STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ

ČINNOST

Obnovitelné zdroje energie

Petra Vyletělová

Třebíč 2012

1

STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ

ČINNOST Obor SOČ: 08 – Ochrana a tvorba životního prostředí

Obnovitelné zdroje energie Renewable resources of energy

Autor: Petra Vyletělová

Škola: Gymnázium Třebíč

Masarykovo nám. 9/116, Třebíč

674 01

Konzultant: RNDr. Alena Drbohlavová

Třebíč 2012

2

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem svou práci vypracovala samostatně pod dohledem vedoucího

seminární práce, všechny použité zdroje jsem řádně uvedla s přiloženém seznamu a

postup při zpracování a dalším nakládání s prací je v souladu se zákonem č. 121/2000

Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně zákonů

(autorský zákon) v platném znění.

V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . dne . . . . . . . . . . . . . . . . podpis: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

PODĚKOVÁNÍ

Chtěla bych poděkovat paní RNDr. Aleně Drbohlavové za vedení mé práce a panu

Mgr. Janu Drobílkovi za korekturu anglického textu. Déle pak informačnímu centru

Ministerstva životního prostředí, díky kterému jsem získala potřebné údaje.

4

ANOTACE

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.

Klí čová slova: obnovitelné zdroje energie; sluneční energie; vodní energie; větrná

energie; geotermální energie; biomasa; tepelná čerpadla

ANNOTATION

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.

Key words: renewable resources of energy; solar energy; water energy; wind energy;

geothermal energy; biomass; heat pumps

5

OBSAH 0 Úvod......................................................................................................................................6

1 Historie využívání energie a její neobnovitelné zdroje.........................................................7

2 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 ................................................................12

3 Sluneční energie..................................................................................................................14

3.1 Využití sluneční energie ...............................................................................................14

3.2 Sluneční energie v ČR ..................................................................................................18

4 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 ......................................................................................................22

5 Větrná energie.....................................................................................................................24

5.1 Větrné elektrárny a jejich princip .................................................................................24

5.2 Větrná energie v ČR......................................................................................................25

6 Geotermální energie............................................................................................................27

6.1 Geotermální energie v ČR ............................................................................................29

7 Energie biomasy..................................................................................................................30

7.1 Biomasa a její rozdělení................................................................................................30

7.2 Zpracování biomasy......................................................................................................31

7.3 Energie biomasy v ČR ..................................................................................................32

8 Tepelná čerpadla .................................................................................................................35

8.1 Tepelná čerpadla a jejich princip ..................................................................................35

9 Závěr ...................................................................................................................................37

10 Poznámky............................................................................................................................38

11 Použité zdroje a literatura ...................................................................................................39

6

0 ÚVOD Světová populace roste a s tím se zvyšují nároky na dostupnost a dostatek energie

pro všechny. Doposud se využívá především energie z neobnovitelných zdrojů. Háček

je v tom, že její získávání má i negativní stránky, hlavní je nepříznivý dopad nejen na

životní prostředí, ale i na celou Zemi. Navíc jsou tyto energetické zdroje vyčerpatelné

a proto se pozornost obrací k obnovitelným zdrojům energie. I když se otázka těchto

energetických zdrojů stává čím dál více aktuální, jejich potenciál ještě stále není zdaleka

využit.

Cílem mé seminární práce je nastínit historii získávání a spotřebovávání energie i co

se týče jejích neobnovitelných zdrojů a především se zaměřit na alternativní nebo-li

obnovitelné zdroje energie. Chtěla bych charakterizovat každý z těchto zdrojů, uvést co

možná nejaktuálnější data a stručně se zmínit i o situaci v České republice.

7

1 HISTORIE VYUŽÍVÁNÍ ENERGIE A JEJÍ NEOBNOVITELNÉ ZDROJE

Využívání energie má dlouhou historii. Kromě svalové síly tažných zvířat

a palivového dřeva se až do začátku 20. století intenzivně využívalo obnovitelných

zdrojů energie. V 17. a 18. století se v Evropě využívalo až 600 000 vodních mlýnů

a 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 začala

průmyslová revoluce. Před průmyslovou revolucí se v Anglii vytěžilo asi 200 000 tun

uhlí, v 50. letech 20. století se vytěžilo již 64 milionů tun. Koncem 20. století stoupla

jeho těžba v celosvětovém měřítku na 4 miliardy tun. Hlavními těžebními zeměmi jsou

Čína a USA.

Ropná ložiska byla odkryta podstatně později než ložiska černého uhlí. Ropa

neměla dlouho žádné praktické použití. Časem se začala aplikovat jako léčivá mast

a olej ke svícení. Průlom v jejím využívání nastal ke konci 19. století s vynálezem

spalovacího motoru. Ve 20. století stoupla její těžba velmi intenzivně, v 70. letech

vystoupila na více než 3000 mil. tun. Ropa je dnes nejdůležitějším palivem.

Zemní plyn je považován za nejčistší z fosilních nosičů energie, protože jeho

spalováním vzniká méně škodlivých zplodin (např. oxidu uhličitého) ve srovnání

s 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 minulého

století.

