Výroba elektrické energie


<<< Úvodní stránka    *    *    *   3. KAPITOLA  *    *    *     Obsah >>>

V učebnicích fyziky se dočteme, že „... energie je schopnost konat práci ...“ . S různými druhy energie se setkáváme na každém kroku, i když si to většinou ani neuvědomujeme. Všude kolem nás neustále probíhají přeměny energií, většina z nich bez našeho přispění nebo ovlivňování. Po miliardy let, od samého vzniku Země, je pro naši planetu a život na ní nejvýznamnějším zdrojem energie Slunce. Část energie dopadajícího záření se postupně „ukládala“ ve formě chemické energie v živých organismech a dodnes ji využíváme při spalování uhlí, ropy a dalších fosilních paliv.

DynamoBěhem uplynulých tisíciletí se člověk naučil některé přeměny sám vyvolávat a řídit. Už odedávna umíme získat světlo, teplo i energii nutnou k pohybu těles. S příchodem 19. století člověk stále intenzivněji hledal způsob, jak získat v té době zcela nový druh energie - energii elektrickou. První použitelný zdroj, galvanické články, však mohou při chemických přeměnách poskytnout jen velmi omezené množství energie. K rozhodujícímu zlomu došlo až v roce 1831, kdy Michael Faraday objevil elektromagnetickou indukci a zkonstruoval první generátor, ve kterém se mechanická energie mění na energii elektrickou. Další vědci, vynálezci a konstruktéři původní jednoduchý model dokázali zdokonalit až do dnešní podoby.

Stále rostoucí potřebu elektrické energie pro průmysl, dopravu i domácnosti mohou uspokojit jen dostatečně výkonné elektrárny. Na elektrickou energii se v nich přeměňuje teplo, energie proudící vody, jaderná energie, využívá se energie větru, slunečnícho záření nebo mořského přílivu. V České republice patří k dostupným zdrojům pro výrobu elektrické energie
Mapa elektráren
 
 

  • tepelné elektrárny
  • jaderné elektrárny
  • vodní elektrárny

zajímavost
Klasická tepelná elektrárna
Spalováním fosilního paliva, obvykle hnědého energetického uhlí, se uvolňuje teplo, kterým se v parním kotli zahřívá voda a vzniká pára o vysoké teplotě a tlaku. Pára proudí na lopatky parní turbíny, ve které se část energie páry přemění na kinetickou energii turbíny. Chladicí věžeNa společné ose s turbínou je generátor elektrického proudu, tomuto soustrojí se říká turbogenerátor nebo turboalternátor.
Pára se po průchodu turbínou odvádí do kondenzátoru, kde se chladí velkým množstvím chladicí vody. Zkapalněná pára se čerpadlem vhání zpět do parního kotle a celý koloběh se opakuje. U každé tepelné elektrárny stojí obrovské betonové chladicí věže (obr. vlevo), nad kterými se neustále vznášejí bílé obláčky vodní páry. V chladicích věžích se proudem vzduchu ochlazuje chladicí voda, která v kondenzátoru ochlazovala páru a tím se sama zahřála.
Kromě výše popsané elektrárny vyrábějící pouze elektrickou energii (tzv. kondenzační elektrárna) jsou dnes běžně v provozu i elektrárny, ve kterých probíhá kombinovaná výroba elektřiny a tepla. K výrobě elektřiny se nevyužívá veškerá dostupná energie páry, ale část energie se využívá k dálkovému vytápění bytů a průmyslových objektů. Elektrárna slouží jako kombinovaný zdroj elektrické energie a tepla.


tepelná elektrárna
(animace)
Tepelná

Jaderná tepelná elektrárna
Liší se od klasické tepelné elektrárny v podstatě jen zdrojem tepla potřebného ke vzniku páry. Tímto zdrojem je jaderný reaktor, ve kterém se teplo získává štěpením jader uranu 235. Kvůli ochraně před radiokativním zářením je tepelný systém jaderné elektrárny dvouokruhový. Voda v primárním okruhu proudí aktivní zónou reaktoru, odebírá teplo vzniklé štěpením a v parogenerátoru (tepelném výměníku) se tímto teplem zahřívá voda sekundárního okruhu. Vzniklá pára pohání turbínu stejně jako v klasické tepelné elektrárně.

Vodní elektrárny - hydroelektrárny
U nás jsou v provozu tři druhy vodních elektráren - průtočné, akumulační a přečerpávací. V hydroelektrárnách voda roztáčí lopatky vodních turbín (Francisova, Kaplanova, Peltonova), které pohánějí generátor elektrického proudu.
Z energetického hlediska jsou nejvýznamnější elektrárny akumulační, využívající potenciální energii vody, zadržené přehradními hrázemi. Odtok vody z přehrady a tím i výroba elektrické energie se reguluje podle časového zatížení energetického systému. Tyto elektrárny vyrábí energii převážně jen v době energetických špiček, kdy dochází k největší spotřebě elektrické energie.
 
Výkon jaderných elektráren se během provozu prakticky nemění, takže v době snížené spotřeby (např. v noci) je v energetické síti energie přebytek. Přečerpávací elektrárny tohoto nočního přebytku elektrické energie z jaderných elektráren využívají. Vodní turbína může pracovat i v obráceném režimu jako čerpadlo (tzv. reverzní turbína) a generátor se po připojení napětí stane elektromotorem. Ve dne voda z horní nádrže proudí na turbínu a roztočený generátor produkuje elektřinu. V noci elektromotor pohání čerpadlo, které čerpá vodu z dolní nádrže zpět do horní nádrže, aby mohla ve dne znovu pohánět turbínu.
Den a noc

Spotřeba elektrické energie se mění v průběhu jednoho dne i celého týdne, odběry energie se liší i v různých ročních obdobích. Na prvním grafu je znázorněn průběh spotřeby elektrické energie v České republice dne 13. ledna 2003. Z grafu je vidět, že největší spotřeba (11000 MW) byla v době kolem 17. hodiny, zatímco v nočních hodinách nedosáhl ani 9000 MW. Druhý graf ukazuje spotřebu elektrické energie během roku - největší je v zimním období, nejmenší v letních měsících. Detailní informace o naší přenosové soustavě jsou k dispozici na stránce www.ceps.cz.
Denní spotřeba
Graf denní spotřeby (klikni)
 
Roční spotřeba
Graf roční spotřeby (klikni)


Alternativní zdroje elektrické energie
VítrZe zdrojů, využívajících k výrobě elektřiny obnovitelné zdroje energie mají kromě vodních elektráren největší význam a perspektivu solární (sluneční) a větrné elektrárny. V našich podmínkách se solární a větrná energie podílí na dodávkách elektrické energie jen minimálně. Kromě technických problémů a vysokých pořizovacích nákladů je problém také v tom, že solární a větrná energie mají v porovnání s ostatními zdroji velmi malou výkonovou hustoru (jednotka kWh/m2). Jde o to, že na výrobu určitého množství energie musí mít technické zařízení určité rozměry. Následující tabulka ukazuje, že z tohoto hlediska (a tím i z hlediska ekonomického) jsou na tom obnovitelné zdroje velmi špatně:
  • větrná elektrárna - 0,13 kWh/m2
  • solární elektrárna - 0,25 kWh/m2
  • vodní elektrárna - 108 kWh/m2
  • uhelná elektrárna - 500 kWh/m2
  • jaderná elektrárna - 650 kWh/m2
Z obnovitelných zdrojů má pro velkovýrobu význam jenom energie vodní, zatímco solární a větrné elektrárny najdou využití zejména v místech, kde není k dispozici energie z rozvodné sítě.
 


<<< Úvodní stránka    *    *    *   3. KAPITOLA  *    *    *     Obsah >>>