STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ         ČINNOST  Obnovitelné zdroje energie         Petra Vyletělová             Třebíč 2012
STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ                    ČINNOST  Obor SOČ: 08 – Ochrana a tvorba životního prostředí         Obnovitelné ...
PROHLÁŠENÍProhlašuji, že jsem svou práci vypracovala samostatně pod dohledem vedoucíhoseminární práce, všechny použité zdr...
PODĚKOVÁNÍChtěla bych poděkovat paní RNDr. Aleně Drbohlavové za vedení mé práce a panuMgr. Janu Drobílkovi za korekturu an...
ANOTACE       Tato práce se věnuje obnovitelným zdrojům energie. Nabízí stručný přehledtěchto energetických zdrojů, popis ...
OBSAH0    Úvod...............................................................................................................
0 ÚVOD   Světová populace roste a s tím se zvyšují nároky na dostupnost a dostatek energiepro všechny. Doposud se využívá ...
1 HISTORIE VYUŽÍVÁNÍ ENERGIE A JEJÍ   NEOBNOVITELNÉ ZDROJE     Využívání energie má dlouhou historii. Kromě svalové síly t...
další přepracování použitého jaderného paliva (jak se tomu děje např. ve Francii) nebotermojaderná fúze, která je předměte...
2 OBNOVITELNÉ ZDROJE ENERGIE    2.1 DEFINICE    Definice obnovitelného zdroje energie (OZE) je v české legislativě uvedena...
známé a skutečně využitelné zásoby současnou těžbou, dostaneme v sloupcovémdiagramu doby udržitelnosti.   Obr. 2.2 - Doba,...
Obr. 2.3 - Podíl výroby elektřiny z OZE na hrubé spotřebě elektřiny v EU.Zdroj: http://www.nazeleno.cz/energie/energetika/...
Tab. 2.1 - Hrubá výroba elektřiny z OZE v roce 2010 [8]                                       Hrubá výroba         Podíl n...
Obr. 2.6 - Zdroje a možnosti využívání obnovitelných energií [2]    Všechny OZE energeticky několikanásobně převyšují pote...
3 SLUNEČNÍ ENERGIE    Nejdůležitějším dodavatelem energie pro Zemi je Slunce. Celkový instalovanývýkon slunečních elektrár...
Rozměry jednoho článku jsou asi 10 cm x 10 cm, aby se dosáhlo většího výkonu,zapojují se jednotlivé články sériově či para...
době používá například jako pohon pro některé moderní automobily, které jsouohleduplné k životnímu prostředí.    V slunečn...
Obr. 3.4 - Nucený solární termický systém pro ohřev pitné vody. Zdroj: http://www.factorsolar.czObr. 3.5 – Solární topný s...
3.2 SLUNEČNÍ ENERGIE V ČRVyrobená energie za rok 2010 (fotovoltaiky): 615,7 GWhPodíl na hrubé výrobě/spotřebě elektřiny: 0...
4 VODNÍ ENERGIE    Vodní energie byla lidstvem využívána již dávno. Zprvu v podobě vodních kolna pohon mlýnů a pil, pozděj...
Další jsou akumulační vodní elektrárny s přehradní hrází, které akumulují vodupro výrobu energie. Často se jich využívá ja...
4.3 ENERGIE MOŘÍ A OCEÁNŮ   Ve světových oceánech je soustředěno 96,5 % veškeré vody planety Země. Hmotamoří i oceánů je v...
Obr. 4.3 - Princip vlnové elektrárny. Vlevo: plovákový systém, vpravo: komorový systém [2]   Elektrárny poháněné mořskými ...
Obr. 4.4 - Podíl kategorií výkonu vodních elektráren na hrubé výrobě elektřiny z OZE v roce 2010 [8]Tab. 4.2 - Hrubá výrob...
5 VĚTRNÁ ENERGIE   Ve větru na Zemi je obsaženo 35krát více energie, než spotřebovává celé lidstvo.Větrná energetika patří...
Pro optimalizaci výkonu je třeba stavět větrné farmy (parky) o velkých rozlohách,což je hlavní nevýhodou větrných elektrár...
Tab. 5.1 - Hrubá výroba elektřiny a instalovaný výkon větrných elektráren [8]    Rok       Hrubá výroba         Instalovan...
6 GEOTERMÁLNÍ ENERGIE   Geotermální energie je přirozený projev tepelné energie zemského jádra, kterávzniká rozpadem radio...
vtlačuje do vrtů, kde v uměle vytvořených trhlinách přijímá teplo od horké horniny,která nepropouští vodu a ohřáté se vyvá...
6.1 GEOTERMÁLNÍ ENERGIE V ČR   V České republice jsou v dostupných hloubkách pouze zdroje geotermální vodyo nízké teplotě ...
7 ENERGIE BIOMASY   Energie biomasy se využívá již od objevení ohně a tím se stává nejdéle používanýmzdrojem energie. Až d...
Obr. 7.1 – Způsoby využití biomasy. Zdroj: http://cs.wikipedia.org/wiki/Biomasa   7.2 ZPRACOVÁNÍ BIOMASY   Existuje několi...
která se nehodí k potravinářské výrobě. Nevýhodou je nižší výhřevnost, kvůli vyššímuobsahu vody, větší nároky na skladovac...
Tab. 7.1 – Vývoj hrubé výroby elektřiny z biomasy [8]       Rok        Hrubá výroba            Dodávka do                 ...
Tab. 7.2 - Vývoj hrubé výroby elektřiny, instalovaného výkonu a dodávky elektřiny vyrobené z bioplynudo sítě[8]     Rok   ...
8 TEPELNÁ ČERPADLA   V okolním prostředí je obsaženo velké množství tepla, avšak jeho nízká teplotníhladina neumožňuje pří...
a zkapalňují. Celý oběh je uzavřen obvodem chladiva do výparníku přes expanzníventil, který snižuje tlak kapalného chladiv...
9 ZÁVĚR   Obnovitelné zdroje energie jsou velmi rozsáhlou částí energetiky, kterou je těžkéstručně shrnout. Přesto si mysl...
10 POZNÁMKY1    TKO-BRKO = tuhé komunální odpady - biologicky rozložitelné komunální odpady2     místa vhodná pro výstavbu...
11 POUŽITÉ ZDROJE A LITERATURA [1]   Titulní                             obrázek.                             Zdroj:      ...
[14] blesk.cz [online]. [cit. 2011-12-28]. Litoměřice ohřeje teplo z hlubin země.     Dostupné     z WWW:           http:/...
PŘÍLOHYPříloha 1 – Pohled na parabolickou žlabovou elektrárnu Kramer Junction v Kalifornii [2]Příloha 2 – Solární věžová e...
Příloha 3 – Solární sídliště v Schlierbergu ve Freiburgu s 50 aktivními domy.Zdroj: http://stashpocket.wordpress.com/2008/...
Příloha 5 – Přečerpávací vodní elektrárna Dlouhé Stráně v České republice. Elektrárnas největším spádem v ČR (510,7 m) a n...
Příloha 7 – Vodní elektrárna Itaipú (Brazílie, Paraguay) na řece Paraná. V provozu od1984. Zdroj: http://faslanyc.blogspot...
Příloha 9 – Geotermální elektrárna Nesjavellir na Islandu.Zdroj: http://www.geothermal-energy.org/galeria,galeria,idkat,4....
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Obnovitelné zdroje energie (renewable resources of energy), petra vyletělová

3,452 views

Published on

Tato práce se věnuje obnovitelným zdrojům energie. Nabízí stručný přehled těchto energetických zdrojů, popis základních principů fungování tepelných čerpadel, solárních, vodních, větrných a geotermálních elektráren, vysvětlení zmíněných fyzikálních jevů a shrnutí dosavadního vývoje světové, ale především české energetiky.

This thesis deals with renewable resources of energy. It offers a brief overview of these energy resources, a description of heat pumps, solar, water, wind and geothermal power plants operation, an explanation of physical phenomenon in question and a summarisation of the existing development of the world but in particular the Czech energy sector.