Od druhé světové války se začalo využívat atomové energie. V roce 1938

se podařilo rozštěpit jádro atomu uranu, 1945 byly svrženy atomové bomby

na Hirošimu a Nagasaki, 1951 se podařilo získat první energii z jaderného reaktoru,

1986 došlo k závažné havárii reaktoru v Černobylu na Ukrajině, to jsou jen

nejvýznamnější data týkající se jaderné energetiky. Podíl jaderné energie

na 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 se

i s určitými problémy, například: výnosné zásoby uranu jsou omezené, cena uranu

v posledních letech prudce stoupla, vedlejším produktem je radioaktivní odpad a další.

Budoucnost jaderné energetiky může zachránit lepší využívání dostupných zásob uranu,

8

další přepracování použitého jaderného paliva (jak se tomu děje např. ve Francii) nebo

termojaderná fúze, která je předmětem intenzivního výzkumu.

9

2 OBNOVITELNÉ ZDROJE ENERGIE

2.1 DEFINICE Definice obnovitelného zdroje energie (OZE) je v české legislativě uvedena

v zákoně

č. 180/2005 Sb. o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie a o změně

některých zákonů (zákon o podpoře a využívání obnovitelných zdrojů): „Obnovitelnými

zdroji se rozumí obnovitelné nefosilní přírodní zdroje energie, jimiž jsou energie větru,

energie slunečního záření, geotermální energie, energie vody, energie půdy, energie

vzduchu, energie biomasy, energie skládkového plynu, energie kalového plynu

a energie bioplynu.“

2.2 ENERGETICKÉ PROBLÉMY Prapůvodním zdrojem téměř veškeré energie na Zemi je Slunce. Po miliony let

dodávalo energii rostlinám, které pak zuhelnatěly a daly vzniknout fosilním palivům.

Dalším původním zdrojem energie jsou radioaktivní prvky, které se k nám dostaly

při výbuchu pradávné supernovy v době vzniku naší planety. Obě tyto „konzervy“

sluneční energie jsou bohužel vyčerpatelné, a tak musíme hledat alternativní zdroje

energie, 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 toto

množství nesníží, budou v průběhu 21. století jejich ložiska vytěžena. Vydělíme-li

10

známé a skutečně využitelné zásoby současnou těžbou, dostaneme v sloupcovém

diagramu 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 výrobě

a spotřebě energie z těchto zdrojů vstupují na scénu další potíže, na které nesmíme

zapomenout, například problémy ekonomické (rostoucí cena ropy) nebo

environmentální (produkce CO2 a dalších skleníkových plynů a následné globální

oteplování).

Svět se otázkou energetické politiky začal zabývat po první ropné krizi v 70. letech

a výsledkem bylo vytvoření širokého úsporného energetického programu. V 80. letech

se 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 závislosti

na dovozu energií a environmentální problematiku. Důsledkem je snaha o maximální

využití obnovitelných zdrojů. Souhlas s touto politikou potvrzuje průzkum provedený

statistickým úřadem Evropské unie Eurostat, ve kterém 90% občanů členských zemí EU

považuje za jeden z hlavních úkolů svých vlád zvyšování podílu obnovitelných zdrojů

energie na bilanci spotřeby energie.

Evropská unie si v roce 2007 stanovila zvýšit podíl energie z OZE do roku 2020

na 20 %. Podmínky se ale různí pro každou členskou zemi. Zatímco Švédsko má zvýšit

svůj podíl ze 40 % na 49 %, ČR má v roce 2020 vyrábět z OZE 13 % energie.

11

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 obnovitelných

zdrojů. Ležíme na „střeše Evropy“ a z tohoto důvodu nemáme významný

hydroenergetický potenciál, sluneční svit u nás nedosahuje parametrů jako v jižních

zemích a ani větrné podmínky nejsou nejlepší. Z toho logicky vyplývá, že největší podíl

na vyrobené elektřině u nás nemají OZE, ale uhlí (46 951 GWh) a za ním jaderná

energie (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

12

Tab. 2.1 - Hrubá výroba elektřiny z OZE v roce 2010 [8]

Hrubá výroba elektřiny (MWh)

Podíl na hrubé domácí spotřebě

(%)

Podíl na hrubé výrobě elektřiny

(%) Vodní elektrárny 2 789 474,0 3,93 3,25 Biomasa celkem 1 492 238,6 2,10 1,74 Bioplyn celkem 634 662,0 0,89 0,74 TKO-BRKO/1 35 586,0 0,05 0,04 Větrné elektrárny (nad 100 kW) 335 493,0 0,47 0,39 Fotovoltaické elektrárny 615 702,0 0,87 0,72 Celkem 5 903 155,6 8,32 6,87

Obr. 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 většiny

kategorií OZE je jasná zvyšující se tendence. Nejvíce elektřiny z OZE bylo v roce 2010

vyrobeno ve vodních elektrárnách. Nejvyššího procentuálního nárůstu dosáhla

fotovoltaika, a to 692 % (viz. kapitola Sluneční energie).

2.5 DRUHY OBNOVITELNÝCH ZDROJ Ů A JEJICH VYUŽITÍ

V roce 2006 pocházelo asi 18 % celosvětově vyprodukované energie

z obnovitelných zdrojů. Většina z toho pochází z biomasy (13 %), především z pálení

dřeva. Druhým nejvýznamnějším zdrojem byla vodní energie (3 %). Geotermální

energie, 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 geotermální

energie, energie přílivu a odlivu, která je vyvolána přitažlivostí měsíce a ostatních

planet.

