6.3. Характеристика підприємств для вироблення електроенергії

В Україні виробляється щорічно біля 180 млрд. кВт. год елек­троенергії, з яких частка АЕС складає 42%. Програмою розвитку атомної енергетики до 2010 року передбачено досягнення вироб­лення електроенергії на АЕС до 100 млрд. КВт. год. і підтримка цього рівня до 2010 року. Встановлена потужність чинних блоків українських АЕС складає 12818 МВт при загальній потужності електростанцій — 54000 МВт.

Електрична енергія виробляється електричними генератора­ми— пристроями для перетворення різних видів енергії (ме­ханічна, хімічна, теплова, світлова) в електричну. Майже вся еле­ктрична енергія, яка використовується в народному господарстві і промисловості, одержується перетворенням механічної енергії за допомогою електромашинних генераторів, що працюють за принципом наведення електричного струму в провіднику, що пе­реміщується в електричному полі. Генератор складається з рото­ра, статора, джерела магнітного поля і обмотки. Для знімання

297

струму з обмотки встановлено струмознімачі (клеми). Генератори використовують як основні джерела електроенергії на теплових, гідравлічних, атомних, газотурбінних, та інших електростанціях.

Хімічна енергія перетворюється в електричну завдяки галь­ванічним елементам, світлова енергія — безпосередньо в термо­батареях і магнітогідродинамічних генераторах, енергія світла — в фотоелементах. Більшість теплових електростанцій працюють за такою схемою: спалювання палива (пиловидне вугілля, мазут, газ, сланці, торф, тощо) для перетворення-води в пару. Надход­ження пари до турбіни, яка приводить в дію електрогенератор, що виробляє електроенергію і надсилає її до електричних мереж.

Електроенергетика впливає не тільки на розвиток господарст­ва, а й на територіальну організацію продуктивних сил. Будівництво потужних ліній електропередачі дає змогу освоювати паливні ресурси незалежно від відстані районів споживання. Роз­виток електричного транспорту розширює територіальні межі цієї галузі промисловості. Достатня кількість електроенергії забезпе­чує виробництво електросталі, алюмінію та інших кольорових ме­талів, в яких частка паливно-енергетичних витрат у собівартості готової продукції значна у порівнянні з традиційними галузями промисловості. У ряді районів України (Донбас, Придніпров'я) електроенергетика визначає виробничу спеціалізацію і, є основою формування територіально-виробничих комплексів.

Розміщення електроенергетики залежить переважно від наяв­ності паливно-енергетичних ресурсів і споживачів електроенергії. Нині майже третина електроенергії виробляється у районах спо­живання і понад 2/3 — у районах її виробництва. Поки що місце для будівництва електростанцій вибирають, враховуючи зручність транспортування палива і електроенергії та екологічні обставини.

Теплові електростанції. Комплекс машин і споруд для вироб­ництва електричної енергії називають електростанціями. Найпо­ширеніші в Україні, які за характером обслуговування спожи­вачів є районними (ДРЕС), що працюють на твердому, рідкому й газоподібному паливі, як конденсаційні ТЕС і теплоелектроцент­ралі (ТЕЦ). Вони виробляють майже дві третини електричної енергії в державі. Частка вугілля в структурі палива, яке викори­стовують ТЕС, є значною. Перевагою ТЕС є відносно вільне розміщення та вдвоє менший обсяг капіталовкладень у них порівняно з гідроелектростанціями (ГЕС). Найбільшими ДРЕС в

298

Україні є Вуглегірська, Старобешгівська, Курахівска, Слов'янсь­ка (Донецька область), Запорізька, Ладижинська (Вінницька об­ласть), Трипільська (Київська область) та ін.

