Elektrárna

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Chladící věže elektrárny chrlící vodní páru do amotsféry.
Chladící věže elektrárny chrlící vodní páru do amotsféry.

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

V popředí uhelné elektrárny na neobnovitelná paliva několik větrných elektráren.
V popředí uhelné elektrárny na neobnovitelná paliva několik větrných elektráren.

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

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}}}]].
Uhelná elektrárna s vysokým komínem, který má odvádět exalace do míst, kde vane stálý vítr.
Uhelná elektrárna s vysokým komínem, který má odvádět exalace do míst, kde vane stálý vítr.

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 okolí dobře viditelná, díky chladícím věžím a oblakům páry.
Jaderná elektrárna je v okolí dobře viditelná, díky chladícím 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 je sice o něco nižší než u uhelných elektráren (cca 30% oproti 35%-40% u uhelných elektráren), tepla však vzniká dostatek a menší účinnost proto není tolik na škodu. Výhodou je tedy 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, obtížné 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, 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}}}]].
Malá vodní elektrárna v Norsku.
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.

[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}}}]].
Větrná elektrárna.
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 % (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. 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 elektrárna na Islandu využívá tektonických zlomů a ohřevu vody o magma.
Geotermální elektrárna na Islandu využívá tektonických zlomů a ohřevu vody o magma.

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 články se využívají v kosmickém průmyslu jako jednoduchý zdroj energie.
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 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 [chybí zdroj], 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] Přílivové elektrárny

Přílivová elektrárna Annapolis Royal v Novém Skotsku (Kanada)
Přílivová elektrárna Annapolis Royal v Novém Skotsku (Kanada)
Podrobnější informace naleznete v článku Přílivová elektrárnanaleznete v článcích [[{{{2}}}]] a [[{{{3}}}]]naleznete v článcích [[{{{4}}}]], [[{{{5}}}]] a [[{{{6}}}]]naleznete v článcích [[{{{7}}}]], [[{{{8}}}]], [[{{{9}}}]] a [[{{{10}}}]].

Celá plocha světových moří a oceánů je neustále v pohybu, což tvoří obrovský potenciál síly a tedy i energie, kterou 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 u stavby přílivových elektráren poukazuje i na značné ekologické dopady na okolí.

Přitažlivostí Měsíce a Slunce dochází na Zemi k pravidelnému zvedání a klesání mořské vody, zvanému příliv a odliv. 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.

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

[editovat] Podívejte se také na