Efektivita přeměn energie

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.