Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?
Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).
Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.
Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре , уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.
Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.
Развитие и размещение электроэнергетики в России основывается на принципах, сформулированных еще в плане ГОЭЛРО (1920 г.). Электроэнергетика России играет огромную роль в обеспечении нормального функционирования экономики страны. Обеспечивая НТП, электроэнергетика решающим образом воздействует не только на развитие, но и на территориальную организацию производительных сил, в первую очередь промышленности: передача электроэнергии на большие расстояния способствует более эффективному освоению топливно-энергетических ресурсов независимо от того, насколько они удалены от мест потребления; благодаря возможности промежуточного отбора электроэнергии для снабжения тех районов, через которые проходят высоковольтные ЛЭП (т.н. электронный транспорт), увеличивается плотность размещения промышленных предприятий; на основе массового использования электрической и тепловой энергии в технологических процессах возникают электроемкие (алюминий, магний, титан, ферросплавы и др.) производства, в которых доля топливно-энергетических затрат в себестоимости готовой продукции значительно выше по сравнению с традиционными отраслями; электроэнергетика - важный районообразующий фактор, так, в Сибири и на Дальнем Востоке она во многом определяет специализацию районов и формирование ТПК.
В последнее пятидесятилетие электроэнергетика была в нашей стране одной из наиболее динамично развивающихся отраслей. Она опережала по темпам развития как промышленность в целом, так и тяжелую индустрию. РФ занимает четвертое место по общему объему производства электроэнергии в мире после США, Китая и Японии.
Главный потребитель электроэнергии - промышленность (около 60% всей вырабатываемой энергии). Там электроэнергия используется в качестве двигательной силы и для осуществления ряда технологических процессов. То, что продукция электроэнергетики не может накапливаться, а передается по линиям электропередач, значительно расширяет географию размещения предприятий. Размещение предприятий самой электроэнергетики зависит от расположения топливно-энергетических ресурсов и потребителей.
Важная особенность электроэнергии России - существование энергосистем, объединенных в Единую энергосистему (ЕЭС). Это дает возможность эффективнее распределять электроэнергию по территории страны, управлять балансом электрической мощности (см. рисунок 1).
Основными в составе электроэнергетики России являются тепловые электростанции (ТЭС). Они сосредотачивают 2/3 всей установленной мощности. Но поскольку число часов использования среднегодовой установленной мощности ТЭС как минимум в 1,5 раза больше, чем гидроэлектростанций, то их доля по выработке электроэнергии еще значительнее. Вместе с тем следует учитывать, что теплоэнергетика оказывает наиболее сильное и всестороннее загрязняющее воздействие на окружающую среду.
Среди ТЭС различают конденсационные (КЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). По характеру обслуживания потребителей различают государственные районные электрические станции (ГРЭС) и центральные, расположенные вблизи центра энергетических нагрузок. ТЭС преобразуют энергию сгорания органического топлива в электрическую. На ТЭЦ пар после турбины либо отправляется к потребителю, либо возвращается обратно в систему, отдав свою теплоту воде, которая идет к потребителю. Поэтому ТЭЦ выгодно строить в больших городах и около крупных промышленных предприятий, т.к. радиус передачи теплоты весьма невелик (10-12 км). В Москве, например, расположено свыше двух десятков ТЭЦ. И хотя максимальная мощность ТЭЦ, как правило, не превышает 1млн. кВт, их КПД больше 70%. Но, тем не менее, первостепенную роль среди ТЭС играют КЭС, несмотря на то, что их КПД всего лишь 30-35%. Тяготея одновременно и к источникам топлива, и к местам потребления, они имеют самое широкое распространение. Насчитывается свыше 70 КЭС мощностью 1млн. кВт и более каждая.
Особо выделяются ГРЭС мощностью свыше 2 млн. кВт. ГРЭС дают более 70% всей электроэнергии России. Крупнейшие российские ГРЭС: Центральный район - Конаковская, Костромская (3600 МВт); Северный Кавказ - Новочеркасская; Поволжье - Заинская; Урал - Рефтинская (третья по мощности в Европе), Ириклинская, Троицкая; Западная Сибирь - Сургутская (работает на попутном газе), Назаровская; Восточная Сибирь - Березовская, Харанорская, Гусиноозерская; Дальний Восток - Нерюнгринская.
В рамках проекта Канско-Ачинского топливно-энергетического комплекса (КАТЭК) ведется строительство мощнейшей ГРЭС мощностью 6400 МВт.
