Proizvodnja električne energije

Turbo generator
Dijagram elektroenergetskog sistema, sistem proizvodnje je u crvenom
Naizmenični sinhroni električni generator sa četiri para polova na rotoru.
Leklanšeov element (baterija).

Proizvodnja električne energije koristi električnu potencijalnu energiju koja nastaje odvajanjem elektrona iz elektronskih omotača atoma. Odvajanje se može postići elektromehaničkim energetskim pretvaranjem (elektromagnetska indukcija), termoelektričnim (termoelektrični efekat), termojonskom, fotoelektričnim pretvaranjem (fotoelektrični učinak ili fotoefekt kao na primer kod fotonaponske ćelije), direktnim pretvaranjem hemijske u električnu energiju u gorivnom članku, magnetohidrodinamičkim generatorom. Jedna je od bitnih karakteristika električne energije je da se ona ne može uskladištiti, nego se mora proizvoditi onda kada je potrebna. Zbog toga se elektrane i celi elektroenergetski sistem izgrađuju tako da mogu trenutno zadovoljiti potražnju za električnom energijom.

Izvori električne struje u svakodnevnom životu dakle mogu biti:

Generisanje elektriciteta

Glavni članak: Elektricitet
Solarne ploče pretvaraju svetlost u elektricitet putem fotoefekta.

U atomu je pozitivno naelektrisanje jednako negativnom (broj protona jednak je broju elektrona), pa se naelektrisanje međusobno neutrališe. Tek kada se u telu odvoji deo elektrona od atoma, dolaze do izražaja privlačne sile koje nastoje da vrate elektrone na njihovo mesto. Zbog delovanja tih sila dolazi do kretanja naelektrisanih čestica, odnosno električne struje. Odvajanje elektrona od pripadajućih atomskih jezgara čini osnov proizvodnje električne energije. Odvajanje se može postići elektromehanički, termoelektrički, fotoelektrički, te direktnim pretvaranjem hemijske u električnu energiju gorivnom ćelijom.

Za proizvodnju velike količine električne energije služe električni generatori.

Načini proizvodnje

Za dobijanje električne energije postoje dva glavna načina:

  • direktnim pretvaranjem energije Sunca (elektromagnetnih talasa) u električnu energiju, što se postiže solarnim ćelijama;
  • pretvaranjem mehaničke energije u električnu, što se izvodi u elektranama.

Pogon elektrana može biti različit u zavisnosti od izvora mehaničke energije koja se koristi za proizvodnju električne energije:

  • korišćenjem mehaničke energije tekućih voda - hidroelektrane;
  • korišćenjem mehaničke energije stajaćih voda tj. plime i oseke - elektrane na plimu i oseku
  • korišćenjem energije vetra - vetrenjače ili vetrogeneratori;
  • korišenjem mehaničke energije vodene pare pomoću parnih turbina.

Kod elektrana sa parnim turbinama postoji višestruki proces pretvaranja energije. Najpre se neka energija pretvara u toplotnu, zatim se ona pretvara u mehaničku (pri čemu se od vode dobija vodena para na povišenom pritisku), a zatim se uz pomoć turbina mehanička energija vodene pare pretvara u električnu. Razlikujemo dva osnovna tipa elektrana sa parnim turbinama:

  • nuklearne elektrane, kod kojih se toplotna energija oslobađa procesom kontrolisane fisije, tj. lančane reakcije u nuklearnom gorivu
  • termoelektrane kod kojih se toplotna energija stvara sagorevanjem nekog energenta.

Energenti koji se koriste za sagorevanje u termoelektranama mogu biti različiti, uključujući: gas, neki naftni derivat (dizel ili mazut), ugalj, biomase, te različiti organski i neorganski otpad. Sve izvore energije koji se koriste za dobijanje električne energije možemo podeliti na:

U obnovljive izvore energije spadaju energije Sunca, plime i oseke, tekućih voda i vetra, a u neobnovljive energija unutar atomskog jezgra, kao i fosilna goriva (ugalj, nafta, gas). Globalna tendencija je da se proizvodnja električne energije sve više prebacuje na obnovljive izvore energije iz ekoloških razloga.

