PROBLÉMY ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ ENERGIE 2010 Ing. Andrea Sikorová, Ph.D.
1 Problémy životního prostředí - energie V této kapitole se dozvíte: Čím se zabývá energetika. Jaké jsou trvalé a vyčerpatelné zdroje energie. Co je to primární a sekundární energie. Budete schopni: Vysvětlit, jaké znáte druhy elektráren, a kde se nachází na území ČR. Klíčová slova této kapitoly: Energetika, energie. Čas potřebný k prostudování učiva kapitoly: 3 hodiny (teorie) Životní prostředí je složeno z přírodních, umělých a sociálních složek materiálního světa. Složkami životního prostředí je ovzduší, voda, půda, horniny, organismy, ekosystémy a energie. ENERGETIKA Energetika se zabývá získáváním energií, které mají různou podobu. Energetika se zabývá získáváním primární energie a její přeměnou v energii sekundární. Zdrojem energie je uhlí, ropa, zemní plyn, vodní energie, jaderná energie, větrná energie, sluneční energie a této skupině se říká energie primární. Do energie sekundární řadíme elektrickou energii, tepelnou energii, benzín. Mezi trvalé zdroje energie patří: sluneční a tepelné záření, vítr, vodní toky, příliv. Mezi vyčerpatelné zdroje energie patří: uhlí, ropa, zemní plyn. SPOTŘEBA ENERGIE NEUSTÁLE ROSTE! 2
Primární energetické zdroje 60% v % 50% 40% 30% 20% Tuhá paliva kapalná paliva plynná paliva teplo a elektřina 10% 0% 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Roky obnovitelné zdroje energie (OZE) Obr. 1 Primární energetické zdroje Zdroj: vlastní zpracování na základě podkladů z ministerstva průmyslu a obchodu (www.mpo.cz) PŘÍČINY NÁRŮSTU ENERGIE Příčiny nárůstu energie: Rostoucí nárůst obyvatel. Industrializace ( změna společnosti vývoj). Nárůst životního standardu. ELEKTRÁRNY Elektrárny jsou technologickými zařízeními pro výrobu elektrické energie. Elektrárny můžeme mít: - tepelné elektrárny, - jaderné elektrárny, - vodní elektrárny, - větrné elektrárny, - solární elektrárny, - geotermální elektrárny. 3
TEPELNÉ ELEKTRÁRNY Tepelná energie se získává spalováním uhlí. Provoz tepelné elektrárny spalující uhlí tvoří několik okruhů: okruhy paliva, vzduchu a kouřových plynů, strusky a popela, vody a páry a okruh výroby elektřiny. Uhlí předá svou energii v podobě tepla Uhlí se do elektrárny dopravuje pásovými dopravníky (v případě hnědého uhlí většinou přímo z povrchových dolů v sousedství), popř. po železnici. Spotřeba uhlí závisí na jeho výhřevnosti (na jednu vyrobenou MWh se spálí asi 1 tuna uhlí). Po rozemletí na uhelný prášek a po jeho vysušení je pak palivo ventilátory spolu se vzduchem vháněno do hořáků kotle. Kromě roštových a práškových ohnišť se používají i moderní fluidní kotle různých typů. Jedním z nich jsou fluidní kotle se spalováním ve vznosu, tj. v cirkulujícím loži (jemně mleté uhlí se v proudu vzduchu chová jako vroucí kapalina). Hoření je zde velmi rychlé a snadno regulovatelné. Účinnost spalování dosahuje až 99 %, tepelná účinnost až 92 %. Po shoření paliva padá část popela do spodního prostoru ohniště jako struska; ta se dopravuje na úložiště odpadu - na odkaliště. Část popela, která je v podobě jemných částeček unášena ve spalinách, se zachycuje v elektro-odlučovačích. Prakticky ve všech českých tepelných elektrárnách spalujících uhlí je instalováno i zařízení, které ze spalin odděluje oxidy síry a dusíku. 1 1 Zdroj: http://www.vodni-tepelne-elektrarny.cz/princip-tepelne-elektrarny.htm 4
Mapa 1 Tepelná elektrárna Dvůr Králové nad Labem Mapa 2 Uhelné elektrárny 5
