MASARYKOVA UNIVERZITA V BRNĚ Pedagogická fakulta Katedra fyziky. Bakalářská práce

MASARYKOVA UNIVERZITA V BRNĚ Pedagogická fakulta Katedra fyziky

ENERGIE A ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ Bakalářská práce

Autor: Monika Harvančáková Vedoucí práce: Prof. RNDr. Vladislav Navrátil, CSc.

Brno 2009

Prohlášení:

Prohlašuji, ţe jsem svou bakalářskou práci vypracovala samostatně a uvedla veškerou pouţitou literaturu a ostatní zdroje. Souhlasím, aby práce byla uloţena na Masarykově univerzitě v Brně v knihovně Pedagogické fakulty a zpřístupněna k dalším studijním účelům. V Brně dne: 16. 4. 2009

……………………………. 2

Děkuji panu Prof. RNDr. Vladislavovi Navrátilovi, CSc., vedoucímu mojí bakalářské práce, za připomínky, nápady, návrhy a za strávený čas, který mi věnoval při psaní mojí bakalářské práce. 3

Obsah: Úvod ............................................................................................................................. 6 1 Energie ...................................................................................................................... 7 1.1 Co je energie ...................................................................................................... 7 1.2 Co je elektrická energie...................................................................................... 7 2 Ţivotní prostředí ........................................................................................................ 8 2.1 Obecná ochrana ţivotního prostředí................................................................... 8 2.2 Znečišťování a poškozování ţivotního prostředí ...............................................9 2.3 Emise, imise a skleníkový efekt .........................................................................9 3 Zdroje energie .........................................................................................................11 3.1 Obnovitelné zdroje ...........................................................................................11 4 Solární energie ........................................................................................................12 4.1 Vyuţití sluneční energie...................................................................................12 4.2 Solární zařízení.................................................................................................13 4.2.1 Solární kolektory .......................................................................................13 4.2.2 Fotovoltaické systémy...............................................................................14 4.3 Solární elektrárny .............................................................................................17 5 Větrná energie .........................................................................................................19 5.1 Co je vítr...........................................................................................................19 5.2 Výkon větru......................................................................................................19 5.3 Síla větru ..........................................................................................................21 5.4 Větrná elektrárna a její princip .........................................................................22 5.5 Výkon větrné elektrárny...................................................................................23 5.6 Větrné elektrárny a jejich výstavba v České republice ....................................24 6 Vodní energie ..........................................................................................................25 6.1 Voda .................................................................................................................25 6.2 Vodní elektrárny a jejich rozdělení ..................................................................25 6.2.1 Vodní elektrárna a její princip...................................................................26 6.2.2 Přečerpávací vodní elektrárna ...................................................................27 6.3 Výkon vodní elektrárny ...................................................................................27 6.4 Vodní elektrárny v České republice .................................................................28 7 Ostatní obnovitelné zdroje ......................................................................................29 4

7.1 Geotermální energie .........................................................................................29 7.2 Energie biomasy ...............................................................................................29 7.3 Energie tepla a vyuţití tepelných čerpadel.......................................................30 8 Energie z neobnovitelných zdrojů...........................................................................31 8.1 Tepelné uhelné elektrárny ................................................................................31 8.1.1 Hnědé a černé uhlí .....................................................................................31 8.1.2 Princip tepelné elektrárny spotřebovávající hnědé a černé uhlí ................32 8.1.3 Tepelné elektrárny v Česku.......................................................................33 8.2 Jaderné elektrárny ............................................................................................34 8.2.1 Jaderné palivo ...........................................................................................34 8.2.2 Princip jaderné elektrárny .........................................................................34 8.2.3 Jaderné elektrárny v Česku .......................................................................35 8.2.4 Nakládání s jadernými odpady .................................................................36 9 Výhody a nevýhody výroby elektrické energie ......................................................37 9.1 Výroba energie ze Slunce.................................................................................37 9.2 Výroba energie z větru .....................................................................................40 9.3 Výroba elektrické energie ve vodních elektrárnách .........................................41 9.4 Výroba energie v tepelných uhelných elektrárnách .........................................42 9.5 Výroba elektrické energie v jaderné elektrárně ...............................................43 9.6 Výroba energie ostatními alternativními zdroji ...............................................44 10 Test z oboru znalostí o výrobě elektrické energie .................................................46 10.1 Test .................................................................................................................47 Závěr ..........................................................................................................................51 11 Anotace .................................................................................................................52 12 Annotation .............................................................................................................52 Seznam pouţité literatury a zdrojů.............................................................................53

5

Úvod Tato bakalářská práce je zaměřena na téma „energie a ţivotní prostředí“. Cílem mé práce je snaha o shrnutí poznatků z problematiky výroby elektrické energie, jejich dopadů na naše ţivotní prostředí, zdrojů a způsobů výroby elektrické energie, dále provést srovnání jejich výhod a nevýhod. Text práce je členěn do deseti kapitol. Na samotném začátku jsou v prvních třech kapitolách rozebrány hlavní pojmy. Co je energie, co si máme představit pod pojmem ţivotní prostředí a zdroje energie. V jednotlivých kapitolách je kaţdý zdroj energie popsán jednotlivě, včetně způsobu vyuţití. V kapitole čtvrté se pojednává o solární energii. V páté kapitole se zabývám vyuţitím větrných zdrojů. V kapitole šesté se čtenář dočte o vodní energii, v následující sedmé a osmé o tepelných a jaderných elektrárnách. Devátá část patří srovnání výhod a nevýhod jednotlivých zdrojů a typů výroby energie. V závěrečné kapitole je vypracován test, obsahující dvacet otázek, které jsou poloţeny v návaznosti na výše zmíněnou problematiku. Téma práce mi připadá atraktivní pro zpracování a velmi aktuální, protoţe v dnešní době je zaznamenáván velký rozvoj v oblasti vyuţívávání obnovitelných zdrojů energie. Česká republika zaţívá v současnosti hlavně početný nárůst solárních elektráren.

6

1 Energie 1.1 Co je energie „Existuje zákon, kterým se řídí všechny přírodní jevy. Pokud víme tento zákon, je přesný a neexistuje z něho ţádná výjimka. Je to zákon zachování energie. Říká, ţe existuje veličina nazývána energií, která se nemění v průběhu mnoha změn, jeţ podstupuje příroda. To je velmi abstraktní myšlenka, vţdyť jde o matematický princip; hovoří o existenci číselné veličiny, která se v průběhu procesů nemění. Není to popis mechanismu ani něčeho konkrétního; je to jen podivuhodná skutečnost, kdyţ spočítáme nějakou veličinu, pak pozorujeme, jak příroda provádí své kousky, nakonec provedeme výpočet znovu a dostaneme totéţ číslo.“ (převzato z Feynman a kol. 2000)[38] „Počítáme-li energii, dostáváme se do situace, ţe někdy část energie odchází ze systému a někdy zase do systému přichází. Abychom ověřili zákon zachování energie, musíme dávat pozor, aby nic nepřišlo ani neodešlo. Dále; energie má mnoho forem a pro kaţdou z nich máme zvláštní vzorec. Jsou to: gravitační energie, kinetická energie, tepelná energie, jaderná energie, energie vázaná na hmotnost. Je důleţité si uvědomit, ţe Současná fyzika vlastně neví, co to je energie. Existují však vztahy pro výpočet číselné veličiny a při sčítání všech příspěvků dostáváme vţdy stejné číslo. Jeto abstraktní věc v tom smyslu, ţe to neříká nic o mechanismu nebo příčinách jednotlivých vztahů.“ (převzato z Feynman a kol. 2000)[38]

1.2 Co je elektrická energie Elektrická energie je schopnost elektromagnetického pole konat elektrickou práci, můţe být i například mechanická. Čím větší energii má elektromagnetické pole, tím více elektrické práce můţe vykonat, přičemţ elektromagnetické je pole, které má elektrickou a magnetickou sloţku. Tyto sloţky jsou spjaté navzájem a nelze je oddělit, lze je znázornit pomocí siločar elektrické sloţky a magnetických indukčních čar magnetické sloţky. Elektrická práce je definována: při přenesení náboje Q ve vnější části jednoduchého elektrického obvodu mezi svorkami zdroje vykonají síly elektrického pole práci.[8][39] 7

2 Životní prostředí Ţivotní prostředí je podle Ministerstva ţivotního prostředí: „systém sloţený z přírodních, umělých a sociálních sloţek materiálního světa, jeţ jsou, nebo mohou být s uvaţovaným objektem ve stálé interakci“. Je to vše, co vytváří přirozené podmínky existence organismů, včetně člověka a je předpokladem jejich dalšího vývoje. Sloţkami je především ovzduší, voda, horniny, půda, organismy, ekosystémy a energie. [11]

2.1 Obecná ochrana životního prostředí Obecná ochrana ţivotního prostředí představuje ochranu krajiny, rozmanitosti druhů, přírodních hodnot a estetických kvalit přírody, ale také ochranu a šetrné vyuţívání přírodních zdrojů. Zákon č. 114/1992 Sb. o ochraně ţivotního prostředí rozlišuje: – obecnou ochranu krajiny, kam řadíme tyto nástroje: územní systém ekologické stability, významný krajinný prvek, krajinný ráz a přírodní park a přechodně chráněnou plochu, – obecnou ochranu druhů, podle níţ jsou všechny druhy rostlin a ţivočichů chráněny před ničením, poškozováním, sběrem či odchytem. Důleţitým nástrojem, obecné ochrany rostlin a ţivočichů včetně ochrany jejich přirozených stanovišť je ochrana volně ţijících ptáků, ale také ochrana dřevin rostoucích mimo les), – obecnou ochranu neţivé části přírody a krajiny (ochrana jeskyní, přírodních jevů na povrchu, které s jeskyněmi souvisejí a paleontologických nálezů a minerálů). Toto jsou platná znění definic a jejich právní znění o obecné ochraně ţivotního prostředí, která jsou převzata ze stránek Ministerstva ţivotního prostředí.[12]

8

2.2 Znečišťování a poškozování životního prostředí Za znečišťování a poškozování ţivotního prostředí se povaţuje ve smyslu zákona č. 17 Sb./1992 §8 odst. 1 vnášení takových fyzikálních, chemických nebo biologických činitelů do ţivotního prostředí v důsledku lidské činnosti, které jsou svou podstatou nebo mnoţstvím cizorodé pro dané prostředí.[11]

Odpady a hospodaření s nimi Necitlivé nakládání s odpady můţe mít negativní vliv na stav ţivotního prostředí, proto je hospodaření s nimi ošetřeno zákonem č. 185/2001 Sb. z roku 1991 o odpadech, který klade důraz na předcházení vzniku odpadů, stanovuje hierarchii nakládání s odpady, dále nastavuje základní principy ochrany ţivotního prostředí a ochrany zdraví obyvatel při nakládání s odpady.[13]

2.3 Emise, imise a skleníkový efekt Emise a imise Při spalovacích procesech dochází k uvolňování škodlivých látek do ovzduší. Tento jev se nazývá emise. Podle zákona č. 86/2002 Sb., o ochraně ovzduší se emisí rozumí vnášení jedné nebo více znečišťujících látek do ţivotního prostředí, imisí znečištění ovzduší vyjádřené hmotnostní koncentrací znečišťující látky nebo stanovené skupiny znečišťujících látek [36]

9

Skleníkový efekt Skleníkový efekt je jev, který nastává po průchodu slunečního záření atmosférou. Prošlé záření ohřívá povrch Země. Ten poté vysílá tepelné záření, které je atmosférou propouštěno jen omezeně. Skleníkový efekt je ovlivňován přítomností určitých plynů v atmosféře. Zdroje těchto plynů souvisejí s výrobou a spotřebou energie. Hlavním skleníkovým plynem je oxid uhličitý (CO2). Tvoří aţ 20% z ročního mnoţství emisí.

