Producția de energie electrică este în esență un sector industrial care furnizează sale clienții cu energie electrică pentru nevoile lor. Pentru furnizorii de energie electrică , acesta este primul pas în această aprovizionare, care este urmat de transport și distribuție și include stocarea .
Producția de energie electrică se realizează de la sfârșitul XIX - lea secol în centralele electrice . Centralele transformă energiile primare , în general datorită generatoarelor electrice acționate fie de o mașină termică alimentată cu combustibil fosil ( cărbune , gaz natural sau petrol ), cu combustibil organic ( biomasă , deșeuri ) sau cu fisiune nucleară , fie direct de către hidroelectrică sau energie mecanică eoliană . Energia solară și energia geotermală sunt alte surse de energie, de asemenea, exploatate electric.
Ponderea energiei electrice în consumul final global de energie a fost de 19,3% în 2018. Producția mondială de energie electrică în 2018 a provenit din combustibili fosili pentru 63,9%, nucleară pentru 10,1% și din surse regenerabile pentru 25,5% (hidroelectricitate 16,2%, energie eoliană 4,8%, energie solară 2,1%, biomasă 1,9%, energie geotermală 0,3%). Cele două țări principale producătoare de energie electrică reprezintă 43,7% din producția mondială: China 27% și Statele Unite 16,7%.
În 1868, inventatorul belgian Zénobe Gramme a îmbunătățit dinamul de curent continuu , punctul de plecare al industriei electrice moderne și a fondat Société des machines magnétoelriques Gramme împreună cu industrialul Hippolyte Fontaine . Câțiva ani mai târziu, bulevardele marilor capitale au fost iluminate de lumânarea Jablochkoff alimentată de mașini Gramme, înainte de a fi înlocuită de lămpile incandescente ale lui Thomas Edison. A doua revoluție industrială este în curs.
În 1878, o centrală hidroelectrică de 7 kW este construită de William George Armstrong la Cragside (în) în Anglia . Își extrage energia din lacurile situate pe proprietatea inginerului, prin dinamo, și îi furnizează locuința, precum și mașinile și clădirile agricole.
În 1882, Thomas Edison a construit centrala electrică Pearl Street Station , prima din Statele Unite. Găzduiește șase dinamuri „Jumbo” acționate de motoare cu aburi , acestea din urmă fiind produse cu cărbune și furnizează curent continuu pe o rază de 800 m . Cu o capacitate de 1.200 de lămpi, iluminează 85 de case , birouri și magazine din Manhattan . Mai puțin de un an mai târziu, alte plante, întotdeauna mai puternice, aprind mai mult de 430 de clădiri din New York, cu peste 10.000 de becuri. Este, de asemenea, prima instalație de cogenerare , a cărei căldură reziduală este distribuită clădirilor învecinate și presiunea de abur vândută fabricilor locale. Tehnologia va fi adoptată ulterior în întreaga lume.
În 1890, curentul alternativ a ieșit învingător din războiul curenților opunându-l partizanilor curentului continuu. Producția centralizată de electricitate a devenit apoi răspândită, datorită transportului de energie de înaltă tensiune.
Mijloacele de producție sunt diverse și depind de mai mulți factori, printre care:
Producția după tipul de energie.
Detaliu al energiilor regenerabile.
Electricitatea este de obicei prezentată ca „ energie curată ”. Într-adevăr, utilizarea echipamentului emite gaze locale sau poluante sau gaze cu efect de seră . Cu toate acestea, electricitatea nu este disponibilă în mod natural pe Pământ, este doar un purtător de energie . Acesta este produs prin conversia energiei primare în „ putere “ , sau cel mai procesului de producție de energie electrică, în special cele mai frecvente la începutul XXI - lea secol, au efecte negative asupra mediului:
În plus, construcția oricărei structuri și a oricărei mașini necesită materiale și energie întrupată , care implică ele însele poluare, descărcări și alte efecte asupra mediului . Analiza ciclului de viață , astfel , dezvăluie, de exemplu, că o turbină eoliană este responsabilă indirecte de CO 2 emisiilor.care reprezintă, în medie pe durata sa de viață, 12,7 g / kWh , 11/13 din aceste emisii care apar în timpul fabricării sale; în plus, toată energia pe care o produce în primul său an de funcționare compensează doar energia cheltuită pentru ao pune în funcțiune (din fericire, rata de revenire a energiei pe întreaga sa durată de viață este una dintre cele mai bune dintre energiile regenerabile). Prin comparație, energia nucleară este responsabilă pentru emisiile în aceeași ordine de mărime, solar fotovoltaic de la 40 la 45 g / kWh , gaz termic de la 400 la 500 g / kWh și termic pe cărbune de la 1 000 g / kWh .
Potrivit lui Richard York și Jean-Marc Jancovici , la nivel global, energiile regenerabile sunt mai susceptibile de a fi adăugate la energiile convenționale decât de a le înlocui, în special în domeniul electricității.
Cărbunele reprezintă 36,4% din producția de energie electrică la nivel mondial în 2019; în total, 62,8% din producția globală de energie electrică a fost bazată pe carbon în 2019. În Asia, proiectele multiple ale centralei electrice pe cărbune riscă să submineze obiectivele climatice. În Franța , unde producția de energie electrică este în principal de origine nucleară , emisiile de CO 2în 2015, 23,1 Mt pentru 546 TWh , adică 0,06 kg (CO 2) / kWh.
Potrivit unui studiu publicat în Nature în 2020, chiar și presupunând că conținutul de carbon al energiei electrice nu arată nicio îmbunătățire, există totuși interesul de a trece la mașini electrice pentru transport și pompe de căldură pentru clădiri. Acest lucru se explică prin îmbunătățirea coeficientului de energie primară (PEC) permisă de centralele electrice de cogenerare și cicluri combinate. Agenția Internațională pentru Energie ajunge la aceeași concluzie. Se ia în considerare, printre altele, decarbonizarea electricității, sechestrarea CO 2.
Producția de energie electrică se obține prin conversia unei alte forme de energie .
Toate centralele de mai sus funcționează prin conversia finală a energiei mecanice în energie electrică printr-un generator, cum ar fi o mașină sincronă (alternator) care produce curent alternativ sau o dinamă care produce curent continuu .
O centrală solară fotovoltaică transformă o parte din energie din radiația solară în curent continuu printr-un colector solar fotovoltaic . Această energie poate fi stocată în baterii sau transformată în curent alternativ de către un invertor .
La centralele termoelectrice care utilizează energie termică, care este transformată prin intermediul modulelor termoelectrice care produc curent continuu .
Energia potențială gravitațională este exploatată în centralele de maree , în barajele hidroelectrice și în centralele de deasupra apei .
De cele mai multe ori, electricitatea este produsă dintr-o sursă de căldură, folosind vapori de apă ca vânzător de energie. Aburul transformă apoi turbine care sunt cuplate la generatoare electrice . Energiile hidroelectrice și eoliene sunt excepții, deoarece energia apei și a vântului, în mișcare, produce o lucrare direct într-o turbină cuplată la un generator.
De centralele nucleare folosesc adesea un circuit primar și un circuit secundar de abur, pentru a izola fizic reactorul nuclear al camerei generatorului și alte facilități.
Anumite instalații, cunoscute sub numele de cogenerare , combină generarea de energie electrică și căldură. Acesta din urmă poate fi utilizat pentru procese industriale, în microcogenerare pentru încălzirea casnică sau în rețele de încălzire . Aceste centrale combinate, care ard de obicei gaze naturale , obțin cele mai bune randamente după hidrocentrale.
Există , de asemenea , centrale electrice cu ciclu combinat (CCC) , care, pentru a fi mai eficient și , prin urmare , mai puțin poluante per kilowatt-oră produs, utilizează energia termică reziduală a gazelor de evacuare ale turbinei cu gaz pentru a produce aburul utilizat în producerea a . Abur turbină care acționează un al doilea alternator.
Se desfășoară experimente pentru utilizarea energiei geotermale pentru a produce electricitate prin săparea foarte adâncă în roci dure, ceea ce face posibilă încălzirea unui fluid de transfer de căldură care furnizează abur către o turbină (printr-o pompă de căldură când temperatura este prea mare). Scăzută).
Toate autovehiculele neelectrice folosesc un alternator mic cuplat mecanic la motorul principal pentru generarea locală de energie electrică de joasă tensiune, o baterie de stocare înlocuind-o în timp ce motorul principal este oprit.
Unitățile de rapel sau de urgență, numite generatoare , permit producerea unică de energie electrică, toate folosind un motor cu ardere internă pentru a acționa generatorul. și poate fi:
Statele Unite ale Americii , în special , se bazează foarte mult pe combustibilii fosili pentru producerea de energie electrică ( de petrol , gaze naturale , cărbune ). Complexitatea de siguranță a energiei nucleare înseamnă că nu au fost construite centrale nucleare în Statele Unite începând cu anii 1970 (în urma accidentului nuclear de la Three Mile Island , în statul Pennsylvania ).
Deoarece energia electrică este greu de stocat , echilibrul dintre producția și consumul de energie electrică trebuie să fie asigurat în permanență de către un operator de rețea . Cu toate acestea, cererea de energie electrică fluctuează zilnic (în special în funcție de nevoile gospodăriei), săptămânal (în funcție de condițiile meteorologice ) și anual (variații sezoniere).
Ca rezultat, un plan zilnic de producere a energiei este stabilit de furnizorii de energie electrică și diferitele mijloace de producție sunt activate în funcție de variațiile planificate sau neprevăzute ale consumului. De exemplu, în Franța , centralele nucleare furnizează „baza”, adică cantități foarte mari de electricitate (de la 900 la 1.450 MW pe centrală); la centralele electrice pot începe în câteva ore și să ofere „semi-miez“, în funcționare continuă sau sezonieră; în cele din urmă, barajele hidroelectrice răspund în câteva minute la „vârful” consumului de energie electrică.
