ALTERNATIVNÍ ZDROJE ENERGIE Využití energie slunce Na zemský povrch dopadá průměrně 0,2 kw/m 2 V ČR dopadne na 1 m 2 přibližně 1000 kwh energie ročně Je několik možností, jak přeměnit energii slunečního záření na jinou, pro nás použitelnou formu. Solární systémy aktivní přeměna sz * na teplo pomocí kapalinových kolektorů vzduchových přeměna sz na elektrickou energii fotovoltaickými články solárně termická pasivní přeměna sz na teplo vhodným architektonickým návrhem budovy Přeměna slunečního záření na elektrickou energii a) Solárně termická cesta využívá klasického principu známého z tepelných elektráren. Sluneční záření se soustřeďuje pomocí zrcadel na absorbér, jímž protéká teplonosná kapalina, například voda. Zde se voda zahřívá na vysoké teploty, vytvoří se přehřátá pára a ta pohání parní turbínu. b) Fotovoltaické články Sluneční záření dopadá na polovodičový fotovoltaický článek. Na rozhraní polovodičů typu P a N vzniká elektrické pole vysoké intenzity, toto pole pak uvádí do pohybu volné nosiče náboje vznikající absorpcí světla. Vzniklý elektrický proud (ss) odvádějí z článku elektrody. Účinnost takové přeměny je asi 14-22 %
Schéma polovodičového fotovoltaického článku Přeměna slunečního záření na teplo Sluneční záření ohřívá teplonosnou látku (většinou voda, pro celoroční provoz doplněná nemrznoucí směsí) Jednookruhový systém
Dvoukruhový systém 1..sluneční kolektor 2..zásobník 3..vstup studené vody 4..výstup teplé vody (užitková voda, ústřední vytápění) 5..oběhové čerpadlo 6..tepelný výměník Účinnost kolektorů je 70 90 %
Energie větru Podle odhadů lze teoreticky výrobou el. energie z energie větru pokrýt asi 3 6 % současné spotřeby České republiky. Podle údajů z čidel rychlosti a směru větru natáčíme lopatky vrtule, nebo celou elektrárnu. Vítr má stochastický charakter a tudíž je nutné regulovat otáčky rotoru a frekvenci. Otáčky regulujeme natáčením lopatek, popř. přibržděním. Rotor je spojen s rotorem generátoru přes spojku a planetovou převodovku. Orientační graf výkonu větrné elektrárny výkon (kw) 320 280 240 200 160 120 80 40 0 0 5 10 15 20 25 30 rychlost větru (m/s)
Vodní energie Klasické vodní elektrárny - průtočné - akumulační - přečerpávací Přílivové elektrárny Elektrárny využívající energii mořských vln Jedním z možných řešení je, že mořské vlny stlačují v komorách stanice vzduch a pohánějí speciální turbíny s generátory Elektrárny Vltavské kaskády jsou uvedeny níže v tabulce, Název elektrárny Rok uvedení do provozu Instalovaný výkon [MW] Typ turbíny Objem akumulační nádrže [10 6 m 3 ] Lipno I 1959 2 x 60 Francis 306 Lipno II 1957 1 x 1,5 Kaplan 1,68 Hněvkovice 1992 2 x 4,8 Kaplan 22,2 Kořensko 1992 2 x 1,9 Kaplan 2,8 Orlík 1962 4 x 91 Kaplan 720 Kamýk 1961 4 x 10 Kaplan 12,8 Slapy 1955 3 x 48 Kaplan 270 Štěchovice 1944 2 x 11,25 Kaplan 11,2 Štěchovice II 1996 1 x 45 Francis Přečerpávací Vrané 1936 2 x 6,94 Kaplan 11,1 Štvanice 1987 3 x 1,89 Kaplan Průtočná
Kromě elektráren na Vltavě provozuje ČEZ a.s. ještě dvě významné přečerpávací vodní elektrárny uvedené níže, Název elektrárny Rok vedení do provozu Instalovaný výkon [MW] Typ turbíny Spád Objem horní akumulační nádrže [10 6 m 3 ] Dalešice 1978 4 x 112,5 Francis 90 127 Dlouhé 1996 2 x 325 Francis 510,7 2,72/3,4 Stráně Celkový instalovaný výkon vodních elektráren v ČR je 1987 MW, z toho ČEZ a.s. 1872 MW. Rozdíl pokrývají vodní elektrárny postavené na různých menších tocích a provozované různými provozovateli.
Tepelná čerpadla Používají se pouze jako zdroj tepla. Teplo je čerpáno z prostředí o velkém objemu a relativně nízké teplotě do menšího prostoru -> dosáhneme vyšší teploty 1..výparník 2..okolní prostředí 3..kompresor 4..škrtící ventil 5..topný systém v objektu 6..kondenzátor Kompresor je poháněný el. energií, tep. čerpadlo dodá 3-4 krát více energie než spotřebuje -> nehovoříme o účinnosti, ale o topném faktoru (= 3-4) Možnosti získávání tepla: - okolní vzduch - odpadní vzduch - povrchové vody - hlubinné vrty - půda
Biomasa Biomasa spalování chemické přeměny chemické přeměny ve vodním prostředí pyrolýza pára el.proud zplyňování chemické biologické olej alkoholové anaerobní plyn kvašení fermentace dehet methan amoniak methanol el. proud olej ethanol methan Otázky pro samostudium 1. Vysvětlete princip sluneční tepelné elektrárny 2. Vysvětlete princip výroby elektrické energie ve fotovoltaických článcích. Jaká je účinnost této přeměny? Jak závisí účinnost článku na teplotě okolí? Jaký proud generuje článek (ss, st? Použití fotovoltaických článků. 3. Vysvětlete princip přeměny sluneční energie na teplo ve slunečních kolektorech. Jaká je účinnost této přeměny? Jak závisí účinnost článku na teplotě okolí? Kde se používá jednoa dvouokruhový systém? 4. Výroba elektrické energie z energie větru. Popište princip větrné elektrárny. Jaké typy generátorů se ve větrných elektrárnách využívají? Jak závisí výkon elektrárny na rychlosti větru? Jaké max. výkony dosahují největší větrné elektrárny. Proč způsobuje provoz větrných elektráren kolísání (rychlé změny) napětí v síti? 5. Vysvětlete princi průtočné, akumulační a přečerpávací elektrárny. Jaké vodní turbiny se v nich používají? Jak se tyto elektrárny nasazují při pokrývání denního diagramu zatížení (základní, pološpičkové, špičkové zatížení). Jaký výkon má největší přečerpávací elektrárna v ČR a kde se nachází? 6. Uveďte možnosti získávání energie z mořských vln. Popište princip přílivové elektrárny. 7. Popište princip geotermální elektrárny. 8. Jaký podíl mají obnovitelné zdroje na instalovaném výkonu v ES ČR? Jaký podíl mají vodní, JE a alternativní zdroje? 9. Vysvětlete princip tepelného čerpadla. Uveďte možnosti získávání tepla pomocí tepelných čerpadel. Jak je definováno tzn. Výkonové číslo (topný faktor) tepelného čerpadla a jakých hodnot dosahuje?
Zdroje informací: http://www.simopt.cz/energyweb/ http://www.eru.cz/user_data/files/statistika_elektro/rocni_zprava/2008/index.htm