Тема 1. Виробництво та постачання електроенергії

Видобуті з надр Землі мінеральні ресурси, вирощену сільськогосподарську продукцію, заготовлену деревину зазвичай не використовують як кінцевий продукт. Здебільшого їх спрямовують для подальшої переробки в переробну промисловість, що разом з будівництвом утворюють вторинний сектор економіки. Він є важливим складником світового господарства і певним чином впливає на розвиток усіх інших видів господарської діяльності — від аграрного виробництва до інформаційної сфери, які не можуть функціонувати без його продукції. Загалом вартісна частка вторинного сектору у світовому ВВП становить третину. Для різних країн цей показник коливається у межах 15-60 % (залежно від її рівня розвитку).

§ 21. Електроенергетика світу

• Пригадайте, які мінеральні ресурси належать до паливно-енергетичних.
• Яких ресурсів потребує виробництво електроенергії?

ПАЛИВНО-ЕНЕРГЕТИЧНИЙ БАЛАНС. Щорічно людство потребує величезних обсягів первинних джерел енергії — мінеральних (вугілля, природний газ, нафта, горючі сланці, торф, уран), біологічних (дрова, енергетична рослинна сировина), гідравлічних (енергія річок, припливів), кліматичних і космічних (енергія вітру, Сонця), геотермальних (енергія земних надр) тощо. Із цих джерел виробляють електричну і теплову енергію, паливо для транспортних засобів і побутових потреб, технологічне паливо для промисловості тощо. Для оцінювання сумарних обсягів різних видів палива їх переводять у так зване умовне паливо, яке вимірюють у тоннах нафтового (або вугільного) еквівалента. Для цього прирівнюють кількість виробленої електроенергії з різних видів палива до енергії, виробленої з 1 кг нафти або 1 кг кам’яного вугілля.

У 2019 р. світове виробництво первинних джерел енергії (у нафтовому еквіваленті) становило 16,4 млрд тонн, а споживання — 15,9 млрд тонн, світовими лідерами в обох випадках є Китай і США (табл. 5).

Виробництво і споживання первинних джерел енергії у світі й окремих країнах, млн тонн нафтового еквівалента (2019 р.)

Виробництво

Світове виробництво й споживання первинної енергії протягом останнього століття суттєво змінювалося. «Вугільний» етап розвитку (коли у виробництві переважало вугілля) у другій половині XX століття змінився «нафтовим», до чого привело відкриття великих запасів і висока енергоефективність нафти. Але суттєве підвищення цін на нафту наприкінці XX ст. спричинило зменшення її частки в структурі світового енергоспоживання. Це знаменувало початок «перехідного» етапу, коли розпочалося використання атомної енергії, зросло значення природного газу, місцевих паливних ресурсів, відходів деревообробки і рослинництва, відбулося поступове нарощування обсягів споживання відновлюваних джерел енергії. Цьому сприяє, зокрема, запровадження у багатьох країнах світу більш жорсткого екологічного законодавства. Низка країн (Канада, Франція, Велика Британія, Фінляндія, Данія, Нідерланди, Австрія) планує у найближчі 10-15 років відмовитися від використання вугілля для виробництва електроенергії.

Мал. 85. Структура споживання первинної енергії у світі за видами джерел (2019 р.)

Сьогодні у світовому виробництві й споживанні первинних джерел енергії провідними енергоносіями є нафта, тверде паливо (насамперед вугілля) і природний газ (мал. 85). Частка відновлюваних джерел енергії є незначною, однак темпи її зростання надзвичайно високі.

Структуру виробництва і споживання енергії в економіці країни характеризує її паливно-енергетичний баланс. Паливно-енергетичний баланс — це співвідношення між видобутком різних видів палива і виробництвом енергії з одного боку, та витратами палива й енергії (їх використанням у господарстві) з іншого (мал. 86). На це впливають запаси і якість паливно-енергетичних ресурсів у країні, можливість їх використання, затрати на видобуток.

ЗНАЧЕННЯ ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКИ. Електроенергетика — це вид промислової діяльності, що охоплює виробництво електричної енергії, її передавання, розподіл і збут споживачам (мал. 87). Виробництво (генерування) електроенергії — це процес перетворення різних видів енергії на електричну на підприємствах, які називають електростанціями. Сьогодні поширені різні види генерування, відповідно й різні види електроенергетики та електростанцій (мал. 88). До об’єктів електроенергетики належать також електромережі (лінії електропередачі), якими електрична енергія надходить до споживача. Особливістю електроенергетики є неможливість накопичення електроенергії у значній кількості, тому час її виробництва і споживання має збігатися.

