Гігантські топки ковтають тонни вугілля чи газу, вода кипить у величезних котлах, а пар з шаленим тиском розкручує турбіни – ось як народжується електрика на тепловій електростанції, або ТЕС. Ці промислові монстри забезпечують левову частку енергії у світі, перетворюючи хімічну енергію палива на струм для мільйонів домівок і фабрик. У 2025 році теплові станції генерували близько 37% світової електроенергії, переважно за рахунок газу та вугілля, хоч і поступаються місцем відновлюваним джерелам.
В Україні ТЕС відіграють критичну роль, особливо в умовах війни, коли атаки пошкодили частину потужностей. Їхня встановлена потужність сягає 27,7 ГВт, з яких конденсаційні ТЕС фокусуються на електриці, а теплоелектроцентралі (ТЕЦ) додають тепло для опалення. Принцип простий, але геніальний: спалюємо паливо, отримуємо тепло, створюємо пар, який крутить генератор. Розберемося глибше, чому ці станції досі незамінні, попри екологічні виклики.
Пар з турбіни конденсується назад у воду, цикл повторюється – це Ренкінів цикл, основа кожної ТЕС. Ефективність сягає 35-42% на класичних станціях, але сучасні парогазові установки вичавлюють до 65%. Уявіть: одна тонна вугілля дає енергію для 1000 лампочок на добу, але з втратами тепла в атмосферу.
Історія ТЕС: від перших парових машин до енергетичних гігантів
Все почалося в 1882 році в Нью-Йорку, де Томас Едісон запустив першу комерційну ТЕС – Pearl Street Station. Шість парових котлів на вугіллі живильовували динамо-машини, освітлюючи 59 клієнтів. Станція працювала роками, перш ніж пожежа її знищила, але заклала фундамент теплової енергетики. Ключовий прорив стався 1884-го: британець Чарльз Парсонс винайшов реактивну парову турбіну, яка замінила неефективні поршневі машини.
У Європі перші ТЕС з’явилися в Лондоні та Берліні наприкінці XIX століття. В Україні перша значна – Київська ГЕС, але теплові стартували в 1920-х: Штерівська ДРЕС (1928) стала піонером промислової енергетики. Радянські часи принесли мегапроекти – Бурштинську ТЕС (1965, 2400 МВт) чи Запорізьку (1972-1977, 3600 МВт). Ці станції будувалися на базі вугільних родовищ Донбасу та газу Прикарпаття, забезпечуючи індустріальний бум.
Сьогодні ТЕС еволюціонували: від простих котлів до комбінованих циклів з газовими турбінами. Війна в Україні прискорила модернізацію – відновлено 2,2 ГВт у 2025-му, з планами на 3,7 ГВт. Без цих станцій енергосистема б тріщала по швах.
Принцип роботи ТЕС: крок за кроком від палива до струму
Серце ТЕС – паротурбінна установка, де паливо спалюється в котлі, нагріваючи воду до надкритичних параметрів: 500-600°C, тиск 20-30 МПа. Пар мчить лопатками турбіни, перетворюючи тепло на механічну енергію, а ротор з’єднаний з генератором. Електрика йде на трансформатори, потім у мережу.
Процес циклічний, з втратами на кожному етапі. Ось основні кроки в деталях:
- Подача палива: Вугілля подрібнюють у млин, газ подають по трубах. Топка – це піч висотою з будинок, де горить суміш з повітрям.
- Нагрів у котлі: Труби з водою огортають полум’я, пар формується в барабані. Суперперегрівачі доводять його до сухого стану, аби уникнути ерозії лопаток.
- Розкрутка турбіни: Високого, середнього та низького тиску секції – пар розширюється поступово, досягаючи 3000 об/хв.
- Генерація: Турбіна обертає ротор генератора, індукуючи струм у статорі.
- Конденсація: Використаний пар охолоджують у конденсаторі річковою водою чи вежами, насос повертає конденсат у котел.
Цей ланцюг забезпечує стабільність мережі, бо ТЕС маневрують навантаженням краще за АЕС чи ВДЕ. Але 60% енергії йде в дим і тепло – звідси пошук вищих КПД.