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
3,452
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
9
Actions
Shares
0
Downloads
32
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Obnovitelné zdroje energie (renewable resources of energy), petra vyletělová

  1. 1. STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOST Obnovitelné zdroje energie Petra Vyletělová Třebíč 2012
  2. 2. STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOST Obor SOČ: 08 – Ochrana a tvorba životního prostředí Obnovitelné zdroje energie Renewable resources of energyAutor: Petra VyletělováŠkola: Gymnázium Třebíč Masarykovo nám. 9/116, Třebíč 674 01Konzultant: RNDr. Alena Drbohlavová Třebíč 2012 1
  3. 3. PROHLÁŠENÍProhlašuji, že jsem svou práci vypracovala samostatně pod dohledem vedoucíhoseminární práce, všechny použité zdroje jsem řádně uvedla s přiloženém seznamu apostup při zpracování a dalším nakládání s prací je v souladu se zákonem č. 121/2000Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně zákonů(autorský zákon) v platném znění.V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . dne . . . . . . . . . . . . . . . . podpis: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
  4. 4. PODĚKOVÁNÍChtěla bych poděkovat paní RNDr. Aleně Drbohlavové za vedení mé práce a panuMgr. Janu Drobílkovi za korekturu anglického textu. Déle pak informačnímu centruMinisterstva životního prostředí, díky kterému jsem získala potřebné údaje. 3
  5. 5. ANOTACE Tato práce se věnuje obnovitelným zdrojům energie. Nabízí stručný přehledtěchto energetických zdrojů, popis základních principů fungování tepelných čerpadel,solárních, vodních, větrných a geotermálních elektráren, vysvětlení zmíněnýchfyzikálních jevů a shrnutí dosavadního vývoje světové, ale především české energetiky.Klíčová slova: obnovitelné zdroje energie; sluneční energie; vodní energie; větrnáenergie; geotermální energie; biomasa; tepelná čerpadlaANNOTATION This thesis deals with renewable resources of energy. It offers a brief overviewof these energy resources, a description of heat pumps, solar, water, wind andgeothermal power plants operation, an explanation of physical phenomenon in questionand a summarisation of the existing development of the world but in particular theCzech energy sector.Key words: renewable resources of energy; solar energy; water energy; wind energy;geothermal energy; biomass; heat pumps 4
  6. 6. OBSAH0 Úvod......................................................................................................................................61 Historie využívání energie a její neobnovitelné zdroje.........................................................72 Obnovitelné zdroje energie ...................................................................................................9 2.1 Definice...........................................................................................................................9 2.2 Energetické problémy .....................................................................................................9 2.3 Energetická politika EU................................................................................................10 2.4 Obnovitelné zdroje energie v České republice .............................................................11 2.5 Druhy obnovitelných zdrojů a jejich využití ................................................................123 Sluneční energie..................................................................................................................14 3.1 Využití sluneční energie ...............................................................................................14 3.2 Sluneční energie v ČR ..................................................................................................184 Vodní energie......................................................................................................................19 4.1 Vodní elektrárny a jejich pricip ....................................................................................19 4.2 Energie řek ....................................................................................................................19 4.3 Energie moří a oceánů ..................................................................................................21 4.4 Vodní energie v ČR ......................................................................................................225 Větrná energie.....................................................................................................................24 5.1 Větrné elektrárny a jejich princip .................................................................................24 5.2 Větrná energie v ČR......................................................................................................256 Geotermální energie............................................................................................................27 6.1 Geotermální energie v ČR ............................................................................................297 Energie biomasy..................................................................................................................30 7.1 Biomasa a její rozdělení................................................................................................30 7.2 Zpracování biomasy......................................................................................................31 7.3 Energie biomasy v ČR ..................................................................................................328 Tepelná čerpadla .................................................................................................................35 8.1 Tepelná čerpadla a jejich princip ..................................................................................359 Závěr ...................................................................................................................................3710 Poznámky............................................................................................................................3811 Použité zdroje a literatura ...................................................................................................39 5
  7. 7. 0 ÚVOD Světová populace roste a s tím se zvyšují nároky na dostupnost a dostatek energiepro všechny. Doposud se využívá především energie z neobnovitelných zdrojů. Háčekje v tom, že její získávání má i negativní stránky, hlavní je nepříznivý dopad nejen naživotní prostředí, ale i na celou Zemi. Navíc jsou tyto energetické zdroje vyčerpatelnéa proto se pozornost obrací k obnovitelným zdrojům energie. I když se otázka těchtoenergetických zdrojů stává čím dál více aktuální, jejich potenciál ještě stále není zdalekavyužit. Cílem mé seminární práce je nastínit historii získávání a spotřebovávání energie i cose týče jejích neobnovitelných zdrojů a především se zaměřit na alternativní nebo-liobnovitelné zdroje energie. Chtěla bych charakterizovat každý z těchto zdrojů, uvést comožná nejaktuálnější data a stručně se zmínit i o situaci v České republice. 6
  8. 8. 1 HISTORIE VYUŽÍVÁNÍ ENERGIE A JEJÍ NEOBNOVITELNÉ ZDROJE Využívání energie má dlouhou historii. Kromě svalové síly tažných zvířata palivového dřeva se až do začátku 20. století intenzivně využívalo obnovitelnýchzdrojů energie. V 17. a 18. století se v Evropě využívalo až 600 000 vodních mlýnůa jen v Nizozemí pak 8000 mlýnů větrných. Černé uhlí bylo známé již tenkrát, ale používalo se jako druhořadý zdroj energie.Většího využití se dočkalo teprve, když se projevil nedostatek dřeva a začalaprůmyslová revoluce. Před průmyslovou revolucí se v Anglii vytěžilo asi 200 000 tunuhlí, v 50. letech 20. století se vytěžilo již 64 milionů tun. Koncem 20. století stouplajeho těžba v celosvětovém měřítku na 4 miliardy tun. Hlavními těžebními zeměmi jsouČína a USA. Ropná ložiska byla odkryta podstatně později než ložiska černého uhlí. Ropaneměla dlouho žádné praktické použití. Časem se začala aplikovat jako léčivá masta olej ke svícení. Průlom v jejím využívání nastal ke konci 19. století s vynálezemspalovacího motoru. Ve 20. století stoupla její těžba velmi intenzivně, v 70. letechvystoupila na více než 3000 mil. tun. Ropa je dnes nejdůležitějším palivem. Zemní plyn je považován za nejčistší z fosilních nosičů energie, protože jehospalováním vzniká méně škodlivých zplodin (např. oxidu uhličitého) ve srovnánís ropnými produkty nebo uhlím. Kvůli hlubokým vrtům (několik tisíc metrů)a problémy s dopravou se ve větším měřítku začal těžit až na začátku 60. let minuléhostoletí. Od druhé světové války se začalo využívat atomové energie. V roce 1938se podařilo rozštěpit jádro atomu uranu, 1945 byly svrženy atomové bombyna Hirošimu a Nagasaki, 1951 se podařilo získat první energii z jaderného reaktoru,1986 došlo k závažné havárii reaktoru v Černobylu na Ukrajině, to jsou jennejvýznamnější data týkající se jaderné energetiky. Podíl jaderné energiena celosvětových primárních zdrojích energie činí 6%, v ČR činí 25%, v Německu 12%,v EU 30%. Takto vyrobená energie prakticky nezatěžuje životní prostředí, ale potýká sei s určitými problémy, například: výnosné zásoby uranu jsou omezené, cena uranuv posledních letech prudce stoupla, vedlejším produktem je radioaktivní odpad a další.Budoucnost jaderné energetiky může zachránit lepší využívání dostupných zásob uranu, 7
  9. 9. další přepracování použitého jaderného paliva (jak se tomu děje např. ve Francii) nebotermojaderná fúze, která je předmětem intenzivního výzkumu. 8
  10. 10. 2 OBNOVITELNÉ ZDROJE ENERGIE 2.1 DEFINICE Definice obnovitelného zdroje energie (OZE) je v české legislativě uvedenav zákoněč. 180/2005 Sb. o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie a o změněněkterých zákonů (zákon o podpoře a využívání obnovitelných zdrojů): „Obnovitelnýmizdroji se rozumí obnovitelné nefosilní přírodní zdroje energie, jimiž jsou energie větru,energie slunečního záření, geotermální energie, energie vody, energie půdy, energievzduchu, energie biomasy, energie skládkového plynu, energie kalového plynua energie bioplynu.“ 2.2 ENERGETICKÉ PROBLÉMY Prapůvodním zdrojem téměř veškeré energie na Zemi je Slunce. Po miliony letdodávalo energii rostlinám, které pak zuhelnatěly a daly vzniknout fosilním palivům.Dalším původním zdrojem energie jsou radioaktivní prvky, které se k nám dostalypři výbuchu pradávné supernovy v době vzniku naší planety. Obě tyto „konzervy“sluneční energie jsou bohužel vyčerpatelné, a tak musíme hledat alternativní zdrojeenergie, které zajistí dostatečný přísun energie pro všechny.Obr. 2.1 - Vývoj světové spotřeby energie.Zdroj: http://www.tzb-info.cz/1936-fakta-a-myty-o-obnovitelnych-zdrojich-ii Asi tři čtvrtiny celosvětové spotřeby energie pochází z fosilních paliv. Pokud se totomnožství nesníží, budou v průběhu 21. století jejich ložiska vytěžena. Vydělíme-li 9
  11. 11. známé a skutečně využitelné zásoby současnou těžbou, dostaneme v sloupcovémdiagramu doby udržitelnosti. Obr. 2.2 - Doba, na kterou vystačí energetické zásoby při současném tempu těžby [2] Nejde však jen o to, jak dlouho nám neobnovitelné zdroje energie vydrží. Při výroběa spotřebě energie z těchto zdrojů vstupují na scénu další potíže, na které nesmímezapomenout, například problémy ekonomické (rostoucí cena ropy) neboenvironmentální (produkce CO2 a dalších skleníkových plynů a následné globálníoteplování). Svět se otázkou energetické politiky začal zabývat po první ropné krizi v 70. letecha výsledkem bylo vytvoření širokého úsporného energetického programu. V 80. letechse dostala do popředí environmentální otázka, kterou se začala zabývat i Evropská unie. 2.3 ENERGETICKÁ POLITIKA EU Energetická politika Evropské unie postavila do popředí otázku snížení závislostina dovozu energií a environmentální problematiku. Důsledkem je snaha o maximálnívyužití obnovitelných zdrojů. Souhlas s touto politikou potvrzuje průzkum provedenýstatistickým úřadem Evropské unie Eurostat, ve kterém 90% občanů členských zemí EUpovažuje za jeden z hlavních úkolů svých vlád zvyšování podílu obnovitelných zdrojůenergie na bilanci spotřeby energie. Evropská unie si v roce 2007 stanovila zvýšit podíl energie z OZE do roku 2020na 20 %. Podmínky se ale různí pro každou členskou zemi. Zatímco Švédsko má zvýšitsvůj podíl ze 40 % na 49 %, ČR má v roce 2020 vyrábět z OZE 13 % energie. 10
  12. 12. Obr. 2.3 - Podíl výroby elektřiny z OZE na hrubé spotřebě elektřiny v EU.Zdroj: http://www.nazeleno.cz/energie/energetika/cez-obnovitelne-zdroje-rostou-solarni-a-vetrna-energie-ne.aspx 2.4 OBNOVITELNÉ ZDROJE ENERGIE V ČESKÉ REPUBLICE Česká republika nemá příliš dobré podmínky pro využívání energie z obnovitelnýchzdrojů. Ležíme na „střeše Evropy“ a z tohoto důvodu nemáme významnýhydroenergetický potenciál, sluneční svit u nás nedosahuje parametrů jako v jižníchzemích a ani větrné podmínky nejsou nejlepší. Z toho logicky vyplývá, že největší podílna vyrobené elektřině u nás nemají OZE, ale uhlí (46 951 GWh) a za ním jadernáenergie (27 998 GWh). Z OZE se v roce 2010 vyrobilo 5 903 GWH, což je 6,87 %hrubé výroby elektřiny a 8,32 % hrubé spotřeby elektřiny.Obr. 2.4 - Podíl jednotlivých zdrojů energie v ČR v roce 2009.Zdroj: http://www.nazeleno.cz/energie/energetika/vyroba-elektriny-v-cr-era-uhli-konci-nahradi-jej-jadro.aspx 11
  13. 13. Tab. 2.1 - Hrubá výroba elektřiny z OZE v roce 2010 [8] Hrubá výroba Podíl na hrubé Podíl na hrubé elektřiny domácí spotřebě výrobě elektřiny (MWh) (%) (%)Vodní elektrárny 2 789 474,0 3,93 3,25Biomasa celkem 1 492 238,6 2,10 1,74Bioplyn celkem 634 662,0 0,89 0,74 1TKO-BRKO/ 35 586,0 0,05 0,04Větrné elektrárny (nad 100 kW) 335 493,0 0,47 0,39Fotovoltaické elektrárny 615 702,0 0,87 0,72Celkem 5 903 155,6 8,32 6,87Obr. 2.5 - Podíl jednotlivých druhů OZE na hrubé výrobě elektřiny v roce 2010 [8] Meziroční nárůst výroby elektřiny z OZE činí cca 1 248 GWh (26,8 %) U většinykategorií OZE je jasná zvyšující se tendence. Nejvíce elektřiny z OZE bylo v roce 2010vyrobeno ve vodních elektrárnách. Nejvyššího procentuálního nárůstu dosáhlafotovoltaika, a to 692 % (viz. kapitola Sluneční energie). 2.5 DRUHY OBNOVITELNÝCH ZDROJŮ A JEJICH VYUŽITÍ V roce 2006 pocházelo asi 18 % celosvětově vyprodukované energiez obnovitelných zdrojů. Většina z toho pochází z biomasy (13 %), především z pálenídřeva. Druhým nejvýznamnějším zdrojem byla vodní energie (3 %). Geotermálníenergie, větrná energie, sluneční energie a energie oceánů tvořily dohromady asi 0,8 %z celkové výroby. Přírodní procesy přemění část sluneční energie na jiné obnovitelné formy energie,jako je vítr, biomasa nebo vodní energie. Kromě toho můžeme využít geotermálníenergie, energie přílivu a odlivu, která je vyvolána přitažlivostí měsíce a ostatníchplanet. 12
