Производство, передача и использование электрической энергии. Производство и использование электрической энергии в Казахстане и в мире.

45 № Сабақ / Урок № 45

Сабақ жоспары / План урока

 

Сабақтың тақырыбы / Тема урока

Производство, передача и использование электрической энергии. Производство и использование электрической энергии в Казахстане и в мире.

Производство, передача и использование электрической энергии

 

ТЭС производят 62% электроэнергии в мире. Лидируют в производстве США, Китай, Россия, Япония, Германия. Преимущественно на угле работают ТЭС в Польше, ЮАР. На нефти – в Саудовской Аравии, Кувейте, ОАЭ, Алжире.

ГЭС производят 20% мировой выработки. Выделяются Канада, США, Бразилия, Россия, Китай. Норвегия – 99,5%, Бразилия – 93%, Киргизия и Таджикистан – 91% Гидропотенциал сосредоточен в странах Юга, особенно в Китае и Бразилии.

АЭС производят 17% мировой выработки. Начало ХХI века эксплуатируется 250 АЭС, работают 440 энергоблоков. Больше всего США, Франции, Японии, ФРГ, России, Канаде. Урановый концентрат (U_3O8) сосредоточен в следующих странах: Канаде, Австралии, Намибии, США, России.

Альтернативные виды электроэнергии:

1.         Солнечные (Intel вкладывает в солнечные электростанции большое количество денег).

2.         Ветряные.

3.         Приливные.

4.         Геотермальные.

 

Работаем с презентацией 45.ррtx или видеоуроком выложенном на портале и заполняем Таблицу:

 

№	Электростанция	Первичный источник энергии	Преимущества	Недостатки
1
2
3
4
5
6
7

 

Централизованная транспортировка и распределение электрической энергии

В 70-х годах прошлого века были в основном разработаны конструкции генераторов электрического тока. Это дало возможность преобразовывать тепловую энергию паровых машин или энергию падающей воды в электрическую энергию в масштабах, ранее неслыханных.

Однако возможность получения электрической энергии в больших количествах сразу же поставила перед техникой другую очень важную и принципиально совершенно новую задачу, именно задачу транспортирования энергии, передачи ее из одного места в другое. До изобретения электрических генераторов эта задача не возникала, потому что она была совершенно неразрешимой. В самом деле, если мы имеем водяной или ветряной двигатель или паровую машину, то мы можем передать его механическую энергию только станку, находящемуся в непосредственной близости от двигателя. Эта передача с помощью валов, зубчатых колес, ременных трансмиссий и т. п. сравнительно легко осуществляется на расстояние до нескольких десятков или, в крайнем случае, сотен метров, но нельзя представить себе, чтобы с помощью таких устройств можно было передавать энергию на расстояние нескольких километров или десятков километров.

Энергию же электрического тока можно передавать по проводам на расстояние до нескольких тысяч километров. Поэтому, как только были созданы первые удовлетворительные модели электрических генераторов, перед техникой возникла проблема централизованного производства энергии и ее передачи по проводам на большое расстояние. Такая постановка задачи — производство энергии в одном месте и потребление ее в другом — является одной из важнейших принципиальных особенностей энергетики, основанной на использовании электрической энергии.

Пусть для передачи служит линия проводов, сопротивление которой равно 20 Ом. Какая энергия будет истрачена в этих проводах на нагревание? Потери мощности на нагревание равны I²R[Вт]. Следовательно, в первом случае эти потери составляют 200²•20 Вт=800 кВт, а во втором 20²х20 Вт=8 кВт. Итак, бесполезные потери энергии составляют в первом случае 800 из 1000 кВт, т. е. достигают 80 %, а во втором — только 0,8 %. Увеличив напряжение в 10 раз, мы уменьшим бесполезные потери в 100 раз. В этом и заключается причина того, что в современной электротехнике энергию, получаемую на электростанциях, стремятся передавать в отдаленные места под возможно более высоким напряжением.

Схема потерь электроэнергии показана на Рисунке 1.

 

Рисунок 1 - Схема потерь электроэнергии

 

Конечно, снизить бесполезные потери можно было бы, уменьшая R, т. е. сопротивление проводов. Но для этого пришлось бы их делать более толстыми, ибо длина проводов задана расстоянием до места потребления. Понятно, что значительное увеличение сечения проводов связано с их удорожанием и, следовательно, нежелательно. Наоборот, применение высоких напряжений позволяет пользоваться тонкими проводами, т. е. проводами с большим сопротивлением, но зато гораздо более дешевыми.

