TYPY ELEKTRÁREN
Výroba elektrické energie se v podstatě za posledních 30 let nezměnila, pouze se zdokonalil proces přeměny paliva na elektrickou energii, čímž se zvýšila účinnost elektrárny. Aby se zajistilo dostatečné množství energie, jsou instalovány bloky o větším výkonu. Na prvním místě dominují tepelné elektrárny, mezi něž řadíme nejenom klasické tepelné elektrárny, ale patří sem i elektrárny jaderné.
- KLASICKÁ TEPELNÁ ELEKTRÁRNA
Výroba elektrické energie z fosilních paliv se stala pro člověka nepostradatelnou. Od samého počátku byla v rozhodující míře závislá na spalování uhlí. Později začaly uhlí nahrazovat ropné produkty, ty převážně využívají země v ostrovním provozu nebo jako záložní zdroj, a zemní plyn. Podíl klasických uhelných elektráren na světové výrobě elektřiny je významný dodnes. Klasické tepelné elektrárny se v zásadě dělí na dva typy, na elektrárny kondenzační a odběrové.
- Kondenzační elektrárna
Kondenzační elektrárna slouží pouze k výrobě elektrické energie. Energii získává spalováním fosilních paliv (nejčastěji uhlí). Vzniklým teplem je ohřívána voda vytvářející páru, která pohání parní turbínu turbogenerátoru. Veškerá pára přivedená do turbíny po vykonání práce zkondenzuje na vodu v kondenzátoru a cyklus se opakuje.
- Odběrová elektrárna
Jedná se o elektrárnu s kombinovanou výrobou tepelné a elektrické energie. To znamená, že ještě horká pára je z turbíny vedena dále k tepelným spotřebičům. Výhodou je vyšší hospodárnost, nevýhodou je skutečnost, že elektrický výkon závisí na okamžitém množství páry odebírané tepelnými spotřebiči a lze je budovat pouze v místech koncentrovanější spotřeby tepla, ve větších městských či průmyslových aglomeracích. Právě proto se odběrové elektrárny nikdy nestaly základními výrobnami elektřiny.
- JADERNÁ ELEKTRÁRNA
V průběhu vývoje energetických reaktorů bylo zvažováno asi 50 reaktorových typů. U většiny z nich se však skončilo ve stádiu projektu, popř. u výzkumného prototypu malého výkonu. V současné době ve světě funguje v atomových elektrárnách více než 400 jaderných reaktorů několika různých typů, které jsou uvedeny v tabulce.
Dále se podíváme na vodní elektrárny ....
- VODNÍ ELEKTRÁRNA
Ve vodních tocích se nachází obrovský potenciál energie. Vodní elektrárny jsou v elektrizační soustavě cenným prvkem pro svou operativnost. Na rozjezd nebo zastavení potřebují pouze kolem jedné minuty, mohou tedy elektřinu dodat v případě potřeby takřka okamžitě.
Klasické vodní elektrárny
- Průtočné
Průtočná neboli průběžná vodní elektrárna je charakteristická tím, že nemá k dispozici žádný akumulační prostor. Bývá obvykle budována u jezu. Výkon tohoto typu elektrárny určuje průtok, jaký je turbína právě schopna z vodního toku odebírat, a takový spád, jaký právě vzdouvací stupeň vytváří. Jelikož se během roku mění množství vody, není tudíž průtok ani spád v řece stálý. Z tohoto faktu vyplývá, že výkon je zcela závislý na průtokových poměrech vodního toku. Provoz elektrárny je bez přerušení, dodávka výkonu do energetické sítě značně kolísá.
- Akumulační
Na první pohled jsou charakterizovány přehradní hrází, za níž vzniká jezero s velkou zásobou vody. Tato vodní díla jsou určena nejen pro výrobu elektřiny, ale také pro ochranu území před povodněmi, pro splavnění toků, jako zdroje pitné nebo závlahové vody jako rekreační oblasti.