13

Obr. 2.6 - Zdroje a možnosti využívání obnovitelných energií [2]

Všechny OZE energeticky několikanásobně převyšují potencionál fosilního

a nukleárního paliva, což je možné vidět na následujícím obrázku.

Obr. 2.7 - Porovnání roční obnovitelné nabídky zdrojů energií a celosvětové primární spotřeby energie s úhrnem celého množství konvenčních nosičů energie [2]

14

3 SLUNEČNÍ ENERGIE Nejdůležitějším dodavatelem energie pro Zemi je Slunce. Celkový instalovaný

výkon slunečních elektráren na světě byl v roce 2010 přes 30 000 MW, což je pouze

0,01 % celkové produkce elektrické energie.

30 % dopadajícího slunečního záření se odrazí od atmosféry. Během pronikání

atmosférou je záření pohlceno, rozptýleno a tím zmenšeno o dalších 20 %. Zbytek

cca 50 % dorazí k zemskému povrchu a je složeno z přímého záření a částečně i

z rozptýleného.

3.1 VYUŽITÍ SLUNE ČNÍ ENERGIE

Sluneční energie se dá využít dvěma způsoby. Prvním je pasivní využití, které bývá

realizováno jako tzv. solární architektura. Druhým je využití aktivní , které můžeme

dále rozdělit podle způsobu získávání elektřiny ze sluneční energie na přímou

a nepřímou přeměnu.

Přímá přeměna probíhá ve fotovoltaických kolektorech (článcích), které přeměňují

energii dopadajícího světla (elektromagnetického záření) na elektrickou energii.

Fotovoltaický článek je v podstatě polovodičová dioda. Jeho základem je tenká

křemíková 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 vnitřní

fotoelektrický jev a v polovodiči se z krystalové mřížky začnou uvolňovat elektrony.

Na přechodu P-N se vytvoří elektrické napětí, které dosahuje u křemíkových článků

velikosti zhruba 0,5 V. Připojíme-li k článku pomocí vodičů spotřebič, začnou se náboje

vyrovnávat a obvodem začne procházet elektrický proud.

Obr. 3.1 - Struktura a fungování fotovoltaického článku [2]

15

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 fotovoltaické

panely o výkonech od 10 W do 300 W. Nevýhodou je vyšší cena, závislost na denním

a ročním období, nutnost průběžného čištění povrchů panelů. Výhodou je to, že články

mohou 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 na

rozvodnou síť) nebo síťové, které v době přebytku vlastního výkonu mohou elektrickou

energii 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. Termoelektrický

článek je zařízení ze dvou různých vodičů, které jsou na konci spojené. Využívá

termoelektrického jevu (Seebeckův jev), během kterého vzniká elektrické napětí

způsobené různou teplotou kovů nebo polovodičů. Jsou-li spojeny dva vodiče z různých

kovů do uzavřeného obvodu a mají-li spoje různou teplotu T1 a T2, protéká obvodem

elektrický proud. Je to způsobeno tím, že na styčné ploše obou kovů dochází

k vzájemnému pronikání elektronů. Množství elektronů je závislé na výstupní práci.

Kov s menší výstupní prací předá druhému kovu více elektronů než jich sám přijme

a 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 obou

plynů 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

16

době používá například jako pohon pro některé moderní automobily, které jsou

ohleduplné k životnímu prostředí.

V slunečních tepelných elektrárnách (koncentračních solárních) se soustřeďují

sluneční paprsky velkými pohyblivými zrcadly (heliostaty) na zásobník (absorbér).

Ve výměníku se získává horná pára, která pohání turbínu, ta pohání generátor a ten

vyrábí elektrický proud. Existují např. parabolické žlabové elektrárny (na obrázku první

zleva), solární věžové elektrárny (vpravo) a další. Obrázky těchto typů elektráren

viz příloha 1 a 2.

Obr. 3.3 - Zrcadla s jednoosou orientací pro liniové koncentrátory (dva obrázky nahoře), zrcadla s dvojosou orientací pro bodové koncentrátory (dva obrázky dole) [2]

Sluneční energie jde dále využít např. termickými kolektory, které slouží především

k ohřevu vody a přitápění.

17

Obr. 3.4 - Nucený solární termický systém pro ohřev pitné vody. Zdroj: http://www.factorsolar.cz

Obr. 3.5 – Solární topný systém k ohřevu teplé užitkové vody a pro podporu vytápění [2]

Obr. 3.6 - Využití sluneční energie [6]

18

3.2 SLUNEČNÍ ENERGIE V ČR

Vyrobená energie za rok 2010 (fotovoltaiky): 615,7 GWh

Podíl na hrubé výrobě/spotřebě elektřiny: 0,72 % / 0,87 %

Celková doba slunečního svitu v našich podmínkách: 1400-1700 h/rok

Instalovaný výkon: 1 959,1 MW

Od roku 2000 zaváděl stát nástroje na podporu fotovoltaiky (podpora

demonstračních projektů, vývoje a výzkumu. Podpora vyvrcholila v roce 2010,

což zapříčinilo obrovský nárůst výstavby fotovoltaických zařízení. Na konci roku 2009

byl instalovaný výkon fotovoltaických elektráren zhruba 465 MWh, na konci roku 2010

to bylo už cca 1959 MWh. Hlavním důvodem bylo snížení cen solárních technologií

až o 40 % a posílení české měny, což spolu s vyšší podporou státu vedlo ke snížení

návratnosti investic z 15 let na 8 let. Stát musel v průběhu roku 2010 podporu omezit,

aby nestabilní fotovoltaiky nerozkolísaly elektrizační soustavu a nedošlo k prudkému

nárůstu cen elektřiny. Přesto se Česká republika stala koncem roku 2010 třetím

největším provozovatelem fotovoltaických elektráren na světě.

Tab. 3.1 - Hrubá výroba elektřiny a instalovaný výkon fotovoltaických elektráren [8]

Obr. 3.5 - Vývoj hrubé výroby elektřiny ve fotovoltaických elektrárnách [8]

Rok Hrubá výroba elektřiny (MWh)

Instalovaný 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 1 959,1

19

4 VODNÍ ENERGIE Vodní energie byla lidstvem využívána již dávno. Zprvu v podobě vodních kol

na pohon mlýnů a pil, později pomocí vodní turbíny pro výrobu elektřiny. V době

rozkvětu využívání vodní energie, v 18. století, bylo v Evropě asi 500 000 až 600 000

vodních mlýnů.

71 % povrchu naší planet zabírá voda. Slunce umožňuje, že 98 % vody na Zemi je

v tekutém stavu. Na Zemi je 1,4 miliardy km3 vody, z toho je 97,4 % slaná voda moří

a 2,6 % voda sladká, která je ze ¾ vázaná v polárním ledu a ledovcích. Zbytek tvoří

voda podzemní a pouze 0,02 % vody je v řekách a jezerech. Na Zemi probíhá koloběh

vody, který spotřebuje zhruba 22 % celkové sluneční energie dopadající za povrch.

Vodní energie je technicky využitelná potencionální, kinetická nebo tepelná energie

veškerého vodstva na Zemi. Po biomase je to druhý nejvyužívanější obnovitelný zdroj

energie. Nejvíce se dnes využívá přeměny ve vodních elektrárnách na elektrickou

energii.

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 tvoří

tzv. turbogenerátor). Voda roztáčí turbínu a ta pohání generátor vyrábějící elektrický

proud. Mechanická energie vody se mění na energii elektrickou.

4.2 ENERGIE ŘEK

Vodní elektrárny můžeme rozdělit na průtočné, které využívají přirozený průtok

a 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]

20

Další jsou akumulační vodní elektrárny s přehradní hrází, které akumulují vodu

pro výrobu energie. Často se jich využívá jako nádrží pitné vody a k regulaci stavu vody

na 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 dokončení

výkon (MW)

délka hráze (m)

výška hráze (m)

Tři soutěsky Čína Jang-c‘-ťiang 2009 18 200 2 310 180 Itaipú Brazílie,

Paraguay Paraná 1983 14 000 7 760 196

Guri Venezuela Rio Caroni 1986 10 300 1 300 162 Tucuiruí Brazílie Rio Tocantins 1984 7 960 6 900 78 Grand Coulee

USA Columbia River 1942 6 495 1 592 168

Přečerpávací vodní elektrárny pracují na principu dvou výškově různě položených

vodních nádrží. Pro jejich činnost je nutný přirozený přítok, jímž řeka vyúsťuje do

hodní nádrže. Jestli-že nemají přirozený přítok, jde o tzv. čistě přečerpávací přehrady.

Nádrže jsou spojené tlakovým potrubím. Na dolním konci potrubí je umístěna turbína

s elektrickým generátorem. Ta vyrábí elektřinu pro elektrizační soustavu v době potřeby

energie. V době nízké spotřeby (například v noci) se využívá přebytku energie (a její

nižší ceny) a voda se přečerpává do horní nádrže. Generátor tak funguje jako

elektromotor a turbína jako čerpadlo. Velké přečerpávací vodní elektrárny svým

pružným pokrýváním spotřeby zvyšují efektivnost elektrizační soustavy. Obrázek

přečerpávací vodní elektrárny Dlouhé Stráně viz příloha 5.

Obr. 4.2 - Princip přečerpávací vodní elektrárny [2]

21

4.3 ENERGIE MOŘÍ A OCEÁNŮ

Ve světových oceánech je soustředěno 96,5 % veškeré vody planety Země. Hmota

moří 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 moří

a oceánů: využití energie přílivu, energie vlnění a využití termického potencionálu

oceánů a moří.

