Sborník. Energetické vzdělávání na základních školách. Seminář I historie Seminář II současnost Seminář III budoucnost

Transkript

1 Sborník Energetické vzdělávání na základních školách Seminář I historie Seminář II současnost Seminář III budoucnost Tato akce byla realizována s dotací ze státního rozpočtu v rámci Státního programu na podporu úspor energie a využití obnovitelných a druhotných zdrojů energie pro rok 2016 září listopad 2016

2 Energetické vzdělávání na základních školách Seminář I historie Mgr. Roman Michálek MBA, Ing. Karel Vraný, Ph.D. Tato akce byla realizována s dotací ze státního rozpočtu v rámci Státního programu na podporu úspor energie a využití obnovitelných a druhotných zdrojů energie pro rok 2016 Program energetického vzdělávání Představení: Roman, Karel Základní informace o projektu EFEKT 2016 EFEKT

3 Program energetického vzdělávání Seminář I - Historie Seminář II - Současnost Seminář III - Budoucnost Program semináře Seminář I Historie Úvodní otázky Energetika základní informace Historický vývoj spotřeby energie Energetické potřeby člověka Regulace škodlivých látek spojená s energetickými požadavky člověka Přestávka Jednotlivé typy elektráren Praktická ukázka: Parní stroj, výroba elektřiny, pohon zařízení EFEKT

4 Úvodní otázky (zjištění základních informací) 1) K čemu potřebujeme energii? Vyjmenujte alespoň 3 oblasti. 2) Jak se vyrábí elektřina? 3) Co jsou fosilní elektrárny? 4) Co jsou to obnovitelné zdroje? Co je biomasa? 5) Na jakém principu funguje klasická žárovka? 6) Jak vypadá energetický štítek spotřebiče? 7) Co znamená A++ a co D na štítku? 8) Kolik elektřiny doma spotřebujete? Kde to zjistím? 9) Jak přibližně vypadá denní diagram spotřeby elektřiny? 10) Jaké množství sluneční energie dopadá na M2 plochy země. Energetika, energie, elektroenergetika základní informace Energetika je průmyslové odvětví, které se zabývá získáváním, přeměnou a distribucí všech forem energie. Jedná se zejména o výrobu elektrické energie v elektrárnách a její distribuci prostřednictvím přenosové soustavy, ale také o těžbu, distribuci a využití uhlí, ropy, zemního plynu, jaderného paliva či dřeva. Dále se může jednat o výrobu a zpracování propanbutanu nebo o využití energie vody, větru, přílivu, odlivu či energie geotermální. V širším slova smyslu zahrnuje též výstavbu a výrobu energetických zařízení. EFEKT

5 Vývoj spotřeby energie v čase Graf růstu spotřeby na obyvatele Graf růstu populace Průmyslová revoluce zlomový bod Zdroje: Jihočeská energetika, Průmyslová revoluce zlomový bod Průmyslová revoluce byla postupná změna v období od 18. do 19. století, kdy se zásadně proměnilo zemědělství, výroba, těžba, doprava a další hospodářské sektory. Do té doby hospodářství dominovalo zemědělství. Ve výrobě docházelo k přechodu od ruční výroby v manufakturách k tovární strojní velkovýrobě za pomoci nových zdrojů energie (tehdy především uhlí) Vliv na: Spotřeba na obyvatele Počet obyvatel Otázky? EFEKT

6 Regulace škodlivých látek spojená s energetickými požadavky člověka Rio konference o klimatu 1992 Konference OSN o životním prostředí a rozvoji, také známá jako Summit Země nebo také Rio konference byla hlavní konference OSN, která se konala v Rio de Janeiro ve dnech 3. až 14. června Kjótský protokol je mezinárodní smlouva k Rámcové úmluvě OSN o klimatických změnách. Průmyslové země se v něm zavázaly snížit emise skleníkových plynů o 5,2 %. Redukce se vztahuje na koš šesti plynů. Kromě oxidu uhličitého (CO2), methanu (CH4) a oxidu dusného (N2O), jejichž emise budou porovnávány k roku 1990, se závazek týká hydrofluoruhlovodíků (HFC), polyfluorovodíků (PFC) a fluoridu sírového (SF6), jejichž emise mohou být porovnávány buď s rokem 1990 nebo Vyhodnocení otázek z úvodu 1) K čemu potřebujeme energii? Vyjmenujte alespoň 3 oblasti. 2) Jak se vyrábí elektřina? 3) Co jsou fosilní elektrárny? 4) Co jsou to obnovitelné zdroje? Co je biomasa? 5) Na jakém principu funguje klasická žárovka? 6) Jak vypadá energetický štítek spotřebiče? 7) Co znamená A++ a co D na štítku? 8) Kolik elektřiny doma spotřebujete? Kde to zjistím? 9) Jak přibližně vypadá denní diagram spotřeby elektřiny? 10) Jaké množství sluneční energie dopadá na M2 plochy země. EFEKT

