Seminárka

...Takto dopadla moje seminární práce...

Alternativní zdroje energie na Zemi

1. „Ropa dochází!“ „Fosilní paliva nejdou čerpat donekonečna“ „Rusko nám zastavilo ropu a plyn a ukázalo, jak jsme na něm závislí“ a vše a mnoho dalšího slýcháváme denně ze všech míst, ať už někde z televize, rádia, novin nebo třeba časopisů. „Fosilní paliva jednoho dne úplně dojdou, co budeme dělat“ Jsme na tom ale opravdu tak špatně?

2. Tak třeba ropa. Z ropy vyrábíme gumu, trička, pneumatiky, asfalt, obaly potravin nebo třeba i kosmetiku. Dnes už si ale málo kdo u tohoto zboží láme hlavu, protože víme, že při výrobě triček se použije zase bavlna nebo vlna, guma se začne vytvářet opět z kaučukovníků a asfalt se nahradí speciálním betonem.

3. Proč je ale nakonec tolik povyku kolem nějaké energie? Co vlastně dnes už existuje za využitelné typy elektráren? Znám „jen“ geotermální, mnoho typů solárních, přílivové, větrné, vodní, spalovny biopaliv nebo třeba i známé kontroverzní atomové elektrárny a energii bychom z nich mohli „zadržet“ pomocí tzv. „přečerpávacích nádrží“.

4. Existují však ještě moderní elektrárny, ještě ve vývinu, jako jsou termonukleární fúze, technologie s názvem MARS, využití odpadních bakterií a dalo by se teoreticky i využít sluneční energie, před průchodem atmosférou – v případě umístění solární elektrárny před naší planetu, dal by se tím omezit dopad slunečních paprsků na Zemi, tím ji ochladit a energii z elektráren by bylo možné „přepravit“ na naši Modrou planetu pomocí laseru nebo mikrovlnného záření.

5. Pokud bych se ale pokusil rozepsat elektrárny, o kterých vím, mohl bych začít s energií na ze Slunce, tedy solárními elektrárnami.

6. Solární elektrárny mají svůj základ na Slunci. Energie vzniká při termojaderných reakcích v nitru naší hvězdy, dopadají na povrch naší planety a podle zákona o zachování energie se přeměňuje na jiné formy jako vítr nebo teplo.

7. Solární elektrárny mají spoustu podob. Nejznámější elektrárna je tvořena z fotovoltanických článků, které tuto energii přímo přeměňují, bohužel však až s 83% ztrátami.

8. Další solární energie se dělí pod názvem Solární termální energie

9. Tuto energii je možné vyrobit ve Sluneční peci

   Tato pec je složena z parabolického zrcadla, které soustřeďuje všechny sluneční paprsky s paprsky dodávané z tzv. heliostatů (což jsou vlastně jen obyčejná zrcadla) do jediného bodu který se zahřívá a může sloužit buď jako tavící pec nebo jako elektrárna.

10. Také lze využít zařízení v podobě „satelitů“, u nichž je parabola tvořena zrcadly a místo konvertoru je zde umístěno zařízení s čočkou které ohřívá kapalinu, jenž svým tlakem pohybuje písty, čímž se vytváří energie.

11. Na podobném principu jako předchozí možnost pracuje i další elektrárna. Ta má dvě podoby.

    První je solární věž, kolem které jsou rozmístěny heliostaty koncentrující sluneční paprsky do jediného místa, kde se ohřívá voda až na vodní páru. Ta proudí pod tlakem do budovy, v níž roztáčí turbíny, zkondenzuje a proudí zpět do věže.

12. Druhý typ, stavěný jako solární ostrovy s názvem Koncentrovaný solární systém. Zde se využívá zrcadel vybudovaných ve tvaru U (tím se zamezuje ztrátám při natáčení zrcadel). Zrcadla svítí do jediné tyče umístěné nad nimi, ve které se voda opět ohřívá. Zbytek probíhá stejným způsobem jako předcházející cyklus.

