§20 Електроенергетика

• До змісту відповідей

ВІДЕОФІЛЬМ

Проаналізуйте переваги та недоліки використання енергії води.

ОБГОВОРІТЬ У КЛАСІ

Чи варто розвивати атомну енергетику в наш час?

Розвиток атомної енергетики є доцільним для забезпечення стабільного базового навантаження в енергосистемі за низького рівня викидів вуглецю. Водночас це потребує впровадження найсучасніших систем безпеки, надійного розв’язання проблеми поховання радіоактивних відходів та врахування високих безпекових ризиків, зумовлених військовими загрозами та можливими аваріями.

ПРАЦЮЄМО В ГРУПІ

З’ясуйте, які чинники зумовили розташування АЕС, ТЕС, ГЕС у різних регіонах країни.

Розташування ТЕС зумовлене наближенням до паливних ресурсів (вугільні басейни сходу країни, газопроводи) та споживчим чинником (розміщення поблизу потужних промислових районів і великих міст).

Розташування АЕС визначається наявністю джерел води для охолодження реакторів, необхідністю забезпечувати електроенергією регіони з дефіцитом власного викопного палива (Правобережна, Західна та Південна Україна), а також вимогами безпеки (будівництво далеко від густонаселених міст у сейсмічно стабільних районах).

Розташування ГЕС зумовлене природними гідрологічними умовами: наявністю повноводних річок зі значним перепадом висот та можливістю створення водосховищ (каскад на Дніпрі та річка Дністер).

1. Визначте, який вид енергії переважає в більшості країн.

У більшості країн-лідерів (Індія, Китай, США, Японія) переважає теплова енергетика (ТЕС), яка ґрунтується на спалюванні викопного органічного палива (вугілля та природного газу).

2. Назвіть країни, де частка відновлюваних джерел енергії є найвищою, та країни, що найбільше залежать від викопного палива.

Найвища частка відновлюваних джерел енергії спостерігається у Бразилії (понад 75% разом із ГЕС) та Німеччині (55%). Найбільше від викопного палива (ТЕС) залежать Індія (72%), Китай (61%), США (58%) та Японія (57%).

3. Порівняйте та поясніть відмінності структури виробництва електроенергії в Індії та Німеччині.

В Індії домінує теплова енергетика на вугіллі (72% на ТЕС), що пояснюється наявністю великих власних покладів палива та потребою забезпечувати енергією швидке зростання промисловості й населення. У Німеччині частка ТЕС становить лише 25%, країна повністю вивела з експлуатації АЕС і зробила ставку на сталий розвиток та відновлювані джерела енергії: вітрові (25%) та сонячні (20%) станції.

4. Виявіть глобальні тенденції у виробництві електроенергії, спираючись на аналіз діаграм.

Глобальними тенденціями є поступове витіснення вугільної генерації, стрімке нарощування потужностей сонячних і вітрових електростанцій, підвищення ролі накопичувачів енергії та децентралізація енергосистем поряд зі щорічним загальним зростанням споживання енергії у світі.

ДІЛИМОСЯ СВОЇМИ ДУМКАМИ

Чи згодні ви з тим, що світова енергетика стає більш безпечною та стійкою? Яка роль у цьому процесі належить інноваціям і міжнародній співпраці?

Світова енергетика поступово стає безпечнішою завдяки зниженню частки шкідливих викидів від спалювання викопного палива та зменшенню ризику аварій. Інновації відіграють вирішальну роль у створенні потужних акумуляторних систем та розумних мереж, а міжнародна співпраця й інтеграція ліній електропередач (як об’єднання ENTSO-E) гарантують взаємодопомогу та стабільність енергопостачання під час криз.

ПЕРЕВІРЯЄМО СЕБЕ

1. Дайте визначення поняття «паливно-енергетичний баланс». Які основні складники він відображає?

Паливно-енергетичний баланс — це система показників, що відображає надходження (власне виробництво та імпорт) і використання (споживання, експорт, втрати) усіх видів енергії в країні за певний період часу. Він складається з двох основних частин: джерел надходження енергоресурсів та напрямків їхнього використання.

2. Наведіть приклади кожного типу електростанцій та поясніть чинники їхнього розміщення.

3. Які типи електростанцій становлять основу енергетичної системи України?