В последнее время среди тепловых электростанций появились установки принципиально новых типов: газотурбинные электростанции (ГТ), где вместо паровых действуют газовые турбины на жидком или газообразном топливе, что в основном снимает проблему водоснабжения и тем самым повышает значение дефицитных по воде районов для их размещения. ГТ готовятся к вводу на Краснодарской и Шатурской ГРЭС; парогазотурбинные установки (ПГУ), в которых теплота отработавших газов используется для подогрева воды или получения пара низкого давления в парогенераторах, ПГУ готовятся к вводу на Невинномысской и Кармановской ГРЭС; магнитогидродинамические генераторы (МГД-генераторы) для непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую, МГД-генераторы готовятся к вводу на ТЭЦ-21 "Мосэнерго" и Рязанской ГРЭС.
Геотермические электростанции (ГеоТЭС), в основе работы которых лежит освоение глубинной теплоты земных недр, принципиально напоминают ТЭЦ, но в противоположность последним связаны не с потребителями, а с источниками энергии. Геотермальные электростанции преобразуют внутреннюю энергию перегретой воды или пара, выходящего из недр Земли, в электрическую. ГеоТЭС строят в тех районах, где происходит заметная вулканическая деятельность. В 1968 г. на Камчатке, в долине реки Паужетки, была сооружена первая и пока единственная российская ГеоТЭС мощностью 11 МВт.
Гидроэлектростанции (ГЭС) являются весьма эффективными источниками энергии. Они используют возобновимые ресурсы, обладают простотой управления и очень высоким КПД - более 80%. На ГЭС занято в 15-20 раз меньше персонала. По этим причинам ГЭС производят более дешевую энергию, чем ТЭС: ее себестоимость в 5-6 раз ниже. На электростанциях этого типа производится 18% всей российской электроэнергии.
Гидроэлектростанция преобразует энергию водного потока в электрическую. Строительство ГЭС требует решения целого комплекса проблем (орошение земель, развитие водного транспорта и рыбного хозяйства, охрана окружающей среды), и лучшим решением является каскадный принцип строительства, когда ГЭС "нанизываются" на реку. Каскады ГЭС сооружены на Волге и Каме, на Иртыше, на Ангаре и Енисее, на мелких реках Карелии и Кольского полуострова, на притоках Амура, на Вилюе, на Свири. К крупным ГЭС относятся электростанции мощностью свыше 25 МВт. ГЭС выгодно строить на горных реках с большим падением и расходом воды. Российские же ГЭС в большинстве своем равнинные, а, следовательно, низконапорные и малоэффективные. Сооружение ГЭС на равнинных реках влечет за собой и значительный материальный ущерб, вызываемый затопление территории под водохранилища.
В России действует несколько крупнейших ГЭС: каскад Волга - Кама (11 ГЭС: Самарская, Волгоградская, Саратовская, Чебоксарская, Камская и др.); каскад Ангара - Енисей (Саяно-Шушенская (6400 МВт), Красноярская (6000 МВт), Усть-Илимская, Братская (4500 МВт), Иркутская); Зейская (Зея) и Бурейская (Бурея) - на притоках Амура.
Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) требуют постройки не одного, а двух водохранилищ на разных уровнях. Они предназначены для снятия пиковых нагрузок, и поэтому их целесообразно строить вблизи больших городов. В России действует Загорская ГАЭС мощностью 1200 МВт.
Приливные электростанции (ПЭС) имеют похожий принцип действия, только строятся они на берегах морей и океанов. Первая ПЭС в СССР была сооружена в 1968 г. на Белом море (Кислогубская).
Атомные электростанции (АЭС) используют в высшей степени транспортабельное топливо. При расходе 1 кг урана-235 выделяется теплота, эквивалентная сжиганию 2,5 тыс. т лучшего угля. Эта характерная особенность совершенно исключает зависимость АЭС от топливно-энергетического фактора и обеспечивает наибольшую маневренность размещения среди электростанций всех типов. АЭС ориентируются на потребителей, расположенных в районах с напряженным топливно-энергетическим балансом или там, где выявленные ресурсы минерального топлива и гидроэнергии ограничены. Однако наряду с этими преимуществами АЭС имеет главный недостаток - она несет в себе постоянную и страшную угрозу окружающей среде. 26 апреля 1986 г. произошла одна из крупнейших катастроф в истории человечества - авария на Чернобыльской АЭС.
Атомная электростанция преобразует энергию деления тяжелых или синтеза легких атомных ядер в электрическую энергию. Теплота, выделившаяся в результате ядерной реакции, нагревает до кипения воду, пар вращает турбину и т.д. (аналогично ТЭС).
Россия имеет приоритет в мирном использовании атомной энергии. В 1954 г. вступила в строй первая опытная Обнинская АЭС (Центральный район). К началу 1989 г. в СССР действовало 15 АЭС суммарной мощностью 35 млн. кВт. Ныне действуют 11 АЭС: Обнинская, Кольская (1760 МВт), Петербургская (4000 МВт), Тверская, Смоленская, Курская (4000 МВт), Нововоронежская (2455 МВт), Балаковская, Димитровградская, Белоярская (900 МВт), Билибинская.