Proti přelití je hráz zajištěna spodními výpustěmi a horními přelivy. Pod hrází je tzv. vývařiště, do něhož odchází voda z turbín. V jezeře nad hrází bývá vtokový objekt opatřený česlemi. Ty zajišťují, aby se do turbíny nedostaly nečistoty. Přívodním kanálem přitéká voda k turbíně. Turbína je s generátorem, v němž vzniká elektrický proud, spojena společnou hřídelí.
- Přečerpávací
Přečerpávací vodní elektrárny (PVE) jsou vlastně také jakýmsi druhem akumulační elektrárny, mají totiž většinou minimálně jednu akumulační nádrž - horní nádrž. Jsou jedním z významných regulačních prvků v elektrizační soustavě. V době, kdy je proudu nadbytek, čerpají vodu do výše položené nádrže a tak akumulují energii ve formě potenciální energie vody. V době tzv. energetické špičky, kdy je vyšší spotřeba elektrické energie, voda z horní nádrže roztáčí turbínu a vyrábí elektřinu. Dále se používají při odstavení nebo najíždění jaderné elektrárny.
Horní nádrž může být uměle vybudovaná na výše položeném místě nebo ji tvoří jezero nad hrází akumulační elektrárny. Tlakovým potrubím se voda přivádí na turbínu. Mechanická energie turbíny se přemění v elektrickém generátoru umístěném na stejné hřídeli jako turbína na elektřinu. Do horní nádrže se voda vhání čerpadly nebo je turbína zkonstruovaná tak, aby při zpětném chodu fungovala jako čerpadlo
Příkladem přečerpávací vodní elektrárny je elektrárna Dlouhé Stráně v Jeseníkách. Je elektrárnou s největším spádem a zároveň největším instalovaným výkonem mezi vodními elektrárnami v ČR. Její hlavní parametry jsou uvedeny v tabulce.
- Přílivová elektrárna
Slapová energie je mechanická energie mořského přílivu a odlivu. Původcem této energie je přitažlivost Měsíce a Slunce spolu se zemskou rotací.
První moderní přílivová elektrárna zahájila provoz až v roce 1966. Jde o francouzskou přílivovou elektrárnu v Bretani, v ústí řeky La Rance. Instalovaný výkon elektrárny je 240 MW a roční výroba elektrické energie je kolem 550 GWh. Elektrárna je vybavena 24 reverzními turbínami, které pracují jak při přílivu tak i odlivu.
- Elektrárny využívající energii moře
- Energie vlnění
Jedním z mnoha řešení je návrh trojdílných pontonů plovoucích na hladině, které jsou zakotveny na dně moře. Pohyb vln se přenáší na vodní motor, který vyrábí elektrickou energii.
Části plovoucí elektrárny:
- 1 - zadní stabilizační,
- 2 - střední část se strojovnou,
- 3 - přední nárazová část plavidla.
Jiný projekt s názvem Ploeg se týká instalace řady plováků, které působením vln kmitají kolem osy. Pohyb je soustavou hydraulických nebo mechanických zařízení převáděn na generátor. U havajského pobřeží byly zase prováděny pokusy i s minielektrárnami umístěnými v mořských bójích. Další způsob využití energie vln byl navržen v Japonsku. Elektrárna Kalimai je podobná cisternové lodi dlouhé 80 m a široké 12 m. Mořské vlny stlačují v komorách stanice vzduch a pohánějí 3 turbíny s generátory o výkonu 200 kW. Takto upravená elektrárna je víceúčelová, protože plní funkci vlnolamu před přístavem a před rybími farmami.
- Mořský příboj
Příbojové vlnění svými nárazy na pobřeží vyvolává velmi silné otřesy a navíc působí jako píst - nasává a vytlačuje vzduch, který následně pohání turbínu. Na světě funguje několik příbojových elektráren, např. ve Francii nebo Japonsku.
- Mořské proudy
Periodické i stabilní proudy, které uchovávají svůj směr i rychlost, přemisťují obrovské množství vody na velké vzdálenosti. Prozatím tento způsob výroby elektrické energie je ve stádiu studií.
