ALTERNATIVNÍ ZDROJE ENERGIE

1. ALTERNATIVNÍ ZDROJE ENERGIE

2. Alternativní zdroje energie = jiné, neobvyklé, náhradní Obnovitelné zdroje E = obnovitelné nefosilní zdroje - Slunce - Voda - Vítr - Geotermální E - Biomasa - E přílivu a odlivu - Odpadní bioplyny

3. 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

4. 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)

5. Dřevěné pelety

6. 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

7. 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

8. 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

9. 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

10. 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

11. 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

12. 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

13. 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 >>>>>>>>>>>

14. 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

15. 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

16. 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. .

17. 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.

18. 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.

19. 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

25. 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

26. Orlík

27. 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

28. Přečerpávací elektrárna Dlouhé Stráně

31. 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

32. Elektrárny u nás Na Vltavě – Kamýk, Orlík, Slapy , Štěchovice, Vrané, Lipno Dalešice, Dlouhé Stráně

33. 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

34. 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

35. 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

36. 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

37. 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

39. 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 slunečnímsvitem

40. 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

41. 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

42. 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°

43. 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

44. 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

45. 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 …

46. Fotovoltaická elektrárna na střeše výrobní haly u Zlína

47. Solární fotovoltaická elektrárna na u Hodonína ( v budoucnu jedna z největších v Evropě)

48. Přehled velkých fotovoltaických systémů v ČR http://www.czrea.org/files/images/Instalace_FVE.jpg

49. 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)

50. 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