Производство электрической энергии
Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях: тепловых (ТЭС), гидравлических (ГЭС), атомных (АЭС).
На тепловых электростанциях в качестве двигателей для привода электрических генераторов используются паросиловые котельные установки.
Топливо, подаваемое в топку котельной, сгорает в среде кислорода воздуха, поступающего через колосниковую решетку. Образующиеся при этом горячие газы передают свою тепловую энергию воде парового котла. При кипении вода превращается в пар, тепловая энергия которого подается на лопатки паровой турбины и заставляет ротор турбины вращаться. Вал турбины связан с валом ротора (якоря) генератора, в котором и вырабатывается электрическая энергия.
Для привода вала генератора кроме паровой турбины может быть, использована газовая турбина, вращаемая потоком горячих газов, получаемых также от сгорания топлива.
На некоторых электростанциях используются также поршневые машины, рабочим телом, в которых является перегретый пар или газы.
В паросиловых поршневых установках топливо (твердое, жидкое, газообразное) сгорает в топках паровых котлов и нагревает воду в герметично закрытом котле. Перегретый пар под большим давлением поступает в поршневые машины и производит работу по перемещению поршней в цилиндрах и, посредством кривошипно-шатунного механизма, возвратно-поступательное движение поршней превращается во вращательное движение вала.
К поршневым машинам относятся и двигатели внутреннего сгорания. На электростанциях для привода электрических генераторов используются дизели, потребляющие дизельное топливо (солярку). В них также скрытая химическая энергия топлива превращается сначала в тепловую энергию газов, которая затем превращается в механическую, перемещая поршни в цилиндрах и приводя во вращение коленчатый вал двигателя.
На тепловых электростанциях в качестве топлива могут быть использованы: торф, сланцы, бурые и каменные угли, нефть, мазут, дизельное топливо, природный газ. От теплосодержания различных видов топлива зависит эффективность работы электростанций. Наиболее эффективны электростанции, работающие на газе, наименее — на торфе и сланцах. Обычно низкосортные сорта топлива (торф, сланцы, бурый уголь) используются на элёктростанциях, расположенных рядом с местом их добычи.
Коэффициент полезного действия современных тепловых электростанций, работающих на высокосортных сортах топлива (уголь, нефть, газ), составляет примерно 35-36%.
На гидростанциях для вращения валов генераторов используется энергия падающей воды. Для этого на больших реках устраивают плотины, поднимая уровень воды на некоторую высоту. Падая на лопатки турбинных колес, вода, вращает их и приводит в движение роторы электрических генераторов. Получаемая на гидроэлектростанциях электрическая энергия самая дешевая, так как не требует непрерывного обеспечения топливом. КПД ГЭС составляет 80-85%.
На атомных электростанциях (АЭС) используется ядерная энергия. При расщеплении ядер атомов радиоактивных металлов выделяется огромное количество тепла, которое идет на нагревание воды и образование пара, используемого в паровых машинах для привода валов роторов генераторов. КПД современных АЭС составляет около 30%.
Электроэнергия, вырабатываемая всеми типами электростанций, подается в единую энергосистему страны. Доли электроэнергии от потенциала мощности всех электростанций распределяются между типами электростанций примерно следующим образом: ТЭС — 80 %, ГЭС — 12 %, АЭС — 8%,.