7 Přestávka Po přestávce zopakování základních pojmů z 1 hodiny Poznáte podle fotografie typ elektrárny, podle čeho ji poznáte? Jaký typ elektrárny je na obrázku? podle čeho jej poznáte? EFEKT

8 Jaký typ elektrárny je na obrázku? podle čeho jej poznáte? Jaký typ elektrárny je na obrázku? podle čeho jej poznáte? EFEKT

9 Elektrárny princip fungování Fosilní Jaderné Vodní Solární (fotovoltaické) Větrné Bioplyn, biomasa Poznáte je? Elektrárny fosilní, jaderné Fosilní - princip: ohřev vody při spalování fosilních látek, přeměna vody na páru, turbína, generátor vyrábí elektřinu, chladící věž, jeden uzavřený okruh + regulace výkonu, minimální riziko v případě havárie - produkce C02, NOx,.. Jaderné - princip: ohřev vody v reaktorové nádobě primární okruh, sekundární okruh jako ve fosilní elektrárně + nízké provozní náklady, nulové emise CO2, nezávislost na ropě - skladování paliva, riziko zamoření v případě havárie regulace výkonu zajímavosti (Francie, Ukrajina, Japonsko) EFEKT

10 Elektrárny větrné, vodní Větrné - princip: vítr předává prostřednictvím lopatek energii generátoru, generátor produkuje el. energii + obnovitelný zdroj,neprodukuje emise, nízké provozní náklady - vyrábí pouze, když fouká vítr zajímavosti: větrné parky sever Německa, sever Číny - přebytky Vodní - princip: voda předává potenciální energii prostřednictvím vodní turbíny generátoru, generátor produkuje el. energii + nízké provozní náklady, nulové emise CO, nezávislost na ropě, může vyrábět po celý rok - Limitované množství vhodných lokalit pro provoz Elektrárny fotovoltaické, bioplynové FVE - princip: polovodičový článek (přechod) přímo vyrábí elektrickou energii při dopadu slunečního záření. Účinnost přeměny energie do 30%. Sluneční konstanta 1360 W/m2 + obnovitelný zdroj,neprodukuje emise, nízké provozní náklady - vyrábí pouze, když svítí slunce!!riziko pro přenosovou soustavu!! Zajímavosti: boom ČR Bioplynové - princip: výroba bioplynu, spalovací motor, kombinovaná výroba elektřiny a tepla+ nízké provozní náklady, nulové emise CO, nezávislost na ropě + obnovitelný zdroj, možnost regulace výkonu - Produkce paliva na standardních osevních plochách EFEKT

11 Praktická ukázka: Parní stroj, výroba elektřiny, pohon zařízení 1) ohřev vody v kotli, generování páry 2) pára přivedena šoupátkem pod píst zleva, píst se posouvá napravo 3) Píst se přesouvá doprava, šoupátko uzavírá přísun páry 4) Píst v pravé úvrati, pára je napouštěna zprava, píst se začíná přesouvat do leva Celý cyklus se opakuje Uzavření 1.semináře Krátké zhodnocení Oznámení termínu pokračování Upozornění na testík pro zajímavost: EFEKT

12 Energetické vzdělávání na základních školách Seminář II současnost Mgr. Roman Michálek MBA, Ing. Karel Vraný, Ph.D. Tato akce byla realizována s dotací ze státního rozpočtu v rámci Státního programu na podporu úspor energie a využití obnovitelných a druhotných zdrojů energie pro rok 2016 Program energetického vzdělávání Seminář I - Historie Seminář II - Současnost Seminář III - Budoucnost EFEKT

