Production d'énergie électrique Le courant électrique est généré dans des générateurs-dispositifs qui convertissent l'énergie d'une sorte ou d'une autre en énergie électrique. Le rôle prédominant à notre époque est joué par les générateurs de courant alternatif à induction électromécanique. Là, l'énergie mécanique est convertie en énergie électrique. Le courant électrique est généré dans des générateurs-appareils qui convertissent l'énergie d'une sorte ou d'une autre en énergie électrique. Le rôle prédominant à notre époque est joué par les générateurs de courant alternatif à induction électromécanique. Là, l'énergie mécanique est convertie en énergie électrique. Le générateur se compose de Un générateur se compose d'un aimant permanent qui crée un champ magnétique et d'un enroulement dans lequel une force électromotrice alternative est induite. un aimant permanent qui crée un champ magnétique et un enroulement dans lequel une force électromotrice alternative est induite.
Transformateurs TRANSFORMER est un dispositif qui convertit le courant alternatif d'une tension en courant alternatif d'une autre tension à une fréquence constante. Dans le cas le plus simple, le transformateur est constitué d'un noyau en acier fermé sur lequel sont placées deux bobines avec des enroulements de fil. Celui des enroulements qui est connecté à une source de tension alternative est appelé primaire, et celui auquel la « charge » est connectée, c'est-à-dire les appareils qui consomment de l'électricité, est appelé secondaire. Le fonctionnement d’un transformateur repose sur le phénomène d’induction électromagnétique.
Production d'énergie électrique L'électricité est produite dans de grandes et petites centrales électriques, principalement à l'aide de générateurs à induction électromécaniques. Il existe plusieurs types de centrales électriques : les centrales thermiques, hydroélectriques et nucléaires. Centrale nucléaire GESTCentrales thermiques
Utilisation de l'électricité Le principal consommateur d'électricité est l'industrie, qui représente environ 70 % de l'électricité produite. Le transport est également un gros consommateur. De plus en plus de lignes ferroviaires sont converties à la traction électrique. Presque tous les villages et villages reçoivent de l'électricité des centrales électriques de l'État pour les besoins industriels et domestiques. Environ un tiers de l'électricité consommée par l'industrie est utilisée à des fins technologiques (soudage électrique, chauffage électrique et fusion des métaux, électrolyse, etc.).
Transport d'électricité Le transport d'énergie est associé à des pertes notables : le courant électrique chauffe les fils des lignes électriques. Si la longueur de la ligne est très longue, le transport d’énergie peut devenir économiquement non rentable. Puisque la puissance actuelle est proportionnelle au produit du courant et de la tension, pour maintenir la puissance transmise, il est nécessaire d’augmenter la tension dans la ligne de transmission. C'est pourquoi des transformateurs élévateurs sont installés dans les grandes centrales électriques. Ils augmentent la tension dans la ligne dans la mesure où ils diminuent le courant. Pour utiliser directement l'électricité, des transformateurs abaisseurs sont installés aux extrémités de la ligne. Transformateur élévateur Transformateur abaisseur Transformateur abaisseur Transformateur abaisseur Vers consommateur Générateur 11 kV 110 kV 35 kV 6 kV Ligne de transport Ligne de transport Ligne de transport 35 kV 6 kV 220 V
Utilisation efficace de l'électricité La demande d'électricité ne cesse d'augmenter. Il existe deux manières de satisfaire ce besoin. La solution la plus naturelle, et à première vue la seule, est la construction de nouvelles centrales électriques puissantes. Mais les centrales thermiques consomment des ressources naturelles non renouvelables et causent également de graves dommages à l'équilibre écologique de notre planète. Les technologies avancées permettent de répondre autrement aux besoins énergétiques. La priorité devrait être donnée à l’augmentation de l’efficacité énergétique plutôt qu’à l’augmentation de la capacité des centrales électriques.
Tous les processus technologiques de toute production sont associés à la consommation d'énergie. La grande majorité des ressources énergétiques est consacrée à leur mise en œuvre.
Le rôle le plus important dans une entreprise industrielle est joué par l'énergie électrique - le type d'énergie le plus universel, qui est la principale source d'énergie mécanique.
La conversion de divers types d'énergie en énergie électrique se produit à centrales électriques .
Les centrales électriques sont des entreprises ou des installations conçues pour produire de l'électricité. Le combustible des centrales électriques est constitué de ressources naturelles - charbon, tourbe, eau, vent, soleil, énergie nucléaire, etc.
Selon le type d'énergie convertie, les centrales électriques peuvent être divisées en types principaux suivants : centrales thermiques, nucléaires, hydroélectriques, centrales de pompage-turbinage, turbines à gaz, ainsi que centrales électriques locales de faible puissance - éoliennes, solaires, géothermiques, marée, diesel, etc.
La majeure partie de l'électricité (jusqu'à 80 %) est produite dans des centrales thermiques (TPP). Le processus d'obtention d'énergie électrique dans une centrale thermique consiste en la conversion séquentielle de l'énergie du combustible brûlé en énergie thermique de la vapeur d'eau, qui entraîne la rotation d'une unité turbine (turbine à vapeur reliée à un générateur). L'énergie mécanique de rotation est convertie par le générateur en énergie électrique. Le combustible des centrales électriques est le charbon, la tourbe, le schiste bitumineux, le gaz naturel, le pétrole, le mazout et les déchets de bois.
Avec un fonctionnement économique des centrales thermiques, c'est-à-dire lorsque le consommateur fournit simultanément des quantités optimales d'électricité et de chaleur, leur efficacité atteint plus de 70 %. Pendant la période où la consommation de chaleur s'arrête complètement (par exemple, pendant la saison hors chauffage), l'efficacité de la station diminue.