  14. 14. Obr. 2.6 - Zdroje a možnosti využívání obnovitelných energií [2] Všechny OZE energeticky několikanásobně převyšují potencionál fosilníhoa nukleárního paliva, což je možné vidět na následujícím obrázku.Obr. 2.7 - Porovnání roční obnovitelné nabídky zdrojů energií a celosvětové primární spotřeby energies úhrnem celého množství konvenčních nosičů energie [2] 13
  15. 15. 3 SLUNEČNÍ ENERGIE Nejdůležitějším dodavatelem energie pro Zemi je Slunce. Celkový instalovanývýkon slunečních elektráren na světě byl v roce 2010 přes 30 000 MW, což je pouze0,01 % celkové produkce elektrické energie. 30 % dopadajícího slunečního záření se odrazí od atmosféry. Během pronikáníatmosférou je záření pohlceno, rozptýleno a tím zmenšeno o dalších 20 %. Zbytekcca 50 % dorazí k zemskému povrchu a je složeno z přímého záření a částečně iz rozptýleného. 3.1 VYUŽITÍ SLUNEČNÍ ENERGIE Sluneční energie se dá využít dvěma způsoby. Prvním je pasivní využití, které bývárealizováno jako tzv. solární architektura. Druhým je využití aktivní, které můžemedále rozdělit podle způsobu získávání elektřiny ze sluneční energie na přímoua nepřímou přeměnu. Přímá přeměna probíhá ve fotovoltaických kolektorech (článcích), které přeměňujíenergii dopadajícího světla (elektromagnetického záření) na elektrickou energii.Fotovoltaický článek je v podstatě polovodičová dioda. Jeho základem je tenkákřemíková destička s vodivostí typu P a na ní je tenká vrstva polovodiče typu N.Mezi vrstvami je přechod P-N. Osvětlením článku vznikne v polovodiči vnitřnífotoelektrický jev a v polovodiči se z krystalové mřížky začnou uvolňovat elektrony.Na přechodu P-N se vytvoří elektrické napětí, které dosahuje u křemíkových článkůvelikosti zhruba 0,5 V. Připojíme-li k článku pomocí vodičů spotřebič, začnou se nábojevyrovnávat a obvodem začne procházet elektrický proud.Obr. 3.1 - Struktura a fungování fotovoltaického článku [2] 14
  16. 16. Rozměry jednoho článku jsou asi 10 cm x 10 cm, aby se dosáhlo většího výkonu,zapojují se jednotlivé články sériově či paralelně a sestavují se z nich fotovoltaicképanely o výkonech od 10 W do 300 W. Nevýhodou je vyšší cena, závislost na denníma ročním období, nutnost průběžného čištění povrchů panelů. Výhodou je to, že článkymohou fungovat jako zdroj energie i na těžko přístupných místech (ostrovech, horách,v kosmu, …). Doplňují se akumulátory, které se za slunného počasí nabíjejí.Fotovoltaické systémy mohou být konstruovány jako ostrovní (nejsou napojeny narozvodnou síť) nebo síťové, které v době přebytku vlastního výkonu mohou elektrickouenergii dodávat do sítě. Využití fotovoltaických článků viz příloha 3. Nepřímá přeměna je založena na získávání tepla pomocí slunečních sběračů.V ohnisku sběračů umístíme termočlánky, které mění teplo v elektřinu. Termoelektrickýčlánek je zařízení ze dvou různých vodičů, které jsou na konci spojené. Využívátermoelektrického jevu (Seebeckův jev), během kterého vzniká elektrické napětízpůsobené různou teplotou kovů nebo polovodičů. Jsou-li spojeny dva vodiče z různýchkovů do uzavřeného obvodu a mají-li spoje různou teplotu T1 a T2, protéká obvodemelektrický proud. Je to způsobeno tím, že na styčné ploše obou kovů docházík vzájemnému pronikání elektronů. Množství elektronů je závislé na výstupní práci.Kov s menší výstupní prací předá druhému kovu více elektronů než jich sám přijmea stane se kladně nabitým. Druhý kov získá přebytek elektronů a nabije se záporně.Mezi oběma kovy vznikne rozdíl potencionálu. Obr. 3.2 – Schéma Seebeckova jevu. Zdroj: http://moon.felk.cvut.cz/~pjv/Jak/_phys/f577/start.html Elektřinu lze ze slunečního záření získat také prostřednictvím energie chemické tak,že pomocí slunečního záření rozložíme vodu na vodík a kyslík. Při slučování obouplynů se pak uvolňuje energie ve formě tepla (při hoření) nebo elektrického proudu(v palivovém článku) a vzniká voda. Kyslíko-vodíkový palivový článek se v současné 15
  17. 17. době používá například jako pohon pro některé moderní automobily, které jsouohleduplné k životnímu prostředí. V slunečních tepelných elektrárnách (koncentračních solárních) se soustřeďujísluneční paprsky velkými pohyblivými zrcadly (heliostaty) na zásobník (absorbér).Ve výměníku se získává horná pára, která pohání turbínu, ta pohání generátor a tenvyrábí elektrický proud. Existují např. parabolické žlabové elektrárny (na obrázku prvnízleva), solární věžové elektrárny (vpravo) a další. Obrázky těchto typů elektrárenviz příloha 1 a 2.Obr. 3.3 - Zrcadla s jednoosou orientací pro liniové koncentrátory (dva obrázky nahoře), zrcadlas dvojosou orientací pro bodové koncentrátory (dva obrázky dole) [2] Sluneční energie jde dále využít např. termickými kolektory, které slouží předevšímk ohřevu vody a přitápění. 16
  18. 18. Obr. 3.4 - Nucený solární termický systém pro ohřev pitné vody. Zdroj: http://www.factorsolar.czObr. 3.5 – Solární topný systém k ohřevu teplé užitkové vody a pro podporu vytápění [2]Obr. 3.6 - Využití sluneční energie [6] 17
  19. 19. 3.2 SLUNEČNÍ ENERGIE V ČRVyrobená energie za rok 2010 (fotovoltaiky): 615,7 GWhPodíl na hrubé výrobě/spotřebě elektřiny: 0,72 % / 0,87 %Celková doba slunečního svitu v našich podmínkách: 1400-1700 h/rokInstalovaný výkon: 1 959,1 MW Od roku 2000 zaváděl stát nástroje na podporu fotovoltaiky (podporademonstračních projektů, vývoje a výzkumu. Podpora vyvrcholila v roce 2010,což zapříčinilo obrovský nárůst výstavby fotovoltaických zařízení. Na konci roku 2009byl instalovaný výkon fotovoltaických elektráren zhruba 465 MWh, na konci roku 2010to bylo už cca 1959 MWh. Hlavním důvodem bylo snížení cen solárních technologiíaž o 40 % a posílení české měny, což spolu s vyšší podporou státu vedlo ke sníženínávratnosti investic z 15 let na 8 let. Stát musel v průběhu roku 2010 podporu omezit,aby nestabilní fotovoltaiky nerozkolísaly elektrizační soustavu a nedošlo k prudkémunárůstu cen elektřiny. Přesto se Česká republika stala koncem roku 2010 třetímnejvětším provozovatelem fotovoltaických elektráren na světě.Tab. 3.1 - Hrubá výroba elektřiny a instalovaný výkon fotovoltaických elektráren [8] Rok Hrubá výroba Instalovaný elektřiny (MWh) výkon (MW) 2004 291 0,4 2005 414 0,6 2006 592 0,8 2007 2 127 3,9 2008 12 937 39,5 2009 88 807 464,6 2010 615 702 1 959,1Obr. 3.5 - Vývoj hrubé výroby elektřiny ve fotovoltaických elektrárnách [8] 18
  20. 20. 4 VODNÍ ENERGIE Vodní energie byla lidstvem využívána již dávno. Zprvu v podobě vodních kolna pohon mlýnů a pil, později pomocí vodní turbíny pro výrobu elektřiny. V doběrozkvětu využívání vodní energie, v 18. století, bylo v Evropě asi 500 000 až 600 000vodních mlýnů. 71 % povrchu naší planet zabírá voda. Slunce umožňuje, že 98 % vody na Zemi jev tekutém stavu. Na Zemi je 1,4 miliardy km3 vody, z toho je 97,4 % slaná voda mořía 2,6 % voda sladká, která je ze ¾ vázaná v polárním ledu a ledovcích. Zbytek tvořívoda podzemní a pouze 0,02 % vody je v řekách a jezerech. Na Zemi probíhá koloběhvody, který spotřebuje zhruba 22 % celkové sluneční energie dopadající za povrch. Vodní energie je technicky využitelná potencionální, kinetická nebo tepelná energieveškerého vodstva na Zemi. Po biomase je to druhý nejvyužívanější obnovitelný zdrojenergie. Nejvíce se dnes využívá přeměny ve vodních elektrárnách na elektrickouenergii. 4.1 VODNÍ ELEKTRÁRNY A JEJICH PRINCIP Základním prvkem vodní elektrárny je turbína (Bánkiho, Peltonova, Kaplanova,Francisova), která je na společné hřídeli s elektrickým generátorem (dohromady tvořítzv. turbogenerátor). Voda roztáčí turbínu a ta pohání generátor vyrábějící elektrickýproud. Mechanická energie vody se mění na energii elektrickou. 4.2 ENERGIE ŘEK Vodní elektrárny můžeme rozdělit na průtočné, které využívají přirozený průtoka vyrábí elektřinu nepřetržitě. Protože spád činí u těchto elektráren jen několik metrů,jejich výkony většinou nepřesahují 100 MW. Zpravidla se nedají dobře regulovat.Obrázek průtočné vodní elektrárny viz příloha 4.Obr. 4.1 - Princip průtočné vodní elektrárny [2] 19
