Fyzikální aspekty zátěží životního prostředí 4 Alternativní zdroje energie

Alternativní zdroje elektrické energie Všechny typy elektráren jsou založeny na stejném princip – transformace různých druhů energie na energii elektrickou. Nejčastěji je použita transformace mechanické energie na elektrickou pomocí generátoru.

Alternativní zdroje energie Vodní energie Větrná energie Sluneční energie Geotermální energie Biomasa Jaderná fúze

Vodní energie Jedná se o tzv. čistý zdroj energie, umožňuje kumulaci energie a její uvolnění v případě potřeby, Pro dosažení dobré účinnosti je nutný dostatečný spád, vyžaduje proto budování přehradních jezer.

Vodní energie Přehradní jezera představují zásah do místních ekosystémů a režimu podzemních vod, často ovlivňují kvalitu vody, brání migraci vodních živočichů atd., požadavky energetiky mohou byt někdy v protikladu k požadavkům protipovodňové ochrany.

Větrná energie Technologie, která se v současnosti velmi rozvíjí. Větrné elektrárny jsou konstruovány do výkonu 2MW. Na vrcholu vysokého ocelového nebo betonového sloupu je upevněn rotor s dvěma až třemi listy. Rotor pohání elektrický generátor.

Větrné elektrárny - výkon Výkon zařízení závisí na výšce sloupu a velikosti listů, protože s výškou nabývá vítr na intenzitě a větší plocha listu zachytí více větrné energie. Dalším faktorem je rychlost větru. Získaný výkon je úměrný třetí mocnině rychlosti větru. Většina větrných generátorů pracuje při rychlosti větru v rozmezí 21 – 97 km/h.

Darreiovy větrné elektrárny Listy rotoru u klasických větrných elektráren se musejí natáčet podle směru větru. Tento požadavek lze odstranit, jsou-li listy rotoru umístěny vertikálně. Darreiovy vertikální větrné generátory Výhody - generátor je umístěn na zemi. Nevýhody - velké dynamické namáhání, nízká výška nad terénem.

Větrné elektrárny - umístění místa se stabilním prouděním vzduchu – náhorní plošiny, horské průsmyky, mořské pobřeží, šelfy mělkých moří, neomezují další využívání prostoru, ČR - několik oblastí o celkovém potenciálu 10 – 20% současné spotřeby elektrické energie.

Větrné elektrárny - negativa Největším problém hlučnost. Příčiny hluku: pohyb mechanických součástí (převodovka, generátor a další mechanické prvky), proudění vzduchu kolem listů vrtule. Srážky ptáků s listy rotoru.

Větrné elektrárny – životní prostředí Pokud mají větrné elektrárny stát v blízkosti obytných domů, nutné zpracovat akustickou studii. Elektrárna musí splňovat platné hygienické limity pro hluk. Pro venkovní prostor obytných budov je tato hodnota 50 dB ve dne (6 až 22 hodin) a 40 dB v noci.

Sluneční energie Solární články (fotovoltaika) umožňují přímou výrobu elektrické energie. Kolektory slouží k ohřevu užitkové vody nebo k výrobě páry pro turbíny slunečních elektráren.

Schéma solární elektrárny

Solární elektrárny - umístění Na jižních svazích v oblastech s velkým počtem slunečních dnů. Nevhodně vysokou výkupní cenou pro elektrickou energii dodávanou ze solárních elektráren došlo v ČR k enormní výstavbě solárních elektráren a ke zdražení ceny elektrické energie pro spotřebitele. Hrádek nad Nisou

Geotermální energie Využívá termální prameny nebo hluboké vrty. Tepelné čerpadlo. V místech se zvýšenou vulkanickou činností dochází k úniku horké páry a existují horké prameny a gejzíry, které se využívají pro výrobu elektrické energie.

Geotermální elektrárna Využívá horkou páru přímo z přírodních zdrojů, nebo se voda vhání do vrtu, kde se ohřívá za vzniku páry. Takto získaná pára se používá k pohonu parogenerátoru.