Мал. 86. Паливно-енергетичний баланс

Мал. 87. Схема виробництва електроенергії та забезпечення споживачів

Сьогодні неможливо уявити життя без електричної енергії. З рівнем її споживання тісно пов’язаний науково-технічний і соціально-економічний розвиток суспільства. Електроенергія «працює» в побуті, промисловості та сільському господарстві, сучасних видах транспорту, засобах зв’язку й інформаційно-комунікаційній сфері, науці. Широкому застосуванню електроенергії сприяють можливість її перетворення на інші види енергії (теплову, механічну, звукову, світлову) та простота миттєвої передачі на великі відстані.

Загальний рейтинг найбільших світових виробників електроенергії очолюють Китай та США (мал. 89). Сумарно вони генерують близько 44 % світової електроенергії. Україна за обсягами її виробництва перебуває на 28-му місці у світі. Водночас за виробництвом електроенергії на одну особу провідні позиції посідають відносно невеликі країни Північної Європи (Ісландія, Норвегія, Швеція, Фінляндія), нафтовидобувні Перської затоки (Катар, Кувейт, ОАЕ), а також Канада і США.

Мал. 88. Склад електроенергетики

Мал. 89. Лідери з виробництва електроенергії, млрд кВт • год (2019 р.)

ТЕПЛОВА ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА. Теплова електроенергетика є провідною у світі, частка теплоелектростанцій (ТЕС) у загальносвітовому виробництві електроенергії становить майже 2/3 (мал. 90). Струм там отримують у результаті використання теплової енергії, яку утворюють під час спалювання традиційних видів палива — вугілля, природного газу, мазуту (продукту переробки нафти). ТЕС можуть також використовувати торф і горючі сланці, проте ці види палива є низькокалорійними. Теплоелектростанції здатні виробляти електроенергію незалежно від сезону.

Теплові електростанції будують поблизу вугільних басейнів, на шляхах транспортування вугілля й нафти або неподалік від споживача. Таких ТЕС багато у США, Росії, Казахстані, Німеччині, Україні. Водночас у Японії, Республіці Корея, Італії великі ТЕС розміщені на морських узбережжях, орієнтуючись на привізне паливо. Країнами, у яких майже всю електроенергію виробляють ТЕС, є Південна Африка, Польща, Австралія, Казахстан (вони використовують власне вугілля), Нідерланди, Туркменістан (власний природний газ), країни Перської затоки і Північної Африки (власні нафтопродукти і природний газ). У Китаї, Росії, США, Японії, Індії, Великій Британії більшість електроенергії генерують на ТЕС.

Чимало ТЕС одночасно з електричною виробляють і теплову енергію. Їх називають теплоелектроцентралями (ТЕЦ). Воду, нагріту в процесі вироблення електроенергії, використовують для потреб виробництва, опалювання теплиць, будинків. Передавання тепла обмежене відстанню 20 км, тому ТЕЦ будують поблизу споживачів — великих промислових підприємств та у великих містах.

Мал. 90. Структура виробництва електроенергії у світі (2019 р.)

АТОМНА ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА. На атомних електростанціях (АЕС) на електричну перетворюють теплову енергію, що вивільняється як результат реакції поділу атомних ядер деяких важких хімічних елементів, насамперед урану. Для АЕС, на відміну від ТЕС, не потрібні великі обсяги палива. Використовують збагачений уран, який у формі твелів (тепловидільних елементів) завантажують в атомний реактор на тривалий час. Їх розміщують переважно в районах з великим обсягом споживання електроенергії. Водночас виробництво електроенергії на АЕС є доволі водомістким. Значна проблема атомної енергетики — це накопичення відпрацьованого ядерного палива, яке є радіоактивним і потребує зберігання у спеціальних місцях.

Світ у просторі й часі

Міжнародна агенція з атомної енергії забезпечує науково-технічну співпрацю в галузі мирного використання ядерної технології та атомної енергетики, а також гарантує ядерну безпеку (в тому числі радіаційний захист) в усьому світі.

Бурхливий розвиток світової атомної енергетики розпочався у 70-х роках XX ст., однак аварія на Чорнобильській ЛЕС (1986 р.) загальмувала його. Чимало країн світу переглянули плани розвитку атомної електроенергетики також після аварії на японській ЛЕС «Фукусіма-1» (2011 р.). А в Італії, Австрії, Данії, Уругваї ухвалено закони взагалі про заборону цього виду електроенергетики. Нині у 31-й країні світу діють понад 440 атомних реакторів. Частка атомної енергетики у світовому виробництві енергії становить 11 %. Лідерами за обсягами її виробництва є США, Франція, Росія, Японія, Республіка Корея, Канада, а за часткою виробництва електроенергії на ЛЕС — Франція (понад 75 %), Бельгія, Словаччина, Україна (50-60 %).

ГІДРОЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА. Гідравлічні електростанції (ГЕС) перетворюють на електричну енергію річок. Їх доцільно будувати на річках зі швидкою течією і водоспадами, здебільшого в гірських районах, у вузьких ущелинах рік. ГЕС виробляють найдешевшу за собівартістю електроенергію, використовують відновлювані ресурси та не забруднюють довкілля. Проте їх будівництво є доволі тривалим та коштує значно дорожче, ніж теплових. Створені при ГЕС водосховища затоплюють великі території, порушують гідрологічний режим річок, завдають шкоди живим організмам. Вироблення енергії на таких електростанціях залежить від кліматичних умов та сезонності.

Світ у просторі й часі

Музика на честь ГЕС

Однією з найбільших у світі ГЕС є Ітайпу, що споруджена на річці Парана на кордоні між Бразилією і Парагваєм (12,6 млн кВт). Її назва у перекладі з мови народу гуарані означає «камені, що співають». Цікаво, що на честь цієї грандіозної споруди написа но навіть симфонічну кантату — «Ітайпу» (Філіп Глас).

Мал. 91. Найпотужніша в світі ГЕС/ГАЕС «Сан-Ся» (Китай)

Рекорди світу

«Три ущелини»

Найбільша у світі за потужністю ГЕС/ГАЕС (17,7 млн кВт) та річним виробництвом електроенергії (100,8 млрд кВт • год, 2019 р.) працює в Китаї. Вона має назву «Сан-Ся» («Три ущелини»). Її збудовано на річці Янцзи. Бетонна гребля завдовжки 2,3 км і заввишки 185 м утворює водосховище площею більш як 1 000 км 2 . Під час його створення було затоплено міста Ваньсянь і Ушань, майже 28 тис. га оброблюваних земель, відселено 1,2 млн осіб й навіть перенесено низку історико-архітектурних пам’яток.

Рекорди світу

Рекорди світу

У Парагваї та Норвегії майже всю електроенергію (99,5 %) виробляють на ГЕС. Це найбільші у світі показники.

Протягом доби електроенергію споживають нерівномірно: великі обсяги вдень і незначні — вночі. Щоб перерозподілити це споживання в часі, будують гідроакумулятивні електростанції (ГАЕС). Вони циклічно переміщують постійний об’єм води між дворівневими басейнами. ГАЕС одночасно є і споживачами електроенергії, і її виробниками: уночі, коли є надлишки електроенергії, вони її споживають, закачуючи насосами воду у верхній басейн, а вдень у момент пікових навантажень — виробляють електроенергію, спускаючи воду в нижній басейн. Це дає змогу більш ефективно використовувати потужності електростанцій інших типів.

За абсолютними показниками обсягів виробництва електроенергії на ГЕС світовими лідерами є Китай, Бразилія, США, Канада. Майже всю свою електроенергію генерують на ГЕС Парагвай, Норвегія, Мозамбік, Замбія, Демократична Республіка Конго, Таджикистан, більшість — Бразилія, Колумбія, Венесуела, Канада, Австрія, Швейцарія, Нова Зеландія.

АЛЬТЕРНАТИВНЕ ВИРОБНИЦТВО ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ. У світовій електроенергетиці дедалі більше використовують відновлювані джерела — енергію вітру, Сонця, земних надр, біомаси, морських припливів і відпливів, течій і хвиль тощо. Таку електроенергетику часто називають альтернативною: відновлювані джерела енергії є невичерпними на противагу невідновлюваному вичерпному мінеральному паливу. «Чисте» виробництво електроенергії на вітрових, сонячних та інших електростанціях має переваги над «брудним» виробництвом на ТЕС і АЕС, що завдають шкоди довкіллю. Розвитку альтернативної енергетики сприяє технологічний прогрес і державні програми із запровадження так званого «зеленого» тарифу — високих закупівельних цін на електроенергію з відновлюваних джерел для заохочення її виробників. Найбільшого поширення в десятках країн (зокрема й Україні) набуло будівництво вітрових і сонячних електростанцій (ВЕС і СЕС): виробництво енергії на них досягло найбільших обсягів у Китаї, США, Німеччині, Японії, Індії.

Геотермальні електростанції за принципом дії нагадують ТЕЦ, але вони використовують енергію підземних вод, нагрітих глибинним теплом Землі. Лідерами з виробництва енергії на геоТЕС є США, Філіппіни, Індонезія, Ісландія, а віднедавна з уведенням нових потужностей — Туреччина.

