Výroba elektřiny je v podstatě průmyslovým odvětvím , která dodává svým zákazníkům s elektřinou pro své potřeby. Pro poskytovatele elektřiny je to první krok v této dodávce, po níž následuje přenos a distribuce a zahrnuje skladování .
Výroba elektřiny se provádí od konce XIX th století v elektrárnách . Elektrárny transformují primární energie , obvykle díky elektrickým generátorům poháněným buď tepelným strojem napájeným fosilním palivem ( uhlí , zemní plyn nebo ropa ), organickým palivem ( biomasa , odpad ) nebo jaderným štěpením , nebo přímo hydroelektrárnou nebo větrná mechanická energie . Solární energie a geotermální energie i jiné zdroje energie Electric rovněž využívány.
Podíl elektřiny na celosvětové konečné spotřebě energie činil v roce 2018 19,3%. Světová výroba elektřiny v roce 2018 pocházela z fosilních paliv za 63,9%, jaderné energie za 10,1% a obnovitelných energií za 25,5% (vodní elektřina 16,2%, větrná energie 4,8%, solární energie 2,1%, biomasa 1,9%, geotermální energie 0,3%). Dvě hlavní země vyrábějící elektřinu tvoří 43,7% světové produkce: Čína 27% a USA 16,7%.
V roce 1868 zdokonalil belgický vynálezce Zénobe Gramme dynamo stejnosměrného proudu , výchozí bod moderního elektrotechnického průmyslu, a založil Société des machines magnétoelriques Gramme s průmyslníkem Hippolyte Fontaine . O několik let později byly bulváry velkých hlavních měst osvětleny svíčkou Jablochkoff poháněnou stroji Gramme , než ji nahradily žárovky Thomase Edisona. Probíhá druhá průmyslová revoluce .
V roce 1878, je vodní elektrárna o 7 kW je postaven William George Armstrong při Cragside (v) v Anglii . Energii čerpá z jezer nacházejících se na pozemku inženýra pomocí dynama a zásobuje jeho dům, stroje a zemědělské budovy.
V roce 1882 postavil Thomas Edison elektrárnu Pearl Street Station , první ve Spojených státech. Je zde umístěno šest dynam „Jumbo“ poháněných parními stroji , které se vyrábějí pomocí uhlí, a poskytuje stejnosměrný proud v okruhu 800 m . S kapacitou 1 200 lamp osvětluje 85 domů , kanceláří a obchodů na Manhattanu . O necelý rok později, jiné, vždy výkonnější rostliny, osvětlují více než 430 newyorských budov s více než 10 000 žárovkami. Je to také první kogenerační zařízení , jehož odpadní teplo je distribuováno do sousedních budov a tlak páry prodáván do místních továren. Tato technologie bude následně přijata po celém světě.
V roce 1890 střídavý proud zvítězil z války proudů, které se postavily proti partyzánům stejnosměrného proudu. Centralizovaná výroba elektřiny se poté rozšířila díky přenosu energie vysokého napětí.
Výrobní prostředky jsou různorodé a závisí na mnoha faktorech, včetně:
Výroba podle druhu energie.
Detail obnovitelných energií.
Elektřina se běžně označuje jako „ čistá energie “. Při používání zařízení skutečně vyzařují místní nebo znečišťující plyny nebo skleníkové plyny . Elektřina však na Zemi není přirozeně dostupná, je pouze nosičem energie . Vyrábí se přeměnou primární energie na „ síle “, nebo nejvíce výroba elektřiny procesu, a to zejména ty, nejčastější na počátku XXI th století, mají nepříznivé účinky na životní prostředí:
Kromě toho konstrukce jakékoli konstrukce a jakéhokoli stroje vyžaduje materiály a ztělesněnou energii , které samy o sobě zahrnují znečištění, vypouštění a další dopady na životní prostředí . Analýza životního cyklu tak například odhaluje, že za nepřímé emise CO 2 odpovídá větrná turbína.což představuje v průměru za dobu jeho životnosti 12,7 g / kWh , 11/13 těchto emisí vznikajících při jeho výrobě; navíc veškerá energie, kterou vyprodukuje během prvního roku provozu, pouze kompenzuje energii, která byla vynaložena na její uvedení do provozu (naštěstí je míra návratnosti energie po celou dobu její životnosti nejlepší z obnovitelných energií). Pro srovnání, jaderná energie je zodpovědná za emise ve stejném řádu, solární fotovoltaické od 40 do 45 g / kWh , plynné tepelné od 400 do 500 g / kWh a uhelné tepelné od 1 000 g / kWh .
Podle Richarda Yorku a Jean-Marca Jancovici je na globální úrovni pravděpodobné, že se obnovitelné energie přidají ke konvenčním energiím, než aby je nahradily, zejména v oblasti elektřiny.
