Energetika – vybrané pojmy (I)
Obnovitelné zdroje energie v energetickém mixu
Komentované vysvětlení několika vybraných pojmů z energetiky, především pak z portfólia užívaných obnovitelných i neobnovitelných zdrojů energie v aktuálních energetických systémech i v systémech uvažovaných v blízké budoucnosti v České republice.
Energetický mix je libovolný podíl primárních a sekundárních zdrojů energie při výrobě elektřiny resp. tepla.
Primární – primární zdroje energie jsou přírodní zdroje, které nejsou člověkem nijak transformované.
Lze je rozdělit na neobnovitelné a obnovitelné.
Neobnovitelné zdroje:
- fosilní paliva – uhlí, ropa, plyn
- jaderná paliva
Obnovitelné zdroje:
- vodní energie
- větrná energie
- sluneční energie – tepelná, fotovoltaika
- biomasa
- geotermální energie
Sekundární (druhotné) – druhotné zdroje energie jsou zdroje vzniklé lidskou činností.
Patří sem:
- komunální odpad – energetické spalování odpadů
- vyjeté oleje – hlavně pro vytápění
- skládkové plyny – vznikají na skládkách komunálního odpadu, při neodplyňování můžou vznikat výbušné směsi, lze použít pro výrobu elektřiny
- odpadní teplo – využitím jinak zmařeného tepla lze dosáhnout energetických úspor nebo jej lze využít pro přímou výrobu elektřiny
Na planetě Zemi probíhá nepřetržitá změna s mnoha důsledky, ačkoliv se o ní příliš nemluví. Tou změnou je trvalý, přes veškeré úsilí lidstva o zpomalení, stále ještě rychlý a značně nerovnoměrně rozložený, růst počtu obyvatel.
Přesto, že v Evropě demografický vývoj zdánlivě stagnuje, v jiných světadílech dochází k trvalému vzestupu (Afrika, Asie), který dosud neopustil trend exponenciály.
Spolu s tímhle nerovnoměrným vývojem vznikají doprovodné jevy. Jedním z nich je nerovnoměrná potřeba zdrojů (vody, potravin, energie). Vlády mnoha zemí se snaží zabezpečit dostatek zdrojů bez ohledu na lokální dispozice planety Země. Toto úsilí se ne vždy setkává s úspěchem. A právě nedostatek lokálních zdrojů je příčinou sílící migrace obyvatel Země z chudých, hůře obyvatelných oblastí, do oblastí bohatších. A tak i když v Evropě počet lidí příliš neroste, mění se struktura obyvatelstva v evropských zemích, zejména v zemích sousedících s Afrikou a s Asií.
Obnovitelné zdroje energie by mohly zmírnit migraci. Lokální, rozptýlená sluneční energie může být soustředěna a využita po přeměně v koncentrované teplo a/nebo elektřinu i v chudších zemích. To je dosud a ještě řadu let bude, nákladné.
Nerovnoměrnost rozložení obnovitelných zdrojů je ovšem problém sám o sobě. Tam, kde je největší hustota sluneční / větrné energie se zpravidla nedá trvale žít.
V tomto článku předkládám čtenářům komentované vysvětlení několika vybraných pojmů, souvisejících s portfoliem užívaných zdrojů energie v aktuálních energetických systémech i v systémech uvažovaných v blízké budoucnosti v České republice, s ohledem na sílící pozici obnovitelných zdrojů energie.
Píše se začátek roku 2013. Je to období velmi dynamické, charakterizované mnoha doprovodnými změnami ve vztazích, tedy silně turbulentní, a to ve všech možných oborech lidských činností. Sílí názor, že k návratu ke dříve uznávanému trvalému růstu výroby v průmyslu a dalších, oborech aktivit lidské populace již nedojde. Existují srovnání s jinými předchozími krizemi a objevují se názory, že se spíše jedná o podstatné, strukturální změny ve stěžejních oborech jako jsou energetika, doprava, zemědělství, také kybernetika, atd., které probíhají z mnoha důvodů: technologických, ekonomických, právních, globalizačních, vztahových a řady jiných. Proto jde spíše o období transformací, nežli o krizi.
V dopravě a užití tepelné energie dosud jednoznačně převládají fosilní paliva a objevují se četné pokusy o uplatnění elektřiny (případně o hybridní řešení, s palivovými články), prozatím jen v osobní dopravě a jen u některých výrobců.
Na poli elektro-energetiky, nebo přesněji v oblasti využití různých elektro energetických zdrojů, sílí soutěž několika koncepcí a přístupů k uplatnění změn v portfoliu dostupných zdrojů. Stále častěji se jedná o střetávání zažitých, klasických koncepcí řešení, využívajících jako primární energetický zdroj neobnovitelné zdroje energie na bázi fosilních paliv a také zdrojů na bázi jaderné energie versus koncepce s uplatněním obnovitelných zdrojů energie. Spolu s tím se rozbíhá i soutěž centralizovaných koncepcí a centralizovaných energetických soustav, s lokálními řešeními.
Střety protikladů
Ve stručnosti je možné tuto soutěž charakterizovat jako střety mnoha protikladů. To potvrzuje např. i citát z Deníku Referendum:
Poradní skupina pro energetickou koncepci České republiky pod vedením předsedkyně Státního úřadu pro jadernou bezpečnost (SÚJB) Dany Drábové a profesora Václava Pačese, kterou zřídil ministr průmyslu Martin Kuba, navrhla, aby jaderné elektrárny měly v roce 2030 padesátiprocentní podíl na výrobě české elektřiny. Naopak obnovitelné zdroje je dle materiálu potřeba po dosažení patnácti procent přestat podporovat.
„České republice by v realizaci podobného přístupu hrozilo, že domácí ekonomika zůstane závislá na uhelné energetice a k ní přibude drahý atom,“ zhodnotili závěry komise odborníci ze sdružení Calla a Aliance pro energetickou soběstačnost v tiskovém prohlášení s tím, že z dostupných informací není jasné, zda se mezi priority dostalo například zvyšování energetické efektivity.
Podle jejich názoru je nicméně zřejmé, že doporučení posílit jadernou energetiku a zarazit obnovitelné zdroje energie je špatnou zprávou pro českou ekonomiku. Mimo jiné proto, že aktuální data podle kritických odborníků ukazují, že obnovitelná energie začíná být konkurenceschopná i bez dotací (pozn. autora článku: toto tvrzení je přinejmenším velmi odvážné, zhruba na principu, že přání je otcem myšlenky).
Koordinátor Aliance pro energetickou soběstačnost Martin Sedlák tvrdí, že se česká energetika točí v bludném kruhu dalšího a dalšího atomu nebo další a další těžby uhlí. Podle něj se přitom není moc co divit. „Tandem Pačes - Drábová v temném tunelu nerozsvítil,“ uvedl Sedlák...
Z osmičlenné poradní skupiny z pěti odborníků na energetiku jsou totiž tři specialisté na jádro (Drábová, Wagner, Škoda), jeden na uhlí (Noskievič) a jeden na plynárenství (Štěpán). Zcela v ní chybí experti na obnovitelné zdroje energie a na energetickou efektivitu. Podle Sequense přitom Asociace ekologických organizací Zelený kruh, Aliance pro energetickou soběstačnost a asociace obnovitelných zdrojů takové specialisty ministrovi průmyslu nabídly, avšak ti byli odmítnuti.
Martin Sedlák s poukazem na mezinárodní trendy uvedl, že nové technologie obnovitelných zdrojů v kombinaci se zvyšováním energetické efektivity by mohly postavit domácí ekonomiku na nohy, srazit znečištění a zbavit nás závislosti na ruském plynu. „Obnovitelné zdroje mohou výhledově pokrýt dvě třetiny současné domácí spotřeby. Sluneční energie a větrná energie se stává čím dál levnější. Dlouhodobě stropovat jejich výkon na pouhých patnácti procentech nedává smysl,“ doplnil Sedlák.
Výše uvedené citáty charakterizují turbulenci názorů na formy a způsoby zajištění energetických potřeb občanů České republiky. Dovolím si několik poznámek k předchozím řádkům:
- Zdá se, že přes veškeré argumenty pro dosud udržitelný rozvoj energetiky na bázi neobnovitelných zdrojů v některých oblastech Země, obnovitelné zdroje zaujaly významné místo pro lidstvo. Dnes ještě zejména díky štědrým dotačním programům, které vždy zaplatí konečný zákazník energetických společností v ceně elektřiny. Obnovitelný zdroj energie je, zpravidla ve formě energie sluneční a větrné, dostupný kdekoliv na Zemi. Proto je evidentní, že tyto zdroje mají své trvalé místo ve využití k potřebám lidstva.
- V blízké budoucnosti dojde i u nás, ke změně uplatnění fotovoltaiky směrem, pro stávající centralizovanou energetiku, ještě méně příznivým. Místo zdrojů spolupracujících s distribučními sítěmi, se budoucí fotovoltaika i v ČR, pravděpodobně přeorientuje na zdroje fungující v „poloostrovním nebo zcela v ostrovním provozu“. Českou fotovoltaiku i jiné obnovitelné zdroje (větrné elektrárny, využití tepelných čerpadel, kotle na biomasu, sluneční kolektory), čeká nová éra. Smyslem fotovoltaiky, v kombinaci s dalšími druhy obnovitelných zdrojů, již nebude dodávat co nejvíce elektřiny do centralizovaných distribučních sítí, ale osvobodit movitější občany od elektro-energetických monopolů! To vše za předpokladů přijatelného vyřešení akumulace energie v lokalitě jejího využití.
- Současně s rostoucím uplatněním obnovitelných zdrojů, se v některých zemích vedou debaty, o ústupu od jaderné energie, v jiných zase sílí vazba k využití jaderné energie. Troufám si tvrdit, že ústup od jaderné energie v zemích, kde tento primární energetický zdroj k získávání elektřiny využívají, není ani rozumný, ani odůvodnitelný. To platí i pro Německo. Platí to ovšem i v globálním měřítku (tedy pro celou planetu Zemi.). Ve zkratce: „Džin byl vypuštěn z lahve a už jej není možné dostat zpět“ (rozuměj: jakmile bylo jaderné palivo aktivováno v jaderném reaktoru, je nutné se o ně starat trvale). Tento džin je dobrým sluhou, za podmínky exkluzivní priority zajištění bezpečnosti provozování jaderných elektráren a bezpečnosti nakládání s použitým palivem, nebo zlým pánem, při zanedbání zajištění této bezpečnosti. To platí pro celý palivový cyklus jaderného paliva, od vytěžení primární energetické suroviny, až do konečné etapy bezpečného uložení vysoce radioaktivních látek z použitého paliva anebo přepracování paliva. Před tímto faktem není možné strkat hlavu do písku, jako to udělalo (doufám na přechodnou dobu) Německo. I v Německu musí být zabezpečena po mnoho budoucích století ochrana před radioaktivním zářením a šířením radioaktivních látek a to, i když Němci nebudou provozovat jaderné elektrárny. Jen s tím rozdílem, že na péči o použité palivo a uložení vysoce radioaktivních látek, si budou muset připlatit občané Německa z jiných zdrojů nežli z výnosů provozovaných jaderných elektráren. Rozhodnutí ukončení předchozího využívání jaderné energie je drahé a kdo se k němu odhodlá, musí na něj mít odpovídající finanční prostředky.
- Dokonce i země, kde se jaderná energie nevyužívá, mohou pocítit dobro užitečného sluhy (využitím dovezené elektřiny ze zahraničních jaderných elektráren) nebo zlo zlého pána (ze šíření radioaktivity v případě úniků radioaktivních látek z technologického cyklu zahraničních jaderných elektráren, při zanedbání priority bezpečnosti). Proto je spíše užitečné se věnovat jaderné energetice rozumným způsobem a přijmout ji jako důležitou a při dodržování podmínek bezpečnosti práce s radioaktivními látkami, také velmi užitečnou, součást energetického mixu. Jaderné elektrárny jsou za provozu bez emisí CO2 a k procesu energetických přeměn nespotřebovávají kyslík, proto se například využívají a budou využívat při cestách do vesmíru.
- V období nejbližších sto (i více) let, podle mého názoru, najde své místo právě kombinace obou druhů primárních energetických zdrojů: bezemisní jaderná energie k zásobování velkých centralizovaných systémů využití elektřiny a vhodná kombinace obnovitelných zdrojů v decentralizovaných systémech lokálního využití energie (tepla a elektřiny).
- Ať zvítězí libovolná koncepce a strategie, je jisté, že každý projekt zavedení nového energetického zdroje vyžaduje uplatnění zaběhaných postupů přípravy a realizace energetických projektů, podle platné, v našem případě české, legislativy.
Proto se příště zaměřím na stručný, komentovaný popis životního cyklu elektroenergetického zdroje (návrh, výstavba, provoz/údržba, ukončení provozu).
Poznámky – vysvětlení pojmů
Název pojmu česky (název pojmu anglicky, příp. zkratka)
Vysvětlení pojmu
Komentář
Poznámka
Dotace (dotation)
Pojmem dotace se v ekonomii rozumí peněžitý dar nebo daru podobná peněžitá úhrada ze strany státu (zpravidla vlády nebo zákonodárného sboru) nebo územněsprávního celku (v Česku kraj, obec nebo městská část) nějakému subjektu v zájmu snížení ceny určitého statku, jehož poskytování je ve „veřejném zájmu“. V některých oborech, například u veřejné osobní dopravy, se dotace provádějí formou úhrady prokazatelné ztráty, případně zákonem definovaného přiměřeného zisku. Často bývá poskytnutí dotace vázáno na jistou míru vlastní spoluúčasti příjemce (například dotace tvoří určitý procentní podíl z částky vynaložené příjemcem dotace).
Pojem dotovaná cena se někdy používá i v souvislosti se spotřebitelskými cenami různých produktů – často takových, které samy o sobě nejsou použitelné bez dalšího smluvního vztahu s poskytovatelem služby, kterou daný produkt umožňuje využívat (mobilní telefony, modemy). Jiným označením takového typu dotace je subvence.
Pozn. autora: Dotace dosti často zkreslují vztahy, výsledky hospodaření také mohou vést k rozevírání nůžek mezi těmi, kteří mají přístup ke kapitálu a těmi, kteří takový přístup nemají, ačkoliv v konečném důsledku dotace zaplatí vždy všichni daňoví poplatníci. Viz případ fotovoltaiky v letech 2009 až 2011 v ČR. Dotace zkreslují tržní vztahy a vytvářejí nerovné podmínky v hospodářské soutěži. V angličtině je jeden z výrazů pro výraz „dotace“ doping! Podle mínění autora jsou někdy právě takovým dopingem, který vytváří na trhu hospodářské soutěže nerovné podmínky.
Elektro energetický zdroj (power resource)
Takový zdroj, ve kterém dochází jedním nebo více druhy energetických přeměn k získání elektřiny z primárního energetického zdroje.
Účinnost takových přeměn se liší až výrazně podle hustoty toku energie plochou, která je u různých primárních energetických zdrojů velmi odlišná. Nejvyšší hustotu toku energie vykazují zdroje s využitím primární jaderné energie a nejnižší hustotu toku fotovoltaiky.
Energetická efektivita (energy efficiency)
Ve fyzice je účinnost fyzikální veličina, která udává poměr mezi výkonem a příkonem stroje při vykonávání práce.
Energie dodaná stroji musí být vždy větší než práce strojem vykonaná (v opačném případě bychom mluvili o tzv. Perpetuum mobile), kvůli ztrátám – přeměně energie na neužitečné druhy (např. v důsledku tření se mění mechanická energie v teplo). Proto účinnost je vždy menší než 100 %.
Značka: η
Jednotka: jako bezrozměrná veličina buď bez jednotky, příp. s jednotkou %.
Energetická účinnost je podíl využité energie k vložené energii. Výsledkem je většinou číslo menší než 1, a proto se často uvádí v procentech.
Tepelné čerpadlo
V některých případech se lze setkat i s účinností větší než 1. V tom případě se jedná například o tepelné čerpadlo, kde se jako vstup bere pouze vložená ušlechtilá energie (např.: elektrický proud) a jako výstup se počítá celková tepelná energie dodávaná do místa spotřeby, tedy i teplo načerpané z dalšího zdroje. Například z hlubinného vrtu, kde využívá stabilní teploty horní vrstvy zemské kůry (cca do hloubky 100 m), tepelného výměníku zakopaného horizontálně v nezámrzné hloubce nebo v teplejších oblastech výměník vzduch/médium nebo u vody voda/médium. Toto do takto pojaté energetické bilance není záměrně započteno - například proto, že není na rozdíl od elektřiny a dalších zdrojů energie zpoplatněn a zdaněn.
Spalování: Účinnost vyšší než 1 se někdy uvádí i u kotlů pro ohřev vody. Je to dáno tím, že jako základ účinnosti kotlů se nebere spalné teplo paliva (které vyjadřuje celou chemickou energii), ale jeho výhřevnost, ve které není započtena energie skupenského tepla vodní páry ve spalinách. Pokud se toto teplo využije (voda zkondenzuje), může být využitá energie vyšší než výhřevnost a jejich poměr je pak vyšší než 1. Teplo předané vodě je však vždy menší než spalné teplo a celková účinnost je tak vždy menší než 1.
Fosilní palivo (fossil fuel)
Fosilní palivo je nerostná surovina, která vznikla v dávných dobách přeměnou odumřelých rostlin a těl bez přístupu vzduchu. Řadí se sem především ropa, zemní plyn a uhlí.
V současnosti je snaha od užívání fosilních paliv ustupovat, a nahrazovat je jadernou energií nebo obnovitelnými zdroji. Důvody jsou ekologické (snižování produkce SO3, NOx, prachu a dalších nebezpečných škodlivin), ekonomické (náročnost na dopravu, se snižujícími se zásobami roste cena paliv - viz ropný vrchol atp.) i strategické (nerovnoměrné rozdělení zásob paliv).
http://cs.wikipedia.org/wiki/Fosiln%C3%AD_palivoFotovoltaika (photovoltaic system)
Fotovoltaika je metoda přímé přeměny slunečního záření na elektřinu (stejnosměrný proud) s využitím fotoelektrického jevu na velkoplošných polovodičových fotodiodách. Jednotlivé diody se nazývají fotovoltaické články a jsou obvykle spojovány do větších celků – fotovoltaických panelů. Samotné články jsou dvojího typu – krystalické nebo tenkovrstvé. Krystalické články jsou vytvořeny na tenkých deskách polovodičového materiálu, tenkovrstvé články jsou přímo nanášeny na sklo nebo jinou podložku.
V současné době se vyvíjí takzvaná třetí generace fotovoltaiky. Nosnou myšlenkou této generace fotovoltaiky je zvýšení účinnosti za použití tenkovrstvých technologií, pokud možno při použití netoxických, hojně se vyskytujících materiálů. Zvýšení účinnosti lze dosáhnout obejitím Shockleyova-Queisserova limitu pro fotovoltaický článek s jedním polovodičovým přechodem použitím struktur s větším počtem P-N přechodů. Teoreticky byly navrženy i jiné principy, dosud se však nepodařilo je experimentálně ověřit.
Hybridní řešení (hybrid design)
Zpravidla se jedná o řešení pohnů automobilů v kombinaci dvou až tří primárních energetických zdrojů (benzín/ropa + plyn + elektřina), přeměňovaných na mechanickou práci a pohon kol řízeným způsobem tak, aby relevantní pohonné jednotky pracovaly v optimálním režimu výkonu. Jinou kombinací bývají systémy benzín/nafta + elektřina + palivový článek.
Jedním z efektivních způsobů krátkodobého uložení energie ve vozidlech by se v budoucnosti mohl stát setrvačník. Tato velmi stará myšlenka uložení energie do rotující hmoty se stává v posledních letech znovu aktuální, zejména v souvislosti s plánovaným rostoucím podílem hybridních a elektrických vozidel na automobilovém trhu.
Jako příklad může sloužit hybridní autobus APTS Phileas z roku 2004.
Tento nízkopodlažní tříčlánkový autobus hybridně kombinuje spalovací motor, elektromotor a setrvačník 300 kW/4 kWh. Ten akumuluje energii získanou výhradně rekuperací při deceleraci. Akumulovaná energie postačí vozidlu k dojezdu přibližně 3 km a úspora paliva v hybridní soustavě proti konvenčním pohonům představuje asi 30 %, přičemž samotnému setrvačníku je odhadem přičítáno asi 10 %.
Jaderná elektrárna (nuclear Power Plant, NPP)
Jaderná elektrárna je výrobna elektrické energie resp. technologické zařízení, sloužící k přeměně vazebné energie jader těžkých prvků na elektrickou energii. Skládá se obvykle z jaderného reaktoru, parní turbíny s alternátorem a z mnoha dalších pomocných provozů. V principu se jedná o parní elektrárnu, ve které se energie získaná jaderným reaktorem používá k výrobě páry v parogenerátoru. Tato pára pohání parní turbíny, které pohání alternátory pro výrobu elektrické energie.
Někdy používaný pojem atomová elektrárna je chybný, neboť z atomu se energie vyrábí i v elektrárnách na fosilní paliva.[zdroj?]
Současné jaderné elektrárny využívají jako palivo převážně obohacený uran, což je přírodní uran, v němž byl zvýšen obsah izotopu 235U z původních zhruba 0,7 % na 2–5 %.
Podle odhadů geologů a OECD vydrží známé a předpokládané zásoby uranu nejméně 270 let.
Jaderné elektrárny jsou z energetického hlediska vhodné především pro výrobu elektrické energie v režimu základního zatížení (je vhodné, aby vyráběly energii pokud možno nepřetržitě, jsou to zdroje typu optimum v maximu; provoz na nižším výkonu je méně efektivní).
Neobnovitelný zdroj energie (non-renewable energy source)
Za neobnovitelný zdroj energie je obvykle považován takový zdroj energie, jehož vyčerpání je očekáváno v horizontu maximálně stovek let, ale jeho případné obnovení by trvalo mnohonásobně déle.
Typickými příklady neobnovitelných zdrojů energie především fosilní paliva jsou uhlí, ropa, zemní plyn a rašelina. Dále sem patří jaderná energie, protože přirozené přírodní zásoby štěpných materiálů jsou také vyčerpatelné.
Zdroje, v jejichž čerpání lze teoreticky pokračovat další tisíce až miliardy let, jsou označovány jako obnovitelné zdroje.
V případě jaderné energie je ovšem nutné podotknout, že ač jsou těžitelné zásoby uranu vyčerpatelné v řádech stovek let, tak zásoby dalšího štěpného materiálu thoria jsou již na úrovni až tisíce let a v případě vhodného mixu jaderných elektráren (tlakovodních reaktorů generace III+ a množivých reaktorů generace IV, jsou zásoby jaderných štěpných materiálů na období větší než 10 000 let. K tomu je ještě důležité podotknout, že proces štěpení, jako první stupeň přeměn vedoucích k získání tepla a elektřiny, je proces bez emisí do ovzduší za normálního provozu a současně proces, který nepotřebuje ke své existenci kyslík.
Obnovitelný zdroj energie (renewable energy resource)
Obnovitelný zdroj energie je zdroj, v jehož čerpání lze teoreticky pokračovat další tisíce až miliardy let. Toto označení se používá pro některé vybrané, na Zemi přístupné formy energie, získané primárně především z termojaderného spalování vodíku v nitru Slunce. Dalšími zdroji jsou teplo zemského nitra a setrvačnost soustavy Země-Měsíc. Lidstvo je může čerpat v různých formách např.: sluneční záření, větrné energie, vodní energie, energie přílivu, geotermální energie, biomasy a dalších.
Údaje z Wikipedie, jsou v tomto případě přinejmenším nepřesné, protože tvrzení, že čerpání obnovitelných zdrojů energie může trvat až miliardy let, je zpochybnitelné, vzhledem k předpovědím vývojových stadií Slunce, kdy se dá již asi za 1 miliardu let předpokládat neobyvatelnost Země. I takové období je ovšem z hlediska dosavadní existence lidstva a jejího vývoje, mimo veškerou reálnou představu.
Palivový článek (fuel cell)
Palivový článek je elektrochemické zařízení přeměňující přímo chemickou energii paliva a okysličovadla na energii elektrickou.
Palivový článek je galvanický článek. Skládá ze dvou elektrod, které jsou odděleny membránou nebo elektrolytem. K elektrodám je přiváděno palivo (k anodě) a okysličovadlo (ke katodě). Na katodě se oxidační činidlo (většinou kyslík) redukuje na anionty (O2−), a ty pak reagují s H+ ionty na vodu. Elektrody palivového článku jsou katalyticky i reaktivně stabilní. Palivové články mohou pracovat nepřetržitě, dokud není přerušen přívod paliva nebo okysličovadla k elektrodám.
