Jaké jsou způsoby výroby elektřiny?

Elektřina může být nazývána nejdůležitějším zdrojem, bez kterého je nemožné plné fungování moderních lidí. Je to forma energie používaná k napájení mnoha systémů a zařízení. Elektřina sama o sobě není přírodní zdroj. Způsob výroby elektřiny objevil anglický fyzik Michael Faraday v 19. století. Vědec roztočil mezi magnetickými póly cívku s vodivými vlastnostmi. Tyto akce vytvořily elektrický náboj. Tento princip se používá k výrobě elektřiny dodnes. Elektrárenské generátory přeměňují primární energii, jejíž tok zajišťují různé druhy médií.

Princip činnosti vodní elektrárny

Vodní elektrárna využívá k výrobě elektrické energie gravitační tlak proudění vody. Při výstavbě vodních elektráren vznikají přehrady, které vytvářejí výškové rozdíly. Proud vody teče z horního bazénu do spodního a pohybuje se podél uměle vytvořených vodopádů:

• jsou zde turbíny, jejichž lopatky roztáčí mohutný proud;
• aktivuje se generátor připojený k turbíně, díky kterému je generován proud;
• výsledný náboj jde do transformátoru a hlavní sítě.

Podíl celosvětové výroby elektřiny pomocí vodních elektráren je přibližně 20 %. Hlavním pracovním zdrojem je voda, která umožňuje výrobu elektrického proudu bez poškození životního prostředí. Elektrárny mají zároveň klady i zápory:

• minimální množství skleníkových emisí;
• Využívá se obnovitelný zdroj elektřiny.

• výstavba elektrárny vyžaduje velké kapitálové investice;
• výstavba je nemožná ve stepních a pouštních oblastech;
• Při výstavbě dochází často k zaplavování velkých ploch.

Další nevýhodou vodních elektráren je vysoká míra nebezpečí v případě zničení. Pokud dojde k mimořádné události, je vysoká pravděpodobnost rozsáhlých povodní.

Výroba elektřiny v jaderných elektrárnách

Jaderné elektrárny produkují asi 17 % elektřiny. Světovým lídrem v oboru je Francie, na jejímž území se nachází 58 energetických jednotek. Elektřina v jaderných elektrárnách se vyrábí z jaderného paliva:

• v důsledku rozpadu radioaktivních prvků se uvolňuje teplo (jinými slovy jaderná energie se přeměňuje na tepelnou energii);
• na území elektrárny je umístěna nádoba s vodou, která se při uvolňování tepla ohřívá;
• vznikající páry pohánějí turbínu, která určuje aktivaci generátoru jaderné elektrárny a výrobu elektřiny;
• Voda se hromadí v kondenzátoru a poté jde do chladicích věží.

Výrobní cyklus v jaderných elektrárnách se neustále opakuje. Plnění paliva se provádí každých 4 nebo 5 let. Po úplném vyčerpání je jaderný odpad odstraněn a odeslán do speciálního bazénu. Po opadnutí úrovně radioaktivity se použité palivo suší, zpracovává a odesílá na určená úložiště.

• atmosféra není znečištěna škodlivými emisemi;
• nízká úroveň spotřeby surovin používaných k výrobě velkých objemů elektřiny.

• existuje potřeba likvidace radioaktivního odpadu;
• stanice využívají uran, který je omezeným a vzácným přírodním zdrojem;
• kontaminace vody radioaktivními prvky (ve fázi ponoření vyloženého použitého paliva).

Stavba jaderné elektrárny je spojena s určitými riziky. Pokud dojde k havárii v jaderné elektrárně, pravděpodobnost ekologické katastrofy je vysoká.

Výroba elektřiny v tepelných elektrárnách

Více než 60 % světové elektrické energie se vyrábí v tepelných elektrárnách. Stejně jako vodní elektrárny se zde používají generátory, ale princip fungování je mírně odlišný:

• palivo je umístěno v peci;
• v důsledku spalování surovin se uvolňuje teplo, ohřívá nádobu vodou;
• vzniká pára, která se pod tlakem pohybuje do turbíny;
• spustí se rotace lopatek, aktivuje se generátor, přeměňující mechanickou energii na elektrickou;
• Pára v kondenzátoru se mění na vodu, která po vyčištění opět vstupuje do parního kotle.

Tepelné elektrárny využívají jako palivo zemní plyn nebo uhlí. Ve vzácných případech se používá olej, benzín a topný olej. Mezi hlavní výhody tepelných elektráren patří možnost umístění na jakémkoli území. Suroviny potřebné pro provoz stanice jsou dodávány dopravou. Významnou nevýhodou tepelných elektráren je znečištění ovzduší zpracovávanými produkty.

