Tato práce se věnuje obnovitelným zdrojům energie. Nabízí stručný přehled těchto energetických zdrojů, popis základních principů fungování tepelných čerpadel, solárních, vodních, větrných a geotermálních elektráren, vysvětlení zmíněných fyzikálních jevů a shrnutí dosavadního vývoje světové, ale především české energetiky.
This thesis deals with renewable resources of energy. It offers a brief overview of these energy resources, a description of heat pumps, solar, water, wind and geothermal power plants operation, an explanation of physical phenomenon in question and a summarisation of the existing development of the world but in particular the Czech energy sector.
Návrh a optimalizace piezoelektrického transformátoru
Obnovitelné zdroje energie (renewable resources of energy), petra vyletělová
1. STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ
ČINNOST
Obnovitelné zdroje energie
Petra Vyletělová
Třebíč 2012
2. STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ
ČINNOST
Obor SOČ: 08 – Ochrana a tvorba životního prostředí
Obnovitelné zdroje energie
Renewable resources of energy
Autor: Petra Vyletělová
Škola: Gymnázium Třebíč
Masarykovo nám. 9/116, Třebíč
674 01
Konzultant: RNDr. Alena Drbohlavová
Třebíč 2012
1
3. PROHLÁŠENÍ
Prohlašuji, že jsem svou práci vypracovala samostatně pod dohledem vedoucího
seminární práce, všechny použité zdroje jsem řádně uvedla s přiloženém seznamu a
postup při zpracování a dalším nakládání s prací je v souladu se zákonem č. 121/2000
Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně zákonů
(autorský zákon) v platném znění.
V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . dne . . . . . . . . . . . . . . . . podpis: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
4. PODĚKOVÁNÍ
Chtěla bych poděkovat paní RNDr. Aleně Drbohlavové za vedení mé práce a panu
Mgr. Janu Drobílkovi za korekturu anglického textu. Déle pak informačnímu centru
Ministerstva životního prostředí, díky kterému jsem získala potřebné údaje.
3
5. ANOTACE
Tato práce se věnuje obnovitelným zdrojům energie. Nabízí stručný přehled
těchto energetických zdrojů, popis základních principů fungování tepelných čerpadel,
solárních, vodních, větrných a geotermálních elektráren, vysvětlení zmíněných
fyzikálních jevů a shrnutí dosavadního vývoje světové, ale především české energetiky.
Klíčová slova: obnovitelné zdroje energie; sluneční energie; vodní energie; větrná
energie; geotermální energie; biomasa; tepelná čerpadla
ANNOTATION
This thesis deals with renewable resources of energy. It offers a brief overview
of these energy resources, a description of heat pumps, solar, water, wind and
geothermal power plants operation, an explanation of physical phenomenon in question
and a summarisation of the existing development of the world but in particular the
Czech energy sector.
Key words: renewable resources of energy; solar energy; water energy; wind energy;
geothermal energy; biomass; heat pumps
4
6. OBSAH
0 Úvod......................................................................................................................................6
1 Historie využívání energie a její neobnovitelné zdroje.........................................................7
2 Obnovitelné zdroje energie ...................................................................................................9
2.1 Definice...........................................................................................................................9
2.2 Energetické problémy .....................................................................................................9
2.3 Energetická politika EU................................................................................................10
2.4 Obnovitelné zdroje energie v České republice .............................................................11
2.5 Druhy obnovitelných zdrojů a jejich využití ................................................................12
3 Sluneční energie..................................................................................................................14
3.1 Využití sluneční energie ...............................................................................................14
3.2 Sluneční energie v ČR ..................................................................................................18
4 Vodní energie......................................................................................................................19
4.1 Vodní elektrárny a jejich pricip ....................................................................................19
4.2 Energie řek ....................................................................................................................19
4.3 Energie moří a oceánů ..................................................................................................21
4.4 Vodní energie v ČR ......................................................................................................22
5 Větrná energie.....................................................................................................................24
5.1 Větrné elektrárny a jejich princip .................................................................................24
5.2 Větrná energie v ČR......................................................................................................25
6 Geotermální energie............................................................................................................27
6.1 Geotermální energie v ČR ............................................................................................29
7 Energie biomasy..................................................................................................................30
7.1 Biomasa a její rozdělení................................................................................................30
7.2 Zpracování biomasy......................................................................................................31
7.3 Energie biomasy v ČR ..................................................................................................32
8 Tepelná čerpadla .................................................................................................................35
8.1 Tepelná čerpadla a jejich princip ..................................................................................35
9 Závěr ...................................................................................................................................37
10 Poznámky............................................................................................................................38
11 Použité zdroje a literatura ...................................................................................................39
5
7. 0 ÚVOD
Světová populace roste a s tím se zvyšují nároky na dostupnost a dostatek energie
pro všechny. Doposud se využívá především energie z neobnovitelných zdrojů. Háček
je v tom, že její získávání má i negativní stránky, hlavní je nepříznivý dopad nejen na
životní prostředí, ale i na celou Zemi. Navíc jsou tyto energetické zdroje vyčerpatelné
a proto se pozornost obrací k obnovitelným zdrojům energie. I když se otázka těchto
energetických zdrojů stává čím dál více aktuální, jejich potenciál ještě stále není zdaleka
využit.
Cílem mé seminární práce je nastínit historii získávání a spotřebovávání energie i co
se týče jejích neobnovitelných zdrojů a především se zaměřit na alternativní nebo-li
obnovitelné zdroje energie. Chtěla bych charakterizovat každý z těchto zdrojů, uvést co
možná nejaktuálnější data a stručně se zmínit i o situaci v České republice.
6
8. 1 HISTORIE VYUŽÍVÁNÍ ENERGIE A JEJÍ
NEOBNOVITELNÉ ZDROJE
Využívání energie má dlouhou historii. Kromě svalové síly tažných zvířat
a palivového dřeva se až do začátku 20. století intenzivně využívalo obnovitelných
zdrojů energie. V 17. a 18. století se v Evropě využívalo až 600 000 vodních mlýnů
a jen v Nizozemí pak 8000 mlýnů větrných.
Černé uhlí bylo známé již tenkrát, ale používalo se jako druhořadý zdroj energie.
Většího využití se dočkalo teprve, když se projevil nedostatek dřeva a začala
průmyslová revoluce. Před průmyslovou revolucí se v Anglii vytěžilo asi 200 000 tun
uhlí, v 50. letech 20. století se vytěžilo již 64 milionů tun. Koncem 20. století stoupla
jeho těžba v celosvětovém měřítku na 4 miliardy tun. Hlavními těžebními zeměmi jsou
Čína a USA.
Ropná ložiska byla odkryta podstatně později než ložiska černého uhlí. Ropa
neměla dlouho žádné praktické použití. Časem se začala aplikovat jako léčivá mast
a olej ke svícení. Průlom v jejím využívání nastal ke konci 19. století s vynálezem
spalovacího motoru. Ve 20. století stoupla její těžba velmi intenzivně, v 70. letech
vystoupila na více než 3000 mil. tun. Ropa je dnes nejdůležitějším palivem.
Zemní plyn je považován za nejčistší z fosilních nosičů energie, protože jeho
spalováním vzniká méně škodlivých zplodin (např. oxidu uhličitého) ve srovnání
s ropnými produkty nebo uhlím. Kvůli hlubokým vrtům (několik tisíc metrů)
a problémy s dopravou se ve větším měřítku začal těžit až na začátku 60. let minulého
století.
