Энергия – количественная оценка различных форм движения материи, которые могут превращаться друг в друга, – условно подразделяется по видам: химическая, тепловая, механическая, электрическая, ядерная и т. д.
Цель энергетики – обеспечение технологии производства энергии путем преобразования первичной (природной) энергии (например, химической энергии, содержащейся в угле) во вторичную (например, электрическую или тепловую энергии).
Производство энергии обычно проходит несколько стадий:
- получение и концентрация энергетических ресурсов (например, добыча, переработка и обогащение ядерного топлива);
- передача энергетических ресурсов к преобразующим установкам (например, доставка угля на ТЭС);
- преобразование с помощью электростанций первичной энергии во вторичную (например, химической энергии органического топлива в электрическую и тепловую энергию);
- передача вторичной энергии потребителям (например, по линиям электропередачи);
- потребление доставленной энергии в полученном или преобразованном виде (например, для приготовления пищи с помощью электроплит).
Под электроэнергетикой обычно понимают подсистему энергетики, охватывающую производство электроэнергии на электростанциях и ее доставку потребителям по линиям электропередачи.
Ключевым элементом электроэнергетики является электростанция – преобразователь какой-либо первичной энергии в электрическую. Электрическая энергия является вторичной, т.к. получается после преобразования на специальных установках первичной энергии (энергии топлива, воды, ветра, тепла Земли, ядерной).
Основные свойства электроэнергии состоят в том, что она может производиться промышленным способом в больших количествах, передаваться на значительные расстояния и относительно просто с малыми потерями преобразовываться в другие виды энергии.
Электроэнергетику принято делить на традиционную и нетрадиционную.
Традиционная электроэнергетика основана на использовании энергии органических топлив (теплоэнергетика), энергии воды (гидроэнергетика) и ядерного горючего (атомная энергетика). Характерные черты традиционной электроэнергетики – хорошая освоенность на основе длительной проверки в условиях эксплуатации (самой «молодой» атомной энергетике всего 50 лет).
Основную долю электроэнергии в мире и России получают на базе традиционных электростанций, единичная мощность установок которых, часто превышает 1000 МВт. Самыми «молодыми» в традиционной энергетике являются парогазовые установки (ПГУ), «возраст» которых чуть больше 20 лет.
Нетрадиционная электроэнергетика в своем большинстве также основана на традиционных принципах, но первичной энергией в них служат либо источники местного значения (ветровые электростанции, солнечные электростанции, малые гидроэлектростанции, биоэнергетические установки и др.), либо источники, находящиеся в стадии освоения (например, топливные элементы), либо источники будущего (водородная и термоядерная энергетика).
Характерными признаками нетрадиционной энергетики являются их экологическая чистота, существенно большие удельные затраты на строительство (достаточно сказать, что для солнечной ТЭС мощностью 1000 МВт требуется собирать солнечную энергию с площади 2 Х 2 км) и малая единичная мощность.
Электроэнергетика является одной из важных структур, образующих государство и создающих необходимые условия функционирования производительных сил и жизни населения страны. Электроэнергетический потенциал России полностью покрывает потребности народного хозяйства и населения страны в электрической и тепловой энергии, а также обеспечивает экспорт электроэнергии.
Производство электроэнергии является высокотехнологичным, полностью автоматизированным процессом, при котором в Единой электроэнергетической системе (ЕЭС) России строго синхронно работают сотни мощных генераторов электростанций страны. Электроэнергия непрерывно вырабатывается, передается, распределяется и потребляется при электрическом напряжении разных уровней.
Распределительные системы преобразования и передачи электроэнергии (трансформаторные подстанции и линии электропередачи) по мощности в несколько раз превышают суммарную мощность генерирующих источников и также работают строго согласованно по многим электрическим параметрам.
Характерной особенностью электроэнергетики, определяющей специфику ее работы, является неразрывность процесса производства, передачи и потребления электроэнергии, поскольку электроэнергия используется непосредственно в момент ее производства и не может быть запасена впрок, как другие энергоносители (уголь, нефть, газ).
Непрерывность процесса электроснабжения потребителей обеспечивается только при постоянном балансе вырабатываемой и потребляемой электроэнергии и мощности, который непрерывно меняется (по времени суток, дням недели, сезонам). От степени сбалансированности вырабатываемой и потребляемой электроэнергии и мощности зависит частота электрического тока (50 Гц), которая одинакова для всех звеньев ЕЭС России.
Превышение потребления над выработкой электрической энергии и мощности приводит к понижению качества электроэнергии, что недопустимо, так как нарушает устойчивость работы всей электроэнергетической системы страны.
Все энергетическое и электротехническое оборудование объединенной энергосистемы снабжено отключающей аппаратурой, релейной защитой и системной автоматикой, которые обеспечивают быстрое отключение поврежденного элемента и сохранение непрерывного электроснабжения потребителей.