Uhlí připadá 36,4% celosvětové produkce elektrické energie v roce 2019; celkem bylo 62,8% celosvětové výroby elektřiny v roce 2019 založeno na uhlíku. V Asii hrozí, že několik projektů uhelných elektráren podkope klimatické cíle. Ve Francii , kde je výroba elektřiny převážně jaderného původu , emise CO 2v roce 2015 23,1 Mt za 546 TWh , tj. 0,06 kg (CO 2) / kWh.
Podle studie zveřejněné v Nature v roce 2020, i když se předpokládá, že obsah uhlíku v elektřině nevykazuje žádné zlepšení, stále existuje zájem o přechod na elektrická auta pro dopravu a tepelná čerpadla pro budovy. To se vysvětluje zlepšením koeficientu primární energie (PEC), který umožňuje kogenerační a kombinované elektrárny. Mezinárodní agentura pro energii přijde ke stejnému závěru. Zvažuje mimo jiné dekarbonizaci elektřiny, sekvestraci CO 2.
Výroba elektrické energie se získává přeměnou jiné formy energie .
Všechny výše uvedené elektrárny pracují konečnou přeměnou mechanické energie na elektrickou energii pomocí generátoru, jako je synchronní stroj (alternátor), který vyrábí střídavý proud nebo dynamo, které vyrábí stejnosměrný proud .
Solární fotovoltaické elektrárny převádí část energie ze slunečního záření do stejnosměrného proudu přes solární fotovoltaické kolektoru . Tato energie může být uložena v bateriích nebo převedeny na střídavý proud pomocí měniče .
Tyto termoelektrické elektrárny využívající tepelné energie, který je převeden pomocí termoelektrických modulů , které produkují stejnosměrný proud .
Gravitační potenciální energie je využívána v přílivové elektrárny , z vodních přehrad a elektráren nad vodou .
Většinu času se elektřina vyrábí ze zdroje tepla a vodní energie se využívá jako zdroj energie. Pára pak otáčí turbíny, které jsou spojeny s elektrickými generátory . Energie vodní a větrná jsou výjimky, protože to je energie vody a větru, pohybující se, která produkuje dílo přímo v turbíně spojené s generátorem.
V jaderných elektrárnách často používají primární okruh a sekundární okruh páry, fyzicky izolovat jaderného reaktoru místnosti generátoru a dalších zařízení.
Některá zařízení, známá jako kogenerace , kombinují výrobu elektřiny a tepla. Ten lze použít v průmyslových procesech, v mikrokogeneraci pro vytápění domácností nebo v topných sítích . Tyto kombinované elektrárny, které obvykle spalují zemní plyn , dosahují nejlepších výnosů po vodních elektrárnách.
K dispozici jsou také kombinovaným cyklem elektrárny (CCC), které jsou účinnější a tudíž méně znečišťující na kilowatthodinu vyrobené pomocí zbytkové tepelné energie z výfukových plynů z plynové turbíny pro výrobu páry používané v oblasti výroby a. Parní turbína pohánějící druhý alternátor.
Probíhají experimenty s využitím geotermální energie k výrobě elektřiny hloubením hluboko ve tvrdých horninách, což umožňuje ohřívat teplonosnou kapalinu dodávající páru do turbíny (pomocí tepelného čerpadla, když je teplota příliš vysoká). Nízká).
Všechna neelektrická motorová vozidla používají malý alternátor mechanicky spojený s hlavním motorem pro místní výrobu nízkonapěťové elektřiny, přičemž jej při vypnutém hlavním motoru nahrazuje akumulátor .
Posilovací nebo nouzové jednotky zvané generátory umožňují jednorázovou výrobu elektřiny, všechny používají k pohonu generátoru spalovací motor . a může být:
Zejména USA se silně spoléhají na fosilní paliva pro elektřinu ( ropa , zemní plyn , uhlí ). Bezpečnostní složitost jaderné energie znamená, že ve Spojených státech nebyly od 70. let 20. století (po jaderné havárii na ostrově Three Mile Island ve státě Pensylvánie ) postaveny žádné jaderné elektrárny .
Jelikož elektrická energie je stěží vhodná pro skladování , musí být rovnováha mezi výrobou a spotřebou elektřiny vždy zajištěna provozovatelem sítě . Poptávka po elektřině však kolísá denně (zejména v závislosti na potřebách domácnosti), týdně (v závislosti na povětrnostních podmínkách ) a ročně (sezónní výkyvy).
Výsledkem je, že dodavatelé elektřiny stanoví denní plán výroby energie a aktivují se různé způsoby výroby podle plánovaných nebo nepředvídaných odchylek ve spotřebě. Například ve Francii , jaderné elektrárny poskytnout „základ“, tedy velmi velké množství elektrické energie (od 900 do 1450 MW na elektrárnu); tyto elektrárny mohou začít během několika hodin, a poskytnout „semi-jádro“, v trvalém provozu, nebo sezónní; konečně vodní přehrady reagují během několika minut na „vrchol“ spotřeby elektřiny.
Podíl elektřiny na konečné spotřebě energie byl v roce 2018 celosvětově 19,3%, ve srovnání s 9,4% v roce 1973.