Od druhé světové války se začalo využívat atomové energie. V roce 1938
se podařilo rozštěpit jádro atomu uranu, 1945 byly svrženy atomové bomby
na Hirošimu a Nagasaki, 1951 se podařilo získat první energii z jaderného reaktoru,
1986 došlo k závažné havárii reaktoru v Černobylu na Ukrajině, to jsou jen
nejvýznamnější data týkající se jaderné energetiky. Podíl jaderné energie
na celosvětových primárních zdrojích energie činí 6%, v ČR činí 25%, v Německu 12%,
v EU 30%. Takto vyrobená energie prakticky nezatěžuje životní prostředí, ale potýká se
i s určitými problémy, například: výnosné zásoby uranu jsou omezené, cena uranu
v posledních letech prudce stoupla, vedlejším produktem je radioaktivní odpad a další.
Budoucnost jaderné energetiky může zachránit lepší využívání dostupných zásob uranu,
7
9. další přepracování použitého jaderného paliva (jak se tomu děje např. ve Francii) nebo
termojaderná fúze, která je předmětem intenzivního výzkumu.
8
10. 2 OBNOVITELNÉ ZDROJE ENERGIE
2.1 DEFINICE
Definice obnovitelného zdroje energie (OZE) je v české legislativě uvedena
v zákoně
č. 180/2005 Sb. o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie a o změně
některých zákonů (zákon o podpoře a využívání obnovitelných zdrojů): „Obnovitelnými
zdroji se rozumí obnovitelné nefosilní přírodní zdroje energie, jimiž jsou energie větru,
energie slunečního záření, geotermální energie, energie vody, energie půdy, energie
vzduchu, energie biomasy, energie skládkového plynu, energie kalového plynu
a energie bioplynu.“
2.2 ENERGETICKÉ PROBLÉMY
Prapůvodním zdrojem téměř veškeré energie na Zemi je Slunce. Po miliony let
dodávalo energii rostlinám, které pak zuhelnatěly a daly vzniknout fosilním palivům.
Dalším původním zdrojem energie jsou radioaktivní prvky, které se k nám dostaly
při výbuchu pradávné supernovy v době vzniku naší planety. Obě tyto „konzervy“
sluneční energie jsou bohužel vyčerpatelné, a tak musíme hledat alternativní zdroje
energie, které zajistí dostatečný přísun energie pro všechny.
Obr. 2.1 - Vývoj světové spotřeby energie.
Zdroj: http://www.tzb-info.cz/1936-fakta-a-myty-o-obnovitelnych-zdrojich-ii
Asi tři čtvrtiny celosvětové spotřeby energie pochází z fosilních paliv. Pokud se toto
množství nesníží, budou v průběhu 21. století jejich ložiska vytěžena. Vydělíme-li
9
11. známé a skutečně využitelné zásoby současnou těžbou, dostaneme v sloupcovém
diagramu doby udržitelnosti.
Obr. 2.2 - Doba, na kterou vystačí energetické zásoby při současném tempu těžby [2]
Nejde však jen o to, jak dlouho nám neobnovitelné zdroje energie vydrží. Při výrobě
a spotřebě energie z těchto zdrojů vstupují na scénu další potíže, na které nesmíme
zapomenout, například problémy ekonomické (rostoucí cena ropy) nebo
environmentální (produkce CO2 a dalších skleníkových plynů a následné globální
oteplování).
Svět se otázkou energetické politiky začal zabývat po první ropné krizi v 70. letech
a výsledkem bylo vytvoření širokého úsporného energetického programu. V 80. letech
se dostala do popředí environmentální otázka, kterou se začala zabývat i Evropská unie.
2.3 ENERGETICKÁ POLITIKA EU
Energetická politika Evropské unie postavila do popředí otázku snížení závislosti
na dovozu energií a environmentální problematiku. Důsledkem je snaha o maximální
využití obnovitelných zdrojů. Souhlas s touto politikou potvrzuje průzkum provedený
statistickým úřadem Evropské unie Eurostat, ve kterém 90% občanů členských zemí EU
považuje za jeden z hlavních úkolů svých vlád zvyšování podílu obnovitelných zdrojů
energie na bilanci spotřeby energie.
Evropská unie si v roce 2007 stanovila zvýšit podíl energie z OZE do roku 2020
na 20 %. Podmínky se ale různí pro každou členskou zemi. Zatímco Švédsko má zvýšit
svůj podíl ze 40 % na 49 %, ČR má v roce 2020 vyrábět z OZE 13 % energie.
10
12. Obr. 2.3 - Podíl výroby elektřiny z OZE na hrubé spotřebě elektřiny v EU.
Zdroj: http://www.nazeleno.cz/energie/energetika/cez-obnovitelne-zdroje-rostou-solarni-a-vetrna-
energie-ne.aspx
2.4 OBNOVITELNÉ ZDROJE ENERGIE V ČESKÉ REPUBLICE
Česká republika nemá příliš dobré podmínky pro využívání energie z obnovitelných
zdrojů. Ležíme na „střeše Evropy“ a z tohoto důvodu nemáme významný
hydroenergetický potenciál, sluneční svit u nás nedosahuje parametrů jako v jižních
zemích a ani větrné podmínky nejsou nejlepší. Z toho logicky vyplývá, že největší podíl
na vyrobené elektřině u nás nemají OZE, ale uhlí (46 951 GWh) a za ním jaderná
energie (27 998 GWh). Z OZE se v roce 2010 vyrobilo 5 903 GWH, což je 6,87 %
hrubé výroby elektřiny a 8,32 % hrubé spotřeby elektřiny.
Obr. 2.4 - Podíl jednotlivých zdrojů energie v ČR v roce 2009.
Zdroj: http://www.nazeleno.cz/energie/energetika/vyroba-elektriny-v-cr-era-uhli-konci-nahradi-jej-
jadro.aspx
11
13. Tab. 2.1 - Hrubá výroba elektřiny z OZE v roce 2010 [8]
Hrubá výroba Podíl na hrubé Podíl na hrubé
elektřiny domácí spotřebě výrobě elektřiny
(MWh) (%) (%)
Vodní elektrárny 2 789 474,0 3,93 3,25
Biomasa celkem 1 492 238,6 2,10 1,74
Bioplyn celkem 634 662,0 0,89 0,74
1
TKO-BRKO/ 35 586,0 0,05 0,04
Větrné elektrárny (nad 100 kW) 335 493,0 0,47 0,39
Fotovoltaické elektrárny 615 702,0 0,87 0,72
Celkem 5 903 155,6 8,32 6,87
Obr. 2.5 - Podíl jednotlivých druhů OZE na hrubé výrobě elektřiny v roce 2010 [8]
Meziroční nárůst výroby elektřiny z OZE činí cca 1 248 GWh (26,8 %) U většiny
kategorií OZE je jasná zvyšující se tendence. Nejvíce elektřiny z OZE bylo v roce 2010
vyrobeno ve vodních elektrárnách. Nejvyššího procentuálního nárůstu dosáhla
fotovoltaika, a to 692 % (viz. kapitola Sluneční energie).
2.5 DRUHY OBNOVITELNÝCH ZDROJŮ A JEJICH VYUŽITÍ
V roce 2006 pocházelo asi 18 % celosvětově vyprodukované energie
z obnovitelných zdrojů. Většina z toho pochází z biomasy (13 %), především z pálení
dřeva. Druhým nejvýznamnějším zdrojem byla vodní energie (3 %). Geotermální
energie, větrná energie, sluneční energie a energie oceánů tvořily dohromady asi 0,8 %
z celkové výroby.
Přírodní procesy přemění část sluneční energie na jiné obnovitelné formy energie,
jako je vítr, biomasa nebo vodní energie. Kromě toho můžeme využít geotermální
energie, energie přílivu a odlivu, která je vyvolána přitažlivostí měsíce a ostatních
planet.
