Эле́ктроэнерге́тика — отрасль энергетики, включающая в себя генерацию, передачу и сбыт электроэнергии. Электроэнергетика является составной частью отрасли энергетики, в которую также входит Теплоэнергетика. Преимущества электроэнергии перед энергией других видов — это относительная лёгкость передачи на большие расстояния.
Для Российской Федерации федеральный закон «Об электроэнергетике» даёт следующее определение электроэнергетики: Электроэнергетика — отрасль экономики Российской Федерации, включающая в себя комплекс экономических отношений, возникающих в процессе производства (в том числе производства в режиме комбинированной выработки электрической и тепловой энергии), передачи электрической энергии, оперативно-диспетчерского управления в электроэнергетике, сбыта и потребления электрической энергии с использованием производственных и иных имущественных объектов (в том числе входящих в Единую энергетическую систему России), принадлежащих на праве собственности или на ином предусмотренном федеральными законами основании субъектам электроэнергетики или иным лицам. Электроэнергетика является основой функционирования экономики и жизнеобеспечения.
Определение электроэнергетики содержится также в ГОСТ 19431-84: Электроэнергетика — раздел энергетики, обеспечивающий электрификацию страны на основе рационального расширения производства и использования электрической энергии.
История
XIX век Несмотря на то, что с тех пор, как Алессандро Вольта в 1800 году разработал вольтов столб, было известно, что электричество вырабатывается в результате химических реакций, происходящих в электролитическом элементе, его производство таким способом было и остаётся дорогим. В 1831 году Майкл Фарадей изобрёл машину, которая вырабатывала электричество из вращательного движения, но потребовалось почти 50 лет, чтобы технология достигла коммерчески жизнеспособной стадии. Другие первые попытки полезного использования электричества были предприняты во второй половине XIX века, основными направлениями использования были недавно изобретённый телеграф, гальванотехника, военная техника (например были попытки создания судов и самоходных машин с электрическими двигателями; разрабатывались мины с электрическим взрывателем). Источниками электричества поначалу служили гальванические элементы.
В 1878 году в Соединённых Штатах Томас Эдисон разработал и продал коммерчески жизнеспособную замену газовому освещению и отоплению с использованием локально генерируемого и распределённого электричества постоянного тока на основе наработок М. Фарадея.
В декабре 1881 года Роберт Хаммонд продемонстрировал новый электрический свет в городе Брайтон в графстве Сассекс в Великобритании. Последовавший за этим успех этой установки позволил Хаммонду поставить это предприятие как на коммерческую, так и на юридическую основу, поскольку ряд владельцев магазинов хотели использовать новое электрическое освещение.
В начале 1882 года Эдисон открыл первую в мире паровую электростанцию на виадуке Холборн в Лондоне, где он заключил соглашение с Городской корпорацией сроком на три месяца на обеспечение уличного освещения. Со временем он снабдил электричеством ряд местных потребителей. Способ питания — постоянный ток (DC). В то время как Годалминг и виадук Холборн 1882 года были закрыты через несколько лет, Брайтонская схема продолжала работать, и в 1887 году снабжение было доступно 24 часа в сутки.
Позже, в сентябре 1882 года, Эдисон открыл электростанцию на Перл-стрит в Нью-Йорке, и снова она стала источником постоянного тока. Именно по этой причине генерация происходила рядом с потребителем, так как у Эдисона не было средств преобразования напряжения. Напряжение, выбранное для любой электрической системы, является компромиссом. При заданном объёме передаваемой мощности увеличение напряжения уменьшает ток и, следовательно, уменьшает требуемую толщину провода. Это также увеличивает опасность от прямого контакта и увеличивает требуемую толщину изоляции. Кроме того, некоторые типы нагрузок было трудно или невозможно заставить работать с более высокими напряжениями. Общий эффект заключался в том, что система Эдисона требовала, чтобы электростанции находились в пределах мили от потребителей. В то время как это может сработать в центрах городов, это не сможет экономически обеспечить пригороды электроэнергией.
В середине-конце 1880-х годов были внедрены системы переменного тока (AC) в Европе, и в США. Переменный ток имел преимущество, заключавшееся в том, что трансформаторы, установленные на электростанциях, могли использоваться для повышения напряжения от генераторов, а трансформаторы на местных подстанциях могли снижать напряжение для питания нагрузок. Повышение напряжения уменьшало ток в линиях электропередачи и распределения и, следовательно, размеры проводников и потери при распределении. Это сделало более экономичным распределение энергии на большие расстояния. Генераторы (например, гидроэлектростанции) могут располагаться вдали от нагрузок. AC и DC конкурировали некоторое время, в период, называемый «войной токов». Система постоянного тока могла претендовать на несколько большую безопасность, но эта разница была недостаточно велика, чтобы перевесить огромные технические и экономические преимущества переменного тока, которые в итоге победили.
Попутно появлялись новые сферы применения электрической энергии: совершенствовались электрические подъёмники, насосы и электродвигатели. Важным этапом стало изобретение электрического трамвая: трамвайные системы являлись крупными потребителями электрической энергии и стимулировали наращивание мощностей электрических станций. Во многих городах первые электрические станции строились вместе с трамвайными системами.
