§ 32. Електроенергетика світу. Найбільші країни-виробники та країни-споживачі електроенергії в світі

1. НАЙБІЛЬШІ КРАЇНИ-ВИРОБНИКИ ТА СПОЖИВАЧІ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ В СВІТІ. Енергетичний сектор є основою економічного розвитку будь-якої країни світу. Понад 60% всієї електричної енергії виробляють розвинені країни і це виробництво постійно зростає. Серед найбільших країн-виробників електроенергії є й країни, що розвиваються (мал. 1).

Проаналізуйте дані таблиці та зробіть відповідні висновки. Про що свідчить показник виробництва електроенергії на одну особу в перелічених країнах?

Вироблення електроенергії на вугільних ТЕС (35% у 2020 р.) та атомної енергії зменшилося у світі на 4,5 та 3,5% відповідно. Це зменшення компенсувало збільшення виробництва вітрової (+12%), сонячної (+20%) та гідроенергії (+2%).

2. ВІДМІННОСТІ В СТРУКТУРІ ВИРОБНИЦТВА ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ НА РІЗНИХ ТИПАХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ В КРАЇНАХ СВІТУ. Основна частка електроенергії світу виробляється на ТЕС (понад 60%). Вони працюють на вугіллі, газі, мазуті та інших видах палива. Друге місце в структурі виробництва електроенергії належить електростанціям, що працюють на біомасі. Третє місце посідають атомні електростанції. Країни з високим рівнем розвитку економіки активно переходять на альтернативне виробництво електроенергії та дедалі більше інвестують у ці технології.

Пригадайте, у яких країнах світу збудовано найбільші сонячні електростанції і чому саме там.

Проаналізуйте дані мал. 2 та зробіть відповідні висновки.

Залежно від комплексних географічних особливостей різних країн світу в них переважає виробництво електричної енергії на певних типах електростанцій. Наприклад, в Ісландії й Новій Зеландії поширені геотермальні електричні станції (ГТЕС), які використовують внутрішнє тепло Землі. Принцип їхньої дії полягає на використанні гарячої води з глибин землі, що піднімається на поверхню і перетворюється на пару, яка й рухає турбіни ГТЕС. Такі станції діють також у США, Італії, Японії й деяких інших країнах.

Переважно гірські країни, які мають стрімкі повноводні річки, віддають перевагу будівництву ГЕС (Норвегія, ПАР), а Бразилія 80% енергії виробляє на ГЕС. Із десяти найбільших ГЕС світу чотири збудовані в Китаї на річці Янцзи. Найбільшими ГЕС у світі, які своїми грандіозними розмірами вражають уяву людини, є «Три сестри» («Три ущелини») у Китаї — 22,4 млн кВт, Ітайпу в Бразилії — 14 млн кВт, ГЕС ім. Симона Болівара («Гурі») у Венесуелі — 10,3 млн кВт.

Місце

За чистим виробництвом

За споживанням

За споживанням електроенергії на одну особу

За експортом електроенергії

За імпортом електроенергії

Мал. 1. Країни-лідери за виробництвом і споживанням електроенергії (2019 р.).

Мал. 2. Факт і прогноз світового виробництва первинної енергії за типами енергоносіїв, 1980—2050 рр. (ЕДж/рік, за даними «Energy Transition Outlook 2019 р. — Power Supply and Use»).

Франція основну частину електроенергії (75%) виробляє на атомних електростанціях (58 ядерних реакторів на 19 АЕС). Серед АЕС у світі виділяються «Касівадзакі-Каріва» у Китаї — 8,2 млн кВт, АЕС Брюс у Канаді — 6,2 млн кВт і Запорізька АЕС (найбільша в Європі) в Україні — 6 млн кВт.

Великі техногенні катастрофи на АЕС (Україна, Японія), викликані людським (Україна) і природним (Японія) чинниками, змусили окремі країни відмовитися від використання атомної енергії (Німеччина, Італія).

Користуючись додатковими джерелами географічної інформації, підготуйте повідомлення про аварії на Чорнобильській АЕС та АЕС Фукусіма в Японії.

Найбільша кількість паливних електростанцій на сьогодні збудована й будується в Китаї. Туокетуо — найбільша ТЕС Китаю і світу всю електроенергію постачає до столиці країни — Пекін. Вона працює на вугіллі і є одним із найбільших у світі забруднювачів повітря. На відміну від країн Європи, які вкладають великі кошти в розвиток «зеленої» енергетики з метою зменшення шкідливих викидів у довкілля, країни Африки будують нові теплові електростанції. На місцевому вугіллі працюють ТЕС Індії (дають 50% електроенергії країни) та Росії (60% електроенергії країни).

Знайдіть на карті атласу найбільші електростанції та країни-найбільші виробники електроенергії.

За даними карти «Електроенергетика світу» назвіть країни світу, у структурі виробництва електроенергії яких і досі переважають ТЕС.