Дедалі більшого значення набувають теплоелектроцентралі ТЕЦ, споруджені поблизу споживача, оскільки радіус транспор­тування від них теплоти незначний (10.. 12) км, а коефіцієнт ко­рисного використання теплоти становить майже 70%, тоді яка на ТЕС — тільки (30...35)%. Теплоелектроцентралі обігрівають по­над 25 міст України. Найбільші з них — Київська ТЕЦ-5, Дар­ницька (Київ), Київська ТЕЦ-6, Харківська ТЕЦ-5, Одеська, Калузька, Краматорська та ін.

Атомні електростанції. В Україні експлуатуються чотири атомних електростанцій (Запорізька, Швденно-Українська, Хмельницька, Ровенська), загальна електрична потужність яких досягає 12,8 млн. кВт. їхня частка вироблення електроенергії в країні складає більше (40..45)%. На Рівненській АЕС діють два блоки по 440 МВт і один блок 1000 МВт, на інших АЕС — блоки потужністю по 1000 МВт (Чорнобильську АЕС зараз закрито). Підприємства енергетики України продовжують працювати в умовах нестачі органічного палива і масових неплатежів за відпу­щену електроенергію. Це істотно впливає на надійність і безпеку функціонування всієї енергосистеми України. До інших недоліків треба віднести недовикористання встановленої потужності, що складає в середньому 28,7%. З них на зупинення енергоблоків — 25,7% втрат потужності. Це основна причина втрат потужності. Електроенергія від атомних електростанцій передається в ос­новному до мереж з напругою 750 KB. Напруга турбогенераторів АЕС передається або безпосередньо через блокові трансформа­тори з вищою напругою 750 KB, або через трансформатори зв'яз­ку 330/750 KB із збірних шин станцій.

Гідроелектростанції є одним із найефективніших джерел еле­ктроенергії. Переваги їх полягають у тому, що вони виробляють електроенергію, яка у (5...6) разів дешевша, ніж на ТЕС, а персо­налу для їх обслуговання потрібно в (15...20) разів менше, ніж на АЕС. Коефіцієнт корисної дії ГЕС становить понад 80%. Однак розміщення їх повністю залежить від природних умов, а вироб­ництво ними електроенергії має сезонний характер. Будівництво ГЕС на рівнинних ріках України завдає значних збитків, оскільки потребує затоплення значних площ землі під водосхови­ща. Поки що гідроенергетика посідає незначне місце в енергетиці

299

України — до 9% потужностей і 9,2% виробництва електроенер­гії. Основні гідроелектростанції розташовані на Дніпрі — Дніп-рогес, Кременчуцька, Каховська, Дніпродзержинська, Канівсь­ка, Київська; на Дністрі — Дністровська ГЕС — ГАЕС; у Закар­патській області — Тереблю-Рька. Крім того, близько сотні, еле­ктростанцій невеликої потужності, діють на малих річках, більшість, з них належать до державної енергосистеми. Збудова­но каскади ГЕС на річках Рось (Корсунь-Шевченківська, Стеблівська та ін.) і Південний Буг.

Специфічну роль відіграють гідроакумуляційні електрос­танції (ГАЕС) — Київська, Дністровська. Електроенергією, яку вони виробляють, можна забезпечувати споживачів у пікові го­дини. Діючи за принципом переміщення того самого об'єму води між двома басейнами, розміщеними на різній висоті, ГАЕС пра­цюють як помпи.

Головна тенденція розвитку електроенергетики України — об'єднання електростанцій в енергосистеми, які здійснюють ви­робництво, транспортування і розподіл електроенергії між спо­живачами. Це зумовлено потребою ритмічного забезпечення споживачів електроенергією, для виробництва і споживання якої характерні не тільки сезонні, а й добові коливання. Енергосисте­ми дають змогу маневрувати у виробництві електроенергії як у часі, так і в просторі. Незбіг початкових навантажень в окремих ланках енергосистем уможливлює в разі потреби перекидання електроенергії в зустрічних напрямках із заходу на схід і з півночі на південь, У процесі транспортування електроенергії на значну відстань її втрати неминучі і збільшуються із зростанням відста­ней, проте зменшуються при підвищенні напруги передачі. Тому будівництво високовольтних ліній є досить актуальним.