Les centrales nucléaires (NPP) diffèrent d'une centrale à turbine à vapeur conventionnelle en ce qu'une centrale nucléaire utilise le processus de fission des noyaux d'uranium, de plutonium, de thorium, etc. comme source d'énergie en raison de la division de ces matériaux en des noyaux spéciaux. appareils - réacteurs, une énorme quantité d'énergie thermique est libérée.
Par rapport aux centrales thermiques, les centrales nucléaires consomment une petite quantité de combustible. De telles stations peuvent être construites n'importe où, car ils ne sont pas liés à la localisation des réserves naturelles de combustibles. De plus, l’environnement n’est pas pollué par la fumée, les cendres, la poussière et le dioxyde de soufre.
Dans les centrales hydroélectriques (HPP), l'énergie de l'eau est convertie en énergie électrique à l'aide de turbines hydrauliques et de générateurs qui y sont connectés.
Il existe des types de barrages et de dérivation de centrales hydroélectriques. Les centrales hydroélectriques de barrage sont utilisées sur les rivières de plaine à basse pression, les centrales hydroélectriques de dérivation (avec canaux de contournement) sont utilisées sur les rivières de montagne avec de grandes pentes et un faible débit d'eau. Il est à noter que le fonctionnement des centrales hydroélectriques dépend du niveau d'eau déterminé par les conditions naturelles.
Les avantages des centrales hydroélectriques sont leur rendement élevé et le faible coût de l'électricité produite. Cependant, il convient de prendre en compte le coût élevé des investissements dans la construction de centrales hydroélectriques et le temps important nécessaire à leur construction, qui détermine leur longue période de récupération.
Une particularité du fonctionnement des centrales électriques est qu’elles doivent produire autant d’énergie qu’il est actuellement nécessaire pour couvrir la charge des consommateurs, les besoins propres des centrales et les pertes dans les réseaux. Par conséquent, l'équipement de la station doit toujours être prêt à faire face aux changements périodiques de la charge des consommateurs tout au long de la journée ou de l'année.
La plupart des centrales électriques sont intégrées dans systèmes énergétiques , dont chacun a les exigences suivantes :
- Correspondance de la puissance des générateurs et transformateurs à la puissance maximale des consommateurs d'électricité.
- Capacité suffisante des lignes de transport d’électricité (PTL).
- Assurer une alimentation électrique ininterrompue avec une haute qualité énergétique.
- Économique, sûr et facile à utiliser.
Pour répondre à ces exigences, les systèmes électriques sont équipés de centres de contrôle spéciaux équipés de moyens de surveillance, de contrôle, de communication et d'agencements spéciaux de centrales électriques, de lignes de transmission et de sous-stations abaisseurs. Le centre de contrôle reçoit les données et informations nécessaires sur l'état du processus technologique dans les centrales électriques (consommation d'eau et de carburant, paramètres de vapeur, vitesse de rotation de la turbine, etc.) ; sur le fonctionnement du système - quels éléments du système (lignes, transformateurs, générateurs, charges, chaudières, conduites de vapeur) sont actuellement déconnectés, lesquels sont en fonctionnement, en réserve, etc. ; sur les paramètres électriques du mode (tensions, courants, puissances active et réactive, fréquence, etc.).
Le fonctionnement des centrales électriques du système permet, grâce à un grand nombre de générateurs fonctionnant en parallèle, d'augmenter la fiabilité de l'alimentation électrique des consommateurs, de charger complètement les unités les plus économiques des centrales électriques et de réduire le coût de l'électricité. génération. De plus, la capacité installée des équipements de secours dans le système électrique est réduite ; garantit une meilleure qualité de l’électricité fournie aux consommateurs ; la puissance unitaire des unités pouvant être installées dans le système augmente.
En Russie, comme dans de nombreux autres pays, le courant alternatif triphasé d'une fréquence de 50 Hz est utilisé pour la production et la distribution d'électricité (aux États-Unis et dans plusieurs autres pays, 60 Hz). Les réseaux et installations à courant triphasé sont plus économiques que les installations à courant alternatif monophasé, et permettent également d'utiliser largement les moteurs électriques asynchrones les plus fiables, les plus simples et les moins chers comme entraînement électrique.
Parallèlement au courant triphasé, certaines industries utilisent le courant continu, obtenu par redressement du courant alternatif (électrolyse dans l'industrie chimique et métallurgie des non ferreux, transports électrifiés, etc.).
L'énergie électrique produite dans les centrales électriques doit être transférée vers les lieux de consommation, principalement vers les grands centres industriels du pays, situés à plusieurs centaines, voire milliers de kilomètres des centrales électriques puissantes. Mais transmettre l’électricité ne suffit pas. Il doit être réparti entre de nombreux consommateurs différents - entreprises industrielles, transports, immeubles résidentiels, etc. Le transport de l'électricité sur de longues distances s'effectue à haute tension (jusqu'à 500 kW ou plus), ce qui garantit des pertes électriques minimales dans les lignes électriques et entraîne d'importantes économies de matériaux grâce à la réduction des sections de fils. Par conséquent, lors du processus de transmission et de distribution de l’énergie électrique, il est nécessaire d’augmenter et de diminuer la tension. Ce processus est réalisé grâce à des dispositifs électromagnétiques appelés transformateurs. Un transformateur n'est pas une machine électrique, car son travail n'est pas lié à la conversion de l'énergie électrique en énergie mécanique et vice versa ; il convertit uniquement la tension en énergie électrique. La tension est augmentée à l'aide de transformateurs élévateurs dans les centrales électriques et la tension est diminuée à l'aide de transformateurs abaisseurs dans les sous-stations de consommation.
Le lien intermédiaire pour transmettre l'électricité des sous-stations de transformation aux récepteurs d'électricité est Électricité du net .
Un poste de transformation est une installation électrique conçue pour la conversion et la distribution d'électricité.
Les sous-stations peuvent être fermées ou ouvertes selon l'emplacement de leurs équipements principaux. Si l'équipement est situé dans un bâtiment, alors le poste est considéré comme fermé ; si en plein air, alors ouvrez.