13 Program semináře Seminář II Současnost Úvodní otázky Denní diagram spotřeby elektřiny Měsíční diagramy spotřeby elektřiny Denní diagram výroby elektřiny Přestávka Současné elektrárny v ČR Praktická ukázka: výroba elektrické energie v praxi Jaký typ elektrárny je na obrázku? podle čeho jej poznáte? EFEKT

14 Jaký typ/y elektrárny je na obrázku? podle čeho jej poznáte? Úvodní otázky (zjištění základních informací) 1) Co je energetika, čím se zabývá 2) Jaké rozeznáváme typy elektráren 3) Na jakém principu funguje elektrárna na tuhá paliva? 4) Na jakém principu funguje větrná elektrárna? 5) Výhody/ nevýhody fotovoltaických elektráren 6) Výhody/ nevýhody jaderných elektráren 7) Kdy nastal zlom ve spotřebě energie? 8) Jaké množství sluneční energie dopadá na M2 plochy země? 9) Čeho se týká Kjótský protokol? 10) Co je to program Zelená úsporám? EFEKT

15 Denní spotřeba el.energie Ukázkový graf ČR březen pracovní den Důvod výkyvů výkyvů v průběhu dne domácnosti, podniky televizní noviny, večerníček pracovní špička Zdroj dat ERU Roční (měsíční) spotřeba el.energie I 1, 2. čtvrtletí leden maxima odběru, nárůst venkovních teplot => pokles spotřeby (menší potřeba vytápění 3. čtvrtletí prázdninová sezóna, začátek školního roku + nástup topné sezóny 4. čtvrtletí pokles venkovních teplot, topná sezóna. Diagramy 2010 zdroj ERU EFEKT

16 Zatížení základní Jaderné elektrárny Vodní elektrárny Fosilní Relativně nízká cena kwh Elektrárny běží nonstop pološpičkové fosilní špičkové přečerpávací elektrárny plynové, paroplynové elektrárny Vysoká cena kwh Denní výroba el.energie Elektrickou energii nelze efektivně skladovat => výroba = spotřebě Problémy spojené s FVE a větrnými elektrárnami Přestávka Po přestávce zopakování základních pojmů z 1 hodiny Poznáte podle fotografie typ elektrárny, podle čeho ji poznáte? EFEKT

17 Současné elektrárny v ČR Aktuální stav v ČR Převažující fosilních a jaderných elektráren Postupný nárůst obnovitelných zdrojů Pravidlo: výroba = spotřeba => vyrovnaná bilance Zdroj dat ERU Elektrárny v ČR uhelné elektrárny Dětmarovice začátek výstavby1971, dokončení 1976 Palivo černé uhlí, Celkový výkon 800 MW Chvaletice začátek výstavby 1973, dokončení 1979 Tepelná elektrárna Palivo hnědé uhlí, Celkový výkon 800 MW Počerady začátek výstavby 1964, dokončení 1977 Palivo: hnědé uhlí, Celkový výkon 6x 200 MW Další elektrárny: Hodonín, Ledvice, Mělník (II a III), Poříčí, Prunéřov (I a II), Tisová, Tušimice II, Opatovice, Vřesová EFEKT

18 Elektrárny v ČR jaderné JE Dukovany Výkon 4 x440 MW Začátek výstavby 1978 Dokončení Plánovaná životnost 30 let, (50-60 let po rekonstrukci) Náklady na výstavbu 25 miliard Kčs JE Temelín Výkon 2x1000 MW Začátek výstavby 1987 Dokončení Plánovaná životnost 30 let Náklady na výstavbu 98 miliard Kč Elektrárny v ČR přečerpávací Dalešice začátek výstavby 1970, dokončení 1978 Turbína 4 x Francisovy (reverzní) Celkový výkon 480 MW Součástí komplexu Dukovany Dlouhé stráně začátek výstavby 1978, dokončení 1996 Původně plánovány 4 tunely, po revizi projektu realizovány pouze 2 Turbína 2x Francisova Celkový výkon 2x325 MW V případě potřeby 100% výkonu za 100s, Doba dodávky až 6 hodin Důležité zdroje pokrývající energetické špičky EFEKT

