Розділ 2. Гідроенергетичні ресурси, їх використання. Принципові схеми, параметри, режими роботи ГЕС і ГАЕС

Бурхливий розвиток енергетики у ХХ столітті став основою швидкого розвитку економіки й підвищення якості життя людей. Саме в цей період відбулись становлення й розвиток атомної енергетики та об’єднаних енергосистем, яким присвячена четверта книга видання «Енергетика: історія, сучасність і майбутнє».

Знання та досвід, що накопичувалися людством протягом тисячоліть, забезпечили розвиток вчення про теплоту, відкриття законів електрики, радіоактивності, створення перших електростанцій й систем передачі електроенергії, стали фундаментом сучасної енергетики.

У першій книзі «Від вогню та води до електрики» даного видання подаються уявлення про еволюцію Землі, історія використання людиною вогню, освоєння енергії річок, вітру з найдавніших часів до епохи електрики, початок використання сонячної енергії, відкриття та використання основних видів викопних енергетичних ресурсів (вугілля, нафти, газу, урану).

У другій книзі «Пізнання та досвід – шлях до сучасної енергетики» наводиться історія розвитку вчення про теплоту й використання теплової енергії, досліджень та відкриття основних законів електрики, створення перших теплоелектростанцій й систем передачі електроенергії, досліджень та використання атомної енергії, створення перших атомних електростанцій.

У третій книзі «Розвиток теплоенергетики та гідроенергетики» наводиться історія, відомості про стан й перспективи розвитку теплової енергетики, основи теорії теплових електростанцій, їх основні типи, а також типи котлів, парових та газових турбін теплових електростанцій, систем теплопостачання, нові технології, які підвищують ефективність й екологічну безпеку теплоенергетики, розглядаються питання комплексного використання гідроресурсів, принципові схеми, параметри, режими роботи ГЕС й ГАЕС, їх типи та умови експлуатації, основне технологічне обладнання.

У даній книзі «Розвиток атомної енергетики та об’єднаних енергосистем» наводяться історія, відомості про сучасний стан й перспективи розвитку атомної енергетики, основи теорії атомних електростанцій, їх основні типи, а також типи ядерних реакторів, ядерних енергетичних установок, паливні цикли атомних електростанцій, перспективні технології, спрямовані на підвищення ефективності й безпеки АЕС.

Після видатного досягнення – відкриття радіоактивності А. Беккерелєм у 1895 р. – завдяки працям видатних вчених М. й П. Кюрі, Е. Резерфорда, Ф. Содді, Н. Бора, О. Гана, Л. Мейтнер, І. та Ф. Жоліо-Кюрі, Е. Фермі, І.В. Курчатова, Я.Б. Зельдовича, Ю.Б. Харитона та багатьох інших одержали швидкий розвиток вчення про радіоактивність й ядерна фізика. Вже у 1954 р. у СРСР була введена в дію перша у світі Обнінська атомна електростанція потужністю 5 МВт. Атомна енергетика справила великий вплив на розвиток електроенергетики у другій половині ХХ ст.

Частка електроенергії у структурі споживання енергії різко зросла, досягнувши на кінець ХХ ст. 40% у розвинутих країнах, що входять до Організації економічного співробітництва та розвитку (ОЕСР). Виробництво електроенергії у світі з 1950 по 2000 роки збільшилось у 14 разів й перевищило 14 трлн. кВт·год (при потужності електростанцій 3,55 млрд. кВт), із яких на ТЕС й ТЕЦ припадало понад 64%, а на АЕС – біля 16%.

У процесі швидкого розвитку атомної енергетики із двох основних типів ядерних реакторів (на теплових і швидких нейтронах) найбільше поширення у світі одержали реактори на теплових нейтронах. Було розроблено багато видів таких реакторів з різними сповільнювачами й теплоносіями, що дозволило вибрати для АЕС найбільш технічно й економічно ефективні. Так, у США основними стали водо-водяні реактори під тиском й киплячі реактори, у Канаді – тяжководні реактори на природному урані, у колишньому СРСР – водо-водяні реактори під тиском (ВВЕР) й уран-графітові киплячі реактори (РБМК). Потужність великих АЕС, наприклад Запорізької АЕС (Україна), досягла 6000 МВт. Паралельно вводились у дію реактори на швидких нейтронах, які дозволяли забезпечити розширене відтворення ядерного палива.