L'équipement de sous-station peut être assemblé à partir d'éléments de dispositif individuels ou à partir de blocs fournis assemblés pour l'installation. Les sous-stations de conception en bloc sont dites complètes.
L'équipement des sous-stations comprend des dispositifs qui commutent et protègent les circuits électriques.
L'élément principal des sous-stations est le transformateur de puissance. Structurellement, les transformateurs de puissance sont conçus de manière à éliminer autant de chaleur que possible des enroulements et du noyau dans l'environnement. Pour ce faire, par exemple, le noyau avec les enroulements est immergé dans un réservoir d'huile, la surface du réservoir est nervurée, avec des radiateurs tubulaires.
Les postes de transformation complets installés directement dans les locaux de production d'une capacité allant jusqu'à 1000 kVA peuvent être équipés de transformateurs de type sec.
Pour augmenter le facteur de puissance des installations électriques, des condensateurs statiques sont installés dans les sous-stations pour compenser la puissance réactive de la charge.
Un système de surveillance et de contrôle automatique pour les appareils de sous-station surveille les processus se produisant dans la charge et dans les réseaux d'alimentation électrique. Il remplit les fonctions de protection du transformateur et des réseaux, déconnecte les zones protégées à l'aide d'un interrupteur en cas d'urgence, effectue le redémarrage et la mise sous tension automatique de la réserve.
Les postes de transformation des entreprises industrielles sont connectés au réseau d'alimentation électrique de différentes manières, en fonction des exigences de fiabilité de l'alimentation électrique ininterrompue des consommateurs.
Les schémas typiques fournissant une alimentation électrique ininterrompue sont radiaux, principaux ou en anneau.
Dans les schémas radiaux, les lignes qui alimentent les grands récepteurs électriques partent du tableau de distribution du poste de transformation : moteurs, points de distribution groupés, auxquels sont connectés des récepteurs plus petits. Les circuits radiaux sont utilisés dans les stations de compression et de pompage, les ateliers des industries poussiéreuses à risque d'explosion et d'incendie. Ils offrent une grande fiabilité d'alimentation électrique, permettent l'utilisation généralisée d'équipements de contrôle et de protection automatiques, mais nécessitent des coûts élevés pour la construction de tableaux de distribution, la pose de câbles et de fils.
Les circuits principaux sont utilisés lorsque la charge est répartie uniformément sur la zone de l'atelier, lorsqu'il n'est pas nécessaire de construire un tableau de distribution au poste, ce qui réduit le coût de l'installation ; des jeux de barres préfabriqués peuvent être utilisés, ce qui accélère l'installation. Dans le même temps, le déplacement d'équipements technologiques ne nécessite pas de retravailler le réseau.
L'inconvénient du circuit principal est la faible fiabilité de l'alimentation électrique, car si la ligne principale est endommagée, tous les récepteurs électriques qui y sont connectés sont éteints. Cependant, l'installation de cavaliers entre le secteur et l'utilisation d'une protection augmentent considérablement la fiabilité de l'alimentation électrique avec des coûts de redondance minimes.
Depuis les sous-stations, le courant basse tension de fréquence industrielle est distribué dans tous les ateliers à l'aide de câbles, fils, jeux de barres depuis l'appareillage de l'atelier jusqu'aux dispositifs d'entraînement électrique des machines individuelles.
Les interruptions de l'alimentation électrique des entreprises, même à court terme, entraînent des perturbations du processus technologique, des dommages aux produits, des dommages aux équipements et des pertes irréparables. Dans certains cas, une panne de courant peut créer un risque d'explosion et d'incendie dans les entreprises.
Selon les règles d'installation électrique, tous les récepteurs d'énergie électrique sont répartis en trois catégories selon la fiabilité de l'alimentation électrique :
- Récepteurs d'énergie pour lesquels une interruption de l'alimentation électrique est inacceptable, car elle peut entraîner des dommages aux équipements, des défauts massifs des produits, une perturbation d'un processus technologique complexe, une perturbation du fonctionnement d'éléments particulièrement importants de l'économie municipale et, à terme, menacer la vie des personnes .
- Récepteurs d'énergie dont une rupture d'alimentation électrique entraîne l'échec du plan de production, des arrêts des travailleurs, des machines et des transports industriels.
- Autres récepteurs d'énergie électrique, par exemple ateliers de production non en série et auxiliaires, entrepôts.
L'alimentation électrique des récepteurs d'énergie électrique de première catégorie doit dans tous les cas être assurée et, en cas de perturbation, elle doit être automatiquement rétablie. Par conséquent, ces récepteurs doivent disposer de deux sources d’alimentation indépendantes, chacune pouvant les alimenter entièrement en électricité.
Les récepteurs d'électricité de la deuxième catégorie peuvent disposer d'une source d'alimentation de secours, qui est connectée par le personnel de service après un certain temps après la panne de la source principale.
Pour les récepteurs de la troisième catégorie, en règle générale, aucune source d'alimentation de secours n'est fournie.
L'alimentation électrique des entreprises est divisée en externe et interne. L'alimentation électrique externe est un système de réseaux et de sous-stations depuis la source d'alimentation (système énergétique ou centrale électrique) jusqu'au poste de transformation de l'entreprise. Dans ce cas, le transport d'énergie s'effectue via des câbles ou des lignes aériennes avec des tensions nominales de 6, 10, 20, 35, 110 et 220 kV. L'alimentation électrique interne comprend le système de distribution d'énergie au sein des ateliers de l'entreprise et sur son territoire.
Une tension de 380 ou 660 V est fournie à la charge électrique (moteurs électriques, fours électriques) et de 220 V à la charge d'éclairage Afin de réduire les pertes, il est conseillé de connecter des moteurs d'une puissance de 200 kW ou plus. une tension de 6 ou 10 kV.
