От генератора до розетки. Как производят электричество на ГЭС, АЭС и ТЭС

16 июня 2022 БКС Экспресс Трофименко Александра
Мы привыкли к тому, что стоит солнцу скрыться за горизонтом, нам достаточно щелкнуть выключателем, чтобы дома снова стало светло. Для этого не нужно разводить огонь или прикладывать другие усилия. Но мало кто задумывается о том, как и где добывается электричество, хотя оно играет огромную роль в экономике, потому что необходимо для производства всех товаров и услуг. А кроме того, производство электричества — это крайне увлекательный процесс, о котором мы сегодня и расскажем.

Основной метод получения электричества в первой половине XIX века открыл английский физик-экспериментатор Майкл Фарадей: если катушку из проводящего материала поставить между полюсами магнита и как следует закрутить, возникнет электрический ток.

Этот принцип используется и по сей день. Только вместо катушки — огромный генератор, который под действием различных механических сил приводится в движение. Так получают большие объемы электричества, которое затем по линиям электропередач попадает в наши дома. Поэтому самая главная задача, которую решают при генерации электроэнергии — каким именно способом эту катушку раскрутить.

Самые распространенные способы получения электроэнергии сегодня — гидро-, тепло- и атомных электростанции.
ГЭС

Первая гидравлическая турбина была изобретена в 1750 г., первая ГЭС была построена в Англии в 1878 г. Она могла питать только одну дуговую лампочку в картинной галерее ее изобретателя Уильяма Армстронга. Однако за следующие десять лет технический прогресс рывком двинулся вперед: уже в 1889 г. только в США насчитывалось около 200 гидроэлектростанций.

Этот метод получения электроэнергии остается популярным и по сей день. На конец 2021 г. гидроэлектростанции занимали третье место в мире по доле глобальной генерации (16%), уступая только угольным и газовым станциям. В России доля электроэнергии, выработанная ГЭС за этот период, составила 18,8% от общего объема.

Как это работает

Гидроэлектростанции строят в местах, где есть постоянный поток воды. Часто для этого сооружают плотину, в которой оставляют относительно небольшое отверстие. По бокам делают затворы, с их помощью можно регулировать напор, от которого непосредственно зависит скорость, с которой будет крутиться турбина. А значит, таким образом можно контролировать количество вырабатываемого электричества.

Итак, вода через ворота попадает в трубу, по ней движется к лопастям рабочей турбины, которая начинает раскручиваться. Поскольку к турбине присоединен генератор, он также приходит в движение и начинает вырабатывать электрический ток. Оттуда ток попадает в трансформатор, а затем — на магистральные линии. Вода при этом движется дальше, в отсасывающую трубу, а затем вытекает наружу в имеющийся водоем.

Плюсы и минусы

Работа ГЭС не сопровождается выделением вредных веществ, поэтому такой способ получения электроэнергии считается экологичным. К тому же вода — возобновляемый источник энергии, до тех пор, пока реки и моря не пересохнут, он будет востребован.

Но у гидроэлектростанций есть и недостатки. Во-первых, для их строительства чаще всего приходится затапливать большие территории, которые могли бы использоваться для других целей. Во-вторых, разрушение ГЭС практически неминуемо приведет к катастрофическому наводнению. Кроме того, такие сооружения можно строить далеко не везде. Например, они не подходят для пустынных и степных районов.

От генератора до розетки. Как производят электричество на ГЭС, АЭС и ТЭС


АЭС

Атомные электростанции по итогам 2021 г. находятся на четвертом месте в мире по объему произведенного электричества, уступив ГЭС, а также газовым и угольным станциям. При этом в структуре единой энергосистемы России на долю АЭС за минувший год пришлось 19,9% от общего объема электроэнергии.

Как это работает

Для работы АЭС используется ядерное топливо, то есть радиоактивные элементы, чаще всего уран-235, в результате распада которых выделяется большое количество тепла — ядерная энергия преобразуется в тепловую. С ее помощью нагревается теплоноситель — то есть емкость с водой. Получается пар, который и вращает турбину, соединенную с генератором. После вода поступает в конденсатор, оттуда в специальные охладительные башни — градирни. Затем цикл повторяется.

Принцип работы атомной электростанции похож на ТЭС, только тепло выделяется в результате ядерной реакции, а не при сжигании топлива. Добавим, что одной загрузки ядерного топлива хватает на 4–5 лет. После его выгружают и на несколько лет отправляют в специальные бассейны, где оно остывает и становится менее радиоактивным. После его достают, осушивают, а затем направляют на переработку или на захоронение ядерных отходов.

Кстати, эксперименты по атомной теплофикации, то есть отоплению домой с помощью ядерного топлива, проводились. Разработки в этом направлении продолжаются до сих пор, однако пока это достаточно сложная и дорогостоящая схема. Но на данный момент АЭС рентабельно использовать только для производства электричества.

Плюсы и минусы АЭС

Мнения по поводу экологичности АЭС расходятся. С одной стороны, в в атмосферу не попадают вредные выбросы, с другой — отходы таких предприятий радиоактивны и их приходится утилизировать. Однако уровень сырьевого потребления АЭС очень низкий, потому что ядерные элементы служат годами.

Однако уран — редкий и ограниченный ресурс, потребление которого уменьшает его количество на Земле. Также один из минусов — загрязнение радиацией воды, в которую погружают ядерное топливо после отработки. Еще одним недостатком АЭС называют возможность экологической катастрофы, как это было на Чернобыльской АЭС.



ТЭС

Теплоэлектростанции по итогам 2021 г. стали самым распространенным источником электроэнергии в мире. Они вырабатывают больше половины всего производимого электричества, основной объем приходится на угольные и газовые. В России доля ТЭС составила 54,7%.

Как это работает

На теплоэлектростанции электричество вырабатывается также с помощью генератора. Однако, чтобы привести его в движение, сжигают топливо. В результате химическая энергия преобразуется в тепловую, а после — в механическую. В качестве топлива чаще всего используются ископаемый уголь и природный газ, реже — нефть, бензин, спирт и мазут.

В топку печи поступают топливо и разогретый воздух. В результате горения выделенное тепло нагревает котел с водой, превращая ее в пар. Под давлением пар попадает в паровую турбину, заставляя ее вращаться. От этого генератор также приходит в движение. Механическая энергия преобразуется в электрическую, и получается ток.

После пар направляется в конденсатор, где он снова становится водой, которую очищают и еще раз направляют в паровой котел. Так цикл замыкается.

Плюсы и минусы

Преимущество теплоэлектростанций, в первую очередь, дешевизна производства. Топливо, на котором работает ТЭС, стоит относительно недорого. Кроме того, в отличие, допустим, от ГЭС, такие станции можно размещать на любой территории, вне зависимости от наличия топлива рядом, поскольку его можно доставить транспортом.

Основной минус ТЭС один — загрязнение окружающей среды. Поскольку в производстве электричества используется уголь и газ, продукты их переработки выбрасываются в атмосферу.

ТЭЦ (теплоэлектроцентраль) — одна из разновидностей теплоэлектростанций. Основное отличие заключается в том, что она производит не только электроэнергию, но и тепло, то есть используют для обогрева домов, промышленных зданий и т.д.


http://bcs-express.ru/ (C)

При копировании ссылка обязательна | Не является индивидуальной инвестиционной рекомендацией
Поддержите нас - ссылаясь на материалы и приводя новых читателей
Нашли ошибку: выделите и Ctrl+Enter
Добавьте Элиттрейдер в избранное Дзен новостей