В России доля электроэнергии, вырабатываемой на АЭС, составляет 12% (для сравнения: Франция 75%, Бельгия 61%, Республика Корея 54%, Германия 32%, США 18%). По объему производства электроэнергии на АЭС в настоящее время Россия уступает США (в 2,5 раза), Франции и Японии.
Очень перспективной отраслью энергетики является создание ветряных электростанций (ВЭС) и их комплексов. Стоимость электроэнергии на ВЭС ниже, чем на любых других станциях. Преимуществом ВЭС также является ее абсолютная независимость от каких бы то ни было недвижимых объектов. Имеется проект создания сети ВЭС на Кольском полуострове общей мощностью 1000 МВт.
Для электроэнергетики характерны следующие тенденции развития. Во-первых, снижение в топливном балансе электростанций сначала доли мазута, а затем и природного газа, благодаря строительству АЭС и тепловых электростанций, работающих на углях открытой добычи, а также крупных ГЭС (главным образом в восточных районах). Во-вторых, завершение формирования ЕЭС с повышением ее маневренности и надежности путем строительства пиковых электростанций, ЛЭП сверхвысокого напряжения переменного и постоянного тока.
Все существующие виды электроэнергетики можно разделить на уже достигшие зрелости и находящиеся на стадии разработки и развития. Для одних требуется только модернизация, для других – инновационные технологические решения.
К зрелым видам электроэнергетики в первую очередь можно отнести тепловую, атомную, и гидроэнергетику. С определенными оговорками в эту группу попадают также некоторые виды альтернативной энергетики: солнечная, ветровая, приливная и пр. Они активно применяются во многих странах, но в силу некоторых ограничений не получили повсеместное распространение. Ну а на стадии формирования сейчас находятся другие виды энергетики: бестопливная энергетика, термоядерная энергетика и пр.
На территории России наибольшее распространение среди различных видов электроэнергетики получила тепловая энергетика, преимущественно газовая и угольная. Тепловые электростанции, которые работают на органическом топливе, традиционно находятся на лидирующих позициях в российской электроэнергетике. Это сложилось исторически и считается экономически оправданным.
Атомную энергетику на практике также иногда относят к подвиду тепловой электроэнергетики, потому как в результате деления атомных ядер в реакторе выделяется тепло, и далее все происходит так же, как и при сгорании органического топлива. Атомная энергетика в России — довольно популярный вид электроэнергетики. В нашей стране применяется полный цикл технологий от добычи урановых руд до выработки электроэнергии. Однако крупные аварии АЭС, которые имели место в последние десятки лет, настроили мировую общественность против этого вида электроэнергетики.
В гидроэнергетике для получения электрической энергии используют кинетическую энергию течения воды. ГЭС для функционирования требуется практически столько же электроэнергии, сколько они вырабатывают. Поэтому ГЭС, по сути, не являются генерирующими мощностями в чистом виде. Но такие станции при необходимости эффективно покрывают пиковые нагрузки, тем самым гидроэнергетика выгодно выделяется среди других видов электроэнергетики.
К альтернативным видам электроэнергетики относят ветровую и солнечную энергетику, которые по некоторым причинам не получили достаточное распространение. На данный момент ветровые и солнечные станции являются маломощными при дороговизне оборудования для них. К тому же обязательно необходим резервный источник питания (при отсутствии ветра или в ночное время соответственно). Также к альтернативным видам электроэнергетики относят приливную гидроэнергетику. Для строительства приливной электростанции необходимо морское побережье с достаточно сильными колебаниями уровня воды, иначе это будет экономически нецелесообразно.
Преимуществом альтернативных видов электроэнергетики является возобновляемость источников такой энергии. Их применение позволяет существенно сэкономить органическое топливо, сохраняя запасы углеводородов. Научные исследования, проводимые в области альтернативных видов электроэнергетики, делают их все более доступными для применения. Возобновляемая энергетика получает все большее географическое распространение по всему миру.
Существуют и другие виды электроэнергетики, технология которых пока малоизвестна. К ним можно отнести разработку прямых способов получения электроэнергии из окружающей среды с помощью накапливающихся зарядов ионосферы, использования энергии вращения земли и др. Использование различных видов электроэнергетики позволяет наиболее эффективно распределить нагрузку, покрывая мировой спрос на электроэнергию и создавая необходимый резерв мощности.
1.1. Значение, особенности, технологическая структура и топливная база электроэнергетики
Значение электроэнергии для жизнедеятельности населения и функционирования экономики таково, что в современном мире обойтись без нее практически невозможно. Электроэнергия - товар, представляющий собой одну из самых значительных ценностей среди существующих товаров и услуг. Еще в ХХ в. электроэнергетика стала ключевой отраслью экономики в подавляющем большинстве стран. Электроэнергия - важный фактор основных социально-экономических процессов в современном мире: жизнеобеспечения населения и потребления домохозяйств; производства товаров и услуг; национальной безопасности; охраны окружающей среды .