Енергія припливів та відпливів. Припливи викликаються сила­ми тяжіння, зумовленого Місяцем і Сонцем. Енергія припливів ви­користовувалася з давніх-давен. Відомі, зокрема, припливні млини в Італії та Франції. Принцип використання цієї енергії дуже про­стий. Необхідно перегородити греблею чи дамбою морську бухту. Водоймище, яке утворилося, під час припливу через з'єднувальний канал заповниться водою. Під час відпливів цей канал перекрива­ють, використовуючи більш високий рівень у водоймищі, воду з нього випускають у море через водяну турбіну. Коли ж відплив закінчився, і рівень моря знову починає збільшуватися, то потік води через турбіну також випускають у басейн. Якщо використо-

300

вуються спеціальні реверсні турбіни, що діють в обох напрямках потоків, то електроенергія буде вироблятися протягом 20 годин на добу: чотири рази по п'ять годин з перервою на годину.

Максимально можлива потужність у циклі від одного припли­ву до другого залежить від площі припливного водосховища та різниці рівнів води. Тому припливні електростанції доцільно бу­дувати тільки в тих місцях, де природний рельєф прибережної зо­ни та контур берегової лінії зручні для створення водосховища значної площі, а припливи мають значну висоту. На більшості уз­береж середня висота припливі близько одного метра. Правда, є райони, де висота припливу досягає (11... 15) метрів. Найвищі при­пливи (до 18...20) м) зареєстровані в затоці Фанді (східне узбереж­жя Канади). Щоб створити велике водоймище, затоплювана час­тина суші повинна мати дуже малий нахил у бік моря. В світі існує відносно незначне число місць, зручних для побудови приплив­них, електростанцій. Це узбережжя Франції, Англії, Аргентини.

Першу морську електростанцію потужністю 635 кВт була по­будована в 1913 році. У бухті Ді біля Ліверпуля (Англія). В кінці 1968 р. на півночі Кольського півострова дала струм перша в СРСР Кислогубська припливна електростанція. Тут установлено два гідроагрегати потужністю по 400 кВт кожний. У 1967 р у Франції в гирлі річки Ране була введена в дію припливна елект­ростанція на 240 МВт. Створення цих двох станцій і досвід їх ек­сплуатації дали можливість почати проектування потужніших об'єктів: Мезенської 14 ГВт у Білому морі, Пенжинської 35 ГВт і Тутурської 10 ГВт в Охотському морі, а також у затоках Фанді й Унагава (Канада) і в гирлі ріки Северн (Великобританія).

Широкому будівництву припливних електростанцій пере­шкоджають в першу чергу економічні причини. Оскільки подібні гідроенергетичні споруди потребують значних капіталовкла­день, то припливні електростанції поки що не можуть конкурува­ти з традиційними способами виробництва електроенергії.

Енергія вітру. Ідея заміни органічного палива джерелами відновлювальної енергії стає все більш популярною. У Швеції, Швейцарії, Австрії, Норвегії, Канаді. Внесок вітрових станцій в енергетику цих країн вже перевищив 25%. І навіть у сусідній Польщі з січня 2001 року енергетичним компаніям поставлено за­вдання забезпечити виробництво 2,4% енергії за рахунок відновлю­вальної енергії, а до 2010 року — збільшити до7,5%. Світовий роз­виток вітроенергетики характеризується безперервним зростанням

301

потужності вітроустановок. Якщо на початку 80-х основу парку ВУ складали машини потужністю (20...ЗО) кВт, то вже у 1995-му — їхня потужність збільшилася до (500...600) кВт. А сьогодні провідні світові виробники випускають агрегати мегаватного класу (1... 1,6) МВт. Одночасно збільшується і частка щорічного вироблення еле­ктроенергії на 1кВт встановленої потужності, яка до 1980 року для середньорічної швидкісті вітру 6 м/с не перевищувала 500 кВттод, а у 2000 році вона вже становила (1000...3000) кВт-год. Зростання нього показника досягнуто покращенням характеристик ВУ і за­стосуванням високих (до 80 м) башт.

Безперечно, що зі зростанням об'ємів виробництва знижується і найважливіший техніко — економічний показник — вартість 1 кВт встановленої потужності. Якщо на початку 90-х років XX ст. вартість вітроагрегатів складала приблизно 1200 дол. за 1 кВт, то при застосуванні сучасних ВУ потужністю (500...6000) кВт цей показник зменшився до (700...800) дол. США/кВт. Комплексним показником ефективності вітроенергетики, безумовно, є ціна еле­ктроенергії., що виробляється ВЕС. За 20 років цей показник зни­зився у п'ять разів і наблизився до цін на традиційну електрое­нергію. Аналіз змін ціни на електроенергію, отриману за рахунок використання різноманітних джерел енергії показав, що вітрова електроенергія — єдина, яка має стійку тенденцію до зниження, і в 2010 році ціна за прогнозами впаде до (2,5...3,0) центів за кВт/год. Таким чином, цей екологічно чистий відновлювальний вид енергетики в найближчому майбутньому стане одним з голо­вних джерел задоволення енергетичних потреб світової спільно­ти. Україна (разом з Росією та Чехією) завершує список 37 країн, які використовують енергію вітру, проте — з нульовим показни­ком введення нових потужностей ВЕС, хоча наші вітчизняні фахівці першими в країнах колишнього Союзу почали розвивати цей перспективний напрямок.

Вітчизняним лідером в процесі проектування є Державне кон­структорське бюро "Південне". Ще у 1989 році спільно з мос­ковськими колегами тут почали розробляти Вітроагрегат (ВА) потужністю 250 кВт, а починаючи з 1991 року в кооперації з ря­дом українських підприємств ведуться роботи по створенню су­часних ВА різноманітних класів. Протягом (1992... 1993) років бу­ло розроблено та виготовлено дослідну партію вітроагреагтів АВЕ-250С, на базі яких розгорнуто будівництво Акташської (10 ВА) і Чорноморської (4 ВА) вітроелектростанцій в Криму,

302

Аджиголькоої ВЕС (З ВА) у Миколаївській області і Аджиголь-ску пілотну ВЕС, на якій три вітроагрегати АВЕ-250С пройшли опрацювання у складі ВЕС, виробили більше 1 мли. кВт/год і по­казали високу надійність (коефіцієнт технічної надійності скла­дає (0,85...0,95). До сьогодні вітроагрегатами АВЕ-250С вже ви­роблено 4, 5 млн кВт/год електроенергії. Окрім АВЕ-250С на ДКБ "Південне" розроблено проектну і конструкторську доку­ментацію на ВА ВЕУ-220, що максимально адаптована до можли­востей національної промисловості розрахована на вітрові умови більшої частини території України. Близько 10 років ведуться ро­боти по становленню ВА ВЕУ — 500 потужністю 500 кВт, який повинен стати базою для суттєвого збільшення частки вітрової енергії в національному енергобалансі України. Перший такий дослідний ВА в 1996 році змонтований на Акташській ВЕС. Пра­цюють тут також над створенням ВА з вертикальною віссю обер­тання. Вже виготовлені, змонтовані І проходять випробування на полігоні в Євпаторії дослідні зразки подібних машин по­тужністю 20 і 420 кВт. Дійсно, світовий досвід розвитку вітрое­нергетики свідчить, що лише при збільшенні потужностей ВЕС досягається рентабельність виробництва товарної вітроелектрое-нергії. Тому необхідно, щоб до 2005 року основу вітчизняного парку ВЕС складали ВУ з одиничною потужністю не нижче 500 кВт, а з 2005 — не нижче 1500 кВт.

