Tematický workshop pro studenty SPŠ stavební v Opavě Výroba elektrické energie Petr Krejčí 21. 12. 2010, VŠB-TUO

Základní elektroenergetické pojmy Elektrizační soustava - Soubor zařízení pro výrobu, přenos a spotřebu elektrické energie. Může být provozována samostatně nebo jako část propojené elektrizační soustavy. Elektrická síť - Souhrn vedení a stanic téhož napětí galvanicky propojených, sloužících pro přenos a rozvod elektrické energie. Nadřazená síť - Část elektrizační soustavy, která má z hlediska provozu větší důležitost než ostatní části, které napájí a jsou zpravidla nižšího napětí. Přenosová síť - Část elektrizační soustavy, tvořící přenosovou cestu pro napájení velkých stanic nebo uzlů. Rozvodná (distribuční) síť - Část elektrizační soustavy sloužící pro dodávku el. energie odběratelům.

Pološpičkové zatížení Spotřeba ČR - 16.4.2003 - pětiminutové hodnoty, max: 8395 MW (620), min: 6992 MW (300) Špičkové zatížení Pološpičkové zatížení Základní zatížení

Výroba elektrické energie V tzv. klasických tepelných elektrárnách se v kotli ohřívá voda, přeměňuje se v páru a ta uvádí do pohybu turbínu. Turína pohání alternátor, který vyrábí elektrickou energii, jež je odváděna vedeními vysokého napětí. Teplo se v tepelných elektrárnách vytváří v kotli spalováním fosilního paliva (tuhým palivem bývá černé a hnědé uhlí, kapalným palivem je ropa, oleje, mazut, plynným palivem je zemní plyn) nebo štěpením atomů. Jaderné elektrárny jsou také tepelnými elektrárnami a od elektráren na fosilní paliva se liší tím, že mají místo parního kotle reaktor, v němž v jaderném palivu probíhá řízená řetězová štěpná reakce. Jaderným palivem bývá přírodní uran, uran obohacený izotopem U235 nebo plutonium.

Výroba elektrické energie Vodní elektrárny pohání voda z řek, příliv a odliv moře nebo energie mořských vln. Vodní turbíny lze spustit během několika minut. Vodní energii, která je okamžitě k dispozici, lze proto jednoduše využít při náhlém zvýšení poptávky po elektrické energii. Vodní elektrárny nejsou tak složité jako elektrárny tepelné. Nepotřebují kotelnu a mají jednodušší turbíny. Lze je ovládat i dálkově a k obsluze stačí méně zaměstnanců. Vhodně doplňují tepelné elektrárny v elektrizační soustavě. Nevýhodou je, že nemohou stát všude, pouze tam, kde je dostatečný spád vody nebo kde je možné v nádrži naakumulovat dostatečné množství vody. Přílivové a příbojové elektrárny, nebo dokonce elektrárny využívající mořského vlnění lze stavět jen na příhodných místech.  Ve světě pracují i sluneční a větrné elektrárny, ale zatím jen v zanedbatelném množství, protože sluneční a větrnou energii ještě nedokážeme dostatečně účelně využít. Sluneční a větrné elektrárny k výrobě určitého množství energie potřebují nesrovnatelně více prostoru než klasické elektrárny. Na některých vhodných místech se stavějí geotermální elektrárny, které využívají tepla z nitra Země.

Schéma spalovací tepelné elektrárny

Kondenzační elektrárna 10 - 15 kV kondenzační turbosoustrojí 550 °C ~ kotel oběhové čerpadlo přehřívák páry kondenzátor páry turbína potrubí spojka generátor 20 MPa

Teplárna blokový transformátor VN / 400 kV protitlaké turbosoustrojí ~ tepelný konzum tr, pr, ir odběr tepla

Jaderná elektrárna 1. Reaktor, 2. Parogenerátor, 3. Čerpadlo, 4. Turbína, 5. Generátor, 6. Kondenzátor, 7. Přívod a odvod chladící vody

Materiály Jaderné palivo uran (U235, U233, U238), plutonium (Pu239), thorium (Th239) - ve formě čistých kovů (kovová paliva) - ve formě oxidů (keramická paliva) Moderátory a reflektory (zpomalují a odráží neutrony) - těžká voda, grafit, berylium, polyfenyly Chladiva - plynná (vzduch, CO2, helium) - kapalná (roztavené soli – fluorid litný, fluorid berylnatý, fluorid zirkoničitý, tekuté kovy – sodík a jeho slitiny s hořčíkem, vizmut s olovem, rtuť) Absorbční materiály (pro řízení a ochrany) - materiály obsahující bór (borité oceli, kyselina boritá), hafnium, kadmium

Vodní elektrárny Kaplanova turbína (pro největší průtočná množství a nejmenší spády 2 - 80m)

Francisova turbína (pro střední průtočná množství a střední spády 17 - 400m)

Peltonova turbína (pro nejmenší průtočná množství a nejvyšší spády 400 - 1700m)

Přečerpávací elektrárny Elektrárny s umělou nebo smíšenou akumulací 4 strojové uspořádání (turbína, alternátor, čerpadlo, motor) 3 strojové uspořádání (alternátor pracuje i jako motor) 2 strojové uspořádání (reverzní turbína pracuje i jako čerpadlo)

Netradiční zdroje elektrické energie Odhadem bylo v roce 2004 vyrobeno 400 TWh „obnovitelné elektrické energie“, z čehož více než 70% pochází z vody.

Větrná energie ρ je hustota vzduchu (kg.m-3) A je povrch rotoru (m2) V je rychlost větru (m.s-1) Ce je elektrická účinnost (%)

Solární energie Aktivní – přeměňují sluneční záření na elektrickou energii Pasivní – přeměňují sluneční záření na teplo pomocí kolektoru Na Zem dopadá sluneční záření 1,8.1017 W Solární konstanta 1370 W.m-2 (energie dopadající na povrh atmosféry) Doba svitu 1600 - 2200 hodin

Kyslíko-vodíkový palivový článek

Děkuji za pozornost.