Aktuální číslo:

2018/10

Téma měsíce:

Navigace

Efektivita přeměn energie

Možnosti dokonalejší přeměny
 |  3. 5. 2013
 |  Vesmír 92, 272, 2013/5

Lidé se během posledních několika desetiletí stávají více a více závislými na energii, kterou pro svou práci nevytváří sám člověk.

S určitým zneklidněním bychom si měli přiznat, že většinu energie dnes čerpáme především z elektrických zásuvek a akumulátorů prostřednictvím různých periferních zařízení, která jsme sestrojili a naučili jsme se je víceméně dovedně ovládat. A energii z potravy nebo energii uloženou v našich tukových zásobách bez zřejmého pracovního užitku likvidujeme v posilovnách.

Výroba elektrické energie, její dostatečné množství, snadná dostupnost, rozumná, ještě akceptovatelná cena, spolehlivost dodávek atd. představují pro současnou lidskou společnost velmi závažný problém. Omezenost a problematičnost tzv. obnovitelných zdrojů, tenčící se zásoby fosilních paliv, problematika bezpečnosti jaderných elektráren, nutnost bezpečného dlouhodobého uložení jaderného odpadu a další aspekty jsou zneklidňující otázky energetické koncepce naší vlasti, Evropy a celého světa.

Efektivita přeměn energií v elektrárně

Vedle hledání nových způsobů přeměny různých druhů energií na elektrickou energii je aktuálním úkolem kromě jejího efektivního využívání i její co nejefektivnější výroba. V ne příliš vzdálené době nebyly otázky skutečně hospodárné výroby elektřiny a jejího využívání tím, co bylo životně důležité. Před třiceti lety jsme například ve škole ještě slyšeli, že tepelná elektrárna s dobrou účinností je ta, která z chemické energie ukryté ve stu vagonech uhlí pouze třicet vagonů přemění na energii elektrickou. Sedmdesát procent energie se ztrácí energetickými přeměnami v tepelné elektrárně: chemická energie se mění nejprve v kotli elektrárny na energii tepelnou, tepelná pak v parní turbíně na mechanickou, mechanická energie v generátoru na energii elektrickou. Zhruba se v takové tepelné uhelné elektrárně s parní turbínou vyrobí 1 kilowatthodina z 1 kg severočeského hnědého uhlí.

Starší bloky tepelných elektráren mají v současné době účinnost okolo hpr = 35 % (viz vagony uhlí nahoře v textu), současný špičkový stav představují moderní bloky s účinností okolo 47 % až 50 % a předpokladem pro dobu okolo roku 2020 je situace, kdy nové bloky budou mít účinnost až okolo hpr = 55 %. Zvýšení účinnosti je úměrné zvýšení teplotního a tlakového spádu tepelného oběhu. Proto se zvyšuje tlak a teplota vstupní páry do turbíny. Stále vyšší parametry vstupní páry s sebou přinášejí nutnost vývoje nových materiálů, nových konstrukčních uzlů a technologií.

Současné špičkové bloky pracují na vstupu do parní turbíny s přehřátou párou o teplotě až 620 °C a tlakem 30 MPa. U parních turbín, které budou uvedeny do provozu po roce 2020, se předpokládá teplota vstupní páry až 800 °C a tlak 38 MPa.

V současné době dochází i k modernizaci elektráren, které jsou již v dlouhodobém provozu. Nové poznatky v oblasti termomechaniky a aerodynamiky umožňují vylepšit především účinnost turbíny. Tak se například podařilo zvýšit výkon každého bloku jaderné elektrárny v Temelíně z 1000 MW na 1050 MW – samozřejmě při stejné spotřebě paliva. Podobně po nedávno dokončené modernizaci jaderné elektrárny Dukovany došlo k podstatnému navýšení jejího výkonu.

Účinnost

Míra efektivity energetických přeměn se nazývá účinností. V případě složitých dějů ji lze stanovit součinem dílčích účinností jednodušších procesů, které probíhají v rámci zkoumaného složitého děje. Protože platí druhý zákon termodynamický (William Thomson, lord Kelvin of Largs, 1824–1907: „Neexistuje takový termodynamický proces, jehož jediným výsledkem by bylo převádění nějakého množství tepla získaného z termostatu na práci.“), pohybuje se hodnota účinnosti vždy mezi nulou a jedničkou (či mezi nulou a stem procent). Takže například pro účinnost tepelné elektrárny hpr platí:

hpr = ho · hk · hp · hm · hg · htr · hvs

kde ho je účinnost reálného tepelného oběhu, hk činnost kotle, hp účinnost parovodů, hm mechanická účinnost turbíny, hg účinnost generátoru, htr účinnost transformace a konečně hvs je respektování vlastní spotřeby elektrárny. Představíme-li si, že každý z popsaných dějů probíhá se stejnou účinností (např. 90 %), bude po vynásobení výsledná účinnost elektrárny hpr = 47,8 %, tzn. že pouze necelá polovina energie, která je obsažena ve spalovaném uhlí, se odvede do elektrické sítě.

Nyní vidíte 41 % článku. Co dál:

Jsem předplatitel, mám plný přístup
Jsem návštěvník
Chci si přečíst celé číslo
Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru. Více o předplatném
OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Fyzika

O autorech

Martin Luxa

Jaroslav Synáč

Doporučujeme

Jsme na vrcholu, další vývoj je na nás

Jsme na vrcholu, další vývoj je na nás

Ondřej Vrtiška  |  12. 10. 2018
Co nám studium zaniklých civilizací může říct o té naší? I tomu se bude věnovat přednáška Učené společnosti ČR, kterou v úterý 16. října přednese...
Velké umění astronavigace: Od astrolábu po sextant

Velké umění astronavigace: Od astrolábu po sextant

Petr Scheirich  |  1. 10. 2018
Staří mořeplavci prý určovali polohu své lodi podle hvězd. Tato rozšířená romantická představa je ale nesprávná. Metoda astronavigace nikdy nebyla...
Jak se neztratit na moři

Jak se neztratit na moři

Petr Scheirich  |  1. 10. 2018
Dle znamenitého pozorování Slunce a Měsíce shledávám naši zeměpisnou délku 178° 18' 30" západně od Greenwiche. Zeměpisná délka dle logu je 175°...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné