Obnovitelné zdroje energie

Prezentace na téma: "Obnovitelné zdroje energie"— Transkript prezentace:

1 Obnovitelné zdroje energie

2 Úvod Mezi obnovitelnými zdroji nalezneme takové, které se lidstvo naučilo využívat už na samém počátku své historie. Můžeme k nim počítat dokonce i vlastní sílu, popř. sílu domestikovaných zvířat. Ke klasickým „věčně se obnovujícím“ zdrojům patří energie vody a větru – lodní plachty a větrná či vodní kola ty provázejí lidstvo už po tisíce let. Jiné obnovitelné energetické zdroje se objevily až v okamžiku, kdy technika dosáhla vyššího stupně rozvoje – např. geotermální či solární energie.

3 Základní rozdělení K obnovitelným zdrojům řadíme pestrou škálu nejrůznějších zdrojů energie, které mají jednu společnou vlastnost – jsou z pohledu člověka „nevyčerpatelné“. Rozdělní podle zdroje energie: 1) energie vody 2) energie větru 3) energie slunce 4) energie geotermální 5) tzv. „zelená“ energie

4 Energie vody Zatímco energie vodního kola byla využívána pro velmi pestrou paletu nejrůznějších lidských činností, moderní vodní turbíny nacházejí své uplatnění takřka výhradně při výrobě elektřiny. Hydroenergetika je perspektivní především v oblastech prudkých toků s velkými spády. V ČR nejsou přírodní poměry pro budování vodních energetických děl ideální. Naše toky nemají potřebný spád ani dostatečné množství vody. Proto je podíl výroby elektrické energie ve vodních elektrárnách na celkové výrobě v ČR poměrně nízký. V posledních letech k jeho dalšímu snížení přispělo i poškození vodních elektráren vltavské kaskády povodněmi v roce 2002.

5 Přednosti vodních elektráren
Vodní elektrárny neznečišťují ovzduší, nedevastují krajinu a povrchové či podzemní vody těžbou a dopravou paliv a surovin, jsou bezodpadové, nezávislé na dovozu surovin a vysoce bezpečné.

6 Princip vodní elektrárny
Ve vodní elektrárně voda roztáčí turbínu; ta je na společné hřídeli s elektrickým generátorem (dohromady tvoří tzv. turbogenerátor). Mechanická energie proudící vody se tak mění na energii elektrickou, která se transformuje a odvádí do míst spotřeby. Vodní elektrárna Štěchovice

7 Malé vodní elektrárny K využití potenciálu vodních toků v ČR slouží i kategorie tzv. malých vodních elektráren (zdroje elektrické energie s instalovaným výkonem do 10 MW). Většina malých vodních elektráren slouží jako sezónní zdroje. Průtoky toků, na kterých jsou zřizovány, jsou kolísavé a silně závislé na počasí a na ročním období.

8 Vodní elektrárny V České republice mají největší význam elektrárny na vltavské kaskádě. Vltavská kaskáda je soustava vodních děl na řece Vltavě. Jde o celkem 9 přehrad (Lipno, Hněvkovice, Kořensko, Orlík, Kamýk, Slapy, Štěchovice,Vrané) z nichž první byly budovány ve 30. letech 20. století. Do Vltavské kaskády patří přehrada zadržující největší objem vody z českých nádrží (Orlík) i přehrada největší co do plochy hladiny (Lipno). Vodní elektrárny v přehradách kaskády produkují elektrický výkon až 750 MW.

9 Vodní elektrárny V Norsku díky vhodným přírodním podmínkám pokrývá elektřina z vodních elektráren přes 90 % spotřeby. Velká hydroenergetická díla najdeme i v Jižní Americe - Itaipu (na obrázku) na hranicích Brazílie a Paraguaye s výkonem 12 600 MW. Itaipu

10 Energie vody Vodní elektrárna Itaipu je (prozatím) největší na světě, jejích 18 turbín vyrobí za rok 75 TWh elektrické energie. Roku 2009 má být dokončena od roku 1996 budovaná největší hydroelektrárna světa Tři soutěsky na řece Jang-c´-Tiang v Číně o výkonu 18 200 MW.

