ALTERNATIVNÍ ZDROJE ENERGIE Využití energie slunce Na zemský povrch dopadá průměrně 0,2 kW/m2 V ČR dopadne na 1 m2 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 kolektorů
kapalinových 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 320 280 výkon (kW)
240 200 160 120 80 40 0 0
5
10
15
20
rychlost větru (m/s)
25
30
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 Lipno I Lipno II Hněvkovice Kořensko Orlík Kamýk Slapy Štěchovice Štěchovice II Vrané Štvanice
Rok uvedení do provozu
Instalovaný výkon [MW]
Typ turbíny
1959 1957 1992 1992 1962 1961 1955 1944 1996 1936 1987
2 x 60 1 x 1,5 2 x 4,8 2 x 1,9 4 x 91 4 x 10 3 x 48 2 x 11,25 1 x 45 2 x 6,94 3 x 1,89
Francis Kaplan Kaplan Kaplan Kaplan Kaplan Kaplan Kaplan Francis Kaplan Kaplan
Objem akumulační nádrže [106 m3] 306 1,68 22,2 2,8 720 12,8 270 11,2 Přečerpávací 11,1 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
Dalešice Dlouhé Stráně
1978 1996
4 x 112,5 2 x 325
Francis Francis
90 510,7
Objem horní akumulační nádrže [106 m3] 127 2,72/3,4
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
pára el.proud
pyrolýza
chemické přeměny ve vodním prostředí
zplyňování
chemické
olej plyn dehet methan amoniak
biologické alkoholové anaerobní kvašení fermentace
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