Svetska produkcija

Protok energije elektrane

Ukupna bruto proizvodnja električne energije u svetu je bila 25.082 TWh 2016. godine. Izvori struje su bili ugalj i treset 38,3%, prirodni gas 23,1%, hidroenergija 16,6%, nuklearna energija 10,4%, nafta 3,7%, solarna/vetar/geotermalna/plimska/drugo 5,6%, biomasa i otpad 2,3%.

Izvor električne energije (Ukupne vresdnosti za ceo svet 2008. godine)
- Ugalj Nafta Prirodni
gas		 Nuklearna Obnovljiva drugo Total
Prosečna električna snaga (TWh/godina) 8.263 1.111 4.301 2.731 3.288 568 20.261
Prosečna električna snaga (GW) 942,6 126,7 490,7 311,6 375,1 64,8 2311,4
Proporcija 41% 5% 21% 13% 16% 3% 100%
izvor podataka IEA/OECD

Istorijski rezultati proizvodnje električne energije

Proizvodnja po zemljama

Glavni članak: Svetski energetski resursi i potrošnja
Vidi takođe: Potrošnja električne energije

Sjedinjene države su dugo bile najveći proizvođač i potrošač električne energije, sa globalnim udelom od bar 25% u 2005. godini, čemu su sledile Kina, Japan, Rusija, i Indija. U januaru 2010, ukupna proizvodnja električne energije za dva najveća proizvođača bila je sledeća: SAD: 3.992 milijardi kWh (3.992 TWh); Kina: 3.715 milijardi kWh (3.715 TWh).

Spisak zemalja sa izvorima električne energije 2008. godine

Izvor podataka o vrednostima (proizvedene električne energije) je IEA/OECD. Navedene zemlje su prvih 20 po broju stanovnika ili prvih 20 po BDP (PPP) i Saudijska Arabija na osnovu CIA svetske činjenične knjige iz 2009. godine.

Kompozicija električne energije po resursima (TWh godišnje, 2008)
Elektroenergetski sektor zemlje Fosilno gorivo Nuklearno rang Obnovljiva Bio
drugo* 		ukupno rang
Ugalj Nafta Gas sub
total 		rang Hidro Geo
Termalna 		Solarna
PV* 		Solarna
Termalna 		Vetar Plima sub
total 		rang
Svetski total 8,263 1,111 4,301 13,675 - 2,731 - 3,288 65 12 0.9 219 0.5 3,584 - 271 20,261 -
Proporcija 41% 5.5% 21% 67% - 13% - 16% 0.3% 0.06% 0.004% 1.1% 0.003% 18% - 1.3% 100% -
Narodna Republika Kina Kina 2,733 23 31 2,788 2 68 8 585 - 0.2 - 13 - 598 1 2.4 3,457 2
Indija Indija 569 34 82 685 5 15 12 114 - 0.02 - 14 - 128.02 6 2.0 830 5
Sjedinjene Američke Države SAD 2,133 58 1011 3,101 1 838 1 282 17 1.6 0.88 56 - 357 4 73 4,369 1
Indonezija Indonezija 61 43 25 130 19 - - 12 8.3 - - - - 20 17 - 149 20
Brazil Brazil 13 18 29 59 23 14 13 370 - - - 0.6 - 370 3 20 463 9
Pakistan Pakistan 0.1 32 30 62 22 1.6 16 28 - - - - - 28 14 - 92 24
Šablon:Country data Bangladesh Bangladeš 0.6 1.7 31 33 27 - - 1.5 - - - - - 1.5 29 - 35 27
Nigerija Nigerija - 3.1 12 15 28 - - 5.7 - - - - - 5.7 25 - 21 28
Rusija Rusija 197 16 495 708 4 163 4 167 0.5 - - 0.01 - 167 5 2.5 1,040 4
Japan Japan 288 139 283 711 3 258 3 83 2.8 2.3 - 2.6 - 91 7 22 1,082 3
Meksiko Meksiko 21 49 131 202 13 9.8 14 39 7.1 0.01 - 0.3 - 47 12 0.8 259 14
Filipini Filipini 16 4.9 20 40 26 - - 9.8 11 0.001 - 0.1 - 21 16 - 61 26
Vijetnam Vijetnam 15 1.6 30 47 25 - - 26 - - - - - 26 15 - 73 25
Šablon:Country data Ethiopia Etiopija - 0.5 - 0.5 29 - - 3.3 0.01 - - - - 3.3 28 - 3.8 30
Egipat Egipat - 26 90 115 20 - - 15 - - - 0.9 - 16 20 - 131 22
Njemačka Nemačka 291 9.2 88 388 6 148 6 27 0.02 4.4 - 41 - 72 9 29 637 7
Turska Turska 58 7.5 99 164 16 - - 33 0.16 - - 0.85 - 34 13 0.22 198 19
Šablon:Country data DR Congo DR Kongo - 0.02 0.03 0.05 30 - - 7.5 - - - - - 7.5 22 - 7.5 29
Iran Iran 0.4 36 173 209 11 - - 5.0 - - - 0.20 - 5.2 26 - 215 17
Tajland Tajland 32 1.7 102 135 18 - - 7.1 0.002 0.003 - - - 7.1 23 4.8 147 21
Francuska Francuska 27 5.8 22 55 24 439 2 68 - 0.04 - 5.7 0.51 75 8 5.9 575 8
Ujedinjeno Kraljevstvo UK 127 6.1 177 310 7 52 10 9.3 - 0.02 - 7.1 - 16 18 11 389 11
Italija Italija 49 31 173 253 9 - - 47 5.5 0.2 - 4.9 - 58 11 8.6 319 12
Južna Koreja Južna Koreja 192 15 81 288 8 151 5 5.6 - 0.3 - 0.4 - 6.3 24 0.7 446 10
Španija Španija 50 18 122 190 14 59 9 26 - 2.6 0.02 32 - 61 10 4.3 314 13
Kanada Kanada 112 9.8 41 162 17 94 7 383 - 0.03 - 3.8 0.03 386 2 8.5 651 6
Saudijska Arabija Saudijska Arabija - 116 88 204 12 - - - - - - - - - - - 204 18
Tajvan Tajvan 125 14 46 186 15 41 11 7.8 - 0.004 - 0.6 - 8.4 21 3.5 238 16
Australija Australija 198 2.8 39 239 10 - - 12 - 0.2 0.004 3.9 - 16 19 2.2 257 15
Nizozemska Holandija 27 2.1 63 92 21 4.2 15 0.1 - 0.04 - 4.3 - 4.4 27 6.8 108 23
Zemlja Ugalj Nafta Gas sub
total 		rang Nuklearna rang Hidro Geo
Termalna 		Solarna
PV 		Solarna
Termalna 		Vetar Plima sub
total 		rang Bio
drugo 		Total rang