Geotermální energie - lokality V ČR jsou realizovány pokusy na využití geotermální energie o ohřevu vody pro vytápění v oblasti Českého středohoří.

Geotermální energie – tepelná čerpadla Topný faktor  =Q/E 2 až 5

Obnovitelná biomasa Biomasa - organická hmota rostlinného nebo živočišného původu. Nejstarší lidmi využívaný obnovitelný zdroj energie. Komunální odpad ze zemědělské a průmyslové činnosti. Efektivní a ekologické využití biomasy má minimální negativní vliv na životní prostředí.

Biomasa - využití Přímé spalování, zejména v ekonomicky málo rozvinutých oblastech. Jako surovina k výrobě ušlechtilých paliv, které zatěžují životní prostředí méně než klasická paliva ( metan, bionafta, dřevěné uhlí atd. Jako reserva energie pro případ potřeby.

Biomasa – klady a zápory obnovitelný zdroj energie, efektivní likvidace odpadů, využití neobdělávané půdy (zalesňování). Zápory zvýšení cen potravin (výroba biopaliv), zátěž zápachem

Využití biomasy v ČR Velký potenciál - k zemědělským a lesnickým účelům využíváno asi 87% celkové rozlohy. Oproti některým státům EU (Rakousko, Nizozemí, Dánsko, Německo) dosud málo využívána biomasa v komunální energetice, domácnostech, v průmyslu a v zemědělství.

Jaderná fúze Při slučování (fúzi, syntéze) lehkých atomových jader se uvolňuje velké množství energie. Ve srovnání na jednotku hmotnosti paliva je to ještě více než v případě štěpení jader. Fúze probíhá v nitrech hvězd (včetně Slunce), nebo jako lavinovitá neřízená reakce ve vodíkové pumě

Výhody využití fůze Dostupnost paliva (těžký vodík je obsažen v mořské vodě) Vysoká energetická hustota paliva. Bezpečnost provozu, při přerušení dodávky paliva se fúze automaticky zastaví.

Podmínky jaderné fůze Ke spuštění fúze je nezbytná dostatečná koncentrace plazmatu zahřátého na teplotu cca 108 K, po dostatečně dlouhou dobu. Uvedené podmínky je nutné dodržet současně, což se zatím nedaří. V současné době existují dva přístupy: pomocí magnetické nádoby - TOKAMAK, s využitím výkonných laserů.

Příklad jaderné fúze - syntéza deuteria probíhá ve 2 fázích: sloučení dvou jader deuteria na jádro tritia, sloučení tritia s dalším jádrem deuteria.

Snahy o využití jaderné fůze Evropská unie, Kanada, Japonsko a Rusko spolupracují na výzkumném projektu jaderné fúze nazvaném ITER (mezinárodní experimentální termonukleární reaktor ). Cílem je prokázat vědeckou a technickou proveditelnost řízené jaderné fúze. ITER bude prvním zařízením využívajícím jadernou fúzi k výrobě tepelné energie. Termonuklearní reaktor ITER

Činnost termonukleárního reaktoru Několik gramů paliva je vloženo do vakuové komory Palivo je indukčně zahřáto na teploty, kdy přejde do formy plazmatu a zahřeje se na potřebnou teplotu pro jadernou fúzi Dochází k jaderné fúzi a k uvolnění energie ve formě tepla. Získané teplo je odváděno vodou chladícího systému.

Produkce energie Hlavní část energie uvolněné při jaderné fúzi je odváděna neutrony, které procházejí stěnou reaktoru. Neutrony jsou zachyceny a jejich energie je pohlcena v absorpční vrstvě. Absorpční vrstva ohřívá vodu a produkuje páru, která je využita k pohonu turbogenerátoru.

Činnost termonukleárního reaktoru Při využití laseru se termojaderná fúze vyvolá koncentrovaným pulsem několika výkonných laserů. Palivo je přidáváno ve formě tablet.