Proizvodnja električne energije

Proizvodnja električne energije koristi električnu potencijalnu energiju koja nastaje odvajanjem elektrona iz elektronskih omotača atoma. Odvajanje se može postići elektromehaničkim energetskim pretvaranjem (elektromagnetska indukcija), termoelektričnim (termoelektrični efekat), termojonskom, fotoelektričnim pretvaranjem (fotoelektrični učinak ili fotoefekt kao na primer kod fotonaponske ćelije), direktnim pretvaranjem hemijske u električnu energiju u gorivnom članku, magnetohidrodinamičkim generatorom.^[2]^[3] Jedna je od bitnih karakteristika električne energije je da se ona ne može uskladištiti, nego se mora proizvoditi onda kada je potrebna. Zbog toga se elektrane i celi elektroenergetski sistem izgrađuju tako da mogu trenutno zadovoljiti potražnju za električnom energijom. ^[4]

Naizmenični sinhroni električni generator sa četiri para polova na rotoru.

Izvori električne struje u svakodnevnom životu dakle mogu biti:

mehanički, i to električni generatori jednosmerne i nazmenične struje u kojima se mehanički rad pretvara u električnu energiju,
hemijski, i to galvanski članci i akumulatori koji proizvode električnu energiju na račun hemijskih procesa koji se u njima zbivaju,
solarne ćelije koje energiju svetlosti pretvaraju u električnu energiju,
termoelementi u kojima se toplotna energija pretvara u električnu (termoelektricitet).

Generisanje elektriciteta

Glavni članak: Elektricitet

U atomu je pozitivno naelektrisanje jednako negativnom (broj protona jednak je broju elektrona), pa se naelektrisanje međusobno neutrališe. Tek kada se u telu odvoji deo elektrona od atoma, dolaze do izražaja privlačne sile koje nastoje da vrate elektrone na njihovo mesto. Zbog delovanja tih sila dolazi do kretanja naelektrisanih čestica, odnosno električne struje. Odvajanje elektrona od pripadajućih atomskih jezgara čini osnov proizvodnje električne energije. Odvajanje se može postići elektromehanički, termoelektrički, fotoelektrički, te direktnim pretvaranjem hemijske u električnu energiju gorivnom ćelijom.^[5]^[6]

Za proizvodnju velike količine električne energije služe električni generatori.

Načini proizvodnje

Za dobijanje električne energije postoje dva glavna načina: ^[7]

direktnim pretvaranjem energije Sunca (elektromagnetnih talasa) u električnu energiju, što se postiže solarnim ćelijama;
pretvaranjem mehaničke energije u električnu, što se izvodi u elektranama.

Pogon elektrana može biti različit u zavisnosti od izvora mehaničke energije koja se koristi za proizvodnju električne energije: ^[8]

korišćenjem mehaničke energije tekućih voda - hidroelektrane;
korišćenjem mehaničke energije stajaćih voda tj. plime i oseke - elektrane na plimu i oseku
korišćenjem energije vetra - vetrenjače ili vetrogeneratori;
korišenjem mehaničke energije vodene pare pomoću parnih turbina.

Kod elektrana sa parnim turbinama postoji višestruki proces pretvaranja energije. Najpre se neka energija pretvara u toplotnu, zatim se ona pretvara u mehaničku (pri čemu se od vode dobija vodena para na povišenom pritisku), a zatim se uz pomoć turbina mehanička energija vodene pare pretvara u električnu.^[9] Razlikujemo dva osnovna tipa elektrana sa parnim turbinama:

nuklearne elektrane, kod kojih se toplotna energija oslobađa procesom kontrolisane fisije, tj. lančane reakcije u nuklearnom gorivu
termoelektrane kod kojih se toplotna energija stvara sagorevanjem nekog energenta.

Energenti koji se koriste za sagorevanje u termoelektranama mogu biti različiti, uključujući: gas, neki naftni derivat (dizel ili mazut), ugalj, biomase, te različiti organski i neorganski otpad. Sve izvore energije koji se koriste za dobijanje električne energije možemo podeliti na:

U obnovljive izvore energije spadaju energije Sunca, plime i oseke, tekućih voda i vetra, a u neobnovljive energija unutar atomskog jezgra, kao i fosilna goriva (ugalj, nafta, gas). Globalna tendencija je da se proizvodnja električne energije sve više prebacuje na obnovljive izvore energije iz ekoloških razloga.^[10]

Svetska produkcija

Ukupna bruto proizvodnja električne energije u svetu je bila 25.082 TWh 2016. godine. Izvori struje su bili ugalj i treset 38,3%, prirodni gas 23,1%, hidroenergija 16,6%, nuklearna energija 10,4%, nafta 3,7%, solarna/vetar/geotermalna/plimska/drugo 5,6%, biomasa i otpad 2,3%.^[11]

Izvor električne energije (Ukupne vresdnosti za ceo svet 2008. godine)
-	Ugalj	Nafta	Prirodni gas	Nuklearna	Obnovljiva	drugo	Total
Prosečna električna snaga (TWh/godina)	8.263	1.111	4.301	2.731	3.288	568	20.261
Prosečna električna snaga (GW)	942,6	126,7	490,7	311,6	375,1	64,8	2311,4
Proporcija	41%	5%	21%	13%	16%	3%	100%

izvor podataka IEA/OECD

Istorijski rezultati proizvodnje električne energije

Proizvodnja po zemljama

Glavni članak: Svetski energetski resursi i potrošnja

Vidi takođe: Potrošnja električne energije

Sjedinjene države su dugo bile najveći proizvođač i potrošač električne energije, sa globalnim udelom od bar 25% u 2005. godini, čemu su sledile Kina, Japan, Rusija, i Indija. U januaru 2010, ukupna proizvodnja električne energije za dva najveća proizvođača bila je sledeća: SAD: 3.992 milijardi kWh (3.992 TWh); Kina: 3.715 milijardi kWh (3.715 TWh).

