Электроэнергия — энергия, получаемая в результате преобразования других видов энергии, таких как механическая, тепловая или химическая. Электрическая энергия не имеет себе равных во многих областях применения, например, в освещении, работе компьютеров, движущей силе и развлечениях. В других областях применения она конкурентоспособна, например, для многих видов промышленного отопления, приготовления пищи, обогрева помещений и железнодорожной тяги.
Электрическая мощность характеризуется током или потоком электрического заряда и напряжением или потенциалом заряда для передачи энергии. Заданное значение мощности может быть получено при любом сочетании значений тока и напряжения. Если ток постоянный, электронный заряд движется через устройство, получающее энергию, всегда в одном направлении. Если ток переменный, электронный заряд движется вперед-назад в устройстве и в проводах, подключенных к нему. Для многих приложений подходит любой из этих типов тока, но переменный ток (AC) наиболее распространен из-за большей эффективности, с которой его можно генерировать и распределять. Постоянный ток (DC) необходим для некоторых промышленных применений, таких как гальванические и электрометаллургические процессы, а также для большинства электронных устройств.
Широкомасштабное производство и распределение электроэнергии стало возможным благодаря созданию электрогенератора — устройства, работающего на основе принципа индукции, сформулированного в 1831 году английским ученым Майклом Фарадеем и независимо от него американским ученым Джозефом Генри. Первая общественная электростанция, использующая электрогенератор, начала работать в Лондоне в январе 1882 года. Вторая такая станция открылась в том же году в Нью-Йорке. Обе они использовали системы постоянного тока, которые оказались неэффективными для передачи энергии на большие расстояния. К началу 1890-х годов на электростанции Лауффен в Германии был построен первый практичный генератор переменного тока, и в 1891 году началось обслуживание Франкфурта-на-Майне.
Существует два основных источника энергии для генераторов — гидро- и тепловая. Гидроэлектрическая энергия вырабатывается генераторами и турбинами, приводимыми в движение падающей водой. Большинство других видов электроэнергии получают от генераторов, соединенных с турбинами, которые приводятся в движение паром, вырабатываемым либо в ядерном реакторе, либо при сжигании ископаемого топлива — угля, нефти и природного газа.
До 1930-х годов гидроэлектростанции, оснащенные гидротурбинными генераторами, производили наибольший процент электроэнергии, поскольку их эксплуатация была дешевле, чем тепловых электростанций с паротурбинными установками. С тех пор значительный технологический прогресс привел к снижению стоимости производства тепловой энергии, в то время как стоимость разработки более удаленных гидроэлектростанций возросла. К 1990 году производство гидроэлектроэнергии составляло лишь 18 процентов мирового производства электроэнергии. Среди этих технологических достижений — тепловые электростанции, использующие ядерную энергию или газовые турбины для работы паровых электростанций. К альтернативным источникам электроэнергии относятся солнечные батареи, ветряные турбины, топливные элементы и геотермальные электростанции.
Электроэнергия, вырабатываемая на центральной электростанции, передается в пункты массового отпуска, или подстанции, откуда она распределяется между потребителями. Передача осуществляется по разветвленной сети высоковольтных линий электропередачи, включая воздушные провода, подземные и подводные кабели. При передаче переменного тока на большие расстояния требуется более высокое напряжение, чем для генераторов электростанций, чтобы снизить потери мощности, возникающие из-за сопротивления линий электропередачи. Для повышения напряжения на генераторной станции используются повышающие трансформаторы. На подстанциях другие трансформаторы понижают напряжение до уровней, пригодных для систем распределения.