Tento oxid je běţně obsaţen ve vzduchu v malé

koncentraci. Je to velmi důleţitý plyn, protoţe je součástí fotosyntézy a zároveň je ţivinou pro rostliny. Oxid uhličitý ale také výrazně brání vyzařování tepla zpět do kosmu a tím ovlivňuje teplotu zemského povrchu. Dosáhne-li obsah CO2 vzrůstu asi o 25%, dojde k oteplení Země o 1 oC. Dalšími významnými skleníkovými plyny jsou metan, oxidy dusíku a freony.[10] [9]

10

3 Zdroje energie Na naší planetě se vyskytují různé druhy zdrojů energie. Jsou to fosilní spalitelné materiály (uhlí, ropa, plyn), štěpné látky. Další zdroje energií jsou vítr, voda, biomasa, sluneční záření, geotermální prameny a příboj oceánů. Zdroje energie lze rozdělit na dvě skupiny. Na obnovitelné a neobnovitelné. K neobnovitelným zdrojům se řadí fosilní paliva a jaderná paliva, jejichţ společným znakem je jejich moţná vyčerpatelnost, a ţe při jejich zpracovávání vzniká odpad. Naopak zdroje obnovitelné jsou téměř nevyčerpatelné, navíc při jejich pouţití nedochází ke vzniku odpadních látek. Dále lze rozlišovat zdroje primární a sekundární. Za primární se povaţují jaderné fúze ve Slunci, fosilní a jaderná paliva. Sekundární zdroje jsou zdroje slunečního zářivého toku, které lze ještě dělit na nepřímé a přímé. Jejich výskyt je závislý na slunečním záření. V energetice mají největší význam hlavně jaderná paliva, černé a hnědé uhlí, protoţe ostatní zdroje jsou časově velmi proměnlivé (například slunce nesvítí v noci). Navíc většinou poskytují jen omezené hustoty toku energie.[1] [2] [10]

3.1 Obnovitelné zdroje V dnešní době jsou obnovitelné zdroje velmi často zmiňovány v různých spojitostech, zejména ve smyslu jejich vyuţití pro výrobu elektrické energie v praxi a jejich pouţitelnosti a dostupnosti. Přesná definice, co lze povaţovat za obnovitelný zdroj, je stanovena zákonem č. 17 sb./1992 §7 odst. 2 a zní: Obnovitelné přírodní zdroje mají schopnost se při postupném spotřebovávání částečně nebo úplně obnovovat, a to samy nebo za přispění člověka. Neobnovitelné přírodní zdroje spotřebováváním zanikají. [11]

Druhy obnovitelných zdrojů - energie slunečního záření

- energie větru

- energie vody

- geotermální energie

- spalování biomasy - vyuţití tepelných čerpadel [14] 11

4 Solární energie Slunce je zdrojem solární energie. Je také hvězda, která se nachází ve stabilní etapě svého vývoje. V této etapě setrvá dále přibliţně 5 miliard let, proto z hlediska délky lidské civilizace se jedná o skoro nevyčerpatelný obnovitelný zdroj energie. Po této stabilní fázi se Slunce zvětší a jeho výkon se zdvojnásobí. Zdrojem energie je jaderná fúze, jedná se o spojování dvou jader vodíku na jádro deuteria a vzniku positronu. V další fázi dochází ke sloučení jádra deuteria s jádrem vodíku a tím vzniká tritium, coţ je jádro vodíku obsahující proton a dva neutrony. V závěrečném kroku vzniká jádro hélia a dvě jádra vodíku za sloučení dvou jader tritia. Během přeměny vodíku na helium dochází zároveň k zmenšení klidové hmotnosti a k uvolňování energie.[2] [10] Sluneční záření nad zemskou atmosférou je konstantní a je dáno vzdáleností Slunce a Země, která je 1,496 1011 m. Je vyjádřeno solární konstantou: K=1,37 103 W m-2. Ovšem v naší atmosféře působí jako filtrační papír mraky, vodní a prachové částice a jiné částice, které tak sniţují mnoţství slunečního záření dopadající na povrch Země. Proto se v závislosti na denní době a na počasí a částečně i na zeměpisné šířce pohybuje v různých hodnotách. Největší hodnotu mívá za slunečného počasí kolem poledne zhruba 1000 W m-2, na rovníku je tato hodnota jen o málo vyšší.[3][15] Sluneční záření se dělí na přímé a nepřímé. Přímé je takové záření, které není ovlivňováno mraky a dopadá na zemský povrch za slunného počasí, nepřímé je ovlivňováno mraky a má tím pádem niţší hodnotu. Součet obou těchto záření je globální (celkové).[3]

4.1 Využití sluneční energie Vyuţití energie slunečního záření se dělí na přímé a nepřímé. Přímým vyuţitím je energie slunečního záření převáděna tepelným kolektorem přímo na energii tepelnou, kterou lze pouţít například k vytápění, nebo za pomocí fotovoltaických článků je solární energie přeměňována na energii elektrickou. Při nepřímém vyuţití sluneční energie se vyuţívají sekundární formy slunečního záření, jako jsou voda, vítr, biomasa atd. [3] 12

4.2 Solární zařízení Solární zařízení se dělí na aktivní a pasivní. Pasivní solární zařízení přeměňují sluneční záření na teplo. Příkladem pasivního zařízení je architektonicky vhodné řešení návrhu budovy, například zvýšení počtu oken v budově, prosklení střechy, zasklený balkon, zimní zahrady. Těmito stavebními úpravami lze dosáhnout sníţení spotřeby elektrické energie a maximálního vyuţití denního světla, které daný prostor prosvětlí. Sklo funguje jako tepelný izolant, díky tomu můţe dojít i k poklesu spotřeby tepelné energie v prostoru, který je vybavený takovýmito stavebními úpravami. [1] [4] Aktivní solární zařízení se dělí ještě na dvě další podskupiny. Na zařízení, která přeměňují sluneční energii na teplo za pomocí kolektorů a na zařízení, která přeměňují sluneční energii na elektrickou energii. Ty se pak dále dělí podle pouţité technologie. [1]

4.2.1 Solární kolektory Jsou to zařízení, která přeměňují sluneční energii na energii tepelnou. Základní princip spočívá v tom, ţe sluneční záření dopadá dovnitř kolektoru kaleným, na ţelezo chudým bezpečnostním sklem. V kolektoru záření pak dopadá na absorbér. Ten je zpravidla měděný a má na povrchu selektivní absorpční vrstvu. Selektivní povrstvení pohlcuje energeticky bohaté záření. Bývá získáno aţ 90% tepla z dopadajícího záření. Takové účinnosti lze dosáhnout pouze touto přeměnou slunečního záření, a také tím, ţe kolektory mají malou vyzařovací schopnost v tepelném spektru. Kolektory se dále dělí podle pouţité technologie na kapalinové, ploché, koncentrační.[1] Kapalinové kolektory ohřívají teplonosnou kapalinu, která je odváděna k pouţití nebo je shromaţďována v solárním zásobníku. Ploché kolektory se pouţívají většinou pro nízkoteplotní systémy, vyuţívají se na výrobu tepla do 100 °C. Tyto kolektory jsou nejrozšířenějším typem a dosahují účinnosti kolem 70%. Vakuové ploché kolektory jsou vybaveny speciální vrstvou tzv. selektivní absorpční vrstvou, která výrazně zlepšuje pohltivost slunečního záření, mohou se pouţívat i nad 100 °C.

13

Vakuové kolektory mají jako absorbér potrubí, které je umístěné ve vakuové trubici. Vakuum má izolační vlastnosti, které značně brání úniku tepla a díky nim lze dosáhnout účinnosti aţ na 90%. [1]

4.2.2 Fotovoltaické systémy Základní princip fotovoltaických zařízení spočívá v tom, ţe se energie proudu fotonů slunečního záření přemění v energii pohybujících se elektronů na základě fotoelektrického jevu. K tomu je zapotřebí v zásadě dvou věcí: volné elektrony a elektrický potenciál, který volné elektrony uvede do pohybu. [2] Volné elektrony jsou obsaţeny prakticky v kaţdém kovu. Pro fotovoltaické články se pouţívají polovodiče, ve kterých se vyuţívá typických vlastností polovodičů. Nejpouţívanější polovodič ve fotovoltaice je křemík. Pro pochopení principu fotovoltaických článků je důleţité znát, jak fungují polovodiče. [2] Polovodiče jsou látky, které mají vlastnosti vodičů i izolantů. To znamená, ţe v nich nejsou volné elektrony, ale mohou se snadno uvolnit například dodáním tepla nebo právě dopadem slunečního záření. Při dopadu fotonů na polovodič se začnou uvolňovat elektrony a vznikat díry po uvolněných elektronech. [2]

Obr. č. 1 Znázornění struktury polovodiče (http://cs.wikipedia.org/wiki/Polovodi%C4%8D) Pro fotovoltaiku je důleţité vytvoření P-N přechodu, coţ je spojení dvou typů polovodičů, polovodiče typu P a polovodiče typu N. Ten je základ pro dnešní 14

moderní elektroniku. Polovodič typu P vznikne tak, ţe do krystalu křemíku se přidá určitá příměs, která v křemíku změní jeho vodivostní vlastnosti. Atomy v křemíku jsou spojeny kovalentními vazbami, které mají poměrně malou vzdálenost, tudíţ stačí dodat malé mnoţství energie, aby se uvolnily elektrony a dostaly se do vodivostního pásu. Tento jev je závislý na dodávání energie a tepla, kdyţ se křemík zahřívá, zvyšuje se i jeho vodivost, více elektronů se dostává do vodivostního pásu. Pro polovodič typu P se přidává do mříţky křemíku prvek bor, který má ve valenční vrstvě jen 3 elektrony a vzniknou tím nadbytečné díry. Polovodič typu N vzniká přidáním fosforu do mříţky křemíku. Fosfor má 5 elektronů ve valenční vrstvě, ale křemík můţe vyuţít pouze 4 elektrony, tudíţ dojde k nadbytku volných elektronů a tím se stává křemík vodivější. Pokud se tyto dva typy polovodičů spojí tenkou vrstvou, vzniká P-N přechod. [2] Vlastní fotovoltaický článek je tak v podstatě dioda. Je vytvořený P-N přechod, který je opatřený na obou stranách kovovými kontakty. Při dopadu slunečního záření se generují volné elektrony a díry, které jsou elektrickým pólem P-N přechodu posílány na různé strany. Ve vrstvě typu N jsou elektrony a stává se tak záporným pólem fotovoltaického článku a díry jsou ve vrstvě typu P a ten je kladný pól.[2]

Obr. č. 2 Fotovoltaický článek: (http://www.nemakej.cz/fotovoltaicky-clanek.php)

15

Výkon fotovoltaického článku

Fotovoltaický článek má jeden pracovní bod, ve kterém dosahuje maxima. Tento bod je označen jako MPP (zkratka z angl. Maximum Power Point). Typické solární články, které mají svou velikost 10 x 10 cm a 15 x 15 cm vytvářejí při MPP proudy 3 A, 6 A. Výkon pak činí 1,5 W, v druhém případě 3 W. Výkon dále závisí na dalších vlivech: na záření, na teplotě, na spektru světla, největší vliv má záření. Teplota má vliv protichůdný, Zvyšováním teploty proud roste, avšak napětí a výkon s rostoucí teplotou klesá. Pro porovnávání výkonu jednotlivých fotovoltaických článků a pro praktické vyuţití, byly dohodnuty vědci a výrobci fotovoltaických článků standardní zkušební podmínky (Standart Test Conditions), které jsou: záření 1000 W m-2, teplota 25 °C, veličina AM rovná 1,5 (AM = Air Mass) to znamená, ţe sloţení světla odpovídá slunečnímu světlu, které prošlo 1,5násobnou tloušťkou zemské atmosféry filtrující světlo. Výkon takto naměřený má název špičkový výkon a má jednotku Wattpeak [Wp]. [3] Solární modul Pro zvyšování výkonu, zlepšení manipulace a ochrany solárních článku se vyuţívá jejich spojení do tzv. solárních panelů nebo modulů. V solárních panelech se fotovoltaické články zapojují do série, aby součtem jednotlivých napětí článků (jeden má v pracovním bodě 0,5 V), vytvořilo vyšší napětí panelu. Panely jsou pokryty vrstvou kaleného skla. Pevnost jim dodává hliníkový rám a většina moderních panelů má i antireflexní vrstvu, která sniţuje ztráty světla odrazem. Zisk energie ze slunečního záření je závislý i na čistotě panelu a jednotlivých článků. Důleţitá je jejich poloha. Panely bývají natočeny zpravidla na jiţní stranu nebo je lze nastavit během dne podle svitu Slunce.[2]

16

Solární generátor Pro získání většího výkonu solárního modulu, mohou být moduly zapojeny spolu tak, ţe tvoří solární generátor. Moduly je přitom moţno zapojovat různě. Je-li potřeba dosáhnout zvýšení napětí, pak se jednotlivé moduly zapojí sériově. Jejich napětí se sčítají a hodnota proudu je rovna proudu modulu. Toto je případ zařízení, která jsou připojená na rozvodnou síť, protoţe v síti je omezený elektrický proud, pracuje se s vyššími napětími. Zapojené moduly do série se nazývají string nebo řetězec. Pro zvýšení proudu se několik modulů zapojuje paralelně. Tohoto zapojení se pouţívá při malých izolovaných solárních zařízení. [3]

4.3 Solární elektrárny Solární elektrárna představuje soustavu mnoha fotovoltaických článků, které tvoří určitou plochu. Vyuţití sluneční energie v energetice je dáno hlavně zeměpisnou polohou. Například státy, které jsou blízko rovníku nebo jiţní státy mají mnohem lepší podmínky pro vyuţití sluneční energie proti státům na severu. V České republice jsou podmínky poměrně dobré. Doba, po kterou svítí na Českou republiku Slunce, je zhruba 1400 – 1700 h/rok, ale v některých oblastech, jako je například Jiţní Morava je doba svitu aţ 2000 h/rok. Na jeden m2 tak připadá cca 1100 kWh solární energie. Výkon solární elektrárny je dán počtem a plochou jednotlivých fotovoltaických článků.[16] jaro léto podzim-zima celý rok

Obr. č. 3 Globální sluneční záření na územíČR (MJ/m2 za rok) (http://www.itest.cz/solar/dubnany.htm)

17

350 400 100 60 - 80

Wh/den Wh/den Wh/den kWh

Síť solárních elektráren v České republice je zatím tvořena převáţně malými místními zařízeními. Je tu zhruba 200 solárních elektráren. Masarykova Univerzita má také jednu fotovoltaickou elektrárnu, která je umístěna na budově pedagogické fakulty v Brně. Elektrárna byla spuštěna v roce 2005 ve zkušebním provozu. Do řádného provozu byla uvedena v lednu 2006 a její odhadovaný roční výkon je 40 MWh. [16] [37] Dvě největší solární elektrárny jsou v Ostroţské Lhotě na Uherskohradišťsku a v Bušanovicích v Jiţních Čechách na Prachaticku. Jsou to solární elektrárny, které zásobují zhruba 200 domácností. [16] Solární elektrárna v Bušanovicích se skládá ze dvou částí Bušanovice I. a Bušanovice II. Denní výroba elektrické energie činí zhruba 1362 kWh. Celková plocha elektráren je 11041 m2.

Obě elektrárny zásobují 173 domácností. Svou

výrobou elektrárny ušetří našemu ţivotnímu prostředí několik tun CO2. Bušanovice I. 725 tun a Bušanovice II. 775 tun. Pouţívají solární panely, které jsou vyrobeny z krystalického křemíku. Vyrábějí stejnosměrný proud, který je v převaděčích převáděn na střídavý elektrický proud a dodáván do elektrické sítě a domácností ke spotřebě.[17]

18

5 Větrná energie Vítr je dalším z obnovitelných zdrojů, které je moţné pouţívat k výrobě elektrické energie. Energie větru se vyuţívá uţ po staletí. Pouţívali jej slavní mořeplavci k pohonu svých lodí, lidé pouţívali k mletí obilí na mouku, v dnešní době se vyuţívá i na výrobu elektrické energii.

5.1 Co je vítr Za vítr a jeho vznik můţe Slunce. Slunce svým tepelným zářením zahřívá vzduch na Zemi, ovšem zahřívá jej nerovnoměrně. Kdyţ Slunce zahřeje nějakou vrstvu vzduchu, tak ta má tendenci stoupat nahoru a dělat tím místo nezahřátému vzduchu. Z hlediska velkých prostorů má vzduch snahu vyrovnat rozdíly tlaku vzduchu, které vznikají při zahřívání vzduchu. Zahřáté vrstvy se pohybují nahoru a tento vzniklý pohyb vzduchových vrstev představuje vítr. [6]

5.2. Výkon větru Tento energetický zdroj je všudypřítomný, avšak je velmi nestálý a nelze jej přesně vypočítat. Není sice závislý na denní době jako sluneční energie, ale jeho výkon je velmi proměnlivý. Výkon větru se dá spočítat ze vzduchové hmoty, která za určitou dobu projde danou vztaţnou plochou, a rychlosti jeho proudění podle vzorečku: P

1 2

q

3

S

, ve kterém q je hustota vzduchu (1293 kg/m3), S je

plocha, kterou vítr proudí, v je rychlost větru, která závisí na mnoha faktorech, jako jsou například nadmořská výška, vzdálenost od moře, závisí na reliéfu, na roční době, aktuálním počasí. Výkon větru stoupá s jeho rychlostí podle třetí mocniny. Dvojnásobná rychlost větru znamená osminásobný výkon. [1] [6]

19

Obr. č. 4 Výkon větru (http://hydraulika.fsv.cvut.cz/Predmety/VIN/ke_stazeni/Vyuziti_vodni_energie.pdf)

20

5.3 Síla větru Síla větru velmi ovlivňuje výkon větru a pro hodnocení síly větru se pouţívá tzv. Beaufortova stupnice síly větru.(viz. tab. č. 1). V této tabulce jsou větry roztříděny podle rychlosti a účinku, které mají na souši. Podle této tabulky se dá odhadovat síla větru pouhým okem, právě podle vlivu větru na prostředí na souši (i na hladině vody). [6] Tab. Č. 1 Beaufortova stupnice síly větru Stupeň

Vítr

Rychlost m/s

km/h

0

bezvětří

< 0,5

<1

1

vánek

~1,25

1–5

2

větřík

~3

6 – 11

3

slabý vítr

~5

12 – 19

~7

20 – 28

~ 9,5

29 – 39

mírný vítr čerstvý vítr

4 5 6

silný vítr

~ 12

40 – 49

7

mírný vichr

~14.5

50 – 61

8

čerstvý vichr

~17,5

62 – 74

9

silný vichr

~ 21

75 – 88

10

plný vichr

~24,5

89 – 102

11

vichřice

~ 29

orkán

> 30

1217 [6]

21

103 – 114 > 117

Na souši kouř stoupá kolmo vzhůru směr větru poznatelný podle pohybu kouře listí stromů šelestí listy stromů a větvičky v trvalém pohybu zdvihá prach a útrţky papíru listnaté keře se začínají hýbat telegrafní dráty sviští, pouţívání deštníků je nesnadné chůze proti větru je nesnadná, celé stromy se pohybují ulamují se větve, chůze proti větru je normálně nemoţná vítr strhává komíny, tašky a břidlice se střech vyvrací stromy, působí škody na obydlích působí rozsáhlá pustošení ničivé účinky (odnáší střechy, hýbe těţkými hmotami)

5.4 Větrná elektrárna a její princip Moderní větrné elektrárny jsou šetrné k ţivotnímu prostředí, stavějí se v lokalitách, ve kterých vítr dosahuje vyšších rychlostí jak 6 m s-1 ve výšce osy rotoru. Větrná elektrárna se skládá z několika částí. První z nich je tubus, který má výšku 100 – 120 m. Platí, ţe čím je tubus vyšší, tím je výkon elektrárny větší. Tubus je zpravidla vyroben z oceli, z betonu, vyrábí se i příhradové stoţáry, které šetří materiál, pouţitý na stavbu větrné elektrárny. Další součástí je strojovna větrné elektrárny, která má hmotnost zhruba 70 tun. Ve strojovně jsou umístěny nejdůleţitější přístroje elektrárny. V elektrárnách se vyuţívá třílistých rotorů, které jsou spojeny se strojovnou. Platí, ţe kdyţ má elektrárna větší rotor, má i vyšší výkon. Listy rotoru mají za úkol větrnou elektrárnu roztáčet, při velkém větru mají za úkol elektrárnu brzdit. Platí, jestliţe je rychlost větru vyšší jak 25 m s-1, natočí se listy do tzv. praporu a tím zbrzdí elektrárnu. Rotor elektrárny se otočí zpravidla 10 – 15 krát za minutu. Ve strojovně je umístěna převodovka, která převádí nízké rychlosti rotoru na vyšší rychlosti generátoru. Převodovka je jedna z nejporuchovějších součástek větrné elektrárny, proto některé firmy vyrábějí bezpřevodovkové elektrárny. Brzda má v elektrárně za úkol natáčení jednotlivých listů a zabrţďování elektrárny, ale obsahuje i další diskovou brzdu, která má zabránit neţádoucímu roztočení rotoru. Je umístěna na vysokorychlostní hřídeli převodu. Kaţdá gondola má na svém povrchu čidla pro změření rychlosti a směru větru. Podle vyhodnocených dat se gondola pomocí elektricky poháněných motorů natočí tak, ţe rotor je v pozici kolmo k proudění. Generátor přeměňuje energii mechanickou na energii elektrickou. Při stavbě elektráren se pouţívají zpravidla dva typy generátorů, jeden s převodovkou, ty jsou označovány jako asynchronní generátory a bez převodovky, ty jsou nazývány synchronní generátory. Z generátoru je odváděn elektrický proud, který má napětí 400 – 690 V, protoţe se elektrárna připojuje do sítě s napětím 22000 V, je dalším důleţitým zařízením transformátor, který zabezpečí změnu tohoto napětí.[18]

22

Obr. č. 5: Schéma větrné elektrárny:1 - rotor s rotorovou hlavicí, 2 - brzda rotoru, 3 planetová převodovka, 4 - spojka, 5 - generátor, 6 - servopohon natáčení strojovny, 7 - brzda točny strojovny, 8 - loţisko točny strojovny, 9 - čidla rychlosti a směru větru, 10 - několikadílná věţ elektrárny, 11 - betonový armovaný základ elektrárny, 12 elektrorozvaděče,13 - elektrická přípojka[1] (http://hydraulika.fsv.cvut.cz/Predmety/VIN/ke_stazeni/Vyuziti_vodni_energie.pdf)

5.5 Výkon větrné elektrárny Výkon větrné elektrárny je dán její velikostí, umístěním, a hodnotám síly a rychlosti větru, z čehoţ plyne, ţe je nestálý, protoţe závisí na povětrnostních podmínkách. Výkon nelze přesně zaručit, a proto musí být zálohován jinými zdroji pro případ, ţe nejsou vhodné podmínky k výrobě elektřiny. Záleţí především na rychlosti a stálosti větru. Vyuţití větrné energie je přibliţně 2000 h za rok. Mají poměrně malý výkon, proto je potřeba vystavit velký počet větrných elektráren, aby stačil na pokrytí spotřeby.[19]

23

5.6 Větrné elektrárny a jejich výstavba v České republice Dnes mají větrné elektrárny velmi dobrou perspektivu. Vítr se stává dalším obnovitelným zdrojem elektrické energie, který v Česku nahrazuje zastaralé tepelné elektrárny. Samy však nejsou schopny plně nahradit všechny elektrárny. V České republice je jejich výstavba podporována a rozvíjena. Například v roce 2005 vyráběly 21,3 GWh, v roce 2006 49,4 GWh, to je doklad o rozvoji větrné energetiky v Česku. Vhodné lokality pro umístění a výstavbu větrných elektráren jsou zpravidla v 700 m n. m., které spadají do chráněných krajinných oblastí, a v těch se stavět nemůţe.

Další

vhodné

lokality

představují

pohraniční

pásma

a

místa

v Českomoravské vrchovině, která jsou pro výstavbu ideální. [21] První větrná elektrárna byla postavena v Krušných horách v obci Dlouhá Louka a byla uvedena do provozu v 1993, která je umístěná v nadmořské výšce 870 m n. m. Jednalo se o zkušební provoz a byla prototypovým výrobkem. Slouţila k řadě zkoušek a pokusů. Od začátku provozu do roku 2000 vyrobila 1146 MWh elektřiny, v roce 1995 vyrobila 303 MWh. Další větrnou farmou je větrná elektrárna Mravenečník, která je umístěna v Jeseníkách v nadmořské výšce 1160 m n. m. Její instalovaný výkon je 1165 MW. V současnosti je odstavena, jinak elektrárna je schopna produkovat 175 – 418 MWh elektřiny ročně. Je v provozu od roku 1998. Výška elektrárny je 40 m a rotor má průměr 30 m. Skupina ČEZ plánuje vystavět další elektrárny, jedna z nich má být v obci Stříbro. Ta se má skládat ze 13 strojů o celkovém výkony 26 MW, kaţdý stroj má mít výšku 100m a průměr rotoru 90 a 100m. [21]

24

6 Vodní energie Voda představuje další obnovitelný zdroj energie, který je moţno vyuţívat k výrobě elektrické energie. Vyuţívání vodní energie se rozvíjí a zaujímá významný podíl v oblasti výroby elektrické energie z hlediska ekologicky šetrných zdrojů energie.

6.1 Voda Voda je sloučenina dvou prvků, jednoho atomu kyslíku a dvou atomů vodíku. Je bezbarvá látka, která se můţe vyskytovat ve třech skupenstvích: pevné (led), kapalné (voda), plynné (pára). Voda je základní podmínkou pro ţivot na Zemi. Je to velmi významná látka, funguje jako rozpouštědlo chemických sloučenin, přenašeč látek a zdroj hydratace pro organismy a rostliny. Tato látka má velmi široké moţnosti pouţití. Tvoří více jak 2/3 zemského povrchu. Slouţí jako poháněcí motor pro veškerý ţivot na Zemi. [22]

6.2 Vodní elektrárny a jejich rozdělení Ve vodních elektrárnách se vyuţívá vody, která je v pohybu. Voda proudící například korytem řeky, má spád. Ve vodních elektrárnách se energie vody přeměňuje na energii elektrickou. To je také základní princip vodní elektrárny. Vodní elektrárny jsou rozděleny podle vyuţití vodního prostředí na: - říční řešení (voda je pořád v korytu, není k turbínám odváděna potrubím) - derivační řešení (voda je k turbíně přiváděna potrubím) Podle toho, jak jsou provozovány na: - Průběţné elektrárny - Přečerpávací elektrárny

25

Dále se dělí podle velikosti spádu na: - Nízkotlaké – spád H menší neţ 15 m. - Středotlaké – spád H v rozmezí 15-30m. - Vysokotlaké – spád H větší neţ 30 m. Dle velikosti výkonu : - Drobné elektrárny – do 0.2 MW - Malé elektrárny – do 2 MW - Střední elektrárny – do 20 MW - Velké elektrárny – nad 20 MW [22]

6.2.1 Vodní elektrárna a její princip Vodní elektrárna je ve své podstatě vodní dílo, které je vystaveno na vodním toku. Tvoří jej vodní nádrţ nebo vodní tok, které mají dostatečný objem vody a spád vody. Přívodním kanálem je voda přiváděna k budově elektrárny, jeho součástí jsou česla, slouţící k zachytávání různých nečistot, které můţe voda ve svém proudu obsahovat, aby se nedostaly do dalších zařízení vodní elektrárny. Za česly jsou vtoková hradidla. Slouţí k zahrazení přítoku vody v případě opravy vodní elektrárny nebo havárie turbíny. Tlakovým přivaděčem je voda z nádrţe přiváděna k lopatkám turbíny. [23]

Obr. č. 6: Schéma vodní elektrárny http://www.simopt.czenergyweb/web/schemata/vodni/index.htm Ve vodní turbíně je energie vody přeměňována na kinetickou energii točícího se rotoru, který je hřídelí spojen s elektrickým generátorem. Generátor je zařízení, ve kterém

je

mechanická

energie

přeměňována 26

na

energii

elektrickou.

Po

transformování je dále distribuována do rozvodných sítí. Součástí vodní elektrárny je zařízení pro sání vody za turbínou a odpadní kanál, kterým je voda odváděna zpět do původního toku, případně do spodní vyrovnávací nádrţe vodní elektrárny.[23]

6.2.2 Přečerpávací vodní elektrárna Tato elektrárna vyţaduje větší nároky na umístění. Aby taková elektrárna fungovala, potřebuje k provozu dvě přehrady. Horní přehrada slouţí jako zásobník vody, ze kterého je voda přiváděna k turbíně a tam je podobným principem jako u malých vodních elektráren vyráběn elektrický proud. S dolní nádrţí je elektrárna spojena tlakovým potrubím. Tato soustava je schopna vyrábět elektřinu v době energetické špičky a umí svůj výkon okamţitě zvýšit a sníţit. V útlumu odběru elektrické energie je voda z dolní nádrţe přečerpávána zpátky do horní nádrţe. Tato technologie je perspektivní z hlediska akumulace elektrické energie. Přečerpávací elektrárna má hlavní úkol slouţit jako záloţní a doplňkový zdroj klasických elektráren.[20]

6.3 Výkon vodní elektrárny Výkon vodní elektrárny je závislý hlavně na velikosti hydroenergetického zdroje v dané lokalitě. Pro výkon hydroenergetického zdroje se zadává vztah P = 9,81 Q H ηc, ve kterém je P výkon, 9,81 [g cm-3] je hustota vody, Q značí průtok vodním strojem [m3 s-1], H značí čistý spád vody [m], ηc je celková účinnost zařízení. Dále je závislý na pouţité technologii a výběru turbíny. Například Dalešická elektrárna má výkon 450 MW. [5] [24]

27

6.4 Vodní elektrárny v České republice Vodní energetika je dalším alternativním způsobem výroby elektrické energie, aniţ by výrazně docházelo k poškozování ţivotního prostředí. Podmínky pro hydroenergetiku v Česku nejsou příliš příznivé. Máme zde málo toků, které mají potřebný spád a mnoţství vody, proto je podíl výroby elektrické energie pomocí vodních elektráren nízký. Vodní elektrárny v Česku představují svým významem spíše doplňkový zdroj elektřiny a jsou podstatné jako levný způsob výroby elektřiny v době energetických špiček, ve kterých jsou schopny velmi rychle regulovat svoji výrobu elektrické energie. Mají i význam vodohospodářský. [25] Největší vodní elektrárnou v Česku je přečerpávací vodní elektrárna Dlouhé Stráně v Jeseníkách. Tato elektrárna je vystavěna v chráněné krajinné oblasti s citlivým přihlédnutím k rázu krajiny. Elektrárna je řešena jako podzemní dílo. V podzemí je turbína a souběţně s ní i komora se dvěma blokovými transformátory, rozvodny 22 kV a další zařízení. Skládá se ze dvou nádrţí. V nadmořské výšce 1350 m n. m. na hoře Dlouhé Stráně se nachází horní nádrţ, která má celkový objem 2,72 mil. m3. Horní nádrţ je spojena s podzemní elektrárnou dvěma přivaděči a dvěma odpadními tunely. V říčce Divoká Desná se nachází dolní nádrţ elektrárny. Nádrţ má celkový objem 3,4 mil. m3, kolísání hladiny je 22 m a výška hráze je 56m. V elektrárně je nainstalovaný výkon v obou soustrojích 325 MW. Výkon elektrárny při čerpadlovém reţimu je 321 MW, při turbínovém je 325 MW. [25]

28

7 Ostatní obnovitelné zdroje 7.1 Geotermální energie Zdroj energie pro geotermální elektrárny je tepelná energie z nitra Země. Geotermální energie se vyuţívá především ve vulkanických aktivních oblastech, ve kterých se tyto elektrárny stavějí. K pohonu turbín se vyuţívá pára stoupající z gejzírů a horkých pramenů, nebo se teplonosná látka vtlačuje do vrtů, tam se ohřívá a ohřátá látka se vyvádí na povrch. Celkový nainstalovaný výkon geotermálních elektráren ve světě je 8000 MW. Tyto elektrárny nezatěţují přírodní prostředí jako elektrárny spalující fosilní paliva, které produkují odpad. Výstavba geotermálních elektráren je silně vázaná na lokalitu a velmi drahá. Vystavěny jsou hlavně na Islandu, v Itálii, Francii a v malé míře na Novém Zélandu.[26]

7.2 Energie biomasy Biomasa je hmota, která se skládá z organických sloučenin. V energetice se za biomasu povaţuje nejčastěji dřevo a dřevní odpad, sláma a další produkty zemědělství. Při jejím spalování nedochází k uvolňování oxidu uhličitého do ovzduší v takové míře, jako k tomu dochází při spalování fosilních paliv. Uvolněný CO2 je znova absorbován při růstu rostlin, tudíţ se dá mluvit o nulových emisích, dále se dostává do ovzduší oxid dusíku, který je regulovatelný a je závislý na kvalitě spalování biomasy. Biomasa se dělí na biomasu mokrou (výkaly hospodářských zvířat) a suchou (dřevo). Při zpracování biomasy se vyuţívá technologie, která pouţívá suchý proces jako je spalování a proces mokrý, které zahrnují anaerobní vyhnívání, lihové kvašení a výrobu biovodíku.[27] Biomasa má velký podíl těkavé hořlaviny (dřevo 70%, sláma 80%). Vzniklé plyny při jejím spalování mají různé teploty, proto ve skutečnosti hoří pouze část paliva. To je třeba eliminovat dokonalými podmínkami (teplota, účinné směšování se vzduchem a prostor dostatečný k tomu) pro její spalování, aby byla vyuţita všechna energie a nedocházelo k hoření v komíně. V energetice se pouţívá hlavně dřevo, které se štěpkuje a vyrábí se z něj piliny, brikety a pelety. Dále se pouţívá obilná 29

sláma z pouţitých zemědělských produktů, nejčastěji z olejnin, například z řepky. Ta se lisuje a vyrábějí se z ní brikety a granule. Do seznamu tzv. energetických povolených rostlin patří řada jednoletých rostlin, například konopí seté, pupalka dvouletá a další rostliny. Ze dřeva se pouţívají hlavně rychlerostoucí dřeviny: topoly, vrby, akáty, platany. Skupina ČEZ v roce 2007 vyrobila v domácích elektrárnách z biomasy celkem 249 GWh elektřiny. [27]

7.3 Energie tepla a využití tepelných čerpadel Za další obnovitelný zdroj energie se povaţuje teplo. Teplo, které je obsaţeno v zemi, ve vodě a ve vzduchu. Zařízení pro energii získávanou z tepla okolí jsou tepelná čerpadla. Tepelná čerpadla umoţňují odnímat teplo okolnímu prostředí, převádět na vyšší teplotní hladiny a předávat je pro potřeby vytápění nebo ohřev vody. Zařízení pracuje obdobně jako chladnička, ale neodebírá teplo potravinám, ale svému okolí, například vzduch, povrchové vodě, půdě. Tepelná čerpadla jsou zaloţena na pochodech souvisejících se změnou skupenství v závislosti na tlaku pracovní látky, která se nazývá chladivo. Ve výparníku odnímá chladivo za nízkého tlaku a teploty teplo ochlazované látce. Dochází k varu chladiva a kapalné chladivo ve výparníku se změní na páru. Ta je odsávána a stlačována na kondenzační tlak a v kondenzátoru předává kondenzační teplo ohřívané látce a změní své skupenství na kapalné. Kapalné chladivo je po sníţení tlaku přiváděno zpět do výparníku a tím doplňuje vypařené chladivo. Na provoz zařízení je zapotřebí dodání elektrické energie, přesto vytápění domu tímto způsobem je ekologičtější neţ vytápění spalováním dřeva. [9] [14]

30

8 Energie z neobnovitelných zdrojů Neobnovitelné zdroje jsou takové zdroje, které při jejich pouţití na výrobu elektrické energie zanikají a mají omezené mnoţství, které je moţno k výrobě elektrické energie pouţít. Zásoby uhlí i uranu jsou omezeny a po jejich vyčerpání je není moţné nahradit jiným palivem, které má stejné vlastnosti. I kdyţ se alternativní zdroje energie stále více dostávají do popředí, nelze jimi nahradit zdroje neobnovitelné, jakými jsou fosilní paliva a jaderná paliva.

8.1 Tepelné uhelné elektrárny Uhelné elektrárny jsou v podstatě tepelné elektrárny, které jako zdroj elektrické energie pouţívají hnědé, nebo černé uhlí. Hnědé a černé uhlí je zdroj, který je třeba vytěţit z uhelných oblastí a dopravit do elektrárny. Tato těţba výrazně poškozuje ţivotní prostředí a pouţití uhlí v energetice pro výrobu elektrické energie má tedy negativní dopad na naše ţivotní prostředí.

8.1.1 Hnědé a černé uhlí Černé i hnědé uhlí jsou fytogenní kaustobiolity. Mají obsah uhlíku v hořlavině nad 73,5%, prchavé hořlaviny obsahují pod 50% a mají výhřevnost větší neţ 24 MJ/kg. Hranice, která rozlišuje hnědé uhlí od černého uhlí je stanovena jako hodnota odraznosti světla tzv. vitrinita R = 0,5%, která je pro černé uhlí větší neţ 0,5%. Geologicky starší je uhlí černé, které vznikalo v druhohorách uhelnatěním rostlin. Hnědé je mladší, vznikalo v třetihorách, má niţší výhřevnost. Lignit je v Česku brán jako druh hnědého uhlí. Vyuţití uhlí v energetice je významné. Dále se pouţívá v teplárenském průmyslu, pro vytápění a ohřev vody. Ve světě jsou zásoby uhlí odhadovány na 500 miliard tun. [28] [29]

31

8.1.2 Princip tepelné elektrárny spotřebovávající hnědé a černé uhlí Princip tepelné elektrárny je zaloţen na přeměně energie tepelné na energii mechanickou, která je dále přeměňována na energii elektrickou. Uhelná tepelná elektrárna, vyuţívá k výrobě elektřiny uhlí. Skládá se z tzv. výrobních bloků. Na začátku je zařízení pro mletí uhlí na jemný prášek, ten se poté mísí se vzduchem, kterým je také poháněn k hořákům. Hořáky jsou zařízení zodpovědná za kvalitu shoření paliva. Palivo mají okamţitě vznítit po smísení se sekundárním vzduchem v ohništi a tím zaručit dokonalé spalování paliva. Kotel je energetické zařízení, které je určené k výrobě páry. Je sloţen z parního generátoru a spalovacího zařízení (ohniště). Do parního generátoru je přiváděna napájecí voda a přemění se v něm na páru. [30]

Obr. č. 7: Schéma tepelné elektrárny (http://www.simopt.cz/energyweb/web/schemata/tepelna/index.htm) Nasycená pára je v parním bubnu separována. Parní buben je tepelně izolovaný a zabezpečuje oběh vody. Pára z bubnu putuje do přehřívače páry, ve kterém se přehřátím páry zvýší účinnost turbíny. V turbíně se vnitřní energie páry přemění na mechanickou energii. V generátoru, který je spojen hřídelí s turbínou se energie kinetická přemění na energii elektrickou. Pod turbínou je umístěný kondenzátor páry, který na svých trubkách chladí páru a tím ji kondenzuje a napájecím čerpadlem je voda odváděna zpátky do kotle. Voda, která je v trubkách v kondenzátoru se nazývá chladící voda a ta je chlazena v chladicích věţích, do kterých je odváděna velkými čerpadly, která jsou jedna z největších zařízení v tepelné elektrárně. Tepelná elektrárna dále obsahuje výsypku, kam je odváděn popílek vzniklý při spalování paliva a moderní tepelné elektrárny mají i odsiřovací zařízení, které slouţí 32

k sniţování emisí vzniklých při procesech spalování paliva. Tepelná elektrárna je závislá na velkém mnoţství vody, proto je její součásti i vodní hospodářství. [30]

Výkon tepelných elektráren Většina tepelných elektráren má nainstalovaný výkon na jednom bloku 200 MW. Tvoří velkou část podílu na výrobě elektrické energie podle Českého statistického úřadu je podíl 66,35 %.[31]

8.1.3 Tepelné elektrárny v Česku Tepelné elektrárny mají v Česku velmi dlouhou tradici. Na našem území jich je vybudováno deset. Výstavba elektráren započala jiţ v roce 1951. Tehdy byla zahájena výstavba tepelné elektrárny v Hodoníně, která svého času byla největším zdrojem energie v tehdejším Československu. Její nainstalovaný výkon je 105 MW. V dnešní době se pouţívá z velké části jako teplárenské zařízení. [31] Největší tepelnou klasickou elektrárnou na Moravě je tepelná elektrárna Dětmarovice. Elektrárna se začala stavět v roce 1971 a do provozu byla uvedena v letech 1975 – 1976. Její nainstalovaný výkon je 800 MW. V elektrárně je vyrobeno okolo 2,5 TWh elektrické energie ročně, vyrobí se tu okolo 22 TJ tepla, které slouţí k vytápění. Denně se v elektrárně spotřebuje 1600 tun uhlí na jeden blok. Elektrárna spaluje hnědé uhlí, které má výhřevnost okolo 22 MJ/Kg a obsah síry má pod 0,5 %. Ve čtyřech kotlích se vyrobí 650 tun páry za hodinu, účinnost provozu je zhruba 90%. V 1998 bylo v elektrárně nainstalováno zařízení pro odsiřování. [31]

33

8.2 Jaderné elektrárny Jaderná energetika se začala v Česku (tehdy v Československu) rozvíjet v 70. letech 20. století. Jaderná energetika je velmi moderní a významný obor energetiky, protoţe svým provozem prakticky neprodukuje ţádné emise a má velký výkon proti ostatním typům elektráren. Dalo by se říci, ţe je šetrná k ţivotnímu prostředí, avšak přesto je to elektrárna, která má i negativní vliv na ţivotní prostředí. Pouţívá neobnovitelný zdroj energie, z čehoţ vyplývá, ţe tvoří odpad, v případě jaderné elektrárny je to jaderný odpad, se kterým je třeba nakládat velmi obezřetně a bezpečně. Jaderná elektrárna představuje i riziko, které by mohla přinést její případná havárie. V případě havárie by mohlo dojít k nedozírnému poškození ţivotního prostředí.

8.2.1 Jaderné palivo Jaderné palivo se pouţívá v jaderných elektrárnách jako zdroj pro výrobu elektrické energie. V našich elektrárnách se pouţívá izotop uranu 235. Přírodní uran obsahuje 0,7% uranu, proto se musí uran obohacovat výrobou palivových tablet. Při výrobě elektrické energie dochází postupně k sniţování obsahu uranu v palivu, v Dukovanské elektrárně je trvanlivost paliva čtyřletá. Jaderné palivo je vkládáno do kazet a tyto kazety jsou vkládány do reaktoru. Pouţité palivo je v kazetách vyjímáno z reaktoru. Kazeta s pouţitým jaderným palivem vypadá stejně jako kazeta s novým palivem, liší se pouze obsah radioaktivních látek. Jaderné palivo funguje na principu štěpení jader uranu 235. Atom z jaderného paliva se setká s neutronem, který uran 235 rozštěpí na dva atomy lehčích prvků a 2 – 3 neutrony, při tom prakticky současně dochází k uvolnění energie ve formě tepla a gama záření.[32]

8.2.2 Princip jaderné elektrárny Jaderná elektrárna má podobný princip jako uhelná tepelná elektrárna, s tím rozdílem, ţe místo fosilních paliv pouţívá jaderné palivo. Elektrická energie se vyrábí v generátoru, který je poháněn parní turbínou. V jaderném reaktoru dochází k štěpení uranu. Přesněji k tomu dochází v aktivní zóně reaktoru, do které jsou 34

zasouvány kazety s palivem. Celý proces je řízený a regulovatelný. Při štěpení se uvolní velké mnoţství tepelné energie, která ohřívá vodu v reaktoru. V primárním okruhu voda přenáší teplo do parogenerátoru. To je tepelný výměník, kde horká voda z primárního okruhu ohřívá vodu na páru v okruhu sekundárním. Pára je vedena sekundárním okruhem k turbíně, roztáčí turbínu a ta poté pohání elektrický generátor. V generátoru je mechanická energie turbíny přeměněna na elektrickou energii. Pára přicházející z turbíny do kondenzátoru se ochlazuje a přeměňuje na vodu, ta se poté vrací zpět do parogenerátoru. V terciárním okruhu, který se skládá z chladicích věţí, oběhových čerpadel, potrubí a kanálů, proudí chladící voda, která ochlazuje páru v kondenzátoru. Voda terciárního okruhu je ochlazována vzduchem v chladicích věţích, ze kterých stoupá jen čistá pára. Chladící věţe jsou ţelezobetonové stavby tvaru rotačního hyperboloidu. V dolní části věţe je kruhový bazén, ve kterém se ochlazená voda shromaţďuje a je odváděna zpět do kondenzátoru. [32] [33]

Obr. č. 8 Schéma jaderné elektrárny http://www.simopt.cz/energyweb/web/schemata/jaderna/index.htm

8.2.3 Jaderné elektrárny v Česku V Česku jsou vystavěny dvě jaderné elektrárny. Jaderná elektrárna Dukovany a jaderná elektrárna Temelín. Jaderná elektrárna Dukovany je starší elektrárna. Byla vybudována v roce 1978. Elektrárna se skládá ze čtyř jaderných bloků o jednotlivém výkonu 440 MW a ročně vyrobí přes 14 miliard kWh elektrické energie, coţ by stačilo pro spotřebu obyvatelstva v Česku. První jaderný blok byl uveden do provozu v roce 1985 a čtvrtý jaderný blok byl zprovozněn v 1987, tehdy elektrárna dosáhla výkonu 1760 MW. Jaderná elektrárna za svůj provoz ušetřila ţivotnímu prostředí 237 miliónu tun oxidu uhličitého, tím se významně podílí na šetření ţivotního 35

prostředí při výrobě elektrické energie. Dukovany mají vlastní sklad vyhořelého paliva. Skladují zde 60 kontejnerů, kaţdý z nich obsahuje 84 palivových kazet a kaţdá kazeta obsahuje 126 palivových proutků, které jsou naplněny do výšky 2,5 m, kontejnery jsou přírodním prouděním vzduchu ochlazovány. V meziskladu bude pouţité palivo uloţeno minimálně 50 let, za tuto dobu se radioaktivita strusky sníţí. Pouţité palivo se dnes jiţ dá přepracovávat pro další vyuţití, přepracování je však velmi drahé, draţší jak vlastní těţba uranu. Některé státy jiţ přepracovávají jaderný odpad a vyuţívají jej znova. [34] Jaderná elektrárna Temelín je mladší jadernou elektrárnou. Tato elektrárna byla uvedena do provozu v roce 2002, má nainstalovaný výkon 2 krát 1000 MW. Skládá se ze dvou bloků., je tedy výkonnější jak jaderná elektrárna Dukovany. Pouţité palivo je ukládáno v bazénu, které má kapacitu 680 míst pro palivové soubory. Zde je palivo uloţeno po dobu deseti let a poté přemístěno do meziskladu vyhořelého paliva. [32]

8.2.4 Nakládání s jadernými odpady Kaţdý provozovatel jaderné elektrárny a drţitel povolení pro nakládání s vyhořelým palivem nese zodpovědnost za nakládání s ním podle § 24 atomového zákona. V případě, ţe je vyhořelé palivo vyhlášeno právním úkonem za odpad, zodpovídá za uloţení odpadu Správa úloţišť radioaktivních odpadů, která je státní organizací, je řízena ministerstvem průmyslu a obchodu České republiky v souladu s atomovým zákonem. Materiál vyhořelého paliva je finančně a technicky velmi nákladné ukládat, tak aby byl skladován bezpečně. [32]

36

9 Výhody a nevýhody výroby elektrické energie Kaţdý způsob výroby elektřiny s sebou přináší řadu výhod, ale i nevýhod. Výhodou můţe být například velký výkon elektrárny, nulové emise, ţádný odpad, levné náklady na zřízení i provoz. Nevýhodami můţe být například vytváření emisí škodlivých pro ţivotní prostředí, nízký výkon, vyprodukovaný odpad, drahé náklady na zřízení i na provoz elektrárny. Některé elektrárny však mohou spojovat obě dvě kategorie, proto je někdy velmi těţké říci, zda je elektrárna výhodná anebo nevýhodná pro výrobu elektrické energie. Můţe mít například nízké provozní i zřizovací náklady, ale nízký výkon. V takovém případě je elektrárna výhodná i nevýhodná, proto je třeba při jejím posuzování vzít v potaz více hledisek, neţ jen dvě, protoţe by mohl být pohled na věc zkreslen, vypíchnutím jedné výhody a jedné nevýhody. Je třeba vzít do úvahy všechny vlastnosti dané elektrárny. Při srovnávání způsobů výroby elektrické energie je třeba zohlednit tyto vlastnosti: - výkon zařízení - dopad na ţivotní prostředí - dostupnost pouţitého zdroje - sloţitost postupu při výrobě - způsob zpracování odpadu - funkčnost zařízení - ekonomická stránka - ţivotnost zařízení - servis zařízení - vyuţitelnost zařízení [7]

9.1 Výroba energie ze Slunce Výhody Vyuţívá se obnovitelného zdroje a to slunečního záření. Dostupnost slunečního záření je velmi dobrá, protoţe Slunce svítí na celý povrch, pokud není zastíněn. Výroba elektrické energie ze Slunce je velmi šetrná k ţivotnímu prostředí. 37

Neprodukuje ţádný odpad, ţádné emise. Solární elektrárny jsou ekologická zařízení na výrobu elektřiny, a proto jsou povaţovány za příznivé zdroje elektrické energie pro ţivotní prostředí. [2] Vyuţitím slunečního záření lze ušetřit elektrickou energii potřebnou na svícení v místnosti, čehoţ lze dosáhnout různými stavebními úpravami. V prosvětleném prostoru není třeba tolik svítit, v zateplených prostorech se dá teplo ze sluneční energie maximálně vyuţít a tím sníţit náklady na vytápění. [2] Jako příklad fotovoltaické elektrárny vystavěné na rodinném domě uvádím tento: Rodinný dům a FVE 4,5 kW Fotovoltaický systém je nainstalován na šikmé střeše rodinného domu, který je v okolí Chrudimi a Pardubic. Je to dvoupodlaţní domek s obytným podkrovím. Střecha domu je nasměrována na jih a má úhel 35 o, coţ je ideální sklon pro solární panely. Fotovoltaický systém nainstalovaný na střeše se skládá z 24 kusů PV panelů, maximální výkon jednoho panelu je 200 Wp, celkový výkon je 4,5 kW. Plocha fotovoltaické elektrárny je 34 m2, předpokládaná účinnost panelů je 14 %. Součástí elektrárny je síťový měnič, který má účinnost 93,5 %. Pro výrobu energie, ve fotovoltaických elektrárnách, je důleţité zjistit si průměrnou dobu slunečního svitu v dané oblasti, v této je doba svitu vyšší neţ je průměrná hodnota doby svitu, v dané lokalitě je 1849,6 h za rok. Elektrárna vyrobí za rok zhruba 5 MWh elektřiny. Do nákladů je třeba počítat i s výměnou měničů, kterou je potřeba provést jednou za deset let. Je podstatné, jak bude zařízení připojeno. Při připojení do stávajícího elektrického vedení je nutné pouţít speciální, vícekvadrantový elektroměr, který pozná jaký typ elektřiny je pouţíván, jestli z FVE nebo ze sítě. Průměrná spotřeba elektřiny v tomto domě je 15 MWh za rok, trvale zde bydlí 4 osoby. Tato spotřeba je vyšší neţ dokáţe FVE vyrobit za rok, proto je jisté, ţe elektřina bude odebírána více ze sítě jako elektřina z FVE. Tabulka č. 2 popisuje náklady na zřízení FVE. [2]

38

Tab. č. 2: Celkové investiční náklady podle faktury dodavatele [2] Celkové investiční náklady Dodávka a montáţ měniče el. Napětí (Fronimus IG 40) Dodávka a montáţ solárních panelů (24 x KC200GHT-2) Celkem

Cena bez DPH

19% DPH[]

Cena s DPH

58 300

11 077

69 377

516 523

98 139

614 662

574 823

109 216

684 039

Protoţe investor spotřebovává elektřinu sám, je přihlášen k odběru zeleného bonusu, cena elektřiny je tvořena zeleným bonusem 12,75 Kč/kWh plus průměrnou cenou elektřiny neodebranou ze sítě, to činí v domácnostech zhruba 4 Kč/kWh. Provozovatel získá za kaţdou kWh přibliţně 13,46 Kč v případě, ţe vyrobenou elektřinu odebere rozvodný podnik. [2] Tab. č. 3: Ekonomika provozu FVE [2] Výkupní

Zelený

cena

bonus

Předpokládaná výroba energie za jeden rok Výkupní cena 1 kWh

kWh/rok

4,922

4,922

Kč/kWh

13,46

16,75

Výnos z realizované investice

Kč/rok

66 254

82 449

39

Nevýhody Sluneční elektrárna má nároky na lokalitu, je závislá na svitu Slunce, proto její výstavba není realizovatelná všude. Doba svitu Slunce je další nevýhodou solárních elektráren, protoţe je na něm elektrárna závislá a logicky v noci je výroba elektrické energie omezena na dobu neţ začne zase svítit Slunce. Solární elektrárny v dnešní době svým výkonem nepokryjí potřeby obyvatelstva, proto jsou z tohoto pohledu nevýhodné, a tak se staly jen dodatkovým zdrojem elektrické energie. Velké solární elektrárny mohou narušovat estetiku budov, vzhled a ráz krajiny. [2] Nevýhoda můţe být právě cena fotovoltaické elektrárny, i kdyţ se náklady vyplatí, počáteční investice jsou docela velké. Náklady spojené na zřízení solární elektrárny mohou být variabilní, záleţí na technických poţadavcích, například na způsobu provedení, na velikosti poţadovaného výkonu, zda se jedná o vyuţití solární energie na ohřev vody a proslunění prostor (maximální vyuţití slunečního záření). Cena za přestavbu budov můţe být v řádech tisíců i statisíců korun. Solární elektrárny jsou nákladné na zřízení. [2]

9.2. Výroba energie z větru Výhody Největší výhodou a kladem větrné elektrárny je její vliv na ţivotní prostředí. Vyuţívá zdroje z řad obnovitelných zdrojů. Vítr je velmi dostupný zdroj pro výrobu elektrické energie, je totiţ všude. V některých oblastech je přímo ideální vystavět větrnou elektrárnu, právě díky povětrnostním podmínkám. Výroba elektřiny je velmi šetrná k přírodě, protoţe netvoří ţádný odpad ani emise. Principiálně není příliš sloţitá, záleţí na typu technologie, na velikosti větrné elektrárny a na výkonu. Na rozdíl od Slunce vítr fouká i v noci, proto větrná elektrárna můţe vyrábět elektrický proud v jakoukoliv denní dobu, pokud jsou dobré povětrnostní podmínky. Výroba elektrické energie za vyuţití větru je velmi ekologická.

40

Nevýhody Nevýhodou větrné elektrárny je zároveň samotný zdroj, který pouţívá k výrobě elektrické energie. Vítr není dobře předvídatelný, protoţe můţe změnit svou intenzitu i během dne. Je závislý na nadmořské výšce a ročnímu období a dalších faktorech, jako jsou například reliéf krajiny a různé větrné překáţky (budovy, stavby). Větrná elektrárna narušuje vzhled a ráz krajiny, proto je velmi důleţité zvolit lokalitu na její výstavbu. Nejpříznivější lokality pro výstavbu větrné elektrárny jsou však většinou chráněné krajinné oblasti a v těch je stavba zakázána, to je další nevýhoda větrných elektráren. Větrné elektrárny neposkytují dostatečné mnoţství vyrobené energie, stejně jako sluneční elektrárny, aby stačilo na pokrytí potřeb obyvatelstva, a navíc tento zdroj energie je nestabilní a nelze zaručit vhodné povětrnostní podmínky. Větrná elektrárna můţe představovat riziko pro zvířata, například pro ptáky. Mnohdy obyvatelé míst, v nichţ jsou větrné elektrárny vystavěny, si mohou stěţovat na hlučnost provozu. Větrná energetika se stále rozvíjí a buduje. Má velkou perspektivu ve vyuţívání obnovitelných zdrojů. [18]

9.3. Výroba elektrické energie ve vodních elektrárnách Jak jiţ je výše zmíněno, voda patří do obnovitelných zdrojů, které jsou vhodné pro ekologicky vyráběnou elektřinu. Voda je zdroj, který je prakticky nevyčerpatelný. Při výrobě elektřiny není vytvářen ţádný odpad ani ţádné emise a velmi výrazně šetří ţivotnímu prostředí velké mnoţství skleníkového plynu oxidu uhličitého. Vodní elektrárny mají docela velký výkon, který slouţí jako zdroj elektrické energie v období energetických špiček. Princip výroby elektřiny ve vodních elektrárnách vyţaduje celkem sloţité technické konstrukce a jejich výstavba je velmi omezená. Tato elektrárna pro svoji výstavbu vyţaduje vodu, která je v pohybu nebo velké mnoţství vody v přehradách, proto jedna z nevýhod vodní elektráren je ta, ţe pro vybudování elektrárny je zapotřebí vhodného místa. Místa jsou omezena výskytem vhodného vodního toku nebo vodních přehrad. Výstavba elektrárny můţe bránit ţivočichům v migraci a představuje riziko v případném protrţení hráze. Cena 41

vodních děl se pohybuje v řádech miliónu korun. Jsou to drahá zařízení pro výrobu elektrické energie. Ve srovnání vodní elektrárny s větrnou elektrárnou je vodní elektrárna mnohem výkonnější a stabilnější zdroj energie, proto má v energetice větší význam. Vodní elektrárna je vodní dílo a všechna vodní díla vyţadují důkladnou průběţnou servisní prohlídku, aby nedocházelo k závadám na zařízení a tím pádem k omezení dodávek elektrického proudu z vodních elektráren. Vodní elektrárny mají v Česku jiţ dlouhou tradici a mají také dobrou perspektivu ve vývoji energetické sítě.

9.4. Výroba energie v tepelných uhelných elektrárnách Uhelné elektrárny mají dlouholetou tradici v Česku. Jsou velmi významné na trhu energetiky a dosud jsou některé z nich významnými dodavateli elektrické energie. Mají velký výkon, který je schopen pokrýt potřeby obyvatelstva a zatím je nelze zcela nahradit ekologičtějšími elektrárnami. Elektrárny se snaţí zvyšovat svůj výkon různými úpravami konstrukčními a technologickými, například úpravou paliva, dokonalou těsností kotlů, vyuţitím tepla, které se vyrobí spolu s elektrickou energií a sniţováním spotřeby uhlí. Palivo je jednou z nevýhod uhelných elektráren, protoţe spalováním uhlí vytváří odpadní látky. Jsou to tuny oxidu uhličitého, a dalších oxidů dusíku a síry, které mají negativní vliv na ţivotní prostředí. V dnešní době se pouţívají v elektrárnách odsiřovací jednotky, ale ty imise pouze sniţují, nikoliv odstraní. Palivo pouţité v uhelných elektrárnách je neobnovitelný zdroj, který má omezené zásoby, jeho samotným těţením je ţivotní prostředí také poškozováno, jako i jeho spalováním. Uhelná elektrárna není závislá na místě, na kterém je vystavěna, tolik jako elektrárny vodní a větrná, ale pouze na dostupnosti paliva, proto se uhelné elektrárny nacházejí v blízkosti uhelných dolů, aby se zamezilo zbytečně dlouhým trasám na dopravu paliva do elektrárny a z dalších praktických důvodů. Většina našich uhelných elektráren byla vystavěna zhruba v 60. a 70. letech minulého století, tehdy tyto elektrárny znamenaly veliký význam pro českou energetiku, postupně jsou však vytlačovány jinými typy elektráren, například jadernými. Náklady na výstavbu tepelné uhelné elektrárny jsou jiţ zhodnoceny za roky, které elektrárny fungují, ale jsou modernizovány a tím se náklady zvyšují.

42

Ve srovnání s elektrárnami solární, vodní a větrnou uhelná tepelná elektrárna velmi poškozuje ţivotní prostředí, protoţe pouţívá na svoji výrobu energie fosilní palivo. Avšak svým výkonem alternativním elektrárnám značně konkurují. Je to stabilní zdroj elektřiny, kdyţ je také závislá na dodávkách paliva.

9.5. Výroba elektrické energie v jaderné elektrárně Jaderná energetika je v dnešní době velmi významná. Je to moderní oblast energetiky. Jaderná elektrárna má spoustu výhod, které jsou podstatné i pro ţivotní prostředí. Jaderná elektrárna má ze všech typů elektráren nejvyšší výkon na jednotku hmotnosti paliva, který by dokázal pokrýt potřeby všech českých domácností.[34] Jaderná elektrárna má spoustu kladů, jedním z nich je, ţe při výrobním procesu elektrické energie, nevznikají ţádné emise, tudíţ nevypouští do okolí ţádné skleníkové plyny, které působí negativně na naše ţivotní prostředí. Výrobou elektrické energie v jaderných elektrárnách se ušetří milióny tun oxidu uhličitého, které by při stejném mnoţství vyrobené energie vypustila do ovzduší uhelná elektrárna. Avšak jaderná elektrárna produkuje při své výrobě jaderný odpad. [37] Jaderný odpad je velmi zvláštní a specifický odpad. Je třeba jej skladovat mnoho let ve speciálních kontejnerech, které jsou velmi drahé a ani poté není odpad úplně zneškodněn. Práce s jaderným odpadem je velmi náročná a je třeba dbát bezpečnostních opatření a dodrţovat všechny paragrafy atomového zákona, který manipulaci s jadernými odpady upravuje, protoţe neopatrná manipulace s jaderným odpadem, která by nebyla bezpečná, by mohla vést k velké ekologické havárii, protoţe jaderný odpad je radioaktivní a mohl by významně poškodit nejen ţivotní prostředí, ale hlavně by mohl poškodit člověka. Jaderná elektrárna je soustava na sobě závislých zařízení, která jsou velmi přísně kontrolována a udrţována v bezpečném provozu, aby se tím předcházelo všelijakým haváriím nebo nechtěným odstávkám jaderné elektrárny. Provoz jaderné elektrárny je finančně náročný, protoţe vyţaduje velmi přísné dodrţování bezpečnosti provozu. V dnešní době se i jaderné elektrárny modernizují a dbá se stále více na bezpečnost provozu. Proto se dnes elektrárny zabezpečují proti různým pádům letadla, a jiných předmětů, proti tlakovým vlnám po výbuchu, nebo i

43

proti zatopení či zemětřesení. Náklady výstavby jaderné elektrárny v Dukovanech byly 25 mld. korun a podle skupiny ČEZ se jiţ dvakrát zaplatily. [34] Jaderná elektrárna je fixována pouze na vodní zdroje, protoţe ke svému provozu a funkci je potřeba dostatek vody, která musí být stále dodávána. Proto se jaderné elektrárny stavějí buď v blízkosti vodních přehrad, nebo se tyto vodní přehrady budují pro zásobování jaderné elektrárny vodou. Jaderná elektrárna jasně vede v pokrytí spotřeby elektrické energie, tudíţ jí alternativní elektrárny v tomto nemohou konkurovat. Jaderná elektrárna má vliv na vzhled a ráz krajiny, ve které je vybudována, její chladící věţe jsou vidět na velké vzdálenosti a kilometry daleko. Ve srovnání jaderné elektrárny s tepelnou uhelnou elektrárnou, je jaderná výkonnější, avšak mají společné to, ţe produkují odpadní látky, které se těţko odbourávají v přírodě.

9.6. Výroba energie ostatními alternativními zdroji Výroba elektrické energie za pouţití biomasy má výhodu v tom, ţe biomasa je obnovitelný zdroj, který neprodukuje tolik škodlivých látek, jako při pouţití fosilních paliv. Výroba elektrické energie za jejího pouţití se vyuţívá v tepelných elektrárnách, aby se sníţila spotřeba uhlí a tím i škodlivé emise, které se dostávají do ovzduší. Tento typ paliva pro elektrárny je však v Česku málo rozšířen. Dostupnost tohoto zdroje je omezená zemědělskou produkcí a těţbou a zpracováním dřeva. Další velkou výhodou je i cena tohoto paliva, protoţe se jedná o zbytky zemědělské produkce, které jsou tímto způsobem vyuţity. Tento zdroj má jistě perspektivu v energetice, hlavně pro své vlastnosti ve vztahu k ţivotnímu prostředí. Geotermální energie je pro českou energetiku nepouţitelná. Je závislá na geologické poloze, na které se můţe tento zdroj vyuţívat. Velký význam má jen oblastně v zemích, které mají vulkanicky aktivní podloţí. Výstavba elektrárny, která vyuţívá geotermální energie je velmi drahá. Závisí také na typu technologie. Výkon geotermálních elektráren vystavěných ve světě se pohybuje okolo 8000 MW. Vyuţití tepelných čerpadel pro výrobu tepla, je další výhodný způsob jak ekologicky vytápět dům, či ohřívat vodu s minimálními vlivy na ţivotní prostředí. Při tomto způsobu výroby tepelné energie se nevytvářejí ţádné odpady. Jejich

44

pouţitelnost je téměř neomezená, protoţe teplo vody, vzduchu je všude kolem nás. Avšak při provozu dochází ke spotřebě elektřiny. Podle energetického regulačního úřadu České republiky spotřeba elektrické energie roste. V roce 2007 připadala spotřeba na obyvatele v domácnostech 59 753 GWh, dále v roce 2008 byla spotřeba energie 60 477,7 GWh. Tyto čísla vedou k zamyšlení, zda by se elektrickou energií nedalo šetřit. Návod na šetření elektřinou poskytují například dnešní moderní elektrospotřebiče, které jsou vyráběny tak, aby při svém provozu spotřebovávaly minimální mnoţství energie. Klasické ţárovky jsou dnes jiţ nahrazovány úspornými ţárovkami, které mají při stejném výkonu niţší spotřebu elektrické energie. Je velká spousta dalších úsporných opatření, jak šetřit elektrickou energií, například nenechávat zapnuté spotřebiče zbytečně. [35]

45

10. Test z oboru znalostí o výrobě elektrické energie Tato bakalářská práce můţe slouţit jako shrnutí o způsobech výrobě elektrického proudu a vlivů různých způsobů výroby elektřiny na naše ţivotní prostředí. Pro různé případy (např.: test znalostí v oboru alternativních zdrojů, apod.) je zde vloţen test, který je sestaven na základě informací napsaných v této práci. Test se skládá z 20 otázek. Na některé otázky je třeba odpovědi vepsat slovy, na některé otázky si dotazovaný můţe vybrat z uvedených moţností. Správné jsou maximálně dvě odpovědi. Test mohou vyplnit ţáci základních škol druhého stupně 8. – 9. tříd po vysvětlení a přednesení daného tématu. Je také vhodný pro ţáky středních škol. Obtíţnost testu je volena tak, aby byl vhodný pro více skupin ţáků. Jsou zde otázky obtíţnějšího charakteru, ale i otázky zcela obecné a základní, které obsahují základní poznatky v tomto oboru. Doba pro vyplnění testu můţe být individuální. Pro skupiny ţáků na základních školách delší neţ pro studenty středních škol s přihlédnutím na jejich individuální schopnosti. Doporučená doba potřebná k vyplnění testu je v intervalu 30 – 45 minut. Tento test je spíše motivační a ověřovací, jaké znalosti dané skupiny ţáků mají, nebo jakých znalostí po nastudování dané problematiky dosáhly. Můţe však slouţit i jako test hodnotící znalosti, je tvořen takovými otázkami, aby jejich řešení bylo obsaţeno v textu.

46

10.1. Test 1) Jaké jsou zdroje pro výrobu elektrické energie? ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ 2) Jak se dělí zdroje elektrické energie? Dělí se na: a) obnovitelné a neobnovitelné b) alternativní a klasické c) primární a kvartérní d) tuhé a tekuté 3) Emise jsou látky, které: a) jsou produkty výroby elektrické energie při spalování paliva b) jsou svými vlastnostmi příznivé pro ţivotní prostředí c) jsou výbušné d) jsou tvořeny plyny oxidů dusíku, síry a uhlíku, vzniklé při procesu spalování fosilních paliv 4) Jaká je fyzikální značka jednotky elektrického proudu: a) Watt

[W]

b) Joul

[J]

c) Volt

[V]

d) Ampér

[A]

5) Na ohřev vody byl pouţit solární kolektor. Jedná se o přímé vyuţití sluneční energie. a) ano b) ne

47

6) Jaká látka je svými vlastnostmi základem pro výrobu elektrické energie ze slunečního záření? __________________________________ 7) Síla větru se udává podle stupnice: a) Richterovy b) Beaufortovy c) Fujitovy d) Paulingovy 8) Popiš slovy stručně princip větrné elektrárny: ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ 9) Pro výkon vodní elektrárny je podstatné: a) síla větru b) čistota pouţité vody na výrobu elektrické energie c) technologie výroby d) velikost hydroenergetického zdroje 10)

Výkon elektráren je vyjádřen v:

a) Ohmech b) Kelvinech c) Wattech d) Voltech 11)

Geotermální energie, energie biomasy se řadí do skupiny obnovitelných

zdrojů? a) ano b) ne 48

12) Které elektrárny mají největší podíl na výrobě elektrické energie v Česku: a) solární a větrná b) vodní a jaderná c) větrná a vodní d) jaderná a tepelná (uhelná) 13) Jaké je správné tvrzení o tepelných uhelných elektrárnách: a) tepelná elektrárna pouţívá na výrobu energie hnědé a černé uhlí b) tepelná elektrárna je svým působením na ţivotní prostředí velmi šetrná c) tepelná elektrárna pouţívá pouze obnovitelné zdroje na výrobu energie d) tepelná elektrárna je nezávislá na zásobách vody 14) Popiš slovy stručně princip tepelné elektrárny: ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ 15) Jaderná elektrárna svým provozem do ovzduší vypouští: a) emise b) imise c) vodní páry d) ţádné 16) Palivo jaderné elektrárny je: a) uhlí a uran 235 b) biomasa c) voda d) uran 235

49

17) Do skupiny skleníkových plynů patří: a) vodík b) CO2 c) SO2 d) H2SO4 18) Spotřeba elektrické energie v Česku má tendenci spíše: a) klesající b) kolísající c) stagnující d) rostoucí 19) Napiš alespoň tři způsoby, jak šetřit elektrickým proudem v domácnosti: ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ 20) Který typ zdrojů je v dnešní době více pouţíván na výrobu elektrické energie: a) zdroje primární b) neobnovitelné zdroje c) obnovitelné zdroje d) alternativní zdroje

50

Závěr Cílem mojí bakalářské práce na téma Energie a ţivotní prostředí bylo podat rešerši o daném tématu, srovnat a prozkoumat způsoby výroby elektrické energie v souvislosti s vlivem na ţivotní prostředí. Dále zhodnotit a porovnat, který zdroj energie a způsob výroby energie je k ţivotnímu prostředí nejšetrnější. Dalším cílem práce bylo vytvořit test pro studenty, vycházející z nasbíraných informací a zdrojů. Z nasbíraných a převzatých informací vyplývá, ţe nejšetrnější vliv na ţivotní prostředí mají solární, větrné a vodní elektrárny, protoţe vyuţívají obnovitelný zdroj, neprodukují ţádné emise ani jiné odpadní látky, které by zatěţovaly ţivotní prostředí, na rozdíl od elektráren, které vyuţívají neobnovitelné zdroje. Solární elektrárny mají jednu výhodu proti vodní a větrné a tou je, ţe postavit si solární elektrárnu je moţné skoro všude, například i na střeše domu, mají dlouhou pouţitelnost, dají se nainstalovat a přizpůsobit různým místům. Avšak náklady na výstavbu jsou zatím poměrně velké, a na některých lokalitách mohou výrazně narušovat vzhled krajiny. V tomto typu výroby elektřiny osobně vidím velkou perspektivu, ale je třeba vyuţívat i ostatních alternativních zdrojů, které jsou dobře dosaţitelné v dané lokalitě. Můj názor na jaderné a tepelné elektrárny, které vyuţívají neobnovitelné zdroje energie, je takový, ţe jsou pro nás stále velmi důleţité, hlavně z hlediska jejich výkonu a pokrytí potřeb elektrické energie pro obyvatelstvo. Z tohoto důvodu je nelze zcela odsoudit, ale také je třeba je modernizovat a snaţit se sniţovat jejich škodlivé vlivy, které mohou poškozovat ţivotní prostředí. Je potřeba klást důraz i na šetření elektrickou energií v domácnostech a provozech, protoţe i tím se dá přispět našemu ţivotnímu prostředí.

51

11. Anotace Bakalářské práce „Energie a ţivotní prostředí“ se zabývá typy výroby elektrické energie a obnovitelnými zdroji v souvislosti s vlivy na naše ţivotní prostředí. V mojí práci shrnuji informace o typech výroby elektrické energie a druzích obnovitelných zdrojů. Srovnávám zde výhody a nevýhody kaţdého druhu výroby elektrické energie. Moje práce obsahuje také test znalostí, který je zaloţen na informacích, napsaných v mojí práci.

12. Annotation Bachelors thesis „Energy and enviroment“ deals with types of producing elektrical energy and renewable energy resources in connection with influences over our enviroment. I summarize in my work informatik about types of producing elektrical energy, kinds of renewable resources. I compare advantages and disadvantages each of types of technology of production elektrice energy. My work contains also test of knowledges, which is based on information said in this work.

