Shrnutí: Existuje několik typů elektráren, jejichž fungování je nesmírně zajímavé. Vzhledem k tomu, že řada zemí pokračuje v přechodu od vysoce znečišťujících fosilních paliv k nízkouhlíkovým alternativám, dynamika způsobu a místa provozu elektráren se neustále mění. V tomto článku jsem sepsal seznam všech typů elektráren v ČR a ve světě.
- V článku se dozvíte, kolik procent elektřiny a tepla jednotlivé elektrárny vyprodukují v ČR i ve světě
- Některé typy elektráren jsou ekologické, jiné životnímu prostředí naopak neprospívají
1) Tepelná elektrárna
Tepelná elektrárna je typ elektrárny, ve které se tepelná energie přeměňuje na elektrickou. V parním cyklu se teplo využívá k vaření vody ve velké tlakové nádobě, čímž vzniká vysokotlaká pára, která pohání parní turbínu připojenou k elektrickému generátoru. Nízkotlaké spaliny z turbíny vstupují do parního kondenzátoru, kde se ochlazují a vytvářejí horký kondenzát, který se recykluje do procesu vytápění a vyrábí další vysokotlakou páru.
2) Uhelná elektrárna
Uhelné elektrárny, jsou zařízení, která spalují uhlí za účelem výroby páry a výroby elektřiny. Tyto elektrárny produkují ~40 % světové spotřeby elektřiny, v České republice se jedná o stejné procento. Země jako Jihoafrická republika využívají uhlí pro 94 % své spotřeby elektřiny a Čína a Indie využívají uhlí pro 70-75 % své spotřeby elektřiny. Využívání uhlí umožňuje přístup k elektřině těm, kteří ji dříve neměli, což pomáhá zvyšovat kvalitu života a snižovat chudobu v těchto regionech, avšak produkuje velké množství různých znečišťujících látek, které snižují kvalitu ovzduší a přispívají ke změně klimatu.
3) Olejová/Ropná elektrárna
Zhruba 70 % dnes existujících elektráren pro výrobu elektřiny z ropy bylo postaveno před rokem 1980. Výrobci elektřiny, kteří uváděli jako své primární palivo ropu, tvořili na konci roku 2016 pouze 3 % celkové kapacity výroby elektřiny a v roce 2016 vyrobili méně než 1 % celkové výroby elektřiny. Elektrárny, které spalují ropné kapaliny (např. destiláty nebo zbytkové topné oleje), se obvykle používají krátkodobě v době špičkové poptávky po elektřině. Jinak elektrárny spalující ropné kapaliny pracují většinou s nízkými kapacitními faktory kvůli vysoké ceně ropy ve srovnání s jinými palivy, omezením znečištění ovzduší a nižší účinnosti jejich stárnoucí výrobní technologie.
4) Elektrárna na zemní plyn
Elektrárny na zemní plyn vyrábějí elektřinu spalováním zemního plynu jako paliva. Existuje mnoho typů elektráren na zemní plyn, které všechny vyrábějí elektřinu, ale slouží k různým účelům. Elektrárny na zemní plyn jsou levné a rychle se staví. Ve srovnání s jinými elektrárnami mají také velmi vysokou termodynamickou účinnost. Zemní plyn se na světové výrobě elektřiny podílí přibližně ~23 %. V Česku je tohle číslo menší, jedná se o zhruba ~8 %.
5) Solární tepelná elektrárna
Zařízení určené k přeměně sluneční energie na elektřinu prostřednictvím konvenčního termodynamického cyklu. Na rozdíl od tepelných elektráren, které pracují s fosilními palivy, však solární tepelné elektrárny využívají zcela ekologický zdroj energie, jako je sluneční světlo. Technologie používaná k výrobě elektřiny se mírně liší v závislosti na typu solární tepelné elektrárny, o které hovoříme, ale její provozní systém je podobný. Solární tepelná elektrárna má na světové výrobě elektřiny celkový podíl ~3 %, v Česku se jedná o ~2,5 %.
6) Geotermální elektrárna
Slouží k výrobě elektřiny pomocí geotermální energie (vnitřní tepelné energie Země). Fungují v podstatě stejně jako uhelné nebo jaderné elektrárny, hlavní rozdíl je ve zdroji tepla. Horká voda nebo pára se získává ze Země prostřednictvím řady vrtů a napájí elektrárnu. Ve většině geotermálních elektráren se voda vytažená ze země vrací zpět do podzemí. Množství spotřebované vody je často vyšší než množství vrácené vody, takže jsou obvykle zapotřebí doplňovací zásoby vody.
Existují tři hlavní principy geotermálních elektráren, z nichž nejběžnější je bleskový cyklus.
Suchý princip
Tato zařízení využívají suchou páru, která přirozeně vzniká v zemi. Pára putuje z těžebního vrtu na povrch a přes turbínu a po předání energie turbíně kondenzuje a je vstřikována zpět do země. Tyto typy jsou nejstaršími typy geotermálních elektráren, první byla postavena již v roce 1904 v Itálii. Protože tento typ elektráren vyžaduje nejvyšší teploty, lze je použít pouze tam, kde je teplota pod zemí poměrně vysoká, ale tento typ vyžaduje nejmenší průtok kapaliny.
Mokrý princip
Tyto typy jsou nejrozšířenější z důvodu nedostatku přirozeně se vyskytující kvalitní páry. Při této metodě musí mít voda teplotu vyšší než 180°C a pod vlastním tlakem proudí vzhůru vrtem. To je nižší teplota, než jakou mají suché parní elektrárny. Při poklesu jejího tlaku se část vody přemění na páru, která prochází turbínovou částí. Zbývající voda, která se neproměnila v páru, se cyklicky vrací zpět do vrtu a může být rovněž použita k vytápění. Náklady na tyto systémy jsou vyšší kvůli složitějším součástem, nicméně stále mohou konkurovat běžným zdrojům energie.
Horkovodní/Binární princip
Očekává se, že horkovodní elektrárny budou v budoucnu nejpoužívanějším typem geotermálních elektráren, protože geotermální energii začnou využívat i lokality mimo známá horká místa. Je to proto, že elektrárny s horkovodním principem mohou využívat vodu o nižší teplotě než ostatní dva typy elektráren. Využívají sekundární smyčku (odtud název „binární“), která obsahuje kapalinu s nízkým bodem varu, například pentan nebo butan. Voda z vrtu proudí přes výměník tepla, který předává její teplo této kapalině, jež se díky nízkému bodu varu odpařuje. Poté prochází turbínou a plní stejnou úlohu jako pára.
7) Jaderná elektrárna
Jaderný reaktor neboli elektrárna je řada zařízení, která dokáží řízeným štěpením jaderných jader vyrábět elektřinu. Palivem, které jaderné reaktory používají k výrobě jaderného štěpení, jsou pelety z prvku uranu. V jaderném reaktoru dochází k rozpadu atomů uranu. Při štěpení se z atomů uvolňují malé částice, kterým se říká štěpné produkty. Štěpné produkty způsobují štěpení dalších atomů uranu, čímž se spouští řetězová reakce. Energie uvolněná při této řetězové reakci vytváří teplo, to obvykle zahřívá vodu, ze které se stane pára a ta pohání turbíny. Ve světě se z jaderných elektráren výroby celkově ~10 %, veškeré elektřiny v Česku se jedná o ~36 %.
8) Vodní elektrárna
Většina vodních elektráren má nádrž s vodou, nebo ventil, kterým se řídí množství vody vytékající z nádrže, a výpusť nebo místo, kde voda po průtoku dolů končí. Voda získává potenciální energii těsně před tím, než se rozlije přes vrchol přehrady nebo stéká z kopce. Potenciální energie se mění na kinetickou energii, když voda teče z kopce. Voda může být využita k otáčení lopatek turbíny a k výrobě elektřiny, která je distribuována zákazníkům elektrárny. Vodní elektrárna má na světový podíl elektřiny ~17 % a v Česku ~3 %.
9) Větrná elektrárna
Větrné elektrárny fungují na jednoduchém principu: větrné turbíny využívají vítr k výrobě elektřiny. Vítr otáčí lopatkami turbíny připomínající vrtule kolem rotoru, který roztáčí generátor, jenž vyrábí elektřinu. Ve světě se takhle vyrobí ~6 % celkové elektřiny, v České republice ani ne 1 %.
10) Fotovoltaická elektrárna
Fotovoltaika je přeměna částic světla na elektřinu. Solární panely se obvykle skládají z několika jednotek fotovoltaických článků z polovodičových materiálů, jako je křemík, které tvoří elektrický obvod. Při zachycení slunečního světla se uvolňují elektrony, které jsou zachyceny ve formě elektrického proudu. Fotovoltaická elektrárna je rozsáhlý fotovoltaický systém určený k dodávce energie do vnitrostátní elektrické sítě. Na rozdíl od distribuovaných solárních panelů na budovách dodávají fotovoltaické elektrárny elektřinu na úrovni veřejné sítě.
11) Elektrárna na biomasu
Biomasa je organická, což znamená, že je tvořena materiálem pocházejícím z živých organismů, jako jsou rostliny a zvířata. Nejčastěji se k výrobě energie používá biomasa z rostlin, dřeva a odpadu. Energii z těchto organismů lze přeměnit na využitelnou energii přímými i nepřímými způsoby. Biomasu lze spalovat za účelem výroby tepla (přímý způsob), přeměnit na elektřinu (přímý způsob) nebo zpracovat na biopalivo (nepřímý způsob).
Často kladené dotazy
❓Je jaderná elektrárna nebezpečná?
Jaderná elektrárna produkuje velmi malé množství radioaktivních plynů a kapalin a malé množství přímého záření. Pokud byste žili ve vzdálenosti do 100 km od jaderné elektrárny, obdrželi byste průměrnou dávku záření přibližně 0,01 miliremů za rok.
❓Jaká elektrárna je nejúčinnější?
Vodní turbíny, nejstarší a nejčastěji používaný obnovitelný zdroj energie, mají ze všech procesů přeměny energie nejvyšší účinnost.
❓Jaké jsou nevýhody solárních elektráren?
Vysoké počáteční náklady na materiál a instalaci a dlouhá návratnost investice (nicméně díky snížení nákladů na solární energii v posledních 10 letech se solární energie stává den ode dne cenově výhodnější). Potřebuje hodně místa, protože účinnost ještě není 100% a v noci není solární energie k dispozici.
Užitečné odkazy
Geotermální elektrárny [ENG] – energyeducation.ca
Jaderná energetika [ENG] – nationalgeographic.org
Kolik procent elektřiny v různých zemích pochází z obnovitelných zdrojů? [ENG] – aljazeera.com
