Projektový den Téma : Obnovitelné zdroje 20.04.2011

1. Projektový den Téma : Obnovitelné zdroje 20.04.2011

2. Vyčerpatelné zdroje • teplárny • tepelné elektrárny • spalovací motory • atomové elektrárny

3. Obnovitelné zdroje Co jsou obnovitelné zdroje ? Proč obnovitelné zdroje ? Ano/Ne? Kde a jak je používáme nyní ? Kde a jak by mohly být požívány ?

4. historie Obnovitelné zdroje

5. Obnovitelné zdroje • Rozdělení obnovitelných zdrojů energie: • energie Slunce fototermika, fotovoltaika (přímé využití) energie vody, větru, biomasa (nepřímé využití) • energie Země geotermální energie, energie jádra planety, • energie Měsíce gravitační energie, příliv a odliv. • Proč jsou to obnovitelné zdroje ?

6. Obnovitelné zdroje Slovníček : Fosilní paliva - Fosilní palivo je nerostná surovina, která vznikla v dávných dobách přeměnou odumřelých rostlin a těl za nepřístupu vzduchu. Řadí se sem především ropa, zemní plyn a uhlí.

7. Obnovitelné zdroje Rozdělení • energie Slunce • fototermika, fotovoltaika (přímé využití) energie vody, větru, biomasa • (nepřímé využití) • energie Země geotermální energie, energie jádra planety • energie Měsíce gravitační energie, příliv a odliv.

8. energie Slunce Obnovitelné zdroje • Co je slunce ? • Slunce je nejbližší hvězda Zemi a je zatím jediná, • jejíž povrch můžeme detailněji sledovat • Slunce je centrální těleso naší sluneční soustavy. • Obsahuje 99 % hmotnosti celé soustavy • Slunce je mohutným zdrojem energie, kterou vyzařuje ve všech • oblastech elektromagnetického záření, čímž ovlivňuje všechna tělesa • sluneční soustavy. Je to obrovská žhavá plazmová koule • současné modely předpokládají, že Slunce zůstane „v rovnováze“ ještě • dalších 4 až 5 miliard let.

9. energie Slunce Obnovitelné zdroje Množství sluneční energie dopadající na zemský povrch je tak obrovské, že by současnou spotřebu pokrylo 6000 krát ! Solární energie má také nejvyšší hustotu výkonu ze všech známých zdrojů obnovitelné energie (celosvětový průměr je 170 W/m2).

10. energie Slunce – nepřímé využití Obnovitelné zdroje Energie Slunce Solární energie v České republice Celkové množství solární energie, které na zem (nebo střechu rodinného domu) dopadne za určitou časovou jednotku (den, rok) ovlivňují zeměpisné podmínky. Jiná je intenzita slunečního záření v  jižních státech Evropy, jiná v severských zemích. V České republice je intenzita slunečního záření odhadována na 950–1 340 kW na metr čtvereční za rok. Intenzita solárního záření se pochopitelně mění i v průběhu ročního období. V České republice je nejvyšší mezi dubnem a zářím. Dalším důležitým údajem je počet slunečních hodin, které se v České republice odhadují na 1 330–1 800 hodin Dopadající sluneční energie

11. energie Slunce – přímé využití Obnovitelné zdroje • Fototermika - je využití tepelného záření na ohřev látek různého skupenství • solární panely • sluneční pec • sluneční elektrárna

12. energie Slunce – přímé využití Obnovitelné zdroje Fototermika - solární panely/kolektory „V létě, kdy je obloha bez mráčku, je možné pomocí 1 m2 plochého kolektoru ohřát až 100 l vody (na teplotu kolem 55 °C).“ „Tzn. stačí 1 metr čtvereční na osobu” !

13. energie Slunce – přímé využití Obnovitelné zdroje Fototermika - sluneční pec neboli solární tavicí pec je sběrač, který soustřeďuje sluneční paprsky do jednoho místa. Využívá se odrazu světla od speciálně tvarovaných a orientovaných zrcadel. Maximálních teploty v peci 3800 °C v metalurgii absolutní maximum ! Odeillo ve francouzských Pyrenejích, do provozu byla uvedena roku 1969 (první a zároveň největší solární pec).

14. energie Slunce – přímé využití Obnovitelné zdroje Fototermika - sluneční elektrárna

15. energie Slunce – přímé využití Obnovitelné zdroje • Fototermika • Trombeho stěna

16. energie Slunce – přímé využití Obnovitelné zdroje • Fotovoltaika • je přímá přeměna slunečního záření v elektrickou energii. • fotovoltaický článek je velkoplošná polovodičová součástka schopná • přeměňovat světlo na elektrickou energii. Využívá při tom tzv. • fotovoltaický jev. • 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. • Problémy : skladování …

17. energie Slunce – přímé využití Obnovitelné zdroje Fotovoltaika Během výroby elektrické energie fotovoltaický systém neznečišťuje životní prostředí. Fotovoltaické systémy vyžadují minimální údržbu po jejich nainstalování. Provozní náklady jsou tudíž extrémně nízké ve srovnání s existujícími technologiemi. Bohužel náklady na vybudování těchto systémů nejsou triviální. Pokud je fotovoltaický systém připojen na síť tak energie může být spotřebována místně a tudíž snížit celkové ztráty rozvodné soustavy. Do výzkumu solárních systémů bylo investováno poměrně málo ve srovnání s prostředky, které byly investovány do výzkumu produkce energie z fosilních a jaderných zdrojů.

18. energie Slunce – přímé využití Obnovitelné zdroje Fotovoltaika

19. energie Slunce – přímé využití Obnovitelné zdroje Fotovoltaika

20. energie Slunce – přímé využití Obnovitelné zdroje Fotovoltaika – příklady instalací

21. Rozvodná elektrická síť Obnovitelné zdroje Rozvodná elektrická síť má jedno specifikum. Je potřeba v ní udržovat rovnováhu mezi okamžitou spotřebou elektrické energie a její výrobou. Jinak může dojít k přetížení sítě a následnému výpadku nebo dokonce až ke kompletnímu zhroucení. Problém se bude navíc v budoucnu ještě prohlubovat. Nejen, že se počítá s dalším masivním rozvojem obnovitelných zdrojů, ale výzvou bude i postupné rozšiřování elektromobilů. Jejich hromadné zavádění zapříčiní v následujících letech velké požadavky na okamžité dodávky elektrické energie. Například v nočních hodinách, kdy bude drtivá většina uživatelů své elektromobily dobíjet.

22. Obnovitelné zdroje Rozvodná elektrická síť Řešením by mohly být obrovské baterie, které by přebytek elektřiny ze sítě skladovaly a v době zvýšené spotřeby by elektrickou energii dodávaly zpět do sítě. Příklad : 20 MWh úložiště je dostatečně velké pro zásobovaní 2000 domácnosti na jeden celý den.

23. Příklady využití Obnovitelné zdroje Solar Impulse – solární letadlo

24. Obnovitelné zdroje

25. Příklady využití Obnovitelné zdroje planetSolar – solární loď na cestě kolem světa

26. Obnovitelné zdroje Rozvodná elektrická síť . Čeští vědci pracují na revoluční technologii 3D baterií

27. energie Slunce – nepřímé využití Obnovitelné zdroje • energie vody - Vodní elektrárny • Princip

28. energie Slunce – nepřímé využití Obnovitelné zdroje energie vody - Vodní elektrárny Tři soutěsky v Číně Délka hráze v koruně: 1 725 m Výška hráze: 185 m Šířka hráze: 126 m V současnosti probíhá rozšíření elektrárny do finálního počtu 32 turbin, 6 nově plánovaných bude umístěno v podzemí přehrady tím pádem stoupne výkon na 22 500MW, což bude zhruba 13x převyšovat výkon Dukovanské jaderné elektrárny, nebo 1125x Vranovské přehrady. Zatím největší hydroelektrárna Itaipů na jihoamerické řece Paraná měla výkonu 14 000 MW.

29. energie Slunce – nepřímé využití Obnovitelné zdroje energie vody - Vodní elektrárny Tři soutěsky v Číně

30. energie Slunce – nepřímé využití Obnovitelné zdroje energie Vody Přečerpávací vodní elektrárna je speciální typ vodní elektrárny, která slouží ke skladování (akumulaci) elektrické energie prostřednictvím gravitační potenciální energie vody. Umožňuje řešit problém rozdílné spotřeby elektrické energie během pracovního dne, kdy ráno a v podvečer bývají v odběru elektrické energie z elektrorozvodné sítě výkonové spotřební špičky, kdežto v noci je odběr elektrické energie malý. Během přečerpávání se energie samozřejmě ztrácí, za každou kilowathodinu elektrické energie, kterou je třeba během špičky použít, je nutné mimo špičku akumulovat asi 1,3 kWh do potenciální energie vody. Celková energetická účinnost obvykle nepřevyšuje 80 %.

31. energie Slunce – nepřímé využití Obnovitelné zdroje Energie vody – přečerpávací elektrárna Dlouhé stráně

32. energie Slunce – nepřímé využití Obnovitelné zdroje energie vody – přečerpávací elektrárna Dlouhé stráně výškový rozdíl nádrží 510,7 m. Horní nádrž se nachází na vrcholu hory Dlouhé stráně v nadmořské výšce 1350 m a má provozní objem 2 580 000 m3 (celkový objem 2 719 750 m³) a zabírá plochu 15,4 ha, s největší hloubkou 26 m. Dolní nádrž leží na říčce Divoká Desná v nadmořské výšce 824,7 m a má celkový objem 3 405 000 m³ a plochu 16,3 ha. Při plném načerpání horní nádrže stoupne její hladina o 21,5 m a hladina dolní nádrže klesne o 22,2 m Jedná se o nejvýkonnější vodní elektrárnu v Česku – její instalovaný výkon je 2 × 325 MW (Francisovy turbíny)

33. energie Slunce – nepřímé využití Obnovitelné zdroje Příklady řešení Dánsko je s ohledem na obnovitelné zdroje energie jednou z nejprogresivnějších zemí světa. Tamní architektonické studio Gottlieb Paludan aktuálně přišlo s novým nápadem. Ten počítá s využitím klasických solárních či větrných elektráren v kombinaci s vodními přečerpávacími elektrárnami. Tak by se vyřešil dlouhodobý problém alternativních zdrojů, totiž jejich nestálost. Dánsko již dnes získává 20% energie z větrných turbín. Jsou umístěné jak na pevnině, tak v moři. Podíl větrné energie se neustále zvyšuje, ale spolu s tím se objevují také problémy. Ten hlavní spočívá v tom, že energie větru je nestálá. Někdy fouká hodně, někdy málo, někdy vůbec. Rozvodová síť však musí být zásobována konstantně.

34. energie Slunce – nepřímé využití Obnovitelné zdroje Energie větru - Větrná elektrárna Větrné elektrárny využívají síly větru k roztočení vrtule (větrná turbína). K ní je pak připojen elektrický generátor. V historii se místo převodu na elektřinu konala přímo 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).

35. Obnovitelné zdroje Energie větru Větrná elektrárna Teorie Větrné elektrárny využívají síly větru k roztočení vrtule (větrná turbína). K ní je pak připojen elektrický generátor. Získaná energie je přímo úměrná třetí mocnině rychlosti proudící vzdušné masy, proto větrné elektrárny po většinu doby nedosahují nominálních hodnot generovaného výkonu.V historii se místo převodu na elektřinu konala přímo 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).

36. energie Slunce – nepřímé využití Obnovitelné zdroje Princip větrné elektrárny, virtuální prohlídka

37. energie Slunce – nepřímé využití Obnovitelné zdroje Energie větru

38. energie Slunce – nepřímé využití Obnovitelné zdroje Co je slunce ?

39. energie Slunce – nepřímé využití Obnovitelné zdroje Jaké to je v gondole větrné elektrárny a mimo ní.

40. energie Slunce – nepřímé využití Obnovitelné zdroje

41. energie Slunce – nepřímé využití Obnovitelné zdroje Energie větru - malé větrné elektrárny vhodné pro použití v městském prostředí. Tyto větrné turbíny jsou určeny pro použití na střechách a jiných součástech budov či velkých mostů.

42. energie Slunce – nepřímé využití Obnovitelné zdroje Energie větru Velké větrné farmy

43. energie Slunce – nepřímé využití Obnovitelné zdroje Energie větru Příklady použití v městské zástavbě, nebo na dopravních tepnách

44. energie Slunce – nepřímé využití Obnovitelné zdroje Energie větru - Příklady použití v městské zástavbě

45. Příklady využití Obnovitelné zdroje Maglevova větrná turbína

46. Příklady využití Obnovitelné zdroje Ať žije technologie …

47. energie Slunce – nepřímé využití Obnovitelné zdroje Energie biomasy Energie biomasy je další formou transformované sluneční energie. Má výhodu ve snadném skladování. V současné době se biomasa nejčastěji využívá pro spalování. Je to sice nejlevnější způsob využití, ale také nejméně šetrný k životnímu prostředí. Je pravdou, že do atmosféry se dostane stejné množství CO2, jaké bylo absorbováno při růstu rostlin.

48. energie Slunce – nepřímé využití Obnovitelné zdroje Energie biomasy - bioplyn zpracování biomasy tzv. anaerobní fermentací, vzniká bioplyn. Tento proces probíhá ve vlhkém prostředí působením metanových bakterií – metanogenů. Ve fermentačních nádobách (vlhké prostředí, ve kterém působí metanové bakterie) jsou uloženy organické materiály (palivo) bez přístupu vzduchu. Ty při fermentaci produkují bioplyn (s vysokým obsahem metanu). Tento je následně využit jako palivo k výrobě elektřiny. Kromě ní je výstupem také teplo v podobě horké vody. Palivo (např. kukuřičná siláž , řepné řízky a kořínky) je uloženo ve skladech a dostatečně překryto těsnícím materiálem. Jako vstupní suroviny jsou uvažovány kukuřičná siláž a vedlejší cukrovarské produkty.

49. Obnovitelné zdroje Rekuperace tepla Co je to rekuperace? Rekuperace, neboli zpětné získávání tepla je děj, při němž se přiváděný vzduch do budovy předehřívá teplým odpadním vzduchem. Teplý vzduch není tedy bez užitku odveden otevřeným oknem ven, ale v rekuperačním výměníku odevzdá většinu svého tepla přiváděnému vzduchu. Účinnost rekuperace? Účinnost rekuperace = účinnost zpětného získávání tepla = využití odpadního tepla pro předehřev chladného, čerstvého vzduchu. Reálná účinnost rekuperace se pohybuje u běžně dostupných vzduchotechnických zařízení od 30 do 90 %, přičemž účinnost nad 60 % se považuje za dobrou, nad 80 % za špičkovou.

50. Obnovitelné zdroje Rekuperace tepla Princip tepelného čerpadla Tepelné čerpadlo pracuje na podobném principu jako chladnička, která uvnitř odebírá teplo potravinám (chladí) a v zadní části topí. Podobně pracuje tepelné čerpadlo, ale s mnohem větším výkonem. Odebírá teplo venkovnímu prostředí (vodě, vzduchu nebo zemi) a v domě topí pomocí topné soustavy, např. radiátorů nebo podlahového topení.