Використання сонячної енергії. Приблизно 0,2% падаючого випромінювання використовуються всіма рослинами землі для фотосинтезу. Завдяки цьому наша планета перебуває в постійно­му тепловому балансі з навколишнім середовищем.На відміну від теплової енергії електрична є зручнішою для споживання. Найе­фективнішим способом перетворення сонячної енергії в елект­ричну є фотоелектричний та паротурбінний, які використову­ються на звичайних теплових електростанціях.

Фотоелектричний спосіб — один з найпростіших, бо дає змогу безпосередньо перетворювати сонячну енергію в електричну. Фо­тоелектричне перетворення сонячної енергії застосовується з 1958 р. на всіх штучних супутниках Землі. На Місяці більше року працював "Лунохід-1", живлення якого здійснювали сонячні бата­реї. Досі розвиток цього способу для наземних цілей стримувався високою вартістю електроенергії, отримуваної за допомогю фото­перетворювачів, і відносно низьким ККД перетворення енергії. Так, електростанція на сонячних батареях поблизу екватора, у якої

303

добовий виробіток 500 МВт-год (приблизно стільки енергії вироб­ляє досить велика ГЕС) при ККД 10% зайняла б площу 500000. Я.сно, що використання такої кількості напівпровідникових пере­творювачів, які необхідні, щоб заповнити цю площу, стане рента­бельною тільки тоді, коли вартість їх буде невисокою.

В Україні накопичено також певний досвід експлуатації назем­них фотоелектричних установок потужністю від 10 до 500 Вт. Во­ни використовуються на маяках і навігаційних знаках, на пристро­ях катодного захисту газопроводів. Сумарна їх потужність переви­щує 3 кВт при ККД (1...8)%, а термін роботи становить більше 30 років. Фотоелектричні установки різної потужності будуються і в інших країнах. Так, у Європі споруджується 15 фотоелектричних установок потужністю від 30 до 3000 кВт. У США збудовані три центральні фотоелектричні установки, при чому дві з них є пер­шою чергою великих електростанцій потужністю 16 та 100 МВт.

Нині в південно-східній частині Кримського півострова біля селища Леніно працює перша в країні експериментальна СЕС по­тужністю 5 МВт. Висота башти досягає 90 м, на її вершині вста­новлений парогенератор з природною циркуляцією. Периметр приймача теплоти 7 м. Навколо башти ярусами розташовано геліостати, кількість яких становить 1600 штук. Загальна площа забудови становить 44 га.

Розпочато розробку техніко-економічного обґрунтування по­тужнішої дослідно-промислової станції, яка буде складатися з чоти­рьох модулів по 50 МВт. Кожний модуль займатиме площу 1,5 х 1,5, будуть розташовані, геліостати та башта, висотою 250 м із парогенератором, турбіною, акумулятором та іншим обладнанням.

Одна з проблем, яка повинна бути вирішена при викорис­танні СЕС — забезпечення безперервного надходження електро­енергії, що особливо суттєво для автономних енергоустановок.

Одержання теплоти шляхом прямої абсорбції сонячного ви­промінювання є найбільш простий за технічною реалізацією спосіб використання сонячної енергії. Теплота, що одержується в результаті прямої абсорбції сонячної радіації, використовується для нагрівання води, обігріву приміщень, сушіння матеріалів про­дуктів сільськогосподарського виробництва. Значний практичний інтерес до обігрівання приміщень і одержанню гарячої води за ра­хунок сонячної радіації обумовлено тим, що в промислово розви­нутих країнах близько (30...40)% виробленої енергії споживається на так зване низькотемпературне нагрівання (менше 100 °С).