Типи та класифікація теплових електростанцій
ТЕС різноманітні, як інструменти в майстерні енергетиків. Головний поділ – за призначенням: конденсаційні (КЕС, тільки електро) та теплофікаційні (ТЕЦ, електро + тепло). За паливом – вугільні (70% світу), газові (чистіші), мазутні чи біомасні. За установками: паротурбінні (класика), газотурбінні (швидкий пуск), парогазові (комбі) з КПД 60%+.
Ось порівняльна таблиця ключових типів для наочності:
| Тип ТЕС | Паливо | КПД, % | Переваги | Недоліки |
|---|---|---|---|---|
| Паротурбінна КЕС | Вугілля | 35-42 | Велика потужність (1-6 ГВт) | Високі викиди, довгий пуск |
| Газотурбінна | Природний газ | 30-40 | Швидкий старт (хвилини) | Дорожче паливо |
| Парогазова (ПГУ) | Газ | 58-65 | Висока ефективність | Складність конструкції |
| ТЕЦ | Газ/вугілля | 80-90 (з теплом) | Когенерація | Залежність від попиту тепла |
Джерела даних: uk.wikipedia.org, техдокументація Міненерго. Таблиця показує, чому ПГУ – тренд для майбутнього, бо економлять паливо вдвічі проти старих КЕС.
ТЕС в Україні: станції, потужності та виклики
Україна – земля потужних ТЕС, зосереджених біля родовищ. Бурштинська (Івано-Франківська обл., 2400 МВт, газ) годує Захід, Запорізька (ДТЕК, 3600 МВт, вугілля) – центр. Ладижинська (2175 МВт), Придніпровська (2475 МВт, Дніпро), Трипільська (1500 МВт, Київщина) – ключові гравці. Повний список налічує 15 великих, з загальною потужністю 27,7 ГВт.
- Бурштинська ТЕС: Найбільший забруднювач SO2 (123 тис. т/рік), але маневрена на газі.
- Запорізька: Вугільна гігантка, постраждала від обстрілів, але відновлена частково.
- Львівські ТЕЦ: Тепло для міста, КПД високий завдяки когенерації.
У 2025-му ТЕС+ТЕЦ дали 32% електроенергії, попри втрати 50% потужностей від війни. Відновлення йде: газові міні-ТЕС додають маневреності, імпорт з ЄС рятує піки.
Ефективність та економіка ТЕС: скільки коштує кіловат
КПД визначає прибутковість: класична ТЕС зжирає 320-350 г вугілля на кВтг, сучасна ПГУ – 200 г екв. палива. Вартість – 2-4 грн/кВтг залежно від палива, дешевше АЕС за маневром. Економіка хитається з цінами: газ по 1000$/тис. м³ робить ТЕС збитковими, вугілля стабільніше.
Модернізація окупається: заміна котлів на надкритичні піднімає КПД на 5-7%, окупається за 5 років. В Україні субсидії на зелену трансформацію стимулюють перехід.
Екологічний вплив ТЕС: ціна за прогрес
ТЕС – головне джерело CO2: 800-1000 г/кВтг на вугіллі, NOx/SOx забруднюють повітря. Бурштинська викидає 123 тис. т SO2 щороку, зола – 20% палива осідає в відвалах. Водний вплив: охолодження забирає мільярди м³ з річок, гріючи їх на 5-10°C.
Протидія: десульфуризація (скрабери знімають 90% SO2), фільтри на золу, CCS (захоплення CO2). В ЄС ТЕС платять “вуглевий податок” 50-100€/т, стимулюючи закриття старих. Україна йде слідом, скорочуючи викиди на 30% з 2020-го.
Аналіз трендів у тепловій енергетиці
2026-й – рік перелому: ВДЕ обійшли вугілля, частка ТЕС падає до 35% світу. Тренд – водневі турбіни (Siemens тестує), біогаз, гібриди з акумуляторами. ПГУ домінують: Китай будує 100 ГВт/рік. Україна планує 2 ГВт нових газових до 2027, з CCS для експорту в ЄС. Декарбонізація не вб’є ТЕС, а трансформує їх у “зелені” гібриди.
Глобально: Азія тримає 70% вугільних ТЕС, Європа закриває (20 ГВт до 2030). В Україні – фокус на маневрених газових для балансу ВДЕ, що виросли до 9% у 2025-му.
ТЕС еволюціонують, адаптуючись до клімату та війни, лишаючись хребтом енергетики. Їхній рев турбін – саундтрек прогресу, що лунає над річками та полями.
About the Author
