Základným princípom výroby elektriny v elektrárňach je premena mechanickejenergie v generátore na energiu elektrickú. Najrozšírenejším typom elektrárnísú elektrárne tepelné. Na pohon generátora sa využíva para, ktorá vzniká spaľovanímuhlia. Zásoby uhlia sa však pomaly vyčerpávajú. I ďalšie nosiče energie –nafta, zemný plyn – sa spaľovaním nenávratne spotrebúvajú. Neobmedzenýmzdrojom nie je ani urán, ktorý sa využíva v jadrových elektrárňach.
Ľudstvo sa preto obzerá po iných možnostiach získavania energie. A tie súvšade okolo nás. Slnko, voda, vietor, pôda. Zdroje energie, ktoré sa nikdy nevyčerpajú.Ľudia ich využívali dávno predtým, ako objavili elektrinu, a dnes sa k týmtoživlom vraciame opäť.
Väčšina obnoviteľných zdrojov energie spĺňa základné ekonomické pravidlo prevyužívanie energií: počas doby svojho využívania je z nich vyrobené väčšiemnožstvo energie, než je potrebné na prevádzku zariadenia, ktoré z nich energiuzískava. Limitujúcim faktorom na ich širšie využívanie však stále zostáva vysokáobstarávacia cena zariadení, ktoré sú schopné takúto energiu vyrobiť. Druhým limitujúcimfaktorom je veľká miera nestability týchto zdrojov: napríklad slnečné žiarenie nemôžemevyužívať na danom mieste po celý deň, vietor nemá trvalú intenzitu, vodné zrážkykolíšu a pod.
Slnečná energia
Z celkového množstva slnečného žiarenia, ktoré na Zem dopadá, sa približneštvrtina odrazí späť do kozmického priestoru, časť je pohltená atmosférou a zostatoksa premení na povrchové teplo na povrchu Zeme. V súčasnosti ľudstvo využíva iba nepatrnýzlomok toho, čo slnečné žiarenie dopadajúce na zemský povrch ponúka. Z ekologickéhohľadiska patrí slnečné žiarenie k najčistejším a trvalým zdrojom energie.
Pre efektívne využívanie slnečného žiarenia je však potrebné posúdiť:
- či miesto, na ktorom plánujeme energiu získavať, má vhodnú orientáciu z pohľadusvetových strán a zatienenia okolitým terénom;
- či má vyhovujúci priemerný počet slnečných dní v roku.
Elektrina sa zo slnečného žiarenia získava priamo a nepriamo:
- priame získavanie energie využíva tzv. fotovoltaické články (najčastejšiez kremíka), v ktorých slnečné svetlo dáva do pohybu elektróny;
- nepriame získavanie energie je založené na získavaní tepla pomocou termočlánkov.Termočlánky menia slnečné teplo na elektrinu tým, že využívajú rozdiel teplôtelektrických vodičov.
Energia slnečného žiarenia sa často využíva aj na priame získavanie tepla, napríkladprostredníctvom skleníkov v záhradách či slnečných kolektorov na ohrev vody.
Vodná energia
Vodné elektrárne využívajú prírodný kolobeh vody – voda z morí,jazier a riek sa vyparuje, tvorí oblaky a dostáva sa na súš vo forme vodných zrážok.Voda sa potom kumuluje vo vodných tokoch, ktoré majú obrovský energetický potenciál.Využívanie vodnej energie úzko súvisí s prírodnými danosťami krajiny, najmäs množstvom vody v riekach a takisto s prevýšením, ktoré voda v teréneprekonáva.
Vodná elektráreň využíva prehradenie vodného toku a vytvorenie spádu vody. Vodaprivádzaná kanálom roztáča vodnú turbínu, ktorá je prepojená na generátor elektriny.V našich zemepisných šírkach sa často používa tzv. Kaplanova turbína. Je to„vrtuľa“, ktorá sa vďaka pretlaku vody točí niekoľkonásobne vyššou rýchlosťou,ako je rýchlosť prúdenia vody. Metodika Európskej únie považuje vodné elektrárneza zdroj energie z obnoviteľných zdrojov iba vtedy, ak je inštalovaný výkonmenší ako 10 MW. Takéto zariadenia nazývame malé vodné elektrárne.
Veterná energia
Vietor môžeme charakterizovať ako pohyb vzduchu, ktorý vzniká nerovnomerným ohrievanímzemského povrchu a následným vznikom atmosférických tlakov. V atmosfére takneustále rotuje teplý vzduch smerom nahor a studený vzduch sa zasa tlačí nadol.
Podmienky pre využívanie vetra sú veľmi špecifické, pretože efektívna veternáelektráreň vyžaduje trvalý a silný vietor počas celého roka. Vietor, ktorý je možnévyužiť, musí mať rýchlosť aspoň 15 km/h. Pri rýchlosti okolo 100 km/hsa vrtule elektrárne blokujú, pretože stožiar môže nebezpečne kmitať. Hlavnou časťouveternej elektrárne je veterná turbína na stožiari, ktorá premieňa rotačnú energiutočiacej sa vrtule na elektrinu. Lopatky rotujú pod tlakom vetra rýchlosťou iba30 až 50 otáčok za minútu. To by pre výrobu elektriny nepostačovalo, preto sa v turbínepoužíva sprevodovanie otáčania na viac než 1 500 otáčok za minútu. Veterné elektrárnesa využívajú najmä na morskom pobreží alebo vo vyšších nadmorských výškach. Privýstavbe sa zohľadňuje aj vzdialenosť od osídlených oblastí, vzhľadom na vyššiu úroveňhluku (zvukové vibrácie).
