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 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.
 |
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.
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.