Электроэнергию можно уподобить воздуху, который редко замечают, но без которого невозможна жизнь. Если прекращается подача электроэнергии, вы обнаруживаете, что самые простые, каждодневно испытываемые удобства вдруг становятся недоступными, а средства, заменявшие их еще 100 лет назад, уже давно вышли из употребления. Отрасли экономики, не использующие стационарных источников электроэнергии и не работающие в единой энергосистеме, в современной экономике скорее исключение - например, автомобильный, водный и авиационный транспорт, растениеводство в сельском хозяйстве или геологоразведка. Но и в этих отраслях используются технологические процессы, требующие источников электроэнергии. Без электроэнергии производство большинства продуктов было бы невозможно или обходилось бы в десятки раз дороже.
В каком-то смысле электроэнергия - стержень современной технико-экономической цивилизации. Еще сравнительно недавно, лет 150 назад, электроэнергия отсутствовала в экономической жизни. Ведущим источником энергии выступала живая сила человека и животных. Только в XVI веке началось использование энергии движения воды в промышленных целях (т. н. «вододействующие заводы»), а в XVIII в. появилась паровая машина, в середине XIX в. - двигатель внутреннего сгорания. Изобретение в XIX в. технологий генерации электрической энергии создало возможность для широкого распространения электромеханизмов, резко повысило производительность труда на многих производственных операциях. Однако оборудование по генерации энергии приходилось размещать рядом с устройствами, ее потребляющими, поскольку удобных и экономичных технологий для передачи энергии не было.
Технической революцией, изменившей лицо экономики всех стран, стало изобретение технологии трансформации электроэнергии по напряжению и силе тока, передачи ее на большие расстояния. Это сделало размещение производства энергии, других товаров и услуг в значительной степени независимым друг от друга и обеспечило рост эффективности экономики.
Создание в ХХ в. национальных и региональных электроэнергетических систем закрепило переход к индустриальной стадии развития мировой экономики. Экономический рост в основном базировался на экстенсивных факторах: расширении ресурсной базы и увеличении занятости. Почти до последней трети XX в. технический прогресс и рост производства сопровождались увеличением потребления энергии, ростом энерговооруженности труда.
Электроэнергетика - базовая инфраструктурная отрасль, в которой реализуются процессы производства, передачи, распределения электроэнергии. Она имеет связи со всеми секторами экономики, снабжая их произведенными электричеством и теплом и получая от некоторых из них ресурсы для своего функционирования (рис. 1.1.1).
Машины и оборудование
Рис. 1.1.1. Электроэнергетика в современной экономике
Роль электроэнергетики в ХХI в. остается исключительно важной для социально-экономического развития любой страны и мирового сообщества в целом. Энергопотребление тесно корреспондирует с уровнем деловой активности и с уровнем жизни населения. Научно-технический прогресс и развитие новых секторов и отраслей экономики, совершенствование технологий, повышение качества и улучшение условий жизни населения предопределяют расширение сфер использования электроэнергии и усиление требований к надежному и бесперебойному энергоснабжению .
Особенности электроэнергетики как отрасли обуславливаются спецификой ее основного продукта – электроэнергии, а также характером процессов ее производства и потребления.
Электроэнергия по своим свойствам подобна услуге: время производства совпадает со временем потребления. Однако это подобие не является неотъемлемым физическим свойством электроэнергии - ситуация изменится, если появятся эффективные технологии хранения электроэнергии в значительных масштабах. Пока это в основном аккумуляторы разных типов, а также гидроаккумулирующие станции.
Электроэнергетика должна быть готова к выработке, передаче и поставке электроэнергии в момент появления спроса, в том числе в пиковом объеме, располагая для этого необходимыми резервными мощностями и запасом топлива. Чем больше максимальное (хотя и кратковременное) значение спроса, тем больше должны быть мощности, чтобы обеспечить готовность к оказанию услуги.
Невозможность хранения электроэнергии в промышленных масштабах предопределяет технологическое единство всего процесса производства, передачи и потребления электроэнергии. Вероятно, это единственная отрасль в современной экономике, где непрерывность производства продукции должна сопровождаться таким же непрерывным ее потреблением. В силу этой особенности в электроэнергетике существуют жесткие технические требования к каждому этапу технологического цикла производства, передачи и потребления продукта, в том числе по частоте электрического тока и напряжению.
Принципиальной особенностью электрической энергии как продукта, отличающей ее от всех других видов товаров и услуг, является то, что ее потребитель может повлиять на устойчивость работы производителя. Последнее обстоятельство, по понятным причинам, может иметь большое число совершенно неожиданных следствий.