Біоелектростанції виробляють електроенергію з органічних матеріалів (деревини, соломи, продукції рослинництва, відходів життєдіяльності тварин, твердих побутових відходів). Світовими лідерами з виробництва біоелектроенергії є США, Китай, Німеччина, Бразилія, Японія.

До альтернативних видів гідроенергетики належить припливне і хвильове генерування. Припливні електростанції (ПЕС) енергію морських припливів і відпливів перетворюють на електричну. Найбільші ПЕС побудовані у Республіці Корея, Франції, Великій Британії, Канаді, Китаї, Індії, США, Норвегії.

Високу частку відновлюваних джерел енергії в загальному виробництві електроенергії мають країни Північної Європи — Ісландія (100 %, враховуючи гідроелектроенергетику), Данія (майже 50 %, найбільший у світі розвиток вітрової енергетики), а також Нова Зеландія, Португалія, Іспанія, Ірландія, Німеччина.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

• 1. За мал. 85 охарактеризуйте структуру світового споживання первинної енергії.
• 2. Чому електроенергетику називають одним з найважливіших складників економіки?
• 3. Які типи електростанцій розрізняють за джерелом енергетичних ресурсів?
• 4. Наведіть приклади країн, у яких майже всю електроенергію виробляють ТЕС. Де переважно будують електростанції цього типу?
• 5. Яка частка АЕС у світовому виробництві електроенергії? Які переваги й недоліки має цей тип електроенергетики?
• 6. Якими чинниками зумовлений розвиток ГЕС? Назвіть провідні країни світу з виробництва гідроелектроенергії.

Які альтернативні джерела сьогодні використовують у світі для виробництва електроенергії?

За даними табл. 5 установіть, для яких країн характерне вивезення енергоресурсів у структурі їх паливно-енергетичного балансу, а для яких — ввезення.

ПОПРАЦЮЙТЕ В ГРУПІ

Охарактеризуйте загальні принципи виробництва електроенергії на електростанціях різного типу, їх частку у структурі світового виробництва електроенергії, основні чинники розміщення та негативний вплив на довкілля:

ПРАКТИЧНА РОБОТА 5

Побудова та аналіз діаграм виробництва електроенергії на електростанціях різних типів

• 1. Використовуючи різні джерела інформації, побудуйте кругові діаграми виробництва електроенергії на електростанціях різних типів у 2-3 країнах Європи (на вибір).
• 2. Порівняйте побудовані діаграми зі структурою світового виробництва електроенергії за типами електростанцій (мал. 90).
• 3. Зробіть висновки щодо чинників розвитку того чи іншого виду електроенергетики в різних країнах.

ТОП-5 найбільших ГЕС світу за потужністю

Світова гідроенергетика активно розвивається: будуються нові малі та великі ГЕС, реконструюються ті, що вже попрацювали. Частка гідроенергії у загальному обсязі світової електроенергії наразі становить близько 20%.

Норвезькі ГЕС покривають потреби країни в електроенергії на 98%. В Австрії цей показник становить 65%, а до 2030 року країна має мету перейти на відновлювальні джерела на 100% (наразі їх частка – 73%). У китайській провінції Сичуань добудовується ГЕС «Байхетань» з греблею висотою 289 метрів. Вона має стати другою у світі за потужністю, але, ненадовго, адже у Демократичній Республіці Конго вже зводять ГЕС «Гранд Інга» на 52 гідроагрегати, потужність якої складатиме рекордні 39 ГВт. Наразі перелік топ-гідроелектростанцій світу має такий вигляд:

№ 1 «Три ущелини» (22,5 ГВт), р. Янцзи, Китай
Гребля: висота – 185 м, довжина – 2309 м. Ємність водосховища: 39,3 км³

Коли у 1992 році почали будувати найбільшу ГЕС у світі, то планували, що вона покриватиме близько 20% потреб Китаю в електроенергії. Але на час запуску станції «апетити» країни настільки зросли, що вона заледве змогла забезпечити 2%. Тут напружено працюють 34 гідротурбіни: щосекунди через них проходить близько 100 тис. тон води. Будівництво ГЕС покращило умови для судноплавства на місцевості, в результаті чого вантажообіг зріс до 10 разів. Також «Три ущелини» покращила ситуацію з паводками у долині річки, від яких ця територія потерпала з давніх давен. Так, у 2010 році був максимальний за 130 років паводок, але водосховище акумулювало в собі надлишок води (її рівень виріс на 3 м за добу!) та зберегла землі від затоплення.