19 Elektrárny v ČR vodní Orlík výstavba , stěžejním článkem vltavské kaskády přehrada 720 mil. m3 vody dodávky špičkové elektrické energie výkon 364 MW, turbíny Kaplan najetí na plné zatížení za 128 s betonové přehrady o výšce 91,5 m a délce 450 m Lipno výstavba , vltavská kaskáda obsah nádrže 306 mil. m3 dodávky špičkové elektrické energie celkový výkon 120 MW do 150 vteřin hráz o výšce 26 m, vodní elektrárna se nachází v podzemní kaverně Další vodní elektrárny: Kamýk, Mohelno, Slapy, Štěchovice, Vrané, Hněvkovice, Kořensko, Lipno II a Želina,.. Elektrárny v ČR fotovoltaické Největší v ČR TOP 5: Název Místo Instalovaný výkon MW Spuštění Provozovatel FVE Ralsko Ra 1 Ralsko 38, ČEZ Obnovitelné zdroje, s.r.o. FVE Vepřek Nová Ves-Vepřek 35, FVE CZECH NOVUM FVE Ševětín Ševětín 29, ČEZ Obnovitelné zdroje, s.r.o. FVE Brno - Letiště Tuřany Brno 21,2 2009, 2010 BS Park I, s.r.o. FVE Mimoň Ra 3 Mimoň 17, ČEZ Obnovitelné zdroje, s.r.o. EFEKT

20 Největší v ČR TOP 5: Elektrárny v ČR větrné Lokalita Kraj v ČR Počet Celkový Rok uvedení turbín výkon [MW] do provozu Kryštofovy Hamry Ústecký kraj Horní Loděnice Olomoucký kraj Červený kopec Moravskoslezský kraj 6 13, Andělka Liberecký kraj 6 12, Horní Paseky Karlovarský kraj Elektrárny v ČR bioplyn, štěpka Největší v ČR TOP 5 Bioplynové stanice: Název výkon el. MW výkon tepelný MW rok spuštění Ústřední čistírna odpadních vod Praha 5,4 7, Bioplynová stanice Králíky 3,9 3, ČOV Plzeň 2,1 2, BPS Bratčice II 2,1 2, Bioplynová stanice Kozojídky 2,0 2, EFEKT

21 Praktická ukázka Výroba elektrické energie Dynamo, generátor FVE Uzavření 2.semináře Krátké zhodnocení Oznámení termínu pokračování Upozornění na testík pro zajímavost: EFEKT

22 Energetické vzdělávání na základních školách Seminář III budoucnost Mgr. Roman Michálek MBA, Ing. Karel Vraný, Ph.D. Tato akce byla realizována s dotací ze státního rozpočtu v rámci Státního programu na podporu úspor energie a využití obnovitelných a druhotných zdrojů energie pro rok 2016 Program energetického vzdělávání Seminář I - Historie Seminář II - Současnost Seminář III - Budoucnost EFEKT

23 Program semináře Seminář III Budoucnost Zopakování informací ze Seminářů I a II Očekávaný trend vývoje Kvíz Přestávka Závěrečné shrnutí Úvodní otázky (zopakování informací z předchozích seminářů) 1) Jak vypadá denní diagram výroby elektřiny? 2) Ve kterém období / měsíci je největší spotřeba elektřiny a proč? 3) Ve kterém období / měsíci je nejmenší spotřeba elektřiny a proč? 4) Je možné elektřinu dlouhodobě skladovat? Pokud ano, jakým způsobem? 5) Jaký má dopad vzrůstající spotřeba energií na životní prostředí? 6) Jaké rozeznáváme typy elektráren? 7) Je všeobecnou snahou snížit emise škodlivých látek? Pokud ano, co se proto dělá? 8) Kolik máme v ČR jaderných elektráren? Vyjmenujte je. 9) Jaký je rozdíl mezi jadernou elektrárnou a elektrárnou uhelnou, jak se dají na první pohled rozeznat? 10) Čeho se týká Kjótský protokol? EFEKT