Přílivové elektrárny. Příliv a odliv vznikají vzájemným působením gravitačních sil

Měsíce, Slunce a Země. Vodní masy oceánu sledují tuto přitažlivost a tím vzniká

výškový rozdíl na otevřeném moři o něco větší než 1 m. Změna mořské hladiny při

přílivu může dosáhnout i více než 10 metrů, toho lze technicky využít pro výrobu

elektrické energie. V oblastech, kde se vyskytují vysoké přílivové vlny nebo kde ústí

řeka, se budují v zálivech či v ústích řek přehradní hráze. Při přílivu proudí voda

na turbínu jedním směrem a při odlivu opačným. Elektrárny, které jsou vybudovány

v ústí řeky fungují obdobně. Nevýhodou je, že tato elektrárna neposkytuje kontinuální

výkon 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 není

mnoho/2. Proto je v současné době je těchto elektráren velmi málo, největší je

ve Francii (spuštěna 1967) o výkonu 240 MW. Schéma jedné z přílivových elektráren

viz příloha 6.

Vlnové elektrárny. Nejdůležitějším pohybem je vlnění způsobené větrem,

slapovým působením Měsíce a Slunce, vtokem velkých řek do oceánů, atd. Odhaduje

se, že energie, kterou vyvinou vlny ve všech světových oceánech, dosahuje

až 350 miliard MJ. Do vývoje vlnových elektráren se v posledních letech vkládaly velké

naděje. Tato energie se dá využít především v mělkých pobřežních vodách. Podle typy

fungování můžeme vlnové elektrárny rozdělit na: systém s plováky, komorový systém,

zařízení „TapChan“/3. Ačkoli se v posledních desetiletí postavilo mnoho prototypů

vlnových elektráren, nenašly tyto aplikace širší využití. Hlavním problémem jsou

odlišné a proměnlivé podmínky na moři (např. bouře).

22

Obr. 4.3 - Princip vlnové elektrárny. Vlevo: plovákový systém, vpravo: komorový systém [2]

Elektrárny poháněné mořskými proudy. Tyto elektrárny mají podobnou

konstrukci 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 elektrárnám

mohou tyto elektrárny poskytovat vyšší výkony při výrazně nižších rychlostech

proudění. 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 místech

silného příboje se nevyskytují odběratelé vyrobené elektřiny.

4.4 VODNÍ ENERGIE V ČR

Vyrobená 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 výroby

elektrické energie ve vodních elektrárnách na celkové výrobě v ČR pouhá 4 %, přes to

má u nás právě tato energie největší zastoupení mezi obnovitelnými zdroji.

Významným úkolem vodních elektráren v ČR je pracovat jako doplňkové zdroje

hlavních 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 ročním

období.

23

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]

Obr. 4.5 - Vývoj hrubé výroby elektrické energie z vodních elektráren [8]

Rok Hrubá výroba elektřiny (MWh)

Instalovaný 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 1049,6

24

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 rozvíjející

odvětví energetiky.

Větrnou energii používá lidstvo od pradávna. Vítr poháněl plachetnice, větrné

mlýny, vodní čerpadla. S větrnými motory se setkáváme už ve starověké Číně.

K rozvoji větrných elektráren dochází od konce 20. století. Celkově bylo ke konci roku

2010 ve větrných elektrárnách instalování více než 194 000 MW.

Za vznik větru může Slunce. Země se totiž neohřívá rovnoměrně, proto

nad povrchem vznikají vrstvy vzduchu s různou teplotou a hustotou. Výsledkem je

pohyb 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 větru

na rotační energii mechanickou, která je poté zdrojem elektrické energie. Listy rotoru

mají podobný profil jako křídlo letadla.

Malé větrné elektrárny s výkonem do cca 10kW vyrábí stejnosměrný proud pomocí

synchronního generátoru. U elektráren s vyššími výkony je generátor asynchronní, který

vyrábí střídavý elektrický proud a tento je dodáván do sítě vysokého nebo velmi

vysokého napětí.

Obr. 5.1 – Konstrukce a komponenty větrné elektrárny [2]

25

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 dá

využít pouze, když vítr fouká správnou rychlostí. Když fouká málo, neroztočí vrtuli,

když fouká hodně, musí se elektrárna zastavit, aby se neponičily lopatky. Ideální je

rychlost větru mezi 3 m/s a 26 m/s.

Zastavování ploch a rušivému hluku se dá vyhnout tak, že se větrné elektrárny

postaví přímo v moři. Jde o mořské větrné parky, tzv. Offshore Wind Parks. Aby se

dosáhlo co nejekonomičtějšího provozu, měla by se tato zařízení budovat v nevelké

vzdálenosti od pobřeží. Obrázek jednoho takového parku viz příloha 8.

Při zisku energie z větru se využívá pouze část jeho kinetické energie. Odebráním

energie se vítr zpomaluje. Kdybychom odebrali veškerou energii, proudění větru by se

zastavilo. Největší výkon lze získat, pokud se vítr zbrzdí na třetinu, pak lze získat

až 59,3 % využitelného výkonu. Vlivem ztrát se účinnost snižuje, a tak v nejlepším

případě mohou větrné elektrárny dosáhnout 45 % účinnosti.

5.2 VĚTRNÁ ENERGIE V ČR

Vyrobená energie za rok 2010: 335,5 GWh

Podíl 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 našeho

státu. 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. Celkem

bylo na území dnešní ČR evidováno 879 větrných mlýnů. Novodobé větrné elektrárny

se začaly vyrábět na konci 80. let minulého století. Jejich rozkvět proběhl v letech

1990-1995, další oživení přišlo na začátku nového tisíciletí.