Цікавий факт: «Три ущелини» збільшила добу на 0,06 мікросекунди за рахунок того, що майже 40 млрд кубів води здійняла на висоту 185 м над рівнем моря і віддалила від центру Землі. Це збільшило момент інерції планети, тож її оберт уповільнився на 0,06 мікросекунди.

№ 2 «Ітайпу» (14 ГВт), р. Парана, Бразилія та Парагвай
Гребля: висота – 196 м, довжина – 7700 м. Ємність водосховища: 29 км³

У далекому 1991 році «Ітайпу» вважалася найпотужнішою ГЕС у світі, але згодом пальму першості довелося віддати більш сучасним «Трьом ущелинам». Почали будувати надскладну для свого часу ГЕС у 1971 році, а вже за 12 років перші турбіни закрутилися у водяному вихорі. Офіційна назва станції «Бінаціональ Ітайпу», що значить «двонаціональна», адже заради забезпечення своїх країн енергією змушені були знайти спільну мову два не найбільш дружні «сусіди» – Бразилія та Парагвай. А слово «ітайпу» на мові місцевого індійського племені гуарані значить «камені, що співають». Сьогодні гігантська ГЕС забезпечує близько 20% потреб Бразилії в електроенергії і більше 90% – Парагваю.

Цікавий факт: зводили ГЕС 30 тис. чоловік. Щоб збудувати греблю «Ітайпу» висотою у 65-поверховий будинок, спочатку з місцевості було вивезено 64 млн куб. м землі та скельних порід, а потім завезено більше 15 млн куб. м бетону (яких могло би вистачити на будівництво такого міста, як, наприклад, Ріо-де-Жанейро).

№ 3 «Сілоду» (13,86 ГВт), р. Цзиньша, Китай
Гребля: висота – 285 м, довжина – 700 м. Ємність водосховища: 12,7 км³

Назву свою станція отримала від розташованого неподалік поселення Сілоду, центру міського повіту Юншань. Будівництво розпочалося у 2003 році, а восени 2014-го на станції вже працювало 18 гідротурбін потужністю 770 МВт. Хоча у 2005 році зведення ГЕС було призупинено, щоб більш детально дослідити вивчення наслідків спорудження для екології району. В результаті на електростанцію була покладена не лише місія забезпечення країни електроенергією, але й частково – очищення річки, що відрізнялася бурхливою течією і тому була забруднена великою кількістю мулу. Сьогодні «Сілоду» успішно контролює стік води та фільтрує її.

Цікавий факт: висота китайської ГЕС у 285 м забезпечила їй 4 місце у переліку найвищих дамб світу. «Сілоду» може за видовищністю скласти конкуренцію навіть Ніагарському водоспаду, адже вище за нього у шість разів.

№ 4 «Гурі» (10,23 ГВт), р. Кароні, Венесуела
Гребля: висота – 162 м, довжина – 1300 м. Ємність водосховища: 138 км³

ГЕС почали будувати у 1963 році, а у 1986, коли «Гурі» запрацювала на повну потужність, вона на три роки отримала звання найбільшої гідроелектростанції у світі. У двох машинних залах працюють 20 гідроагрегатів, які на 65% забезпечують потреби Венесуели в електроенергії. До 2000 року «Гурі» носила ім’я президента Рауля Леони, під час правління якого розпочалося її будівництво. Сьогодні це гідроелектростанція імені Сімона Болівара, національного героя країни та керівника визвольної боротьби за незалежність іспанських колоній в Південній Америці.

Цікавий факт: за ємністю водосховища – 138 км³ «Гурі» посідає перше місце серед усіх ГЕС світу. Його протяжність – 175 км, а ширина – 48 км. Це найбільша прісноводна водойма Венесуели.

№ 5 «Тукуруї» (8,37 ГВт), р. Токантіс, Бразилія
Гребля: висота – 95 м, довжина – 8000 м. Ємність водосховища: 45 км³

ГЕС розташована у дощових лісах Амазонки і є першим такого роду масштабним технічним проектом у бразильській частині тропічних лісів. Спорудження електростанції розпочалося у 1976 році, а вже у 1984 «Тукуруї», що взяла собі назву місцевого поселення, розташованого неподалік, була запущена. Тут встановлені 25 турбін, які щорічно виробляють близько 21,4 млрд кВт·год електроенергії, більша частина якої йде на потреби підприємств алюмінієвої промисловості.

Цікавий факт: ГЕС «Тукуруї» фігурує у видовищному британському кінофільмі 1985 року «Смарагдовий ліс», що розповідає про взаємини американців і корінних народів Бразилії.