Existuje mnoho kombinací paliva a okysličovadla. Např. kyslíko-vodíkový článek používá vodík jako palivo a kyslík jako okysličovadlo. Jiné články užívají jako paliva uhlovodíky a alkoholy. Místo čistého kyslíku se jako okysličovadla může použít například vzduch, chlór a oxid chloričitý.
Přeměna chemické energie, uvolněné spalováním paliva, na elektrickou se děje v generátorech postupnou přeměnou přes jiné formy energie mechanickou, ... Palivové články získávají elektrickou energii přímo z chemické formy, a proto by měly být účinnější, jednodušší a spolehlivější. Zatím však jejich využití částečně brání technické překážky.
V současnosti se nejvíce nadějí vkládá do kyslíko-vodíkového palivového článku v rámci vodíkového pohonu automobilů. Vodík může být získán například pomocí elektrolýzy vody. Potřebný kyslík pro palivový článek, je možno získávat z atmosféry.
V palivovém článku jsou přiváděným a spotřebovávaným palivem a okysličovadlem omývány elektrody. Chemická energie paliva a okysličovadla je přeměňována na elektrickou při odběru proudu i v klidu (bez odběru proudu). Velikost dodávaného proudu ze zdroje určuje míru spotřeby paliva a okysličovadla.
V současnosti jsou palivové články především používány ve specifických případech raketoplány a ponorky. V současnosti vzrůstá využití v dalších civilních oborech.
Primární energetický zdroj (primary energy source)
Ministerstvo průmyslu a obchodu
Primární energetické zdroje jsou souhrnem tuzemských nebo dovezených energetických zdrojů vyjádřených v energetických jednotkách. Prvotním teplem se zde rozumí teplo vyrobené v jaderných reaktorech. Prvotní elektřina je elektřina vyrobená ve vodních elektrárnách (bez přečerpávacích vodních elektráren) plus saldo dovozu a vývozu elektřiny.
Autorovi se jako nejvýstižnější jeví definice podle encyklopedií:
Encyclopedy of Earth: Primární energie je energie obsažená v přírodních zdrojích před jakoukoli lidmi provedenou konverzí nebo transformací.
Wikipedia: Primární energie je energie dostupná v přírodě, která neprošla žádným konverzním nebo transformačním procesem.
Sluneční energie (solar energy)
Sluneční energie (sluneční záření, solární radiace) představuje drtivou většinu energie, která se na Zemi nachází a využívá. Vzniká jadernými přeměnami v nitru Slunce. Vzhledem k tomu, že vyčerpání zásob vodíku na Slunci je očekáváno až v řádu miliard let, je tento zdroj energie označován jako obnovitelný.
Využití sluneční energie přímé
Slunečními paprsky dopadne na povrch Země přibližně 1 kW/m2. Toto číslo se nazývá solární konstanta. Tuto energii lze využít přímo:
- pro výrobu elektrické energie (obvykle fotovoltaický článek ale také Stirlingův motor),
- v zemědělství (skleníky),
- zpracování užitkové vody (ohřev, ale též desalinace a desinfekce),
- vytápění.
Využití sluneční energie nepřímé
Nepřímo se sluneční energie v přírodě přeměňuje na:
- potenciální energii vody (využívaná ve vodních elektrárnách),
- kinetickou energii vzdušných mas (vítr),
- chemickou energii biomasy (včetně fosilních paliv, kde akumulace sluneční energie proběhla před dlouhou dobou).
Podle zákona zachování energie se sluneční energie, dopadající na planetu Zemi, přeměňuje beze zbytku v jiné formy.
Mezi projevy sluneční energie na Zemi tak patří:
- Energie fosilních paliv, která vznikla v dávné minulosti z rostlinné nebo živočišné biomasy
- uhlí
- ropa
- zemní plyn
- Energie větru – lišící se intenzita ohřevu jednotlivých částí planety vyvolává větrné proudění. Vítr může navíc vyvolávat na vodní hladině vznik vln.