Energia z biomasy
Biomasa označuje zmes biologického pôvodu, z ktorej je možné získať energiu.Je to substancia najmä organického pôvodu, ktorá sa pestuje cielene alebo ideo vedľajší produkt či odpad pôdohospodárskej, potravinárskej a lesnej produkcie.Na Slovensku sa cielene pestuje napríklad repka olejná, slnečnica, ale aj vybranédruhy rýchlorastúcich drevín. Biomasa vznikajúca ako odpad je v našej krajinerozšírená najmä vo forme lesného odpadu (vzniká pri ťažbe a spracovaní dreva), pôdohospodárskehoodpadu (slama, seno), živočíšneho odpadu (hnoj), ale aj komunálneho organickéhoodpadu (napríklad vo forme kalov). Za biomasu sa nepovažujú fosílne formy, ktorévznikli pred tisíckami rokov.
Energia z biomasy sa získava:
-
spaľovaním, ktoré umožňuje využitie elektrického prúdu alebo pary.
Biomasasa v tomto prípade často upravuje, aby sa zvýšila jej výhrevnosť. Ide najmäo zníženie podielu vody v biomase. Typickým príkladom je výroba drevenýchpeliet a brikiet. Spaľovanie biomasy je vo vzťahu k oxidu uhličitému (CO2)neutrálne. Spaľovaním sa vyprodukuje toľko CO2, koľko rastlina spotrebujepočas svojho rastu;
-
splyňovaním alebo pyrolýzou, pri ktorých vzniká plyn, olej alebo decht.Využiteľnými plynmi sú amoniak, metanol či metán;
-
alkoholovým kvasením alebo anaeróbnou fermentáciou, ktoré ponúkajú využitieetanolu, metánu alebo oleja.
Využívanie biomasy je limitované logistickými možnosťami subjektu, ktorý plánujeenergiu z biomasy trvalejšie využívať. Je potrebné počítať najmä s vyššíminárokmi na skladovanie a pravidelnosť dodávok biomasy do energetického cyklu.
Tepelné čerpadlo
Tepelným čerpadlom je možné ušetriť až 75 % ročných nákladov na vykurovanie.
Tepelné čerpadlo je zariadenie, ktoré odčerpáva tepelnú energiu z okolitéhoprostredia a odovzdáva ju vykurovaciemu systému. Pracuje podobne ako chladnička,ktorej hnacím prvkom je kompresor poháňaný elektromotorom. Tepelné čerpadlo umožňujevyužiť nízkopotenciálne teplo zeme, vody a vzduchu a odovzdať ho napríklad interiéruvášho domu. Tepelné čerpadlá dnes patria medzi najekologickejšie a najúspornejšiesystémy na vykurovanie a prípravu teplej vody.
Tepelné čerpadlo môžete využiť na:
- vykurovanie domov, bytov, priemyselných či rekreačných objektov,
- ohrev vody na bežnú spotrebu či ohrev bazénovej vody,
- klimatizáciu a chladenie – v prípade tepelného čerpadlas reverzným chodom.
Funkcia tepelného čerpadla
Tepelné čerpadlo odoberá teplo z jedného prostredia a odovzdáva ho inému.Pravidelne sa v ňom opakuje cyklus, ktorý má 4 fázy:
- vyparovanie – odoberaním tepla z vody, zo vzduchu alebozo zeme cez prvý výmenník sa chladivo odparuje, čím sa dostáva do plynnéhostavu;
- kompresia – kompresor stlačí ohriate chladivo,čím vzrastie jeho teplota;
- kondenzácia – ohriate chladivo potom odovzdá teplo vykurovaciemumédiu prostredníctvom druhého výmenníka. Tým sa chladivo ochladí a skondenzujespäť na kvapalinu;
- expanzia – prechodom cez expanzný ventil sa zníži tlak a chladivoputuje späť k prvému výmenníku. Vo výmenníku sa znova ohreje a cyklussa uzatvára.
Na to, aby sa mohol tento cyklus opakovať, je potrebné dodať kompresoru tepelného čerpadla elektrinu na pohon kompresora. Jeho tepelný vykurovací výkon je daný súčtomoboch vložených energií, teda energie získanej z prostredia a elektriny potrebnejna pohon kompresora. Tepelný výkon je preto vždy väčší, ako energia vynaložená napohon tepelného čerpadla. Pomer tepelného výkonu a príkonu je tzv. výkonové číslo(vykurovací faktor). Čím je vyššie, tým je tepelné čerpadlo účinnejšie.
Z 1 kWh elektriny je takto možné získať asi 3 až 4 kWh tepelnej energie, čo predstavuje priemerné výkonové číslo 3 až 4. Výkonové číslo sa menív závislosti od teplotných podmienok. Tepelné čerpadlo je určené predovšetkýmpre nízkoteplotné vykurovanie (podlahové vykurovanie alebo radiátory so zväčšenýmivykurovacími plochami). Pri podlahovom vykurovaní je účinnosť tepelného čerpadlavyššia, pretože systém používa nižšiu teplotu vykurovacej vody.
Zdroj: http://www.setrimeenergiu.sk a www.uspornaziarovka.sk