Ponderea energiei electrice în consumul final de energie a fost de 19,3% în 2018 la nivel global, comparativ cu 9,4% în 1973.
În 2019, pentru prima dată, energiile regenerabile de nouă generație (solar, eolian, biomasă etc. ) au cântărit mai mult în mixul global de energie electrică (10,39% cumulativ) decât nuclear (10,35%). În iulie 2021, grupul de reflecție Carbon Tracker a estimat că producția globală de energie din combustibili fosili a atins apogeul, întrucât piețele emergente își îndeplinesc acum cererea cu dependență tot mai mare de energie regenerabilă.
În 2018, distribuția surselor de producție a fost următoarea:
Sursă | 2018 ( TWh ) |
Variația 2000-2018 |
Distribuiți în 2000 |
Distribuiți în 2018 |
---|---|---|---|---|
Cărbune | 10,160 | + 69% | 38,6% | 38,0% |
Ulei | 784 | -34% | 7,6% | 2,9% |
Gaz natural | 6.150 | + 122% | 17,9% | 23,0% |
Total fosile | 17,094 | + 72% | 64,2% | 63,9% |
Nuclear | 2.710 | + 5% | 16,7% | 10,1% |
Hidraulic | 4.325 | + 60% | 17,4% | 16,2% |
Geotermală | 89 | + 71% | 0,3% | 0,3% |
Biomasă | 518 | + 356% | 1,3% | 1,9% |
Deşeuri | 39 | + 122% | 0,2% | 0,1% |
Putere eoliana | 1.273 | + 3962% | 0,2% | 4,8% |
Solar PV | 554 | + 69200% | 0,005% | 2,1% |
Sun solar. | 11 | + 2052% | 0,003% | 0,04% |
Maree | 1 | + 84% | 0,004% | 0,004% |
Total EnR | 6.811 | + 134% | 18,8% | 25,5% |
Deșeurile nu sunt reînnoite | 80 | + 149% | 0,2% | 0,3% |
Alții | 35 | + 57% | 0,1% | 0,1% |
Total | 26.730 | + 72% | 100% | 100% |
Sursa datelor: Agenția Internațională pentru Energie PV = fotovoltaic; EnR = energii regenerabile; solar solar. = solar termodinamic. |
Țară | Generație (TWh) |
% la nivel mondial | % fosile | % nuclear | % EnR | |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | China | 7.218 | 27,0% | 69,9% | 4,1% | 26,0% |
2 | Statele Unite | 4.455 | 16,7% | 63,6% | 18,9% | 17,4% |
3 | India | 1.583 | 5,9% | 78,6% | 2,4% | 19,0% |
4 | Rusia | 1.115 | 4,2% | 64,0% | 18,4% | 17,7% |
5 | Japonia | 1.058 | 4,0% | 71,5% | 6,3% | 20,3% |
6 | Canada | 654 | 2,4% | 19,3% | 15,5% | 65,2% |
7 | Germania | 643 | 2,4% | 50,9% | 11,8% | 37,3% |
8 | Brazilia | 601 | 2,2% | 15,0% | 2,6% | 82,3% |
9 | Coreea de Sud | 590 | 2,2% | 72,0% | 23,0% | 4,3% |
10 | Franţa | 582 | 2,2% | 8,1% | 71,0% | 20,9% |
11 | Arabia Saudită | 378 | 1,4% | 100% | 0% | 0,04% |
12 | Mexic | 336 | 1,3% | 79,5% | 4,1% | 16,4% |
13 | Regatul Unit | 333 | 1,2% | 45,0% | 19,5% | 35,5% |
14 | Iran | 310 | 1,2% | 92,3% | 2,4% | 5,3% |
15 | Curcan | 305 | 1,1% | 67,6% | 0% | 32,1% |
16 | Italia | 290 | 1,1% | 58,9% | 0% | 40,9% |
17 | Indonezia | 284 | 1,1% | 82,6% | 0% | 17,4% |
18 | Spania | 274 | 1,1% | 40,5% | 20,3% | 39,2% |
19 | Taiwan | 276 | 1,0% | 84,1% | 10,0% | 5,9% |
20 | Australia | 261 | 1,0% | 82,9% | 0% | 17,1% |
21 | Africa de Sud | 256 | 1,0% | 88,9% | 4,5% | 6,6% |
Lumea totală | 26.730 | 100% | 63,9% | 10,1% | 25,5% |
De câțiva ani, o masă rotundă anuală a reunit autoritățile de reglementare din Statele Unite și Asociația autorităților de reglementare ale Uniunii Europene (CEER). În 2006, o platformă de partajare online a fost creată de autoritățile de reglementare a energiei.
În octombrie 2009, 200 de autorități de reglementare a energiei și 11 asociații regionale au creat o „Confederație internațională a autorităților de reglementare a energiei” (ICER) pentru a face schimb de informații despre „ bune practici ” în ceea ce privește problemele legate de reglementarea energiei.
Patru teme și grupuri de lucru au fost selectate de ICER: