Výroba elektřiny – jak vzniká elektřina?
Elektrárna je místem, kde dochází k výrobě elektrické energie. Na tomto místě tedy dochází k přeměně nějaké energie na elektrickou. O tom jsme psali v článku: Co je to elektřina Postupem času se elektrárny vyvíjejí, vznikají nové, mění se jejich technologie. První elektrárna vznikla již na přelomu 19. a 20. století. Od té doby se mnoho změnilo a předpokládá se samozřejmě i další vývoj technických zařízení. Obecně elektrárny dělíme na dvě skupiny podle toho, jaké zdroje využívají. Tyto zdroje dělíme na
- obnovitelné – Nejznámější obnovitelných zdroje jsou voda, vítr a slunce.
- neobnovitelné zdroje – Neobnovitelné zdroje jsou omezené a hrozí jejich spotřebování.
V současné době existují různé druhy elektráren. Patří mezi ně elektrárny jaderné, tepelné, solární, vodní, elektrické, geotermální či přílivové. O všech si postupně napíšeme. Dnes začneme nejběžnější elektrárnou u nás, tepelnou.
Tepelná elektrárna
Jedním ze základních druhů elektráren je tepelná elektrárna. Energie je tu získávána spalováním různých druhů paliv. Mezi ně patří uhlí, topné plyny, biomasa, ropa, rašelina. Jde o neobnovitelné zdroje. Při spalování paliv dochází k uvolňování tepelné energie, která je převáděná na mechanickou energii. V podobě páry se dostává do turbíny, jež je propojená s elektrickým generátorem. Pomocí alternátoru se mění na elektrickou energii. Nevýhodou tepelné elektrárny je negativní dopad na životní prostředí. Znečišťuje ovzduší tím, že do vzduchu vypouští oxidy dusíku, oxid uhličitý, oxid siřičitý a pevné prachové částice. Další nevýhodou je nízká účinnost výroby. Nevýhod je dost, ale samozřejmě má i své výhody. Výhoda, kterou nemůžeme upřít tepelné elektrárně, spočívá v dobré regulaci výkonu. Elektrárenské bloky lze v případě potřeby odstavit okamžitě. V České republice jsou významné následující tepelné elektrárny: Tušimice, Prunéřov, Počerady, Poříčí, Mělník, Tisová, Náchod, Dětmarovice, Dvůr Králové, Ledvice, Chvaletice, Hodonín.
Jaderná elektrárna
Jaderná elektrárna vyrábí elektrickou energii z tepla. To má společné s tepelnou elektrárnou. Je tu však místo parního kotle jaderný reaktor, ve kterém dochází ke štěpení jader těžkých prvků. Energie se mění na elektrickou. K výrobě energie se používá především uran a plutonium. Díky jadernému reaktoru vznikne energie, která postupuje do parogenerátoru, kde se přemění v páru. Vzniklá pára pohání parní turbíny a ty pohání alternátory určené na výrobu elektrické energie. V jaderné elektrárně tedy nesmí chybět jaderný reaktor, parní turbíny, alternátor a další přístroje, které procesu napomáhají. Jaderné elektrárny lze dělit na dva typy – jednookruhové a dvouokruhové. V České republice máme dvě jaderné elektrárny – Dukovany a Temelín. Vyrábějí cca 30% celkové spotřeby elektrické energie v České republice. Nejvíce jaderné energie na světě se vyrábí v Litvě, Francii, Německu, USA, Japonsku a Rusku.
Výhody a nevýhody jaderných elektráren
Vznik jaderných elektráren významně posunul svět energetiky. Je pro něj obrovským přínosem. Představují efektivní možnost výroby energie a na rozdíl od tepelných elektráren jsou šetrnější k životnímu prostředí. Spalováním v nich nevznikají oxid siřičitý, oxidy dusíků popílek, těžké kovy atd. Efektivnost výroby elektřiny lze však docílit jen v případě, že bude jaderná elektrárna pracovat soustavně. Regulace výkonu je totiž omezená a finančně náročná. Na druhou stranu je nutné brát v potaz i nevýhody jaderných elektráren. Mezi ně patří např. problém s ukládáním jaderného odpadu. Odborníci se tuto situaci snaží řešit. Zatím se to daří alespoň částečně novými reaktory.Co dokáže jaderná elektrárna, ve které vypukne havárie, jsme už viděli (především v Černobylu). Není tedy divu, že se lidé obávají další podobné katastrofy. Bezpečnost v jaderných elektrárnách jediskutovaným tématem.
Vodní elektrárna
Vodní elektrárna přeměňuje potenciální energie vody na elektrickou energii. Vodní energie může být z řek, ale také z moře – energie vln, odliv a příliv. Nejrozšířenější jsou říční vodní elektrárny. Pro jejich fungování je nutné postavit přehradní hráz či jez (pro zadržení vody) a strojovnu s vodními turbínami a alternátorem. Vodní elektrárny jsou různě velké. Odlišujeme vodní elektrárny, malé vodní elektrárny (výkon max. do 10MW), přečerpávající vodní elektrárny (dokáží si energii samy uložit) a přílivové elektrárny. Vodní elektrárny se také dělí podle výše spádu. Podle něj rozlišujeme vodní elektrárny na nízkotlaké (do 25 metrů), středotlaká (25 – 100 metrů) a vysokotlaké (do 100 metrů). U nás většina vodní elektřiny pochází z Vltavské kaskády.
Spadá do ní Lipno, Kořensko, Hněvkovice, Orlík, Slapy, Štěchovice a Vrané. Kromě Vltavské kaskády se ještě nachází vodní elektrárny v Dalešicích, Mohelnu a Dlouhých Strání. Celkově vyrobí vodní elektrárny u nás 17% elektrické energie.
Výhody a nevýhody vodních elektráren
Hlavní výhoda vodní elektrárny je zřejmá – ekologická šetrnost. Důležitou výhodou je i to, že pro svůj provoz potřebují vodu, což je obnovitelný zdroj. Lze ho využívat i v případě, že by v budoucnu došly obnovitelné zdroje. Vodní elektrárny mají i další výhody, např. minimální nároky na údržbu, využití přehradních jezer a hrází na další účely atd. Vodní elektrárny mají i své nevýhody. Spočívají v závislosti na stabilním průtoku vody, nákladech na výstavbu a nutnost zatopení velkého území. Při výstavbě je nutné se zaměřit na vybudování systému plavebních komor, al také systému cest pro ryby. Hrozí tu i riziko havárie.
Vodní elektrárny mají své výhody i nevýhody. Jsou však významným zdrojem elektrické energie, jehož význam ještě více vzroste s postupným vyčerpáváním neobnovitelných zdrojů.
Větrné elektrárny
yrobit elektřinu lze různými způsoby. Větrná energie je vytvářená ze síly větru. K jejímu vzniku je zapotřebí větrné turbíny, která přemění kinetickou energii na mechanickou. K větrné turbíně je připojený elektrický generátor zajišťující převod energie na elektrickou. Proefektivní fungování větrné elektrárny je nutné zajisti regulaci výkonu rotoru. Jinak by mohlo hrozit přetížení větrné elektrárny. Dosažitelný výkon se řídí vzorcem, na jehož vzniku má podílAlbert Betz. I když se o větrných elektrárnách více mluví až v posledních letech, neznamená to, že by větrná energie neměla u nás svou historii. Větrná energie se využívala ve větrných mlýnech. První zařízení tohoto typu se objevila již ve třináctém století. Byly např. na mletí obilí. Větrné elektrárny v České republice najdete především v oblasti Krušných hor, Jeseníků a Českomoravské vrchoviny. V posledních letech jejich počet významně vzrostl.
Výhody a nevýhody větrných elektráren
Větrná elektrárna využívá obnovitelné zdroje a zároveň je šetrná k životnímu prostředí. To mají společné všechny alternativní elektrárny. V budoucnu se očekává větší nárůst výroby elektrické energie z obnovitelných zdrojů. U nás i v celé EU jsou větrné elektrárny podporované a dokonce se poskytují příspěvky na jejich výstavbu. Přejděme ale i k nevýhodám. Podstatnou nevýhodou jsou vysoké pořizovací náklady, které se šplhají do desítek milionů korun. Větrné mlýny ruší elektromagnetické pole, což může narušit televizní signál.
Také není lehké vybrat místo, na kterém bude větrná elektrárna. V nejbližším dosahu by neměly být obydlené domy. Větrné mlýny jsou hlučné. Hluk způsobují především aerodynamické síly kolem listů vrtule, turbulence atd. Mnohá místa jsou pro větrné elektrárny nevhodná kvůli jejich chráněnosti. V potaz je třeba vzít i nestálost větrného zdroje. Dostatečný vítr, který by roztočil vrtuli větrné turbíny, není pořád.