Digitální u čební materiálEviden ční číslo materiálu: 503

Autor: Mgr. Pavel Kleibl

Datum: 21. 3. 2012

Ročník: 9.

Vzdělávací oblast: Člověk a příroda

Vzdělávací obor: Fyzika

Tematický okruh: Energie

Téma: Výroba a přenos elektrické energie

Druh uč ebního materiálu: Prezentace

Anotace: Prezentace seznamuje žáky s principem výroby

elektrické energie v různých typech elektráren a s elektrickou rozvodnou sítí.

Výroba a přenos elektrické energie

Výroba elektrické energie

� V dnešní době si již neumíme představit život bez elektrické energie. Spotřebiče, které používáme v domácnosti, potřebují elektrickou energii.

� Většina elektrické energie se vyrábí v elektrárnách.

� Hlavní typy elektráren v ČR:

� tepelné

� jaderné

� vodní

� solární (fotovoltaické)

� větrné

Tepeln é elektrárny� V České republice se největší část elektrické energie

vyrábí v tepelných elektrárnách (přes 60 % v roce 2010).

� Při spalování paliva dochází k přeměně chemické energie vázané v palivu na tepelnou energii spalin, které ohřívajívodu. Voda se mění na páru a pohání turbínu spojenou s generátorem, ve kterém se pohybová energie přeměňuje na energii elektrickou. Pára se potom ochladí(zkapalní) v kondenzátoru a vrací se zpět do oběhu. animace

� Horká pára může sloužit i k vytápění okolních obcí.

� Nejvíce tepelných elektráren je v severozápadních a v severních Čechách (palivo tvoří hlavně hnědé uhlí). Největším elektrárenským komplexem je Prunéřov(Chomutov) s výkonem 4 x 110 MW a 5 x 210 MW. Největší elektrárnou spalující černé uhlí (a také největšína Moravě) jsou Dětmarovice (Ostrava) s výkonem 4 x 200 MW.

Tepeln é elektrárny

� Tepelné elektrárny mají nepříznivý vliv na životníprostředí:

� narušení krajiny těžbou uhlí� znečišťování ovzduší (SO2, CO2, oxidy dusíku, popílek).

� Emise znečišťujících látek se snižují pomocí odlučovačůpopílku a odsiřování.

Obr. 1 – elektrárna Prunéřov [1] Obr. 2 – elektrárna Dětmarovice [2]

Jadern é elektrárny

� Podíl na výrobě elektrické energie v ČR je asi 33 % (v roce 2010).

� Princip činnosti je podobný jako v tepelných elektrárnách, teplo pro ohřev vody vzniká při řízenéštěpné jaderné reakci (štěpení uranu 235). animace

� V ČR jsou dvě jaderné elektrárny – Dukovany (jižníMorava) s výkonem 4 x 500 MW a Temelín (jižní Čechy) s výkonem 2 x 1000 MW.

� Náklady na výrobu elektřiny v jaderných elektrárnách jsou nižší než u tepelných elektráren a neznečišťujíovzduší.

� Problém je s uložením jaderného odpadu a s možnými haváriemi.

Jadern é elektrárny

Obr. 3 – elektrárna Dukovany [3]

Obr. 4 – elektrárna Dukovany [3] Obr. 6 – elektrárna Temelín [3]

Obr. 5 – elektrárna Temelín [3]

Obnoviteln é zdroje energie

� K obnovitelným zdrojům energie (OZE) patří v ČR hlavně energie vody, větru, slunečního záření, biomasy a bioplynu.

� Podíl OZE na výrobě elektrické energie v ČR je asi 7 % (v roce 2010).

� Výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů roste.

� Největší podíl zaujímá výroba elektřiny ve vodních elektrárnách a dále výroba elektřiny z biomasy (především spalováním rostlinných produktůlesního a zemědělského původu).

Vodn í elektrárny� Přírodní podmínky v ČR nejsou pro budování velkých

vodních elektráren ideální, proto je podíl na výroběelektrické energie poměrně nízký (necelá 4 % v roce 2010).

