Transcript Energie vody

ALTERNATIVNÍ
ZDROJE ENERGIE
Alternativní zdroje energie
= jiné, neobvyklé, náhradní
Obnovitelné zdroje E = obnovitelné nefosilní zdroje
- Slunce
- Voda
- Vítr
- Geotermální E
- Biomasa
- E přílivu a odlivu
- Odpadní bioplyny
Energie biomasy
Biomasa = organická hmota rostlinného nebo živočišného původu
Zdroje biomasy využitelné k energetickým účelům
1) Biomasa záměrně pěstovaná
Výhody
- Krátké vegetační období
- Snadný výsev nebo výsadba
- Možnost zpracování i na neenergické účely
a) Rychle rostoucí dřeviny = energetické dřeviny
Hlavně topol ( sklízí se 1x za 3-5 let), vrba, olše, akát, líska
Seřezání >>>> vysušení >>>> rozdrcení dřevní hmoty >>>>
vznikne štěpka >>>uskladnění >>>> dávkování přímo do kotle
Zpracování dřeva pro energetické účely
- Polena, polínka
- Dřevní štěpka
- Dřevěné brikety- slisováním např. pilin
- Dřevěné pelety- podobné jako brikety, , prochází tzv. lisovací
maticí, která určuje jejich průměr ( 1,2 x 4 cm)
Dřevěné pelety
b) Energetické byliny
- V poslední době pěstování i na polích, která se nevyužívají
- Řepa, konopí, šťovík, komonice, kostřava
- Sklizeň- celé nadzemní hmoty i se semeny >>>posekat >>>
nechat proschnout >>> slisovat do balíků jako sláma nebo
rozřezat na hrudou řezanku ( jako dřevní štěpka)
Cukr, řepa, obilí, brambory - výroba etanolu
Řepka, slunečnice, len – výroba olejů a metylesterů >>> bionafta
2) Biomasa odpadní
a) Rostlinné zbytky ze zemědělské prvovýroby
- Sláma, odpady ze sadů, luk, vinic
- Lisování do kvádrů ( 500 kg/ ks)
- Brikety pro palivo v domácnosti
b) Odpady ze živočišné výroby
- Exkrementy hospodářských zvířat, zbytky krmiv
c) Lesní odpady
- Dřevní odpad z lesních probírek
- Kůra, větve, pařezy, kořeny , hobliny, piliny
d) Komunální odpad
- Kaly z odpadních vod
- Organický komunální odpad
- Zbytky z údržby zeleně a travnatých ploch
e) Organické odpady z potravinářské a průmyslové výroby
- Odpady z jatek, mlékáren, lihovarů
Principy získávání energie z biomasy
1) Spalování
- Sláma, štěpky, dřevní hmota
- Užití – výroba tepla + teplé užitkové vody
2) Alkoholové kvašení
- Z rostlin, které obsahují cukry + škrob ( obiloviny, řepa, brambory,
ovoce)
- Využití – vzniká ethanol = bioethanol = biolíh
= vysoce hodnotné ekologické palivo pro spalovací motory
X nedostatek – dobře váže vodu >>> koroze motorů >>> nutno
přidávat antikorozní přídavky = aditiva
V Brazílii v době ropné krize – zahájena výroba bioethanolu
z cukrové třtiny >>> pohonné hmoty až na 80% hospodářství celé
země
3) Anaerobní fermentace = methanové kvašení
Vzniká bioplyn = směs plynů ( 50- 75% CH4, 25- 40% CO2)
Zpracovává se z přítomnosti metanogenních bakterií +
nepřítomnost kyslíku
- tuhé substráty – chlévská mrva
- Tekuté – kejda prasat a skotu
Užití
- výroba elektrické E + ohřev vody
- pohon spalovacích motorů
4) Esterifikace
- Z olejnatých semen ( řepka ozimmá, slunečnice, len) >>> lisuje
se olej >>>ten se reesterifikací mění na tzv. bionaftu
- Vedlejší produkt zpracování řepky = sláma >>>vytápění
Bionafta
- Složení jako motorová nafta
- U nás metylester řepkového oleje MEŘO
Použití
- samostatně pro vznětové motory
- směsný – s příměsí motorové nafty
- Německo,Rakousko- pouze čistý metylester
Výhody bionafty
- Rychlejší rozložitelnost
- Vysoká kvalita
- Menší náklady
- Ekologie
Výhody využití biomasy
1) Obnovitelný charakter
2) Tuzemský zdroj energie ( úspora za dopravu)
3) Pěstováním lze využít přebytečnou zemědělskou půdu
4) Likvidace odpadů
5) Energetické využití má menší dopad na ŽP