XX век Силовая электроника — это применение твердотельной электроники для управления и преобразования электроэнергии. Силовая электроника началась с разработки ртутного дугового выпрямителя (Игнитрон) в 1902 году, используемого для преобразования переменного тока в постоянный. С 1920-х годов продолжались исследования по применению тиратронов и ртутных дуговых клапанов, управляемых сетью, для передачи энергии. Градуирующие электроды сделали их пригодными для передачи электроэнергии постоянного тока высокого напряжения (HVDC). В 1933 году были изобретены селеновые выпрямители. Транзисторная технология восходит к 1947 году, когда был изобретён транзистор с точечным контактом, за которым в 1948 году последовал транзистор с биполярным переходом (BJT). К 1950-м годам стали доступны более мощные полупроводниковые диоды, которые начали заменять вакуумные лампы. В 1956 году был представлен кремниевый управляемый выпрямитель (SCR), расширивший спектр применения силовой электроники.
Прорыв в силовой электронике произошёл с изобретением в 1959 году МОП-транзистора (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник). Поколения МОП-транзисторов позволили разработчикам источников питания достичь уровней производительности и плотности, невозможных для биполярных транзисторов. В 1969 году Hitachi представила первый вертикальный силовой МОП-транзистор, который позже будет известен как VMOS (V-образный МОП-транзистор). С тех пор силовой МОП-транзистор стал самым распространённым силовым устройством в мире из-за его низкой мощности привода затвора, высокой скорости переключения, простой расширенной возможности параллельного подключения, полосы пропускания, прочности, лёгкости вождения, простого смещения, простоты применения и простоты ремонта.
В то время как HVDC все чаще используется для передачи больших объёмов электроэнергии на большие расстояния или для подключения смежных асинхронных энергосистем, основная часть производства, передачи, распределения и розничной продажи электроэнергии происходит с использованием переменного тока.
История российской электроэнергетики
История российской, да и мировой электроэнергетики, берёт начало в 1891 году, когда учёный Михаил Доливо-Добровольский осуществил практическую передачу электрической мощности около 220 кВт на расстояние 175 км. Результирующий КПД линии электропередачи, равный 77,4 %, оказался сенсационно высоким для такой сложной многоэлементной конструкции. Такого высокого КПД удалось достичь благодаря использованию трёхфазного напряжения, изобретённого самим учёным.
В дореволюционной России мощность всех электростанций составляла 1,1 млн кВт, а годовая выработка электроэнергии равнялась 1,9 млрд кВт∙час. После революции, по предложению В. И. Ленина был развёрнут план электрификации России ГОЭЛРО. Он предусматривал возведение 30 электростанций суммарной мощностью 1,5 млн кВт, что было реализовано к 1931 году.
Советское время
В 1940 году суммарная мощность советских электростанций составила 10,7 млн кВт, а годовая выработка электроэнергии превысила 50 млрд кВт∙ч, что в 25 раз превышало соответствующие показатели 1913 года. После перерыва, вызванного Великой Отечественной войной, электрификация СССР возобновилась, достигнув в 1950 году уровня выработки 90 млрд кВт∙ч.
В 1950-е годы были запущены такие электростанции, как Цимлянская, Гюмушская, Верхне-Свирская, Мингечаурская и другие. С середины 60-х годов СССР занимал второе место в мире по выработке электроэнергии после США.
История белорусской электроэнергетики
Первые сведения об использовании электрической энергии в Белоруссии относятся к концу XIX века, однако и в начале прошлого столетия энергетическая база Белоруссии находилась на очень низком уровне развития, что определяло отсталость товарного производства и социальной сферы: на одного жителя приходилось почти в пять раз меньше промышленной продукции, чем в среднем по Российской империи. Основными источниками освещения в городах и деревнях были керосиновые лампы, свечи, лучины.
Первая электростанция в Минске появилась в 1894 году. Она обладала мощностью 300 л. с. К 1913 году на станции были установлены три дизеля разных фирм и её мощность достигла 1400 л. с.
В ноябре 1897 года дала первый ток электростанция постоянного тока в Витебске.
В 1913 году на территории Белоруссии была только одна передовая по техническому оборудованию паротурбинная электростанция, которая принадлежала Добрушской бумажной фабрике.
Развитие энергетического комплекса Белоруссии начиналось с реализации плана ГОЭЛРО, ставшего первым после революции 1917 года перспективным планом развития народного хозяйства советского государства. К концу 1930-х годов установленная мощность Белорусской энергосистемы уже достигла 129 МВт при годовой выработке электроэнергии 508 млн кВт∙ч (в 1913 году мощность всех электростанций составляла всего 5,3 МВт, а годовое производство электроэнергии — 4,2 млн кВт∙ч).
Начало стремительному становлению отрасли положил ввод в эксплуатацию первой очереди Белорусской ГРЭС мощностью 10 МВт — крупнейшей станции в довоенный период; БелГРЭС дала мощный толчок развитию электрических сетей 35 и 110 кВ — Белорусская энергетическая система была создана де-факто.
15 мая 1931 года принято решение об организации Районного управления государственных электрических станций и сетей Белорусской ССР — «Белэнерго».
На протяжении многих лет Белорусская ГРЭС оставалась ведущей электростанцией республики. Вместе с тем в 1930-е годы развитие энергетической отрасли бурно развивается — появляются новые ТЭЦ, значительно увеличивается протяжённость высоковольтных линий, создаётся потенциал профессиональных кадров. Однако этот рывок вперёд был перечёркнут Великой Отечественной — война привела к практически полному уничтожению электроэнергетической базы республики. После освобождения Белоруссии мощность её электростанций составляла всего 3,4 МВт.
Для того, чтобы восстановить и превысить довоенный уровень установленной мощности электростанций и производства электроэнергии энергетикам понадобились значительные усилия.