Электрическая энергия, которой снабжается огромное количество потребителей в домах, учреждениях и предприятиях, вырабатывается на электростанциях. В зданиях электростанции расположены генераторы, вращающие их двигатели, трансформаторы и распределительные системы. Они превращают химическую энергию угля, нефти, природного газа и ядерного синтеза в тепловую, а затем в электрическую.
Хотя процесс получения электрической энергии характеризуется низким кпд, он практически сравним с процессами использования других видов энергии. На электростанциях, использующих горючие ископаемые (уголь, нефть), около двух третей тепловой энергии теряется в атмосферу или окружающее пространство, а остальная энергия расходуется на производство электроэнергии. Имеются также дополнительные потери в линиях передачи электроэнергии в распределительной сети. Однако несмотря на недостатки, система является лучшей из существующих в настоящее время для питания энергией тысяч различных приборов в домах и на предприятиях. Электрическая энергия удобнее и безопаснее любой из известных форм энергии.

Экономные пути получения электроэнергии

Энергия, получаемая от машин, которые приводятся в действие водой, накапливаемой за плотинами, или от приливных течений, не связана с тепловыми потерями. Менее известны генераторы, использующие солнечную энергию или энергию ветра. Капитальные затраты на строительство плотин для гидроэлектрических систем или производство солнечных батарей, преобразующих энергию Солнца в электричество, чрезвычайно высоки. Однако быстрое истощение природных топливных ресурсов и все увеличивающееся загрязнение окружающей среды тепловыми станциями – факторы, которые со временем могут опрокинуть экономические соображения. Там, где доступ к природным ископаемым затруднен, особое значение приобретает экономическая целесообразность развития систем, использующих другие формы энергии.
По этим причинам доля электроэнергии, производимой атомными электростанциями (АЭС) в промышленно развитых странах, будет увеличиваться. Их общий кпд не выше, чем у ТЭС, однако относительно низкая (на единицу рабочего времени) стоимость топлива делает АЭС экономически рентабельными.
В тех местах, где источниками энергии являются нефть, уголь, ядерный синтез, ветер или вода, электрическая энергия производится обычными машинами – турбинами и генераторами. В самих генераторах превращение механической энергии в электрическую происходит с очень высоким кпд: потери составляют не более 2%.

Система подачи электроэнергии

Большинство электростанций имеют несколько генераторов для обеспечения надежности в случае отказа одной из машин. Многие станции имеют по четыре машины, которые могут включаться и работать на полную мощность в случае пиковых нагрузок. При уменьшении нагрузки машины включаются поочередно, а некоторые из них работают с неполной нагрузкой.
От генераторов большие жесткие проводники в форме металлических полос (шин) идут к трансформаторам, где напряжение повышается для осуществления передачи. Провода, подвешенные на столбах, тянутся от станции во всех направлениях. В местах потребления энергии напряжение понижается другими трансформаторами до удобного для потребителя уровня. Некоторые распределительные системы можно располагать под землей. И в этом случае подводящий кабель от понижающих подстанций разветвляется после соответствующего понижения напряжения. Затем либо снаружи, либо под землей напряжение подается к промышленным или жилым районам, где происходит дальнейшее снижение напряжения, прежде чем ток поступит в дома или на предприятия. Наружные линии также могут подходить к подстанциям; это позволит избежать подземных коммуникаций. Однако практически все потребители в городах и населенных пунктах снабжаются электроэнергией с помощью подземных кабелей.
Типичные напряжения на трех основных стадиях – 33 кВ, 11 кВ и 415 В (или 240 В в одной фазе). Высокое напряжение переменного тока в распределительной сети обычно имеет три фазы, передаваемые по четырем проводам: трем, передающим ток, и одному нейтральному. Для внутренних нужд пользуются низким напряжением, которое получается при использовании одной фазы переменного тока, передаваемой по двум проводникам (одному с напряжением и нейтральному).
В различных точках вдоль линии передачи от электростанции до потребителя располагаются выключатели, в том числе автоматические, и устройства для предохранения сети и оборудования от перегрузок и грозового разряда.

Национальные и международные системы передачи электроэнергии

Энергетическая система связывает электростанции между собой линиями электропередач. Все станции страны связаны в единую энергосистему. Это позволяет отключать отдельные станции для ремонта или замены генератора и допускает возможность продолжительной работы наиболее экономичных станций на расчетном режиме нагрузки. Энергосистемы многих европейских стран также связаны в единую систему (Великобритания связана с Францией кабелем, проходящим под Ла-Маншем), что дает возможность отдельным странам продавать или покупать электроэнергию.