Nevýhody – závisí na typu
1) Větší obsah vody >>> nižší výhřevnost ( dřevo)
2) Větší objem paliva >>> vyšší nároky na skladovací prostory
3) Nutnost úpravy paliva >>> sušení, tvarování >>> investice
do zařízení
4) Výroba + využití bioplynu finančně náročné >>> zvyšuje
cenu této energie
5) Poměrně složitá manipulace s palivem ve srovnání
s plynem nebo elektřinou
6) Spalují se často rostliny, které by se daly využít v jiných
částech světa pro výživu lidí
Energie vody
Vodní elektrárny
Princip :
- Energie vody ( hydraulická) se v turbíně mění na mechanickou E
>>> ta přes hřídel přenášena do generátoru >>> změna na
elektrickou E >>> odvod do míst spotřeby
Části vodní elektrárny
1) Vzdouvací zařízení = hráze,
jezy
- Slouží k shromažďování vody
>>> zvětšení spádu vody
Pozn:
Hráze ( přehrady)
- Nejenom akumulace vody pro
výrobu E
- V trati pod hrází stabilizace
vodních toků >>> ochrana před
povodněmi
- Břehy nádrží = často
rekreační oblasti
- Někdy zdroj pitné a užitkové
vody
Hráz- Slapy >>>>>>>>>>>
2) Přivaděče
- Přívod vody k turbíně
3) Česle
- Odstranění mechanických nečistot ( aby se nedostaly do turbíny)
4) Technologické zařízení
a) turbíny – přeměna E vody na mechanickou E
b) Generátory – přeměna mechanické E na E elektrickou
5) Odpadní kanály
- Vrací vodu do původního stavu
- Tzv. vývařiště hráze – bazén, kde se energeticky bohatá voda
zklidní a pak odtéká do řečiště
- Pod velkými vodními díly se staví tzv. vyrovnávací akumulační
nádrže
Úkol = zachytit velké průtoky vody , aby nevznikaly povodně
Typy elektráren
Podle výkonu
1) Malé vodní elektrárny
- Kapacita výkonu 20 KW- 20MW
- Většinou jako sezónní zdroje E – průtoky řek , kde jsou
instalovány, jsou kolísavé a závislé na ročním období
Užití:
- Zdroj E v případě přerušení proudu >>>pak dodávky do sítě
- V domácnostech – ohřev vody, přitápění
- Mikrozdroje + mobilní zdroje – v rekreačních oblastech
U nás Ústí – zdymadla Střekov
2) Ostatní velké vodní elektrárny
Střekovské zdymadlo
Vodní dílo na řece Labi pod hradem Střekovem u Ústí n.L. bylo V
době svého vzniku (1936) nejmodernějším a také jedním z
největších zdymadel v tehdejším Československu.
Zdymadlo je technickou památkou a dodnes je plně funkční.
Bylo vybudováno v letech 1924-1936 dle návrhu architekta Františka
Vahaly za účelem lepšího splavnění řeky Labe a využití vodní
energie pro výrobu elektřiny.
Vzdutá hladina vodní nádrže měla umožnit odběr vody pro
hospodářské účely a také rekreační a sportovní využití.
V neposlední řadě slouží zdymadlo také jako lávka přes Labe pro
pěší.
.
Vodní hladinu řeky vzdouvá 111 m dlouhý jez, rozdělený třemi
pilíři do čtyřech polí po 24 m.
Betonové pilíře jsou 5 m široké a v dolní části obložené
žulovými kvádry.
V každém poli se nachází dvoudílné stavidlo zavěšené na
Gallových řetězech, které je ovládáno elektromotory
umístěnými v kryté manipulační lávce.
Jez vzdouvá hladinu řeky do vzdálenosti 19,8 km, maximální
výškový rozdíl mezi horní a dolní hladinou je 9,75 m.
Na pravém břehu přiléhá k tělesu jezu plavební zařízení,
tvořené dvěma plavebními komorami.
Pohyb vrat obou komor zajišťují hydraulické servoválce, k
plnění a vyprazdňování vody z komor slouží dlouhé obtoky
hrazenými tabulemi s hydraulickým pohonem.
Na levém břehu navazuje na jez vodní elektrárna se třemi
Kaplanovými turbínami o celkovém výkonu 19,5 MW.
Průměrná roční výroba elektrické energie činí 80 až 100 mil.
Kwh.
Přívod vody do elektrárny chrání česle s prahem a ocelovou
nornou stěnou čištěnou pojízdným čistícím strojem.