La tension la plus courante dans les entreprises industrielles est de 380 V. La tension 660 V est largement introduite, ce qui permet de réduire les pertes d'énergie et la consommation de métaux non ferreux dans les réseaux basse tension, d'augmenter la portée des sous-stations d'atelier et la puissance des chaque transformateur à 2500 kVA. Dans certains cas, à une tension de 660 V, il est économiquement justifié d'utiliser des moteurs asynchrones d'une puissance allant jusqu'à 630 kW.
La distribution d'électricité s'effectue à l'aide de câblage électrique - un ensemble de fils et de câbles avec des fixations, des structures de support et de protection associées.
Le câblage interne est un câblage électrique installé à l’intérieur d’un bâtiment ; externe - à l'extérieur, le long des murs extérieurs du bâtiment, sous auvents, sur supports. Selon la méthode d'installation, le câblage interne peut être ouvert s'il est posé à la surface des murs, des plafonds, etc., et caché s'il est posé dans les éléments structurels des bâtiments.
Le câblage peut être posé avec un fil isolé ou un câble non armé d'une section allant jusqu'à 16 mm². Dans les endroits soumis à un impact mécanique possible, le câblage électrique est enfermé dans des tuyaux en acier et scellé si l'environnement ambiant est explosif ou agressif. Sur les machines-outils et les machines à imprimer, le câblage est réalisé dans des canalisations, dans des manchons métalliques, avec du fil isolé en polychlorure de vinyle, qui n'est pas détruit par l'exposition aux huiles de machines. Un grand nombre de fils du système de commande du câblage électrique de la machine sont posés dans des plateaux. Les jeux de barres sont utilisés pour transmettre l’électricité dans les ateliers comportant un grand nombre de machines de production.
Pour le transport et la distribution de l'électricité, les câbles électriques sous gaine de caoutchouc et de plomb sont largement utilisés ; non blindés et blindés. Les câbles peuvent être posés dans des goulottes, montés sur des murs, dans des tranchées en terre ou encastrés dans des murs.
L’électricité, en tant que moteur fondamental du développement de la civilisation, est entrée dans la vie de l’humanité relativement récemment. L'utilisation active de l'électricité a commencé il y a un peu plus de cent ans.
Histoire de l'industrie mondiale de l'énergie électrique
L'industrie de l'énergie électrique est un secteur stratégique du système économique de tout État. L'histoire de l'émergence et du développement de l'efficacité énergétique remonte à la fin du XIXe siècle. Le précurseur de l’émergence de la production industrielle d’électricité a été la découverte de lois fondamentales sur la nature et les propriétés du courant électrique.
On considère que le point de départ de la production et du transport d’électricité est 1892. C’est alors que la première centrale électrique est construite à New York sous la houlette de Thomas Edison. La station est devenue une source de courant électrique pour l’éclairage public. Il s'agissait de la première expérience de conversion de l'énergie thermique issue de la combustion du charbon en électricité.
Depuis lors, l’ère de la construction massive de centrales thermiques (TPP) fonctionnant au combustible solide – le charbon thermique – a commencé. Avec le développement de l'industrie pétrolière, d'énormes réserves de fioul sont apparues, formées grâce au raffinage des produits pétroliers. Des technologies ont été développées pour obtenir un vecteur d'énergie thermique (vapeur) à partir de la combustion de fioul.
Depuis les années trente du siècle dernier, les centrales hydroélectriques (HPP) se sont généralisées. Les entreprises ont commencé à utiliser l’énergie des chutes d’eau des rivières et des réservoirs.
Dans les années 70, la construction rapide de centrales nucléaires (NPP) a commencé. Dans le même temps, des sources alternatives d’électricité ont commencé à être développées et mises en œuvre : éoliennes, panneaux solaires et géostations alcalines. Des mini-installations sont apparues qui utilisent la chaleur pour produire de l'électricité à la suite de processus chimiques de décomposition du fumier et des déchets ménagers.
Histoire de l'industrie électrique russe
L'adoption par le jeune État de l'URSS du plan GOELRO en 1920 a été un puissant élan pour le développement de la production d'énergie électrique. Il a été décidé de construire 10 centrales électriques d'une capacité totale de 640 000 kW sur 15 ans. Cependant, en 1935, 40 centrales électriques régionales d'État (GRES) étaient mises en service. Une base puissante pour l’industrialisation de la Russie et des républiques fédérées a été créée.
Dans les années 1930, la construction massive de centrales hydroélectriques (HPP) a commencé sur le territoire de l'URSS. Les fleuves de Sibérie furent aménagés. La célèbre centrale hydroélectrique du Dniepr a été construite en Ukraine. Dans les années d'après-guerre, l'État s'est concentré sur la construction de centrales hydroélectriques.
Important! L'émergence d'une électricité bon marché en Russie a résolu le problème des transports urbains dans les grands centres régionaux. Les tramways et les trolleybus sont non seulement devenus une incitation économique à l'utilisation de l'électricité dans les transports, mais ont également entraîné une réduction significative de la consommation de carburant liquide. Des ressources énergétiques bon marché ont conduit à l’apparition des locomotives électriques sur les chemins de fer.
Dans les années 70, à la suite de la crise énergétique mondiale, les prix du pétrole ont fortement augmenté. Un plan de développement de l'énergie nucléaire a commencé à être mis en œuvre en Russie. Presque toutes les républiques de l’Union soviétique ont commencé à construire des centrales nucléaires. La Russie d'aujourd'hui est devenue leader dans ce domaine. Aujourd'hui, 21 centrales nucléaires sont en activité sur le territoire de la Fédération de Russie.
Processus technologiques de base dans l'industrie de l'énergie électrique
La production d’électricité en Russie repose sur trois piliers du système énergétique. Il s'agit du nucléaire, du thermique et de l'hydroélectricité.