24 Očekávaný trend vývoje Energetický nárůst spotřeby v rozvojových zemích (komfort bydlení, auta, průmysl, zvyšování počtu obyvatel) Lepší využívání energie u vyspělých států Moderní technologie smart metering, smart grids Nové zdroje budoucnosti, obnovitelné zdroje Kogenerace, trigenerace, baterie Zdroje: Jihočeská energetika, Dopad na životní prostředí Snaha o snížení emisí v ovzduší Kjótský protokol, Rio, Paříž Vliv světových mocností jaderné testy, vojenské testování zbraní, stavění megalomanských staveb (dálnice v deštném pralese, obří elektrárny) Vliv mocenských skupin kácení lesů a pralesů, těžba neobnovitelných zdrojů (ropa, uhlí) Nesmyslné vyhlášky a rozhodnutí (EU) x řízené podvody (VW, Hyundai, Mitsubishi) Moderní technologie smart metering, smart grids Nové zdroje budoucnosti Kogenerace, trigenerace, baterie EFEKT

25 Optimistický Scénář I možného vývoje energetiky Lidé si uvědomí stav ohrožení planety země a začnou ji chránit Sníží své energetické potřeby Pomocí nových technologií sníží obsah škodlivých látek v ovzduší na minimum Omezí těžbu fosilních paliv Omezí zbyteční plýtvání se zdroji převážení zboží přes celý kontinent, výroba nekvalitního zboží, které má malou trvanlivost, nahrazování funkčních výrobků novými (automobily, elektronika, telefony) Nahodilý spásný objev? Realistický Scénář II možného vývoje energetiky Část populace bude usilovat o snížení negativních dopadů energetiky na naši planetu, vlivnější zbytek populace bude navyšovat dál své zisky na úkor dopadu na životní prostředí Lidé nebudou ochotni slevit ze svých energetických potřeb Pozvolné zavádění moderních technologií s pozitivním dopadem na životní prostředí Díky úbytku fosilních paliv se zdroje pro výrobu energie budou nahrazovat obnovitelnými zdroji Lidé omezí kupování nekvalitních výrobků a dají přednost kvalitě EFEKT

26 Pesimistický Scénář III možného vývoje energetiky Mocenské skupiny budou velmi negativně přispívat na životní prostředí planety, přibude válek a konfliktů Lidé ve vyspělých státech budou dále navyšovat své energetické potřeby, výrazně naroste energetická spotřeby v zaostalých státech Moderní technologie s pozitivním dopadem na životní prostředí budou finančně nedostupné a nebudou zaváděny hromadně Přírodní zdroje budou vyčerpány, druhotné zdroje energie nebudou vhodně zasazovány do okolní krajiny Energetický kvíz 1. Kdo vynalezl žárovku? (T A E) 2. Jmenuj tři typy elektráren. (V, V, S, J, T) 3. Jaké znáš neobnovitelné zdroje energie? Jmenuj tři! (R, U, Z P) 4. Dřevo, sláma, siláž, zbytky rostlin, atd. označujeme jedním slovem: (B) 5. Jaké znáš obnovitelné zdroje energie? Jmenuj tři! (V, V, S) 6. Alternativní zdroje energie nazýváme také? (O Z E) 7. Co patří mezi fosilní paliva kromě uhlí, ropy a zemního plynu? (R) 8. Paliva, patřící mezi neobnovitelné zdroje energie: (F P) 9. Jaké jaderné elektrárny v ČR znáš? (D, T) 10. Nevýhodou vodních elektráren je, že jsou závislé na: (P V) 11. Jaká je nevýhoda jaderných elektráren? (R O) 12. Jádra atomů jakého prvku se štěpí v jaderných reaktorech ČR? (U) 13. Nejstaršími zdroji energie byly: (V a V) 14. Odpad, který se může použít např. ke kompostování, se nazývá: (B O) 15. Jmenuj vodní elektrárnu poblíž Dukovan. (D, M) 16. Český překlad slova solární. (S) 17. Jaké panely využívají slunce k výrobě elektrické energie? (F) 18. Jaká je jednotka elektrického výkonu? (W) 19. Nízkoenergetický dům nazýváme: (P D) 20. Přístroj, který udává spotřebu elektrické energie domácnosti, se nazývá: (E) EFEKT