3. ЗЕЛЕНА ЕНЕРГЕТИКА СВІТУ. Велика кількість компаній світу визначила за мету досягнення вуглецевої нейтральності. Вони запроваджують заходи з енергоефективності, електрифікують транспорт, відмовляються від використання викопного палива, закуповують електроенергію з відновлюваних джерел або виробляють її самостійно.

Зелена енергетика є складовою частиною концепції сталого розвитку, згідно із якою виробництво й споживання в суспільстві були б збалансовані так, щоб не залежати від ресурсів, як, наприклад, вуглеводні, що доступні лише тимчасово. Одним із перших прикладів використання енергії вітру в історії людства можна вважати винахід вітрила, що датується приблизно V тис. до н. е. (мал. 3).

Значного розвитку набуває сонячна енергетика, оскільки сонячні панелі можна встановлювати на дахах або стінах промислових чи комерційних приміщень, шкіл, лікарень, приватних будинків тощо. Дахами із сонячних панелей можна накривати автомобільні парковки. Цікавим напрямом, особливо в умовах глобального потепління, є агрофотовольтаїка — поєднання сільського господарства та сонячної енергетики, коли сонячні панелі встановлюють над полями з ягодами, картоплею та зерновими культурами, а не тільки на дахах теплиць.

Місце

Країна

Вітрова енергія

Країна

Сонячна енергія

Мал. 3. Країни-лідери за виробництвом альтернативної енергії (у ГВт, на 2020 р.).

Мал. 4. Основні причини катастрофічного стану довкілля, пов’язані з тепловою енергетикою.

У маленькому німецькому селищі Шпракебюлль, де проживає 260 осіб, настало майбутнє «зеленої» енергетики, адже тут здійснено повний перехід на відновлювану альтернативну енергію. Так, електрику й тепло виробляють вітер, сонце і біогаз, а електромобіль став нормою. При цьому в селищі зберегли всі робочі місця. Перший комунальний вітропарк в Шпракебюлле було створено ще в 1998 р.

4. ВПЛИВ ЕНЕРГЕТИКИ ТА ДОВКІЛЛЯ ТА ГЛОБАЛЬНЕ ПОТЕПЛІННЯ КЛІМАТУ НА ПЛАНЕТІ. Спалювання викопного палива з метою отримання електроенергії супроводжується виділенням газів (вуглекислого, сірчистого і чадного) і важких металів (миш’яку, кадмію, хрому, міді, ртуті, нікелю, свинцю, селену, цинку, а в разі використання мазуту — також ванадію). Розливи нафти і нафтопродуктів під час її видобутку і транспортування здатні знищити все живе на величезних територіях (акваторіях). Видобуток вугілля відкритим способом веде до руйнування та зміни природних ландшафтів (мал. 4).

Негативний вплив на довкілля справляють не тільки теплові електростанції. Через будівництво ГЕС на річках знижується популяція цінних видів прохідних і напівпрохідних риб, для яких греблі стають нездоланними перешкодами на шляху до традиційних міст нересту. Невирішеною залишається проблема безпечної утилізації радіоактивних відходів роботи АЕС.

Очевидні переваги використання альтернативних або відновлювальних джерел енергії не зменшують їх негативного впливу на навколишнє середовище. Наприклад, вітряки та сонячні батареї змінюють ландшафти. Отже, людству необхідно усвідомити, що способу отримання енергії, який би зовсім не шкодив довкіллю, на сьогодні не існує, тому слід змінювати структуру енерговидобутку та вдосконалювати енергозбереження.

Мал. 5. Зміни структури енерговидобутку в Україні згідно зі Стратегією до 2035 р., млрд т н. е. (%) (Джерело: Дослідження в інфографіці «Енергетичний сектор в Україні», «ТОП ЛІД», 2018 р.).

Проаналізуйте дані мал. 5 та поясніть, які види енергії більш широко використовуватиме енергетичний сектор України.

11 березня 2011 р. стався один із найсильніших в історії Японії та людства землетрус (магнітудою 9,0). Він викликав цунамі в Тихому океані, що обрушилося і на японську атомну електростанцію «Фукусіма-1». 9 червня 2011 р. уряд Німеччини прийняв рішення повністю відмовитися від атомної енергетики до 2022 р. Федеральний канцлер Німеччини А. Меркель висловила впевненість в тому, що Німеччина стане першою в світі індустріально розвиненою країною, яка здійснила прорив до «електроенергії майбутнього».

ВИСНОВКИ

• Виробництво електроенергії в світі постійно зростає. Понад 60% виробництва всієї електричної енергії припадає на розвинені країни світу.
• Найбільшу частку електроенергії виробляють на теплових електростанціях з використанням викопного палива.
• Найбільше електричної енергії споживають США, а виробляє Китай. Ці країни є лідерами за розвитком альтернативних напрямів енергетики.
• Зелена енергетика як складова частина концепції сталого розвитку, сприяє зменшенню залежності суспільства від ресурсів, які через їх вичерпність, доступні лише тимчасово.
• У різних країнах світу переважають різні підходи до розвитку сфери енергетики. Тому паливно-енергетичний баланс країн має різний вигляд, особливо в частині внутрішнього споживання енергії.

ЗАПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ

• 1. Доведіть, що наявність ресурсів у різних країнах по-різному впливає на паливно-енергетичний баланс та способи виробництва електроенергії.
• 2. Обґрунтуйте залежність між способами отримання електроенергії та станом навколишнього середовища.
• 3. Спрогнозуйте подальший розвиток зеленої енергетики в різних країнах світу.
• 4. Порівняйте дані з виробництва енергії з використанням альтернативних джерел в Україні та світі. Зробіть відповідні висновки.
• 5. Проаналізуйте, чому проблема енергозбереження дедалі загострюється.

§ 22. Електроенергетика світу

Поміркуйте, у яких країнах який тип електростанцій найпоширеніший. Як це пов’язано з географічним положенням країни, кліматом, рельєфом, видобуванням мінеральних ресурсів, розвитком промисловості, ощадливим природокористування?

НАЙБІЛЬШІ КРАЇНИ-ВИРОБНИКИ ТА КРАЇНИ-СПОЖИВАЧІ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ. У світі більшість електричного струму виробляють країни з добре розвиненою промисловістю (додаток 4). Кожна країна намагається насамперед використати власні природні можливості для розвитку своїх електрогенеруючих потужностей.

Провідні країни-виробники сирої нафти й природного газу у світі є одночасно основними виробниками на їх основі електричного струму (додатки 1 і 4). Розвинені країни, у яких відсутні власні поклади мінеральних паливних ресурсів, розвивають свою енергетику на базі використання ядерної енергії та привозних енергоносіїв (додатки 2 і 4). У цих країнах більшість електрогенеруючих потужностей розміщено на морському узбережжі.

Дізнайтеся більше

Кожний п’ятий мешканець планети не має доступу до електроенергії.

АТОМНА ЕНЕРГЕТИКА. Поштовхом до розгортання у світі широкомасштабного будівництва АЕС була нафтова криза 1973 р., коли ціни на сиру нафту зросли майже у 20 разів. Тоді в окремих країнах-імпортерах ухвалено програми з введення в експлуатацію АЕС з енергоблоками потужністю від 1 млн МВт.

Для розвитку цього виду електроенергетики необхідно мати ємний ринок збуту виробленого електричного струму. Тому атомна енергетика переважно зосереджена у великих країнах світу, а також у малих розвинених країнах Європи, що подають вироблений електричний струм у єдину енергосистему ЄС.

Вимоги радіаційної безпеки зумовили розміщення АЕС на периферії густозаселених районів. Для унеможливлення зростання концентрації викидів радіоактивних речовин і рідкісних газів майданчик АЕС має добре провітрюватися й не розташовуватися в зоні паводків чи різких коливань рівня води у природних водоймах. Також намагаються розміщувати станції в районах з найменшим виявом сейсмічної активності. Такі жорсткі вимоги безпеки до АЕС зумовлюють концентрацію на одному майданчику відразу кількох енергоблоків та створення сховища тимчасового зберігання теплопровідних елементів і ядерних відходів. В окремих країнах світу намагаються зосередити на одному майданчику відразу кілька підприємств ядерно-енергетичного комплексу.

Водний чинник є одним з вирішальних у розміщенні АЕС, адже технологія виробництва електричного струму на більшості АЕС передбачає примусове охолодження на градирнях чи скидання відпрацьованих вод у ставок-охолоджувач. У таких країнах, як Франція, Швеція, Японія, АЕС переважно збудовані у приморських районах.

Специфікою АЕС є дуже незначна добова потреба в ядерному паливі. Тому транспортний і сировинний чинники розміщення електростанцій не мають вагомого значення при розміщенні АЕС (табл. 9 на с. 104).

Катастрофа на Чорнобильський АЕС (1986 р.) показала, що людські помилки мають занадто дорогу ціну. Аварія на АЕС «Фокусіма» (2011 р.) продемонструвала, що природне стихійне лихо (цунамі) може не просто вивести з ладу певні елементи забезпечення функціонування станції, а й призвести до колосальних збитків. Після цієї аварії Японія зупинила роботу всіх своїх АЕС для приведення їхніх засобів безпеки у відповідність до нових, ще більш жорстких, умов. У низці країн Європи ухвалено рішення про встановлення мораторію на введення в експлуатацію нових потужностей на АЕС та про поступове закриття діючих станцій.