Основу енергетичної системи України традиційно становлять атомні електростанції (АЕС), які генерували понад 50% усієї електроенергії, та теплові електростанції (ТЕС і ТЕЦ), що забезпечували близько третини виробництва струму.

4. Поясніть, як широкомасштабне вторгнення Росії вплинуло на енергетичну систему України.

Вторгнення завдало катастрофічних збитків: окуповано й зупинено найбільшу в Європі Запорізьку АЕС, підірвано греблю Каховської ГЕС, суттєво пошкоджено ДніпроГЕС, зруйновано або пошкоджено близько 70% потужностей ТЕС, постраждали трансформаторні підстанції та СЕС і ВЕС півдня. Водночас Україна інтегрувалася до європейської енергомережі ENTSO-E для аварійного імпорту струму та розпочала децентралізацію генерації за рахунок мобільних станцій і накопичувачів.

5. Опишіть основні напрями змін, що визначають розвиток світової електроенергетики у ХХІ ст.

Основними напрямами є декарбонізація та перехід на відновлювані джерела енергії, децентралізація енергопостачання, будівництво потужних накопичувальних акумуляторних систем, розвиток інтелектуальних цифрових мереж («Smart Grid») і створення віртуальних електростанцій.

ДОСЛІДЖУЄМО СВІТ НАВКОЛО НАС

Розробіть проєкт «Моя історія світла: уроки стійкості». Обговоріть, які винаходи й способи пристосування ви використовували під час блекаутів. Як цей досвід змінив ваше ставлення до електроенергії? Що ви тепер робите інакше, щоб бути готовими до можливих викликів? Узагальніть найцікавіші й найкорисніші приклади винахідливості. Підготуйте презентацію, коротке відео або комікс.

Під час тривалих вимкнень електроенергії найефективнішими способами адаптації були портативні зарядні станції, павербанки, акумуляторні LED-лампи, туристичні газові пальники для розігріву їжі та підключення оптичного інтернету через USB-перехідники до роутера. Цей досвід навчив сприймати електроенергію як вичерпний ресурс і спонукав до її свідомого заощадження: прилади завжди підтримуються зарядженими, створено запас автономного освітлення, а енергоємні процеси плануються за графіками.

Найбільш практичні винаходи: використання автомобільних акумуляторів разом з інверторами для домашнього освітлення, світлодіодні стрічки з живленням від батарейок та організація спільних «пунктів незламності» в під’їздах.

УСТАНОВЛЮЄМО ЗАКОНОМІРНОСТІ

1. З’ясуйте, скільки електроенергії в середньому за місяць споживає ваш будинок або квартира (подивіться платіжні квитанції за електроенергію за останні кілька місяців).

За квитанціями середній обсяг щомісячного споживання трикімнатної квартири становить 180 кВт·год.

2. Оберіть основні джерела автономної енергії (проаналізуйте кліматичні умови, доступний простір, вартість).

Основним джерелом обрано комплекс фотоелектричних сонячних панелей на даху будівлі завдяки доступності монтажу та достатній інсоляції в теплий період року. Резервним джерелом є інверторний бензиновий генератор потужністю 2 кВт, який застосовується взимку за умов тривалої похмурої погоди.

3. Обчисліть сумарну потужність приладів, які можуть працювати одночасно, щоб вибрати джерела, акумулятори та інвертори з необхідним запасом.

Сумарна робоча потужність становить 625 Вт. З урахуванням пускових струмів компресора холодильника та необхідного запасу надійності у 30-40% потрібно обрати інвертор з номінальною потужністю від 1,5 до 2 кВт.

4. Намалюйте схему підключення всіх компонентів: джерел генерації, контролера, акумуляторів, інвертора та споживачів.

5. Запропонуйте способи, як можна зменшити споживання енергії у вашому будинку або квартирі, щоб зробити систему ефективнішою. Обчисліть, на скільки відсотків запропоновані заходи зменшать загальне споживання енергії.

Основні заходи:

• повна заміна ламп розжарювання на енергоощадні LED (економія до 80% на освітленні);
• вимикання з розеток приладів у режимі очікування (економія 5–7% від загального рахунку);
• використання побутової техніки найвищих класів енергоефективності (А++ і вище).

У сукупності ці заходи дають змогу знизити місячне споживання електроенергії приблизно на 30–35%.