V roce 2019 poprvé měly obnovitelné energie nové generace (sluneční, větrná, biomasa atd. ) Větší váhu v globálním mixu elektřiny (10,39% kumulativně) než jaderná energie (10,35%). V červenci 2021 odborný svaz Carbon Tracker odhadl, že globální výroba energie z fosilních paliv dosáhla vrcholu, protože rozvíjející se trhy nyní také uspokojují svou poptávku s rostoucí závislostí na obnovitelné energii.
V roce 2018 byla distribuce výrobních zdrojů následující:
Zdroj | 2018 ( TWh ) |
Varianta 2000-2018 |
Sdílet v roce 2000 |
Sdílet v roce 2018 |
---|---|---|---|---|
Uhlí | 10 160 | + 69% | 38,6% | 38,0% |
Olej | 784 | -34% | 7,6% | 2,9% |
Zemní plyn | 6150 | + 122% | 17,9% | 23,0% |
Celkem fosilií | 17 094 | + 72% | 64,2% | 63,9% |
Jaderná | 2710 | + 5% | 16,7% | 10,1% |
Hydraulické | 4325 | + 60% | 17,4% | 16,2% |
Geotermální | 89 | + 71% | 0,3% | 0,3% |
Biomasa | 518 | + 356% | 1,3% | 1,9% |
Odpad | 39 | + 122% | 0,2% | 0,1% |
Síla větru | 1273 | + 3962% | 0,2% | 4,8% |
Solární PV | 554 | + 69200% | 0,005% | 2,1% |
Solární th. | 11 | + 2052% | 0,003% | 0,04% |
Přílivy a odlivy | 1 | + 84% | 0,004% | 0,004% |
Celkem EnR | 6 811 | + 134% | 18,8% | 25,5% |
Odpad nebyl obnoven | 80 | + 149% | 0,2% | 0,3% |
Ostatní | 35 | + 57% | 0,1% | 0,1% |
Celkový | 26 730 | + 72% | 100% | 100% |
Zdroj dat: Mezinárodní energetická agentura PV = fotovoltaika; EnR = obnovitelné energie; solární th. = termodynamická sluneční energie. |
Země | Generace (TWh) |
% po celém světě | % fosilií | % jaderných | % EnR | |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | Čína | 7 218 | 27,0% | 69,9% | 4,1% | 26,0% |
2 | Spojené státy | 4 455 | 16,7% | 63,6% | 18,9% | 17,4% |
3 | Indie | 1583 | 5,9% | 78,6% | 2,4% | 19,0% |
4 | Rusko | 1115 | 4,2% | 64,0% | 18,4% | 17,7% |
5 | Japonsko | 1058 | 4,0% | 71,5% | 6,3% | 20,3% |
6 | Kanada | 654 | 2,4% | 19,3% | 15,5% | 65,2% |
7 | Německo | 643 | 2,4% | 50,9% | 11,8% | 37,3% |
8 | Brazílie | 601 | 2,2% | 15,0% | 2,6% | 82,3% |
9 | Jižní Korea | 590 | 2,2% | 72,0% | 23,0% | 4,3% |
10 | Francie | 582 | 2,2% | 8,1% | 71,0% | 20,9% |
11 | Saudská arábie | 378 | 1,4% | 100% | 0% | 0,04% |
12 | Mexiko | 336 | 1,3% | 79,5% | 4,1% | 16,4% |
13 | Spojené království | 333 | 1,2% | 45,0% | 19,5% | 35,5% |
14 | Írán | 310 | 1,2% | 92,3% | 2,4% | 5,3% |
15 | krocan | 305 | 1,1% | 67,6% | 0% | 32,1% |
16 | Itálie | 290 | 1,1% | 58,9% | 0% | 40,9% |
17 | Indonésie | 284 | 1,1% | 82,6% | 0% | 17,4% |
18 | Španělsko | 274 | 1,1% | 40,5% | 20,3% | 39,2% |
19 | Tchaj-wan | 276 | 1,0% | 84,1% | 10,0% | 5,9% |
20 | Austrálie | 261 | 1,0% | 82,9% | 0% | 17,1% |
21 | Jižní Afrika | 256 | 1,0% | 88,9% | 4,5% | 6,6% |
Celkový svět | 26 730 | 100% | 63,9% | 10,1% | 25,5% |
Již několik let se na každoročním kulatém stole scházejí regulační orgány ze Spojených států a Asociace regulačních orgánů Evropské unie (CEER). V roce 2006 byla energetickými regulátory vytvořena platforma pro online sdílení.
v října 2009, 200 energetických regulačních orgánů a 11 regionálních sdružení vytvořilo „Mezinárodní konfederaci energetických regulačních orgánů“ (ICER) za účelem výměny informací o „ osvědčených postupech “ týkajících se otázek souvisejících s energetickou regulací.
ICER vybrala čtyři témata a pracovní skupiny: