Elektrárna
Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Elektrárna je technologické zařízení sloužící k výrobě elektrické energie. Ta se získává přeměnou z energie vázané v nějakém zdroji. Nejčastěji je tato energie nejdříve přeměněna na energii mechanickou, kterou je následně poháněn generátor. Další alternativou může být využití fotovoltaického jevu nebo termoelektrického jevu, ale obě možnosti jsou prakticky nepoužitelné pro větší elektrické výkony.
Obsah |
[editovat] Historie
První elektrárny vznikly koncem 19. a začátkem 20. století. Konstrukčně šlo o poměrně jednoduchá zařízení, jejichž hlavní součástí byl generátor poháněný buď parním strojem (viz parostrojní elektrárna) nebo vodním kolem (viz vodní elektrárna). Parní stroj byl později nahrazen parní turbínou, čímž vznikly dnešní tepelné elektrárny. Později byl u teplné elektrárny nahrazen kotel jaderným reaktorem a vznikla jaderná eletrárna. Také u vodních elektráren došlo později k nahrazení vodního kola výkonější turbínou.
[editovat] Současné elektrárny
Z ekologického hlediska rozlišujeme zdroje obnovitelné a neobnovitelné.
Jako neobnovitelné zdroje energie jsou označovány ty, jejichž množství je omezené, potenciální regenarace dlouhodobá a hrozí jejich brzké (v řádech desítek nebo stovek let) úplné spotřebování. Většina elektrické energie se dnes vyrábí z takových neobnovitelných zdrojů, zejména spalováním fosilních paliv v tepelných elektrárnách nebo štěpnou jadernou reakcí v elektrárnách jaderných.
Za obnovitelné zdroje se považují takové zdroje, které se v přírodě samovolně regenerují ze zdrojů s velmi dlouhým horizontem vyčerpání (například vyčerpání sluneční energie se očekává až za několik miliard let). Elektrárny využívájící obnovitelné zdroje mohou být
- tepelné, spalující biomasu
- vodní (včetně přílivových)
- větrné
- geotermální
- solární (tepelné nebo fotovoltaické).
Problémem většiny těchto zdrojů jsou vysoké investiční a často i provozní náklady, dané malou plošnou hustotou zachycované energie. S postupným vyčerpáváním zásob fosilních paliv, a tím i růstem jejich cen, se rozdíl v cenách pomalu snižuje. Státy evropské unie zdroje označené za obnovitelné finančně i legislativně podporují.
[editovat] Tepelné elektrárny
- Podrobnější informace naleznete v článku Tepelná elektrárnanaleznete v článcích [[{{{2}}}]] a [[{{{3}}}]]naleznete v článcích [[{{{4}}}]], [[{{{5}}}]] a [[{{{6}}}]]naleznete v článcích [[{{{7}}}]], [[{{{8}}}]], [[{{{9}}}]] a [[{{{10}}}]].
Tepelná elektrárna je obvykle kondenzační parní elektrárna, která získává energii spalováním fosilních paliv (nejčastěji uhlí) nebo biomasy. Vzniklým teplem je ohřívána pára, která pohání parní turbínu turbogenerátoru. Tepelné elektrárny bývají často kombinovány s teplárnami a pára z parní turíny je dále rozváděna k odběratelům pro účely vytápění, ohřevu teplé vody, klimatizace a k technologickým účelům.
Mezi tepelné elektrárny se občas zařazují i elektrárny plynové, které jsou vybaveny plynovou turbínou nebo spalovacím motorem. V principu je tepelnou elektrárnou i elektrárna jaderná, ty se však mezi tepelné elektrárny nepočítají.
Z ekologického hlediska jsou tepelné elektrárny spalující fosilní paliva problematické, neboť produkují velký objem odpadních látek. Jako palivo se nejčastěji používá méně kvalitní hnědé uhlí, jehož spalováním vzniká létavý popílek, oxid siřičitý (až 1,4 % objemu kouřových plynů) a malé množství oxidu sírového. Z různým nespalitelných přimíšenin (kamení, hlína písek) vzniká struska a popel. Moderní tepelné elektrárny bývají proto vybaveny odlučovači popílku a odsiřovacímni jednotkami, které snižují množství produkovaných emisí.
[editovat] Jaderné elektrárny
- Podrobnější informace naleznete v článku Jaderná elektrárnanaleznete v článcích [[{{{2}}}]] a [[{{{3}}}]]naleznete v článcích [[{{{4}}}]], [[{{{5}}}]] a [[{{{6}}}]]naleznete v článcích [[{{{7}}}]], [[{{{8}}}]], [[{{{9}}}]] a [[{{{10}}}]].
Jaderná elektrárna je v podstatě kondenzační parní elektrárna, která má místo parního kotle jaderný reaktor a energii získává přeměnou z vazebné energie jader těžkých prvků (uranu 235 nebo plutonia 239).
Výhodou jaderných elektráren je relativně vysoká účinnost, malý objem spotřebovaného paliva, za běžného provozu nulové exhalace (elektrárna produkuje pouze odpadní teplo a vodní páru) a nízké výrobní náklady. Nevýhodou jsou vysoké náklady na výstavbu, produkce jaderného odpadu a riziko jaderné havárie (byť je u moderních elektráren velmi nízké). Z pohledu energetické soustavy je nevýhodou trvalý charakter zdroje (spuštění a zastavení reaktoru je složité a nákladné, takže elektrárna vyrábí a dodává elektřinu bez ohledu na její skutečnou spotřebu v rozvodné síti).
[editovat] Vodní elektrárny
- Podrobnější informace naleznete v článku Vodní elektrárnanaleznete v článcích [[{{{2}}}]] a [[{{{3}}}]]naleznete v článcích [[{{{4}}}]], [[{{{5}}}]] a [[{{{6}}}]]naleznete v článcích [[{{{7}}}]], [[{{{8}}}]], [[{{{9}}}]] a [[{{{10}}}]].
Vodní elektrárna vyrábí elektrickou energii přeměnou z potenciální energie vody. Voda roztáčí vodní turbínu, která pohání elektrický generátor. Podle konstrukce se vodní elektrárny se dělí na:
- Jezové (průtočné), jejichž spád je vytvořen jezem.
- Derivační (náhonové), jejichž spád je vytvořen umělým kanálem (náhonem).
- Přehradní (akumulační), jejichž spád je vytvořen pomocí přehrady.
- Přečerpávací, které slouží k vyvažování energetických špiček v rozvodné síti. Přečerpávací elektrárny mají dvě nádrže a v době přebytku energie v síti tuto energii spotřebovávají k čerpání vody ze spodní nádrže do nádrže horní,zatímco v době energetických špiček naopak průtokem vody z horní nádrže do spodní nádrže elektrickou energii vyrábějí.
- Přílivové, využívajícího energii mořského přílivu.
Výhodou zejména přečerpávacích a přehradních vodních elektráren je jejich schopnost běžet v libovolných dobách podle potřeby, díky čemuž je možné je využívat pro vyrovnávání energetických špiček. Nevýhodou velkých vodních elektráren je nutnost budování velkých přehrad nebo nádrží, kvůli čemuž jsou i přes svůj obnovitelný charakter považovány za ekologicky kontroverzní a ekologické organizace jejich výstavbu velmi kritizují. Výstavba malých vodních elektráren je naopak vnímána jako užitečná a je obvykle podporována.
Jako malé vodní elektrárny se označují elektrárny s instalovaným výkonem do 10 MW včetně.
[editovat] Větrné elektrárny
- Podrobnější informace naleznete v článku Větrná elektrárnanaleznete v článcích [[{{{2}}}]] a [[{{{3}}}]]naleznete v článcích [[{{{4}}}]], [[{{{5}}}]] a [[{{{6}}}]]naleznete v článcích [[{{{7}}}]], [[{{{8}}}]], [[{{{9}}}]] a [[{{{10}}}]].
Větrné elektrárny vyrábějí elektrickou energii přeměnou z kinetické energie vzduchu proudícího mezi oblastmi s různým atmosférickým tlakem. Elektrárna je obvykle tvořena vysokým sloupem, na jehož vrholu je umístěna hřídel s větrným kolem nebo vrtulí. Proudící vzduch (vítr) působí na lopatky kola nebo vrtule, čímž kolo nebo vrtuli roztáčí. Na hřídeli je připojený elektrický generátor, který vyrábí elektrickou energii.
Výhodou větrných elektráren je jejich obnovitelný charakter a minimální vliv na životní prostředí. Nevýhodou je nestálost dodávek energie, neboť jsou závislé na aktuálních povětrnostních podmínkách. Bývají také často kritizovány kvůli estetickému zásahu do krajiny, některé zdroje tvrdí, že produkují chvění a zvuk, který může mít negativní vliv na drobná zvířata. Pro moderní větrné elektrárny je však hluk velmi nízký.
[editovat] Geotermální elektrárny
- Podrobnější informace naleznete v článku Geotermální elektrárnanaleznete v článcích [[{{{2}}}]] a [[{{{3}}}]]naleznete v článcích [[{{{4}}}]], [[{{{5}}}]] a [[{{{6}}}]]naleznete v článcích [[{{{7}}}]], [[{{{8}}}]], [[{{{9}}}]] a [[{{{10}}}]].
Geotermální elektrárny využívají energii zemského jádra, kterou získávají z hlubokch vrtů do nitra Země. Z těchto vrtů je obvykle získávána pára nebo horká voda. Možnost stavby elektrárny je závislý na tektonických podmínkách dané lokality. Geotermální energie je nejčastěji uvolňována jako doprovodný jev sopečné aktivitě, což klade vysoké nároky na stavbu elektrárny v seismicky aktivních oblastech.
[editovat] Solární elektrárny
- Podrobnější informace naleznete v článku Solární elektrárnanaleznete v článcích [[{{{2}}}]] a [[{{{3}}}]]naleznete v článcích [[{{{4}}}]], [[{{{5}}}]] a [[{{{6}}}]]naleznete v článcích [[{{{7}}}]], [[{{{8}}}]], [[{{{9}}}]] a [[{{{10}}}]].
Solární elektrárny (nebo také sluneční elektrárny) získávají energii ze slunečního záření. Tuto energii přeměňují na energii elektrickou buď přímo prostřednictvím fotoelektrických článků pracujících na principu fotoeltrického jevu, nebo prostřednictvím ohřevu vody v solárních kolektorech. Existují také elektrárny, které prostřednictvím velkých skleněných ploch ohřívají vzduch, který pak stoupá vzhůru a roztáčí větrnou turbínu.
V dnešní době se solární kolektory využívají v kosmickém průmyslu, kde jsou snadno dostupným prostředkem, jak získávat energii pro kosmická tělesa bez nutnosti dodávek paliva. Jsou stále hojněji využívané v domácnostech a v malopodnikách jako ekologická varianty výroby energie. Paradoxem zůstává, že s dnešním stupněm technologie je více energie spotřebováno na výrobu solárního článku, než je sám schopen za celou dobu provozu vyrobit. Jeho výroba je tedy „dotována“ energií získanou z jiných zdrojů (fosilní paliva, atomová energie atd.)
[editovat] Budoucí elektrárny
Vzhledem k postupnému vyčerpávání zdrojů fosilních paliv bude nutné hledat jiné způsoby výroby elektrické energie, energetická koncepce budoucnosti je však častým předmětem sporů. Ekologické organizace preferují orientaci na úsporu energie a masivní využívání obnovitelných zdrojů, zástupci energetických společností a odborná veřejnost prosazují výstavbu nových jaderných elektráren s poukazem na nedostatečnou kapacitu obnovitelných zdrojů. Velké naděje jsou vkládány do výzkumu v oblasti jaderné fůze, která by se mohla stát základem pro novou generaci jaderných elektráren.
[editovat] Elektrárny v Česku
V česku se většina elektrické energie vyrábí v tepelných (66 % v roce 2004) a jaderných (31 % v roce 2004) elektrárnách. Dominantním výrobcem elektrické energie je akciová společnost ČEZ, která v Česku provozuje 10 uhelných, 2 jaderné, 12 vodních, 1 větrnou a 1 sluneční elektrárnu a vyrábí téměř tři čtvrtiny z celkového objemu výrobu elektřiny v Česku. V následující tabulce je uvedem instalovaný výkon jendotlivých typů elektráren a objem výroby v roce 2004 (zdroj: předběžné údaje ČSÚ).
| Typ elektrárny | instalovaný výkon | objem výroby | ||
|---|---|---|---|---|
| [MW] | [%] | [mil. kWh] | [%] | |
| Tepelné | 11 485 | 66 | 55 422 | 66 |
| Jaderné | 3 760 | 22 | 26 325 | 31 |
| Vodní a větrné | 2 173 | 12 | 2 573 | 3 |
| Spalovací motory a plynové turbíny | 16 | 0 | 13 | 0 |
| Celkem | 17 434 | 100 | 84 333 | 100 |
Stejně jako v ostatních zemích, i v Česku se vede důležitá diskuse o budoucím směřování energetického průmyslu a o budoucích zdrojích elektrické energie. Ačkoliv se jako nejperspektivnější jeví obnovitelné zdroje, možnosti jejich využití jsou v Česku omezené, v úvahu přicházejí pouze malé vodní elektrárny (velké by vyžadovaly výstavbu přehrad, což je z ekologického pohledu vnímáno velmi negativně), elektrárny spalující biomasu a elektrárny větrné.
Kromě pokusů se spalováním biomasy v klasických tepelných elektrárnách dochází k výstavbě větrných a malých vodních elektráren, jejichž provoz je podporován stanovením minimálních výkupních cen energií.
Vzhledem k omezeným zdrojům uhlí a omezené životnosti stávajících elektráren bude dle názoru energetických společností nutné buď prolomit územní limity těžby uhlí, nebo postavit další jadernou elektrárnu (případně dostavět původně plánované další dva bloky do elektrárny Temelín). Ekologoické organizace naproti tomu preferují zásadní snížení energetické náročnosti průmyslu, masivní výstavbu elektráren využívajících obnovitelných zdrojů a výstavbu elektráren na zemní plyn.
[editovat] Jaderné elektrárny
V Česku jsou v provozu dvě jaderné elektrárny, obě provozuje společnost ČEZ. Jedná se o jadernou elektrárnu Dukovany s instalovaným výkonem 4×440 MW, zprovozněnou v letech 1985 – 1988, a jadernou elektrárnu Temelín s instalovaným výkonem 2×1 000 MW (původně plánováno 4×1 000 MW), zprovozněnou v letech 2002 – 2003.
Zejména elektrárna Temelín je předmětem intenzivní kritiky ze strany českých i rakouských ekologických organizací.
První jadernou elektrárnou na území bývalého Československa byla Jaderná elektrárna Jaslovské Bohunice.
[editovat] Tepelné elektrárny
Společnost ČEZ v současnosti provozuje elektrárny Dětmarovice, Hodonín, Chvaletice, Ledvice, Mělník (2 a 3), Počerady, Poříčí, Prunéřov, Tisová a Tušimice.
Mezi další české tepelné elektrárny patří Opatovice společnosti International Power Opatovice, Vřesová společnosti Sokolovská uhelná, Mělník 1 společnosti Energotrans a Kladno společnosti ECKG.
V Česku byly v průběhu 90. let 20. století všechny uhelné elektrárny provozované společností ČEZ modernizovány a vybaveny odlučovači popílku a odsiřovacímni jednotkami, několik starších elektráren s celkovým instalovaným výkonem 2 020 MW bylo odstaveno. Díky tomu se podařilo snížit emise oxidu siřičitého a popílku o 90 % a emise oxidů dusíku o 50 %.
[editovat] Vodní elektrárny
Společnost ČEZ provozuje přečerpávací vodní elektrárny Dalešice, Dlouhé Stráně a Štěchovice II, průtokové vodní elektrárny Kamýk, Lipno, Mohelno, Orlík, Slapy, Štěchovice a Vrané a malé vodní elektrárny Dlouhé Stráně II, Hněvkovice, Kořensko, Lipno II a Želina.
Kromě velkých elektráren je v Česku v provozu celá řada malých většinou průtokových vodních elektráren, vzniklých např. na místech původních vodních mlýnů.
[editovat] Ostatní elektrárny
Na území České republiky se nachází řada dalších elektráren, zejména větrných. Např. společnost ČEZ provozuje jednu větrnou elektrárnu Mravenečník s výkonem 1,165 MW a jednu experimentální sluneční elektrárnu s výkonem 10 kW v areálu Jaderné elektrárny Dukovany.
[editovat] Literatura
- Voženílek, L., Lstibůrek, F.: Základy elektrotechniky II. SNTL – nakladatelství technické literatury, Praha, 1989. Str. 355 – 365.
- ČEZ, a. s.: Elektrárny. Firemní webové stránky. [1]
- Český statistický úřad: Statistická ročenka České republiky 2005. [2]
- Hnutí Duha: Uhelní dinosauři. Žebříček nejšpinavějších českých uhelných elektráren [3]
