Общая энергетика. Конспект лекций

Москва 2021

М ИНИС ТЕРС ТВО НАУКИ И ВЫСШ ЕГО О Б РА З О ВА Н И Я РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ

Кафедра энергетики и энергоэффективности горной промышленности

А.Г. Кутепов

ОБЩАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Конспект лекций

Учебное пособие

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета

№ 4568

УДК [620.9+621.18+621.22+621.31] 
 
К95

Р е ц е н з е н т 
зав. кафедрой «Микропроцессорные средства автоматизации»  
ФГБОУ ВО «Пермский национальный исследовательский  
политехнический университет», д-р техн. наук А.Б. Петроченков

Кутепов, Антон Григорьевич.
К95  
Общая энергетика. Конспект лекций : учебное пособие / 
А.Г. Кутепов. – Москва : Издательский Дом НИТУ 
«МИСиС», 2021. – 133 с.
ISBN 978-5-907227-84-2

Конспект лекций направлен на формирование у обучающихся 
знаний, касающихся основных методов и способов преобразования 
энергии, использования энергетических ресурсов; технологий 
производства энергии на тепловых, атомных, гидравлических 
электростанциях, энергетических установках, использующих не-
традиционные или возобновляемые источники энергии; общих во-
просов энергоснабжения и энергопотребления.
Конспект лекций предназначен для бакалавров, обучающихся 
по направлению подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и элек-
тротехника». Также может быть полезен для студентов других 
специальностей и направлений подготовки, интересующихся во-
просами энергетики.

УДК [620.9+621.18+621.22+621.31]

 Кутепов А.Г., 2021
ISBN 978-5-907227-84-2
 НИТУ «МИСиС», 2021

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА 1. ЭНЕРГОРЕСУРСЫ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ...... 5
Лекция № 1. Общие сведения об энергетических  
ресурсах. Органические топлива .................................... 5
Лекция № 2. Неорганические топлива. Ядерная  
энергия и механизм тепловыделения. Возобновляемые 
источники энергии ..................................................... 15

ГЛАВА 2. ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА  
ЭЛЕКТРО- И ТЕПЛОЭНЕРГИИ НА ТЕПЛОВЫХ 
И АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ .............................. 23
Лекция № 3. Общие сведения и типы электростанций. 
Паротурбинные электрические станции (КЭС и ТЭЦ) ...... 23
Лекция № 4. Регенеративные циклы паротурбинных 
электростанций. Теплофикационный цикл ТЭЦ ............. 29
Лекция № 5. Газотурбинные и парогазовые  
установки ................................................................. 37
Лекция № 6. Атомные электрические станции (АЭС) ..... 44

ГЛАВА 3. ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА 
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ ..... 54
Лекция № 7. Гидроэлектрические станции (ГЭС) ........... 54
Лекция № 8. Основное оборудование ГЭС ...................... 61

ГЛАВА 4. АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ЭНЕРГЕТИКА ................ 66
Лекция № 9. Геотермальная энергетика ....................... 66
Лекция № 10. Гелиоэнергетика ................................... 72
Лекция № 11. Ветроэнергетика ................................... 82
Лекция № 12. Энергия океана ..................................... 91
Лекция № 13. Биоэнергетика ...................................... 99

ГЛАВА 5. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И ПОТРЕБЛЕНИЕ  
ЭНЕРГИИ ...................................................................103
Лекция № 14. Схемы выдачи мощности  
электростанций ........................................................103
Лекция № 15. Электрические сети. Потребители 
электроэнергии ........................................................111

Лекция № 16. Тепловые сети. Потребители  
теплоэнергии ...........................................................118
Лекция № 17. Потери электрической и тепловой  
энергии. Эффективное использование энергии, 
энергосбережение .....................................................123
Заключение ................................................................131
Библиографический список ...........................................132

ГЛАВА 1.  
Энергоресурсы и их использование

ЛЕКЦИЯ № 1. 
Общие сведения об энергетических 
ресурсах. Органические топлива

Общие сведения об энергетических ресурсах

Энергетика – область хозяйственно-экономической деятельности 
человека, совокупность больших естественных и искусственных 
подсистем, служащих для преобразования, распределения 
и использования энергетических ресурсов всех видов.
Цель энергетики – обеспечение производства энергии путем 
преобразования первичной, природной энергии во вторичную, 
например в электрическую или тепловую энергию. При 
этом производство энергии чаще всего происходит в несколько 
стадий:
 – получение и концентрация энергетических ресурсов, например 
добыча, переработка и обогащение угля;
 – передача ресурсов к энергетическим установкам, например 
доставка угля на тепловую электростанцию;
 – преобразование с помощью электростанций первичной 
энергии во вторичную, например химической энергии угля в 
электрическую и тепловую энергию;
 – передача вторичной энергии потребителям, например по 
линиям электропередачи.
Энергия – скалярная физическая величина, являющаяся 
единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, 
мерой перехода движения материи из одних форм в другие. 
Единица измерения энергии – Джоуль (Дж).