Zdymadlo bylo od svého vzniku vybaveno rybím přechodem
komůrkového typu se stupni vysokými 35 cm. Ten se však
projevil jako nefunkční a tak se stavba zdymadla stala
konečnou stanicí pro některé tažné ryby, jako jsou například
lososi. Tento neblahý stav byl napraven až v roce 2002, kdy
byl podle nejnovějších poznatků vybudován nový rybovod.
Mezi pozitiva patří:
- splavnění řeky po většinu roku
- ekologická výroba elektrické energie
Negativa:
- stavbou zdymadla došlo ke zkanalizování
původního řečiště
- omezení oboustranné migrace vodních
- estetické narušení labského kaňonu pod
hradem Střekovem
Podle průtoku a spádu
1) Přehradní a jezové = akumulační
- využívají jezy a přehrady – vzdouvací zařízení
- Zde velká zásoba vody
- Často velká vybetonovaná plocha >>> nepříznivý vliv na ŽP
Orlík
2) špičkové = přečerpávací elektrárny
Horní a dolní nádrž
- V době nedostatku E ( špička) – spuštěna voda z horní nádrže
do dolní >>> vzniká E >>> dodávána do elektrické sítě
- Noc, neděle >>>přečerpání vody zase zpátky ( potřebná E se
může vzít za levno z elektrické sítě)
- Schopnost elektrárny najet na plný výkon je několik minut
- Severní Morava- elektrárna Dlouhé S tráně v Jeseníkách –
rozdíl horní a dolní nádrže je 535m
Přečerpávací
elektrárna Dlouhé
Stráně
3) Derivační = průtočné
elektrárny
- využívají přirozeného toku
řeky
- Odvádí vodu z původního
koryta přivaděčem a zpětně jí
přivádí do koryta
- část řeky může být
odkloněna kanálem
- k zadržení vody se může
použít přehrada
- nejšetrnější k ŽP
Elektrárny u nás
Na Vltavě – Kamýk, Orlík, Slapy , Štěchovice, Vrané, Lipno
Dalešice, Dlouhé Stráně
Výhody využití vodních elektráren
1) Vodní E = obnovitelný, nevyčerpatelný zdroj E
2) Nízké provozní náklady – nespotřebováva jí se téměř žádné
suroviny
3) Při spotřebě E se vyhneme přenosovým ztrátám
4) Nejsou produkovány žádné emise ani odpad
5) Přebytky E lze dodávat do elektrické sítě >>>finanční zisk
Nevýhody využití vodních elektráren
1) Poměrně časově a finančně náročná předrealizační fáze
2) Při stavbě vodních děl nutno vynaložit poměrně vysoké
investiční náklady
3) Návratnost financí závislá na využití vyrobené E
4) Poměrně složitá obsluha a údržba zařízení
5) Při realizaci často likvidovány vzácné ekosystémy
Energie moří
http://www.ceskatelevize.cz/ivysilani/209572241900009-port/obsah/74781-energie-z-more/
1) Energie vlnění
Vlnění způsobené větrem, působení Měsíce a Slunce, vlnění
před ústími řek, katastrofické vlnění tsunami, které je
následkem podmořských zemětřesení
Málo využívané – př. Japonsko – elektrárna podobná
cisternové lodi ( 80 m dlouhá a 12 m široká) – plní funkci
elektrárny + funkce vlnolamu před přístavem a rybími farmami
2) Energie mořského příboje
( změna vlnění při přechodu do mělkých vod)
- Síla příboje při bouřkách až neuvěřitelná
- Síla málo využívaná – ojedinělá příbojová hydroelektrárna –
pobřeží Bretaně ( Francie) s generátory umístěnými pod
mořskou hladinou
3) Energie přílivu = slapová E
(příliv vzniká působením tzv. slapových sil Měsíce a Slunce)
Problém s nepravidelností přílivu a odlivu ( během dne 2x –
jen zdánlivá pravidelnost)
Francie, Itálie – stavby přílivových mlýnů už ve 13 století
Nevýhody přílivových elektráren
- Jejich pracovní doba mnohdy nesouhlasí s energetickou
špičkou
- Místa vhodná pro produkci tohoto typu E vzdálená od míst
spotřeby >>> značné ztráty >>>nevyplatí se to
X budoucnost – nadějný zdroj energie
4) Energie mořských proudů
( periodický směr i rychlost ) >>> přemisťování obrovského
množství vody
Vše zatím hlavně ve stádiu úvah a studií
Např. návrh na využití Golfského proudu u Floridy v USA X
