Energetické zdroje naší planety a jejich využití: Porovnání verzí

První využití jaderné energie je datováno rokem 1954, kdy se v Obninsku u Moskvy rozběhl první jaderný reaktor o výkonu 5 MW. V současnosti se v jaderných reaktorech vyrábí 15 procent světové energie. Jako paliva do jaderných reaktorů se využívá především uran, energie z jednoho kilogramu izotopu uranu U₂₃₅ (tzv. štěpného uranu) je stejná jako energie ze spálení 2 760 tun kvalitního černého uhlí, tj. přibližně 23 gigawatthodin. Uran se v přírodě vyskytuje ve dvou izotopech, první z nich je uran s nukleonovým číslem 235, který obsahuje 92 protonů a 143 neutronů a značí se U₂₃₅. Druhý izotop má o tři neutrony víc, jeho nukleonové číslo je 238 a označuje se U₂₃₈. V přírodním uranu je tento izotop zastoupen 99,3 procenty, ale na štěpné reakci se přímo nepodílí, kdežto izotop uranu 235, který je pro štěpnou reakci klíčový, je zastoupen pouze 0,7 procenty. Přírodní uran se před použitím musí obohatit, aby obsahoval 3–5 procent izotopu U₂₃₅. Při obohacování 100 tun přírodního uranu takto odpadne asi 77 tun tzv. ochuzeného uranu, který se hromadí na haldách v místech zpracování. Do reaktoru se palivo zakládá v palivových kazetách v obsahujících oxid uraničitý UO₂. V reaktoru je palivový článek průměrně tři roky, během nichž se podíl uranu U₂₃₅ sníží asi na 1 procento a z uranu U₂₃₈ vzniká plutonium Pu₂₃₉, a další přibližně 3 procenta odpadních produktů, které jsou silně radioaktivní. Po vyjmutí se musí vyhořelé palivové články přesunout za velice přísných bezpečnostních opatření do vodních bazénů vedle reaktoru na dobu 1–5 let. Během této doby články vyzařují velké množství radioaktivity a zahřívají se teplem z přirozeného rozpadu, proto se musí neustále chladit. Přibližně desetina z těchto vyhořelých článků se přepracovává ve speciálním závodě, kde se od uranu oddělí produkty reakce a uran se znovu použije, avšak v praxi lze recyklovat uran jen jednou a plutonium pouze asi čtyřikrát, protože v palivu stoupá množství neštěpitelných izotopů. Recyklování uranu je také mnohonásobně dražší, než jeho těžba (jeden kilogram vytěženého uranu dnes stojí okolo 28 dolarů), proto jsou závody na jeho přepracování málo využité. Dalších 20–40 let pokračuje proces radioaktivního vymírání paliva v tzv. meziskladu, po uplynutí této doby a vyjmutí z meziskladu musí být pohřbeny v bezpečných obalech v hlubinných podzemních šachtách a do doby, než veškerá radioaktivita zmizí, musí být izolovány od všeho živého, což trvá několik tisíc let. Na druhou stranu je nutné si uvědomit, že při jaderné reakci nevznikají kromě radioaktivního odpadu žádné jiné nežádoucí škodliviny, a tak je jaderná energie poměrně ekologická. Recyklování uranu se však i přes vysoké ceny stane brzy nezbytností protože při jeho současném využití přechází 99,5% uranu do odpadu, a tímto tempem spotřeby vydrží světové zásoby uranu pouze na 70 let, čili přibližně stejně dlouho jako ropa. Alternativou je použití tzv. rychlých reaktorů, které štěpí i naplozené plutonium, takže využití uranu se zlepší asi sedmdesátkrát.

 

 

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.

 

K ohřívání páry lze místo uhlí nebo zemního plynu využít také geotermální energie. Teplota půdy stoupá s každým kilometrem asi o 10 °C, v některých geologicky mladších vrstvách dosahuje půda teploty 300 °C již v hloubce 4 kilometrů. Geotermální elektrárna využívá čerpání vody do velké hloubky, kde se ohřívá a mění na páru, odkud je zas čerpána po ohřátí zpět a je vedena pod tlakem k turbínám, kde vyrábí elektrický proud. Velkou výhodou geotermálních elektráren je jejich šetrnost k životnímu prostředí, ale jejich nevýhodou je, že je lze postavit pouze na místech, kde jsou geologicky příznivé podmínky. Dnes je na celém světě jen deset geotermálních elektráren s celkovým výkonem 2000 MW, část z nich se nachází v severní Evropě na Islandu.