Aktuální číslo:

2018/7

Téma měsíce:

Co kdyby…

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

Peníze z chemie, peníze pro chemii

Peníze z chemie, peníze pro chemii

Ondřej Vrtiška  |  16. 7. 2018
Manželé Hana a Dalimil Dvořákovi se seznámili v laboratoři. A nebylo to naposledy, co zaujetí pro organickou chemii ovlivnilo jejich životy i mimo...
Co když se probudí sopky pod antarktickým ledem?

Co když se probudí sopky pod antarktickým ledem?

John Smellie  |  16. 7. 2018
Antarktida je rozlehlá pustina pokrytá největším ledovým příkrovem světa, který obsahuje asi 90 % globálních zásob sladké vody. Funguje jako obří...
Ztracený potápník

Ztracený potápník uzamčeno

Josef Lhotský  |  16. 7. 2018
„Konference jsou od toho, abys tam navazoval styky a chlastal,“ řekl mi kdysi… — Povídka proplétající osudy tří velkých postav biologie.

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

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

 

Objednat předplatné