Очевидно, потребности экономики и общества в электрической энергии существенно зависят от погодных факторов, от времени суток, от технологических режимов различных производственных процессов в отраслях-потребителях, от особенностей домашних хозяйств и даже от программы телепередач. Различия между максимальным и минимальным уровнями потребления определяет потребность в так называемых резервных мощностях, которые включаются только тогда, когда уровень потребления достигает определенного значения.
Экономические характеристики производства электроэнергии зависят от типа электростанции и вида технологического топлива, от степени ее загрузки и режима работы. При прочих равных условиях в наибольшей степени востребуется электроэнергия тех станций, которые генерируют ее в нужное время и в нужном объеме с наименьшими издержками.
С учетом всех этих особенностей в электроэнергетике необходимо и целесообразно объединение устройств, производящих энергию – генераторов, в единую энергетическую систему , что обеспечивает сокращение суммарных издержек производства и уменьшает потребность в резервировании производственных мощностей. Эти же свойства обуславливают наличие в отрасли системного оператора, который выполняет координирующие функции. Он регулирует график и объем как производства, так и потребления электроэнергии. Решения системного оператора принимаются на основании рыночных сигналов от производителей о возможностях и стоимости производства электроэнергии, от потребителей – о спросе на нее в определенные временные интервалы. В конечном счете системный оператор должен обеспечить надежную и безопасную работу энергосистемы, эффективное удовлетворение спроса на электроэнергию. Его деятельность отражается на производственных и финансовых результатах всех участников рынка электроэнергии, а также на их инвестиционных решениях.
Большая часть производства электроэнергии в мире осуществляется на электрических станциях трех типов :
· на тепловых электростанциях (ТЭС), где тепловая энергия , образующаяся при сжигании органического топлива (уголь, газ, мазут, торф, сланцы и т. д.), используется для вращения турбин, приводящих в движение электрогенератор, преобразуясь, таким образом, в электроэнергию. Опыт продемонстрировал эффективность одновременного производства тепла и электроэнергии на ТЭЦ, что привело к распространению в ряде стран централизованного теплоснабжения ;
· на гидроэлектростанциях (ГЭС), где в электроэнергию преобразуется механическая энергия потока воды с помощью гидравлических турбин, вращающих электрогенераторы;
В последние десятилетия резко возросло внимание к возобновляемым источникам энергии . В частности, активно разрабатываются технологии использования энергии солнца и ветра. Потенциал данных источников энергии огромен. Однако, на сегодняшний день производство электроэнергии в промышленных масштабах из солнечной энергии в большинстве случаев оказывается менее эффективным, чем ее производство из традиционных видов ресурсов. Что касается энергии ветра, то здесь ситуация несколько иная. В развитых странах, особенно под влиянием экологических движений, преобразование энергии ветра в электрическую выросло весьма значительно. Нельзя не упомянуть также геотермальную энергию, которая может иметь серьезное значение для некоторых государств или отдельных регионов: Исландия, Новая Зеландия, Россия (Камчатка, Ставропольский край , Краснодарский край , Калининградская область). Однако пока еще все эти виды электрогенерации успешно развиваются в тех странах, где производство и (или) потребление электроэнергии на основе возобновляемых ресурсов дотируется государством.
В конце XX – начале XXI резко возрос интерес к биоэнергетическим ресурсам. В отдельных странах (например, в Бразилии) производство электроэнергии на биотопливе заняло заметное место в энергетическом балансе. В США бала принята специальная программа субсидирования биотоплива. Однако, в настоящее время резко возросли сомнения в перспективах развития данного направления в электроэнергетике. С одной стороны, оказалось, что при производстве биотоплива очень неэффективно используются такие природные ресурсы, как земля и вода; с другой – отвод обширных площадей пахотной земли под производство биотоплива внес свой вклад в удвоение цен на продовольственное зерно. Все это в обозримой перспективе делает весьма проблематичным широкое использование биотоплива в электроэнергетике.
1.2. Российская электроэнергетика и ее место в мире
Россия обладает значительными запасами природных энергоресурсов, что создает возможность для долгосрочного роста производства электроэнергии в соответствии с предъявляемым экономикой растущим спросом. В российской экономике представлены все основные виды энергоресурсов (см. рис. 1.2.1).
В период с 1970 по 1990 г. производство первичных энергоресурсов в СССР выросло с 801 млн до 1857 млн. т. у.т., а в их структуре произошли крупные изменения. Значительно увеличилась доля газа, сократился удельный вес угля и нефти. Это было обусловлено быстрым развитием газодобычи в СССР в эти годы.
