O HUSTOTĚ ENERGETICKÉHO TOKU

Jakékoliv přeměny energie, například chemické v tepelnou, tepelné v mechanickou nebo mechanické v elektrickou probíhají vždy v nějakém technickém zařízení, jehož rozměry stejně jako rychlost a parametry probíhajících procesů jsou něčím omezeny. Lopatkami turbín může za jednotku času projít jen omezené množství páry a její tlak i teplota nesmí překročit kritické parametry, kterým by jejich materiál neodolal. Také vodičem lze propustit jen omezený elektrický výkon, aby drát odporem neshořel. Málokdo ví, že teplo se šíří pomaleji než zvuk...

I nejmodernější jaderné bloky využijí z uranu jen 0,1% energie, kterou podle Einsteinova výpočtu obsahuje. Přeměnou přes teplo se pak připravíme v jeho strojovně o další dvě třetiny výkonu!

Na tyto omezující podmínky poukazovali již na přelomu století dva fyzikové: N. A. Umov (1846-1915), a J. H. Poynting (1852-1914), a omezující podmínky toku energie matematicky popsali. S jejich poznatky se však setkáme jen ve vysokoškolských skriptech. Na jimi popsaná omezení nakonec narazila dnešní technika. Dlouhá léta se dařilo zvyšovat velikost, otáčky a výkony motorů, parametry kotlů nebo napětí a proudy v přenosových sítích až do určitých hranic. Výkon největších parních turbín se zastavil u 1500 MW, vodních turbín u 700 MW, lodních vznětových motorů (dieselů) u 40 MW. Benzinové automobily končí svými výkony u 500 kW, elektrická nadřazená vedení lze bezpečně a ekonomicky stavět jen do napětí 1,5 milionu V.
Pokusme se zákonem o omezené hustotě energetického toku prověřit jinak lákavě znějící projekty, zejména takové, které slibují už brzo snadné využití věčně se obnovující a zaručeně "čisté" energie:

Geotermální elektrárny (přeměna 2 - 3)

Geotermální elektrárna.

Zatím jen 15 vybudovaných geotermálních elektráren s celkovým výkonem 5000 MW trpí řadou problémů. Zejména agresivním účinkem přírodních nositelů tepla, navíc pak místo předpokládané "čistoty" je okolí povětšinou sužováno zápachem sírových zplodin a čpavku. Pokusy čerpat teplo z vodou zaplavovaných vrtů do hloubek až 5 km metodou Hot-Dry-Rock v posledních letech žalostně selhaly právě v důsledku nerespektování zákona omezení hustoty toku energie. Tepelná vodivost hornin je totiž mimořádně nízká. Pro elektrárnu s výkonem 1000 MW by podzemní plocha nutná k dostatečnému přestupu odpovídajícího množství tepla vyžadovala nereálných 300 km2.

Větrné elektrárny (1-1,1- 3)

Pro výkon srovnatelný s dnes běžným tisícimegawattovým elektrárenským blokem by vzhledem k malé hustotě energie toku větru (asi 50 J na m3 vzduchu proudícího rychlostí 10 km/h) bylo nutno zhyzdit krajinu 25 tisíci (!) větrných elektráren s třicetimetrovými vrtulemi. Vítr je navíc živel nespolehlivý. Na vrtulové elektrárny si nejnověji stěžují i ekologové: vrtule zabíjejí ptactvo, ruší rozhlasové a televizní vysílání, vydávají nepříjemné infrazvuky a v zimě je okolí ohroženo pádem námrazy.

Sluneční elektrárny (4 - 3)

Jejich provoz je vzhledem k nízké hustotě slunečního záření (v nejpříhodnějších místech na pouštích Kalifornie, na Sahaře či v Austrálii nejvýše 1 kW/m2) ve všech případech dražší než obvyklé zdroje energie. Solární tepelné elektrárny s věžemi dosahují v nejlepším případě účinnosti 15 %. Použije-li se koberců fotovoltaických článků, dochází k velké ztrátě plochy. K výkonu 1000 MW by bylo nutné drahými křemíkovými články pokrýt území nejméně 10 km2. Ani jedna z několika technologii výroby "civilních" solárních článků je nedokázala zlevnit tak, aby dodávaly kilowatthodinu elektrického výkonu za méně než pětinásobek ceny kWh z rozvodné sítě. Proto např. Evropa jejich výrobu v roce 1996 silně omezila a místo předpokládané prognózy 1000 MW výkonu koncem století jich na celém světě v podobě malých nebo přenosných jednotek (např. k napájení bójí, signálních světel, retranslačních stanic apod.) je až dosud instalován výkon jen něco kolem 70 MW.