11 Energie Slunce Stejně jako jsou negativní dopady jaderné elektrárny na životní prostředí minimální, získávání elektrické energie přímo ze slunečního záření je z hlediska životního prostředí nejčistším a nejšetrnějším způsobem její výroby. Sluneční elektrárny využívají zdroje energie, kterého je a ještě dlouho bude v přírodě dostatek. Účinnost přeměny slunečního záření na elektřinu umožňuje získat se současnými solárními systémy z jednoho metru aktivní plochy až 110 kWh elektrické energie za rok. V našich podmínkách je ve srovnání se současnými klasickými zdroji elektrická energie ze solárních systémů však stále ještě podstatně dražší.

12 Sluneční elektrárny v ČR
V případě ČR je větší využití sluneční energie zatím na počátku svého rozvoje. V průběhu poslední dekády minulého století se v ČR omezilo na ostrovní systémy pro nezávislé napájení objektů a zařízení v lokalitách bez připojení na rozvodnou síť. První sluneční elektrárna o výkonu 10 kW byla uvedena do provozu až v roce 1998 na vrcholu hory Mravenečník v Jeseníkách.

13 Sluneční tepelné elektrárny
Ve sluneční tepelné elektrárně se sluneční záření mění na elektrickou energii ve velkém měřítku. V principu jde o tepelnou elektrárnu, která potřebné teplo získává přímo ze slunečního záření. Kotel sluneční elektrárny je umístěn na věži v ohnisku velkého sběrače. Sluneční záření se na něj soustřeďuje pomocí mnoha otáčivých rovinných zrcadel - tzv. heliostatů. V kotli se ohřívá např. olej, ve výměníku se získává horká pára, která pak pohání turbínu, turbína pohání generátor a ten vyrábí elektrický proud.

14 Sluneční elektrárny a budoucnost
Na Zemi je asi 22 milionů km2 pouští, které nelze využít ani v zemědělství, ani k chovu dobytka (Sahara, Kalahari, Atakama). Jejich obrovské rozlohy však mohou být alespoň zčásti využity k přeměně sluneční energie na elektřinu nebo k rozkladu vody na vodík a kyslík. Pro Evropu je nejblíže Sahara, která má rozlohu 7 milionů km2. Jednoduchý výpočet ukáže, že jen z jedné desetiny Sahary by dnešní technikou slunečních elektráren bylo možné získat asi 50 terawattů, což je 5krát více, než lidstvo potřebuje. Elektrická energie ze solárních článků ze Sahary by se do Evropy mohla rozvádět přes Gibraltar.

15 Zelená energie - biomasa
Biomasa je definována jako hmota organického původu. V souvislosti s energetikou jde nejčastěji o dřevo a dřevní odpad, slámu a jiné zemědělské zbytky včetně exkrementů užitkových zvířat. Rozlišujeme biomasu "suchou" (např. dřevo) a "mokrou" (např. tzv. kejda - tekuté a pevné výkaly hospodářských zvířat promísené s vodou). Základní technologie zpracování se dělí na suché procesy (termochemická přeměna) jako je spalování, zplyňování a pyrolýza a procesy mokré (biochemická přeměna), které zahrnují anaerobní vyhnívání (metanové kvašení), lihové kvašení a výrobu biovodíku. Pyrolýza: tepelný rozklad anorganických i organických látek

16 Spalování a zplyňování biomasy
Ze suché biomasy se působením vysokých teplot uvolňují hořlavé plynné složky, tzv. dřevoplyn. Jestliže je přítomen vzduch, dojde k hoření, tj. jde o prosté spalování. Pokud jde o zahřívání bez přístupu vzduchu, odvádí se vzniklý dřevoplyn do spalovacího prostoru, kde se spaluje obdobně jako jiná plynná paliva. Část vzniklého tepla je použita na zplyňování další biomasy. Výhodou je snadná regulace výkonu, nižší emise, vyšší účinnost. Zařízení se zplyňováním biomasy se používají stále více. Na první pohled se neliší od běžných spalovacích zařízení.

17 Výhřevnost biomasy Výhřevnost dřeva a dalších rostlinných paliv kolísá nejen podle druhu dřeva či rostliny, ale navíc i s vlhkostí, na kterou jsou tato paliva citlivější. Dřevní hmota při přirozeném provětrávání pod střechou sníží svůj obsah vody na 20 % za jeden rok, řepková sláma za stejných podmínek na 13 %. Obsah energie v 1 kg dřeva s nulovým obsahem vody je asi 5,2 kWh. V praxi však nelze dřevo vysušit úplně, zbytkový obsah vody je asi 20 % hmotnosti suchého dřeva. Protože se při spalovacím procesu část energie spotřebuje na vypaření této vody, je nutné počítat s energetickým obsahem 4,3 až 4,5 kWh na 1 kg dřeva.