После 1991 г. российская экономика переживала трансформационный спад, что привело к сокращению добычи и потребления энергоресурсов. С началом экономического подъема в 2000-х гг. картина изменилась, и к середине текущего десятилетия Россия приблизилась к уровню производства и потребления энергоресурсов 1990 года. В настоящее время Россия входит в число крупнейших нефте - и газодобывающих стран мира и не только обеспечивает внутренний спрос на эти виды топлива, но и осуществляет значительные поставки на экспорт (табл. 1.2.2, 1.2.3).
Рис. 1.2.1. Структура производства первичных энергоресурсов в российской экономике (расчет Института энергетических исследований РАН по данным Росстата)
Анализ баланса энергоресурсов в российской экономике за 2006 год показывает, что в общем объеме этих ресурсов (1635,1 млн. т. у.т.) электроэнергия занимает всего 20,1 %, но в общем объеме их конечного потребления (981,5 млн. т. у.т.) - уже 34,4 %, то есть находится на первом месте, опережая по доле другие энергоресурсы.
В России существенное место в топливных ресурсах, используемых для преобразования в другие виды энергии, занимает газ. Это объясняется наличием на территории страны богатейших месторождений и относительным занижением внутренних цен на газ. Поэтому имеет место существенное отклонение структуры потребления энергоресурсов от общемировой тенденции (табл. 1.2.1). Ожидается, что в ближайшее десятилетие в структуре топливного баланса в нашей стране будут происходить изменения. В период до 2020 года доля газа останется самой крупной, но будет постепенно сокращаться, а доля угля - расти. Данные изменения приведут к повышению эффективности использования энергоресурсов в российской экономике.
Таблица 1.2.1
Структура потребления топливных ресурсов для преобразования в другие виды энергии в российской экономике (% к суммарному потреблению)
Уголь
Мазут
Прочие
Таблицу переделать: данные дать только за 1991 и 2006 годы, в каждой колонке (по газу, углю и т. д.) дать цифры по России и миру. Указать источник.
Бóльшая часть электроэнергии в России в настоящее время производится и потребляется внутри страны (см. табл. 1.2.2, 1.2.3). Более половины спроса приходится на долю промышленного сектора экономики, хотя по сравнению с 1991 г. она несколько сократилась. Доли потребления сельского хозяйства и транспорта также снизились за последнее пятнадцатилетие, а соответствующий показатель других отраслей вырос. Это объясняется структурными изменениями в российской экономике, которые сопровождались перераспределением материальных, трудовых и финансовых ресурсов между ее секторами. За последние годы значительно увеличилось электропотребление населением, поскольку быстрыми темпами растет оснащенность домохозяйств бытовыми электроприборами. Растущий потребительский спрос на электроэнергию обусловлен также интенсивным строительством качественного нового современного жилья. Заметное влияние на изменение в структуре электропотребления оказал быстро развивающийся сектор рыночных услуг.
Таблица 1.2.2
Электробаланс Российской Федерации, млрд. кВт ч
Производство всего
Потреблено
Промышлен-ностью
Сельским хозяйством
Транспортом
Другими отраслями
Домохозяй-ствами
*) Добыча полезных ископаемых, обрабатывающие производства, производство и распределение электроэнергии, газа и воды.
**) Транспорт и связь.
Таблица 1.2.3
Электробаланс Российской Федерации, %
Производ-ство, всего
Получено из-за пределов Российской Федерации
Потребленовсего
в т. ч. потреблено
Отпущено за пределы Российской Федерации
промышленностью
сельским хозяйством
транспортом
другими отраслями
населением
Примечание. Источник - Росстат
С учетом динамики спроса и развития топливной базы в Российской Федерации в гг. наблюдался значительный спад, а в гг. устойчивый рост производства электроэнергии (табл. 1.2.4).
Таблица 1.2.4
Производство электроэнергии в России по типам
электростанций, млрд. кВт. ч, по годам
Тип электростанций
Все электростанции
В том числе:
Примечание. Источник - Росстат
В этот период произошли определенные сдвиги в структуре генерации: от 73 до 66,6 % сократилась доля производства электроэнергии на ТЭС, доля ГЭС в итоге достигла доперестроечного уровня 15,7 %, а доля АЭС выросла от 11,2 до 17,7 %.
Сегодняшняя структура производства и потребления электроэнергии в российской экономике сложилась в ходе ее рыночных преобразований, начавшихся в 1992 году. Трансформационный спад гг. повлек за собой сокращение производства и потребления электроэнергии. Однако падение выработки в электроэнергетике было меньшим, чем в целом по экономике, так как спад производства в электроемких отраслях (металлургии, нефтепереработке и др.) был меньшим, чем в отраслях с относительно низкой электроемкостью (машиностроение, легкая промышленность и др.). При этом после либерализации ценообразования тарифы на электроэнергию росли намного медленнее, чем цены на другие товары (см. рис. 1.2.2).