� Ve vodních elektrárnách se energie proudící vody (polohová, pohybová, tlaková) přeměňuje na pohybovou energii turbíny, která pohání generátor.

� Vodní elektrárny jsou akumulační (přehradní), průtokovénebo přečerpávací.

� Většina velkých akumulačníchvodních elektráren je na Vltavě(vltavská kaskáda). Největší jeelektrárna Orlík s výkonem4 x 91 MW.

Obr. 7 – elektrárna Orlík [3]

Vodn í elektrárny� Přečerpávací elektrárny využívají levnou přebytečnou

energii z velkých elektráren (především v noci) k přečerpánívody z dolní nádrže do horní. Tuto naakumulovanou vodu mohou v době energetické špičky opět využít k výroběelektrické energie.

� V přečerpávacích vodních elektrárnách se používá reverzníFrancisova turbína s přestavitelnými lopatkami, která při zpětném chodu funguje jako čerpadlo.

� Naše největší přečerpávací elektrárna Dlouhé Stráně(v Jeseníkách) má výkon 2 x 325 MW.

Obr. 8 – elektrárna Dlouhé Stráně [3] Obr. 9 – elektrárna Dlouhé Stráně [4]

Vodn í elektrárnyVýhody:� Energie vodních toků patří mezi obnovitelné zdroje - nelze ji

vyčerpat.� Vodní elektrárny mají nízké provozní náklady, neznečišťují

ovzduší.� Vyžadují minimální obsluhu a lze je ovládat na dálku.� Na plný výkon mohou najet za několik minut a lze je proto

využít k pokrytí okamžitých nároků na výrobu elektrickéenergie.

� Přehradní hráz dokáže zabránit i menším povodním.� Přehradní nádrže mohou sloužit i pro rekreační účely

nebo jako zdroje pitné či užitkové vody.

Nevýhody:� Značné investiční náklady na výstavby.� Nutnost zatopení velkého území při stavbě velké elektrárny.� Závislost na stabilním průtoku vody.� Přehradní hráze a jezy brání běžnému lodnímu provozu

na řece.� Přehradní hráze a vyšší jezy brání tahu ryb.

Solárn í elektrárny

� Sluneční energie patří mezi obnovitelné zdroje - je nevyčerpatelná.

� Množství energie, které dnes získáváme z celkové energie slunečního záření, je zanedbatelné.

� Sluneční energii je využívána na ohřev vody, vytápěnínebo výrobu elektřiny (fotovoltaika).

� Fotovoltaické články jsou polovodičové prvky (fotodiody), ve kterých při dopadu světla vzniká elektrické napětí.

� Pro efektivní výrobu elektřiny je důležitá dostatečnáintenzita a doba slunečního záření.

� Solární energie není k dispozici v noci a je velmi nespolehlivá za špatného počasí (mlha, déšť, sníh).

� Při výrobě elektrické energie fotovoltaický systém neznečišťuje životní prostředí.

Solárn í elektrárny� Instalace fotovoltaických systémů i výroba elektřiny

s využitím těchto systémů je drahá.

� Solární panely produkují stejnosměrný proud, který musíbýt převeden na proud střídavý.

� Solární kolektory lze instalovat také na rodinné domy.

� Největší solární elektrárnou v ČR je elektrárna Ralskos výkonem 38 MW.

Obr. 10 – solární elektrárna [5] Obr. 11 – solární elektrárna [6]

Větrn é elektrárny

� Větrná elektrárna využívá energii větru, která patřímezi obnovitelné zdroje energie.

� Pohybová energie větru se v turbíně mění na energii otáčivého pohybu a následně v generátoru na energii elektrickou.

� Je to ekologický zdroj energie, výroba nezatěžuje životní prostředí.

� Výstavba větrné elektrárny je rychlá, provoznínáklady jsou nízké.

� Výkon závisí na rychlosti větru (kolísavost výkonu).

� Větrné elektrárny narušují vzhled krajiny a jsou zdrojem nežádoucího hluku.