Головною проблемою атомної енергетики всіх країн світу є відсутність відпрацьованих надійних технологій з утилізації та довготривалого герметичного зберігання відходів ядерного палива. Немає й надійних технологій демонтажу зони реактора в разі виведення з експлуатації АЕС. Таку станцію не можна просто закрити після припинення виробництва електричного струму, а навпаки, слід підтримувати системи її забезпечення на невизначений термін до впровадження відпрацьованих надійних технологій демонтажу. Це значно здорожчує виробництво.

ГІДРОЕНЕРГЕТИКА. Китай є світовим лідером з виробництва електричного струму з гідравлічної енергії. Гірський рельєф із численними водотоками сприяв розбудові потужної гідроенергетики в Бразилії, Канаді, Норвегії, Росії, США (додатки 4 і 5). Перспективними регіонами створення великих ГЕС і ГАЕС у світі є Гімалаї та Памір, оскільки на прилеглих до них територіях зосереджена значна частина населення планети, яке може споживати електричний струм у великих обсягах.

Світові можливості

ГЕС «Сан-Ся» («Три ущелини») біля м. Саньдоулін у провінції Хубей у Китаї має висоту греблі 185 м. Встановлена потужність — 22 500 МВт. Виробництво електричного струму — 98,1 млрд кВт • год (2012 р.).

Побудова каскаду ГЕС на найбільших річках у віддалених районах Китаю дозволяє не лише виробляти велику кількість електричного струму, а й поліпшувати умови судноплавства, збільшувати площі зрошувальних сільськогосподарських угідь, розводити рибу й унеможливлювати паводки. При цьому постає необхідність зведення великих за протяжністю ЛЕП високої напруги для передачі виробленого електричного струму в національну енергетичну мережу. Це зумовлює відчуження під санітарну зону вздовж такої лінії значних площ, у т. ч. цінних сільськогосподарських угідь.

За умови зведення греблі водосховища в гірській місцевості відбувається активізація неотектонічних процесів, спричинених тиском значної маси води на незначну ділянку земної поверхні, що може зумовлювати локальні землетруси. Також береги такого водосховища зазнають значних змін унаслідок водної ерозії. Головною проблемою гірських ГЕС є значний вміст дрібного осадового матеріалу у водному потоці, що вимивається під час його руху вниз за течією. Зведення греблі призводить до створення бар’єра природного поширення вниз за течією та випадання більшості такого осаду на дно водосховища. Тому його потрібно періодично чистити.

Зведення греблі унеможливлює весняний розлив річки в нижній течії. У цей період на прилеглих до берега річки землях осідає значна частина мулу, що є природним добривом. Наприклад, після зведення Асуанської ГЕС єгипетські селяни змушені у значно більших обсягах використовувати мінеральні добрива для полів уздовж р. Ніл через осідання 96 % усього мулу в озері імені Насера. Це призвело до хімічного забруднення води в річці та занепаду традиційного рибальства.

Розбудова каскаду ГЕС є найефективнішим напрямом використання наявного енергетичного потенціалу річок. Це добре видно на прикладі функціонування такого каскаду на р. Теннессі у США. Проте це призводить до істотних негативних наслідків, які виявляються при повному зарегулюванні великих рівнинних річок з незначним кутом падіння води.

У мілких малопроточних водосховищах на рівнинних річках швидко накопичуються осади, що призводить до замулення та збільшення хімічного забруднення води й донних осадів через змив у водойму хімічних добрив із прилеглих полів та рідких відходів з каналізації населених пунктів і великих промислових об’єктів на її берегах. Вода у водосховищах прогрівається сильніше, ніж за природних умов до зарегулювання. Як наслідок — зменшується видовий склад водної біоти, відбувається «цвітіння води», вона стає непридатною для використання, у т.ч. для технічних потреб. Тому її неможливо без відповідного очищення застосовувати для водопою світської худоби і птиці. Мілководдя із часом перетворюються на болота, що стають осередками небезпечних хвороб. Це унеможливлює використання прибережних території для організованого відпочинку населення.

Що більшою є площа водного дзеркала водосховища, то більшим є випарування води з нього. Тому місцевий мікроклімат стає вологішим. Зростає кількість днів з туманами і мрякою. Також відбувається підвищення рівня ґрунтових вод на прилеглій до водосховища території. Це призводить до значних змін у природному середовищі та зумовлює зменшення врожайності більшості видів культурних рослин у цих регіонах.

Найбільш оптимальним є введення в експлуатацію ГЕС на гірських річках у районах водоспадів, де не потрібно створювати водосховище й істотно змінювати природне середовище на прилеглій території. Прикладом є Ніагарська ГЕС (Канада—США). Також доцільно створювати такі станції в нижній ділянці течії гірської річки перед її впадінням у море чи океан. Це дозволяє мінімізувати негативний вплив на довкілля та використовувати природну енергію гірського потоку без створення водосховища, яке уповільнювало б течію такої річки. Найпоширеніший цей тип ГЕС в Ісландії, Норвегії, Швейцарії.