12
14. Obr. 2.6 - Zdroje a možnosti využívání obnovitelných energií [2]
Všechny OZE energeticky několikanásobně převyšují potencionál fosilního
a nukleárního paliva, což je možné vidět na následujícím obrázku.
Obr. 2.7 - Porovnání roční obnovitelné nabídky zdrojů energií a celosvětové primární spotřeby energie
s úhrnem celého množství konvenčních nosičů energie [2]
13
15. 3 SLUNEČNÍ ENERGIE
Nejdůležitějším dodavatelem energie pro Zemi je Slunce. Celkový instalovaný
výkon slunečních elektráren na světě byl v roce 2010 přes 30 000 MW, což je pouze
0,01 % celkové produkce elektrické energie.
30 % dopadajícího slunečního záření se odrazí od atmosféry. Během pronikání
atmosférou je záření pohlceno, rozptýleno a tím zmenšeno o dalších 20 %. Zbytek
cca 50 % dorazí k zemskému povrchu a je složeno z přímého záření a částečně i
z rozptýleného.
3.1 VYUŽITÍ SLUNEČNÍ ENERGIE
Sluneční energie se dá využít dvěma způsoby. Prvním je pasivní využití, které bývá
realizováno jako tzv. solární architektura. Druhým je využití aktivní, které můžeme
dále rozdělit podle způsobu získávání elektřiny ze sluneční energie na přímou
a nepřímou přeměnu.
Přímá přeměna probíhá ve fotovoltaických kolektorech (článcích), které přeměňují
energii dopadajícího světla (elektromagnetického záření) na elektrickou energii.
Fotovoltaický článek je v podstatě polovodičová dioda. Jeho základem je tenká
křemíková destička s vodivostí typu P a na ní je tenká vrstva polovodiče typu N.
Mezi vrstvami je přechod P-N. Osvětlením článku vznikne v polovodiči vnitřní
fotoelektrický jev a v polovodiči se z krystalové mřížky začnou uvolňovat elektrony.
Na přechodu P-N se vytvoří elektrické napětí, které dosahuje u křemíkových článků
velikosti zhruba 0,5 V. Připojíme-li k článku pomocí vodičů spotřebič, začnou se náboje
vyrovnávat a obvodem začne procházet elektrický proud.
Obr. 3.1 - Struktura a fungování fotovoltaického článku [2]
14
16. Rozměry jednoho článku jsou asi 10 cm x 10 cm, aby se dosáhlo většího výkonu,
zapojují se jednotlivé články sériově či paralelně a sestavují se z nich fotovoltaické
panely o výkonech od 10 W do 300 W. Nevýhodou je vyšší cena, závislost na denním
a ročním období, nutnost průběžného čištění povrchů panelů. Výhodou je to, že články
mohou fungovat jako zdroj energie i na těžko přístupných místech (ostrovech, horách,
v kosmu, …). Doplňují se akumulátory, které se za slunného počasí nabíjejí.
Fotovoltaické systémy mohou být konstruovány jako ostrovní (nejsou napojeny na
rozvodnou síť) nebo síťové, které v době přebytku vlastního výkonu mohou elektrickou
energii dodávat do sítě. Využití fotovoltaických článků viz příloha 3.
Nepřímá přeměna je založena na získávání tepla pomocí slunečních sběračů.
V ohnisku sběračů umístíme termočlánky, které mění teplo v elektřinu. Termoelektrický
článek je zařízení ze dvou různých vodičů, které jsou na konci spojené. Využívá
termoelektrického jevu (Seebeckův jev), během kterého vzniká elektrické napětí
způsobené různou teplotou kovů nebo polovodičů. Jsou-li spojeny dva vodiče z různých
kovů do uzavřeného obvodu a mají-li spoje různou teplotu T1 a T2, protéká obvodem
elektrický proud. Je to způsobeno tím, že na styčné ploše obou kovů dochází
k vzájemnému pronikání elektronů. Množství elektronů je závislé na výstupní práci.
Kov s menší výstupní prací předá druhému kovu více elektronů než jich sám přijme
a stane se kladně nabitým. Druhý kov získá přebytek elektronů a nabije se záporně.
Mezi oběma kovy vznikne rozdíl potencionálu.
Obr. 3.2 – Schéma Seebeckova jevu. Zdroj: http://moon.felk.cvut.cz/~pjv/Jak/_phys/f577/start.html
Elektřinu lze ze slunečního záření získat také prostřednictvím energie chemické tak,
že pomocí slunečního záření rozložíme vodu na vodík a kyslík. Při slučování obou
plynů se pak uvolňuje energie ve formě tepla (při hoření) nebo elektrického proudu
(v palivovém článku) a vzniká voda. Kyslíko-vodíkový palivový článek se v současné
15
17. době používá například jako pohon pro některé moderní automobily, které jsou
ohleduplné k životnímu prostředí.
V slunečních tepelných elektrárnách (koncentračních solárních) se soustřeďují
sluneční paprsky velkými pohyblivými zrcadly (heliostaty) na zásobník (absorbér).
Ve výměníku se získává horná pára, která pohání turbínu, ta pohání generátor a ten
vyrábí elektrický proud. Existují např. parabolické žlabové elektrárny (na obrázku první
zleva), solární věžové elektrárny (vpravo) a další. Obrázky těchto typů elektráren
viz příloha 1 a 2.
Obr. 3.3 - Zrcadla s jednoosou orientací pro liniové koncentrátory (dva obrázky nahoře), zrcadla
s dvojosou orientací pro bodové koncentrátory (dva obrázky dole) [2]
Sluneční energie jde dále využít např. termickými kolektory, které slouží především
k ohřevu vody a přitápění.
16
18. Obr. 3.4 - Nucený solární termický systém pro ohřev pitné vody. Zdroj: http://www.factorsolar.cz
Obr. 3.5 – Solární topný systém k ohřevu teplé užitkové vody a pro podporu vytápění [2]
Obr. 3.6 - Využití sluneční energie [6]
17
19. 3.2 SLUNEČNÍ ENERGIE V ČR
Vyrobená energie za rok 2010 (fotovoltaiky): 615,7 GWh
Podíl na hrubé výrobě/spotřebě elektřiny: 0,72 % / 0,87 %
Celková doba slunečního svitu v našich podmínkách: 1400-1700 h/rok
Instalovaný výkon: 1 959,1 MW
Od roku 2000 zaváděl stát nástroje na podporu fotovoltaiky (podpora
demonstračních projektů, vývoje a výzkumu. Podpora vyvrcholila v roce 2010,
což zapříčinilo obrovský nárůst výstavby fotovoltaických zařízení. Na konci roku 2009
byl instalovaný výkon fotovoltaických elektráren zhruba 465 MWh, na konci roku 2010
to bylo už cca 1959 MWh. Hlavním důvodem bylo snížení cen solárních technologií
až o 40 % a posílení české měny, což spolu s vyšší podporou státu vedlo ke snížení
návratnosti investic z 15 let na 8 let. Stát musel v průběhu roku 2010 podporu omezit,
aby nestabilní fotovoltaiky nerozkolísaly elektrizační soustavu a nedošlo k prudkému
nárůstu cen elektřiny. Přesto se Česká republika stala koncem roku 2010 třetím
největším provozovatelem fotovoltaických elektráren na světě.
Tab. 3.1 - Hrubá výroba elektřiny a instalovaný výkon fotovoltaických elektráren [8]
Rok Hrubá výroba Instalovaný
elektřiny (MWh) výkon (MW)
2004 291 0,4
2005 414 0,6
2006 592 0,8
2007 2 127 3,9
2008 12 937 39,5
2009 88 807 464,6
2010 615 702 1 959,1
Obr. 3.5 - Vývoj hrubé výroby elektřiny ve fotovoltaických elektrárnách [8]
18
20. 4 VODNÍ ENERGIE
Vodní energie byla lidstvem využívána již dávno. Zprvu v podobě vodních kol
na pohon mlýnů a pil, později pomocí vodní turbíny pro výrobu elektřiny. V době
rozkvětu využívání vodní energie, v 18. století, bylo v Evropě asi 500 000 až 600 000
vodních mlýnů.
71 % povrchu naší planet zabírá voda. Slunce umožňuje, že 98 % vody na Zemi je
v tekutém stavu. Na Zemi je 1,4 miliardy km3 vody, z toho je 97,4 % slaná voda moří
a 2,6 % voda sladká, která je ze ¾ vázaná v polárním ledu a ledovcích. Zbytek tvoří
voda podzemní a pouze 0,02 % vody je v řekách a jezerech. Na Zemi probíhá koloběh
vody, který spotřebuje zhruba 22 % celkové sluneční energie dopadající za povrch.
Vodní energie je technicky využitelná potencionální, kinetická nebo tepelná energie
veškerého vodstva na Zemi. Po biomase je to druhý nejvyužívanější obnovitelný zdroj
energie. Nejvíce se dnes využívá přeměny ve vodních elektrárnách na elektrickou
energii.
4.1 VODNÍ ELEKTRÁRNY A JEJICH PRINCIP
Základním prvkem vodní elektrárny je turbína (Bánkiho, Peltonova, Kaplanova,
Francisova), která je na společné hřídeli s elektrickým generátorem (dohromady tvoří
tzv. turbogenerátor). Voda roztáčí turbínu a ta pohání generátor vyrábějící elektrický
proud. Mechanická energie vody se mění na energii elektrickou.
4.2 ENERGIE ŘEK
Vodní elektrárny můžeme rozdělit na průtočné, které využívají přirozený průtok
a vyrábí elektřinu nepřetržitě. Protože spád činí u těchto elektráren jen několik metrů,
jejich výkony většinou nepřesahují 100 MW. Zpravidla se nedají dobře regulovat.
Obrázek průtočné vodní elektrárny viz příloha 4.
Obr. 4.1 - Princip průtočné vodní elektrárny [2]
19
21. Další jsou akumulační vodní elektrárny s přehradní hrází, které akumulují vodu
pro výrobu energie. Často se jich využívá jako nádrží pitné vody a k regulaci stavu vody
na vodních tocích, čímž chrání před povodněmi a podporují plavební možnosti toku.
Obrázek elektrárny Itaipú viz příloha 7.
Tab. 4.1 - Největší vodní díla světa
elektrárna země řeka rok výkon délka výška
dokončení (MW) hráze (m) hráze (m)
Tři soutěsky Čína Jang-c‘-ťiang 2009 18 200 2 310 180
Itaipú Brazílie, Paraná 1983 14 000 7 760 196
Paraguay
Guri Venezuela Rio Caroni 1986 10 300 1 300 162
Tucuiruí Brazílie Rio Tocantins 1984 7 960 6 900 78
Grand USA Columbia River 1942 6 495 1 592 168
Coulee
Přečerpávací vodní elektrárny pracují na principu dvou výškově různě položených
vodních nádrží. Pro jejich činnost je nutný přirozený přítok, jímž řeka vyúsťuje do
hodní nádrže. Jestli-že nemají přirozený přítok, jde o tzv. čistě přečerpávací přehrady.
Nádrže jsou spojené tlakovým potrubím. Na dolním konci potrubí je umístěna turbína
s elektrickým generátorem. Ta vyrábí elektřinu pro elektrizační soustavu v době potřeby
energie. V době nízké spotřeby (například v noci) se využívá přebytku energie (a její
nižší ceny) a voda se přečerpává do horní nádrže. Generátor tak funguje jako
elektromotor a turbína jako čerpadlo. Velké přečerpávací vodní elektrárny svým
pružným pokrýváním spotřeby zvyšují efektivnost elektrizační soustavy. Obrázek
přečerpávací vodní elektrárny Dlouhé Stráně viz příloha 5.
Obr. 4.2 - Princip přečerpávací vodní elektrárny [2]
20
22. 4.3 ENERGIE MOŘÍ A OCEÁNŮ
Ve světových oceánech je soustředěno 96,5 % veškeré vody planety Země. Hmota
moří i oceánů je v neustálém pohybu. Tento pohyb se vyskytuje nejen na hladině,
ale i ve značných hloubkách. Existují různé způsoby získávání elektrické energie z moří
a oceánů: využití energie přílivu, energie vlnění a využití termického potencionálu
oceánů a moří.
Přílivové elektrárny. Příliv a odliv vznikají vzájemným působením gravitačních sil
Měsíce, Slunce a Země. Vodní masy oceánu sledují tuto přitažlivost a tím vzniká
výškový rozdíl na otevřeném moři o něco větší než 1 m. Změna mořské hladiny při
přílivu může dosáhnout i více než 10 metrů, toho lze technicky využít pro výrobu
elektrické energie. V oblastech, kde se vyskytují vysoké přílivové vlny nebo kde ústí
řeka, se budují v zálivech či v ústích řek přehradní hráze. Při přílivu proudí voda
na turbínu jedním směrem a při odlivu opačným. Elektrárny, které jsou vybudovány
v ústí řeky fungují obdobně. Nevýhodou je, že tato elektrárna neposkytuje kontinuální
výkon a je náročná na materiály, které musí být odolné vůči agresivní mořské vodě.
Její stavba je poměrně nákladná a vhodných míst pro postavení přílivové elektrárny není
mnoho/2. Proto je v současné době je těchto elektráren velmi málo, největší je
ve Francii (spuštěna 1967) o výkonu 240 MW. Schéma jedné z přílivových elektráren
viz příloha 6.
Vlnové elektrárny. Nejdůležitějším pohybem je vlnění způsobené větrem,
slapovým působením Měsíce a Slunce, vtokem velkých řek do oceánů, atd. Odhaduje
se, že energie, kterou vyvinou vlny ve všech světových oceánech, dosahuje
až 350 miliard MJ. Do vývoje vlnových elektráren se v posledních letech vkládaly velké
naděje. Tato energie se dá využít především v mělkých pobřežních vodách. Podle typy
fungování můžeme vlnové elektrárny rozdělit na: systém s plováky, komorový systém,
zařízení „TapChan“/3. Ačkoli se v posledních desetiletí postavilo mnoho prototypů
vlnových elektráren, nenašly tyto aplikace širší využití. Hlavním problémem jsou
odlišné a proměnlivé podmínky na moři (např. bouře).
21
23. Obr. 4.3 - Princip vlnové elektrárny. Vlevo: plovákový systém, vpravo: komorový systém [2]
Elektrárny poháněné mořskými proudy. Tyto elektrárny mají podobnou
konstrukci jako větrné elektrárny, ale s tím rozdílem, že se rotor otáčí pod vodou.
První prototyp byl umístěn ve Velké Británii v roce 2003. Oproti větrným elektrárnám
mohou tyto elektrárny poskytovat vyšší výkony při výrazně nižších rychlostech
proudění. Lokalit pro tyto elektrárny není mnoho/4, zůstává jim nadále velký potenciál.
Lze využít i energii příboje, která se ale využívá pouze ojediněle, protože v místech
silného příboje se nevyskytují odběratelé vyrobené elektřiny.