Однако строить генераторы с напряжением сотни тысяч вольт крайне затруднительно хотя бы потому, что изоляция машин не выдерживает таких напряжений. Кроме того, нельзя столь высокие напряжения непосредственно подавать потребителю.

Единственный возможный выход заключается в том, чтобы на электрической станции повышать напряжение, даваемое генератором, передавать энергию под этим высоким напряжением в место потребления и здесь снова понижать напряжение до нужных пределов. Осуществить такое преобразование напряжений для постоянного тока чрезвычайно трудно. Напротив, для переменного тока такое преобразование осуществляется с помощью трансформатора легко и с очень малыми потерями энергии.

Мощные электрические станции вырабатывают электрическую энергию при переменном напряжении 6-20 кВ и частоте 50 Гц. Эта энергия подается в повышающие трансформаторы и попадает в линии передачи под напряжением сотни киловольт. По линиям передачи энергия распределяется к местам потребления. Здесь ток принимается прежде всего на главную подстанцию, где с помощью трансформаторов напряжение его снижается обычно до 35 кВ.

В настоящее время электрическая энергия передается почти исключительно в виде переменного тока высокого напряжения. Расчет показывает, однако, что передача ее в виде постоянного тока высокого напряжения была бы гораздо выгоднее, так как требовала бы проводов с сечением, а следовательно, и массой, в 1,5 раза меньшими; при дальних передачах (на тысячи километров) это весьма существенно.

Использование постоянного тока вместо переменного тормозится тем, что до сих пор не найден способ получения мощных постоянных токов высокого напряжения и не существует простых приемов трансформации напряжения постоянного тока. Это одна из важнейших задач, стоящих перед техникой.
Передача электрической энергии от электростанций до больших городов или промышленных центров на расстояния тысяч километров является сложной научно-технической проблемой.

Для уменьшения потерь на нагревание проводов необходимо уменьшить силу тока в линии передачи, и, следовательно, увеличить напряжение. Обычно линии электропередачи строятся в расчете на напряжение 400–500 кВ, при этом в линиях используется трехфазный ток частотой 50 Гц. На Рисунке 2 представлена схема линии передачи электроэнергии от электростанции до потребителя. Схема дает представление об использовании трансформаторов при передаче электроэнергии.

Следует отметить, что при повышении напряжения в линиях передач увеличиваются утечки энергии через воздух. В сырую погоду вблизи проводов линии может возникнуть так называемый коронный разряд, который можно обнаружить по характерному потрескиванию. Коэффициент полезного действия линий передач не превышает 90 %.

 

Рисунок 2 - Условная схема высоковольтной линии передачи. Трансформаторы изменяют напряжение в нескольких точках линии. На схеме изображен только один из трех проводов высоковольтной линии

 

Вывод: Передача электроэнергии на большие расстояния с малыми потерями – сложная задача. Использование электрического тока высокого напряжения помогает успешно разрешить её. Передача электроэнергии на большие расстояния с малыми потерями – сложная задача. Использование электрического тока высокого напряжения помогает успешно разрешить её.

 

Использование электроэнергии:

1.      Промышленность (70%).

2.      Транспорт.

3.      Производственные и бытовые нужды.

4.      Использование в технологических целях.

 

Эффективное использование электроэнергии:

1.      Преобразование солнечной энергии в электрическую "напрямую" - с помощью фотоэлектрических установок (солнечных батарей).

2.      Повышение напряжения на линии передач (в промышленности).

3.      Объединение электростанций в электроэнергетические системы.

4.      Снижение энергозатрат электроэнергии с помощью энергосберегающих технологий и современного оборудования, потребляющего минимальное ее количество.

Четыре ступени энергосбережения:

1.      Не забывать выключать свет.

2.      Использовать энергосберегающие лампочки и оборудование.

3.      Хорошо утеплить окна и двери.

4.      Установить регуляторы подачи тепла (батареи с вентилем).

 

Производство и использование электрической энергии в Казахстане

Электроэнергетика включает в себя производство, передачу, снабжение и потребление электрической и тепловой энергии и является основой функционирования экономики и жизнеобеспечения страны.

Генерация. Производство электрической энергии в Казахстане осуществляют 138 электрических станций (в том числе ВИЭ) различной формы собственности (большинство частных).

Общая установленная мощность электростанций Казахстана составляет 21 673МВт.

Годовой максимум нагрузки в Казахстане в 2018 году зафиксирован 25 декабря 2018 года и составил 14 823 МВт, при располагаемой мощности 18 895 МВт.

Объем выработки электроэнергии за 2018 год составил 106,8 млрд. кВтч (104,4% к 2017г.). Объем потребления электроэнергии в 2018 году составил 103,2 млрд. кВтч (105,4% к 2017г.).