Trois types de production d'électricité
Industries de l'énergie électrique
La liste des sources industrielles de production d'énergie électrique se compose de 4 secteurs énergétiques :
- atomique;
- thermique;
- l'hydroélectricité;
- alternative.
Pouvoir nucléaire
Cette branche de production d’énergie constitue aujourd’hui le moyen le plus efficace de produire de l’électricité grâce à une réaction nucléaire. À cette fin, de l'uranium purifié est utilisé. Le cœur de la station est le réacteur nucléaire.
Les sources de chaleur sont des éléments combustibles (fuel elements). Ce sont de longs et minces tubes de zirconium contenant des comprimés d'uranium. Ils sont regroupés en groupes - assemblage combustible (assemblage combustible). Ils chargent la cuve du réacteur, dans le corps de laquelle se trouvent des tuyaux d'eau. Lors de la désintégration nucléaire de l'uranium, de la chaleur est dégagée, ce qui chauffe l'eau du circuit primaire jusqu'à 3 200°C.
La vapeur s'écoule vers les aubes de turbine, qui font tourner des générateurs de courant alternatif. L'électricité entre dans le système énergétique général via des transformateurs.
Note! En souvenir de la tragédie de Tchernobyl, les scientifiques du monde entier améliorent le système de sécurité des centrales nucléaires. Les derniers développements dans le domaine de l’énergie nucléaire garantissent que les centrales nucléaires sont presque 100 % inoffensives.
L'énérgie thermique
Les centrales thermiques fonctionnent sur le principe de la combustion de combustibles naturels : charbon, gaz et fioul. L'eau qui traverse les canalisations des chaudières est transformée en vapeur et est ensuite fournie aux aubes des turbines des générateurs.
Informations Complémentaires. Sur 4 ans de fonctionnement d'un groupe de barres combustibles, une telle quantité d'électricité est générée que la centrale thermique devra brûler 730 réservoirs de gaz naturel, 600 wagons à charbon ou 900 pétroliers.
De plus, les centrales thermiques aggravent considérablement la situation environnementale dans les zones où elles sont situées. Les produits de combustion des carburants polluent fortement l'atmosphère. Seules les stations fonctionnant sur des unités à turbine à gaz répondent aux exigences de propreté environnementale.
Hydroélectricité
Des exemples d'utilisation efficace de l'hydroélectricité sont les centrales hydroélectriques d'Assouan, de Sayano-Shushenskaya, etc. Les centrales électriques les plus respectueuses de l'environnement qui utilisent l'énergie cinétique du mouvement de l'eau ne produisent aucune émission nocive dans l'environnement. Cependant, la construction massive d’ouvrages hydrauliques est limitée par un concours de circonstances. Il s'agit de la présence d'un certain débit d'eau naturel, d'une caractéristique du terrain et bien plus encore.
énergie alternative
La révolution scientifique et technologique ne s’arrête pas une minute. Chaque jour apporte des innovations dans la production de courant électrique. Les esprits curieux sont constamment à la recherche de nouvelles technologies de production d’électricité, qui constituent une alternative aux méthodes traditionnelles de production d’électricité.
Il convient de mentionner les éoliennes, les stations marémotrices et les panneaux solaires. Parallèlement à cela, sont apparus des appareils générant du courant électrique en utilisant la chaleur de décomposition des déchets ménagers et des déchets d'élevage. Il existe des appareils qui utilisent la différence de température entre les différentes couches de sol, l'environnement alcalin et acide du sol à différents niveaux. Les sources alternatives d'électricité ont une chose en commun : c'est l'incomparabilité de la quantité d'énergie générée avec la quantité d'électricité obtenue par les méthodes traditionnelles (centrales nucléaires, centrales thermiques et centrales hydroélectriques).
Transmission et distribution d'énergie électrique
Quelle que soit la conception des centrales électriques, leur énergie est fournie au système énergétique unifié du pays. L'électricité transportée entre dans les sous-stations de distribution et de là, elle atteint les consommateurs eux-mêmes. L'électricité est transférée des producteurs par voie aérienne via des lignes électriques. Sur de courtes distances, le courant circule dans un câble posé sous terre.
Consommation d'énergie électrique
Avec l'avènement de nouvelles installations industrielles, la mise en service de complexes résidentiels et de bâtiments civils, la consommation d'électricité augmente chaque jour. Presque chaque année, de nouvelles centrales électriques entrent en service en Russie ou des entreprises existantes sont reconstituées avec de nouvelles unités électriques.
Types d'activités dans l'industrie de l'énergie électrique
Les compagnies d’électricité s’engagent à fournir de l’électricité sans interruption à chaque consommateur. Dans le secteur de l'énergie, le niveau d'emploi dépasse celui de certains secteurs clés de l'économie nationale de l'État.
Contrôle opérationnel des expéditions
TAC joue un rôle essentiel dans la redistribution des flux d’énergie dans un environnement de niveaux de consommation changeants. Les services de répartition visent à transmettre le courant électrique du fabricant au consommateur sans problème. En cas d'accidents ou de pannes de lignes électriques, l'ODU exerce les fonctions de quartier général opérationnel pour éliminer rapidement ces défaillances.
Energosbyt
Les tarifs de paiement de la consommation d'électricité incluent les coûts pour les bénéfices des sociétés énergétiques. L'exactitude et la ponctualité du paiement des services consommés sont surveillées par le service Energosbyt. Le soutien financier de l’ensemble du système énergétique du pays en dépend. Des pénalités sont appliquées aux non-payeurs, pouvant aller jusqu'à la déconnexion de l'alimentation électrique du consommateur.
Le système énergétique est le système circulatoire d’un seul organisme de l’État. La production d’électricité est un domaine stratégique pour la sécurité d’existence et le développement de l’économie du pays.
Vidéo
L'électricité rend la vie des gens meilleure, plus lumineuse et plus propre. Mais avant de pouvoir circuler sur les lignes électriques à haute tension et ensuite être distribuée aux foyers et aux entreprises, l’énergie électrique doit être produite par une centrale électrique.
Comment est produite l’électricité ?
En 1831, M. Faraday découvre que lorsqu'un aimant tourne autour d'une bobine de fil, un courant électrique circule dans le conducteur. Un générateur d'électricité est un appareil qui convertit une autre forme d'énergie en énergie électrique. Ces unités fonctionnent sur la base de l’interaction de champs électriques et magnétiques. La quasi-totalité de l’énergie consommée est produite par des générateurs qui convertissent l’énergie mécanique en énergie électrique.
La production d'électricité de la manière habituelle est réalisée par un générateur avec un électro-aimant. Il comporte une série de bobines de fil isolées formant un cylindre stationnaire (stator). À l’intérieur du cylindre se trouve un arbre électromagnétique rotatif (rotor). Lorsque l'arbre électromagnétique tourne, un courant électrique apparaît dans les bobines du stator, qui est ensuite transmis aux consommateurs via les lignes électriques.
Dans les centrales électriques, les turbines sont utilisées comme générateurs pour produire de l'énergie électrique, qui se décline en différents types :
- vapeur;
- turbines à combustion de gaz ;
- eau;
- vent.
Dans un turbogénérateur, un liquide ou un gaz en mouvement (vapeur) frappe des pales montées sur un arbre et fait tourner l'arbre relié au générateur. Ainsi, l'énergie mécanique de l'eau ou du gaz est convertie en énergie électrique.
Intéressant. Actuellement, 93 % de l'électricité mondiale provient de turbines à vapeur, à gaz et à eau utilisant la biomasse, le charbon, l'énergie géothermique, nucléaire et le gaz naturel.
Autres types d'appareils produisant de l'électricité :
- batteries électrochimiques;
- dispositifs à carburant;
- cellules solaires photovoltaïques ;
- générateurs thermoélectriques.
Histoire de l'industrie de l'énergie électrique
Avant l’avènement de l’électricité, les gens brûlaient de l’huile végétale, des bougies en cire, de la graisse, du kérosène et du charbon gazéifié pour éclairer les maisons, les rues et les ateliers. L’électricité a permis d’avoir un éclairage propre, sûr et lumineux, pour lequel la première centrale électrique a été construite. Thomas Edison l'a lancé dans le Lower Manhattan (New York) en 1882 et a repoussé à jamais les ténèbres, ouvrant ainsi la voie à un nouveau monde. La station Pearl Street, alimentée au charbon, est devenue le prototype de toute l’industrie énergétique émergente. Il se composait de six générateurs dynamo pesant chacun 27 tonnes et produisant 100 kW.
En Russie, les premières centrales électriques ont commencé à apparaître à la fin des années 80 et 90 du XIXe siècle à Moscou, Saint-Pétersbourg et Odessa. À mesure que le transport d’électricité se développait, les centrales électriques furent agrandies et rapprochées des sources de matières premières. Le plan GOELRO adopté en 1920 a donné une impulsion puissante à la production et à l'utilisation de l'énergie électrique.
Stations de combustibles fossiles
Les combustibles fossiles sont les restes de la vie végétale et animale qui ont été soumis à des températures et des pressions élevées pendant des millions d'années et qui en ressortent sous forme de carbone : tourbe, charbon, pétrole et gaz naturel. Contrairement à l’électricité elle-même, les combustibles fossiles peuvent être stockés en grande quantité. Les centrales électriques à combustibles fossiles sont généralement fiables et durent des décennies.
Inconvénients des centrales thermiques :
- La combustion de carburant entraîne une pollution par le dioxyde de soufre et les oxydes d'azote, nécessitant des systèmes de traitement coûteux ;
- Les eaux usées provenant de la vapeur usée peuvent transporter des polluants dans les plans d'eau ;
- Les difficultés actuelles résident dans les grandes quantités de dioxyde de carbone et de cendres de charbon.
Important! L’extraction et le transport de ressources fossiles créent des problèmes environnementaux qui peuvent avoir des conséquences catastrophiques sur les écosystèmes.
Le rendement des centrales thermiques est inférieur à 50 %. Pour l'augmenter, on utilise des centrales thermiques, dans lesquelles l'énergie thermique de la vapeur utilisée est utilisée pour chauffer et fournir de l'eau chaude. Dans le même temps, l'efficacité augmente jusqu'à 70 %.
Turbines à gaz et centrales à biomasse
Certaines unités au gaz naturel peuvent produire de l’électricité sans vapeur. Ils utilisent des turbines très similaires aux turbines des avions à réaction. Cependant, au lieu du carburéacteur, ils brûlent du gaz naturel pour alimenter un générateur. De telles installations sont pratiques car elles peuvent être lancées rapidement en réponse à des augmentations temporaires de la demande d’électricité.
Il existe des unités dont le fonctionnement est basé sur la combustion de biomasse. Ce terme s'applique aux déchets de bois ou à d'autres matières végétales renouvelables. Par exemple, l’usine d’Okeelanta en Floride brûle les déchets d’herbe issus de la transformation de la canne à sucre pendant une partie de l’année et les déchets de bois le reste de l’année.
Centrales hydroélectriques
Il existe deux types de centrales hydroélectriques en activité dans le monde. Le premier type utilise l’énergie d’un flux rapide pour faire tourner une turbine. Le débit d'eau de la plupart des rivières peut varier considérablement en fonction des précipitations, et il existe plusieurs endroits appropriés le long du lit de la rivière pour la construction de centrales électriques.
La plupart des centrales hydroélectriques utilisent un réservoir pour compenser les périodes de sécheresse et augmenter la pression de l'eau dans les turbines. Ces réservoirs artificiels couvrent de vastes zones, créant des éléments pittoresques. Les barrages massifs requis sont également utiles pour contrôler les inondations. Dans le passé, peu de gens doutaient que les avantages de leur construction dépassaient les coûts.