Spisak zemalja sa izvorima električne energije 2008. godine

Izvor podataka o vrednostima (proizvedene električne energije) je IEA/OECD.^[12] Navedene zemlje su prvih 20 po broju stanovnika ili prvih 20 po BDP (PPP) i Saudijska Arabija na osnovu CIA svetske činjenične knjige iz 2009. godine.^[13]

Kompozicija električne energije po resursima (TWh godišnje, 2008)
Elektroenergetski sektor zemlje	Fosilno gorivo					Nuklearno	rang	Obnovljiva								Bio drugo*	ukupno	rang
Elektroenergetski sektor zemlje	Ugalj	Nafta	Gas	sub total	rang	Nuklearno	rang	Hidro	Geo Termalna	Solarna PV*	Solarna Termalna	Vetar	Plima	sub total	rang	Bio drugo*	ukupno	rang
Svetski total	8,263	1,111	4,301	13,675	-	2,731	-	3,288	65	12	0.9	219	0.5	3,584	-	271	20,261	-
Proporcija	41%	5.5%	21%	67%	-	13%	-	16%	0.3%	0.06%	0.004%	1.1%	0.003%	18%	-	1.3%	100%	-
Kina	2,733	23	31	2,788	2	68	8	585	-	0.2	-	13	-	598	1	2.4	3,457	2
Indija	569	34	82	685	5	15	12	114	-	0.02	-	14	-	128.02	6	2.0	830	5
SAD	2,133	58	1011	3,101	1	838	1	282	17	1.6	0.88	56	-	357	4	73	4,369	1
Indonezija	61	43	25	130	19	-	-	12	8.3	-	-	-	-	20	17	-	149	20
Brazil	13	18	29	59	23	14	13	370	-	-	-	0.6	-	370	3	20	463	9
Pakistan	0.1	32	30	62	22	1.6	16	28	-	-	-	-	-	28	14	-	92	24
Šablon:Country data Bangladesh Bangladeš	0.6	1.7	31	33	27	-	-	1.5	-	-	-	-	-	1.5	29	-	35	27
Nigerija	-	3.1	12	15	28	-	-	5.7	-	-	-	-	-	5.7	25	-	21	28
Rusija	197	16	495	708	4	163	4	167	0.5	-	-	0.01	-	167	5	2.5	1,040	4
Japan	288	139	283	711	3	258	3	83	2.8	2.3	-	2.6	-	91	7	22	1,082	3
Meksiko	21	49	131	202	13	9.8	14	39	7.1	0.01	-	0.3	-	47	12	0.8	259	14
Filipini	16	4.9	20	40	26	-	-	9.8	11	0.001	-	0.1	-	21	16	-	61	26
Vijetnam	15	1.6	30	47	25	-	-	26	-	-	-	-	-	26	15	-	73	25
Šablon:Country data Ethiopia Etiopija	-	0.5	-	0.5	29	-	-	3.3	0.01	-	-	-	-	3.3	28	-	3.8	30
Egipat	-	26	90	115	20	-	-	15	-	-	-	0.9	-	16	20	-	131	22
Nemačka	291	9.2	88	388	6	148	6	27	0.02	4.4	-	41	-	72	9	29	637	7
Turska	58	7.5	99	164	16	-	-	33	0.16	-	-	0.85	-	34	13	0.22	198	19
Šablon:Country data DR Congo DR Kongo	-	0.02	0.03	0.05	30	-	-	7.5	-	-	-	-	-	7.5	22	-	7.5	29
Iran	0.4	36	173	209	11	-	-	5.0	-	-	-	0.20	-	5.2	26	-	215	17
Tajland	32	1.7	102	135	18	-	-	7.1	0.002	0.003	-	-	-	7.1	23	4.8	147	21
Francuska	27	5.8	22	55	24	439	2	68	-	0.04	-	5.7	0.51	75	8	5.9	575	8
UK	127	6.1	177	310	7	52	10	9.3	-	0.02	-	7.1	-	16	18	11	389	11
Italija	49	31	173	253	9	-	-	47	5.5	0.2	-	4.9	-	58	11	8.6	319	12
Južna Koreja	192	15	81	288	8	151	5	5.6	-	0.3	-	0.4	-	6.3	24	0.7	446	10
Španija	50	18	122	190	14	59	9	26	-	2.6	0.02	32	-	61	10	4.3	314	13
Kanada	112	9.8	41	162	17	94	7	383	-	0.03	-	3.8	0.03	386	2	8.5	651	6
Saudijska Arabija	-	116	88	204	12	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	204	18
Tajvan	125	14	46	186	15	41	11	7.8	-	0.004	-	0.6	-	8.4	21	3.5	238	16
Australija	198	2.8	39	239	10	-	-	12	-	0.2	0.004	3.9	-	16	19	2.2	257	15
Holandija	27	2.1	63	92	21	4.2	15	0.1	-	0.04	-	4.3	-	4.4	27	6.8	108	23
Zemlja	Ugalj	Nafta	Gas	sub total	rang	Nuklearna	rang	Hidro	Geo Termalna	Solarna PV	Solarna Termalna	Vetar	Plima	sub total	rang	Bio drugo	Total	rang