ТЕПЛОВА ЕНЕРГЕТИКА. Особливо великого значення набуло створення великих потужних ТЕС у приморських районах і на периферії великих міських агломерацій у розвинених країнах світу (мал. 66).

Мал. 66. ТЕС у Гаврському морському порту, що працює на імпортованому вугіллі

Світові можливості

ТЕС «Кемпер-Кантрі» біля однойменного міста в штаті Міссісіпі (США) має найнижчий показник викидів вуглекислого газу на ТЕС у світі (2016 р.). Вона виробляє електричний струм із суміші штучного газу, отриманого під час перегонки місцевого бурого вугілля, та природного газу. Установлена потужність — 582 МВт. Виробництво електричного струму — 98,1 млрд кВт • год.

Вони працюють на імпортованому кам’яному вугіллі та мазуті в години «пік» споживання електричного струму. Таким чином вони мінімально забруднюють атмосферне повітря та мають незначні обсяги відвалів вугільної золи.

ТЕС, що працюють на вугіллі, виробляють найбільшу кількість електричного струму у світі (додаток 4). Це зумовлено тим, що вони спалюють переважно видобутий у відповідних країнах вид вугілля. На потреби енергетики щорічно йде майже 75 % усього видобутого кам’яного й майже все буре вугілля світу. Поряд з великими буровугільними розрізами в Австралії, Німеччині, Росії, США створено потужні ТЕС, що виробляють найдешевший електричний струм, звівши до мінімуму витрати на транспортування палива. Біля всіх великих ТЕС світу є великі склади вугілля та розвинена мережа під’їзних залізничних шляхів.

Залучення залізниці до перевезення великих масових партій вугілля дозволяє використовувати для виробництва електричного струму навіть лігніт, що має найнижчу теплотворну здатність серед усіх типів вугілля. На ньому працює найпотужніша в Європі буровугільна Нойратська ТЕС, розміщена на південь від м. Грефенбройх (федеральна земля Північна Рейн-Вестфалія, Німеччина).

Що нижчою є теплотворна здатність марки вугілля, то менша відстань, на яку його перевозять для виробництва електричного струму. Максимальною вона є для антрациту і становить не більш як 700 км на суходолі. На значно більші відстані перевозять антрацит морським транспортом. Тому вугільні ТЕС у портах Великої Британії, Франції, Японії виробляють електричний струм з антрациту, привезеного з Австралії, ПАР, Польщі.

Широкому поширенню ТЕС на вугіллі в усьому світі сприяє поширення покладів вугілля у світі та їх значні запаси. Вони є найбільшими (мал. 67), що дозволяє й надалі розвивати цей напрям енергетики. Вугільні ТЕС залишаться на найближчу перспективу основою електроенергетики світу.

Переважно великі ТЕС функціонують на периферії міських агломерацій і поряд з великими підприємствами з видобування й первинної обробки мінеральної сировини. У цих районах також зосереджено більшість енергогенеруючих потужностей у країнах, що розвиваються. Тому в Китаї, де найбільше виробляють електричного струму саме на ТЕС, вони розташовані в усіх важливих економічних центрах цієї держави.

Виробництво електричного струму на вугільних ТЕС призвело до забруднення атмосферного повітря на значних територіях. Так, найпотужніша ТЕС Великої Британії «Дракс» (3 960 МВт), що розміщена між містами Селбі та Гул (графство Йокшир в Англії) є найбільшим стаціонарним забруднювачем атмосфери в цій державі. Тому найпотужніші вугільні ТЕЦ зводять на периферії великих міст, а ТЕС — на відстані 30-50 км від них. На ТЕЦ гарячу воду, що утворилась під час виробництва електричного струму, застосовують як теплоносій, який подають у централізовані мережі опалення.

Мал. 67. Прогнозні запаси мінеральних паливних ресурсів Землі, млрд т

На другому місці за обсягом виробництва електричного струму на ТЕС у світі перебуває природний газ. На ньому працюють ТЕС, розміщенні біля газопроводів та в морських портах, куди доставляють скраплений газ. Серед усіх видів палива природний газ є найекологічнішим. Від його спалення не утворюються відвали використаного пального, а шкідливі викиди в атмосферне повітря та їхній хімічний склад є найменш токсичними серед усіх типів електростанцій.

Незважаючи на найбільшу теплоту згорання сирої нафти для виробництва електричного струму на ТЕС, її використовують найменше у світі. Лише в країнах, що мають найбільші показники її видобування, діють великі ТЕС зі спалювання місцевої дешевої нафти.

Велика токсичність відходів від спалювання нафти та небезпека їхнього загорання зумовлює особливі умови їхнього зберігання. Особливо небезпечним є розлив нафти на водній поверхні, що призводить до знищення всієї біоти.

Найменш поширеними у світі є ТЕС, що працюють на торфі та горючому сланці. Їх видобуток є незначним. Тому відповідні ТЕС також мають невелику, порівняно з іншими видами електростанцій, установлену потужність (додаток 5).