Cependant, le point de vue a désormais changé :
- D’énormes superficies de terres destinées aux réservoirs sont en train de disparaître ;
- Les barrages ont déplacé des personnes et détruit des habitats fauniques et des sites archéologiques.
Certains coûts peuvent être compensés, par exemple, en construisant des passes à poissons dans le barrage. Il en reste cependant d’autres, et la construction de barrages hydroélectriques suscite de nombreuses protestations de la part des résidents locaux.
Le deuxième type de centrale hydroélectrique est la centrale de pompage-turbinage, ou centrale de pompage-turbinage. Les unités fonctionnent selon deux modes : pompage et générateur. Les centrales électriques à accumulation par pompage profitent des périodes de faible demande (nuit) pour pomper l’eau dans un réservoir. Lorsque la demande augmente, une partie de cette eau est envoyée vers des turbines hydroélectriques pour produire de l’électricité. Ces stations sont économiquement rentables car elles utilisent de l’électricité bon marché pour le pompage et produisent une électricité coûteuse.
Centrale nucléaire
Malgré quelques différences techniques importantes, les centrales nucléaires sont thermiques et produisent de l’électricité de la même manière que les centrales à combustibles fossiles. La différence est qu’ils génèrent de la vapeur en utilisant la chaleur de la fission atomique plutôt qu’en brûlant du charbon, du pétrole ou du gaz. La vapeur fonctionne alors de la même manière que dans les unités thermiques.
Caractéristiques de la centrale nucléaire :
- Les centrales nucléaires consomment peu de combustible et sont rarement ravitaillées, contrairement aux centrales au charbon, qui sont chargées en combustible par wagon ;
- Les gaz à effet de serre et les émissions nocives sont minimes lorsqu'ils sont correctement exploités, ce qui rend l'énergie nucléaire attrayante pour les personnes soucieuses de la qualité de l'air ;
- Les eaux usées étant plus chaudes, de grandes tours de refroidissement sont conçues pour résoudre ce problème.
Le désir naissant pour l’énergie nucléaire a faibli face aux problèmes sociaux liés aux questions de sécurité environnementale et économique. La création de meilleurs mécanismes de sécurité augmente les coûts de construction et d’exploitation. Le problème du stockage du combustible nucléaire usé et des accessoires contaminés, qui peuvent rester dangereux pendant des milliers d'années, n'est pas encore résolu.
Important! L’accident de Three Mile Island en 1979 et celui de Tchernobyl en 1986 ont été de graves catastrophes. Les problèmes économiques persistants ont rendu les centrales nucléaires moins attrayantes. Bien qu'elle produise 16 % de l'électricité mondiale, l'avenir de l'énergie nucléaire reste incertain et fait l'objet de vifs débats.
L'énergie éolienne
Les parcs éoliens ne nécessitent pas de stockage d’eau et ne polluent pas l’air, qui transporte beaucoup moins d’énergie que l’eau. Il est donc nécessaire de construire soit de très grandes unités, soit de nombreuses petites unités. Les coûts de construction peuvent être élevés.
De plus, il existe peu d’endroits où le vent souffle de manière prévisible. Les turbines sont conçues à l'aide d'un engrenage spécial pour faire tourner le rotor à une vitesse constante.
Énergies alternatives
- Géothermie. Les éruptions de geysers constituent un exemple clair de la chaleur disponible sous terre. L'inconvénient des centrales géothermiques est la nécessité de les construire dans des zones à risque sismique ;
- Solaire. Les panneaux solaires eux-mêmes sont un générateur. Ils profitent de la capacité de convertir le rayonnement solaire en électricité. Jusqu'à récemment, les cellules solaires étaient chères, augmenter leur efficacité est également une tâche difficile ;
- Réservoirs de carburant. Ils sont notamment utilisés dans les engins spatiaux. Là, ils combinent chimiquement l’hydrogène et l’oxygène pour former de l’eau et produire de l’électricité. Jusqu'à présent, de telles installations sont coûteuses et n'ont pas été largement utilisées. Bien qu'une centrale électrique à pile à combustible ait déjà été créée au Japon.
Consommation d'électricité
- Les deux tiers de l’énergie produite sont destinés à l’industrie ;
- La deuxième direction principale est l'utilisation de l'électricité dans les transports. Transports électriques : chemins de fer, tramways, trolleybus, métro fonctionnent au courant continu et alternatif. Récemment, de plus en plus de véhicules électriques font leur apparition, pour lesquels un réseau de stations-service est en construction ;
- Le secteur domestique est celui qui consomme le moins d'électricité : immeubles d'habitation, commerces, bureaux, établissements d'enseignement, hôpitaux, etc.
À mesure que les technologies de production d’électricité s’améliorent et que la sécurité environnementale s’améliore, le concept même de construction de grandes centrales électriques centralisées est remis en question. Dans la plupart des cas, il n’est plus économiquement viable de chauffer les maisons à partir du centre. De nouveaux développements dans le domaine des piles à combustible et des panneaux solaires pourraient complètement changer le paysage de la production et du transport d’électricité. Cette opportunité est d’autant plus attractive compte tenu du coût et des objections liées à la construction de grandes centrales électriques et de lignes de transport.
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Catégorie K : Travaux d'installation électrique
Production d'énergie électrique
L'énergie électrique (électricité) est le type d'énergie le plus avancé et est utilisée dans tous les domaines et branches de la production matérielle. Ses avantages incluent la possibilité de transmission sur de longues distances et de conversion en d'autres types d'énergie (mécanique, thermique, chimique, lumineuse, etc.).
L'énergie électrique est produite dans des entreprises spéciales - des centrales électriques qui convertissent d'autres types d'énergie en énergie électrique : chimique, combustible, eau, éolienne, solaire, nucléaire.
