Fyzikální aspekty zátěží životního prostředí

1. Fyzikální aspekty zátěží životního prostředí 4 Alternativní zdroje energie

2. Alternativní zdroje elektrické energie • Všechny typy elektráren jsou založeny na stejném princip – transformace různých druhů energie na energii elektrickou. • Nejčastěji je použita transformace mechanické energie na elektrickou pomocí generátoru.

3. Alternativní zdroje energie • Vodní energie • Větrná energie • Sluneční energie • Geotermální energie • Biomasa • Jaderná fúze

4. Vodní energie • Jedná se o tzv. čistý zdroj energie, umožňuje kumulaci energie a její uvolnění v případě potřeby, • Pro dosažení dobré účinnosti je nutný dostatečný spád, vyžaduje proto budování přehradních jezer.

5. Vodní energie Přehradní jezera • představují zásah do místních ekosystémů a režimu podzemních vod, často ovlivňují kvalitu vody, brání migraci vodních živočichů atd., • požadavky energetiky mohou byt někdy v protikladu k požadavkům protipovodňové ochrany.

6. Větrná energie • Technologie, která se v současnosti velmi rozvíjí. • Větrné elektrárny jsou konstruovány do výkonu 2MW. • Na vrcholu vysokého ocelového nebo betonového sloupu je upevněn rotor s dvěma až třemi listy. • Rotor pohání elektrický generátor.

7. Větrné elektrárny - výkon • Výkon zařízení závisí na výšce sloupu a velikosti listů, protože s výškou nabývá vítr na intenzitě a větší plocha listu zachytí více větrné energie. • Dalším faktorem je rychlost větru. Získaný výkon je úměrný třetí mocnině rychlosti větru. Většina větrných generátorů pracuje při rychlosti větru v rozmezí 21 – 97 km/h.

8. Darreiovy větrné elektrárny • Listy rotoru u klasických větrných elektráren se musejí natáčet podle směru větru. • Tento požadavek lze odstranit, jsou-li listy rotoru umístěny vertikálně. • Darreiovyvertikální větrné generátory • Výhody - generátor je umístěn na zemi. • Nevýhody - velké dynamické namáhání, nízká výška nad terénem.

9. Větrné elektrárny - umístění • místa se stabilním prouděním vzduchu – náhorní plošiny, horské průsmyky, mořské pobřeží, • šelfy mělkých moří, neomezují další využívání prostoru, • ČR - několik oblastí o celkovém potenciálu 10 – 20% současné spotřeby elektrické energie.

10. Větrné elektrárny - negativa • Největším problém hlučnost. Příčiny hluku: • pohyb mechanických součástí (převodovka, generátor a další mechanické prvky), • proudění vzduchu kolem listů vrtule. • Srážky ptáků s listy rotoru.

11. Větrné elektrárny – životní prostředí • Pokud mají větrné elektrárny stát v blízkosti obytných domů, nutné zpracovat akustickou studii. • Elektrárna musí splňovat platné hygienické limity prohluk. • Pro venkovní prostor obytných budov je tato hodnota 50 dB ve dne (6 až 22 hodin) a 40 dB v noci.

12. Sluneční energie Solární články(fotovoltaika) • umožňují přímou výrobu elektrické energie. Kolektory • slouží k ohřevu užitkové vody nebo k výrobě páry pro turbíny slunečních elektráren.

13. Schéma solární elektrárny

14. Solární elektrárny - umístění • Na jižních svazích v oblastech s velkým počtem slunečních dnů. • Nevhodně vysokou výkupní cenou pro elektrickou energii dodávanou ze solárních elektráren došlo v ČR k enormní výstavbě solárních elektráren a ke zdražení ceny elektrické energie pro spotřebitele. Hrádek nad Nisou

15. Geotermální energie • Využívá termální prameny nebo hluboké vrty. • Tepelné čerpadlo. • V místech se zvýšenou vulkanickou činností dochází k úniku horké páry a existují horké prameny a gejzíry, které se využívají pro výrobu elektrické energie.

16. Geotermální elektrárna • Využívá horkou páru přímo z přírodních zdrojů, • nebo se voda vhání do vrtu, kde se ohřívá za vzniku páry. • Takto získaná pára se používá k pohonu parogenerátoru.

17. Geotermální energie - lokality • V ČR jsou realizovány pokusy na využití geotermální energie o ohřevu vody pro vytápění v oblasti Českého středohoří.

18. Geotermální energie – tepelná čerpadla Topný faktor  =Q/E 2 až 5

19. Obnovitelná biomasa • Biomasa - organická hmota rostlinného nebo živočišného původu. • Nejstarší lidmi využívaný obnovitelný zdroj energie. • Komunální odpad ze zemědělské a průmyslové činnosti. • Efektivní a ekologické využití biomasy má minimální negativní vliv na životní prostředí.

20. Biomasa - využití • Přímé spalování, zejména v ekonomicky málo rozvinutých oblastech. • Jako surovina k výrobě ušlechtilých paliv, které zatěžují životní prostředí méně než klasická paliva ( metan, bionafta, dřevěné uhlí atd. • Jako reserva energie pro případ potřeby.

21. Biomasa – klady a zápory Klady • obnovitelný zdroj energie, • efektivní likvidace odpadů, • využití neobdělávané půdy (zalesňování). Zápory • zvýšení cen potravin (výroba biopaliv), • zátěž zápachem

22. Využití biomasy v ČR • Velký potenciál - k zemědělským a lesnickým účelům využíváno asi 87% celkové rozlohy. • Oproti některým státům EU (Rakousko, Nizozemí, Dánsko, Německo) dosud málo využívána biomasa v komunální energetice, domácnostech, v průmyslu a v zemědělství.

23. Jaderná fúze • Při slučování (fúzi, syntéze) lehkých atomových jader se uvolňuje velké množství energie. Ve srovnání na jednotku hmotnosti paliva je to ještě více než v případě štěpení jader. • Fúze probíhá v nitrech hvězd (včetně Slunce), nebo jako lavinovitá neřízená reakce ve vodíkové pumě

24. Výhody využití fůze • Dostupnost paliva (těžký vodík je obsažen v mořské vodě) • Vysoká energetická hustota paliva. • Bezpečnost provozu, při přerušení dodávky paliva se fúze automaticky zastaví.

25. Podmínky jaderné fůze • Ke spuštění fúze je nezbytná dostatečná koncentrace plazmatu zahřátého na teplotu cca108 K, po dostatečně dlouhou dobu. Uvedené podmínky je nutné dodržet současně, což se zatím nedaří. • V současné době existují dva přístupy: • pomocí magnetické nádoby - TOKAMAK, • s využitím výkonných laserů.

26. Příklad jaderné fúze - syntéza deuteria probíhá ve 2 fázích: • sloučení dvou jader deuteria na jádro tritia, • sloučení tritia s dalším jádrem deuteria.

27. Snahy o využití jaderné fůze • Evropská unie, Kanada, Japonsko a Rusko spolupracují na výzkumném projektu jaderné fúze nazvaném ITER (mezinárodní experimentální termonukleární reaktor ). • Cílem je prokázat vědeckou a technickou proveditelnost řízené jaderné fúze. ITER bude prvním zařízením využívajícím jadernou fúzi k výrobě tepelné energie. Termonuklearní reaktor ITER

28. Činnost termonukleárního reaktoru • Několik gramů paliva je vloženo do vakuové komory • Palivo je indukčně zahřáto na teploty, kdy přejde do formy plazmatu a zahřeje se na potřebnou teplotu pro jadernou fúzi • Dochází k jaderné fúzi a k uvolnění energie ve formě tepla. • Získané teplo je odváděno vodou chladícího systému.

29. Produkce energie • Hlavní část energie uvolněné při jaderné fúzi je odváděna neutrony, které procházejí stěnou reaktoru. • Neutrony jsou zachyceny a jejich energie je pohlcena v absorpční vrstvě. • Absorpční vrstva ohřívá vodu a produkuje páru, která je využita k pohonu turbogenerátoru.

30. Činnost termonukleárního reaktoru Při využití laseru se termojaderná fúze vyvolá koncentrovaným pulsem několika výkonných laserů. Palivo je přidáváno ve formě tablet.