Výroba elektřiny – jak vzniká elektřina

Každá domácnost spotřebovává mnoho elektrické energie. Máme ji na dosah prostřednictvím elektrických zásuvek a díky tomu bereme elektřinu jako samozřejmost. Pojďme se nyní podívat na místo, kde a jak elektřina vzniká. Do elektrárny.

Elektrárna je místem, kde dochází k výrobě elektrické energie. Na tomto místě tedy dochází k přeměně nějaké energie na elektrickou. O tom jsme psali v článku Co je to elektřina. Postupem času se elektrárny vyvíjejí, vznikají nové, mění se jejich technologie.

První elektrárna vznikla již na přelomu 19. a 20. století. Od té doby se mnoho změnilo a předpokládá se samozřejmě i další vývoj technických zařízení. Obecně elektrárny dělíme na dvě skupiny podle toho, jaké zdroje využívají. Tyto zdroje dělíme na

• Neobnovitelné – Neobnovitelné zdroje energie jsou omezené a hrozí jejich spotřebování.
• Obnovitelné – Nejznámější z obnovitelných zdrojů energie jsou voda, vítr a slunce.

V současné době existují různé druhy elektráren. Patří mezi ně elektrárny jaderné, tepelné, solární, vodní, elektrické, geotermální či přílivové. O všech si postupně napíšeme.Nejběžnější elektrárnou u nás je elektrárna tepelná.

Tepelná elektrárna

Jedním ze základních druhů elektráren je tepelná elektrárna. Energie je tu získávána spalováním různých druhů paliv. Mezi ně patří uhlí, topné plyny, biomasa, ropa, rašelina. Jde o neobnovitelné zdroje.

Při spalování paliv dochází k uvolňování tepelné energie, která je převáděná na mechanickou energii. V podobě páry se dostává do turbíny, jež je propojená s elektrickým generátorem. Pomocí alternátoru se mění na elektrickou energii.

• Nevýhodou tepelné elektrárny je negativní dopad na životní prostředí. Znečišťuje ovzduší tím, že do vzduchu vypouští oxidy dusíku, oxid uhličitý, oxid siřičitý a pevné prachové částice. Další nevýhodou je nízká účinnost výroby. Nevýhod je dost, ale samozřejmě má i své výhody.
• Výhoda, kterou nemůžeme upřít tepelné elektrárně, spočívá v dobré regulaci výkonu. Elektrárenské bloky lze v případě potřeby odstavit okamžitě.

V České republice jsou významné následující tepelné elektrárny: Tušimice, Prunéřov, Počerady, Poříčí, Mělník, Tisová, Náchod, Dětmarovice, Dvůr Králové, Ledvice, Chvaletice, Hodonín.

Obnovitelné zdroje energie

Sluneční energie

Sluneční světlo je jedním z nejhojnějších a volně dostupných zdrojů energie na naší planetě. Množství sluneční energie, které dopadne na zemský povrch za jednu hodinu, je větší než celková energetická potřeba planety za celý rok. Nicméně množství sluneční energie, které lze využít, se liší podle denní doby a ročního období i zeměpisné polohy.

Větrná energie

Vítr je vydatným zdrojem čisté energie. Větrné farmy jsou stále častěji k vidění. Elektřina z větrné energie se získává pomocí turbín, které pohánějí generátory, jež pak dodávají elektřinu do národní sítě. Přestože jsou k dispozici domácí nebo „off-grid“ výrobní systémy, ne každá nemovitost je vhodná pro domácí větrnou turbínu.

Vodní energie

Vodní energie jako obnovitelný zdroj energie je jedním z nejvíce komerčně rozvinutých zdrojů. Vybudováním přehrady nebo hráze lze využít velkou nádrž k vytvoření řízeného průtoku vody, který bude pohánět turbínu a vyrábět elektřinu. Tento zdroj energie může být často spolehlivější než solární nebo větrná energie a také umožňuje skladovat elektřinu pro použití v době, kdy poptávka dosáhne špičky.

Energie přílivu a odlivu

Jedná se o další formu vodní energie, která využívá přílivové proudy dvakrát denně k pohonu turbogenerátorů. Ačkoli přílivový proud na rozdíl od některých jiných zdrojů přílivová energie není konstantní, je velmi předvídatelný, a může tak kompenzovat období, kdy je přílivový proud nízký.

Geotermální energie

Využitím přirozeného tepla pod zemským povrchem lze geotermální energii využít k přímému vytápění domů nebo k výrobě elektřiny. Přestože geotermální energie využívá energii přímo pod našima nohama, má u nás zanedbatelný význam ve srovnání se zeměmi, jako je Island, kde je geotermální teplo mnohem volněji dostupné.

Energie z biomasy

Jedná se o přeměnu pevného paliva z rostlinných materiálů na elektřinu. Ačkoli v zásadě biomasa zahrnuje spalování organických materiálů za účelem výroby elektřiny, v dnešní době se jedná o mnohem čistší a energeticky účinnější proces. Přeměnou zemědělského, průmyslového a domácího odpadu na pevné, kapalné a plynné palivo vyrábí biomasa elektřinu s mnohem nižšími ekonomickými a ekologickými náklady.