Прес-служба Укргідроенерго

§ 22. Електроенергетика світу

Електроенергетика визначає і забезпечує розвиток усього світового господарства. Особлива риса географічного розподілу виробництва електроенергії — суттєві диспропорції в енергозабезпеченні різних регіонів та країн світу. Так, у Норвегії, яка посідає перше місце за виробництвом електроенергії на одного жителя, її виробляється в 1000—1500 разів більше, ніж у найбідніших країнах світу. Майже мільярд населення Землі зовсім не має доступу до електрики. Значні відмінності існують і в структурі виробництва електроенергії на електростанціях різних типів.

1. Географія виробництва та споживання електроенергії.

За останні два десятиліття виробництво електроенергії у світі зросло майже в 1,5 разу, досягнувши 27 трлн кВт • год на рік. Показник зростання більший, ніж у промисловості в цілому. Це вказує не тільки на широке використання електроенергії з метою підвищення рівня електрифікації виробництв, а й на зростання споживання населенням через збільшення кількості побутових електроприладів. Саме тому обсяги виробництва електроенергії вважають опосередкованим показником не тільки рівня економічного розвитку країни, але і якості життя населення.

Відбуваються зміни в географії виробництва та споживання електроенергії: скоротилася частка розвинених країн, зросла частка країн інших типів, у першу чергу азіатських (Китай, Індія, Південна Корея, Тайвань, Саудівська Аравія, Іран, Туреччина тощо). Так, тільки на Китай припадає понад 25% світового виробництва та споживання електроенергії, тоді як у 1973 р. цей показник становив лише 3%.

Зараз майже 70% світового виробництва електроенергії припадає на першу десятку країн, серед яких виділяються Китай, США, Росія, Індія та Японія з явним переважанням Китаю і США (див. таблицю). Україна за обсягами виробництва електроенергії перебуває на 29-му місці світового рейтингу. Країни першої десятки є і найбільшими споживачами. Суттєві обсяги продажу на зовнішньому ринку серед них мають Канада, Франція, Китай та Росія. США й Бразилія купують електроенергію в окремі роки. Німеччина є і значним експортером, і імпортером електроенергії.

КРАЇНИ — НАЙБІЛЬШІ ВИРОБНИКИ ТА СПОЖИВАЧІ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ (2020 р.)*

Виробництво (млрд кВт • год)

Споживання (млрд кВт • год)

Дуже низькі показники виробництва та споживання електроенергії мають найбідніші з країн, що розвиваються. Серед регіонів виділяється Африка на південь від Сахари та окремі острівні держави. Так, у Республіці Чад (Африка) виробляється 224 млн кВт • год електроенергії на рік. Це приблизно в 15 разів менше, ніж на українському Дніпрогесі. Вражають відмінності між країнами у виробництві на одну особу: у Чаді — 14 кВт, в Україні — 3634 кВт, у Норвегії — 29150 кВт.

2. Зміни у структурі паливно-енергетичного балансу світу.

Залежно від використання окремих видів палива та їхньої частки в паливно-енергетичному балансі розрізняють вугільний, нафтогазовий і перехідний етапи.

Вугільний етап тривав із кінця XIX до середини XX ст. У цей період основним енергоносієм було вугілля, суттєву роль відігравали дрова.

Нафтогазовий етап розпочався із середини XX ст., коли у структурі паливно-енергетичного балансу почала швидко зростати частка нафти (понад 50%) як дешевого й ефективного палива. Повільніше зростало використання природного газу — до 20%. Частка вугілля зменшилася до третини.

Із 1980-х рр. триває перехідний етап. Його початок пов’язують зі зростанням ціни на нафту та поступовим зниженням її частки в паливно-енергетичному балансі до 30%. Одночасно будуються атомні електростанції, зростає значення природного газу, стабілізується, а останнім часом збільшується частка вугілля, підвищується інтерес до відновлюваних джерел енергії, частка яких уже перевищує 10% (мал. 1).

* За даними BP Statistical Review of World Energy 2021.

Мал. 1. Структура виробництва електроенергії у світі за видами електростанцій (2019 р.)*.

3. Відмінності у структурі виробництва електроенергії в країнах світу.

На сучасному етапі розвитку світового господарства майже 90% електроенергії виробляється на електростанціях трьох типів: теплових, гідравлічних та атомних. Незважаючи на високу собівартість продукції, традиційно найбільше електроенергії виробляють ТЕС. Вони не потребують високих технологій, як АЕС, мають порівняно короткі терміни будівництва, не залежать від наявності річок, їхніх стоку та режиму, як ГЕС. Тому розміщення ТЕС у світі досить рівномірне: вони працюють у країнах різного типу.

