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 elektroenergetske mreže|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,
fotonaponske ćelije koje energiju svetlosti pretvaraju u električnu energiju,
termočlanci ili termoelementi u kojima se toplotna energija pretvara u električnu (termoelektricitet).

Izvori električne struje

Električna struja je kretanje slobodnih elektrona, to jest negativno naelektrisanih čestica. Do takvog kretanja dolazi u nekom električnom prvodniku, ako je on svojim krajevima priključen na polove nekog izvora struje između kojih postoji električni napon. Kako napon između polova nastaje zbog razlike količine elektrona, to elektroni nastoje da tu razliku izjednače tako da se kreću od pola, gde ih ima previše, prema polu gde ih ima premalo. Ako između dve provodno spojene tačke nekoga izvora struje vlada stalni električni napon, u električnom provodniku će teći električna struja. Onaj pol izvora struje koji ima viši električni potencijal označava se sa plus (+), a pol koji ima niži potencijal sa minus (-).

Za svako kretanje postoji neki uzrok. Tako je na primer uzrok kretanju vode u vodovodnim cevima razlika pritisaka, a uzrok kretanja elektrona je elektromotorna sila (EMS), to jest ona sila koja stvara razliku električnih potencijala, to jest električni napon. Uređaji koji stvaraju elektromotornu silu zovu se izvori struje. Takav je na primer izvor struje džepna baterija. Da bi struja mogla da teče, strujno kolo mora da bude zatvoreno. Strujno kolo se sastoji od izvora struje i električnih provodnika koji su priključeni na njegove polove. Za otvaranje i zatvaranje strujnih krugova služe različiti prekidači ili sklopke. Otvori li se strujno kolo, na primer kod džepne baterije, elektromotorna sila će i dalje terati elektrone, pa će na negativnom polu nastati višak, a na pozitivnom manjak elektrona. Između polova vladaće, dakle, napeto stanje koje se zove električni napon (električna napetost), što je posledica elektromotorne sile.

Električna struja, to jest elektroni, struje od mesta gde ih ima više (minus pola) prema mestu gde ih ima manje (plus pola), to jest smerom koji je suprotan smeru električnog polja. Taj se smer zove elektronski smer. Međutim, u elektrotehnici obično se uzima protivni smer, to jest od pozitivnog prema negativnom polu. Taj se smer zove tehnički smer. Ovakav smer struje bio je usvojen još onda kada se nije znalo za elektrone. U stručnoj literaturi smer se nije promenio do danas jer bi se zbog toga morale menjati izvesne definicije usvojene u elektrotehnici. Najjednostavnija je jednosmerna struja koja uvek teče u istom smeru i naglo ne menja svoju jačinu. U današnje vreme se mnogo više upotrebljava naizmenična struja, koja neprestano menja jačinu i svoj smer.^[5]

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%.^[6]

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

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.^[7] 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.^[8]

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
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
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
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