JADERNÉ ELEKTRÁRNY Jaderná elektrárna je v podstatě obdobou elektrárny na uhlí, jen bez škodlivého kouře. Základní princip fungování uhelné elektrárny je založen na přeměně energie tepelné na mechanickou a mechanické na elektrickou. Teplo uvolněné v kotli ohřívá vodu procházející trubkami uvnitř kotle a mění ji v páru. Pára proudí do turbíny, jejím lopatkám předá svou pohybovou energii a roztočí ji. Vzhledem k tomu, že je turbína pevně spojena s generátorem, roztáčí se i ten a přeměňuje mechanickou energii na elektřinu. V elektrárenském generátoru rotuje magnet (elektromagnet), vinutí, v němž se indukuje napětí a proud, je umístěno na statoru okolo něj. Celé soustrojí se otáčí rychlostí 3000 otáček za minutu. Pára vycházející z turbíny je vedena do kondensátoru, kde zkondenzuje, tj. z plynu se stane opět kapalina. Z kondensátoru je voda vedena zpět do kotle, kde celý cyklus začíná znovu. Pára vyrobená v kotli nemusí být využita pouze k výrobě elektřiny, může sloužit i k vytápění přilehlých obcí a měst. 2 Mapa 3 Jaderné elektrárny 2 Zdroj: http://www.cez.cz/cs/vyroba-elektriny/uhelne-elektrarny/flash-model-jak-funguje-uhelnaelektrarna.html 6
VODNÍ ELEKTRÁRNY Vodní elektrárny neznečišťují ovzduší, nedevastují krajinu a povrchové či podzemní vody těžbou a dopravou paliv a surovin, jsou bezodpadové, nezávislé na dovozu surovin a vysoce bezpečné. Pružným pokrýváním spotřeby a schopností akumulace energie zvyšují efektivnost elektrizační soustavy. Vysokým stupněm automatizace přispívají k vyrovnávání změn na tocích a vytvářejí nové možnosti pro revitalizaci prostředí (prokysličování vodního toku). Jak funguje vodní elektrárna Ve vodních elektrárnách voda roztáčí turbínu; ta je na společné hřídeli s elektrickým generátorem (dohromady tvoří tzv. turbogenerátor). Mechanická energie proudící vody se tak mění na energii elektrickou, která se transformuje a odvádí do míst spotřeby. Obdobný princip využívá i uhelná nebo jaderná elektrárna. 3 Mapa 4 Vodní elektrárny 3 Zdroj: http://www.vodni-tepelne-elektrarny.cz/vodni-elektrarny-cr.htm 7
VĚTRNÉ ELEKTRÁRNY Větrná elektrárna je zařízení, které vyrábí elektrickou energii pomocí větru. Větrnou energii můžete využít hned dvěma způsoby. Za prvé na mechanickou práci a za druhé k výrobě elektrické energie. V prvním případě máme zařízení mlýn. Mlýn za pomoci větru brousí kameny a nebo čerpá vodu. V druhém případě máme zařízení s názvem větrná elektrárna. Větrná elektrárna přeměňuje sílu větru na elektrickou energii. 4 Mapa 5 Větrné elektrárny 4 Zdroj: http://www.vetrne-elektrarny.com/ 8
SOLÁRNÍ ELEKTRÁRNY Sluneční záření se přeměňuje na elektrickou energii ve fotovoltaických (solárních) elektrárnách, složených z fotovoltaických (solárních) panelů. Na povrch solárního panelu, (stejně jako na všechno ostatní na zemském povrchu) dopadají částice světla zvané fotony. Při jejich nárazu dochází k uvolňování elektronů, a tak vzniká elektrický proud. 5 Mapa 6 Solární elektrárny GEOTERMÁLNÍ ELEKTRÁRNY Geotermální elektrárny využívají k výrobě elektřiny tepelnou energii z nitra Země - na některých místech je teplotní spád více než 55 stupňů Celsia na 1 km hloubky. Geotermální elektrárny se staví zejména ve vulkanicky aktivních oblastech, kde využívají k pohonu turbín horkou páru stoupající pod tlakem z gejzírů a horkých pramenů, nebo teplonosné médium, které se vtlačuje do vrtů, v hloubi země ohřívá a ohřáté vyvádí na povrch. 6 5 Zdroj: http://www.elektrarny-online.cz/ 6 Zdroj: http://www.alternativni-zdroje.cz/vodni-geotermalni-energie.htm 9
Otázky 1) Čím se zabývá energetika? 2) Znáte nějaké primární zdroje energie? 3) Znáte nějakou tepelnou elektrárnu? 4) Která z uvedených elektráren je šetrnější k životnímu prostředí? Použité zdroje [1] URL: < http://www.vodni-tepelne-elektrarny.cz/princip-tepelne-elektrarny.htm> [2] URL: < http://www.cez.cz/cs/vyroba-elektriny/uhelne-elektrarny/flash-model-jakfunguje-uhelna-elektrarna.htm> [3] URL: < http://www.vodni-tepelne-elektrarny.cz/vodni-elektrarny-cr.htm> [4] URL: < http://www.vetrne-elektrarny.com/> [5] URL: < http://www.elektrarny-online.cz/> [6] URL: < http://www.alternativni-zdroje.cz/vodni-geotermalni-energie.htm> 10