Energetické zdroje naší planety a jejich využití: Porovnání verzí

== Suroviny ==

=== Fosilní paliva ===

==== Uhlí ====

Asi nejvýznamnějším zdrojem energie jsou dnes fosilní paliva, ačkoli jejich význam dnes již spíše klesá. Do skupiny fosilních paliv patří především uhlí, a to jak černé uhlí, které je kvalitněji prouhelněné, tak i hnědé uhlí, které je méně kvalitní, má vyšší obsah vody a síry a má přibližně poloviční výhřevnost. Uhlí vznikalo tak, že se organický materiál, především rostlinný, dostal do hlubších vrstev zemské kůry, kde se rozkládal velmi dlouhou dobu za nepřítomnosti vzduchu. Černé uhlí vznikalo v době před 280–350 milióny lety, jeho sloje jsou dnes mnohem mohutnější, než sloje hnědého uhlí, a jsou uloženy ve větší hloubce, někdy až 1200 metrů. Hnědé uhlí se vytvářelo podstatně menší dobu a v menší hloubce, proto se musí těžit povrchově, což má většinou za následek rozsáhlou devastaci krajiny a rušení některých vesnic. Těžba uhlí ve větším měřítku začala už v 17. století a odhaduje se že světové zásoby uhlí by měly vydržet ještě asi 600 let. Největší nevýhoda uhlí je, že jeho spalování v uhelných elektrárnách uvolňuje do ovzduší velké množství škodlivých látek. Uhelná elektrárna o výkonu 1000 MW spotřebuje během jednoho roku svého provozu přibližně 130 tisíc vagónů uhlí a do ovzduší vypustí 200 tisíc tun oxidu siřičitého SO₂, 30 tisíc tun oxidu dusíku NO_X, 16 tisíc tun popílku a desítky tun těžkých, toxických a zčásti i radioaktivních látek. Krajinu v okolí navíc zatěžuje každoročně 1,8 milionu tun popela, který se sice odplavuje na vzdálenější skládky, ale vítr ho beztak rozfoukává po okolí. Takové zničení životního prostředí můžeme dnes vidět například na severu Čech, kde se provoz uhelných elektráren negativně podepsal na Krušnohorských lesích.

 

== Tepelná elektrárna ==

Tepelná elektrárna pracuje na principu přeměny tepelné energie ze spalování uhlí nebo zemního plynu, na energii mechanickou, která pohání turbínu a vyrábí tak elektrickou energii. Proces výroby elektrické energie začíná tím, že uhlí putuje ze skládky do elektrárny. Tady se nejprve zbavuje magnetickým lapačem železných nečistot, které by mohly poškodit uhelné mlýny. Poté se uhlí drtí v uhelných mlýnech na jemný prášek, současně se suší a předehřívá horkým vzduchem nasávaným z prostoru nad kotlem. Ventilátorem s regulací výkonu se vhání směs prášku a horkého vzduchu do hořáků, ústících vějířovitě do spalovací komory kotle. Pokud se jako palivo používá zemní plyn, pak se vhání přímo do hořáků bez nutnosti jakýchkoli jeho úprav. Plameny o teplotě až 1200 °C ošlehávají varné trubky, které procházejí kotlem. Pára, která v trubkách vzniká, se odděluje od vařící vody a v trubkách přehříváku se zahřívá na 560 °C. Pod tlakem 18 MPa je vedena parovodem do vysokotlaké skříně turbíny, kde prochází mezi lopatkami rotoru, a jejich otáčením koná práci, která je pak převedena v alternátoru na střídavý elektrický proud. Hřídel turbíny je dlouhá až 70 metrů a jsou na ní zamontovány rotory z lopatkových kol, zvlášť ve vysokotlaké části, zvlášť v nízkotlaké části. Do nízkotlaké části turbíny se dostane pára po opuštění vysokotlaké části a jejím mezipřehřátí, kde předá zbytek své energie a na výstupu z nízkotlaké části turbíny se sráží v kondenzátoru. Po úpravě, kondenzaci (zkapalnění) a odplynění se vrací pod tlakem zpět do kotle. Ke kondenzaci každé tuny páry je zapotřebí sedmdesátkrát větší množství studené vody. Protože tolik ji nebývá k dispozici, musí být chladící systém uzavřený přes chladící věže, kde se ohřátá voda rozstřikováním ochlazuje vzduchem a vrací se do kondenzátoru. Část vody se ale odpařuje a musí být proto neustále doplňována. Spaliny z kotle projdou přes rotační ohřívač, který jim odebere část tepla a poté jsou odsávány přes několikadílné filtry, které zachytí až 98 procent popílku. Zbylé kouřové plyny o teplotě přibližně 150 °C jsou vedeny sopouchem do komína.

 

:''Reaktory typu VVER 440 obsahují 349 kazet po 126 tyčích paliva, reaktory VVER 1000 obsahují 151 kazet po 331 tyčích. Jednou za rok je potřeba část paliva vyměnit, veškerou manipulaci s palivem musí kvůli vysoké radioaktivitě provádět pouze dálkově ovládané stroje.''

 

 

Obvyklý reaktor musí obsahovat také moderátor – může to být buď [[w:grafit|grafit]] (tuha), lehká, nebo [[w:těžká voda|těžká voda]]. Moderátor v reaktoru zpomaluje [[w:neutrony|neutrony]], protože zpomalené neutrony mají vyšší šanci vyvolat jadernou reakci než nezpomalené. Při jaderné reakci se uran rozpadá na dva prvky s menším [[w:nukleonové číslo|nukleonovým číslem]], které narážejí do okolních atomů a uvolňují tak teplo a tři neutrony, které působí rozpadání dalších jader. Především podle použitého moderátoru a také podle druhu chladiva rozeznáváme několik druhů jaderných elektráren.