27 Přestávka Po přestávce zopakování základních pojmů z 1 hodiny Co by jste udělal pro ochranu země, pokud by jste měl neomezené možnosti? Co uděláte už nyní? Energetický kvíz (odpovědi) 1. Kdo vynalezl žárovku? (T A E) Thomas Alva Edison 2. Jmenuj tři typy elektráren. (V, V, S, J, T) vodní, větrná, sluneční, jaderná, tepelná 3. Jaké znáš neobnovitelné zdroje energie? Jmenuj tři! (R, U, Z P) ropa, uhlí, zemní plyn 4. Dřevo, sláma, siláž, zbytky rostlin, atd. označujeme jedním slovem: (B) biomasa 5. Jaké znáš obnovitelné zdroje energie? Jmenuj tři! (V, V, S) voda, vítr, slunce 6. Alternativní zdroje energie nazýváme také? (O Z E) obnovitelné zdroje energie 7. Co patří mezi fosilní paliva kromě uhlí, ropy a zemního plynu? (R) rašelina 8. Paliva, patřící mezi neobnovitelné zdroje energie: (F P) fosilní paliva 9. Jaké jaderné elektrárny v ČR znáš? (D, T) Dukovany, Temelín 10. Nevýhodou vodních elektráren je, že jsou závislé na: (P V) průtoku vody 11. Jaká je nevýhoda jaderných elektráren? (R O) radioaktivní odpad 12. Jádra atomů jakého prvku se štěpí v jaderných reaktorech ČR? (U) uranu 13. Nejstaršími zdroji energie byly: (V a V) voda a vítr 14. Odpad, který se může použít např. ke kompostování, se nazývá: (B O) biologický odpad 15. Jmenuj vodní elektrárnu poblíž Dukovan. (D, M) Dalešice, Mohelno 16. Český překlad slova solární. (S) sluneční 17. Jaké panely využívají slunce k výrobě elektrické energie? (F) fotovoltaické 18. Jaká je jednotka elektrického výkonu? (W) Watt 19. Nízkoenergetický dům nazýváme: (P D) pasivní dům 20. Přístroj, který udává spotřebu elektrické energie domácnosti, se nazývá: (E) elektroměr EFEKT

28 Energetické zdroje budoucnosti návrat ke kořenům Energie větru využívaná již tisíce let, největší rozmach na přelomu středověku a novověku Historické využití vodní mlýn, čerpání vody, pohon lodí Nejčastější využití v současnosti větrná elektrárna Energie vody Zatím se využívá převážně sladkovodní zdroje vody Využité vody z oceánu je malé, přitom podíl oceánu je 96% z celkového objemu vody na zemi Energie slunečního záření Využití k výrobě tepla a elektřiny, nepřímo k tepelné energii prostředí (vody, vzduchu) Na území ČR dopadne za rok x více energie, než je veškerá spotřeba paliv Geotermální energie Nejstarší typ energie, Země ji získala již při svém vzniku Projevy energie jsou gejzíry, erupce sopek, horké prameny, parní výrony Energetické zdroje budoucnostiinteligence Kogenerace Malý energetický zdroj, výroba elektřiny a tepla Trigenerace Malý energetický zdroj, výroba elektřiny, tepla a chlazení Energie biomasy Spalování biomasy a biopaliv (cíleně pěstovaných rostlin x spalování odpadů) Energie bioplynu Produkován při rozkladu organických látek (hnůj, zelené rostliny, sláma, stonky kukuřice Obsahuje sirovodík Nové zdroje v dopravě Hybridní pohon, elektřina, CNG, LPG EFEKT

29 Energetické zdroje budoucnosti jaderné zdroje Výhody Velký výkon Šetrný zdroj výroby elektrické energie k životnímu prostředí Nevznikají skleníkové plyny Malý objem spotřebovaného paliva Nevýhody Vysoké finanční a technologické náklady na výstavbu Malý rozsah regulace výkonu Skladování jaderného odpadu Rizika Nebezpečí havárie s fatálními následky na obrovská území Únik kontaminovaných látek do životního prostředí Snižování spotřeby Energetický audit v celé škále odběrů Pasivní a aktivní stavby Tepelná čerpadla Osvětlení LED x klasické žárovky Snížení spotřeby u spotřebičů Snížení spotřeby u automobilů podvody v co2, udávané spotřebě EFEKT

30 Řízení sítí, řízení spotřeby Nové sítě pro přenosy špiček Smart metering Smart grids Ostrovní systémy Šetříme energií cvičení 3 skupin Rodinný dům Škola Továrna EFEKT

31 Uzavření 3.semináře Vyhodnocení, rekapitulace Certifikace Mladý Energetik Praktická ukázka LED osvětlení EFEKT