Digitální učební materiál

Transkript

1 Evidenční číslo materiálu: 503 Digitální učební materiál Autor: Mgr. Pavel Kleibl Datum: Ročník: 9. Vzdělávací oblast: Člověk a příroda Vzdělávací obor: Fyzika Tematický okruh: Energie Téma: Výroba a přenos elektrické energie Druh učebního materiálu: Prezentace Anotace: Prezentace seznamuje žáky s principem výroby elektrické energie v různých typech elektráren a s elektrickou rozvodnou sítí.

2 Výroba a přenos elektrickéenergie

3 Výroba elektrické energie V dnešní době si již neumíme představit život bez elektrické energie. Spotřebiče, které používáme v domácnosti, potřebují elektrickou energii. Většina elektrické energie se vyrábí v elektrárnách. Hlavní typy elektráren v ČR: tepelné jaderné vodní solární (fotovoltaické) větrné

4 Tepelné elektrárny V České republice se největšíčást elektrické energie vyrábí v tepelných elektrárnách (přes 60 % v roce 2010). Při spalování paliva dochází k přeměně chemické energie vázané v palivu na tepelnou energii spalin, které ohřívají vodu. Voda se mění na páru a pohání turbínu spojenou s generátorem, ve kterém se pohybová energie přeměňuje na energii elektrickou. Pára se potom ochladí (zkapalní) v kondenzátoru a vrací se zpět do oběhu. animace Horká pára může sloužit i k vytápění okolních obcí. Nejvíce tepelných elektráren je v severozápadních a v severních Čechách (palivo tvoří hlavně hnědé uhlí). Největším elektrárenským komplexem je Prunéřov (Chomutov) s výkonem 4 x 110 MW a 5 x 210 MW. Největší elektrárnou spalující černé uhlí (a také největší na Moravě) jsou Dětmarovice (Ostrava) s výkonem 4 x 200 MW.

5 Tepelné elektrárny Tepelné elektrárny mají nepříznivý vliv na životní prostředí: narušení krajiny těžbou uhlí znečišťování ovzduší (SO2, CO2, oxidy dusíku, popílek). Emise znečišťujících látek se snižují pomocí odlučovačů popílku a odsiřování. Obr. 1 elektrárna Prunéřov [1] Obr. 2 elektrárna Dětmarovice [2]

6 Jaderné elektrárny Podíl na výrobě elektrické energie v ČR je asi 33 % (v roce 2010). Princip činnosti je podobný jako v tepelných elektrárnách, teplo pro ohřev vody vzniká při řízené štěpné jaderné reakci (štěpení uranu 235). animace V ČR jsou dvě jaderné elektrárny Dukovany (jižní Morava) s výkonem 4 x 500 MW atemelín (jižníčechy) s výkonem 2 x 1000 MW. Náklady na výrobu elektřiny v jaderných elektrárnách jsou nižší než u tepelných elektráren a neznečišťují ovzduší. Problém je s uložením jaderného odpadu a s možnými haváriemi.

7 Jaderné elektrárny Obr. 3 elektrárna Dukovany [3] Obr. 5 elektrárna Temelín [3] Obr. 4 elektrárna Dukovany [3] Obr. 6 elektrárna Temelín [3]

8 Obnovitelné zdroje energie K obnovitelným zdrojům energie (OZE) patří v ČR hlavněenergie vody, větru, slunečního záření, biomasy a bioplynu. Podíl OZE na výrobě elektrické energie v ČR je asi 7 % (v roce 2010). Výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů roste. Největší podíl zaujímá výroba elektřiny ve vodních elektrárnách a dále výroba elektřiny z biomasy (především spalováním rostlinných produktů lesního a zemědělského původu).

9 Vodní elektrárny Přírodní podmínky v ČR nejsou pro budování velkých vodních elektráren ideální, proto je podíl na výrobě elektrické energie poměrně nízký (necelá 4 % v roce 2010). Ve vodních elektrárnách se energie proudící vody (polohová, pohybová, tlaková) přeměňuje na pohybovou energii turbíny, která pohání generátor. Vodní elektrárny jsou akumulační (přehradní), průtokové nebo přečerpávací. Většina velkých akumulačních vodních elektráren je na Vltavě (vltavská kaskáda). Největší je elektrárna Orlík s výkonem 4 x 91 MW. Obr. 7 elektrárna Orlík [3]

10 Vodní elektrárny Přečerpávacíelektrárny využívají levnou přebytečnou energii z velkých elektráren (především v noci) k přečerpání vody z dolní nádrže do horní. Tuto naakumulovanou vodu mohou v době energetické špičky opět využít k výrobě elektrické energie. V přečerpávacích vodních elektrárnách se používá reverzní Francisova turbína s přestavitelnými lopatkami, která při zpětném chodu funguje jako čerpadlo. Naše největší přečerpávací elektrárna Dlouhé Stráně (v Jeseníkách) má výkon 2 x 325 MW. Obr. 8 elektrárna Dlouhé Stráně [3] Obr. 9 elektrárna Dlouhé Stráně [4]

11 Vodní elektrárny Výhody: Energie vodních toků patří mezi obnovitelné zdroje - nelze ji vyčerpat. Vodní elektrárny mají nízké provozní náklady, neznečišťují ovzduší. Vyžadují minimální obsluhu a lze je ovládat na dálku. Na plný výkon mohou najet za několik minut a lze je proto využít k pokrytí okamžitých nároků na výrobu elektrické energie. Přehradní hráz dokáže zabránit i menším povodním. Přehradní nádrže mohou sloužit i pro rekreační účely nebo jako zdroje pitné či užitkové vody. Nevýhody: Značné investiční náklady na výstavby. Nutnost zatopení velkého území při stavbě velké elektrárny. Závislost na stabilním průtoku vody. Přehradní hráze a jezy brání běžnému lodnímu provozu na řece. Přehradní hráze a vyšší jezy brání tahu ryb.