• nízké náklady na výrobu elektřiny díky relativně nízkým nákladům na palivo;
• žádná omezení z hlediska umístění elektrárny.

• poškozování životního prostředí.

Výše uvedené jsou tradiční způsoby výroby elektřiny. Za zmínku stojí alternativní metody, které nejsou široce používány:

1. Využití termálních pramenů. Nevýhodou je územní omezení. V oblastech s vysokou tektonickou aktivitou je nutné budovat geotermální stanice.
2. Přeměna větrné energie. Použití větrných turbín je závislé na povětrnostních podmínkách a je to drahá technologie. Zároveň to má negativní dopad na ekosystém.
3. Instalace solárních panelů. Tento způsob výroby elektřiny je považován za nákladný ve srovnání s použitím generátorů. V tomto případě je účinnost baterie 30-40%.
4. Využití vodíku jako energetického paliva. Složitost aplikace technologie spočívá ve velkých kapitálových investicích a potížích spojených s bezpečnou přepravou surovin.
5. Výroba elektřiny pomocí energie mořských přílivů a větrných vln. Jedná se o technologii, která je velmi závislá na frekvenci přírodních jevů.
6. Využití bioplynů uvolněných při hnilobě rostlin, hnoje a mrtvých organismů. Náročná a drahá technologie.

Alternativní způsoby výroby a přenosu elektřiny se vyznačují ekonomickou spotřebou přírodních zdrojů a nízkým dopadem na životní prostředí. Takové energetické sektory však v současnosti nejsou schopny uspokojit celosvětovou poptávku po spotřebě elektřiny. Tradiční metody zahrnující použití elektrárenských generátorů zůstávají nejoblíbenější a nejrozšířenější.

Obnovitelná energie je energie získaná z přírodních zdrojů, které jsou doplňovány rychlostí vyšší, než je rychlost, jakou je spotřebovávána. Příklady takových neustále doplňovaných zdrojů jsou sluneční světlo a vítr. Obnovitelné zdroje mohou poskytnout obrovské množství energie a jsou všude kolem nás.

Naproti tomu fosilní paliva – uhlí, ropa a plyn – jsou neobnovitelné zdroje, jejichž vznik trvá stovky milionů let. Při spalování fosilních paliv k výrobě energie se uvolňují škodlivé skleníkové plyny, jako je oxid uhličitý.

Výroba energie z obnovitelných zdrojů je spojena s mnohem nižšími emisemi než spalování fosilních paliv. Přechod od fosilních paliv, která v současnosti tvoří lví podíl emisí, k obnovitelným zdrojům energie je pro řešení klimatické krize klíčový.

Dnes je obnovitelná energie ve většině zemí levnější alternativou a vytváří třikrát více pracovních míst než fosilní paliva.

Níže uvádíme několik běžných obnovitelných zdrojů energie:

SOLÁRNÍ ENERGIE

Solární energie je nejbohatší ze všech energetických zdrojů a lze ji využít i při zatažené obloze. Rychlost, s jakou je sluneční energie zachycována Zemí, je přibližně 10 XNUMXkrát vyšší než rychlost, jakou lidstvo spotřebovává energii.

Solární technologie mohou poskytovat teplo, chlazení, přirozené světlo, elektřinu a palivo pro různé aplikace. Tyto technologie umožňují přeměnit sluneční záření na elektrickou energii pomocí fotovoltaických panelů nebo zrcadel, která koncentrují sluneční záření.

Ačkoli ne všechny země jsou stejně vybaveny solární energií, každá může významně přispět do energetického mixu ze solární energie samotné.

V posledním desetiletí náklady na výrobu solárních panelů prudce klesly, díky čemuž jsou nejen cenově dostupné, ale často i nejlevnější způsob výroby elektřiny. Solární panely mají životnost asi 30 let a jsou v různých odstínech podle typu materiálu použitého při jejich výrobě.

VĚTRNÁ ENERGIE

Větrná energie využívá kinetickou energii pohybujícího se vzduchu pomocí velkých větrných turbín umístěných na souši (pobřežní větrné farmy) nebo v moři či sladké vodě (příbřežní/pobřežní větrné farmy). Větrná energie se používá po tisíce let, ale během posledních několika let se technologie větrných elektráren na pevnině a na moři vyvinula tak, aby maximalizovala množství elektřiny vyrobené pomocí vyšších turbín a větších rotačních průměrů.

Přestože se průměrná rychlost větru v závislosti na lokalitě značně liší, globální technický potenciál větrné energie převyšuje celosvětovou produkci elektřiny a většina regionů světa má dostatečnou kapacitu pro výstavbu značného počtu větrných elektráren.