Solarna PV* je solarna fotonaponska energija Bio drugo* = 198 TWh (biomasa) + 69 TWh (otpad) + 4TWh (drugo)

Reference

  1. ↑ „The turbogenerator – A continuous engineering challenge”. Arhivirano iz originala na datum 21. 8. 2010.. 
  2. ↑ Croft, Terrell; Summers, Wilford I. (1987). American Electricians' Handbook (Eleventh izd.). New York: McGraw Hill. ISBN 978-0-07-013932-9. 
  3. ↑ Fink, Donald G.; Beaty, H. Wayne (1978). Standard Handbook for Electrical Engineers (Eleventh izd.). New York: McGraw Hill. ISBN 978-0-07-020974-9. 
  4. ↑ Električna energija, "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2017.
  5. ↑ Croft, Terrell; Summers, Wilford I. (1987). American Electricians' Handbook (Eleventh izd.). New York: McGraw Hill. ISBN 978-0-07-013932-9. 
  6. ↑ Fink, Donald G.; Beaty, H. Wayne (1978). Standard Handbook for Electrical Engineers (Eleventh izd.). New York: McGraw Hill. ISBN 978-0-07-020974-9. 
  7. ↑ Jugoslav Karamarković, Fizika (str. 197), Univerzitet u Nišu, 2005.
  8. ↑ Jugoslav Karamarković, Fizika (str. 198), Univerzitet u Nišu, 2005.
  9. ↑ Jugoslav Karamarković, Fizika (str. 198), Univerzitet u Nišu, 2005.
  10. ↑ Jugoslav Karamarković, Fizika (str. 198), Univerzitet u Nišu, 2005.
  11. ↑ International Energy Agency, "Electricity Statistics", Retrieved 8 December 2018.
  12. ↑ IEA Statistics and Balances Arhivirano 2013-08-11 na Wayback Machine-u retrieved 2011-5-8
  13. ↑ CIA World Factbook 2009 Arhivirano 2016-05-17 na Wayback Machine-u retrieved 2011-5-8

Vidi još