В наши дни электрическая энергия является главным видом энергии, на котором работает невообразимое множество устройств и приборов по всему миру. Производство электроэнергии на районной электростанции осуществляется в большинстве случаев электромашинными генераторами переменного тока. При передаче и распределении электроэнергии, для уменьшения потерь применяются повышающие трансформаторные подстанции. Они изменяют напряжение вырабатываемое генераторами, в более высокое напряжение. Далее электрическая энергия с помощью высоковольтных линий электропередач (ЛЭП) передается на дальние расстояния, на десятки и сотни километров. Для того, чтобы доставить электроэнергию к местным центрам электропотребления, к ЛЭП подключено множество распределительных подстанций. Дальнейшим этапом передачи электрической энергии по населенным пунктам, является еще одно понижение напряжения до безопасного уровня на понижающих трансформаторных подстанциях. Потом электроэнергия подается в магистральную сеть, подключенную к понижающим трансформаторам подстанций. В разных участках этой сети находятся пункты ответвления для распределительной сети электропотребителей.

 

 

Электростанции. Электростанции разных видов, находящиеся довольно далеко друг от друга, с помощью высоковольтных ЛЭП могут быть объединены в единую энергосистему. В такой энергосистеме постоянную нагрузку, создаваемую потреблением электрической энергии на протяжении суток, принимают на себя атомные электростанции (АЭС), гидроэлектростанции (ГЭС), а также очень эффективные паротурбинные тепловые электростанции и электроцентрали (ТЭС, ТЭЦ). Во время пиковых нагрузок, к единой сети ЛЭП энергосистемы подключают дополнительно газотурбинные установки (ГТУ) и гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС).

При сравнении электроснабжения идущего от отдельных электростанций с электроснабжением поступающим от энергосистем, четко видно превосходство энергосистем по ряду параметров: требуется меньшая резервная мощность; надежность электроснабжения серьезно повышена; себестоимость электрической энергии снижена, благодаря экономичному распределению нагрузки между электростанциями; энергоресурсы района используются более эффективно и так далее.

 

Коэффициент нагрузки. Насколько сильно может изменяться потребительская нагрузка, в меньшую или большую сторону зависит от множества факторов: погоды и климата; от времени суток; от месяца года; от экономического положения потребителей.

 

Бывает так, что электрическая энергия потребляется с максимальной силой всего лишь несколько часов в году, но мощность энергосистемы или изолированной электростанции должна быть рассчитана и на пиковую нагрузку. Запасная мощность энергосистемы, также позволяет отключать на электростанциях подлежащие ремонту или тех. обслуживанию отдельные энергоблоки. Собранные данные за много лет о размерах потребления электрической энергии показывают, что при наличии у энергосистемы 25 % резервной мощности она легко выдерживает пиковые нагрузки.

Эффективность работы энергосистемы, а также электростанции можно представить, в виде процентного соотношения выработанной за год электрической энергии, к максимально возможной годовой производительности. Если коэффициент нагрузки будет достигать 100%, то при аварийном выходе энергоблоков из строя, ряд городов и сел погрузиться в темноту.

КПД электростанции. При расчете КПД ТЭС следует посмотреть, сколько угля в килограммах сжигается для получения одного киловатт-часа электрической энергии. Этот показатель, благодаря постоянно совершенствующимся технологиям постоянно улучшался. В 1920-х годах он равнялся 15,3 кг/кВтЧч, в 1960-х доходил до 3,95 кг/кВтЧч, но по ряду обстоятельств к 1990-м годам повысился до 4,59 кг/кВтЧч. Повышение произошло из-за массового внедрения на тепловых электростанциях оборудования (газоочистители, пылезолоуловители), съедающего до 10% выходной мощности этих электростанций, а также в связи с использованием более экологически безопасного угля. Термическое КПД современных ТЭС достигает 36%. Такая величина КПД из-за того, что отходящие газы возникающие при горении уносят много тепла.

У паротурбинных электростанций величина термического КПД зависит от давления пара и рабочих температур. В начале 20-го века паротурбинные электростанции работали с параметрами равными 1,37 МПА и 260°С, а сейчас с давлением выше 34 МПа и температурой превышающей 590°С. КПД может достигать 35-37%.

Газотурбинные установки с котлом-утилизатором и дополнительной паровой турбиной обладают неплохим КПД в 40%.

 

У АЭС в основном полное КПД равняется 32%, из-за того, что АЭС работает при более низких температурах и давлениях, чем ТЭС, так как нормативы безопасности ограничивают максимально допустимую температуру активной зоны реактора.

 

ГОДОВОЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ДУШУ НАСЕЛЕНИЯ 
(кВт.ч, начало 1990-х годов)

Норвегия

22485

Бразилия

1246

Канада

14896

Мексика

1095

Швеция

13829

Турция

620

США

10280

Либерия

535

ФРГ

6300

Египет

528

Бельгия

5306

Китай

344

Россия

5072

Индия

202

Япония

5067

Заир

133

Франция

4971

Индонезия

96

Болгария

4910

Судан

50

Италия

3428

Бангладеш

39

Польша

3327

Чад

14