Silné větry se vyskytují v mnoha oblastech světa, ale někdy jsou pro výrobu větrné energie nejvhodnější odlehlé oblasti. Větrná energie na moři má obrovský potenciál.

GEOTERMÁLNÍ ENERGIE

Geotermální energie využívá dostupnou tepelnou energii z nitra Země. Teplo se získává z geotermálních nádrží vrtáním nebo jinými prostředky.

Nádrže, které jsou v přírodě dostatečně horké a propustné, se nazývají hydrotermální nádrže a nádrže, které jsou dostatečně horké a zesílené hydraulickou stimulací, se nazývají pokročilé geotermální systémy.

Kapaliny o různých teplotách, které se objevují na povrchu, mohou být použity k výrobě elektřiny. Technologie výroby elektřiny z hydrotermálních nádrží je vyspělá a spolehlivá a používá se již více než 100 let.

VODNÍ SÍLA

Vodní energie využívá energii vody pohybující se z vyšších nadmořských výšek do nižších nadmořských výšek. Takovou energii lze získat pomocí nádrží a řek. Vodní elektrárny na nádržích využívají zásoby vody v nich umístěné, zatímco průtočné vodní elektrárny využívají energii dostupného říčního toku.

Vodní nádrže často slouží více účelům, poskytují pitnou a závlahovou vodu, kontrolu povodní a sucha, navigační služby a dodávky energie.

V současné době je vodní energie největším zdrojem obnovitelné energie v odvětví elektřiny. Závisí na obecně stabilních vzorcích srážek a mohou být negativně ovlivněny suchy vyvolanými klimatem nebo změnami v ekosystémech, které takové vzorce ovlivňují.

Infrastruktura potřebná k výrobě vodní energie může mít také nepříznivé dopady na ekosystémy. Z tohoto důvodu mnozí považují malé vodní elektrárny za ekologičtější variantu, vhodnou zejména pro lidi v odlehlých oblastech.

OCEÁNSKÁ ENERGIE

Oceánská energie využívá technologie, které využívají kinetickou a tepelnou energii mořské vody – jako jsou vlny nebo proudy – k výrobě elektřiny nebo tepla.

Oceánské energetické systémy jsou stále v raných fázích vývoje; V současné době se testuje řada prototypů zařízení využívajících vlny a přílivové proudy. Teoreticky by energie oceánů mohla snadno převýšit současné energetické potřeby lidí.

BIOENERGIE

Bioenergie se získává z různých organických materiálů nazývaných biomasa, jako je dřevo, dřevěné uhlí, hnůj a další organická hnojiva používaná k výrobě tepla a elektřiny a plodiny používané k výrobě kapalných biopaliv. Většina biomasy se používá ve venkovských oblastech k vaření, osvětlení a vytápění prostor a jejími hlavními spotřebiteli bývají chudší obyvatelé rozvojových zemí.

Moderní systémy biomasy zahrnují speciální plodiny nebo stromy, zbytky ze zemědělství a lesnictví a různé proudy organického odpadu.

Výroba energie spalováním biomasy produkuje emise skleníkových plynů, ale v menší míře než spalování fosilních paliv, jako je uhlí, ropa nebo plyn. Bioenergie by však měla být využívána pouze pro omezené účely, vzhledem k potenciálním negativním dopadům na životní prostředí souvisejícím s masivním rozšiřováním lesnických a bioenergetických plantáží a výsledným odlesňováním a změnami ve využívání půdy.

Pro více informací o obnovitelné energii navštivte následující webové stránky:

Mezinárodní agentura pro obnovitelnou energii | Obnovitelná energie

Mezinárodní energetická agentura | Obnovitelná energie

Mezivládní panel pro změnu klimatu | Obnovitelná energie

Udržitelná energie pro každého | Obnovitelná energie

Dále

Obnovitelná energie – zajištění bezpečnější budoucnosti

Co je obnovitelná energie a proč je důležitá? Zjistěte více o tom, proč je přechod na obnovitelnou energii naší jedinou nadějí na prosperující a bezpečnější svět.

Pět způsobů, jak v této fázi urychlit přechod na obnovitelné zdroje energie

Generální tajemník nastiňuje pět zásadních kroků, které musí svět upřednostnit, aby transformoval naše energetické systémy a urychlil přechod na obnovitelné zdroje energie.

Problémy s klimatem

Zjistěte více o tom, jak jsou dopady změny klimatu pociťovány v různých odvětvích a ekosystémech a proč musíme přírodní zdroje spíše šetřit než využívat, abychom pomohli v boji proti změně klimatu.