Elektroenergetika – Výroba energie

Výroba elektrické energie využívá různých technologických postupů na základě použitých zdrojů. Vždy jde o přeměnu primární energie (obsažené ve zdrojích) na energii elektrickou. Pokud při výrobě elektřiny vzniká teplo, využívá se také pro vytápění či ohřev vody, a to pomocí kogeneračních jednotek.

 

 

Tepelné elektrárny

Pracují na jednoduchém principu spalování. Získané teplo ohřívá vodu, ze které se uvolňuje vysokotlaká pára, pohánějící turbínu. Turbína je napojena na generátor elektrické energie. Teplo nevyužité při ohřevu vody slouží většinou k vytápění a ohřevu teplé užitkové vody.

Tepelné elektrárny využívají tyto zdroje:

  • černé a hnědé uhlí
  • zemní plyn
  • biomasa a bioplyn
  • ropné produkty

Pro spalování výše uvedených zdrojů není vždy možné použít stejnou elektrárnu. V zařízení určené pro uhlí nelze například spalovat zemní plyn ani bioplyn.  Proto se specifikace tepelných elektráren rozlišuje podle použitého zdroje na:

  • uhelné elektrárny
  • plynové elektrárny
  • elektrárny na biomasu
  • bioplynové elektrárny

Jaderné elektrárny (JE)

Využívají štěpný proces, při kterém probíhá přeměna vazebné energie jader obohaceného uranu na elektrickou energii. Při štěpné reakci vzniká teplo, které je opět využíváno k výrobě vysokotlaké páry. Ta opět putuje do turbíny, stejně jako u tepelných elektráren. Odpadem tohoto procesu je pouze teplo a vodní páry.

Jaderné elektrárny mají výborný poměr dodaného paliva ku získanému množství energie. Jejich nevýhodou jsou vysoké náklady na výstavbu, produkce radioaktivního odpadu, náročného získávání paliva a velmi omezené možnosti regulovat výkon. Výbuch jaderné elektrárny by bezesporu znamenal katastrofu, ovšem pravděpodobnost, že by se tak stalo se v moderních JE rovná téměř nule.

Vodní elektrárny

Oproti tepelným a jaderným elektrárnám, nevyužívají vodní elektrárny teplo, ale kinetickou sílu vodního proudu. Voda přímo pohání turbínu, která je opět napojená na generátor elektrické energie. Ve vodních elektrárnách se využívá Francisova nebo Kaplanova turbína (reakční typy), nebo Peltonova turbína (akční typ).

Rozlišujeme 3 typy vodních elektráren:

  • průtoková – instaluje se přímo na vodních tocích. Nevýhodou je závislost výkonu na aktuálním průtoku v řece.
  • akumulační – elektrárna je součástí hráze vodního díla, které je zpravidla stavěno právě z důvodu využití vodní energie
  • přečerpávací – využívá se jako „sklad elektřiny“, který částečně řeší rozdílné požadavky na množství energie v závislosti na denní době. Tyto elektrárny mají 2 nádrže – horní a spodní. V době kdy výroba energie z ostatních elektráren vysoce převyšuje její spotřebu, se tato využívá k přečerpání vody do horní nádrže. V energetické špičce se voda vypouští do spodní nádrže. Po cestě dolů pohání turbínu a vyrábí elektřinu, které je v tu chvíli zapotřebí nejvíce.

Větrné elektrárny

Síla větru pohání rotor, který je opatřen lopatkami, jejichž úhel zakřivení zajišťuje co možná nejefektivnější využití větru. Rotor je napojený na generátor, kde je mechanická energie přeměněna na elektřinu.

Sluneční elektrárny

Přeměna sluneční energie na elektřinu je možná několika způsoby, z nichž některé vyžadují přírodní podmínky v našich zeměpisných šířkách nedosažitelné. Na základě principu přeměny energie rozlišujeme elektrárny takto:

 Fotovoltaická elektrárna

Využívá fotovoltaického jevu, známého již od konce 19. století. Fotovoltaické články jsou vyrobeny z polovodiče (obvykle křemíku). Při dopadu světla na článek se uvolňují elektrony, čímž vzniká množství kladných a záporných nábojů, potažmo elektrické napětí. Fotovoltaické články vyrábějí stejnosměrný proud, který je ve střídači konvertován na proud střídavý.

Termoelektrická elektrárna

Je založena na tzv. Seebeckově jevu (v obvodu ze dvou různých vodičů vzniká elektrický proud, pokud jejich spoje mají různou teplotu). Termoelektrický článek je tvořen dvěma, na konci spojenými, různými vodiči. Do slunečních sběračů uložený termoelektrický článek pak vyrábí elektřinu na základě zmíněného Seebeckova jevu. Více termoelektrických článků pohromadě tvoří termoelektrický generátor.

Sluneční tepelná elektrárna

Funguje na podobném principu jako ostatní tepelné elektrárny. Místo vody se ohřívá olej, který teprve předá teplo vodě. Hlavní rozdíl je v tom, že ohřev oleje zajišťuje soustava otáčivých zrcadel (heliostatů), které směřují sluneční paprsky do jednoho ohniska. V tom je umístěný kotel naplněný zmíněným olejem. Vodní pára opět pohání turbínu napojenou na generátor. Nejlepších výsledků dosahují tyto elektrárny v pouštích. Uvažuje se o využití Sahary a dopravy elektřiny do Evropy přes Gibraltar.

Sluneční elektrárna s využitím palivového článku

Pomocí slunečního záření rozložíme vodu na kyslík a vodík, čímž dojde k uložení sluneční energie do obou prvků. Při jejich následném sloučení získáme teplo nebo elektrický proud – odpadem je opět čistá voda. Palivový článek funguje jako měnič chemické energie na energii elektrickou. Účinnost palivových článků je ohromujících 90%. Je tedy pravděpodobné, že jejich využití se bude v budoucnu rozšiřovat.

Geotermální elektrárny

Využívají vulkanické činnosti k ohřevu vody, ze které vzniká vysokotlaká pára. Ta je, stejně jako v tepelných elektrárnách, využita pro pohon turbíny, potažmo generátoru elektřiny. V některých oblastech je možné využít přímo páru, která se stoupá od gejzírů. Není pak potřeba přenosové médiu, ale pára se rovnou směruje do turbíny.

Jiné elektrárny

Mimo výše popsaných typů elektráren lze získávat energii obdobnými způsoby z dalších alternativních zdrojů.

  • přílivové, příbojové elektrárny a elektrárny využívající mořské proudy – fungují často na principu vodních turbín. Způsoby využití této energie se stále zkoumají a v celosvětovém měřítku mají zanedbatelný podíl na vyrobené energii.
  • OTEC elektrárna – snaží se efektivně využít tepelnou energii moří a oceánů. Teplejší mořská voda prochází výměníkem, kde předává teplo amoniaku, který pak prochází turbínou. Následně je opět ochlazen chladnější vodou a putuje zpět do výměníku – celý proces se opakuje.