- Teplotní gradient mořských hloubek
Výroba elektrické energie pomocí teplotního gradientu mořské hloubky OTEC (Ocean Thermal Energy Convertion) funguje na principu kondenzace. Povrchová teplá voda způsobuje odpařování amoniaku nebo propanu. Jejich páry následně pohánějí turbínu a poté opět kondenzují pomocí chladné hloubky čerpané vody. Cyklus se poté opakuje.
Zařízení elektrárny OTEC (40 MW):
- 1 - mořská elektrárna ve tvaru bóje,
- 2 - teleskopická trubka,
- 3 - přívod mořské teplé vody do výměníku tepla,
- 4 - komory odpařovače,
- 5 - strojovna s turbínou a generátorem,
- 6 - kondenzátor par,
- 7 - výstup teplé vody,
- 8 - vstup chladné vody,
- 9 - nosné plováky,
- 10 - kabelové vedení elektrické energie na pobřeží.
- VĚTRNÁ ELEKTRÁRNA
Větrná energie je další z obnovitelných zdrojů, který se hojně využívá pro výrobu elektrické energie. V Evropě jsou nejvýhodnější podmínky pro její využití v oblastech, kde vanou pravidelné a poměrně silné větry, např. v přímořských oblastech. Zvláštního významu pak nabývá využití větru k zajištění dodávky elektrické energie v odlehlých lokalitách, ostrovním provozu, kde se nepředpokládá připojení na elektrickou síť, k pohonu čerpadel i k přímé transformaci na tepelnou energii.
- Větrná mikroelektrárna
Jde o alternativu k slunečním článkům v místech, kde je dost větrno a naopak méně svítí slunce. Mikroelektrárny mohou například napájet osvětlení reklamních panelů podél dálnic, aktivní inteligentní dopravní značky, měřiče teploty a hodiny a další.
Mechanické části mikroelektrárny:
- rotor s listy,
- generátor zabudovaný v rámu,
- stabilizační a natáčecí ocas (tail),
- upevňovací podstavec (tower).
- Malé větrné elektrárny
Malé větrné elektrárny již poskytují výkony i mnoho jednotek kW a často vyrábí elektřinu pomocí synchronních generátorů buzených permanentními magnety s výstupním napětím 24 V nebo klasických 230 V, příp. 400V. Pro vhodnou volbu je nutné správně spočítat spotřebu a zvolit výkon elektrárny, resp. jejího generátoru/turbíny.
Z pohledu konstrukce mohou vypadat různě. Zatímco malé elektrárny s výkonem okolo 1 až 5 kW mohou ještě vypadat jako "větší" mikroelektrárny, konstrukce pro výkony nad 10 kW již někdy vypadají jako zmenšeniny středních a velkých, tzn. mají již gondolu vybavenou převodovkou (Gear-Box), brzdou (Brake) a generátorem (Generator) připojené přes hřídel (Main Shaft) na rotor vrtule s listy (Blades). Vše je pak připevněno na sloupu (Tower), kterým vedou výkonové a signálové kabely.
- Střední a velké větrné elektrárny
Struktura střední a velké větrné elektrárny je velmi podobná a skládá se z níže uvedených částí:
- 1 - rotor s rotorovou hlavicí a listy,
- 2 - brzda rotoru,
- 3 - planetová převodovka,
- 4 - spojka,
- 5 - generátor,
- 6 - servo-pohon natáčení strojovny,
- 7 - brzda točny strojovny,
- 8 - ložisko točny strojovny,
- 9 - čidla rychlosti a směru větru,
- 10 - několikadílná věž elektrárny,
- 11 - betonový armovaný základ elektrárny,
- 12 - rozvaděč silnoproudého a řídícího obvodu,
- 13 - elektrická přípojka.
Rozdíl je často jen ve velikosti a dimenzování mechanických částí a pak v provedení gondoly/strojovny a samotné věže. Velké elektrárny mají dutý tubus nebo věž se schody či výtahem a velkou strojovnu.
Velké elektrárny jsou určeny k dodávce energie do rozvodné sítě. Asynchronní nebo synchronní generátor dodává střídavý proud o napětí 660 V a více. Existují i elektrárny se speciálním více-pólovým generátorem, který nevyžaduje převodovou skříň. Většina elektráren má konstantní otáčky regulované natáčením listů a proměnným převodovým poměrem převodovky. Některé typy mají i dvě rychlosti otáčení. K zefektivnění provozu a snížení nákladů na projektování a výstavbu se velké elektrárny sdružují do skupin (obvykle 5 až 30 elektráren), tzv. větrných farem.