Як паливо традиційно використовують вугілля, оскільки це дешева й досить поширена корисна копалина. Оскільки його транспортування на значні відстані невигідне, потужні електростанції будують у районах видобутку палива. Країни світу, де переважна частина електроенергії виробляється на вугіллі (до 75%), — Китай та Австралія. У Китаї також досить велика роль ГЕС (15%), а в Австралії — інших ТЕС (АЕС відсутні). У країнах ЄС у середньому частка вугілля як палива помітно менша — майже 25%, але значно вищою є частка АЕС і відновлюваних та невичерпних джерел енергії.

У першій половині XX ст. вугілля було домінуючим джерелом енергії у Великій Британії: його частка складала до 90%. Із 1950-х рр. природний газ, атомна енергія та енергія від відновлюваних джерел почали витісняти вугілля. До 2020 р. частка вугілля в постачанні первинної енергії впала приблизно до 3%. Уряд Великої Британії оголосив про наміри повністю відмовитися від вугілля в країні до 2025 р.

* За даними статистичного огляду BP Energy and Ember, 2021.

Мал. 2. Вугільна ТЕС у Німеччині. Країна має значні запаси кам’яного та бурого вугілля, тому багато ТЕС працюють на цих видах палива. Уряд країни постійно підвищує вимоги до їхньої екологічної безпеки. У 2013 р. в Німеччині ввели в експлуатацію найбільш ефективну й екологічно чисту вугільну електростанцію в Європі з коефіцієнтом корисної дії в 46%.

В окремих країнах ЄС частка вугілля вища за середній показник, серед них Німеччина й Польща. Із появою технологій, які дозволяють використовувати вугілля з більшою ефективністю й меншою шкодою для навколишнього середовища, частка цього палива може зрости (мал. 2).

Використанням природного газу, нафти й нафтопродуктів виділяються країни, які мають великі запаси цих видів палива (у тому числі багаті нафтодобувні країни). Теплові станції тут споруджують поблизу районів видобутку природного газу, уздовж ліній газопроводів і неподалік нафтопереробних заводів. Так, Саудівська Аравія майже 100% електроенергії отримує за рахунок спалювання природного газу (47%), нафти й нафтопродуктів (53%). У Росії на ці види палива припадає 50% (із явним переважанням природного газу).

ГЕС виробляють найбільшу частку електроенергії в країнах, які мають значні ресурси енергії річок (Канада, Швеція, Норвегія, Нова Зеландія, Бразилія, Парагвай, Таджикистан, ДР Конго). Так, у Бразилії на ГЕС припадає 65% виробленої електроенергії. Бразилія та Парагвай спільно побудували потужну гідроелектростанцію «Ітайпу» на річці Парана. Тривалий час вона була найбільшою у світі. За рік «Ітайпу» виробляє до 98,6 млрд кВт • год електроенергії (більше, ніж усі електростанції Казахстану або Бельгії), забезпечуючи на 90% потреби Парагваю та на 16% — Бразилії. Безперечним лідером за потужністю є китайська ГЕС «Сан-Ся» («Три ущелини») (мал. 3). Її побудували в середній течії найповноводнішої річки Азії — Янцзи. За рік «Сан-Ся» виробляє понад 100 млрд кВт • год, які генерують 32 потужні гідротурбіни.

Мал. 3. ГЕС «Сан-Ся» (Китай). Довжина греблі ГЕС становить 2309 м, висота — 185 м, тому іноді її навіть порівнюють із Великою Китайською стіною. Будівництво ГЕС тривало понад 15 років. Зараз вона не тільки виробляє електроенергію, а й використовується для регулювання річкового стоку, зрошення та водозабезпечення.

Мал. 4. АЕС «Касівадзакі-Каріва» (Японія) — найпотужніша атомна електростанція у світі. Японія не має значних ресурсів паливних корисних копалин, тому велику роль у її господарстві відіграє атомна енергетика. Більшість АЕС країни розташовані на узбережжі, де залишається велика ймовірність землетрусів і цунамі.

АЕС найбільше поширені в розвинених і середньорозвинених країнах, оскільки для їх проектування та будівництва необхідні високі технології, складне обладнання й значні фінансові ресурси. За часткою АЕС у виробництві електроенергії у світі є одноособовий лідер — Франція (67%). Значною є частка АЕС у виробництві електроенергії у Словаччині, Угорщині, Бельгії, Україні.

Після аварії на Чорнобильській АЕС та АЕС «Фукусіма-1» у Японії уряди окремих країн оголосили про поступову відмову від ядерної енергетики, серед них Німеччина, Швейцарія, Японія (мал. 4). Натомість у деяких інших країнах (наприклад Польщі, Туреччині, ОАЕ) планується будівництво нових АЕС.