4.4 VODNÍ ENERGIE V ČR
Vyrobená energie za rok 2010: 2 789 GWh (meziroční růst 15 %)
Podíl na hrubé výrobě/spotřebě elektřiny: 3,25 % / 3,93 % (bez přečerpávacích)
Instalovaný výkon: 1049,6 MW
V České republice nejsou přírodní poměry pro budování vodních elektráren ideální,
především kvůli absenci prudkých toků s velkými spády. V roce 2010 činil podíl výroby
elektrické energie ve vodních elektrárnách na celkové výrobě v ČR pouhá 4 %, přes to
má u nás právě tato energie největší zastoupení mezi obnovitelnými zdroji.
Významným úkolem vodních elektráren v ČR je pracovat jako doplňkové zdroje
hlavních zdrojů energie (uhelné a jaderné elektrárny).
Velkých vodních zdrojů je u nás jen malý počet. Více jsou u nás zastoupeny tzv.
malé vodní elektrárny (výkon do 10 MW). Většina z nich slouží jako sezónní zdroje.
Průtoky toků, na kterých jsou zřizovány, jsou kolísavé a silně závislé na počasí a ročním
období.
22
24. Obr. 4.4 - Podíl kategorií výkonu vodních elektráren na hrubé výrobě elektřiny z OZE v roce 2010 [8]
Tab. 4.2 - Hrubá výroba elektřiny a instalovaný výkon vodních elektráren [8]
Rok Hrubá výroba Instalovaný
elektřiny (MWh) výkon (MW)
2006 2 550 700 1017,8
2007 2 089 600 1025,8
2008 2 024 335 1030,0
2009 2 429 620 1038,4
2010 2 789 474 1049,6
Obr. 4.5 - Vývoj hrubé výroby elektrické energie z vodních elektráren [8]
23
25. 5 VĚTRNÁ ENERGIE
Ve větru na Zemi je obsaženo 35krát více energie, než spotřebovává celé lidstvo.
Větrná energetika patří nárůstem výrobní kapacity mezi nejrychleji se rozvíjející
odvětví energetiky.
Větrnou energii používá lidstvo od pradávna. Vítr poháněl plachetnice, větrné
mlýny, vodní čerpadla. S větrnými motory se setkáváme už ve starověké Číně.
K rozvoji větrných elektráren dochází od konce 20. století. Celkově bylo ke konci roku
2010 ve větrných elektrárnách instalování více než 194 000 MW.
Za vznik větru může Slunce. Země se totiž neohřívá rovnoměrně, proto
nad povrchem vznikají vrstvy vzduchu s různou teplotou a hustotou. Výsledkem je
pohyb vzduchu, vítr. Na proudění vzduchu mají vliv i lokální faktory.
5.1 VĚTRNÉ ELEKTRÁRNY A JEJICH PRINCIP
Působením aerodynamických sil na listy rotoru převádí větrná turbína energii větru
na rotační energii mechanickou, která je poté zdrojem elektrické energie. Listy rotoru
mají podobný profil jako křídlo letadla.
Malé větrné elektrárny s výkonem do cca 10kW vyrábí stejnosměrný proud pomocí
synchronního generátoru. U elektráren s vyššími výkony je generátor asynchronní, který
vyrábí střídavý elektrický proud a tento je dodáván do sítě vysokého nebo velmi
vysokého napětí.
Obr. 5.1 – Konstrukce a komponenty větrné elektrárny [2]
24
26. Pro optimalizaci výkonu je třeba stavět větrné farmy (parky) o velkých rozlohách,
což je hlavní nevýhodou větrných elektráren. Další nevýhodou je vyšší množství hluku,
který je snižován modernější konstrukcí listů rotoru a také to, že se větrná energie dá
využít pouze, když vítr fouká správnou rychlostí. Když fouká málo, neroztočí vrtuli,
když fouká hodně, musí se elektrárna zastavit, aby se neponičily lopatky. Ideální je
rychlost větru mezi 3 m/s a 26 m/s.
Zastavování ploch a rušivému hluku se dá vyhnout tak, že se větrné elektrárny
postaví přímo v moři. Jde o mořské větrné parky, tzv. Offshore Wind Parks. Aby se
dosáhlo co nejekonomičtějšího provozu, měla by se tato zařízení budovat v nevelké
vzdálenosti od pobřeží. Obrázek jednoho takového parku viz příloha 8.
Při zisku energie z větru se využívá pouze část jeho kinetické energie. Odebráním
energie se vítr zpomaluje. Kdybychom odebrali veškerou energii, proudění větru by se
zastavilo. Největší výkon lze získat, pokud se vítr zbrzdí na třetinu, pak lze získat
až 59,3 % využitelného výkonu. Vlivem ztrát se účinnost snižuje, a tak v nejlepším
případě mohou větrné elektrárny dosáhnout 45 % účinnosti.
5.2 VĚTRNÁ ENERGIE V ČR
Vyrobená energie za rok 2010: 335,5 GWh
Podíl na hrubé výrobě/spotřebě elektřiny: 0,39 % / 0,47 %
Instalovaný výkon: 217,8 MW (o 24,6 MW více než v roce 2009)
Ve větrných mlýnech se větrná energie využívala v minulosti i na území našeho
státu. První doložený mlýn byl na našem území postaven již v roce 1277 v Praze.
Největší rozkvět doznalo větrné mlynářství v Čechách ve 40. letech 19. století. Celkem
bylo na území dnešní ČR evidováno 879 větrných mlýnů. Novodobé větrné elektrárny
se začaly vyrábět na konci 80. let minulého století. Jejich rozkvět proběhl v letech
1990-1995, další oživení přišlo na začátku nového tisíciletí.
Proměnlivost větru způsobuje, že větrné elektrárny jsou v podmínkách ČR schopné
dosáhnout instalovaného výkonu pouze po 10-20 % roční doby. V České republice jsou
vhodné podmínky v minimální nadmořské výšce 500 m n. m., zejména pak pohraniční
pohoří a Českomoravská vysočina. Dnes jsou zde dostupné elektrárny malých výkonů
(300 W), ale i výkonnější do 3 MW na jeden stroj. V roce 2010 došlo k omezení
připojování nových zdrojů do distribuční sítě.
25
27. Tab. 5.1 - Hrubá výroba elektřiny a instalovaný výkon větrných elektráren [8]
Rok Hrubá výroba Instalovaný
elektřiny výkon (MW)
(MWh)
2003 4 893 10,6
2004 9 871 16,5
2005 21 280 22,0
2006 49 400 43,5
2007 125 100 113,8
2008 244 661 150,0
2009 288 067 193,2
2010 335 493 217,8
Obr. 5.1 - Růst instalovaného výkonu větrných elektráren [8]
26
28. 6 GEOTERMÁLNÍ ENERGIE
Geotermální energie je přirozený projev tepelné energie zemského jádra, která
vzniká rozpadem radioaktivních látek a působením slapových sil/5. Jejími projevy jsou
erupce sopek a gejzírů, horké prameny či parní výrony. Geotermální elektrárny
využívají k výrobě elektřiny tepelnou energii z nitra Země/6. Staví se zejména
ve vulkanicky aktivních oblastech.
Zásoby geotermální energie jsou především v horké páře, termální horké vodě nebo
teplé suché hornině, tzv. Hot Dry Rock (HDR). Tyto zdroje lze využít v geotermálních
teplárnách a elektrárnách, speciálním případem jsou geotermální HDR elektrárny.
Geotermální teplárny jsou vybaveny dopravním čerpadlem, které z hloubkového
vrtu dopravuje horkou vodu na povrch. Protože má termální voda většinou velký obsah
minerálních solí a vykazuje i přítomnost určitých radioaktivních příměsí, není sama
přímo teplonosným médiem. Tepelný výměník odebírá termální vodě tepelnou energii
a předává ji do sítě dálkového tepelného vytápění. Ochlazená termální voda se dalším
vrtem vede zpět do země. Pro účely získání tepla pro ústřední vytápění stačí poměrně
nízké teploty pod 100 °C. Proto nejsou potřeba velké hloubky vrtů.
Dnes se využívají tři druhy geotermálních elektráren – na suchou páru, na mokrou
páru a horkovodní (binární). Systém suché páry používá přímo přehřátou páru
ze zemských vrtů na pohon turbíny. Po ochlazení a zkondenzování se vrací sousedními
vrty zpět do země. Tento postup je použitelný pouze, pokud je dostupný zdroj o vysoké
teplotě. Systém mokré páry se využívá tam, kde podzemní voda dosahuje vysoké
teploty, ale díky vysokému tlaku se nepřeměnila v páru. Voda je vedená do odtlakovací
nádrže, kde se po rychlém snížení tlaku část vody změní v páru, která se vede
na turbínu. Horkovodní (binární) systém používá vodu s poměrně nízkou teplotou
i tlakem. Tato voda předá ve výměníku své teplo organické kapalině s nižším bodem
varu, a teprve její pára pak pohání turbínu. Jako organická kapalina se využívá propan
nebo isobutan, které jsou explozivní nebo freony, které narušují ozónovou vrstvu. Tento
systém je proto zatím ve vývoji. Vzhledem k tomu, že geotermální elektrárny mají
poměrně nízkou účinnost (při teplotách kolem 100 °C je to kolem 10 %), dává se
přednost tepelnému využití geotermální energie.
Geotermální HDR elektrárny využívají vrtů do 5000 m, kde je i v geotermálně
horších regionech teplota v řádu 200 °C, proto se při jejich využití dosahuje přijatelné
účinnosti. K pohonu se využívá teplonosné médium (obvykle voda), které se pod tlakem
27
29. vtlačuje do vrtů, kde v uměle vytvořených trhlinách přijímá teplo od horké horniny,
která nepropouští vodu a ohřáté se vyvádí zpět na povrch. Jeho teplo se využije buď
k výrobě páry nebo přímo k vytápění.
Obr. 6.1 – Schéma Hot-Dry-Rock elektrárny [2]
Geotermální pumpy (tepelná čerpadla) je možné využít k ohřívání i chlazení
individuálních domků. Jedná se o využití zemního tepla (či v létě chladna), které se
nachází v hloubce 2-3 m a zůstává stabilní během roku. Více v kapitole Tepelná
čerpadla.
První geotermální elektrárna byla otevřena v Itálii už v roce 1904. Celkový
instalovaný výkon geotermálních elektráren na světě se odhaduje na 8000 MW. Podíl
těchto elektráren v rámci celé Evropy je minimální, v některých lokalitách je ale jeho
význam značný. Mezi takové oblasti patří Island, kde z geotermálních zdrojů pochází
většina elektrické energie a kde jsou tyto zdroje využívány i k vytápění domů, ohřevu
vody atd. Dále je tento zdroj významně využíván v Itálii v oblastech s aktivní sopečnou
činností, ve Francii, Velké Británii, USA (zejména Kalifornii) na Novém Zélandu atd.
Obrázek geotermální elektrárny na Islandu viz příloha 9.
Nevýhodou těchto elektráren je, že jsou dostupné pouze na některých místech
zemského povrchu a výstavba geotermální elektrárny je zhruba pětkrát dražší než stavba
jaderné elektrárny.
28
30. 6.1 GEOTERMÁLNÍ ENERGIE V ČR
V České republice jsou v dostupných hloubkách pouze zdroje geotermální vody
o nízké teplotě (25 °C až 35 °C), které jsou málo vhodné k energetickým účelům –
je nutná instalace tepelného čerpadla, případně využití systému „Hot-Dry-Rock“.
Česká republika prozatím využívá geotermální energii zejména pro vytápění
rodinných domů a budov. K tomu dostačují vrty do 2000 m. Geotermální energie se
dále využívá v lázních, kde se horké prameny používají k léčení. Využívají ji i některá
města, například Ústí nad Labem s ní vytápí bazén a zoologickou zahradu. Na Děčínsku
se uskutečnil prozatím největší projekt využití geotermální energie na našem území,
kde je zbudována teplárna s vrtem do hloubky 550 m.
V ČR se zatím geotermální elektrárna nenachází, ale v přípravách a ve výstavbě je
jich několik na Liberecku (plánovaný výkon 5 MW) a v Litoměřicích/7.
29
31. 7 ENERGIE BIOMASY
Energie biomasy se využívá již od objevení ohně a tím se stává nejdéle používaným
zdrojem energie. Až do 18. století byla tato energie nejdůležitějším ze všech
energetických zdrojů. Ale s rostoucím uplatňováním fosilních zdrojů v průmyslově
vyspělých zemích se stala téměř bezvýznamnou, avšak i dnes jsou země, které pokrývají
více než 90 % primární spotřeby energie tradiční biomasou. Teprve začátkem 21. století
se začala využívat i ve vyspělejších zemích, především kvůli rostoucím cenám ropy.
Člověk v současné době využívá pouze 4 % nově vzniklé biomasy. 2 % se
spotřebují při výrobě potravin a krmiv, 1 % končí jako papír nebo vláknitá hmota
vzniklá zpracováním dřeva a poslední 1 % se energeticky využívá - většinou ve formě
palivového dřeva. Tato energie pokryje asi desetinu celosvětové spotřeby primární
energie/8.
7.1 BIOMASA A JEJÍ ROZDĚLENÍ
Co to vlastně biomasa je? Tento pojem označuje organickou hmotu, která zahrnuje
živé i odumřelé organismy a vedlejší organické produkty nebo organické odpady.
Pro biomasu je zásadní sluneční energie a voda. Rostliny přeměňují přirozenými
chemickými procesy sluneční světlo v biomasu. Lze stanovit i účinnost těchto procesů.
Ta se určí tak, že se výhřevnost usušené biomasy vydělí množstvím sluneční energie,
kterou rostlina přijala během svého růstu. Celosvětový průměr účinnosti přeměny
energie v rostlinách se pohybuje kolem 0,14 %/9. Největší účinnosti (2-5 %) dosahují
tzv. C4-rostliny, které rychle fotosyntetizují, a tak efektivně využívají sluneční energii.
Patří mezi ně např. proso, kukuřice, cukrová třtina a čínský rákos. Mezi další
energetické plodiny patří například šťovík krmný, rychle rostoucí topoly, vrby, olše
nebo platany. Právě šťovík je z těchto rostlin bylinného charakteru zatím
nejperspektivnější plodinou.
Při využívání biomasy rozlišujeme mezi využitím odpadu a zbytků ze zemědělství
a lesního hospodářství a cílevědomým pěstováním energetických plodin.
30
32. Obr. 7.1 – Způsoby využití biomasy. Zdroj: http://cs.wikipedia.org/wiki/Biomasa
7.2 ZPRACOVÁNÍ BIOMASY
Existuje několik způsobů získávání energie z biomasy. Prvním je spalování, které se
provádí ve spalovacích zařízeních nebo elektrárnách. Pokud ke spalování dochází
za přístupu vzduchu jde o hoření. Před vstupem do vlastního energetického zařízení
musí být biomasa upravována. V případě pevné formy biomasy se jedná obvykle
o sušení a rozměrové úpravy (sekání, drcení, lisování, …). Někdy je pevná biomasa
zplyňována v generátorech, kde se zahříváním paliva bez přístupu vzduchu uvolňuje
dřevoplyn, který se spaluje podobně jako ostatní plynná paliva. Dalším způsobem je
zpracování na kvalitnější paliva tzv. fytopaliva (pelety, brikety, bioplyn, bionafta, …).
Bioplyn vzniká při rozkladu organických látek (hnůj, zelené rostliny, kal
z čističek, …) v uzavřených nádržích bez přístupu kyslíku. V těchto zařízeních se
biomasa zahřívá, aby vzniklo prostředí vhodné pro bakterie.
Podstatným parametrem efektivního energetického využití biomasy je výhřevnost
dřeva a dalších rostlinných paliv. Ta kolísá nejen podle druhu dřeva či rostliny,
ale navíc i s vlhkostí, na kterou jsou tato paliva citlivější. Průměrná výhřevnost
dokonale suché biomasy je 18,6 MJ/kg, v praxi se ale pohybuje okolo 10 MJ/kg
až 15 MJ/kg /10.
Výhodou spalování biomasy je, že nezatěžuje životní prostředí nadměrnou produkcí
oxidu uhličitého. Při spalování dojde k produkci stejného množství tohoto plynu,
které rostlina spotřebuje při svém růstu/11 a popel vzniklý spalováním lze využít jako
kvalitní hnojivo. Navíc je při pěstování energetických plodin možné využívat půdu,
31
33. která se nehodí k potravinářské výrobě. Nevýhodou je nižší výhřevnost, kvůli vyššímu
obsahu vody, větší nároky na skladovací prostory, nutnost úpravy paliva a další.
7.3 ENERGIE BIOMASY V ČR
Pro přehlednost lze biomasu rozdělit do 3 skupin: vlastní biomasa, bioplyn a tuhý
komunální odpad.
BIOMASA
Vyrobená energie za rok 2010: 1 492 GWh
Podíl na hrubé výrobě /spotřebě elektřiny: 1,74 % / 2,10 %
Biomasa má v podmínkách ČR největší technicky využitelný potenciál z OZE pro
výrobu elektřiny i tepla. Využívání biomasy je tradiční, hlavně v oblasti výroby tepla.
Ale využívá se i k výrobě elektřiny, především spalováním spolu s fosilními palivy.
Využívání biomasy má svá omezení - produkční limity (rozloha půdy, roční období, …)
a dopravní dostupnost. Pěstování biomasy k energetickým účelům je efektivní pouze
v určité vzdálenosti od uvažovaného využití. V roce 2010 bylo k výrobě elektřiny
celkem použito 1 253 tisíc tun biomasy, což je o 200 tisíc tun více než v předcházejícím
roce.
Obr. 7.2 - Podíl jednotlivých druhů biomasy na hrubé výrobě elektřiny z OZE v roce 2010 [8]
32
34. Tab. 7.1 – Vývoj hrubé výroby elektřiny z biomasy [8]
Rok Hrubá výroba Dodávka do
elektřiny (MWh) sítě (MWh)
2003 372 972,4 17 383,3
2004 565 000,0 222 827,3
2005 560 251,9 210 379,2
2006 731 066,3 285 746,4
2007 968 062,9 403 706,1
2008 1 170 527,4 581 328,7
2009 1 396 271,1 768 684,0
2010 1 492 238,5 845 227,4
Obr. 7.3 - Vývoj hrubé výroby elektřiny z biomasy [8]
BIOPLYN
Vyrobená energie za rok 2010: 634 GWh
Podíl na hrubé výrobě /spotřebě elektřiny: 0,74 % / 0,89 %
Instalovaný výkon: 117,8 MWe
Bioplynu se využívá v bioplynových stanicích, které obzvlášť v roce 2009
zaznamenaly vysoký nárůst výroby.
33
35. Tab. 7.2 - Vývoj hrubé výroby elektřiny, instalovaného výkonu a dodávky elektřiny vyrobené z bioplynu
do sítě[8]
Rok Hrubá výroba Dodávka do Instalovaný
elektřiny (MWh) sítě (MWh) výkon (MW)
2003 107 856 11 868 24,9
2004 138 793 81 913 32,5
2005 160 857 93 413 36,3
2006 175 837 99 756 39,9
2007 215 223 138 485 49,9
2008 266 868 176 714 71,0
2009 441 266 329 102 95,7
2010 634 662 497 507 117,8
Obr. 7.3 - Vývoj instalovaného výkonu bioplynu [8]
TKO-BRKO
Vyrobená energie za rok 2010: 35,6 GWh
Podíl na hrubé výrobě /spotřebě elektřiny: 0,04 % / 0,05 %
Někdy se mezi biomasu započítává i tuhý komunální odpad. Tento odpad obsahuje
50-65 % biologicky rozložitelných složek, které se rovněž považují za obnovitelný zdroj
energie. ČR ve srovnání s jinými zeměmi využívá komunální odpady k výrobě energie
pouze minimálně. Většina těchto odpadů je skládkována.
34
36. 8 TEPELNÁ ČERPADLA
V okolním prostředí je obsaženo velké množství tepla, avšak jeho nízká teplotní
hladina neumožňuje přímé energetické využití, jde o tzv. nízkopotencionální teplo.
Jeho zdrojem je látka s nízkou teplotní hladinou tzv. nízkopotencionální zdroj. Může
jím být vzduch, půda nebo podzemní voda (podpovrchová nebo z vrtů). Toto teplo
můžeme využít pomocí tepelných čerpadel.
Obr. 8.1 – Zdroje tepla pro tepelná čerpadla [2]
Čím je teplota zdroje vyšší a čím nižší je požadovaná teplota v topném okruhu,
tím méně elektrické energie je k pohonu tepelných čerpadel zapotřebí.
8.1 TEPELNÁ ČERPADLA A JEJICH PRINCIP
Tepelná čerpadla jsou zařízení, která umožňují odnímat teplo nízkopotencionálním
zdrojům ve vnějším prostředí a využívat ho k vytápění nebo k ohřevu vody/12.
Činnost tepelného čerpadla využívá fyzikální jevy spojené se změnou skupenství
pracovní látky – chladiva, která cirkuluje v uzavřeném chladícím okruhu. Ve výparníku
tepelného čerpadla chladivo při nízkém tlaku a teplotě odnímá teplo zdroji
nízkopotencionálního tepla a vypaří se. Páry chladiva jsou stlačeny, zahřívají se
a v kondenzátoru předají kondenzační teplo ohřívané látce. Tím se ochlazují
35
37. a zkapalňují. Celý oběh je uzavřen obvodem chladiva do výparníku přes expanzní
ventil, který snižuje tlak kapalného chladiva.
Tepelná čerpadla můžeme dělit na kompresorová (nejběžnější), absorpční
a adsorpční. Typ tepelného čerpadla se určuje podle druhu ochlazované a ohřívané
látky.
Obr. 8.2 – Princip kompresorového tepelného čerpadla [2]
Nejlepší jsou tepelná čerpadla, která čerpají teplo ze země. O něco horší jsou ty,
jejichž zdrojem jsou spodní vody a nejnižší účinnost mají tepelná čerpadla se vzdušných
tepelným zdrojem (teplovzdušná). Poslední zmíněné mají výhodu v tom, že lze často
využít možnost reverzního chodu – v zimě topí, v létě vnitřní vzduch ochlazují.
36
38. 9 ZÁVĚR
Obnovitelné zdroje energie jsou velmi rozsáhlou částí energetiky, kterou je těžké
stručně shrnout. Přesto si myslím a doufám, že cíl této práce byl splněn. Je jasné,
že existuje spousta nových technologií, které jsou ve fázi výzkumu či testování a nejsou
nikde výše zmíněny. Není to tím, že by byly méně důležité, naopak nás mohou jednou
překvapit a hrát ve výrobě tzv. zelené energie klíčovou roli. Ale prozatím tvoří pouze
minimální podíl na vyrobené energii.
Nakonec bych chtěla dodat, že i s obnovitelnými zdroji energie se musí jednat
rozumně. Nejde zastavit celou zemi větrnými nebo slunečními elektrárnami, pokácet
lesy do elektráren či tepláren spalujících biomasu nebo jen tak zaplavit malebné údolí
řeky a zbudovat vodní nádrž. Proto snad jednou dokážeme inteligentně a efektivně
využít energii ze Slunce bez toho, abychom si ničili životní prostředí.
37
39. 10 POZNÁMKY
1
TKO-BRKO = tuhé komunální odpady - biologicky rozložitelné komunální odpady
2
místa vhodná pro výstavbu těchto elektráren jsou často vzdálená od míst spotřeby
energie
3
„TapChan“ vzniklo z anglického Tapered Channel. Více o tomto zařízení se můžete
dozvědět na internetových stránkách: http://taperedchannelwaveenergy.weebly.com
4
vyhovují oblasti, kde jsou vysoké rychlosti proudění, mírné hloubky a nachází se mimo
trasy lodní dopravy
5
Slapové síly jsou důsledkem gravitačního působení Měsíce na Zemi
6
Na některých místech je teplotní spád více než 55°C na 1 km hloubky
7
Geotermální elektrárna v Litoměřicích by měla začít fungovat do čtyř let (tedy do
roku 2015) a podle plánu by měla využívat v Česku dosud nepoužitou technologii
„Hot-Dry-Rock“
8
primární energie je energie dostupná v přírodě, která neprošla žádnou lidmi
provedenou přeměnou
9
zahrnuty jsou i pouště a oceány
10
pro srovnání, průměrná výhřevnost černého uhlí je 24 – 29 MJ/kg
11
ke znečištění ovzduší přispívají oxidy dusíku, které vznikají při každém spalování za
přítomnosti atmosférického vzduchu a v malém množství i oxidy síry, která je obsažená
ve slámě (0,1 %)
12
funguje obdobně jako chladnička - ta odebírá teplo potravinám uvnitř a předává je
kondenzátorem na své zadní straně do místnosti
38
40. 11 POUŽITÉ ZDROJE A LITERATURA
[1] Titulní obrázek. Zdroj:
http://www.mgsenergy.com/images/renewable_energy.jpg
[2] QUASCHNING, Volker. Obnovitelné zdroje energie. vydání první. Praha:
Grada, 2010. 295 s. ISBN 978-80-247-3250-3.
[3] SKUPINA ČEZ. Obnovitelné zdroje energie a skupina ČEZ. Praha: ČEZ. 43 s.
[4] SKUPINA ČEZ. Encyklopedie energetiky – Energie z obnovitelných zdrojů.
Praha: ČEZ, 2011. 71 s.
[5] Atlas obnovitelných zdrojů energie [online]. [cit. 2011-12-28]. Dokument
formátu PDF. Dostupné z WWW: <http://www.calla.cz/data/energetika/
ostatni/atlas.pdf>
[6] Atlas obnovitelných zdrojů energie [online]. [cit. 2012-01-08]. O Atlasu.
Dostupné z WWW: < http://www.calla.cz/atlas/oatlasu.php>
[7] Alternativní zdroje energie [online]. [cit. 2011-12-28]. Dostupné z WWW:
<http://www.alternativni-zdroje.cz>
[8] ELEKTRO - odborný časopis pro elektroniku [online]. [cit. 2011-12-28].
Elektroenergetika a obnovitelné zdroje energie. Dostupné z WWW:
<http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=25021>
[9] Obnovitelné a netradiční zdroje energie [online]. [cit. 2011-12-28]. Dostupné
z WWW: <http://sf.zcu.cz/rocnik07/cislomm/index.html>
[10] tzbinfo [online]. [cit. 2011-12-28]. Národní akční plány zemí EU – instalovaný
výkon OZE elektráren. Dostupné z WWW: <http://energie.tzb-info.cz/7266-
narodni-akcni-plany-zemi-eu-instalovany-vykon-oze-elektraren>
[11] Ministerstvo průmyslu a obchodu [online]. [cit. 2011-12-28]. Obnovitelné
zdroje energie v roce 2010. Dokument formátu PDF. Dostupné z WWW:
<http://download.mpo.cz/get/44944/50555/582988/priloha001.pdf>
[12] energeticky.cz – vše o úsporách energií na jednom místě [online]. [cit. 2011-
12-28]. Dostupné z WWW: <http://www.energeticky.cz>
[13] vaševěc.cz [online]. [cit. 2011-12-28]. Česko má dobrý potenciál v geotermální
energii. Dostupné z WWW: <http://www.vasevec.cz/blogy/cesko-ma-dobry-
potencial-v-geotermalni-energii>
39
41. [14] blesk.cz [online]. [cit. 2011-12-28]. Litoměřice ohřeje teplo z hlubin země.
Dostupné z WWW: http://www.blesk.cz/clanek/zpravy-udalosti/164523/
litomerice-ohreje-teplo-z-hlubin-zeme.html
[15] WIKIPEDIE – Otevřená encyklopedie [online]. [cit. 2012-01-08].
Fotoelektrický jev. Dostupné z WWW: <http://cs.wikipedia.org/wiki/
Fotovoltaick%C3%BD_jev>
[16] micronix – solární systémy [online]. [cit. 2012-01-08]. Fotovoltaický jev.
Dostupné z WWW: <http://www.micronix.cz/solarix/zakladni-informace/
fotovoltaicky-jev>
[17] DIMENZIAL [online]. [cit. 2011-12-28]. Termoelektrické jevy. Dostupné
z WWW: <http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=25021>
40
42. PŘÍLOHY
Příloha 1 – Pohled na parabolickou žlabovou elektrárnu Kramer Junction v Kalifornii [2]
Příloha 2 – Solární věžová elektrárna Solar Two v Kalifornii (USA) o výkonu 64 MW,
uvedena v provoz v roce 2007. Zdroj: http://www.ekobydleni.eu/tag/koncentracni-
solarni-elektrarny
41
43. Příloha 3 – Solární sídliště v Schlierbergu ve Freiburgu s 50 aktivními domy.
Zdroj: http://stashpocket.wordpress.com/2008/01/12/solarsiedlung-freiburg-rolf-disch/
Příloha 4 – Průtočná vodní elektrárna Laufenburg v Německu.
Zdroj: http://www.energie-lexikon.info/wasserkraftwerk.html
42
44. Příloha 5 – Přečerpávací vodní elektrárna Dlouhé Stráně v České republice. Elektrárna
s největším spádem v ČR (510,7 m) a největší reverzní vodní turbínou v Evropě
(650 MW). Zdroj: http://www.horydoly.cz/vypsat.php?id=5742
Příloha 6 – Přílivová elektrárna v ústí řeky La Rance ve francouzském St. Malo.
Zdroj: http://www.stranypotapecske.cz/teorie/priliv-odliv.asp
43
45. Příloha 7 – Vodní elektrárna Itaipú (Brazílie, Paraguay) na řece Paraná. V provozu od
1984. Zdroj: http://faslanyc.blogspot.com/2011/10/triple-frontera.html
Příloha 8 – Offshore Wind Park Middelgrunden (Dánsko). 20 větrných elektráren
po 2 MW, postavena v roce 2001. Zdroj:http://www.siemens.com/press/en/presspicture/
?press=/en/presspicture/2009/renewable_energy/ere20050601-04.htm
44