- SLUNEČNÍ ELEKTRÁRNA
Využití sluneční energie se realizuje její přeměnou na energii tepelnou a následně na energii elektrickou, chemickou, nebo přímo na elektrickou s použitím fotovoltaických článků.
- Solární elektrárna
Elektrárny tohoto typu jsou složené z velkého množství zrcadel (heliostatů), které koncentrují sluneční světlo do jednoho místa, zpravidla na vrchol vysoké věže. Směr natočení a sklon zrcadel je počítačově řízen a sleduje denní pohyb Slunce po obloze.
Na vrcholu věže se ohřívá vhodné pracovní médium, které se následně odvádí do energetické jednotky, kde se ohřívá voda a vznikající pára pohání parogenerátor. Ochlazené pracovní médium se následně odvádí zpět do solární věže k dalšímu ohřevu. Ohřáté pracovní médium se ze solární věže může rovněž odvádět do speciálních izolačních tanků, kde se uchovává pro pozdější použití, např. během noci či při oblačnosti.
Další variantou solárních elektráren jsou vyleštěné žlaby parabolického tvaru (zrcadla), v jejichž ohnisku jsou vedeny trubice. Menší variantou solární elektrárny je tzv. "solární talíř". Zde se sluneční světlo fokusuje několika zrcadly (většinou parabolického tvaru) do společného ohniska.
- Sluneční fotovoltaická elektrárna
Za pomoci fotovoltaických článků lze zářivou energii přímo transformovat na elektrickou energii. Používají se zejména v místech, kde není možné se připojit k rozvodné síti, ale také ve vesmíru na kosmických sondách včetně mezinárodní vesmírné stanice ISS.
Fotovoltaický článek je polovodičová dioda. Na rozhraní polovodičů typu P a N vzniká elektrické pole vysoké intenzity. Toto pole pak uvádí do pohybu volné nosiče náboje vznikající absorpcí světla. Vzniklý stejnosměrný elektrický proud se odvádí z článku pomocí elektrod (viz. Obr.).
- GEOTERMÁLNÍ ELEKTRÁRNA
Geotermální elektrárny využívají k výrobě elektřiny tepelnou energii z nitra Země. Staví se zejména ve vulkanicky aktivních oblastech, kde využívají k pohonu turbín horkou páru stoupající pod tlakem z gejzírů a horkých pramenů nebo teplonosné médium, které se vtlačuje do vrtů a v hloubi země se ohřívá a ohřáté vyvádí zpět na povrch.
V rámci Evropy je jeho význam jen regionální. Mezi takové oblasti patří Island, kde z geotermálních zdrojů pochází většina elektrické energie a kde jsou tyto zdroje využívány i k vytápění domů nebo ohřevu vody.
- ELEKTRÁRNA NA BIOMASU
Biomasa je organická hmota rostlinného nebo živočišného původu. Je získávána jako odpad ze zemědělské či průmyslové činnosti, jako komunální odpad. Biomasa může být ale i výsledkem záměrné výrobní činnosti v zemědělství a lesnictví. Biomasu je možné využívat přímým spalováním i k výrobě ušlechtilých paliv, které podstatně méně zatěžují životní prostředí než klasická paliva (černé a hnědé uhlí, lignit, ropa). Její výroba je pro životní prostředí spíše přínosem - likvidace odpadů, zalesňování nevyužité a často nevyužitelné půdy.
A tímto můžeme ukončit dnešní článek a přehled aktuálně využívaných způsobů výroby elektrické energie v elektrárnách. Příště se podíváme zase do jiné oblasti elektrické energie.
| AUTOR: Jan "DD" Stach |
|---|
| Radši dělám věci pomaleji a pořádně, než rychle a špatně. |
| Starší články |
|---|
| Komentáře |
|
| ||||||
| ||||||
| ||||||
| ||||||
| ||||||
| ||||||
