Elektrárna

Z Multimediaexpo.cz

Aktuální verze z 11. 4. 2023, 08:47

Chladicí věže elektrárny chrlící vodní páru do atmosféry.

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 elektrický generátor. Další alternativou může být využití fotovoltaického jevu nebo termoelektrického jevu, ale obě možnosti jsou prakticky nepoužitelné pro větší elektrické výkony.

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. Také u vodních elektráren došlo později k nahrazení vodního kola účinnější turbínou. Nahrazením kotle jaderným reaktorem vznikla jaderná elektrárna.

Současné elektrárny

Pohled na několik větrných elektráren před elektrárnou uhelnou

Z ekologického hlediska rozlišujeme zdroje obnovitelné a neobnovitelné. Jako neobnovitelné zdroje energie jsou označovány ty, jejichž množství je omezené, potenciální regenerace 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 využívající 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.

Tepelné elektrárny

Uhelná elektrárna s vysokým komínem, který má pomoci exhalace rozptýlit do větší oblasti a tím je naředit.

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 turbíny je dále rozváděna k odběratelům pro účely vytápění, ohřevu teplé vody a k technologickým účelům. Mezi tepelné elektrárny se občas zařazují i elektrárny plynové a paroplynové, 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 problematické tepelné elektrárny spalující fosilní paliva, neboť produkují velký objem škodlivých emisí - například oxidy dusíku (NO_x), oxid siřičitý, prachové částice nebo polycyklické aromatické uhlovodíky. Jsou také významným zdrojem oxidu uhličitého (CO₂), který se podílí na vzniku tzv. skleníkového efektu. Jako palivo se v Česku nejčastěji používá hnědé uhlí, jehož spalováním vzniká množství strusky a popela. Tepelné elektrárny jsou povinně vybaveny odlučovači popílku a odsiřovacími jednotkami, které snižují množství emisí vypouštěných do ovzduší.

Jaderné elektrárny

Jaderná elektrárna je v okolí dobře viditelná, díky chladicím věžím a oblakům páry.

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 vysoký výstupní výkon vzhledem k dodanému množství paliva. Účinnost u běžných typů tlakovodních reaktorů je o něco nižší než účinnost moderních uhelných elektráren (asi 30 % oproti 35 – 40 % u uhelných elektráren). Menší účinnost je dána omezením maximální teploty vody v primárním okruhu, které zajišťuje inherentní bezpečnost. Výhodou jaderných elektráren je malý objem spotřebovaného paliva, za běžného provozu prakticky nulové exhalace (elektrárna produkuje pouze odpadní teplo a vodní páru) a nízké výrobní náklady. Nevýhodou jsou vysoké náklady na výstavbu, technologicky náročné získávání paliva, 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 a její výkon lze regulovat jen v malém rozmezí. Elektrárna proto vyrábí a dodává elektřinu jen s malou závislostí na odběrovém diagramu), proto je téměř vždy provozována v tzv. základním zatížení sítě

Vodní elektrárny

Malá vodní elektrárna v Norsku.

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.

Větrné elektrárny

Větrná elektrárna.

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 vrcholu 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. Hlavní nevýhodou je nevypočitatelnost a nestálost dodávek energie, neboť jsou závislé na aktuálních povětrnostních podmínkách a v české krajině také nízkým koeficientem využitelnosti, který se u nás pohybuje kolem 4 až 14 % průměrně 11 %^[1] (přímořské oblasti mají kolem 20 až 30 %). 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. U moderních větrných elektráren je však hluk velmi nízký.

Geotermální elektrárny

Geotermální elektrárna na Islandu využívá tektonických zlomů a ohřevu vody o magma.

Geotermální elektrárny využívají energii zemského jádra, kterou získávají z hlubokých 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.

Solární elektrárny

Solární články se využívají v kosmickém průmyslu jako jednoduchý zdroj energie.