Механическая 

• Потенциальная
• Кинетическая

Внутренняя 

Электромагнитная 

• Электрическая
• Магнитная

Химическая 

Ядерная 

Гравитационная 

Вакуума 

Виды энергии 

Энергетические ресурсы – это все источники разнообразных 
видов энергии, доступные для промышленного и бытового 
использования в энергетике.

Энергетические ресурсы 

первичные – источники энергии в природе, которые не были 

подвергнуты процессу искусственного преобразования 

Невозобновляемые 
источники 

Ископаемое 

топливо 

сырая нефть 

уголь 

природный 

газ 

Минеральное 
топливо 

натуральный 
уран 

Возобновляемые 
источники 

энергия Солнца 

энергия ветра 

гидроэнергия 

энергия земных недр 

биомасса 

вторичные – получаемые в результате 
преобразования первичного источника энергии 

моторные топлива 

котельно-печные топлива 

электрическая энергия 

тепловая энергия 

механическая энергия 

Источники энергии
Мировые запасы, млрд ГДж
теоретические
технические
Невозобновляемые
уголь
525
18,7
нефть
37,8
5,25
природный газ
11,7
2,63
ядерная энергия
1970
39,3
Возобновляемые
энергия Солнца на поверхности земли
2390
180
энергия ветра
624
0,65
гидротермальная энергия
39,6
4,31
энергия течений
0,25
0,0035
энергия приливов
0,094
0,025
биомасса (органические отходы)
0,073
0,036

49,3 

26,6 
22,5 

13,9 
10,9 
7,5 
3,6 
2,0 
1,4 
0,1 
0

10

20

30

40

50

Доля технических запасов энергии от 
теоретических (%) 

Структура производства электрической энергии в Российской Федерации за 2015–2018 гг. 

2018 г. 

Структура производства тепловой 
энергии в Российской Федерации за 2015–2018 гг. 

Структура потребления тепловой 
энергии в Российской Федерации за 2015–2018 гг. 

Структура потребления ТЭР в Российской Федерации по 
категориям потребителей за 2015–2018 гг. 

Органические топлива

Топливо – это вещество, способное выделять энергию в ходе 
определенных процессов, которую можно использовать для технических 
целей.
Органическое топливо – горючие вещества, способные активно 
вступать в реакцию с кислородом и обладающие значи-
тельным удельным тепловыделением (на единицу массы или 
объема).
Все виды органического топлива представляют собой угле-
водородные соединения, в которые входят небольшие количе-
ства других веществ.

Таблица

Органическое  
топливо
Естественное (природное)
Искусственное

Твердое
Древесина, торф, камен-
ный и бурый уголь, антра-
циты, горючие сланцы

Полукокс, кокс, брикеты, древес-
ный уголь

Жидкое
Нефть
Продукты переработки нефти: 
бензин, мазут, лигроин, дизель-
ное топливо, керосин, газойль.
Продукты переработки твердого 
топлива – смолы
Газовое
Природный газ чисто 
газовых месторождений, 
попутные газы

Газообразные отходы техниче-
ских производств, доменный, 
коксовый, нефтезаводской газы.
Газы, полученные в специальных 
установках – генераторный газ

Твердые топлива используются в основном на электростан-
циях для получения электрической и тепловой энергии, для 
отопления и технологических нужд промышленности, в незна-
чительной степени – для судовых и локомотивных двигателей.
До 70 % и более жидких топлив используется на транспорте 
(авиация, автомобили, трактора, речные и морские суда, тепло-
возы), около 30 % сжигается в виде мазута на тепловых электро-
станциях.
Сырую нефть в качестве топлива в котельных не применяют.
Газообразные топлива сжигаются на электростанциях для 
получения электрической и тепловой энергии, используются на 
транспорте и в быту.

Состав органического топлива 

C 

углерод 

H 

водород 

O 

кислород 

N 

азот 

S 

сера 

A 

зола 

W 

влага 

Элементарный состав топлива принято задавать в процен-
тах по массе.