Proměnlivost větru způsobuje, že větrné elektrárny jsou v podmínkách ČR schopné

dosáhnout instalovaného výkonu pouze po 10-20 % roční doby. V České republice jsou

vhodné podmínky v minimální nadmořské výšce 500 m n. m., zejména pak pohraniční

pohoří 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 omezení

připojování nových zdrojů do distribuční sítě.

26

Tab. 5.1 - Hrubá výroba elektřiny a instalovaný výkon větrných elektráren [8]

Obr. 5.1 - Růst instalovaného výkonu větrných elektráren [8]

Rok Hrubá výroba elektřiny (MW h)

Instalovaný výkon (MW)

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

27

6 GEOTERMÁLNÍ ENERGIE Geotermální energie je přirozený projev tepelné energie zemského jádra, která

vzniká rozpadem radioaktivních látek a působením slapových sil/5. Jejími projevy jsou

erupce sopek a gejzírů, horké prameny či parní výrony. Geotermální elektrárny

využívají k výrobě elektřiny tepelnou energii z nitra Země/6. Staví se zejména

ve vulkanicky aktivních oblastech.

Zásoby geotermální energie jsou především v horké páře, termální horké vodě nebo

teplé suché hornině, tzv. Hot Dry Rock (HDR). Tyto zdroje lze využít v geotermálních

teplárnách a elektrárnách, speciálním případem jsou geotermální HDR elektrárny.

Geotermální teplárny jsou vybaveny dopravním čerpadlem, které z hloubkového

vrtu dopravuje horkou vodu na povrch. Protože má termální voda většinou velký obsah

minerálních solí a vykazuje i přítomnost určitých radioaktivních příměsí, není sama

přímo teplonosným médiem. Tepelný výměník odebírá termální vodě tepelnou energii

a předává ji do sítě dálkového tepelného vytápění. Ochlazená termální voda se dalším

vrtem vede zpět do země. Pro účely získání tepla pro ústřední vytápění stačí poměrně

nízké teploty pod 100 °C. Proto nejsou potřeba velké hloubky vrtů.

Dnes se využívají tři druhy geotermálních elektráren – na suchou páru, na mokrou

páru a horkovodní (binární). Systém suché páry používá přímo přehřátou páru

ze zemských vrtů na pohon turbíny. Po ochlazení a zkondenzování se vrací sousedními

vrty zpět do země. Tento postup je použitelný pouze, pokud je dostupný zdroj o vysoké

teplotě. Systém mokré páry se využívá tam, kde podzemní voda dosahuje vysoké

teploty, ale díky vysokému tlaku se nepřeměnila v páru. Voda je vedená do odtlakovací

nádrže, kde se po rychlém snížení tlaku část vody změní v páru, která se vede

na turbínu. Horkovodní (binární) systém používá vodu s poměrně nízkou teplotou

i tlakem. Tato voda předá ve výměníku své teplo organické kapalině s nižším bodem

varu, a teprve její pára pak pohání turbínu. Jako organická kapalina se využívá propan

nebo isobutan, které jsou explozivní nebo freony, které narušují ozónovou vrstvu. Tento

systém je proto zatím ve vývoji. Vzhledem k tomu, že geotermální elektrárny mají

poměrně nízkou účinnost (při teplotách kolem 100 °C je to kolem 10 %), dává se

přednost tepelnému využití geotermální energie.

Geotermální HDR elektrárny využívají vrtů do 5000 m, kde je i v geotermálně

horších regionech teplota v řádu 200 °C, proto se při jejich využití dosahuje přijatelné

účinnosti. K pohonu se využívá teplonosné médium (obvykle voda), které se pod tlakem

28

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 buď

k 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 chlazení

individuálních domků. Jedná se o využití zemního tepla (či v létě chladna), které se

nachází v hloubce 2-3 m a zůstává stabilní během roku. Více v kapitole Tepelná

čerpadla.

První geotermální elektrárna byla otevřena v Itálii už v roce 1904. Celkový

instalovaný výkon geotermálních elektráren na světě se odhaduje na 8000 MW. Podíl

těchto elektráren v rámci celé Evropy je minimální, v některých lokalitách je ale jeho

význam značný. Mezi takové oblasti patří Island, kde z geotermálních zdrojů pochází

většina elektrické energie a kde jsou tyto zdroje využívány i k vytápění domů, ohřevu

vody atd. Dále je tento zdroj významně využíván v Itálii v oblastech s aktivní sopečnou

činností, 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 místech

zemského povrchu a výstavba geotermální elektrárny je zhruba pětkrát dražší než stavba

jaderné elektrárny.

29

6.1 GEOTERMÁLNÍ ENERGIE V ČR

V České republice jsou v dostupných hloubkách pouze zdroje geotermální vody

o 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 vytápění

rodinných domů a budov. K tomu dostačují vrty do 2000 m. Geotermální energie se

dále využívá v lázních, kde se horké prameny používají k léčení. Využívají ji i některá

města, například Ústí nad Labem s ní vytápí bazén a zoologickou zahradu. Na Děčínsku

se 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 je

jich několik na Liberecku (plánovaný výkon 5 MW) a v Litoměřicích/7.