La capacité de transmettre de l'électricité sur de longues distances permet de construire des centrales électriques à proximité de sites de production de carburant ou sur des rivières à crue, ce qui est plus économique que de transporter de grandes quantités de carburant vers des centrales électriques situées à proximité de consommateurs d'électricité.
Selon le type d'énergie utilisée, les centrales électriques sont divisées en centrales thermiques, hydrauliques et nucléaires. Les centrales électriques utilisant l’énergie éolienne et la chaleur solaire restent des sources d’électricité de faible puissance qui n’ont aucune importance industrielle.
Les centrales thermiques utilisent l'énergie thermique obtenue en brûlant des combustibles solides (charbon, tourbe, schiste bitumineux), liquides (fioul) et gazeux (gaz naturel et dans les usines métallurgiques - gaz de haut fourneau et de cokerie) dans des chaudières.
L'énergie thermique est transformée en énergie mécanique par la rotation de la turbine, elle-même transformée en énergie électrique dans un générateur relié à la turbine. Le générateur devient une source d'électricité. Les centrales thermiques se distinguent par le type de moteur primaire : turbine à vapeur, machine à vapeur, moteur à combustion interne, locomobile, turbine à gaz. De plus, les centrales électriques à turbine à vapeur sont divisées en centrales à condensation et centrales de chauffage. Les stations de condensation alimentent les consommateurs uniquement en énergie électrique. La vapeur d'échappement passe par un cycle de refroidissement et, se transformant en condensat, est à nouveau acheminée vers la chaudière.
La fourniture de chaleur et d'électricité aux consommateurs est assurée par des stations de chauffage appelées centrales de cogénération (CHP). Dans ces centrales, l'énergie thermique n'est que partiellement convertie en énergie électrique et est principalement dépensée pour approvisionner en vapeur et en eau chaude les entreprises industrielles et autres consommateurs situés à proximité immédiate des centrales électriques.
Les centrales hydroélectriques (HPP) sont construites sur les rivières, qui constituent une source d'énergie inépuisable pour les centrales électriques. Ils circulent des hautes terres vers les basses terres et sont donc capables d'effectuer des travaux mécaniques. Les centrales hydroélectriques sont construites sur les rivières de montagne en utilisant la pression naturelle de l'eau. Sur les rivières de plaine, la pression est créée artificiellement par la construction de barrages, en raison de la différence de niveaux d'eau de part et d'autre du barrage. Les principaux moteurs des centrales hydroélectriques sont des turbines hydrauliques, dans lesquelles l'énergie du flux d'eau est convertie en énergie mécanique.
L'eau fait tourner la turbine de la turbine hydraulique et le générateur, tandis que l'énergie mécanique de la turbine hydraulique est convertie en énergie électrique générée par le générateur. La construction d'une centrale hydroélectrique résout, outre le problème de la production d'électricité, également un ensemble d'autres problèmes d'importance économique nationale - amélioration de la navigation fluviale, irrigation et arrosage des terres arides, amélioration de l'approvisionnement en eau des villes et des entreprises industrielles. .
Les centrales nucléaires (NPP) sont classées comme des centrales à turbine thermique à vapeur qui ne fonctionnent pas avec du combustible organique, mais utilisent comme source d'énergie la chaleur obtenue lors de la fission des noyaux des atomes du combustible nucléaire (combustible) - uranium ou plutonium. Dans les centrales nucléaires, le rôle des chaudières est assuré par les réacteurs nucléaires et les générateurs de vapeur.
L'approvisionnement en électricité des consommateurs s'effectue principalement à partir de réseaux électriques reliant plusieurs centrales électriques. Le fonctionnement parallèle des centrales électriques sur un réseau électrique commun garantit une répartition rationnelle de la charge entre les centrales électriques, la production d'électricité la plus économique, une meilleure utilisation de la capacité installée des centrales, une fiabilité accrue de l'alimentation électrique des consommateurs et la fourniture d'électricité à eux avec des indicateurs de qualité normale en fréquence et en tension.
Le besoin d’unification est provoqué par la charge inégale des centrales électriques. La demande des consommateurs en électricité change considérablement non seulement pendant la journée, mais également à différents moments de l'année. En hiver, la consommation électrique pour l’éclairage augmente. En agriculture, l’électricité est nécessaire en grande quantité en été pour les travaux des champs et l’irrigation.
La différence dans le degré de charge des stations est particulièrement visible lorsque les zones de consommation d'électricité sont très éloignées les unes des autres dans le sens est-ouest, ce qui s'explique par le timing différent des heures de charge maximale du matin et du soir. Pour assurer une alimentation électrique fiable aux consommateurs et exploiter pleinement la puissance des centrales électriques fonctionnant dans différents modes, elles sont combinées en systèmes énergétiques ou électriques utilisant des réseaux électriques à haute tension.
L'ensemble des centrales électriques, des lignes de transport d'électricité et des réseaux de chaleur, ainsi que des récepteurs d'énergie électrique et thermique, reliés en un seul par la communauté de régime et la continuité du processus de production et de consommation d'énergie électrique et thermique, est appelé un système énergétique (système énergétique). Un système électrique composé de sous-stations et de lignes électriques de différentes tensions fait partie du réseau électrique.
Les systèmes énergétiques des différentes régions, à leur tour, sont interconnectés pour un fonctionnement parallèle et forment de grands systèmes, par exemple le système énergétique unifié (UES) de la partie européenne de l'URSS, les systèmes intégrés de Sibérie, du Kazakhstan, d'Asie centrale, etc. .
Les centrales de cogénération et les centrales électriques d'usine sont généralement connectées au réseau électrique du système électrique le plus proche via des lignes de tension de générateur de 6 et 10 kV ou des lignes de tension supérieure (35 kV et plus) via des sous-stations de transformation. L'énergie produite par les puissantes centrales électriques régionales est transférée au réseau électrique pour alimenter les consommateurs via des lignes à haute tension (110 kV et plus).
- Production d'énergie électrique