velké riziko – např. zpomalení Golfského proudu >>>nelze
odhadnout katastrofické důsledky
Sluneční energie = solární energie
Sluneční E lze dobře využít nejen v oblastech s dlouhým
slunečním svitem, ale i ve vyšší nadmořské výšce
V ČR poměrně dobré podmínky – Ø doba slunečního svitu u nás
1400 – 1800 hod/ rok
Využití sluneční E u nás
1) Hlavně k výrobě tepla- teplá voda, ohřev vody v bazénech,
dotápění nebo vytápění objektů
2) Přeměna E slunce na E elektrickou pomocí fotovoltaických
článků – u nás méně vhodné
Přímé využívání slunečního záření k výrobě tepla
a) Pasivní solární soustavy
Vhodným architektonickým řešením budov
Princip: sluneční záření se mění na teplo ( jako ve skleníku)
- Požívají se skla s reflexní fólií, která zabraňují zpětnému
vyzařování tepla ven a v létě zabraňují přehřívání
b) Aktivní solární soustavy
Sluneční záření se přeměňuje na teplo pomocí tzv. solárních
kolektorů
Teplo získané tímto způsobem se užívá:
- Přímo k přitápění
- K ohřevu vody
- Ukládá se v akumulačních nádržích >>> využití v noci nebo ve
dnech s e slabým slunečním svitem
Typy kolektorů podle teplonosného média
1) Kapalinové solární kolektory
Zachycují sluneční záření >>> přeměna na tepelnou E >>> E
pohlcována absorbérem >>>odváděna teplonosnou kapalinou
>>>odvod tepla pomocí kapaliny do výměníku >>>předáno
k ohřevu vody
Teplonosná kapalina:
- Pro sezónní používání – voda
- Celoroční používání – ekologicky nezávadné nemrznoucí
kapaliny- např. glykol
2) Vakuové solární kolektory
Zachycení slunečního záření >>> přeměna na tepelnou E >>>ta
odpařuje teplonosnou kapalinu ( vodu) >>>přechází jako pára do
kondenzátoru, kde výměníku předá teplo >>>ochladí se , zkapalní
>>>vrací se zpět do kolektoru
Typy kolektorů
podle tvaru
1) Ploché – celá
plocha absorbuje
sluneční záření
Při 100°C
teplonosné
kapaliny až 70%
účinnost
2) Trubicové =
koncentrační –
absorbér v trubici
– až 90%
účinnost
Vhodné umístění solárních kolektorů
- Orientace na jihozápad ( lepší využití E
dopadajícího slunce
- Celodenní svit ( nejvyšší výkon kolem 14 hodin
denního svitu)
- Nejvýhodnější sklon pro celoroční provoz je 45°
Výhody a nevýhody solárních kolektorů
a) Výhody
1) Nevyčerpatelný, tuzemský zdroj E
2) Nízké provozní náklady
3) Úspora fosilních paliv, žádné emise, žádné odpady
4) Vysoká životnost zařízení + nenáročná obsluha
5) Lze takto nahradit 20 - 50% potřeby tepla k vytápění a 50-70%
potřeby tepla k ohřevu vody domu
b) Nevýhody
1) Nelze využít jako samostatný zdroj tepla
- Pro celoroční využití nutný doplňkový zdroj E , který pokrývá
spotřebu E v době nedostatku slunečního záření
2) Finančně náročné pořízení kolektoru + úpravy
- Návratnost podle cen paliva před instalací
3) Po skončení životnosti – ekologický problém s likvidací
Využití slunečního záření k výrobě elektrické energie =
fotovoltaické články
Vhodné v oblastech s velmi intenzivním sluneční zářením a
dostatkem prostoru - horské oblasti, pouště …
Využití tzv. fotovoltaického jevu
= jev, kdy se v látce působení fotonů ( světla) uvolňují elektrony
>>> může nastat v některých polovodičích ( SI, Ge, Cd…)
Fotovoltaický článek = tenká destička nařezaná z monokrystalu Si
Spojení více fotovoltaických článků vedle sebe nebo za sebou =
sluneční panel
Využití – chaty, karavany, parkovací automaty, noční osvětlení …
Fotovoltaická elektrárna na střeše výrobní haly u Zlína
Solární fotovoltaická elektrárna na u Hodonína ( v budoucnu
jedna z největších v Evropě)
Přehled velkých fotovoltaických systémů v
ČR
http://www.czrea.org/files/images/Instalace_FVE.jpg
Další využití sluneční E