  21. 21. Další jsou akumulační vodní elektrárny s přehradní hrází, které akumulují vodupro výrobu energie. Často se jich využívá jako nádrží pitné vody a k regulaci stavu vodyna vodních tocích, čímž chrání před povodněmi a podporují plavební možnosti toku.Obrázek elektrárny Itaipú viz příloha 7.Tab. 4.1 - Největší vodní díla světa elektrárna země řeka rok výkon délka výška dokončení (MW) hráze (m) hráze (m)Tři soutěsky Čína Jang-c‘-ťiang 2009 18 200 2 310 180Itaipú Brazílie, Paraná 1983 14 000 7 760 196 ParaguayGuri Venezuela Rio Caroni 1986 10 300 1 300 162Tucuiruí Brazílie Rio Tocantins 1984 7 960 6 900 78Grand USA Columbia River 1942 6 495 1 592 168Coulee Přečerpávací vodní elektrárny pracují na principu dvou výškově různě položenýchvodních nádrží. Pro jejich činnost je nutný přirozený přítok, jímž řeka vyúsťuje dohodní nádrže. Jestli-že nemají přirozený přítok, jde o tzv. čistě přečerpávací přehrady.Nádrže jsou spojené tlakovým potrubím. Na dolním konci potrubí je umístěna turbínas elektrickým generátorem. Ta vyrábí elektřinu pro elektrizační soustavu v době potřebyenergie. V době nízké spotřeby (například v noci) se využívá přebytku energie (a jejínižší ceny) a voda se přečerpává do horní nádrže. Generátor tak funguje jakoelektromotor a turbína jako čerpadlo. Velké přečerpávací vodní elektrárny svýmpružným pokrýváním spotřeby zvyšují efektivnost elektrizační soustavy. Obrázekpřečerpávací vodní elektrárny Dlouhé Stráně viz příloha 5.Obr. 4.2 - Princip přečerpávací vodní elektrárny [2] 20
  22. 22. 4.3 ENERGIE MOŘÍ A OCEÁNŮ Ve světových oceánech je soustředěno 96,5 % veškeré vody planety Země. Hmotamoří i oceánů je v neustálém pohybu. Tento pohyb se vyskytuje nejen na hladině,ale i ve značných hloubkách. Existují různé způsoby získávání elektrické energie z mořía oceánů: využití energie přílivu, energie vlnění a využití termického potencionáluoceánů a moří. Přílivové elektrárny. Příliv a odliv vznikají vzájemným působením gravitačních silMěsíce, Slunce a Země. Vodní masy oceánu sledují tuto přitažlivost a tím vznikávýškový rozdíl na otevřeném moři o něco větší než 1 m. Změna mořské hladiny připřílivu může dosáhnout i více než 10 metrů, toho lze technicky využít pro výrobuelektrické energie. V oblastech, kde se vyskytují vysoké přílivové vlny nebo kde ústířeka, se budují v zálivech či v ústích řek přehradní hráze. Při přílivu proudí vodana turbínu jedním směrem a při odlivu opačným. Elektrárny, které jsou vybudoványv ústí řeky fungují obdobně. Nevýhodou je, že tato elektrárna neposkytuje kontinuálnívýkon a je náročná na materiály, které musí být odolné vůči agresivní mořské vodě.Její stavba je poměrně nákladná a vhodných míst pro postavení přílivové elektrárny nenímnoho/2. Proto je v současné době je těchto elektráren velmi málo, největší jeve Francii (spuštěna 1967) o výkonu 240 MW. Schéma jedné z přílivových elektrárenviz příloha 6. Vlnové elektrárny. Nejdůležitějším pohybem je vlnění způsobené větrem,slapovým působením Měsíce a Slunce, vtokem velkých řek do oceánů, atd. Odhadujese, že energie, kterou vyvinou vlny ve všech světových oceánech, dosahujeaž 350 miliard MJ. Do vývoje vlnových elektráren se v posledních letech vkládaly velkénaděje. Tato energie se dá využít především v mělkých pobřežních vodách. Podle typyfungování můžeme vlnové elektrárny rozdělit na: systém s plováky, komorový systém,zařízení „TapChan“/3. Ačkoli se v posledních desetiletí postavilo mnoho prototypůvlnových elektráren, nenašly tyto aplikace širší využití. Hlavním problémem jsouodlišné a proměnlivé podmínky na moři (např. bouře). 21
  23. 23. Obr. 4.3 - Princip vlnové elektrárny. Vlevo: plovákový systém, vpravo: komorový systém [2] Elektrárny poháněné mořskými proudy. Tyto elektrárny mají podobnoukonstrukci jako větrné elektrárny, ale s tím rozdílem, že se rotor otáčí pod vodou.První prototyp byl umístěn ve Velké Británii v roce 2003. Oproti větrným elektrárnámmohou tyto elektrárny poskytovat vyšší výkony při výrazně nižších rychlostechproudění. Lokalit pro tyto elektrárny není mnoho/4, zůstává jim nadále velký potenciál. Lze využít i energii příboje, která se ale využívá pouze ojediněle, protože v místechsilného příboje se nevyskytují odběratelé vyrobené elektřiny. 4.4 VODNÍ ENERGIE V ČRVyrobená energie za rok 2010: 2 789 GWh (meziroční růst 15 %)Podíl na hrubé výrobě/spotřebě elektřiny: 3,25 % / 3,93 % (bez přečerpávacích)Instalovaný výkon: 1049,6 MW V České republice nejsou přírodní poměry pro budování vodních elektráren ideální,především kvůli absenci prudkých toků s velkými spády. V roce 2010 činil podíl výrobyelektrické energie ve vodních elektrárnách na celkové výrobě v ČR pouhá 4 %, přes tomá u nás právě tato energie největší zastoupení mezi obnovitelnými zdroji. Významným úkolem vodních elektráren v ČR je pracovat jako doplňkové zdrojehlavních zdrojů energie (uhelné a jaderné elektrárny). Velkých vodních zdrojů je u nás jen malý počet. Více jsou u nás zastoupeny tzv.malé vodní elektrárny (výkon do 10 MW). Většina z nich slouží jako sezónní zdroje.Průtoky toků, na kterých jsou zřizovány, jsou kolísavé a silně závislé na počasí a ročnímobdobí. 22
  24. 24. Obr. 4.4 - Podíl kategorií výkonu vodních elektráren na hrubé výrobě elektřiny z OZE v roce 2010 [8]Tab. 4.2 - Hrubá výroba elektřiny a instalovaný výkon vodních elektráren [8] Rok Hrubá výroba Instalovaný elektřiny (MWh) výkon (MW) 2006 2 550 700 1017,8 2007 2 089 600 1025,8 2008 2 024 335 1030,0 2009 2 429 620 1038,4 2010 2 789 474 1049,6Obr. 4.5 - Vývoj hrubé výroby elektrické energie z vodních elektráren [8] 23
  25. 25. 5 VĚTRNÁ ENERGIE Ve větru na Zemi je obsaženo 35krát více energie, než spotřebovává celé lidstvo.Větrná energetika patří nárůstem výrobní kapacity mezi nejrychleji se rozvíjejícíodvětví energetiky. Větrnou energii používá lidstvo od pradávna. Vítr poháněl plachetnice, větrnémlýny, vodní čerpadla. S větrnými motory se setkáváme už ve starověké Číně.K rozvoji větrných elektráren dochází od konce 20. století. Celkově bylo ke konci roku2010 ve větrných elektrárnách instalování více než 194 000 MW. Za vznik větru může Slunce. Země se totiž neohřívá rovnoměrně, protonad povrchem vznikají vrstvy vzduchu s různou teplotou a hustotou. Výsledkem jepohyb vzduchu, vítr. Na proudění vzduchu mají vliv i lokální faktory. 5.1 VĚTRNÉ ELEKTRÁRNY A JEJICH PRINCIP Působením aerodynamických sil na listy rotoru převádí větrná turbína energii větruna rotační energii mechanickou, která je poté zdrojem elektrické energie. Listy rotorumají podobný profil jako křídlo letadla. Malé větrné elektrárny s výkonem do cca 10kW vyrábí stejnosměrný proud pomocísynchronního generátoru. U elektráren s vyššími výkony je generátor asynchronní, kterývyrábí střídavý elektrický proud a tento je dodáván do sítě vysokého nebo velmivysokého napětí. Obr. 5.1 – Konstrukce a komponenty větrné elektrárny [2] 24