18 Biomasa, NOX a CO2 Dřevo či sláma - jsou-li správně spáleny - jsou hned po vodíku ekologicky "nejpřátelštějším" palivem. Jediným příspěvkem ke znečištění ovzduší jsou NOX , které vznikají při každém spalování za přítomnosti atmosférického vzduchu. Jejich množství závisí na kvalitě spalování, zejména na teplotě. Vzhledem k tomu, že CO2 uvolněný při spalování organické hmoty, je znovu absorbován při růstu rostlin, nelze v tomto směru hovořit o problému s emisemi. Ve dřevě není síra, stopy síry jsou ve slámě - asi 0,1 % v porovnání s minimálně 2 % v hnědém uhlí.

19 Větrná energie Nejobvyklejším využitím jsou dnes větrné elektrárny, které využívají síly větru k roztočení vrtule ( větrná turbína). K ní je pak připojen elektrický generátor. Získaná energie je přímo úměrná třetí mocnině rychlosti proudící vzdušné masy, proto větrné elektrárny po většinu doby nedosahují nominálních hodnot generovaného výkonu.

20 Větrná energie V historii se místo převodu na elektřinu přímo konala nějaká mechanická práce. Větrný mlýn například mlel obilí, větrnými stroji se čerpala voda, lisoval olej, stloukala plsť nebo poháněly katry. Vítr se také používá k pohonu dopravních prostředků, nejvíce u lodí (plachetnice).

21 Teoreticky dosažitelný výkon
Proudící vzduch předává lopatkám větrné elektrárny část své kinetické energie. Albert Betz v roce 1919 odvodil teoreticky maximální dosažitelnou účinnost větrného stroje na 59%. Kinetická energie větru se v turbíně mění na energii otáčivého pohybu a následně v generátoru na energii elektrickou. Teoreticky dosažitelný výkon činí v případě jednotkové plochy

22 Větrné elektrárny v Česku
Kryštofovy Hamry Kámen Brodek u Konice Klíny Mníšek Veselí u Oder Boží Dar - Neklid Podmilevská výšina Anenská Studánka Pohledy u Svitav Pavlov Nově Město - Vrch Tří pánů Žipotín Petrovice Hraničné Petrovice Protivanov Potštát Čižebná - Nový Kostel Lysý vrch u Albrechtic Břežany u Znojma Loučná Nová Ves v Horách Jindřichovice pod Smrkem Mladoňov Nový Hrádek Mravenečník Ostružná Velká Kraš Hostýn

23 Argumenty zastánců větrné energie
Při využití energie větru se do atmosféry neuvolňují žádné skleníkové plyny, takže v průběhu svého provozu (nepočítaje v to produkci skleníkových plynů při výrobě/instalaci/demontáži VE) nepřispívají ke globálním změnám klimatu. Provoz větrných elektráren je bezpečný v tom smyslu, že nehrozí riziko zamoření jako v případě havárie jaderné elektrárny.

24 Argumenty odpůrců energie
Větrné elektrárny lze stavět pouze v místech, kde má větrné proudění potřebné parametry. Tato místa se obvykle nacházejí daleko od místa spotřeby a proto je třeba postavit nové vedení k těmto elektrárnám. Měrné investiční náklady, vztažené na odvedenou práci, jsou pro VE neúměrně vysoké. Větrné elektrárny narušují životní prostředí ve svém okolí. Rotující vrtule zabíjejí ptáky a netopýry. Hluk (a v případě ptáků i samotná existence) větrných elektráren ruší živočichy, a tak zmenšuje jejich životní prostor a schopnost reprodukce. Rozsáhlé budování přístupových cest, elektrických kabelů a dalších souvisejících zařízení může vést ke zvýšení eroze a k ohrožení biotopů, otřesy z provozu se dříkem a základovou deskou roznášejí do okolí.

25 Geotermální energie Geotermální energie je projevem tepelné energie zemského jádra, která vzniká rozpadem radioaktivních látek a působením slapových sil. Jejími projevy jsou erupce sopek a gejzírů, horké prameny či parní výrony. Využívá se ve formě tepelné energie (pro vytápění), či pro výrobu elektrické energie v geotermálních elektrárnách.

26 Geotermální energie Geotermální energie je vlastně nejstarší energií na naší planetě Zemi, protože je to energie, kterou získala Země při svém vzniku z mateřské mlhoviny, následnými srážkami kosmických těles a v poslední době je energie částečně generovaná radioaktivním rozpadem některých prvků v zemském tělese.

27 Využití geotermální energie
Tuto energii lze v příznivých podmínkách využívat k vytápění nebo výrobě elektřiny v geotermálních elektrárnách. Takové využití je ale většinou technologicky náročné, protože horká voda z vrtů je obvykle silně mineralizovaná a zanáší technologická zařízení, což má za následek nutnou častou výměnu potrubí a čištění systému. Navíc je dostatečný tepelný spád obvykle zároveň spojen s geologickou nestabilitou oblasti, v níž se nachází, což klade vysoké nároky na kvalitní stavbu schopnou odolávat zemětřesením.

28 Využití geotermální energie
V rozsáhlejším měřítku se tato energie využívá např. na Islandu, kde se využívá pro vyhřívání obytných domů, skleníků, veřejných budov, bazénů, pro vyhřívání chodníků, aby se v zimě nemusely příliš upravovat a dokonce i pro pěstování banánů či jiného jižního ovoce. Další země, které geotermální energii ve větším využívají jsou USA, Velká Británie, Francie, Švýcarsko, Německo a Nový Zéland. Nové studie předpokládají velký rozmach geotermální energie v Austrálii, kde se plánuje stavba soustavy elektráren v tektonicky aktivní oblasti. Pokud se projekt osvědčí, počítá se s podobnými stavbami i na dalších místech Země.

29 Využití v České republice
V Česku využívá geotermální energii např. město Ústí nad Labem, kde slouží k vytápění plaveckých bazénů a od května 2006 také k vytápění zoologické zahrady. V Litoměřicích se od listopadu 2006 hloubí zkušební vrt pro geotermální elektrárnu, který by měl skončit v hloubce 2500 m. Pokud budou výsledky měření příznivé, začnou se hloubit další dva vrty - tentokrát již produkční. Tyto vrty mají dosáhnout hloubky až 5000 m. Elektrárna bude založena na metodě HDR, která ještě nebyla ve střední ani východní Evropě použita. Tato metoda spočívá v tom, že se do jednoho vrtu vhání voda, a ze druhém se čerpá, přičemž se voda v hloubce ohřívá. Jedná se o uzavřený oběh média - vody. Tepelná energie se může přeměnit na energii elektrickou. V zimě se bude energie využívat především pro vytápění, v létě naopak pro vytváření elektrické energie. Náklady na vybudování vrtů a geotermální elektrárny mají být kolem 1,11 miliardy Kč, na jejich krytí se bude podílet i EU.

30 Zajímavost Ačkoliv Čína neplatí za zemi, kterou bychom spojovali se slovy jako ekologie nebo kvalitní životní prostředí, výjimky se přeci jen najdou. Společnost Atkins navrhla hotel, který využije opuštěného 100 m hlubokého lomu poblíž Šanghaje v okresu Songjiang. Ten se stal oblíbenou víkendovou a turistickou destinací.

31 Zajímavost Celý resort bude mít 400 lůžek. Přímo u hotelu bude také sportovní vyžití na vodě, komplex dále bude obsahovat restaurace, kavárny a dokonce i podvodní veřejné místnosti. Měl by být otevřen v květnu Střecha hotelu bude pokryta zelení, využívat se bude také geotermální energie pro generování elektřiny a vytápění. Dvě podzemní patra budou obsahovat mimo jiné 10 m hluboké akvárium. Součástí hotelu bude také centrum pro extrémní sporty, kde si budou návštěníci moci vyzkoušet horolezení nebo bungee-jumping.

32 Použitá literatura

33 Augusta, P. a kol. (2001): Velká kniha o energii. Vydavatelství L. A
Augusta, P. a kol. (2001): Velká kniha o energii. Vydavatelství L.A. Consulting Agency, spol. s.r.o., Praha, stran Balák, R. a Prokeš, K. (1984): Nové zdroje energie. Vydalo SNTL – nakladatelství technické literatury, Praha, stran