V u�ebnic�ch fyziky se do�teme, �e �... energie je schopnost konat pr�ci ...� . S r�zn�mi druhy energie se setk�v�me na ka�d�m kroku, i kdy� si to v�t�inou ani neuv�domujeme. V�ude kolem n�s neust�le prob�haj� p�em�ny energi�, v�t�ina z nich bez na�eho p�isp�n� nebo ovliv�ov�n�. Po miliardy let, od sam�ho vzniku Zem�, je pro na�i planetu a �ivot na n� nejv�znamn�j��m zdrojem energie Slunce. ��st energie dopadaj�c�ho z��en� se postupn� �ukl�dala� ve form� chemick� energie v �iv�ch organismech a dodnes ji vyu��v�me p�i spalov�n� uhl�, ropy a dal��ch fosiln�ch paliv.
B�hem uplynul�ch tis�cilet� se �lov�k nau�il n�kter� p�em�ny s�m vyvol�vat a ��dit. U� oded�vna um�me z�skat sv�tlo, teplo i energii nutnou k pohybu t�les. S p��chodem 19. stolet� �lov�k st�le intenzivn�ji hledal zp�sob, jak z�skat v t� dob� zcela nov� druh energie - energii elektrickou. Prvn� pou�iteln� zdroj, galvanick� �l�nky, v�ak mohou p�i chemick�ch p�em�n�ch poskytnout jen velmi omezen� mno�stv� energie. K rozhoduj�c�mu zlomu do�lo a� v roce 1831, kdy Michael Faraday objevil elektromagnetickou indukci a zkonstruoval prvn� gener�tor, ve kter�m se mechanick� energie m�n� na energii elektrickou. Dal�� v�dci, vyn�lezci a konstrukt��i p�vodn� jednoduch� model dok�zali zdokonalit a� do dne�n� podoby.
St�le rostouc� pot�ebu elektrick� energie pro pr�mysl, dopravu i dom�cnosti mohou uspokojit jen dostate�n� v�konn� elektr�rny. Na elektrickou energii se v nich p�em��uje teplo, energie proud�c� vody, jadern� energie, vyu��v� se energie v�tru, slune�n�cho z��en� nebo mo�sk�ho p��livu. V �esk� republice pat�� k dostupn�m zdroj�m pro v�robu elektrick� energie
- tepeln� elektr�rny
- jadern� elektr�rny
- vodn� elektr�rny
Klasick� tepeln� elektr�rna
Spalov�n�m fosiln�ho paliva, obvykle hn�d�ho energetick�ho uhl�, se uvol�uje teplo, kter�m se v parn�m kotli zah��v� voda a vznik� p�ra o vysok� teplot� a tlaku. P�ra proud� na lopatky parn� turb�ny, ve kter� se ��st energie p�ry p�em�n� na kinetickou energii turb�ny. Na spole�n� ose s turb�nou je gener�tor elektrick�ho proudu, tomuto soustroj� se ��k� turbogener�tor nebo turboaltern�tor.
P�ra se po pr�chodu turb�nou odv�d� do kondenz�toru, kde se chlad� velk�m mno�stv�m chladic� vody. Zkapaln�n� p�ra se �erpadlem vh�n� zp�t do parn�ho kotle a cel� kolob�h se opakuje. U ka�d� tepeln� elektr�rny stoj� obrovsk� betonov� chladic� v�e (obr. vlevo), nad kter�mi se neust�le vzn�ej� b�l� obl��ky vodn� p�ry. V chladic�ch v��ch se proudem vzduchu ochlazuje chladic� voda, kter� v kondenz�toru ochlazovala p�ru a t�m se sama zah��la.
Krom� v��e popsan� elektr�rny vyr�b�j�c� pouze elektrickou energii (tzv. kondenza�n� elektr�rna) jsou dnes b�n� v provozu i elektr�rny, ve kter�ch prob�h� kombinovan� v�roba elekt�iny a tepla. K v�rob� elekt�iny se nevyu��v� ve�ker� dostupn� energie p�ry, ale ��st energie se vyu��v� k d�lkov�mu vyt�p�n� byt� a pr�myslov�ch objekt�. Elektr�rna slou�� jako kombinovan� zdroj elektrick� energie a tepla.
tepeln� elektr�rna
(animace)
|
|
Jadern� tepeln� elektr�rna
Li�� se od klasick� tepeln� elektr�rny v podstat� jen zdrojem tepla pot�ebn�ho ke vzniku p�ry. T�mto zdrojem je jadern� reaktor, ve kter�m se teplo z�sk�v� �t�pen�m jader uranu 235. Kv�li ochran� p�ed radiokativn�m z��en�m je tepeln� syst�m jadern� elektr�rny dvouokruhov�. Voda v prim�rn�m okruhu proud� aktivn� z�nou reaktoru, odeb�r� teplo vznikl� �t�pen�m a v parogener�toru (tepeln�m v�m�n�ku) se t�mto teplem zah��v� voda sekund�rn�ho okruhu. Vznikl� p�ra poh�n� turb�nu stejn� jako v klasick� tepeln� elektr�rn�.
Vodn� elektr�rny - hydroelektr�rny
U n�s jsou v provozu t�i druhy vodn�ch elektr�ren - pr�to�n�, akumula�n� a p�e�erp�vac�. V hydroelektr�rn�ch voda rozt��� lopatky vodn�ch turb�n (Francisova, Kaplanova, Peltonova), kter� poh�n�j� gener�tor elektrick�ho proudu.
Z energetick�ho hlediska jsou nejv�znamn�j�� elektr�rny akumula�n�, vyu��vaj�c� potenci�ln� energii vody, zadr�en� p�ehradn�mi hr�zemi. Odtok vody z p�ehrady a t�m i v�roba elektrick� energie se reguluje podle �asov�ho zat�en� energetick�ho syst�mu. Tyto elektr�rny vyr�b� energii p�ev�n� jen v dob� energetick�ch �pi�ek, kdy doch�z� k nejv�t�� spot�eb� elektrick� energie.
V�kon jadern�ch elektr�ren se b�hem provozu prakticky nem�n�, tak�e v dob� sn�en� spot�eby (nap�. v noci) je v energetick� s�ti energie p�ebytek. P�e�erp�vac� elektr�rny tohoto no�n�ho p�ebytku elektrick� energie z jadern�ch elektr�ren vyu��vaj�. Vodn� turb�na m��e pracovat i v obr�cen�m re�imu jako �erpadlo (tzv. reverzn� turb�na) a gener�tor se po p�ipojen� nap�t� stane elektromotorem. Ve dne voda z horn� n�dr�e proud� na turb�nu a rozto�en� gener�tor produkuje elekt�inu. V noci elektromotor poh�n� �erpadlo, kter� �erp� vodu z doln� n�dr�e zp�t do horn� n�dr�e, aby mohla ve dne znovu poh�n�t turb�nu. |
Den a noc
|
Spot�eba elektrick� energie se m�n� v pr�b�hu jednoho dne i cel�ho t�dne, odb�ry energie se li�� i v r�zn�ch ro�n�ch obdob�ch. Na prvn�m grafu je zn�zorn�n pr�b�h spot�eby elektrick� energie v �esk� republice dne 13. ledna 2003. Z grafu je vid�t, �e nejv�t�� spot�eba (11000 MW) byla v dob� kolem 17. hodiny, zat�mco v no�n�ch hodin�ch nedos�hl ani 9000 MW. Druh� graf ukazuje spot�ebu elektrick� energie b�hem roku - nejv�t�� je v zimn�m obdob�, nejmen�� v letn�ch m�s�c�ch. Detailn� informace o na�� p�enosov� soustav� jsou k dispozici na str�nce www.ceps.cz.
|
Graf denn� spot�eby (klikni)
Graf ro�n� spot�eby (klikni)
|
Alternativn� zdroje elektrick� energie
Ze zdroj�, vyu��vaj�c�ch k v�rob� elekt�iny obnoviteln� zdroje energie maj� krom� vodn�ch elektr�ren nejv�t�� v�znam a perspektivu sol�rn� (slune�n�) a v�trn� elektr�rny. V na�ich podm�nk�ch se sol�rn� a v�trn� energie pod�l� na dod�vk�ch elektrick� energie jen minim�ln�. Krom� technick�ch probl�m� a vysok�ch po�izovac�ch n�klad� je probl�m tak� v tom, �e sol�rn� a v�trn� energie maj� v porovn�n� s ostatn�mi zdroji velmi malou v�konovou hustoru (jednotka kWh/m2). Jde o to, �e na v�robu ur�it�ho mno�stv� energie mus� m�t technick� za��zen� ur�it� rozm�ry. N�sleduj�c� tabulka ukazuje, �e z tohoto hlediska (a t�m i z hlediska ekonomick�ho) jsou na tom obnoviteln� zdroje velmi �patn�:
- v�trn� elektr�rna - 0,13 kWh/m2
- sol�rn� elektr�rna - 0,25 kWh/m2
- vodn� elektr�rna - 108 kWh/m2
- uheln� elektr�rna - 500 kWh/m2
- jadern� elektr�rna - 650 kWh/m2
Z obnoviteln�ch zdroj� m� pro velkov�robu v�znam jenom energie vodn�, zat�mco sol�rn� a v�trn� elektr�rny najdou vyu�it� zejm�na v m�stech, kde nen� k dispozici energie z rozvodn� s�t�.