Электрические станции в Казахстане разделяются на электростанции национального, промышленного и регионального назначения.

К электрическим станциям национального значения относятся крупные тепловые и гидравлические электрические станции:

-        ТОО «Экибастузская ГРЭС-1» им. Б.Г. Нуржанова;

-        АО «Станция Экибастузская ГРЭС-2»;

-        ЭС АО «ЕЭК» ERG, «Евразийская группа»;

-        ГРЭС ТОО «Kazakhmys energy»;

-        АО «Жамбылская ГРЭС» им. Т.И. Батурова,

-        Бухтарминский ГЭК ТОО «Казцинк»,

-        ТОО «AES Усть-Каменогорская ГЭС»,

-        ТОО «AES Шульбинская ГЭС»;

-        АО «Мойнакская ГЭС».

К электростанциям промышленного значения относятся тепловые электрические станции, с комбинированным производством электрической и тепловой энергии, которые служат для электро-теплоснабжения крупных промышленных предприятий и близлежащих населенных пунктов:

-        ТЭЦ-3 ТОО «Караганда Энергоцентр»;

-        ТЭЦ ПВС, ТЭЦ-2 АО «Арселор Миттал Темиртау»;

-        ТЭЦ АО «ССГПО» ERG, «Евразийская группа»;

-        Балхашская ТЭЦ, Жезказганская ТЭЦ ТОО «Kazakhmys energy»;

-        ТЭЦ-1 АО «Алюминий Казахстана» ERG, «Евразийская группа» и другие.

Электростанции регионального значения — это электростанции, интегрированные с территориями, которые осуществляют реализацию электрической энергии через сети региональных электросетевых компаний и энергопередающих организаций, а также теплоснабжение близлежащих городов.

Деление по видам используемого энергоресурса для производства электроэнергии выглядит следующим образом:

-        на угле – 69,7%;

-        на газе – 20,0%;

-        гидроэлектростанции (без учета малых ГЭС) – 9,0%;

-        возобновляемые источники (в том числе малые ГЭС) – 1,3 %.

За последние пять лет располагаемая мощность электростанций увеличилась на 2470 МВт или на 15% от уровня 2013 года, в основном за счет увеличения мощности тепловых станций и возобновляемых источников энергии.

Средний возраст оборудования электростанций Казахстана на конец 2018 года составил 32 года. Мощность самого старого оборудования, введенного более 70 лет назад, составляет 118МВт (0,54% от всей установленной мощности электростанций).

В 2009 году износ генерирующих активов в Казахстане достигал 83%, однако благодаря проведённой политике, уровень износа удалось снизить до 56% (в 2018 году).

Связующую роль в единой электроэнергетической системе Казахстана выполняет национальная электрическая сеть. На балансе Системного оператора (АО «KEGOC») находятся линии электропередачи напряжением от 35 до 1150 кВ, общая протяженность которых составляет 26,7 тыс. км (26 774 378 м (по цепям)), а также 78 подстанций напряжением 35 – 1150 кВ.

Передачу и распределение электроэнергии осуществляют 152 энергопередающие организации, в том числе 19 региональных электросетевых компаний, которые эксплуатируют электрические сети по классам напряжения от 0,4 до 220 кВ.

Снабжение электроэнергией потребителей осуществляют более 300 энергоснабжающих организаций.

Потери электроэнергии в НЭС по итогам 2018 года составили 2,9 млрд.кВтч, что составляет 6,27% по отношению к отпуску электроэнергии в сеть. За период с 2000 года наблюдается тренд на снижение относительных потерь электроэнергии в НЭС. В частности, относительные потери в 2000 году составляли 6,70%.

Предельные тарифы. В период с 2009 по 2015 годы действовала программа «Тариф в обмен на инвестиции». За этот период в сектор генерации было инвестировано 1 052,204 млрд. тенге (1 триллион 52 млрд 204 млн тенге), что позволило модернизировать 1 720 МВт существующих и ввести 1 237 МВт новых мощностей (суммарно 2 957 МВт).

12 ноября 2015 года принят Закон Республики Казахстан № 394 «О внесении изменений и дополнений в некоторые законодательные акты Республики Казахстан по вопросам электроэнергетики» (далее – Закон), согласно которому с 1 января 2019 года, наряду с рынком электрической энергии, начал функционировать рынок электрической мощности, направленный на привлечение инвестиций для поддержания существующих и ввода новых электрических мощностей для покрытия спроса на электрическую мощность. Введение рынка электрической мощности обеспечит привлечение инвестиций, как на модернизацию, реновацию существующих мощностей, так и на строительство новых электростанций, а также обеспечит развитие конкуренции среди существующих энергопроизводящих организаций через централизованные торги мощностью.