НЕТРАДИЦІЙНІ ВІДНОВЛЮВАНІ ДЖЕРЕЛА ЕНЕРГІЇ. Найбільш високими темпами розвивається у світі електроенергетика на базі нетрадиційних відновлюваних джерел енергії. Їхнє розміщення цілковито залежить від наявності відповідних місцевих природних ресурсів. Головними районами розміщення нових генеруючих потужностей вітрової та сонячної енергетики є нині великі країни світу (додаток 5). У них закуповується за вищим, ніж зазвичай, тарифом вироблена електроенергія ВЕС і СЕС. Тому її виробництво дозволяє забезпечувати потреби в електричному струмі окремих населених пунктів та відігравати важливу роль в енергобалансі малих розвинених країн світу.

Дізнайтеся більше

У Китаї в 2017 р. запущено найбільшу у світі плавучу СЕС потужністю 40 МВт. Вона розташована в провінції Аньхой і здатна виробляти достатньо чистої енергії для електропостачання населенню в цьому регіоні країни.

ВІДМІННОСТІ У СТРУКТУРІ ВИРОБНИЦТВА ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ НА ЕЛЕКТРОСТАНЦІЯХ РІЗНИХ ТИПІВ. Структура паливно-енергетичного балансу країн і перевага в розвитку певних видів електростанцій зумовлена насамперед наявними можливостями з використання власних первинних енергетичних ресурсів. Тому найбільш зацікавлені в розвитку атомної енергетики країни зі значним дефіцитом власних енергоресурсів (наприклад, Франція).

Країни зі значними запасами дешевої енергії спрямовують свої зусилля на забезпечення власних потреб в електричному струмі насамперед за рахунок цих запасів. Цим зумовлений переважний розвиток гідроенергетики в Норвегії та ТЕС на мазуті в Кувейті, на вугіллі в Німеччині та на горючих сланцях в Естонії.

Відкриття нових значних родовищ мінеральних паливно-енергетичних ресурсів певного типу зумовлює переорієнтацію значної частини наявних електрогенеруючих потужностей ТЕС і ТЕЦ на використання відповідного виду палива. Наприклад, нині в США значна їхня частина переведена на використання сланцевого газу, а в Австралії вони працюють переважно на місцевому бурому вугіллі.

У країнах, де власні енергоресурси незначні та відсутня перспектива їхнього нарощення, намагаються одночасно розвивати різні види електроенергетики на імпортному паливі. Так, у Японії для виробництва електричного струму використовують одночасно кам’яне вугілля, нафту, газ.

Окремі розвинені країни світу розвивають нетрадиційні відновлюванні джерела енергії, спираючись на унікальні природні умови. Наприклад, Ісландія виробляє весь електричний струм на базі ГТЕС і ГЕС, спираючись на відповідні природні властивості свого рельєфу та надр. Найбільш не задіяною у світі лишається енергія припливів і морських хвиль. Наявні невеликі станції (наприклад, станція «Ля Ранс» неподалік м. Сен-Мало в регіоні Бретань у Франції) не відіграють помітної ролі у виробництві електричного струму. Великою мірою це зумовлено незначною кількістю місць на земній кулі, де є сприятливі для цього умови.

Світові можливості

ВЕС «ГлобалТех I» — перша у світі вітрова електростанція (2015 р.), зведена у відкритому морі за 140 км від м. Едем (федеральна земля Шлезвінг-Гольштейн, Німеччина). Вона складається з 80 вітрових силових агрегатів, розміщених на площі 41 км 2 .

Більшість ВЕС у Європі створено на морському узбережжі й на мілинах німецького й данського секторів Балтійського і Північного морів. Тому в загальній структурі виробництва електричного струму ВЕС у Данії посідають друге, а в Німеччині — третє місце. У Франції, де районів зі значним постійним вітром не так багато, вони поступаються за обсягом виробництва електричного струму СЕС. У Швеції набуло особливого розвитку спалення побутових відходів міст для виробництва електричного струму. Цей вид нетрадиційних відновлюваних джерел енергії виробляє більше електроенергії, ніж ТЕС цієї країни.

У найближчій перспективі у світі й надалі спиратимуться у виробництві електричного струму на традиційні види первинних енергоносіїв.

Нетрадиційні відновлювані джерела енергії відіграватимуть помітну роль в енергобалансі малих країн, що розвиваються, з винятково сприятливими природними умовами для розвитку ВЕС і СЕС, а також у відповідних регіонах розвинених країн світу, де реалізується політика сталого розвитку у сфері енергетики.