52

Seznam použité literatury a zdrojů: [1] KUBÍN, Miroslav; Energetika perspektivy – strategie – inovace v kontextu evropského vývoje, vydala [Česko]: Jihomoravská energetika, a. s., 2002, 540 str. [2] MURTINGER, Karel, 1949-, BERANOVSKÝ, Jiří, 1968-, TOMEŠ, Milan, 1942-. Fotovoltaika: Elektřina ze Slunce, 1. vydání, vydala ERA [Brno], 2007, 81 str. (21. století). ISBN 978-80-7366-100-7. [3] HENZE, Andrea; 1967-, HILLEBRAND, Werner, 1969- ; Elektrický proud ze Slunce Fotovoltaika v praxi: technika, přehled na trhu, návody ke stavbě, přeloţil z německého originálu: Václav Losík, vydalo HEL, [Ostrava - Plesná], 1. české vydání, 2000, 129 str. ISBN 80-86167-12-7. [4] HALLER, Andreas; HUMM, Othmar; VOSS, Karsten; Solární energie vyuţití při obnově budov, přeloţil z německého originálu Jan Tywoniak a kol., 1. vydání, vydala Grada Publishing, [Praha], 2001, 177 str. ISBN 80-7169-580-7. [5] HOLATA, Miroslav; Malé vodní elektrárny projektování a provoz, Editor Pavel Gabriel 1. vydání, vydala Academia [Praha], 2002, 271 str. ISBN 80-200-0828-4. [6] HALLENGA, Uwe; Malá větrná elektrárna Návod ke stavbě, přeloţil z německého originálu: Erich Mieszczak, 1. české vydání, vydalo HEL [Ostrava Plesná], 1998. 63 str.ISBN 80-86167-00-3. [7] REMMERS, Karl - Heinz; ANTONY, Falk; FISCHBACH, Michaela; LUCHTERHAND, Jens; Velká solární zařízení Úvod k navrhování a provozu, přeloţil z německého originálu: Jan Struška, Petr Kramoliš, 1. vydání, vydala ERA [Brno] 315 str., 2007 ISBN 978-80-7366-110-6. [8] LEPIL, Oldřich; ŠEDIVÝ, Přemysl a kol.; Fyzika pro gymnázia Elektřina a magnetismus, 4. upravené vydání, vydalo Prometheus [Praha] jako svou publikaci č. 79, 1998, 398 str. ISBN 80-7196-088-8 53

[9] tým autorů pod vedením MIROSLAVA CENKA; Obnovitelné zdroje energie. 2. upr. a dopl. vyd.. Praha: FCC Public, 2001. 208 s.:. ISBN: 80-901985-8-9. [10] KADRNOŢKA, Jaroslav. Energie a globální oteplování. 1.vyd. Vysoké učení technické Brno: Vutium, 2006, ISBN 80-214-2919-4, str. 189. [11] Ministerstvo životního prostředí České republiky [online]. c2008 [cit 2009-0222].Dostupnéna WWW:http://www.mzp.cz/www/platnalegislativa.nsf/d79c09c54250df0dc1256e890 0296e32/5b17dd457274213ec12572f3002827de?OpenDocument [12] Ministerstvo životního prostředí České republiky [online]. c2008 [cit 2009-0222]. Dostupné na WWW: http://www.mzp.cz/cz/priroda_krajina [13] Ministerstvo životního prostředí České republiky [online]. c2008 [cit 2009-0222]. Dostupné na WWW: http://www.mzp.cz/cz/odpadove_hospodarstvi [14] Actum s.r.o., Alternativní zdroje energie [online]. c2000-2008 [cit 2009-0306]. Dostupné na WWW: http://www.alternativni-zdroje.cz/ [15] Zombeck, M. V.: Handbook of Space Astronomy and Astrophysics. [online]. c1990. [cit 2009-03-06]. Cambridge University Press, Cambridge Dostupné na WWW: http://ads.harvard.edu/books/hsaa/

[16] HiTechSolar s.r.o., hitechsolar.cz [online]. [cit 2009-03-06]. Dostupné na WWW: http://www.hitechsolar.cz/aktualne-archiv.php?id=1080 [17] Korowatt s.r.o. Fotovoltaická elektrárna Bušanovice a Ekotechnik Praha, korowatt.cz [online]. c 2007-2008 [cit 2009-03-06]. Dostupné na WWW: http://korowatt.cz/pridej-se.php

54

[18] ČEZ, a. s., Jak funguje větrná elektrárna, www.cez.cz [online]. c2009 [cit 200903-22]. Dostupné na WWW: http://www.cez.cz/cs/vyroba-elektriny/obnovitelnezdroje/vitr/flash-model-jak-funguje-vetrna-elektrarna.html [19] KUBÍN Miroslav, Obnovitelné a netradiční zdroje energie, [online]. Školská fyzika c2002 [cit 2009-03-22]. Dostupné na WWW: http://sf.zcu.cz/rocnik07/cislomm/1-4def.html [20] Actum s.r.o., Alternativní zdroje energie [online]. c2000-2008 [cit 2009-0322]. Dostupné na WWW: http://www.alternativni-zdroje.cz/vetrne-elektrarny.htm

[21] ČEZ, a. s., Větrná elektrárna Mravenečník, www.cez.cz [online]. c2009 [cit 2009-03-22]. Dostupné na WWW: http://www.cez.cz/cs/vyrobaelektriny/obnovitelne-zdroje/vitr/vetrna-elektrarna-mravenecnik.html [22] Havlík Aleš, Využití vodní energie, http://hydraulika.fsv.cvut.cz [online]. [cit 2009-03-22]. Dostupné na WWW: http://hydraulika.fsv.cvut.cz/Predmety/VIN/ke_stazeni/Vyuziti_vodni_energie.pdf [23] Schéma vodní elektrárny, simopt.cz/energyweb/ [online]. c2001-2003 [cit 200903-22]. Podpořila SE, a.s. Slovenské elektrárny, Dostupné na WWW: http://www.simopt.cz/energyweb/web/schemata/vodni/index.htm [24] ČEZ, a. s., Dalešice, www.cez.cz [online]. c2009 [cit 2009-04-06]. Dostupné na WWW: http://www.cez.cz/cs/vyroba-elektriny/obnovitelnezdroje/voda/dalesice.html [25] ČEZ, a. s., Dlouhé Stráně, www.cez.cz [online]. c2009 [cit 2009-04-06]. Dostupné na WWW: http://www.cez.cz/cs/vyroba-elektriny/obnovitelnezdroje/voda/dlouhe-strane.html

55

[26] Actum s.r.o., Alternativní zdroje energie [online]. c2000-2008 [cit 2009-0406]. Dostupné na WWW: http://www.alternativni-zdroje.cz/vodni-geotermalnienergie.htm [27] ČEZ, a. s., Biomasa, www.cez.cz [online]. c2009 [cit 2009-04-06]. Dostupné na WWW: http://www.cez.cz/cs/vyroba-elektriny/obnovitelne-zdroje/biomasa.html [28] ČGS-Geofond, Hnědé uhlí, [online]. c2002-2005 [cit 2009-04-06]. Dostupné na WWW: http://www.geofond.cz/dokumenty/nersur_rocenky/rocenkanerudy99/html/h_uhli.ht ml [29] ČGS-Geofond, Hnědé uhlí, [online]. c2002-2005 [cit 2009-04-06]. Dostupné na WWW: http://www.geofond.cz/dokumenty/nersur_rocenky/rocenkanerudy99/html/c_uhli.ht ml [30] Schéma tepelné elektrárny, simopt.cz/energyweb/ [online]. c2001-2003 [cit 2009-04-06]. Podpořila SE, a.s. Slovenské elektrárny, Dostupné na WWW: http://www.simopt.cz/energyweb/web/schemata/tepelna/index.htm [31] ČEZ, a. s., Uhelné elektrárny, www.cez.cz [online]. c2009 [cit 2009-04-06]. Dostupné na WWW: http://www.cez.cz/cs/vyroba-elektriny/uhelneelektrarny/cr.html [32] ČEZ, a. s., Technologie a zabezpečení, www.cez.cz [online]. c2009 [cit 2009-0406]. Dostupné na WWW: http://www.cez.cz/cs/vyroba-elektriny/jadernaenergetika/jaderne-elektrarny-cez/edu/technologie-a-zabezpeceni.html [33] Schéma jaderné elektrárny, simopt.cz/energyweb/ [online]. c2001-2003 [cit 2009-04-06]. Podpořila SE, a.s. Slovenské elektrárny, Dostupné na WWW: http://www.simopt.cz/energyweb/web/schemata/jaderna/index.htm

56

[34] ČEZ, a. s., Jaderné elektrárny ČEZ, www.cez.cz [online]. c2009 [cit 2009-0406]. Dostupné na WWW: http://www.cez.cz/cs/vyroba-elektriny/jadernaenergetika/jaderne-elektrarny-cez.html [35] Energetický regulační úřad, www.eru.cz [online]. c2009 [cit 2009-04-06]. Dostupné na WWW: http://www.eru.cz/diasbrowse_articles.php?parentId=131&deep=off&type [36] Ministerstvo životního prostředí České republiky [online]. c2008 [cit 2009-0222]. Dostupné na WWW: http://www.mzp.cz/www/platnalegislativa.nsf/d79c09c54250df0dc1256e8900296e32 /ed2986242760af40c125754b003bb44a?OpenDocument [37] Pedagogická fakulta Masarykovy univerzity, www.ped.muni.cz [online]. c [cit 2009-04-06]. Dostupné na WWW: http://www.ped.muni.cz/o-fakulte/solarni-elektrarna/ [38] Leighton, Robert B. Feynmanovy přednášky z fyziky s řešenými příklady. 1/3 / Feynman, Leighton, Sands. Havlíčkův Brod: Fragment, c2000. 732 s. [39] Wickipedie, otevřená encyklopedie [online]. c2009 [cit 2009-02-22]. Dostupné na WWW: http://cs.wikipedia.org/wiki/Elektrick%C3%A1_energie Obrázek č. 1 Znázornění struktury polovodiče, http://cs.wikipedia.org/wiki/ [online]. c2009 [cit 2009-04-06]. Převzato z WWW: http://cs.wikipedia.org/wiki/Polovodi%C4%8D Obrázek č. 2 Fotovoltaický článek, VR OZE systems s.r.o., www.nemakej.cz [online]. [cit 2009-04-06]. Převzato z WWW: http://www.nemakej.cz/fotovoltaickyclanek.php Obrázek č. 3 Globální sluneční záření na území ČR, Olga Řezáčová, www.itest.cz [online]. [cit 2009-04-06]. Převzato z WWW: http://www.itest.cz/solar/dubnany.htm 57

Obrázek č. 4 Výkon větru, Havlík Aleš, http://hydraulika.fsv.cvut.cz [online]. [cit 2009-04-06]. Převzato z WWW: http://hydraulika.fsv.cvut.cz/Predmety/VIN/ke_stazeni/Vyuziti_vodni_energie.pdf Obrázek č. 5 Schéma větrné elektrárny, Havlík Aleš, http://hydraulika.fsv.cvut.cz [online]. [cit 2009-04-06]. Převzato z WWW: http://hydraulika.fsv.cvut.cz/Predmety/VIN/ke_stazeni/Vyuziti_vodni_energie.pdf Obrázek č. 6 Schéma vodní elektrárny, simopt.cz/energyweb/ [online]. c2001-2003 [cit 2009-04-06]. Podpořila SE, a.s. Slovenské elektrárny, Převzato z WWW: http://www.simopt.cz/energyweb/web/schemata/vodni/index.htm Obrázek č. 7 Schéma tepelné elektrárny, simopt.cz/energyweb/ [online]. c2001-2003 [cit 2009-04-06]. Podpořila SE, a.s. Slovenské elektrárny, Převzato z WWW: http://www.simopt.cz/energyweb/web/schemata/tepelna/index.htm Obrázek č. 8 Schéma jaderné elektrárny, simopt.cz/energyweb/ [online]. c20012003 [cit 2009-04-06]. Podpořila SE, a.s. Slovenské elektrárny, Převzato z WWW: http://www.simopt.cz/energyweb/web/schemata/jaderna/index.htm Tab. č. 1 Beaufortova stupnice síly větru, Vašíček J. www.chmi.cz [online]. c2008 [cit 2009-04-06]. Převzato z WWW: http://www.chmi.cz/meteo/olm/Let_met/beaufort/Beaufortova_stupnice.htm Tab. č. 2: Celkové investiční náklady podle faktury dodavatele, MURTINGER, Karel, 1949-, BERANOVSKÝ, Jiří, 1968-, TOMEŠ, Milan, 1942-. Fotovoltaika: Elektřina ze Slunce, 1. vydání, vydala ERA [Brno], 2007, 81 str. (21. století). ISBN 978-80-7366-100-7. Tab. č. 3: Ekonomika provozu FVE, MURTINGER, Karel, 1949-, BERANOVSKÝ, Jiří, 1968-, TOMEŠ, Milan, 1942-. Fotovoltaika: Elektřina ze Slunce, 1. vydání, vydala ERA [Brno], 2007, 81 str. (21. století). ISBN 978-80-7366-100-7.

58