С ведением рынка мощности тариф на электрическую энергию разделился на две составляющие:

1) тариф на электроэнергию – переменная часть, которая формируется на базе затрат на производство электрической энергии энергопроизводящих организаций (включая амортизацию, покупку электроэнергии ВИЭ, проценты по кредитам) с учетом нормы рентабельности

2) тариф на мощность – постоянная часть, которая будет обеспечивать возвратность вложенных инвестиций в строительство новых и обновление, модернизацию, реконструкцию, расширение существующих электрических мощностей.

Необходимо отметить, что система оплаты за электроэнергию для розничных потребителей (населения) останется неизменной, т.е. как и в настоящее время, оплата будет производиться по приборам учета за потребляемую электроэнергию.

В целях исполнения Общенационального плана мероприятий по реализации Послания Главы государства народу Казахстана, Министерством энергетики проведена работа по установлению предельных тарифов на электроэнергию по группам энергопроизводящих организаций.

Сотрудничество с приграничными странами. В настоящее время Единая электроэнергетическая система Республики Казахстан работает устойчиво, в параллельном режиме с энергосистемами Российской Федерации и стран Центральной Азии (Кыргызстан и Узбекистан).

Министерством ведется работа по Договору о Евразийском экономическом союзе от 29 мая 2014 года, в рамках которого предусмотрено поэтапное формирование общего электроэнергетического рынка Союза (далее – ОЭР). Протоколом предусматривается создание ОЭР ЕАЭС, который планируется сформировать путем интеграции национальных рынков электроэнергии Армении, Белоруссии, Казахстана, Кыргызстана и России. При этом будет соблюден баланс экономических интересов производителей и потребителей электрической энергии, а также других субъектов ОЭР ЕАЭС. Государства-члены ЕАЭС проведут поэтапное формирование ОЭР на основе параллельно работающих электроэнергетических систем с учетом приоритетного обеспечения электрической энергией внутренних потребителей государств-членов.

Протокол определяет правовые основы и принципы формирования, функционирования и развития ОЭР, устанавливает сферы, которые будут урегулированы правилами функционирования ОЭР, а также наделяет полномочиями Межправсовета и Совет Комиссии по утверждению актов, регулирующих ОЭР.

 

Домашнее задание:

1. Прочесть Учебник «Физика 11 класс. 1 часть» с. 85-94

2. Составить опорный конспект из материала 45.docx и 45.ррtx заполнить Таблицу обязателно!

3. Создать презентацию по плану (приложен ниже) на тему, соответствующую вашему варианту ОБЪЕМОМ НЕ МЕНЕЕ 10 слайдов и прикрепить на портал

ПЛАН ПРЕЗЕНТАЦИИ:

1.      Название (Фото), собственник

2.      Место расположение (фото - гугл карта)

3.      Установленная мощность

4.      Тип электростанции

5.      Принцип работы

6.      *Особенности

ТЕМЫ Презентаций:

Гидроэлектростанции:

1.      Шульбинская ГЭС;

2.      Бухтарминская ГЭС;

3.      Капчагайская ГЭС (Капшагайская ГЭС);

4.      Усть-Каменогорская ГЭС;

5.      Мойнакская ГЭС имени У.Д. Кантаева;

6.      Шардаринская ГЭС (Чардаринская ГЭС);

7.      Алматинский каскад (9 станций);

8.      Коринская ГЭС;

9.      Ульбинская ГЭС

Тепловые электростанции (ГРЭС-государственная районная электростанция):

10.  Экибастузская ГРЭС-1;

11.  Аксуская ГРЭС;

12.  Жамбылская ГРЭС;

13.  Экибастузская ГРЭС-2;

14.  Карагандинская ТЭЦ-3;

15.  Карагандинская ГРЭС-2;

16.  ТЭЦ-2 МАЭК;

17.  Павлодарская ТЭЦ-3;

18.  Алматинская ТЭЦ-2;

19.  Карагандинская ТЭЦ-2;

20.  Петропавловская ТЭЦ-2;

21.  Атырауская ТЭЦ (Гурьевская ТЭЦ);

Солнечные и ветряные электростанции:

22.  СЭС Бурное;

23.  СЭС Сарань;

24.  СЭС «Нура»

25.  Ерейментауская ВЭС

26.  Кордайская ВЭС

 

27.  Скачано с www.znanio.ru