- Energie biomasy, vzniklá přeměnou sluneční energie na energii chemických vazeb v organických sloučeninách fotosyntézou. Sem patří nejen energetické využití biomasy při spalování, ale i potravní využití živočichy (konzumenty).
- Vodní energie, kde sluneční energie představuje hybnou sílu pro koloběh vody.
- Teplo, které je většinou projevem ztrát při energetických přeměnách.
- Nepřeměněné elektromagnetické záření Slunce, o které bude řeč v tomto článku.
- Sluneční vítr – proud elementárních částic a jader helia ze Slunce
Větrná energie (wind power/energy)
Větrná energie je označení pro oblast technologie zabývající se využitím větru jako zdroje energie.
Teoreticky získatelný výkon je přímo úměrný třetí mocnině rychlosti proudící vzdušné masy. Protože rychlost větru značně kolísá, nedosahují větrné elektrárny po většinu doby nominálních hodnot generovaného výkonu.
Nejobvyklejším využitím jsou dnes větrné elektrárny, které využívají síly větru k roztočení vrtule (větrná turbína). K ní je pak připojen elektrický generátor.
V historii se místo převodu na elektřinu přímo konala nějaká mechanická práce. Větrný mlýn například mlel obilí, větrnými stroji se čerpala voda, lisoval olej, stloukala plsť nebo poháněly katry. Vítr se také používá k pohonu dopravních prostředků, nejvíc u lodí (plachetnice).
Výroba elektřiny (power generation)
Výroba elektrické energie využívá různých technologických postupů na základě použitých zdrojů. Vždy jde o přeměnu primární energie (obsažené ve zdrojích) na energii elektrickou. Pokud při výrobě elektřiny vzniká teplo, využívá se také pro vytápění či ohřev vody, a to pomocí kogeneračních jednotek.
- tepelné elektrárny
- jaderné elektrárny
- vodní elektrárny
- větrné elektrárny
- sluneční elektrárny
- geotermální elektrárny
V souvislosti se slovními vazbami výroba energie, spotřeba energie často oponuji každému mluvčímu tyto výrazy požívajícímu připomenutím zákona zachování energie, který je jeden ze základních a nejčastěji používaných fyzikálních zákonů. Tento zákon (zjednodušeně řečeno) konstatuje, že energii nelze vyrobit ani zničit, ale pouze přeměnit na jiný druh energie. Lépe je zákon vysvětlen první hlavní větou termodynamickou, která představuje ve fyzice formulaci zákona zachování energie: celková energie izolované soustavy je stálá (časově neměnná). Energie tedy v izolované soustavě nemůže samovolně vznikat ani zanikat. Druh energie se však může měnit, např. mechanická energie může přecházet na teplo apod.Tyto přechody jsou vždy provázeny ztrátami, tedy jinými slovy po každé přeměně jedné formy energie na jinou formu, dochází ke ztrátám a získaná forma dále využitelné energie je vždy menší, nežli předchozí forma.
Ve výrazech používaných v energetice je řada dalších nepřesností: ve statistikách i odborných textech se hovoří o tepelných elektrárnách a o jaderných elektrárnách a ve skutečnosti jde v obou případech o tepelné elektrárny, až na to, že jaderná elektrárna je částečně správně pojmenována podle primárního energetického zdroje, správně bychom měli hovořit o uranové elektrárně a tepelná elektrárna je ve skutečnosti uhelná elektrárna (a ještě máme další tepelné: plynové, mazutové, na biomasu a dokonce i na spalitelné odpady).
Nejdůležitější je si uvědomit, že využitelnou energii zpravidla získáme jednou anebo více přeměnami z jiných druhů energie, přičemž každá přeměna je provázena ztrátami. Konečný zákazník = uživatel nejvhodnější formy energie to vždy zaplatí vše i s těmi ztrátami při transformacích.
A propos, sám také užívám občas pojem výroba a spotřeba elektřiny anebo energie, i když mi to vadí, jenže ti druzí by mi možná méně rozuměli. Všichni jsou tak po desetiletí naučeni hovořit.
Použité informace jsou veřejně přístupné na internetu, zejména jde o portál http://cs.wikipedia.org/.
Commented explanation of several key terms of energy, especially from portfolio of renewable and non-renewable energy sources used both in current energy systems and in systems considered in the near future in the Czech Republic.