30

7 ENERGIE BIOMASY Energie biomasy se využívá již od objevení ohně a tím se stává nejdéle používaným

zdrojem energie. Až do 18. století byla tato energie nejdůležitějším ze všech

energetických zdrojů. Ale s rostoucím uplatňováním fosilních zdrojů v průmyslově

vyspělých zemích se stala téměř bezvýznamnou, avšak i dnes jsou země, které pokrývají

více než 90 % primární spotřeby energie tradiční biomasou. Teprve začátkem 21. století

se začala využívat i ve vyspělejších zemích, především kvůli rostoucím cenám ropy.

Člověk v současné době využívá pouze 4 % nově vzniklé biomasy. 2 % se

spotřebují při výrobě potravin a krmiv, 1 % končí jako papír nebo vláknitá hmota

vzniklá zpracováním dřeva a poslední 1 % se energeticky využívá - většinou ve formě

palivového dřeva. Tato energie pokryje asi desetinu celosvětové spotřeby primární

energie/8.

7.1 BIOMASA A JEJÍ ROZD ĚLENÍ

Co to vlastně biomasa je? Tento pojem označuje organickou hmotu, která zahrnuje

živé i odumřelé organismy a vedlejší organické produkty nebo organické odpady.

Pro biomasu je zásadní sluneční energie a voda. Rostliny přeměňují přirozenými

chemickými 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 přeměny

energie v rostlinách se pohybuje kolem 0,14 %/9. Největší účinnosti (2-5 %) dosahují

tzv. C4-rostliny, které rychle fotosyntetizují, a tak efektivně využívají sluneční energii.

Patří mezi ně např. proso, kukuřice, cukrová třtina a čínský rákos. Mezi další

energetické plodiny patří například šťovík krmný, rychle rostoucí topoly, vrby, olše

nebo platany. Právě šťovík je z těchto rostlin bylinného charakteru zatím

nejperspektivnější plodinou.

Při využívání biomasy rozlišujeme mezi využitím odpadu a zbytků ze zemědělství

a lesního hospodářství a cílevědomým pěstováním energetických plodin.

31

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 se

provádí ve spalovacích zařízeních nebo elektrárnách. Pokud ke spalování dochází

za přístupu vzduchu jde o hoření. Před vstupem do vlastního energetického zařízení

musí být biomasa upravována. V případě pevné formy biomasy se jedná obvykle

o sušení a rozměrové úpravy (sekání, drcení, lisování, …). Někdy je pevná biomasa

zplyňována v generátorech, kde se zahříváním paliva bez přístupu vzduchu uvolňuje

dřevoplyn, který se spaluje podobně jako ostatní plynná paliva. Dalším způsobem je

zpracování na kvalitnější paliva tzv. fytopaliva (pelety, brikety, bioplyn, bionafta, …).

Bioplyn vzniká při rozkladu organických látek (hnůj, zelené rostliny, kal

z čističek, …) v uzavřených nádržích bez přístupu kyslíku. V těchto zařízeních se

biomasa zahřívá, aby vzniklo prostředí vhodné pro bakterie.

Podstatným parametrem efektivního energetického využití biomasy je výhřevnost

dřeva a dalších rostlinných paliv. Ta kolísá nejen podle druhu dřeva či rostliny,

ale navíc i s vlhkostí, na kterou jsou tato paliva citlivější. Průměrná výhřevnost

dokonale suché biomasy je 18,6 MJ/kg, v praxi se ale pohybuje okolo 10 MJ/kg

až 15 MJ/kg /10.

Výhodou spalování biomasy je, že nezatěžuje životní prostředí nadměrnou produkcí

oxidu uhličitého. Při spalování dojde k produkci stejného množství tohoto plynu,

které rostlina spotřebuje při svém růstu/11 a popel vzniklý spalováním lze využít jako

kvalitní hnojivo. Navíc je při pěstování energetických plodin možné využívat půdu,

32

která se nehodí k potravinářské výrobě. Nevýhodou je nižší výhřevnost, kvůli vyššímu

obsahu 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 tuhý

komunální 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 pro

výrobu 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 pouze

v určité vzdálenosti od uvažovaného využití. V roce 2010 bylo k výrobě elektřiny

celkem použito 1 253 tisíc tun biomasy, což je o 200 tisíc tun více než v předcházejícím

roce.

Obr. 7.2 - Podíl jednotlivých druhů biomasy na hrubé výrobě elektřiny z OZE v roce 2010 [8]

33

Tab. 7.1 – Vývoj hrubé výroby elektřiny z biomasy [8]

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 2009

zaznamenaly vysoký nárůst výroby.

Rok Hrubá výroba elektřiny (MWh)

Dodávka do 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

34

Tab. 7.2 - Vývoj hrubé výroby elektřiny, instalovaného výkonu a dodávky elektřiny vyrobené z bioplynu

do sítě[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 obsahuje

50-65 % biologicky rozložitelných složek, které se rovněž považují za obnovitelný zdroj

energie. ČR ve srovnání s jinými zeměmi využívá komunální odpady k výrobě energie

pouze minimálně. Většina těchto odpadů je skládkována.

