in

Výroba elektrické energie

V současné době je na elektrické energii závislá veškerá infrastruktura na světě. Bez elektrické energie si prakticky nedovedeme současný život představit. Je třeba si uvědomit, že elektrická energie v sítí neustále obíhá, ale neslouží jako zásobník energie. To, co se odebere, je nutno ihned doplnit. Současně nesmí být do sítě přidáno větší množství energie, než je spotřeba. Udržet takový systém v rovnováze, je velmi obtížné. Tato situace se vyhrocuje se zaváděním dalších nestálých zdrojů elektrické energie, jako jsou větrné elektrárny a fotovoltaika.

Pro zajištění rovnováhy výroby a spotřeby elektrické energie v zemích EU byla vytvořena celoevropská síť. Největší problém s rovnováhou v sítích způsobují větrné elektrárny na severu Německa.

Přebytek elektřiny vyrobené v Německu byl převáděn do sítě v Polsku nebo k nám. Abychom předešli úplnému přerušení dodávek do sítě na našem území v důsledku nadbytku nebo nedostatku energie, museli jsme za 1,5 miliardy korun vystavět speciální transformátory. Ty brání přenosu nadbytku energie z větrných elektráren na severu Německa do naší sítě.

Jev, kdy dojde k úplnému kolapsu sítě, se nazývá „blackout“.

Po tomto úvodu se zaměřme na postupy výroby elektrické energie.

Tepelné a jaderné elektrárny

Oba tyto typy elektráren pracují na stejném principu, tedy na převodu tepelné energie na mechanickou energii. Tento princip je definovaný jako druhá věta termodynamická. Zákon definoval již před dvěma sty léty Nicolas Léonard Sadi Carnot, když se snažil vysvětlit nemožnost sestrojení perpetua mobile druhého druhu. Podobizna tohoto zakladatele termodynamiky je na přiloženém obrázku.

Fotografie: Nicolas-Léonard-Sadi-Carnot

Zdroj snímku: https://cs.wikipedia.org/wiki/Nicolas_L%C3%A9onard_Sadi_Carnot

Převod tepelné energie na mechanickou je tedy v Evropě znám pod názvem Carnotův cyklus, v Americe se používá Rankinův cyklus. Zákon v zásadě definuje účinnost převodu tepelné energie na energii mechanickou.

Pro tento pochod musíme mít dva zásobníky, jeden teplý o teplotě T1 a druhý studený o teplotě T0. Vzhledem k tomu, že teplota definuje energii, lze rozdíl T1-T0 definovat jako tepelnou energii, která se převede na mechanickou energii. Teploty ve vzorci jsou uváděny v absolutních stupních, to znamená, že je nutno k teplotě ve °C připočíst hodnotu 273.

Účinnost je potom definovaná vztahem:

Ze vzorce je zřejmé, že účinnosti 100 procent tj. 1, by bylo dosaženo pouze tehdy, když bude teplota studeného zásobníku rovna nule kelvinů. Absolutní nuly však podle dalšího zákona (třetí věta termodynamiky) nelze dosáhnout, účinnost je proto vždy menší než 100 procent.

S tímto jevem se potýkají všechny tepelné elektrárny. Chladící voda pro turbíny se chladí v obrovských chladírenských věžích. Účinnost elektrárny je v zimě vyšší. Je zřejmé, že za mrazu bude teplota chladící vody nižší než v létě. Vzhledem k tomu, že je horní hranice teploty omezena použitým materiálem teplého zásobníku, z něhož je zásobník vyroben, a chladit vodu a tím chladný zásobník nemůžeme ochladit pod 0 °C, je účinnost obecně pod 50 procenty.

Tento fyzikální jev se uplatňuje u všech typů tepelných a jaderných elektráren. Účinnost je však dále ovlivněna způsobem spalování paliva (dřevo, uhlí, plyn), kde účinnost nedosahuje 100 procent. Celková účinnost se vypočítá jako součin účinností převodu tepelné energie na mechanickou energii a účinnosti spalování. Celková účinnost výroby elektrické energie tímto způsobem nepřesahuje 40 procent.

Druhou termodynamickou větou, to jest Carnotovým cyklem, se řídí i spalovací motory, s tím rozdílem, že zde neexistuje chladič spalin. Z tohoto důvodu je účinnost spalovacích motorů nižší. V případě parního stroje to je do 12 procent, benzínové a dieselové motory mají účinnost 20–25 procent, motory s turbokompresorem mají účinnost až 35 procent. Letadlový motor má účinnost 20–25 procent. Nejvyšší účinnost má spalovací turbína s tepelnými výměníky, a to až přes 50 procent.

O fotovoltaice, větrných a vodních elektrárnách si povíme v následujícím článku.

Foto: ilustrační, https://pixabay.com/cs/photos/jadern%C3%A1-elektr%C3%A1rna-jadern%C3%A9-reaktory-261119/

What do you think?

2 points
Upvote Downvote

Comments

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Loading…

0

Comments

0 comments

Vodík a jeho využití

Jak se vyrábí elektrická energie: fotovoltaika, obnovitelné zdroje