=== Lehkovodní reaktor ===

 

 

Nejrozšířenějším typem na světě jsou lehkovodní reaktory. Jejich předností je vyšší bezpečnost, levný provoz a jednoduchost. Moderátorem a chladivem zároveň je zde lehká voda (H₂O), odpadá tedy starost, jak zamezit ve styku moderátoru s chladivem, jako je u grafitových reaktorů. Protože lehká voda má horší moderační vlastnosti než ostatní moderátory, musí se používat jako palivo obohacený uran, kde koncentrace izotopu U₂₃₅ dosahuje 4,5 %.

 

== Vodní elektrárny ==

Dalším rozšířeným typem jsou vodní elektrárny neboli hydroelektrárny. Na světové výrobě energie se podílí pouze asi pěti procenty. Vodní elektrárny jsou stavěny především v přehradách, někdy se stavějí i v horských oblastech, kde využívají velkého spádu vody. Jejich princip je velice jednoduchý a spočívá ve využívání energie vody, která teče spádem z vyššího místa (A) a pohání turbínu (C) připojenou na alternátor (D). V dnešních hydroelektrárnách se používají téměř výhradně tři typy turbín – Peltonovo kolo, Francisova turbína a Kaplanova turbína.

 

 

== Sluneční elektrárny ==

Další alternativou je sluneční energie. Na jeden čtvereční metr zemského povrchu dopadá sluneční záření o výkonu až přes 1 kW. Dnes je na principu zachytávání slunečního záření postavena celá řada zařízení k ohřívání vody, nebo vytápění bytů, existují i sluneční elektrárny. Nejběžnějším zařízením pro zachycování sluneční energie je černá kovová deska, která dobře pohlcuje sluneční energii. Přes tuto desku jsou položeny až tři vrstvy průhledného skla, čímž vzniká skleníkový efekt. Teplo je z desky odváděno většinou pomocí vody. Takto získaná energie je sice zadarmo, ale náklady na stavby těchto zařízení dosahují velké výše. Sluneční energie se dá využít nejen na výrobu tepla, ale i elektrické energie. Proto se mohou používat ohniskové kolektory, což je zařízení které soustředí sluneční záření do malé plochy a umožní takto vyrábět páru potřebnou k pohonu turbín. Jejich nevýhodou je, že musí neustále sledovat slunce během jeho pohybu po obloze. Obrovskou výhodou slunečních elektráren je, že ačkoli ke stavbě větší sluneční elektrárny tohoto typu o výkonu 500 MW je potřeba plocha přes 15 km², panely je možno nainstalovat na střechy stávajících budov, takže na rozdíl od uhelných a jaderných elektráren vůbec nemusí zabírat ornou půdu. Nejperspektivnější využití sluneční energie bude tedy její přímá přeměna v elektrický proud pomocí fotovoltaických článků. V padesátých letech byly zkonstruovány první polovodiče, které po osvětlení vyrábějí elektrický proud. Fotovoltaické články byly použity na prvních kosmických sondách a družicích a jejich pozemské využití bylo malé. V současnosti největší fotovoltaický systém v kosmu představují panely Mezinárodní kosmické stanici disponuje výkonem 110 kWp. V současnosti již vysoce převažují pozemské instalace, celosvětový instalovaný výkon se pohybuje kolem 15 GWp, nejvíce v Německu. Díky masivní podpoře vyspělých zemí klesly investiční náklady natolik, že v současnosti je ve slunných oblastech světa fotovoltaika nejvýhodnější zdroj energie. Očekává se proto další intenzivní růst instalovaného výkonu a snižování cen. Dokonce i v České republice je elektřina z fotovoltaických panelů levnější než z motorových elektrocentrál.

 

V ČR je koeficient ročního využití kolem 1000 hodin, což je srovnatelné s největším fotovoltaickým trhem v Německu. Skutečně dodávaný výkon jedné elektrárny může být velmi proměnlivý, jen zcela výjimečně se pohybuje nad 80 % jmenovitého výkonu. Na území celé republiky však celkový výkon kolísá jen málo a pomalu a lze jej velmi dobře předpovídat až na dva dny dopředu, což je pro plánování provozu elektrizační soustavy dostatečné.

== Větrné elektrárny ==

Vítr se v dávných dobách používal především k pohonu plachetnic a větrných mlýnů. Dnes se energie větru zachycuje pomocí větrných kol nebo rozměrných vrtulí a pomocí alternátoru se převádí na elektrickou energii. K postavení výkonnější větrné elektrárny je potřeba velké množství větrných kol a také větší plocha, protože jednotlivé vrtule si kvůli optimálnímu využití energie větru nemohou příliš „zaclánět“. Rozměry vrtule dosahují až několika desítek metrů, takto velké vrtule dodávají energii řádově stovek kilowattů. Náklady na stavbu větrných elektráren zatím převyšují náklady na stavbu konvenčních elektráren, možnosti jejich stavby se omezují jen na větrné oblasti a proto se zatím používají jen v malém měřítku a jejich podíl na světové výrobě energie je zanedbatelný.

V ČR je koeficient ročního využití poměrně nízký, na instalovaný (maximální) výkon běží výjimečně, skutečně dodávaný výkon je tak na desetina instalovaného výkonu /průměrně bráno během roku/.