Рисунок 1.2.2
Охарактеризованные выше сдвиги в структуре производства и соотношениях цен в гг. привели к существенному росту электроемкости ВВП.
После финансового кризиса 1998 г. в российской экономике возобновился экономический рост, а вместе с ним увеличивался и спрос на электроэнергию. В гг. ежегодные темпы ее выработки превышали 1,6%. Вместе с тем сблизились и темпы роста промышленных цен и тарифов на электроэнергию, повысилась платежная дисциплина . Произошли заметные сдвиги в структуре потребления электроэнергии и электроемкости отдельных секторов экономики.
Динамика электропотребления сектора услуг в гг. характеризовалась действием двух противоположно направленных тенденций: повышением доли менее электроемкого сектора услуг в структуре ВВП, что явилось фактором сужения совокупного спроса экономики на электроэнергию; формированием новых сегментов рынка услуг (современных систем связи, информационно-вычислительного обслуживания, финансово-кредитных и страховых учреждений и др.), что инициировало рост электропотребления в народном хозяйстве. После 1999 г. с началом экономического роста и расширением спроса на услуги новых сегментов рынка наблюдается тенденция к постепенному снижению электроемкости сектора услуг.
В настоящее время среди крупнейших потребителей электроэнергии – цветная металлургия, топливная промышленность , черная металлургия . По данным Института экономики переходного периода (рис. 1.2.3), около 37 % потребленной промышленностью электроэнергии приходится на долю металлургического комплекса и 33,0 % - на топливно-энергетический комплекс. Соответственно динамика и эффективность использования электроэнергии в этих двух комплексах доминирующе воздействует на характер электроемкости промышленности и экономики в целом.
Рис. 1.2.3. Структура электропотребления в российской промышленности в 2003 г. (доли отраслей рассчитаны Институтом экономики переходного периода по данным Росстата).
В масштабе мировой экономики российская электроэнергетика обладает уникальными особенностями:
· наибольшая территория единой энергосистемы (8 часовых поясов);
· на единицу установленной мощности электростанций Россия располагает наибольшей протяженностью электрических сетей высокого напряжения: 2,05 км/МВт против 0,75-0,8 км/МВт в США и Европе.
Конфигурация электрических сетей и совместная работа электростанций единой энергетической системы Российской Федерации в синхронном режиме позволяют в значительной степени реализовать преимущества по наиболее эффективному использованию генерирующих мощностей, экономичному расходу топлива и обеспечению надежности электроснабжения.
Российская электроэнергетическая система - одна из крупнейших в мировой экономике - входит в первую десятку энергосистем мира по уровню установленных генерирующих мощностей, производству электроэнергии на электростанциях трех основных типов и экспорту (табл. 1.2.5-1.2.12). Установленная мощность электростанций России на конец 2005 г. приблизительно равнялась 217,2 млн кВт (четвертый по величине показатель после США, Китая и Японии) и составляла около 5,6 % совокупной мощности мировой электроэнергетики. Россия находится на пятом месте в мире по уровню мощностей и производства электроэнергии на ГЭС. Доля в совокупной мощности гидроэлектростанций мира составляет 6,1 %; в производстве - около 6,0 %. Россия находится на четвертом месте в мире по уровню установленных мощностей и производства энергии на ТЭС, мощность которых составляет около 5,6 % совокупной мощности ТЭС мира, а выработка электроэнергии - около 5,8 %. Россия занимает пятое место в мире по уровню мощностей и производства атомной электроэнергетики. Следует отметить, что производство 85 % электроэнергии, осуществляемое на АЭС, сосредоточено в 10 странах. В последние годы около двух третей электроэнергии в мире производится на ТЭС и приблизительно по 17 % на ГЭС и АЭС.
Таблица 1.2.5
Установленная мощность российской электроэнергетики по годам (на конец года), млн. кВт
Типы станций
Все электростанции
В том числе:
Примечание. Источник - Росстат
Таблица 1.2.6
Установленная мощность крупнейших национальных энергосистем мира по годам
Страна
200 5
Млн. кВт
Млн. кВт
Млн. кВт
Россия
Германия
Бразилия
Великобритания
Остальной мир
Весь мир
2 929,295
3 279,313
3 871,952
2 929,295
Примечание. Источник - IЕA
Таблица 1.2.7
Производство электроэнергии крупнейшими национальными энергосистемами мира по годам
Страна
Млрд. кВт .ч
Млрд. кВт .ч
Млрд. кВт .ч
Россия
Германия
Великобритания
Бразилия
Примечание. Источник - IЕA
Таблица 1.2.8
Экспорт электроэнергии крупнейшими национальными энергосистемами мира в 2005 г.
Страна
Млрд. кВт. ч
Германия
Парагвай
Швейцария
Чешская Республика
Россия
Примечание. Источник -IEA.