На деяких АЕС, у тому числі в США на АЕС «Три Майл Айленд» у 1979 році, трапились важкі аварії, які призвели до перегляду вимог безпеки й програм розвитку АЕС у всьому світі.

Аварія на Чорнобильській АЕС в Україні у 1986 році, яка викликала екологічну катастрофу на величезній території, загибель людей, підірвала довіру світової спільноти до атомної енергетики. АЕС практично перестали будувати.

Зроблені безпрецедентні максимальні зусилля щодо забезпечення безпеки АЕС, що експлуатуються, дозволили на початку ХХІ ст. відновити довіру до атомної енергетики.

Людство переболіло катастрофою на Чорнобильській АЕС, здійснені заходи щодо підвищення безпеки АЕС змінили ставлення суспільства до них. Настає час «ренесансу» у розвитку атомної енергетики. При цьому, окрім високої економічної ефективності й конкурентоздатності, забезпеченості ресурсами, надійності, безпечності, важливим фактором, як не парадоксально, є те, що атомна енергетика – одне із екологічно найчистіших джерел електроенергії, хоч і залишається проблема утилізації відпрацьованого палива. Вона може здійснити значний внесок у забезпечення надійного енергопостачання, зниження викидів парникових газів та інших забруднюючих речовин.

Роботи, що ведуться у багатьох країнах щодо вдосконалення реакторів на теплових та швидких нейтронах, дозволяють забезпечити подальше підвищення їх надійності, економічної ефективності й екологічної безпеки. Наприклад, при реалізації у майбутньому міжнародного проекту ГМ-МСР (газотурбінний модульний геліоохолоджуваний реактор), що характеризується високим рівнем безпеки й конкурентоздібності, мінімізацією радіоактивних відходів, може підвищитись к.к.д. до 50%.

Широке застосування двокомпонентної структури атомної енергетики, яка включає АЕС з реакторами на теплових та швидких нейтронах, підвищить ефективність використання природного урану й радіоактивних відходів.

У першій половині ХХІ століття людству належить здійснити науковий й технічний прорив на шляху освоєння нових видів енергії (водневої, термоядерної та ін.), у зв’язку з чим зростає роль міжнародної кооперації у розробці й освоєнні нових технологій.

Важливу роль у забезпеченні надійного енергопостачання й енергетичної безпеки у ХХІ столітті відіграють об’єднані енергосистеми й енергооб’єднання. Інтенсивний розвиток електроенергетики у більшості розвинутих країн світу в середині ХХ ст. привів до створення об’єднаних енергосистем на основі з’єднання електричних мереж локальних енергосистем.

У книзі наведено історію, відомості про стан та перспективи розвитку об’єднаних енергосистем, які, забезпечуючи передачу й розподіл електроенергії, дозволяють суттєво підвищити економічність і надійність енергопостачання. Однією із тенденцій розвитку світової енергетики є злиття об’єднаних енергосистем у великі транснаціональні енергоутворення, завдяки чому досягаються економічні й енергетичні переваги. Такі потужні енергоутворення, що об’єднали енергосистеми на величезних територіях з населенням понад 1 млрд. жителів, функціонують у Північній Америці, Європі, Азії. На основі координації управління розвитком й функціонуванням об’єднаних енергосистем, що входять до транснаціональних енергоутворень, досягається оптимальне використання ресурсів первинної енергії, яка виробляється ТЕС, АЕС, ГЕС та ін., скорочення загальних втрат при передачі електроенергії, оптимізація у використанні резервних потужностей, підвищення надійності енергопостачання, створення міждержавних ринків електроенергії й потужності, що сприяють в умовах конкурентного середовища зниженню її вартості.