12 Solární elektrárny Sluneční energie patří mezi obnovitelné zdroje - je nevyčerpatelná. Množství energie, které dnes získáváme z celkové energie slunečního záření, je zanedbatelné. Sluneční energii je využívána na ohřev vody, vytápění nebo výrobu elektřiny (fotovoltaika). Fotovoltaickéčlánky jsou polovodičové prvky (fotodiody), ve kterých při dopadu světla vzniká elektrické napětí. Pro efektivní výrobu elektřiny je důležitá dostatečná intenzita a doba slunečního záření. Solární energie není k dispozici v noci a je velmi nespolehlivá za špatného počasí (mlha, déšť, sníh). Při výrobě elektrické energie fotovoltaický systém neznečišťuje životní prostředí.

13 Solární elektrárny Instalace fotovoltaických systémů i výroba elektřiny s využitím těchto systémů je drahá. Solární panely produkují stejnosměrný proud, který musí být převeden na proud střídavý. Solární kolektory lze instalovat také na rodinné domy. Největší solární elektrárnou v ČR je elektrárna Ralsko s výkonem 38 MW. Obr. 10 solární elektrárna [5] Obr. 11 solární elektrárna [6]

14 Větrné elektrárny Větrná elektrárna využívá energii větru, která patří mezi obnovitelné zdroje energie. Pohybová energie větru se v turbíně mění na energii otáčivého pohybu a následně v generátoru na energii elektrickou. Je to ekologický zdroj energie, výroba nezatěžuje životní prostředí. Výstavba větrné elektrárny je rychlá, provozní náklady jsou nízké. Výkon závisí na rychlosti větru (kolísavost výkonu). Větrné elektrárny narušují vzhled krajiny a jsou zdrojem nežádoucího hluku.

15 Větrné elektrárny Vhodné lokality pro stavbu větrných elektráren u nás se nacházejí v horských pohraničních pásmech Krušných hor a Jeseníků, popř. v oblasti Českomoravské vrchoviny. Většina těchto území však patří mezi zákonem chráněné oblasti. Největší farma větrných elektráren v ČR je v Kryštofových Hamrech v Krušných horách (Chomutov), kde je 21 turbín s celkovým výkonem 42 MW. Obr. 12 větrné elektrárny [7] Obr. 13 větrné elektrárny [3]

16 Přenos elektrické energie V elektrárně vzniká v generátoru (alternátor) elektromagnetickou indukcí trojfázové střídavé napětí 6 kv až 25 kv (podle typu generátoru) s frekvencí 50 Hz. Toto napětí se pomocí transformátorů zvyšuje a dodává do elektrické rozvodné sítě. Pro rozvod elektrické energie se používají různé úrovně napětí (uvedené jsou efektivní hodnoty napětí mezi fázovými vodiči): zvlášť vysoké napětí (zvn) 300 kv až 800 kv, velmi vysoké napětí (vvn) 52 kv až 300 kv, vysoké napětí (vn) 1 kv až 52 kv, nízké napětí (nn) 50 V až 1000 V. Přenosové elektrické vedení je z ocelohliníkových lan.

17 Přenos elektrické energie Elektrická energie se přenáší na velké vzdálenosti přizvn (400 kv) nebo vvn (220 kv), protože tepelné ztráty v elektrickém vedení jsou menší (vodičem prochází menší proud). Vedení 400 kv a 220 kv (a některá vedení 110 kv) tvořípřenosovou soustavu, která rozvádí elektrickou energii z velkých elektráren do celého území České republiky a zároveň je součástí mezinárodního propojení Evropy. schéma přenosové soustavy Na přenosovou soustavu je napojena distribuční soustava (tvořená vedením s napětím 110 kv a nižším), která elektrickou energii dále postupně rozvádí až ke konečným spotřebitelům. V distribuční soustavě se napětí opět pomocí transformátorů snižuje v oblastních rozvodnách na vn (22 kv) a v místních rozvodnách na nn 230 V/400 V.

18 Přenos elektrické energie Obr. 14 vedení vvn [8] Obr. 15 rozvodna [9] Obr. 16 transformátor [10] Obr. 17 trafostanice [11]

19 Otázky a úkoly 1) Jaké jsou hlavní typy elektráren v ČR? 2) Které zdroje energie patří mezi obnovitelné zdroje? 3) Jaké jsou výhody a nevýhody tepelných a jaderných elektráren. 4) Jaké jsou výhody a nevýhody vodních, solárních a větrných elektráren? 5) Zjisti na internetu: a) kde se nachází nejbližší tepelná elektrárna a jaký je její výkon, b) kde se nachází nejbližší vodní přehradní elektrárna a jaký je její výkon, c) největší vodní elektrárny na Vltavě, d) kde je největší vodní elektrárna na světě a jaký je její výkon, e) kdy a kde byla u nás vybudována první vodní elektrárna, f) ze kterých rozvoden je zásobováno elektrickou energii město Opava.

20 Zdroje fotografií: [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11]