Починаючи із 1980-х рр. енергетика, побудована на використанні відновлюваних і невичерпних джерел, розвивається дуже високими темпами (за винятком гідроенергетики). Тільки із 2007 до 2021 р. виробничі потужності електростанцій зросли в 10 разів, а їхня частка в загальному виробництві перевищила 10% (мал. 5).

Мал. 5. Країни — лідери за динамікою зростання виробництва електроенергії з альтернативних (відновлюваних та невичерпних) джерел енергії (без урахування ГЕС) у 2000—2021 рр.*

Поясніть причини зниження обсягів виробництва електроенергії з альтернативних джерел у 2020 р.

Цікаво, що курс на відновлювані джерела енергії взяли не тільки західні країни, але й такі традиційні індустріальні економіки, як Китай, який сьогодні є одним зі світових лідерів розвитку та впровадження технологій ВДЕ. У 2019 р. агентство «Сіньхуа» оприлюднило плани влади Китаю протягом наступних двох років вкласти в будівництво СЕС і ВЕС близько 380 млрд дол. До 2030 р. Китай має намір досягти частки «зеленої» енергетики в енергетичному балансі країни на рівні 20%.

Із невичерпних джерел найбільше електроенергії виробляють ВЕС — до 6% від загального обсягу. Вони працюють у 85 країнах світу в районах із постійними вітрами. Особливих успіхів досягли окремі країни ЄС: у Данії ВЕС виробляють понад 55% усієї електроенергії, в Ірландії — 35%, у Німеччині — 24%. До недоліків використання ВЕС належать порівняно мала потужність, залежність від вітру, великі площі, постійні шум і вібрація.

СЕС найдоцільніше будувати в районах із великим періодом сонячного світла, наприклад у тропічних пустелях. Дослідно-промислові СЕС працюють у США, Іспанії, Італії, Чилі та інших країнах. Найбільша у світі станція баштового типу «Айванпа» розташована в пустелі Мохаве (США).

* За даними ІЕА, Renewable electricity capacity additions, 2007—2021, updated IEA forecast, IEA, Paris.

Використання геотермальної енергії ґрунтується на енергії надр Землі. Вони найбільш доступні в сейсмічно активних районах. Тому геотермальні гідроелектростанції (ГеоГЕС) діють у США, Японії, Ісландії, Італії, Росії, Мексиці, Новій Зеландії, Філіппінах. На відміну від сонячної або вітрової енергії, використання геотермальної енергії не залежить від стану природи, пори року або часу доби.

Енергію припливів можна використовувати в районах, де припливна хвиля має велику висоту. Важливі умови — достатній рівень розвитку науки й техніки, наявність фінансових ресурсів (будівництво припливних електростанцій (ПЕС) вимагає значних коштів). На сьогодні у світі працюють дві великі промислові ПЕС — Сіхвінська (Південна Корея) та «Ля Ране» (Франція).

Слід зазначити, що до відновлюваних джерел належать біомаса та біопаливо. У першому випадку для виробництва електроенергії або тепла використовують солому, стрижні качанів кукурудзи, лушпиння; у другому — відходи деревини, рослинництва, тваринництва, а останнім часом і водорості. Значна кількість установок із виробництва біогазу працює в Китаї та Індії.

Запитання для самоперевірки та колективного обговорення

1. Якими є особливості розташування виробництва та споживання електроенергії? 2. Розкажіть про зміни у структурі паливно-енергетичного балансу світу. 3. Визначте особливості географії вугільних ТЕС. 4. Де й чому значну частину електроенергії виробляють ГЕС? 5. Назвіть переваги та недоліки відновлюваних джерел енергії.

Вважається, що тривалий час людина використовувала саме відновлювані джерела енергії. Поступово їх замінило вугілля, а потім інші види палива. Про які відновлювані джерела енергії йдеться? Для чого їх використовували в Середні віки?

Практична робота 5.2. (за вибором учителя/учительки)

Побудова та аналіз діаграм виробництва електроенергії на електростанціях різних типів в Україні, країнах Європи та світу

• 1. Побудуйте діаграми на основі даних про виробництво електроенергії на електростанціях різних типів в Україні, Німеччині, Франції, Польщі, країнах ЄС та світу. Актуальну інформацію ви можете знайти на сторінках наукового інтернет-видання Our world in data («Наш світ у даних»), розділ Electricity Міх, https://ourworldindata.org/electricity-mix.
• 2. Проаналізуйте відмінності між окремими країнами, країнами ЄС та світу в цілому у виробництві електроенергії на електростанціях різних типів.
• 3. Поясніть значення та чинники розміщення окремих типів електростанцій у розглянутих країнах.