Větrn é elektrárny

� Vhodné lokality pro stavbu větrných elektráren u nás se nacházejí v horských pohraničních pásmech Krušných hor a Jeseníků, popř. v oblasti Českomoravské vrchoviny. Většina těchto území však patří mezi zákonem chráněnéoblasti.

� Největší farma větrných elektráren v ČR je v Kryštofových Hamrech v Krušných horách (Chomutov), kde je 21 turbín s celkovým výkonem 42 MW.

Obr. 12 – větrné elektrárny [7] Obr. 13 – větrné elektrárny [3]

Přenos elektrické energie

� V elektrárně vzniká v generátoru (alternátor) elektromagnetickou indukcí trojfázové střídavé napětí6 kV až 25 kV (podle typu generátoru) s frekvencí50 Hz. Toto napětí se pomocí transformátorů zvyšuje a dodává do elektrické rozvodné sítě.

� Pro rozvod elektrické energie se používají různéúrovně napětí (uvedené jsou efektivní hodnoty napětímezi fázovými vodiči):� zvlášť vysoké napětí (zvn) – 300 kV až 800 kV,� velmi vysoké napětí (vvn) – 52 kV až 300 kV,� vysoké napětí (vn) – 1 kV až 52 kV,� nízké napětí (nn) – 50 V až 1000 V.

� Přenosové elektrické vedení je z ocelohliníkových lan.

Přenos elektrické energie� Elektrická energie se přenáší na velké vzdálenosti

při zvn (400 kV) nebo vvn (220 kV), protože tepelnéztráty v elektrickém vedení jsou menší (vodičem prochází menší proud).

� Vedení 400 kV a 220 kV (a některá vedení 110 kV) tvoří přenosovou soustavu, která rozvádí elektrickou energii z velkých elektráren do celého území Českérepubliky a zároveň je součástí mezinárodního propojení Evropy.schéma přenosové soustavy

� Na přenosovou soustavu je napojena distribučnísoustava (tvořená vedením s napětím 110 kVa nižším), která elektrickou energii dále postupněrozvádí až ke konečným spotřebitelům.

� V distribuční soustavě se napětí opět pomocítransformátorů snižuje v oblastních rozvodnách na vn(22 kV) a v místních rozvodnách na nn 230 V/400 V.

Přenos elektrické energie

Obr. 17 – trafostanice [11]

Obr. 14 – vedení vvn [8] Obr. 15 – rozvodna [9]

Obr. 16 – transformátor [10]

Otázky a úkoly1) Jaké jsou hlavní typy elektráren v ČR?

2) Které zdroje energie patří mezi obnovitelné zdroje?

3) Jaké jsou výhody a nevýhody tepelných a jaderných elektráren.

4) Jaké jsou výhody a nevýhody vodních, solárních a větrných elektráren?

5) Zjisti na internetu:

a) kde se nachází nejbližší tepelná elektrárna a jaký je jejívýkon,

b) kde se nachází nejbližší vodní přehradní elektrárna a jaký je její výkon,

c) největší vodní elektrárny na Vltavě,

d) kde je největší vodní elektrárna na světě a jaký je jejívýkon,

e) kdy a kde byla u nás vybudována první vodní elektrárna,

f) ze kterých rozvoden je zásobováno elektrickou energii město Opava.

Zdroje fotografií:

[1] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Elektrarna_Prunerov_II_20070926.jpg

[2] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Power_Station_Dětmarovice_2010.jpeg

[3] http://www.cez.cz/cs/pro-media/ke-stazeni/fotogalerie/elektrarny.html

[4] http://www.penzionvanek.com/jeseniky-velke-losiny-lazne.htm

[5] http://smallsolarpanels.org/tag/solar-power-plants/

[6] http://www.wiemert-solartechnik.de/html/photovoltaik.html

[7] http://www.ngpowereu.com/news/Germany-overtaken-by-China-in-wind-power-market/

[8] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Power_Lines,_Prague_Zadní_Kopanina.jpg

[9] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oslavany,_Nádražní,_rozvodna_E.ON.jpg

[10] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Transformator_(ABB)_in_Umspannwerk_-_DSCF0998.JPG

[11] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Paseky,_Havírna,_trafo.jpg