304

Одержання такої низькотемпературної теплоти можна здійс­нити за допомогою плоских теплових колекторів, що працюють на принципі, тепличного ефекту. Фізична суть цього ефекту поля­гає в тім, що сонячне випромінювання, що падає на поверхню теплового колектора, покритого прозорим для сонячних про­менів матеріалом, практично без втрат проникає в середину теп­лового колектора і, потрапляючи на теплоприймач, нагріває йо­го, а процес розсіювання теплової енергії теплоприймача, мінімізований. Це і призводить до тепличного ефекту, що полягає в нагромадженні енергії під склом і збільшенні температури теп­лоприймача до 180 °С. Якщо перетворена, енергія не виводиться з колектора теплоносієм, то в робочому режимі накопичена теп­лота витрачається в основному на нагрівання приміщень.

Геотермальна енергатика. На значній частині поверхні Землі є чималі запаси геотермальної енергії внаслідок вулканічної діяль­ності, радіоактивного розпаду, тектонічних зсувів і магматичних включень у земній корі. У низці географічних районів викорис­тання геотермальних джерел може істотно збільшити енергови-добування, бо геотермальні електростанції (ГеоТЕС) є одними з найбільш дешевих альтернативних джерел енергії.

Тільки у верхньому трикілометровому шарі Землі міститься понад 1020 Дж теплоти, придатної для вироблення електрое­нергії. Джерела геотермальної енергії поділяються на 5 типів:

1. Родовища, геотермальної сухої пари легко розробляються, але зустрічаються рідко. Проте половина чинних ГеоТЕС вико­ристовує теплоту цих джерел.

2. Джерела вологої пари зустрічаються частіше, але при їхній експлуатації доводиться враховувати корозію обладнання Гео­ТЕС та забруднення навколишнього середовища.

3. Родовища геотермальної води, власне, геотермальні резер­вуари, які утворюються внаслідок наповнення підземних порож­нин атмосферними опадами що нагріваються навколишньою

магмою.

4. Сухі гарячі скельні породи, розігріті магмою (на глибині

понад 2 км), їхні запаси найбільші.

5. Магма — це нагріті до 1300 °С розплавлені гірські породи. Геотермальні ресурси є частиною теплової енергії твердої, рідкої та газоподібної фаз земної кори, яка може бути ефективно витяг­нута з надр та використана при сучасному рівні технічного про­гресу. Світовий досвід стосується використання природної пари

305

та термальних вод. Отож, треба використати теплову енергію га­рячих гірських порід (петрогеотермальних ресурсів), температу­ра яких на глибині (3...5) км звичайно перевищує 100° С. Енергія, що отримана при охолодженні 1 породного масиву, тільки на 10° С буде відповідати теплотворній здатності 1 млн. т нафти. За­гальний тепловміст перших 10 км земної кори становить при­близно 10*1023 кДж, що в тисячі разів перевищує теплотворну спроможність світових запасів усіх видів палива. Безперервна ге­нерація внутрішньої земної теплоти компенсує його зовнішні втрати й служить джерелом нагромадження енергії. Загальна кількість теплоти, яку має Земля, у паливному еквіваленті стано­вить приблизно 4.5-108 трлн. т. умовного палива.

Геотермальна енергетика, розвивається насамперед у тих краї­нах, де є в достатній кількості високотемпературні геотермальні ре­сурси. Провідне місце в розвитку геотермальної енергетики займа­ють Ісландія, США (половина ГеоТЕС розміщена в долині гей­зерів). Питомі витрати на спорудження ГеоТЕС у США на 38% нижчі, ніж на спорудження АЕС, і на, 50% нижчі, ніж на споруджен­ня вугільних ТЕС, вартість електроенергії на (25...35)% нижча, ніж на традиційних електростанціях. В Україні використання геотер­мальної енергетики дуже обмежено через відсутність відповідних джерел.. Перспективними гідротермальними зонами визнають Во-линсько-Подільську, Дніпровсько-Донецьку, Причорноморську.