Sluneční motor – přeměna sluneční E na mechanickou
Sluneční čerpadlo – k čerpání vody ze studní
Sluneční automobil ( štěpení vody pomocí
slunce>>>vzniká vodík = pohon pro auta)
Energie větru
- Těsně před naším letopočtem – 1. větrný mlýn ( drtí obilí v Číně
a Persii)
- V 10. Století Španělsko >>>200 – 300 let potom rozšíření do
celé Evropy
- Dnes 20 000 středních a velkých větrných agregátů – přes
16 000 v Kalifornii >>>vznikají celá větrná pole, větrné farmy…
- Nejlepší technologie – Dánsko
- Hodně elektráren – Nizozemí, Německo, Velká Británie
U nás – nepravidelné proudění vzduchu + vnitrozemské klima
>>>omezené možnosti
Vhodné lokality – vyšší polohy, kde je vítr více jak 5 m/s
Český hydrometeorologický ústav vytipoval lokality pro stavbu
větrných farem
- Plochy 3x3 nebo 4x6 km v nadmořských výškách asi 700
m.n.m, v horských příhraničních oblastech X často je to oblast
CHKO
- Předběžný odhad – Krušné hory – lze postavit 320 – 340
větrných elektráren, které by výkonem obsáhly 1 blok starší
uhelné elektrárny
Větrné elektrárny v okolí:
- Boží Dar v Krušných horách
- Okres Litvínov
- U Karlových Varů
Využití E:
- Vlastní spotřeba – osvětlení, vytápění, ohřev vody
- Malé domovní elektrárny- pro čerpání vody
- Rozvod do sítí elektrické energie
části větrné elektrárny:
1) Rotor – vrtule, lopatky
2) Převodovka –
generátor
3) Regulace
4) Nosné systémy –
stožár a rám strojovny
Dělení větrných elektráren
Podle výkonu
- Malé - Ø rychlost větru 4-5 m/ s
- Střední
5-6 m/s
- Velké
více než 6 m/s
Problémy:
Náhlé nápory větru nebo silný vír >>> rozkmitání celé konstrukce
>>>hrozí havárie >>> turbínu nutno odstranit
- Možnost, jak zabránit rozkmitání = atypická jednolistá vrtule
Přehled velkých větrných elektráren v ČR
http://www.czrea.org/files/images/mapa_VTE.jpg
Tepelná čerpadla
= zařízení, které odebírá teplo z vnějšího prostředí
( = nízkoteplotní zdroj) a umožňuje využití nízkopotenciálního
zdroje, které nelze běžným způsobem využít
Princip:
- Stejný jako u domácí chladničky- výměník tepla na zadní straně
chladničky má na povrchu kolem 30°C a otepluje místnost , ve
které stojí
Toto teplo odebírá z vnitřku chladničky, kde bývá teplota kolem
3°C
- Tepelné čerpadlo odnímá teplo z nízkopotenciálního zdroje
>>>ochlazuje ho a předává do místnosti nebo ohřívané vody
Zdroje tepla:
1) Okolní vzduch
- Problém – teplota klesá v době, kdy je největší potřeba tepla (
zimní měsíce)
2) Odpadní vzduch
- U větracího systému objektu, který má vždy relativně vysokou
teplotu
3) Povrchová voda
- Problém nízkých teplot v zimě – nutnost zabránit úplnému
zamrznutí + zanesení čerpadla
- Před instalací nutné povolení správce toku
4) Půda
- V hloubce 1,2- 1,6 m pod povrchem – nutno schválení
vodohospodáře
5) Hlubinné vrty
- Hloubka 120 – 150 m , nutno schválit
6) Dvě studny
Z jedné studny čerpaná voda >>>po předání tepla se voda vrací
do druhé ( = vsakovací studna)
- Spodní voda = vhodný zdroj tepla, protože i v zimě má poměrně
stálou teplotu
7) Geotermální prameny
Rozdělení tepelných čerpadel
( podle druhu ochlazovaného / ohřívaného média)
1) Vzduch / voda
2) Vzduch/ vzduch
3) Voda / voda
4) Solanka / voda
5) Voda/ vzduch
Výhody:
- Podíl na 60- 70% výroby tepla
- Úspora pevných a fosilních paliv >>> snížení emisí >>> ekologické
palivo
- Návratnost 5-10 let
Nevýhody:
- Finančně náročná počáteční investice ( dnes stát dotace „ Zelená
úsporám“ – nenároková, až po kolaudaci objektu)
- Často nutné úpravy objektu
Použité studijní materiály



Kvasničková, Mikulová: Životní prostředí,
Fragment 1998, 1. vydání
www.cez.cz + tištěné studijní materiály této
společnosti
www.czrea.org