Rok Hrubá výroba elektřiny (MWh)

Dodávka do sítě (MWh)

Instalovaný 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

35

8 TEPELNÁ ČERPADLA V okolním prostředí je obsaženo velké množství tepla, avšak jeho nízká teplotní

hladina neumožňuje přímé energetické využití, jde o tzv. nízkopotencionální teplo.

Jeho zdrojem je látka s nízkou teplotní hladinou tzv. nízkopotencionální zdroj. Může

jím být vzduch, půda nebo podzemní voda (podpovrchová nebo z vrtů). Toto teplo

můžeme 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 nízkopotencionálním

zdrojům ve vnějším prostředí a využívat ho k vytápění nebo k ohřevu vody/12.

Činnost tepelného čerpadla využívá fyzikální jevy spojené se změnou skupenství

pracovní látky – chladiva, která cirkuluje v uzavřeném chladícím okruhu. Ve výparníku

tepelného čerpadla chladivo při nízkém tlaku a teplotě odnímá teplo zdroji

nízkopotencionálního tepla a vypaří se. Páry chladiva jsou stlačeny, zahřívají se

a v kondenzátoru předají kondenzační teplo ohřívané látce. Tím se ochlazují

36

a zkapalňují. Celý oběh je uzavřen obvodem chladiva do výparníku přes expanzní

ventil, který snižuje tlak kapalného chladiva.

Tepelná čerpadla můžeme dělit na kompresorová (nejběžnější), absorpční

a adsorpční. Typ tepelného čerpadla se určuje podle druhu ochlazované a ohřívané

látky.

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 vzdušných

tepelným zdrojem (teplovzdušná). Poslední zmíněné mají výhodu v tom, že lze často

využít možnost reverzního chodu – v zimě topí, v létě vnitřní vzduch ochlazují.

37

9 ZÁVĚR Obnovitelné zdroje energie jsou velmi rozsáhlou částí energetiky, kterou je těžké

stručně 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 nejsou

nikde výše zmíněny. Není to tím, že by byly méně důležité, naopak nás mohou jednou

překvapit a hrát ve výrobě tzv. zelené energie klíčovou roli. Ale prozatím tvoří pouze

minimální podíl na vyrobené energii.

Nakonec bych chtěla dodat, že i s obnovitelnými zdroji energie se musí jednat

rozumně. Nejde zastavit celou zemi větrnými nebo slunečními elektrárnami, pokácet

lesy do elektráren či tepláren spalujících biomasu nebo jen tak zaplavit malebné údolí

řeky a zbudovat vodní nádrž. Proto snad jednou dokážeme inteligentně a efektivně

využít energii ze Slunce bez toho, abychom si ničili životní prostředí.

38

10 POZNÁMKY 1 TKO-BRKO = tuhé komunální odpady - biologicky rozložitelné komunální odpady

2 místa vhodná pro výstavbu těchto elektráren jsou často vzdálená od míst spotřeby

energie

3 „TapChan“ vzniklo z anglického Tapered Channel. Více o tomto zařízení se můžete

dozvědět na internetových stránkách: http://taperedchannelwaveenergy.weebly.com

4 vyhovují oblasti, kde jsou vysoké rychlosti proudění, mírné hloubky a nachází se mimo

trasy lodní dopravy

5 Slapové síly jsou důsledkem gravitačního působení Měsíce na Zemi

6 Na některých místech je teplotní spád více než 55°C na 1 km hloubky

7 Geotermální elektrárna v Litoměřicích by měla začít fungovat do čtyř let (tedy do

roku 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 lidmi

provedenou přeměnou

9 zahrnuty jsou i pouště a oceány

10 pro srovnání, průměrná výhřevnost černého uhlí je 24 – 29 MJ/kg

11 ke znečištění ovzduší přispívají oxidy dusíku, které vznikají při každém spalování za

přítomnosti atmosférického vzduchu a v malém množství i oxidy síry, která je obsažená

ve slámě (0,1 %)

12 funguje obdobně jako chladnička - ta odebírá teplo potravinám uvnitř a předává je

kondenzátorem na své zadní straně do místnosti

39

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>

40

[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>

41

PŘÍLOHY

Příloha 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

42

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

43

Příloha 5 – Přečerpávací vodní elektrárna Dlouhé Stráně v České republice. Elektrárna s největším spádem v ČR (510,7 m) a největší reverzní vodní turbínou v Evropě (650 MW). Zdroj: http://www.horydoly.cz/vypsat.php?id=5742

Příloha 6 – Přílivová elektrárna v ústí řeky La Rance ve francouzském St. Malo. Zdroj: http://www.stranypotapecske.cz/teorie/priliv-odliv.asp

44

Příloha 7 – Vodní elektrárna Itaipú (Brazílie, Paraguay) na řece Paraná. V provozu od 1984. Zdroj: http://faslanyc.blogspot.com/2011/10/triple-frontera.html

Příloha 8 – Offshore Wind Park Middelgrunden (Dánsko). 20 větrných elektráren po 2 MW, postavena v roce 2001. Zdroj:http://www.siemens.com/press/en/presspicture/ ?press=/en/presspicture/2009/renewable_energy/ere20050601-04.htm

45

Příloha 9 – Geotermální elektrárna Nesjavellir na Islandu. Zdroj: http://www.geothermal-energy.org/galeria,galeria,idkat,4.html