13. Také je tu ale ještě pořád možnost využití jednoho typu solární energie. Její název je v překladu něco jako solární vertikální věž (solar updraft tower). Ta tentokrát využívá přeměnu sluneční energie na energii tepelnou. Je složena z velkého kruhu připomínajícího skleník. Ten je ohříván Sluncem a částečně i půdou. Horký vzduch se potom stěhuje do centra tohoto skleníku a pomocí jeho centrálního komínu, uvnitř s několika turbínami, jež roztáčí, proudí nahoru.

    V noci tato elektrárna ale také není mimo provoz. Elektrárna má zabudované části využívající vodu k dalšímu ohřevu vzduchu během večera.

14. Prototyp této elektrárny stál ve Španělsku už někdy od roku 1983, 150 km jižně od Madridu, financovaný německou vládou. Celá byla vystavěna 11 m vysoká, měla průměr asi 244 m a její maximální výkon byl asi 50 kW.

    Ve španělském projektu však byl použit nevhodný materiál na ohřev skleníku (např.: vícevrstvá nebo plastová skla), proto se předpokládá, že výkon těchto zařízení je mnohem vyšší.

15. Další známou a rozšířeno energií je geotermální energie.

    Tato energie se používá k vyhřívání domů, cest, ale také se přeměňuje v elektřinu.

    Možnosti využití geotermální energie je oproti předcházejícímu typu podstatně méně. Výroba těchto zařízení je závislá na tlaku a který ve většině případů souvisí s teplotou vody nebo páry. Dělí se do tří skupin, podle toho,„jakou“ vodu využívají:

    1. Na suchou páru

       • Jsou to nejjednodušší a současně nejstarší elektrárny. Využívají suchou páru, horkou více jak 150°C pro otáčení turbín, které tím vyrábějí energii.

    2. Na mokrou páru

       • Jsou nejběžnější elektrárny svého typu, rozdělující horkou vodu (s teplotou více jak 180°C) na horkou vodu a páru, jenž roztáčí turbíny.

    3. Horkovodní (=binární)

       • Dnes nejvíce budované elektrárny svého typu, využívají teplotu mezi 57 a 175°C, přičemž je horká voda punpována přes tepelné výměníky, které předávájí teplo z vody do uzavřeného vysokotlakého okruhu plynné látky (často s butanem). Plyn proudí přes turbíny pro výrobu energie do "chladičů", složených buď z vody nebo vzduchu, a opět zpět do tepelného výměníku.

16. Další velice známou energii je energie větrná. Je to energie která naši zemi dostala na 31. v jejím využití – jsme schopni vyrobit až 192 MW elektřiny ročně.

    Energie větru se potom dá využít také třemi způsoby:

    1. Vodní mlýn

       • Ten je schopen pomocí kamenů drtit obilí. Mají mnoho různých provedení. Po větru se může natáčet jen horní část mlýnu s vrtulí nebo i celý mlýn. Může být postaven těsně nad zemí nebo může stát na věži. Také může mít další vrtuli, která ho může natáčet do směru větru.

    2. Vodní pumpa

       • využívá se v suchých oblastech k čerpání vody. Funguje na stejném principu jako obyčejná ruční pumpa (tedy, že píst vytlačuje vodu) nebo jako čerpadlo

    3. Větrná elektrárna

       • Tyto elektrárny potřebují rychlost větru větší jak 6 m/s (asi 1,67 km/h) a je schopna běžet asi 35% dní v roce; skládá z několika částí:

1. Gondola

- obsahuje všechna důležita zařízení, je umístěna na nejvyšším místě celé elektrárny a drží rotor

2. Rotor

- je spojen se strojovnou a jeho velikost je přímo úměrná množství vyrobené energie

- nejrozšířenější typy jsou od 80 - 100 m

3. Listy

- kromě roztáčení lektrárny mají take funkci brzdící - pokud je rychlost větru větší než 25 m/s nastaví se do "praporu" a tím se brzdí