  26. 26. Pro optimalizaci výkonu je třeba stavět větrné farmy (parky) o velkých rozlohách,což je hlavní nevýhodou větrných elektráren. Další nevýhodou je vyšší množství hluku,který je snižován modernější konstrukcí listů rotoru a také to, že se větrná energie dávyužít pouze, když vítr fouká správnou rychlostí. Když fouká málo, neroztočí vrtuli,když fouká hodně, musí se elektrárna zastavit, aby se neponičily lopatky. Ideální jerychlost větru mezi 3 m/s a 26 m/s. Zastavování ploch a rušivému hluku se dá vyhnout tak, že se větrné elektrárnypostaví přímo v moři. Jde o mořské větrné parky, tzv. Offshore Wind Parks. Aby sedosáhlo co nejekonomičtějšího provozu, měla by se tato zařízení budovat v nevelkévzdálenosti od pobřeží. Obrázek jednoho takového parku viz příloha 8. Při zisku energie z větru se využívá pouze část jeho kinetické energie. Odebránímenergie se vítr zpomaluje. Kdybychom odebrali veškerou energii, proudění větru by sezastavilo. Největší výkon lze získat, pokud se vítr zbrzdí na třetinu, pak lze získataž 59,3 % využitelného výkonu. Vlivem ztrát se účinnost snižuje, a tak v nejlepšímpřípadě mohou větrné elektrárny dosáhnout 45 % účinnosti. 5.2 VĚTRNÁ ENERGIE V ČRVyrobená energie za rok 2010: 335,5 GWhPodíl na hrubé výrobě/spotřebě elektřiny: 0,39 % / 0,47 %Instalovaný výkon: 217,8 MW (o 24,6 MW více než v roce 2009) Ve větrných mlýnech se větrná energie využívala v minulosti i na území našehostátu. První doložený mlýn byl na našem území postaven již v roce 1277 v Praze.Největší rozkvět doznalo větrné mlynářství v Čechách ve 40. letech 19. století. Celkembylo na území dnešní ČR evidováno 879 větrných mlýnů. Novodobé větrné elektrárnyse začaly vyrábět na konci 80. let minulého století. Jejich rozkvět proběhl v letech1990-1995, další oživení přišlo na začátku nového tisíciletí. Proměnlivost větru způsobuje, že větrné elektrárny jsou v podmínkách ČR schopnédosáhnout instalovaného výkonu pouze po 10-20 % roční doby. V České republice jsouvhodné podmínky v minimální nadmořské výšce 500 m n. m., zejména pak pohraničnípohoří a Českomoravská vysočina. Dnes jsou zde dostupné elektrárny malých výkonů(300 W), ale i výkonnější do 3 MW na jeden stroj. V roce 2010 došlo k omezenípřipojování nových zdrojů do distribuční sítě. 25
  27. 27. Tab. 5.1 - Hrubá výroba elektřiny a instalovaný výkon větrných elektráren [8] Rok Hrubá výroba Instalovaný elektřiny výkon (MW) (MWh) 2003 4 893 10,6 2004 9 871 16,5 2005 21 280 22,0 2006 49 400 43,5 2007 125 100 113,8 2008 244 661 150,0 2009 288 067 193,2 2010 335 493 217,8 Obr. 5.1 - Růst instalovaného výkonu větrných elektráren [8] 26
  28. 28. 6 GEOTERMÁLNÍ ENERGIE Geotermální energie je přirozený projev tepelné energie zemského jádra, kterávzniká rozpadem radioaktivních látek a působením slapových sil/5. Jejími projevy jsouerupce sopek a gejzírů, horké prameny či parní výrony. Geotermální elektrárnyvyužívají k výrobě elektřiny tepelnou energii z nitra Země/6. Staví se zejménave vulkanicky aktivních oblastech. Zásoby geotermální energie jsou především v horké páře, termální horké vodě neboteplé suché hornině, tzv. Hot Dry Rock (HDR). Tyto zdroje lze využít v geotermálníchteplárnách a elektrárnách, speciálním případem jsou geotermální HDR elektrárny. Geotermální teplárny jsou vybaveny dopravním čerpadlem, které z hloubkovéhovrtu dopravuje horkou vodu na povrch. Protože má termální voda většinou velký obsahminerálních solí a vykazuje i přítomnost určitých radioaktivních příměsí, není samapřímo teplonosným médiem. Tepelný výměník odebírá termální vodě tepelnou energiia předává ji do sítě dálkového tepelného vytápění. Ochlazená termální voda se dalšímvrtem vede zpět do země. Pro účely získání tepla pro ústřední vytápění stačí poměrněnízké teploty pod 100 °C. Proto nejsou potřeba velké hloubky vrtů. Dnes se využívají tři druhy geotermálních elektráren – na suchou páru, na mokroupáru a horkovodní (binární). Systém suché páry používá přímo přehřátou páruze zemských vrtů na pohon turbíny. Po ochlazení a zkondenzování se vrací sousednímivrty zpět do země. Tento postup je použitelný pouze, pokud je dostupný zdroj o vysokéteplotě. Systém mokré páry se využívá tam, kde podzemní voda dosahuje vysokéteploty, ale díky vysokému tlaku se nepřeměnila v páru. Voda je vedená do odtlakovacínádrže, kde se po rychlém snížení tlaku část vody změní v páru, která se vedena turbínu. Horkovodní (binární) systém používá vodu s poměrně nízkou teplotoui tlakem. Tato voda předá ve výměníku své teplo organické kapalině s nižším bodemvaru, a teprve její pára pak pohání turbínu. Jako organická kapalina se využívá propannebo isobutan, které jsou explozivní nebo freony, které narušují ozónovou vrstvu. Tentosystém je proto zatím ve vývoji. Vzhledem k tomu, že geotermální elektrárny majípoměrně nízkou účinnost (při teplotách kolem 100 °C je to kolem 10 %), dává sepřednost tepelnému využití geotermální energie. Geotermální HDR elektrárny využívají vrtů do 5000 m, kde je i v geotermálněhorších regionech teplota v řádu 200 °C, proto se při jejich využití dosahuje přijatelnéúčinnosti. K pohonu se využívá teplonosné médium (obvykle voda), které se pod tlakem 27
  29. 29. vtlačuje do vrtů, kde v uměle vytvořených trhlinách přijímá teplo od horké horniny,která nepropouští vodu a ohřáté se vyvádí zpět na povrch. Jeho teplo se využije buďk výrobě páry nebo přímo k vytápění. Obr. 6.1 – Schéma Hot-Dry-Rock elektrárny [2] Geotermální pumpy (tepelná čerpadla) je možné využít k ohřívání i chlazeníindividuálních domků. Jedná se o využití zemního tepla (či v létě chladna), které senachází v hloubce 2-3 m a zůstává stabilní během roku. Více v kapitole Tepelnáčerpadla. První geotermální elektrárna byla otevřena v Itálii už v roce 1904. Celkovýinstalovaný výkon geotermálních elektráren na světě se odhaduje na 8000 MW. Podíltěchto elektráren v rámci celé Evropy je minimální, v některých lokalitách je ale jehovýznam značný. Mezi takové oblasti patří Island, kde z geotermálních zdrojů pocházívětšina elektrické energie a kde jsou tyto zdroje využívány i k vytápění domů, ohřevuvody atd. Dále je tento zdroj významně využíván v Itálii v oblastech s aktivní sopečnoučinností, ve Francii, Velké Británii, USA (zejména Kalifornii) na Novém Zélandu atd.Obrázek geotermální elektrárny na Islandu viz příloha 9. Nevýhodou těchto elektráren je, že jsou dostupné pouze na některých místechzemského povrchu a výstavba geotermální elektrárny je zhruba pětkrát dražší než stavbajaderné elektrárny. 28
  30. 30. 6.1 GEOTERMÁLNÍ ENERGIE V ČR V České republice jsou v dostupných hloubkách pouze zdroje geotermální vodyo nízké teplotě (25 °C až 35 °C), které jsou málo vhodné k energetickým účelům –je nutná instalace tepelného čerpadla, případně využití systému „Hot-Dry-Rock“. Česká republika prozatím využívá geotermální energii zejména pro vytápěnírodinných domů a budov. K tomu dostačují vrty do 2000 m. Geotermální energie sedále využívá v lázních, kde se horké prameny používají k léčení. Využívají ji i některáměsta, například Ústí nad Labem s ní vytápí bazén a zoologickou zahradu. Na Děčínskuse uskutečnil prozatím největší projekt využití geotermální energie na našem území,kde je zbudována teplárna s vrtem do hloubky 550 m. V ČR se zatím geotermální elektrárna nenachází, ale v přípravách a ve výstavbě jejich několik na Liberecku (plánovaný výkon 5 MW) a v Litoměřicích/7. 29
  31. 31. 7 ENERGIE BIOMASY Energie biomasy se využívá již od objevení ohně a tím se stává nejdéle používanýmzdrojem energie. Až do 18. století byla tato energie nejdůležitějším ze všechenergetických zdrojů. Ale s rostoucím uplatňováním fosilních zdrojů v průmyslověvyspělých zemích se stala téměř bezvýznamnou, avšak i dnes jsou země, které pokrývajívíce než 90 % primární spotřeby energie tradiční biomasou. Teprve začátkem 21. stoletíse začala využívat i ve vyspělejších zemích, především kvůli rostoucím cenám ropy. Člověk v současné době využívá pouze 4 % nově vzniklé biomasy. 2 % sespotřebují při výrobě potravin a krmiv, 1 % končí jako papír nebo vláknitá hmotavzniklá zpracováním dřeva a poslední 1 % se energeticky využívá - většinou ve forměpalivového dřeva. Tato energie pokryje asi desetinu celosvětové spotřeby primárníenergie/8. 7.1 BIOMASA A JEJÍ ROZDĚLENÍ Co to vlastně biomasa je? Tento pojem označuje organickou hmotu, která zahrnuježivé i odumřelé organismy a vedlejší organické produkty nebo organické odpady.Pro biomasu je zásadní sluneční energie a voda. Rostliny přeměňují přirozenýmichemickými procesy sluneční světlo v biomasu. Lze stanovit i účinnost těchto procesů.Ta se určí tak, že se výhřevnost usušené biomasy vydělí množstvím sluneční energie,kterou rostlina přijala během svého růstu. Celosvětový průměr účinnosti přeměnyenergie v rostlinách se pohybuje kolem 0,14 %/9. Největší účinnosti (2-5 %) dosahujítzv. C4-rostliny, které rychle fotosyntetizují, a tak efektivně využívají sluneční energii.Patří mezi ně např. proso, kukuřice, cukrová třtina a čínský rákos. Mezi dalšíenergetické plodiny patří například šťovík krmný, rychle rostoucí topoly, vrby, olšenebo platany. Právě šťovík je z těchto rostlin bylinného charakteru zatímnejperspektivnější plodinou. Při využívání biomasy rozlišujeme mezi využitím odpadu a zbytků ze zemědělstvía lesního hospodářství a cílevědomým pěstováním energetických plodin. 30
  32. 32. Obr. 7.1 – Způsoby využití biomasy. Zdroj: http://cs.wikipedia.org/wiki/Biomasa 7.2 ZPRACOVÁNÍ BIOMASY Existuje několik způsobů získávání energie z biomasy. Prvním je spalování, které seprovádí ve spalovacích zařízeních nebo elektrárnách. Pokud ke spalování docházíza přístupu vzduchu jde o hoření. Před vstupem do vlastního energetického zařízenímusí být biomasa upravována. V případě pevné formy biomasy se jedná obvykleo sušení a rozměrové úpravy (sekání, drcení, lisování, …). Někdy je pevná biomasazplyňována v generátorech, kde se zahříváním paliva bez přístupu vzduchu uvolňujedřevoplyn, který se spaluje podobně jako ostatní plynná paliva. Dalším způsobem jezpracování na kvalitnější paliva tzv. fytopaliva (pelety, brikety, bioplyn, bionafta, …). Bioplyn vzniká při rozkladu organických látek (hnůj, zelené rostliny, kalz čističek, …) v uzavřených nádržích bez přístupu kyslíku. V těchto zařízeních sebiomasa zahřívá, aby vzniklo prostředí vhodné pro bakterie. Podstatným parametrem efektivního energetického využití biomasy je výhřevnostdřeva a dalších rostlinných paliv. Ta kolísá nejen podle druhu dřeva či rostliny,ale navíc i s vlhkostí, na kterou jsou tato paliva citlivější. Průměrná výhřevnostdokonale suché biomasy je 18,6 MJ/kg, v praxi se ale pohybuje okolo 10 MJ/kgaž 15 MJ/kg /10. Výhodou spalování biomasy je, že nezatěžuje životní prostředí nadměrnou produkcíoxidu uhličitého. Při spalování dojde k produkci stejného množství tohoto plynu,které rostlina spotřebuje při svém růstu/11 a popel vzniklý spalováním lze využít jakokvalitní hnojivo. Navíc je při pěstování energetických plodin možné využívat půdu, 31
  33. 33. která se nehodí k potravinářské výrobě. Nevýhodou je nižší výhřevnost, kvůli vyššímuobsahu vody, větší nároky na skladovací prostory, nutnost úpravy paliva a další. 7.3 ENERGIE BIOMASY V ČR Pro přehlednost lze biomasu rozdělit do 3 skupin: vlastní biomasa, bioplyn a tuhýkomunální odpad.BIOMASA Vyrobená energie za rok 2010: 1 492 GWh Podíl na hrubé výrobě /spotřebě elektřiny: 1,74 % / 2,10 % Biomasa má v podmínkách ČR největší technicky využitelný potenciál z OZE provýrobu elektřiny i tepla. Využívání biomasy je tradiční, hlavně v oblasti výroby tepla.Ale využívá se i k výrobě elektřiny, především spalováním spolu s fosilními palivy.Využívání biomasy má svá omezení - produkční limity (rozloha půdy, roční období, …)a dopravní dostupnost. Pěstování biomasy k energetickým účelům je efektivní pouzev určité vzdálenosti od uvažovaného využití. V roce 2010 bylo k výrobě elektřinycelkem použito 1 253 tisíc tun biomasy, což je o 200 tisíc tun více než v předcházejícímroce. Obr. 7.2 - Podíl jednotlivých druhů biomasy na hrubé výrobě elektřiny z OZE v roce 2010 [8] 32
  34. 34. Tab. 7.1 – Vývoj hrubé výroby elektřiny z biomasy [8] Rok Hrubá výroba Dodávka do elektřiny (MWh) sítě (MWh) 2003 372 972,4 17 383,3 2004 565 000,0 222 827,3 2005 560 251,9 210 379,2 2006 731 066,3 285 746,4 2007 968 062,9 403 706,1 2008 1 170 527,4 581 328,7 2009 1 396 271,1 768 684,0 2010 1 492 238,5 845 227,4 Obr. 7.3 - Vývoj hrubé výroby elektřiny z biomasy [8]BIOPLYN Vyrobená energie za rok 2010: 634 GWh Podíl na hrubé výrobě /spotřebě elektřiny: 0,74 % / 0,89 % Instalovaný výkon: 117,8 MWe Bioplynu se využívá v bioplynových stanicích, které obzvlášť v roce 2009zaznamenaly vysoký nárůst výroby. 33
  35. 35. Tab. 7.2 - Vývoj hrubé výroby elektřiny, instalovaného výkonu a dodávky elektřiny vyrobené z bioplynudo sítě[8] Rok Hrubá výroba Dodávka do Instalovaný elektřiny (MWh) sítě (MWh) výkon (MW) 2003 107 856 11 868 24,9 2004 138 793 81 913 32,5 2005 160 857 93 413 36,3 2006 175 837 99 756 39,9 2007 215 223 138 485 49,9 2008 266 868 176 714 71,0 2009 441 266 329 102 95,7 2010 634 662 497 507 117,8 Obr. 7.3 - Vývoj instalovaného výkonu bioplynu [8]TKO-BRKO Vyrobená energie za rok 2010: 35,6 GWh Podíl na hrubé výrobě /spotřebě elektřiny: 0,04 % / 0,05 % Někdy se mezi biomasu započítává i tuhý komunální odpad. Tento odpad obsahuje50-65 % biologicky rozložitelných složek, které se rovněž považují za obnovitelný zdrojenergie. ČR ve srovnání s jinými zeměmi využívá komunální odpady k výrobě energiepouze minimálně. Většina těchto odpadů je skládkována. 34
  36. 36. 8 TEPELNÁ ČERPADLA V okolním prostředí je obsaženo velké množství tepla, avšak jeho nízká teplotníhladina neumožňuje přímé energetické využití, jde o tzv. nízkopotencionální teplo.Jeho zdrojem je látka s nízkou teplotní hladinou tzv. nízkopotencionální zdroj. Můžejím být vzduch, půda nebo podzemní voda (podpovrchová nebo z vrtů). Toto teplomůžeme využít pomocí tepelných čerpadel. Obr. 8.1 – Zdroje tepla pro tepelná čerpadla [2] Čím je teplota zdroje vyšší a čím nižší je požadovaná teplota v topném okruhu,tím méně elektrické energie je k pohonu tepelných čerpadel zapotřebí. 8.1 TEPELNÁ ČERPADLA A JEJICH PRINCIP Tepelná čerpadla jsou zařízení, která umožňují odnímat teplo nízkopotencionálnímzdrojům ve vnějším prostředí a využívat ho k vytápění nebo k ohřevu vody/12. Činnost tepelného čerpadla využívá fyzikální jevy spojené se změnou skupenstvípracovní látky – chladiva, která cirkuluje v uzavřeném chladícím okruhu. Ve výparníkutepelného čerpadla chladivo při nízkém tlaku a teplotě odnímá teplo zdrojinízkopotencionálního tepla a vypaří se. Páry chladiva jsou stlačeny, zahřívají sea v kondenzátoru předají kondenzační teplo ohřívané látce. Tím se ochlazují 35
