Енергетика та енергопостачання: основні поняття і визначення

Політична та економічна незалежність і безпека держави багато в чому визначаються виробництвом енергетичних ресурсів у достатній кількості.

Різноманіття форм існування енергії, властивість їх взаємоперетво­рення дозволяє використовувати для виробництва і споживання енергії різні енергоресурси та енергоносії, визначає їх взаємозамінність. Енерге­тична цінність ресурсів, ефективність способів їх перетворення, ступінь досконалості процесів і установок, технологічних стадій енергетичного виробництва визначається, в остаточному підсумку, коефіцієнтом вико­ристання енергоресурсу (коефіцієнтом корисної дії енергоустановки).

Енергетика - галузь народного господарства, що охоплює виробницт­во, перетворення і використання різних форм енергії. В енергетиці вико­ристовують такі основні п'ять видів установок або систем:

- генерувальні - перетворюють потенційну або хімічну енергію при­родних енергетичних ресурсів на електричну, теплову, механічну або інший вид енергетичного ресурсу (наприклад, турбоустанов­ки, газогенерувальні установки, котли, компресори);

- перетворювальні- змінюють параметри та інші особливості пев­ного виду енергії (трансформаторні підстанції, інвенторні елект­роустановки, трансформатори теплоти й ін.);

- мережі- призначені для передачі і розподілу енергії (електричні, теплові, газові, нафтопроводи, мережі стиснутого повітря та ін.);

- акумулювальні- призначені для часткового регулювання режиму виробництва енергії (електричні і теплові акумулятори, насосно-акумулювальні гідростанції тощо);

- споживаючі - призначені для перетворення енергії до вигляду, у якому її безпосередньо використовують (електричний привід ма­шин, опалювальні установки, промислові печі, світильники та ін.).

Основними формами застосування енергії є теплота й електроенергія. Галузь енергетики, у якій одержання, перетворення, транспортування і використання цих форм енергії відбуваються за рахунок спалювання ор­ганічного палива, називають теплоенергетикою.

Галузь енергетики, яка займається перетворенням гідроенергії на елект­ричну, називають гідроенергетикою.

Відкриття способів використання енергії атомного ядра створило но­ву галузь енергетики - атомнуабоядерну енергетику.

Питаннями використання енергії вітру займається вітроенергетика.

Енергетичні технології, що базуються на використанні енергії Сонця, належать до геліоенергетики.

Кожна з галузей енергетики як наука має свою теоретичну основу, яка грунтується на законах фізичних явищ у цій сфері.

Перетворення енергії пов'язане з потребою використання різних її форм для сучасних технологічних процесів. Перетворення енергії не ви­черпується тільки перетворенням одних її форм на інші. Так, теплову енер­гію застосовують за різних рівнів температури і тиску теплоносія (пара, газ, вода), електричну - у вигляді змінного або постійного струму і за рі­зних рівнів напруги. Способи створення і експлуатацій різних установок, машин, апаратів і пристроїв, призначених для одержання, перетворення, транспортування і застосування різних форм енергії, базуються на використанні відповід­них розділів теоретичних основ енергетики: теплотехніки, електротехні­ки, гідротехніки, вітротехніки та ін.

У цій складній структурі енергетичних галузей на сьогодні склалися ключові поняття:

- Енергетичний ланцюжок (energy chain) характеризує потік енергії від видобутку (виробництва) первинного енергоресурсу до одер­жання і використання підведеної кінцевої енергії.

- Первинний енергоресурс [primary energy resource) - енергоресурс(сира нафта, природний газ, вугілля, горючі сланці, ядерна енергія,гідроенергія, геотермальна, сонячна, вітрова енергія тощо), якийне переробляли і не перетворювали.

- Енергоносій (energy carrier) - ресурс, що безпосередньо викорис­товують на стадії кінцевого споживання, попередньо переробле­ний, перетворений, а також природний енергетичний ресурс, що споживається на цій стадії.

- Підведений енергетичний ресурс (energy resource supplied) - енер­горесурс, підведений до енергетичної установки для переробки,перетворення, транспортування або використання.

- Кінцева підведена енергія (find energy або energy supplied) - енер­гія, підведена до споживача перед її кінцевим перетворенням на корисну роботу (кінцевим використанням) або кількість енергії в підведеному енергетичному ресурсі або енергоносії.

- Енергопостачання - сукупність послідовних процесів виробницт­ва, передачі і використання енергії.

- Система енергопостачання - сукупність установок і пристроїв, призначених для цілей енергопостачання.

- Ланцюг перетворення енергії - сукупність процесів і відповідних елементів для їх реалізації, що характеризують перехід від одного виду енергії до іншого.

Енергію у вільній формі неможливо накопичувати на будь-який три­валий час. Тому процеси виробництва і споживання енергії мають збіга­тися в часі або відбуватися безпосередньо один за одним і бути пов'язаними між собою відповідною ланкою передачі. Це суттєво впли­ває на характер виробничих, технічних і економічних зв'язків енергетики з іншими галузями матеріального виробництва і стосується структури та форм розвитку власне енергетики і систем енергопостачання.

У ряді випадків уживають поняття види енергії, під яким розуміють різні джерела енергії. Зокрема, розглядають невідновлювані ПЕР: викоп­не органічне паливо (вугілля, нафту, природний газ, торф, горючі сланці), ядерну енергію. Існують й інші ПЕР або джерела енергії, наприклад біо­маса, енергія сонця, вітру, хвиль, гідроенергія, геотермальна енергія.

Усі названі вище види енергії - це первинні енергетичні ресурси, во­ни утворюють першу ланку ланцюга перетворення енергії (рис. 1.1).

Отже, виходячи із завдань енергопостачання і ланцюга перетворення енергії будь-яка система енергопостачання базується на визначених енер­гетичних ресурсах і містить три головні елементи: джерело енергії (енер-гогенератор), мережі (розподільні і транспортні) і енергоспоживач (або­нент). Структура передавальних ланок у системі визначається рівнем концентрації і централізації енергопостачання.

Концентрація — процес зосередження виробництва енергії на великих енергетичних об'єктах, тобто збільшення одиничної потужності і продук­тивності енергетичних установок і устаткування. Концентрація - один з найважливіших чинників удосконалювання технічної бази і підвищення ефективності енергетичного виробництва.

Централізація - об'єднання споживачів енергії єдиними для них енер­гетичними мережами і джерелами енергії, зумовлене передусім нерозрив­ністю в часі процесів виробництва і споживання енергії. Централізація в енергетиці - форма раціональної організації енергопостачання.

Основною формою енергопостачання в багатьох країнах були і за­лишаються на тривалу перспективу централізовані системи. Об'єднуючи енергогенерувальні установки, трансформувальні і розпо­дільні пристрої та енергоспоживачі, вони характеризуються спільністю принципів формування і режиму роботи всіх ланок, взаємозалежністю процесів виробництва, розподілу і використання енергії. Концентрація і централізація - неодмінна умова створення ефективних форм енерго­постачання, розширення сфер і подальшого впровадження найраціона-льніших видів енергії в різні технологічні процеси. З цим пов'язане об'єднання власне енергетики, паливодобувних галузей і переробної промисловості в єдиний ПЕК.