4. Převodovka

- zvyšuje rychlost otáčení, ale kvůli její náchilnosti k poruchám byli vyvinuty elektrárny bez převodovky

5. Brzda

- brzdí tu část, hned za rotorem

6. Motor gondoly

- otáčí elektránu, podle vyhodnocování čidel na ní umístěných, kolmo k proudění větru

7. Generátor

- mění mechanickou energii na energii elektrickou

- dělí se na:

a) synchronní

- pokud obsahuje převodovku

b) asynchronní

- pokud převodovku neobsahuje

8. Transformátor

• zvyšuje velikost napětí (z 400 - 690 V na 22 000 nebo 35 000 V)

17. Kromě těchto typů elektráren je možno využít i energii vodní. Ta se nejčastěji využívá u vodních elektráren, vyskytujících se nejen u přehrad a jezer, ale také i jen obyčejných vodních toků.

    Ty to elektrárny jsou konstruovány jako nízkotlaké, jež se používají jen na jezech, dále to mohou být středo a vysokotlaké, využívané především u přehrad.

    Nemůžu ale opomenout ani malé vodní elektrárny. To jsou elektrárny s výkonem nižším jak 10 MW a jsou většinou budovány v místech bývalých mlýnů a jezů.

18. Mezi tyto elektrárny se ale řadí i zařízení, které elektrárnou vlastně ani není. Je to v podstatě velká nabíjecí baterie s názvem přečerpávací vodní elektrárny.

    Skládají se ze dvou nádrží, čerpadel a turbín na výrobu energie. Tyto nádrže jen využívají přebytečnou energii vyrobenou zejména v noci k přečerpání vody z níže položené nádrže do nádrže položené výše. Tímto „půjčováním“ energie vznikají sice značné ztráty, ale její výhoda je vtom, že zatím není vyvinut žádný lepší způsob jak uskladnit takové množství elektrické energie.

19. Dále můžeme využívat energii atomovou. Ta štěpí atomy uranu nebo plutonia (uvažuje se i o využití thoria v budoucnosti) pomocí neutronů. Štěpením jednoho atomu vznikne řetězová reakce, při níž se uvolňuje velké množství energie. Ta ohřívá vodu až na vodní páru, jíž je současně v reaktorech chlazena. Voda se skládá nejčastěji ze tří okruhů:

    1. Proudí kolem reagujícího paliva a ohřívá 2. okruh

    2. okruh točí turbínami na výrobu energie a chladí se třetím okruhem

    3. okruh má zdroj v nějakém bližším vodním zdroji a slouží k poslednímu chlazení. Tato voda odchází těmi známými komíny těchto elektráren

    V naší republice jsou elektrárny 2 a to Temelín a Dukovany. Stát s největším počtem atomových elektráren je ale Francie, která je v oblasti atomové vědy asi nejvybavenějším státem světa. Kromě stavby prototypu fúzní elektrárny se věnuje, společně se Švýcarskem výzkumům subatomárním částicím v největším urychlovači částic poblíž Ženevy s názvem LHC (Large Hadron Hollider = velký srážkový urychlovač), pod vedením „francouzské“ vědecké evropské organizace CERN (Conseil Européen pour la recherche nucléaire)

20. Dále a jako poslední bych chtěl uvést už zmíněnou fúzní energii. Ta funguje na principu slučování jader za vysoké teploty s použitím roztavené plazmy.

21. Závěrem bych chtěl říci, že veškerý energetický průmysl se neustále vyvíjí ohromným tempem a začíná se trochu něco povídat ohledně možnosti využití výzkumů v LHC při vývoji energetiky – využití temné hmoty popř.: antihmoty. Stránky obsahující nové objevy a různé „aktuální“ zprávy vznikají velice pomalu a nevýrazně. Počet a druhy elektráren se každým dnem zvyšují a snad je ani nelze popsat všechny.