Таблица 1.2.9
Производство и мощность крупнейших гидроэлектростанций в мире в 2005 г.
Страна
Установленная мощность
Страна
Производство электроэнергии
Млн. кВт
Млн. кВт. ч
Бразилия
Бразилия
Россия
Россия
Норвегия
Норвегия
Венесуэла
Весь мир
Весь мир
Процесс преобразования различных видов энергии в электрическую на индустриальных объектах, называемых электрическими станциями называется генерацией электроэнергии .
В настоящее время существуют следующие виды генерации:
- 1) Тепловая электроэнергетика
. В данном случае в электрическую энергию преобразуется тепловая энергия сгорания органических топлив. К тепловой электроэнергетике относятся тепловые электростанции (ТЭС), которые бывают двух основных видов:
- - Конденсационные (КЭС, также используется старая аббревиатура ГРЭС);
- - Теплофикационные (теплоэлектроцентрали, ТЭЦ). Теплофикацией называется комбинированная выработка электрической и тепловой энергии на одной и той же станции;
КЭС и ТЭЦ имеют схожие технологические процессы, но принципиальным отличием ТЭЦ от КЭС является то, что часть нагретого в котле пара уходит на нужды теплоснабжения;
- 2) Ядерная энергетика . К ней относятся атомные электростанции (АЭС). На практике ядерную энергетику часто считают подвидом тепловой электроэнергетики, т. к., в целом, принцип выработки электроэнергии на АЭС тот же, что и на ТЭС. Только в данном случае тепловая энергия выделятся не при сжигании топлива, а при делении атомных ядер в ядерном реакторе. Дальше схема производства электроэнергии ничем принципиально не отличается от ТЭС. Из-за некоторых конструктивных особенностей АЭС нерентабельно использовать в комбинированной выработке, хотя отдельные эксперименты в этом направлении проводились.
- 3) Гидроэнергетика . К ней относятся гидроэлектростанции (ГЭС). В гидроэнергетике в электрическую энергию преобразуется кинетическая энергия течения воды. Для этого при помощи плотин на реках искусственно создаётся перепад уровней водяной поверхности, так называемый верхний и нижний бьеф. Вода под действием силы тяжести переливается из верхнего бьефа в нижний по специальным протокам, в которых расположены водяные турбины, лопасти которых раскручиваются водяным потоком. Турбина же вращает ротор электрогенератора. Особой разновидностью ГЭС являются гидроаккумулирующие станции (ГАЭС). Их нельзя считать генерирующими мощностями в чистом виде, т. к. они потребляют практически столько же электроэнергии, сколько вырабатывают, однако такие станции очень эффективно справляются с разгрузкой сети в пиковые часы;
- 4) Альтернативная энергетика
. К ней относятся способы генерации электроэнергии, имеющие ряд достоинств по сравнению с «традиционными», но по разным причинам не получившие достаточного распространения. Основными видами альтернативной энергетики являются:
- · Ветроэнергетика -- использование кинетической энергии ветра для получения электроэнергии;
- · Гелиоэнергетика -- получение электрической энергии из энергии солнечных лучей;
Общими недостатками ветро- и гелиоэнергетики являются относительная маломощность генераторов при их дороговизне. Также в обоих случаях обязательно нужны аккумулирующие мощности на ночное (для гелиоэнергетики) и безветренное (для ветроэнергетики) время;
- 5) Геотермальная энергетика -- использование естественного тепла Земли для выработки электрической энергии. По сути, геотермальные станции представляют собой обычные ТЭС, на которых источником тепла для нагрева пара является не котёл или ядерный реактор, а подземные источники естественного тепла. Недостатком таких станций является географическая ограниченность их применения: геотермальные станции рентабельно строить только в регионах тектонической активности, т. е., там, где естественные источники тепла наиболее доступны;
- 6) Водородная энергетика -- использование водорода в качестве энергетического топлива имеет большие перспективы: водород имеет очень высокий КПД сгорания, его ресурс практически не ограничен, сжигание водорода абсолютно экологически чисто (продуктом сгорания в атмосфере кислорода является дистиллированная вода). Однако в полной мере удовлетворить потребности человечества водородная энергетика на данный момент не в состоянии из-за дороговизны производства чистого водорода и технических проблем его транспортировки в больших количествах;
- 7) Стоит также отметить: приливную и волновую энергетику . В этих случаях используется естественная кинетическая энергия морских приливов и ветровых волн соответственно. Распространению этих видов электроэнергетики мешает необходимость совпадения слишком многих факторов при проектировании электростанции: необходимо не просто морское побережье, но такое побережье, на котором приливы (и волнение моря соответственно) были бы достаточно сильны и постоянны. Например, побережье Чёрного моря не годится для строительства приливных электростанций, так как перепады уровня воды Чёрном море в прилив и отлив минимальны.