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 fotoelektrického jevu, nebo prostřednictvím ohřevu média v solárních kolektorech. Existují také experimentální elektrárny, které prostřednictvím velkých skleněných ploch ohřívají vzduch, který pak stoupá vzhůru a roztáčí větrnou turbínu. Solární články se využívají v kosmickém průmyslu, kde umožňují získávat energii pro kosmická tělesa bez nutnosti dodávek paliva ze Země. Jsou stále hojněji využívané v domácnostech a v malých podnicích jako jedna z variant výroby energie. Zde je ale na rozdíl od kosmického výzkumu překážkou jejich vysoká cena a závislost na počasí.

Přílivové elektrárny

Přílivová elektrárna Annapolis Royal v Novém Skotsku (Kanada)

Vlivem slapových sil Měsíce a Slunce dochází na Zemi k pravidelnému zvedání a klesání mořské hladiny, zvanému příliv a odliv. Tuto energii, vznikající na úkor rotace Země, lze využít. Zatím se energie oceánů využívá velice málo, ale tato technologie má velkou budoucnost z ekologických důvodů, také z důvodů vzrůstající spotřeby energie a snižující se zásoby fosilních paliv. Na druhou stranu stavba přílivových elektráren je možná pouze v některých vhodných oblastech, kde je vysoký rozdíl mezi přílivem a odlivem. Často se ale u stavby přílivových elektráren poukazuje na značné ekologické dopady na okolí. Turbína přílivové elektrárny s vertikálním hřídelem využívá oba směry průtoků vody. Na hřídeli je připojený elektrický generátor, který vyrábí elektrickou energii. Existuje více druhů konstrukce s různými modifikacemi, ale princip je vždy velice obdobný.

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 výzkumů v oblastech jaderné fúze a jaderné transmutace (ADTT), které by se mohly stát základem pro nové generace jaderných elektráren.

Elektrárny v Česku

V Česku se většina elektrické energie vyrábí v tepelných (66 % v roce 2005), jaderných (30 % v roce 2005) a vodních (3,7 % v roce 2005) 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 uveden instalovaný výkon jednotlivých typů elektráren a objem výroby v roce 2005 (zdroj: předběžné údaje ČSÚ).

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 hnědého uhlí v severních Čechách, nebo postavit další jadernou elektrárnu (případně dostavět původně plánované další dva bloky do elektrárny Temelín). Ekologické organizace naproti tomu preferují zásadní snížení energetické náročnosti průmyslu, masivní výstavbu elektráren využívajících obnovitelných zdrojů a výstavbu elektráren na zemní plyn.

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. Plánovány byly rovněž Jaderné elektrárny Blahutovice a Tetov. Zejména elektrárna Temelín je předmětem intenzivní kritiky ze strany rakouských i českých protijaderných organizací. První jadernou elektrárnou na území bývalého Československa byla Jaderná elektrárna Jaslovské Bohunice.

Tepelné elektrárny

Elektrárna v Opatovicích nad Labem

Společnost ČEZ v současnosti provozuje elektrárny Dětmarovice, Hodonín, Chvaletice, Ledvice, Mělník (II a III), Počerady, Poříčí, Prunéřov I a II, Tisová a Tušimice II. Mezi další české tepelné elektrárny patří Opatovice společnosti International Power Opatovice, Vřesová společnosti Sokolovská uhelná, Mělník I 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 odsiřovacími 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 %.

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 vodních elektráren (MVE) většinou průtokových, vzniklých např. na místech původních vodních mlýnů a jezů.

Bibliografie

• Voženílek, L., Lstibůrek, F.: Základy elektrotechniky II. SNTL – nakladatelství technické literatury, Praha, 1989. Str. 355 – 365.

Reference

1. ↑ http://www.czso.cz/csu/2006edicniplan.nsf/t/910022E82F/$File/0001061617.xls

Externí odkazy

• ČEZ, a.s. - elektrárny
• Český statistický úřad - Statistická ročenka České republiky 2005
• Hnutí Duha - Uhelní dinosauři (žebříček nejšpinavějších českých uhelných elektráren)
• Státní energetická koncepce: z čeho budeme vyrábět elektřinu v ČR?
• Vodní elektrárny v České Republice