ЗАПАМ’ЯТАЙТЕ: СТИСЛО ПРО ГОЛОВНЕ

• У світі 70 % електричного струму виробляють вугільні ТЕС.
• Найшвидшими темпами в розвинених країнах світу збільшують електрогенеруючі потужності відновних джерел енергії.
• Найнебезпечнішими є АЕС, які в разі катастрофи призводять до довготривалих численних збитків і втрат.
• За однакової людності та площі, що більш розвиненою є країна, то більшим є обсяг споживання нею первинних енергоресурсів.
• Кожна країна намагається насамперед використати власні природні можливості для розвитку електрогенеруючих потужностей.

Знаю і вмію обґрунтувати

• 1. Чому, на вашу думку, Китай є лідером у світі з розбудови ГЕС і ТЕС?
• 2. Назвіть провідні країни-виробники електричного струму, у яких ТЕС працюють на нафті й вугіллі (додаток 4). Поясніть, який вид теплоенергетики має менший негативний вплив на довкілля, проаналізувавши таблицю 12 на с. 114.
• 3. Спираючись на які власні природні ресурси, на вашу думку, Індія може замінити використання кам’яного вугілля для виробництва електричного струму?
• 4. Зіставте структуру паливо-енергетичного балансу провідних країн-виробників електричного струму (додаток 4) й поясніть, чим зумовлені відмінності у використанні різних видів первинних енергоносіїв.

Працюю з картою

Позначте на контурній карті світу найбільші за встановленою потужністю діючі електростанції (додаток 5) та поясніть чинники їхнього розміщення.

Шукаю в Інтернеті

На основі даних офіційного сайта Міжнародної енергетичної агенції побудуйте й проаналізуйте діаграму виробництва електричного струму в Албанії, Угорщині, Фінляндії. Поясніть, як ці країни використовують власні природні енергетичні ресурси.

ПРАКТИЧНА РОБОТА № 5 НА ВИБІР

Тема. Позначення на контурній карті України найбільших електростанцій та пояснення чинників їх розміщення

1. За малюнком 63 на с. 110 відберіть і позначте на контурній карті України міста, у яких розміщено найпотужніші ТЕС. За даними, розміщеними на офіційних сайтах відповідних енергокомпаній, установіть, скільки вони виробили електричного струму минулого року та яке паливо для цього використовували.

2. Поясніть чинники їх розміщення (табл. 9 на с. 104).

Тема. Побудова та аналіз діаграм виробництва електроенергії на електростанціях різних типів в Україні, країнах Європи та світу

1. Проаналізуйте виробництво електричного струму в Україні та Франції різними типами електростанцій (табл. 13).

Виробництво електроенергії, млн кВт • год на рік

Тип електростанції

2000 р.

2010 р.

2015 р.

Україна

Франція

Україна

Франція

Україна

Франція

Перші атомні електростанції та історія атомної енергетики

Як працює ядерна енергетика? Чи є радіація ризиком? Дізнайтеся різницю між ядерним поділом і синтезом, як уран підживлює процес, а також переваги та недоліки цього джерела енергії.

Ядерна енергія генерується шляхом розщеплення атомів, щоб вивільнити енергію, що міститься в ядрах цих атомів. Цей процес, поділ ядра, генерує тепло, яке спрямовується на охолоджуючий агент — зазвичай воду. Отримана пара обертає турбіну, підключену до генератора, виробляючи електрику.

Близько 450 ядерних реакторів дають близько 11 відсотків світової електроенергії. Країни, які виробляють найбільше ядерної енергії, це – Сполучені Штати, Франція, Китай, Росія та Південна Корея.

Найпоширенішим паливом для ядерної енергетики є уран, метал, який у великій кількості зустрічається у всьому світі. Видобутий уран переробляється в U-235, збагачений варіант, який використовується як паливо в ядерних реакторах, оскільки його атоми легко розщеплюються.

ЩО ТАКЕ ЯДЕРНА ЕНЕРГІЯ? (Photo: https://u.osu.edu)

У ядерному реакторі нейтрони — субатомні частинки, які не мають електричного заряду — стикаються з атомами, викликаючи їх розщеплення. Це зіткнення, яке називається ядерним поділом, вивільняє більше нейтронів, які реагують з більшою кількістю атомів, створюючи ланцюгову реакцію. Побічний продукт ядерних реакцій, плутоній, також може використовуватися як ядерне паливо.

Типи ядерних реакторів

Більшість ядерних реакторів є або реакторами з киплячою водою, в яких вода нагрівається до температури кипіння для виділення пари, або реакторами з водою під тиском, в яких вода під тиском не кипить, а передає тепло до вторинного водопостачання для виробництва пари. Інші типи ядерних енергетичних реакторів включають реактори з газовим охолодженням, які використовують вуглекислий газ як охолоджувач і вони поширені у Великобританії, а також реактори на швидких нейтронах, які охолоджуються рідким натрієм.

Історія ядерної енергетики та перші атомні електростанції

Ідея ядерної енергетики виникла в 1930-х роках, коли фізик Енріко Фермі вперше показав, що нейтрони можуть розщеплювати атоми. Фермі очолив команду, яка в 1942 році досягла першої ядерної ланцюгової реакції під стадіоном Чиказького університету.

За цим послідувала низка віх у 1950-х роках: перша електроенергія, вироблена з атомної енергії в експериментальному реакторі-розмножувачі в Айдахо в 1951 році.

Потім виникнули перші атомні електростанції: перша атомна електростанція в місті Обнінськ в колишньому Радянському Союзі в 1954 році; і перша комерційна атомна електростанція в Шіпінгпорті, штат Пенсільванія, у 1957 році.

Перші атомні електростанції: Обнінська атомна електростанція (Photo: rosatomnewsletter.com)

Перші атомні електростанції

27 червня 1954 року в Обнінську в Радянському Союзі почала роботу перша в світі атомна електростанція, яка виробляла електроенергію для електромережі – Обнінська атомна електростанція.

Перша в світі повномасштабна електростанція, Колдер Хол у Сполученому Королівстві, була відкрита 17 жовтня 1956 року.

Перша в світі повномасштабна електростанція, яка була призначена виключно для виробництва електроенергії (Колдер Холл також мала виробляти плутоній) атомна електростанція Shippingport у Пенсільванії, США — була підключена до мережі 18 грудня 1957 року.

Перші атомні електростанції: атомна електростанція Shippingport у Пенсільванії, США (Photo: newsinteractive.post-gazette.com)

Атомна енергетика, зміна клімату та майбутні проекти

Атомна енергетика не вважається відновлюваною енергією, враховуючи її залежність від видобутого, обмеженого ресурсу, але оскільки діючі реактори не виділяють жодного з парникових газів, які сприяють глобальному потеплінню , прихильники кажуть, що це слід розглядати як рішення щодо зміни клімату.

Наприклад, новий дослідник National Geographic Леслі Деван хоче відродити реактор на розплавленій солі, який використовує рідкий уран, розчинений у розплавленій солі, як паливо, стверджуючи, що він може бути безпечнішим і менш дорогим, ніж реактори, які використовуються сьогодні.

Інші працюють над невеликими модульними реакторами, які можуть бути портативними та простішими у будівництві. Такі інновації спрямовані на порятунок промисловості, яка перебуває в кризі, оскільки нинішні атомні електростанції продовжують старіти, а нові не можуть конкурувати за ціною з природним газом і відновлюваними джерелами, такими як вітер і сонце.

Перші атомні електростанції будувалися на реакціях поділу. Проте Святий Грааль майбутнього ядерної енергетики включає ядерний синтез, який генерує енергію, коли два легких ядра сполучаються разом, утворюючи єдине, більш важке ядро. Термоядерний синтез міг би доставити більше енергії більш безпечно і з набагато меншою кількістю шкідливих радіоактивних відходів, ніж поділ, але лише невеликій кількості людей. Такі організації, як ITER у Франції та Інститут фізики плазми Макса Планка, працюють над комерційно життєздатними версіями.

Ризики ядерної енергетики

Коли зявилися перші атомні алектростанції – виникли й перші ризики. Заперечуючи проти ядерної енергетики, опоненти вказують на проблеми ядерних відходів і привид рідкісних, але руйнівних ядерних аварій, таких як Чорнобиль у 1986 році та Фукусіма в 2011 році.

Смертельна Чорнобильська катастрофа в Україні сталася, коли недоліки конструкції реактора та людська помилка спричинили стрибок напруги та вибух на одному з реакторів. У повітря було викинуто велику кількість радіації, і сотні тисяч людей були змушені покинути свої домівки. Сьогодні територія, що оточує Чорнобиль, відома як зона відчуження, відкрита для туристів, але населена лише різними видами дикої природи.

У випадку з японською Фукусіма-Даїчі наслідки землетрусу і цунамі в Тохоку спричинили катастрофічні збої на станції. Кілька років по тому навколишні міста намагаються відновитися, евакуйовані люди все ще бояться повертатися, а недовіра громадськості переслідувала зусилля з відновлення атомної електростанції, незважаючи на запевнення уряду, що більшість районів перебуває у безпеці.

Інші аварії, такі як часткова аварія на острові Три Майл-Айленд у Пенсільванії в 1979 році, залишаються жахливими прикладами радіоактивних ризиків ядерної енергетики. Катастрофа у Фукусімі, зокрема, підняла питання про безпеку електростанцій у сейсмічних зонах, таких як Вірменська Мецаморська електростанція.

Інші питання, пов’язані з ядерною енергетикою, включають те, де і як зберігати відпрацьоване паливо або ядерні відходи, які залишаються небезпечно радіоактивними протягом тисяч років. Атомні електростанції, багато з яких розташовані на узбережжях або поблизу них через близькість до води для охолодження, також стикаються з підвищенням рівня моря та ризиком більш екстремальних штормів через зміну клімату.