  37. 37. a zkapalňují. Celý oběh je uzavřen obvodem chladiva do výparníku přes expanzníventil, který snižuje tlak kapalného chladiva. Tepelná čerpadla můžeme dělit na kompresorová (nejběžnější), absorpčnía adsorpční. Typ tepelného čerpadla se určuje podle druhu ochlazované a ohřívanélátky. Obr. 8.2 – Princip kompresorového tepelného čerpadla [2] Nejlepší jsou tepelná čerpadla, která čerpají teplo ze země. O něco horší jsou ty,jejichž zdrojem jsou spodní vody a nejnižší účinnost mají tepelná čerpadla se vzdušnýchtepelným zdrojem (teplovzdušná). Poslední zmíněné mají výhodu v tom, že lze častovyužít možnost reverzního chodu – v zimě topí, v létě vnitřní vzduch ochlazují. 36
  38. 38. 9 ZÁVĚR Obnovitelné zdroje energie jsou velmi rozsáhlou částí energetiky, kterou je těžkéstručně shrnout. Přesto si myslím a doufám, že cíl této práce byl splněn. Je jasné,že existuje spousta nových technologií, které jsou ve fázi výzkumu či testování a nejsounikde výše zmíněny. Není to tím, že by byly méně důležité, naopak nás mohou jednoupřekvapit a hrát ve výrobě tzv. zelené energie klíčovou roli. Ale prozatím tvoří pouzeminimální podíl na vyrobené energii. Nakonec bych chtěla dodat, že i s obnovitelnými zdroji energie se musí jednatrozumně. Nejde zastavit celou zemi větrnými nebo slunečními elektrárnami, pokácetlesy do elektráren či tepláren spalujících biomasu nebo jen tak zaplavit malebné údolířeky a zbudovat vodní nádrž. Proto snad jednou dokážeme inteligentně a efektivněvyužít energii ze Slunce bez toho, abychom si ničili životní prostředí. 37
  39. 39. 10 POZNÁMKY1 TKO-BRKO = tuhé komunální odpady - biologicky rozložitelné komunální odpady2 místa vhodná pro výstavbu těchto elektráren jsou často vzdálená od míst spotřebyenergie3 „TapChan“ vzniklo z anglického Tapered Channel. Více o tomto zařízení se můžetedozvědět na internetových stránkách: http://taperedchannelwaveenergy.weebly.com4 vyhovují oblasti, kde jsou vysoké rychlosti proudění, mírné hloubky a nachází se mimotrasy lodní dopravy5 Slapové síly jsou důsledkem gravitačního působení Měsíce na Zemi6 Na některých místech je teplotní spád více než 55°C na 1 km hloubky7 Geotermální elektrárna v Litoměřicích by měla začít fungovat do čtyř let (tedy doroku 2015) a podle plánu by měla využívat v Česku dosud nepoužitou technologii„Hot-Dry-Rock“8 primární energie je energie dostupná v přírodě, která neprošla žádnou lidmiprovedenou přeměnou9 zahrnuty jsou i pouště a oceány10 pro srovnání, průměrná výhřevnost černého uhlí je 24 – 29 MJ/kg11 ke znečištění ovzduší přispívají oxidy dusíku, které vznikají při každém spalování zapřítomnosti atmosférického vzduchu a v malém množství i oxidy síry, která je obsaženáve slámě (0,1 %)12 funguje obdobně jako chladnička - ta odebírá teplo potravinám uvnitř a předává jekondenzátorem na své zadní straně do místnosti 38
  40. 40. 11 POUŽITÉ ZDROJE A LITERATURA [1] Titulní obrázek. Zdroj: http://www.mgsenergy.com/images/renewable_energy.jpg [2] QUASCHNING, Volker. Obnovitelné zdroje energie. vydání první. Praha: Grada, 2010. 295 s. ISBN 978-80-247-3250-3. [3] SKUPINA ČEZ. Obnovitelné zdroje energie a skupina ČEZ. Praha: ČEZ. 43 s. [4] SKUPINA ČEZ. Encyklopedie energetiky – Energie z obnovitelných zdrojů. Praha: ČEZ, 2011. 71 s. [5] Atlas obnovitelných zdrojů energie [online]. [cit. 2011-12-28]. Dokument formátu PDF. Dostupné z WWW: <http://www.calla.cz/data/energetika/ ostatni/atlas.pdf> [6] Atlas obnovitelných zdrojů energie [online]. [cit. 2012-01-08]. O Atlasu. Dostupné z WWW: < http://www.calla.cz/atlas/oatlasu.php> [7] Alternativní zdroje energie [online]. [cit. 2011-12-28]. Dostupné z WWW: <http://www.alternativni-zdroje.cz> [8] ELEKTRO - odborný časopis pro elektroniku [online]. [cit. 2011-12-28]. Elektroenergetika a obnovitelné zdroje energie. Dostupné z WWW: <http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=25021> [9] Obnovitelné a netradiční zdroje energie [online]. [cit. 2011-12-28]. Dostupné z WWW: <http://sf.zcu.cz/rocnik07/cislomm/index.html> [10] tzbinfo [online]. [cit. 2011-12-28]. Národní akční plány zemí EU – instalovaný výkon OZE elektráren. Dostupné z WWW: <http://energie.tzb-info.cz/7266- narodni-akcni-plany-zemi-eu-instalovany-vykon-oze-elektraren> [11] Ministerstvo průmyslu a obchodu [online]. [cit. 2011-12-28]. Obnovitelné zdroje energie v roce 2010. Dokument formátu PDF. Dostupné z WWW: <http://download.mpo.cz/get/44944/50555/582988/priloha001.pdf> [12] energeticky.cz – vše o úsporách energií na jednom místě [online]. [cit. 2011- 12-28]. Dostupné z WWW: <http://www.energeticky.cz> [13] vaševěc.cz [online]. [cit. 2011-12-28]. Česko má dobrý potenciál v geotermální energii. Dostupné z WWW: <http://www.vasevec.cz/blogy/cesko-ma-dobry- potencial-v-geotermalni-energii> 39
  41. 41. [14] blesk.cz [online]. [cit. 2011-12-28]. Litoměřice ohřeje teplo z hlubin země. Dostupné z WWW: http://www.blesk.cz/clanek/zpravy-udalosti/164523/ litomerice-ohreje-teplo-z-hlubin-zeme.html[15] WIKIPEDIE – Otevřená encyklopedie [online]. [cit. 2012-01-08]. Fotoelektrický jev. Dostupné z WWW: <http://cs.wikipedia.org/wiki/ Fotovoltaick%C3%BD_jev>[16] micronix – solární systémy [online]. [cit. 2012-01-08]. Fotovoltaický jev. Dostupné z WWW: <http://www.micronix.cz/solarix/zakladni-informace/ fotovoltaicky-jev>[17] DIMENZIAL [online]. [cit. 2011-12-28]. Termoelektrické jevy. Dostupné z WWW: <http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=25021> 40
  42. 42. PŘÍLOHYPříloha 1 – Pohled na parabolickou žlabovou elektrárnu Kramer Junction v Kalifornii [2]Příloha 2 – Solární věžová elektrárna Solar Two v Kalifornii (USA) o výkonu 64 MW,uvedena v provoz v roce 2007. Zdroj: http://www.ekobydleni.eu/tag/koncentracni-solarni-elektrarny 41
  43. 43. Příloha 3 – Solární sídliště v Schlierbergu ve Freiburgu s 50 aktivními domy.Zdroj: http://stashpocket.wordpress.com/2008/01/12/solarsiedlung-freiburg-rolf-disch/Příloha 4 – Průtočná vodní elektrárna Laufenburg v Německu.Zdroj: http://www.energie-lexikon.info/wasserkraftwerk.html 42
  44. 44. Příloha 5 – Přečerpávací vodní elektrárna Dlouhé Stráně v České republice. Elektrárnas největším spádem v ČR (510,7 m) a největší reverzní vodní turbínou v Evropě(650 MW). Zdroj: http://www.horydoly.cz/vypsat.php?id=5742Příloha 6 – Přílivová elektrárna v ústí řeky La Rance ve francouzském St. Malo.Zdroj: http://www.stranypotapecske.cz/teorie/priliv-odliv.asp 43
  45. 45. Příloha 7 – Vodní elektrárna Itaipú (Brazílie, Paraguay) na řece Paraná. V provozu od1984. Zdroj: http://faslanyc.blogspot.com/2011/10/triple-frontera.htmlPříloha 8 – Offshore Wind Park Middelgrunden (Dánsko). 20 větrných elektrárenpo 2 MW, postavena v roce 2001. Zdroj:http://www.siemens.com/press/en/presspicture/?press=/en/presspicture/2009/renewable_energy/ere20050601-04.htm 44
  46. 46. Příloha 9 – Geotermální elektrárna Nesjavellir na Islandu.Zdroj: http://www.geothermal-energy.org/galeria,galeria,idkat,4.html 45

×