Neobnovitelné zdroje energie

Uhlí

Protože uhlí pochází z dávných živých organismů, nazýváme ho fosilním palivem. Uhlí se pak spaluje pro svou energii, kterou lze využít k vytápění, například pecí, ale to se dnes už dělá jen zřídka. Nejčastěji se uhlí spaluje v elektrárnách, kde ohřívá vodu na páru, která pak roztáčí stroje zvané turbíny, jež vyrábějí elektřinu.

Zemní plyn

Stejně jako uhlí je i zemní plyn fosilním palivem, jen v plynné formě namísto pevné. Protože je zemní plyn vysoce hořlavý, využívá se jeho energie několika způsoby. Za prvé, teplo, které vytváří, lze využít přímo k vytápění budov a vody. Za druhé, elektrárny mohou zemní plyn využívat také k výrobě elektřiny. A konečně, zemní plyn lze skutečně koncentrovat nebo přeměnit na kapalinu a použít k pohonu vozidel, jako jsou automobily a lodě.

Ropa

Ropa je kapalina získávaná ze země a patří mezi fosilní paliva. V surové, přírodní podobě se využívá jen zřídka a aby byla co nejpřínosnější, musí se přeměnit na něco jiného. Benzín, nafta a letecké palivo jsou příklady produktů vyrobených z ropy a používají se k pohonu všeho možného od automobilů po letadla a vlaky.

Jaderná energie

Nepatří mezi fosilní paliva, což je rozdíl oproti ostatním neobnovitelným zdrojům energie, které jsme si probrali. Jaderná energie získává energii z jaderných reakcí, při kterých se srážejí nebo rozpadají velmi malé částice. Při těchto reakcích vzniká teplo, které se používá k výrobě elektřiny.

Jak se elektřina dostává do vašeho domu

Je tu vždy, když otočíte vypínačem nebo zapojíte kabel, ale elektřina musí urazit dlouhou cestu, aby se dostala do vašeho domu. Výrobní stanice, kde se elektřina vyrábí, může být vzdálená stovky kilometrů!

1. Elektřina se vyrábí v elektrárně pomocí obrovských generátorů. Výrobní stanice mohou využívat vítr, uhlí, zemní plyn nebo vodu.
2. Proud je posílán přes transformátory, které zvyšují napětí, aby se proud dostal na velké vzdálenosti.
3. Elektrický náboj prochází vysokonapěťovým přenosovým vedením, které se táhne napříč celou zemí.
4. Dostane se do rozvodny, kde se napětí sníží, aby mohlo být posíláno po menších elektrických vedeních.
5. Distribučními vedeními putuje do vaší čtvrti. Menší transformátory opět snižují napětí, aby bylo možné elektřinu bezpečně používat v našich domácnostech. Tyto menší transformátory mohou být namontovány na sloupech nebo umístěny na zemi (jsou to velké zelené krabice, tzv. transformátory na podložce).
6. Připojí se k vašemu domu a prochází přes elektroměr, který měří, kolik energie vaše rodina spotřebuje.
7. Elektřina jde do servisního panelu ve vašem sklepě nebo garáži, kde jističe nebo pojistky chrání vodiče uvnitř domu před přetížením.
8. Elektřina putuje po drátech uvnitř stěn k zásuvkám a vypínačům po celém domě.

Všechny ty sloupy a dráty, které vidíte podél dálnice a před svým domem, se nazývají přenosová a distribuční soustava. Dnes jsou výrobny po celé zemi vzájemně propojeny elektrickou soustavou (někdy nazývanou „rozvodná síť“). Pokud jedna výrobna nemůže vyrobit dostatek elektřiny pro provoz všech klimatizací, když je horko, jiná výrobna může poslat část elektřiny tam, kde je potřeba.

Historie elektřiny

Navzdory jejímu velkému významu v každodenním životě se asi málokdo pozastaví nad tím, jaký by byl život bez elektřiny. Stejně jako vzduch a vodu mají lidé tendenci považovat elektřinu za samozřejmost. Elektřinu však lidé používají k mnoha činnostem každý den – od osvětlení, vytápění a chlazení domácností až po napájení televizorů a počítačů.

Než se elektřina stala široce dostupnou, zhruba před 100 lety, svíčky, lampy na velrybí tuk a petrolejové lampy zajišťovaly světlo; lednice udržovaly potraviny v chladu a kamna na dřevo nebo uhlí zajišťovala teplo.

Vědci a vynálezci pracovali na rozluštění principů elektřiny od roku 1600. K pochopení a využití elektřiny významně přispěli Benjamin Franklin, Thomas Edison a Nikola Tesla. Benjamin Franklin prokázal, že blesk je elektřina. Thomas Edison vynalezl první žárovku s dlouhou životností.

Před rokem 1879 se stejnosměrná elektřina používala v obloukových svítidlech pro venkovní osvětlení. Na konci 19. století Nikola Tesla jako první zavedl výrobu, přenos a používání střídavého proudu (AC), který snížil náklady na přenos elektřiny na velké vzdálenosti. Teslovy vynálezy přinesly elektřinu do domácností k napájení vnitřního osvětlení a do továren k pohonu průmyslových strojů.