Stredná odborná škola polytechnická, Ul. Falešníka 6 971 01 PRIEVIDZA

ZÁVEREČNÁ PRÁCA K PRAKTICKEJ ČASTI MATURITNEJ SKÚŠKY

Rok: 2009/2010 Meno Priezvisko

Názov témy :

Fúzny reaktor

Študijný odbor : 2675 4 ELEKTROTECHNIKA

Zameranie : 02 výroba a prevádzka strojov a zariadení

Čestné prehlásenie : Čestne prehlasujem, že som odbornú prácu vypracoval samostatne s použitím uvedenej literatúry v zozname.

Stredné odborná škola polytechnická, Falešníka 6 971 01 P R I E V I D Z A

Trieda: II.NE Školský rok: 2009/ 2010 Forma štúdia: denná / nadstavbová

Študijný odbor: 26 754 ELEKTROTECHNIKA Zameranie: 02 výroba a prevádzka strojov a zariadení Názov témy č. 12:

Fúzny reaktor

Cieľ odbornej práce: objasniť význam nových zdrojov elektrickej energie, vysvetliť činnosť fúzneho reaktora . Úlohy:

1. vysvetlite pojem energetická kríza

2. objasnite význam nových spôsobov výroby elektrickej energie

3. popíšte činnosť a vyhotovenie fúzneho reaktora

4. porovnajte vlastnosti jednotlivých druhov alternatívnych zdrojov elektrickej

energie

Rozsah a spôsob dokumentácie: 7 – 20 strán textu spracovaného v Microsoft Word a Excel Literatúra: učebnice, odborná literatúra, časopisy, firemné katalógy, internet. Riešitelia: Michal Vavro

Vypracoval:...............................................

OBSAH 1. Energetická kríza.........................................................................................................1 2. Význam nových spôsobov výroby elektrickej energie................................................2 2.1 Starostlivosť o životné prostredie................................................................................3 3. Fúzny reaktor............................................................................................................. 4 3.1 Princíp činnosti a vyhotovenie....................................................................................5 3.2 Tokamak....................... .............................................................................................7 3.3 Výskumné reaktory.....................................................................................................8 4. Alternatívne zdroje el. energie....................................................................................9 4.1 Slnečná energia..........................................................................................................10 4.2 Biomasa.....................................................................................................................11 4.2.1 Biomasa ako palivo...................................................................................................12 4.2.2 Spaľovanie.................................................................................................................13 4.3 Veterná energia..........................................................................................................14 4.3 Veterná energia..........................................................................................................15 4.4 Vodná energia ...........................................................................................................16 4.4.1 Využitie vodnej energie.............................................................................................17 4.4.2 Ekológia.....................................................................................................................18 4.5 Energia oceánov a morí.............................................................................................19 4.5.1 Energia prílivu...........................................................................................................20 4.5.2 Energia morských vĺn................................................................................................21 4.5.3 Termálna energia oceánov.........................................................................................22 4.6 Geotermálna energia..................................................................................................23 5. Záver..........................................................................................................................24

1

1. ENERGETICKÁ KRÍZA

Vyspelý svet potrebuje obrovské množstvo energie nielen na zabezpečovanie tepla, svetla,

osobnej a nákladnej dopravy, ale aj na pohon rozličných zariadení a podporu

poľnohospodárstva. Máme však dostatočné energetické zdroje?

Predpokladá sa, že pri súčasnej spotrebe energie sa zásoby ropy vyčerpajú v priebehu 30

rokov. Zásoby uhlia vydržia len na 170 rokov a zemného plynu do roku 2060. Geológovia

stále hľadajú nové náleziská, takže svetová zásoba surovín môže byť obnovená. Najnovšia

metóda zisťovania nálezísk ropy a zemného plynu je pomocou družíc.

Je pravdepodobné, že je veľa nálezísk, ktoré geológovia ešte len musia objaviť.

Okrem toho stúpajúca spotreba energie nepriaznivo ovplyvňuje životné prostredie.

Spaľovanie veľkého objemu uhlia silne znečisťuje ovzdušie a spôsobuje globálne

otepľovanie. Ľudia stále potrebujú fosílne palivá, pretože spotreba energie na svete je veľmi

veľká.

2.VÝZNAM NOVÝCH SPÔSOBOV VÝROBY ELEKTRICKEJ

ENERGIE

Energiu považujeme za samozrejmosť. Nedostatok paliva a výpadky elektriny sú zriedkavé,

ale z času na čas nám pripomenú, že sme závislí od energie v doprave, pri vykurovaní našich

domovov v zime, pri ich ochladzovaní v lete, pri práci v závodoch, na farmách a v úradoch.

Väčšina zdrojov energie je však vyčerpateľná. Navyše, využívanie energie sa často spája so

znečisťovaním. Trvalá udržateľnosť stavu životného prostredia a potreba maximalizovať

bezpečnosť dodávok energie a udržania konkurencieschopnosti na svetových trhoch pri

rastúcich cenách vzácnych tradičných palív znamená využívanie menšieho množstva

fosílnych palív, ich rozumnejšie využívanie a hľadanie náhradných palív.

Približne 80 % energie, ktorá sa v EÚ spotrebuje, pochádza z fosílnych palív – ropy, zemného

plynu a uhlia. Významná a ešte stále veľká časť týchto palív pochádza z krajín mimo EÚ.

Závislosť na dovoze ropy a plynu, ktorá v súčasnosti predstavuje 50 %, by sa mohla do roku

2030 zvýšiť na 70 %. To spôsobí zvýšenie zraniteľnosti EÚ pri poklese dodávok alebo

2

zvyšovaní cien. EÚ musí znížiť spotrebu fosílnych palív aj z dôvodu zastavenia globálneho

otepľovania. Okrem toho je potrebné zlepšiť energetickú infraštruktúru EÚ: v rámci

nasledujúcich 20 rokov v tejto súvislosti treba 1 trilión eur. Ani toto však nebude stačiť. Skôr

či neskôr sa EÚ bude musieť stať hospodárstvom, ktoré bude v priemysle, doprave a v

domácnostiach využívať menej fosílnych palív, a ktoré bude využívať obnoviteľné zdroje

energie pri výrobe elektrickej

energie, vykurovaní budov, ich

klimatizovaní, či ako palivo v

určitých druhoch automobilov.

Vyžiada si to rázny prechod na

veternú energiu (najmä v

pobrežných oblastiach), energiu z

biomasy, vodnú energiu a

slnečnú energiu a biopalivá z

organických látok. Ďalším

krokom by mohol byť prechod na vodíkové hospodárstvo.

Obr.1 Jadrová elektráreň

2.1 Starostlivosť o životné prostredie

Na účely zastavenia globálneho otepľovania boli stanovené hraničné hodnoty pre množstvo

emisií oxidu uhličitého (CO2), ktoré priemysel EÚ môže vypúšťať do ovzdušia. Spoločnosti,

ktoré prekročia svoje emisné kvóty, si ich môžu kúpiť od iných spoločností, ktoré svoje

emisné kvóty nevyčerpali.

To prispeje k efektívnejšiemu využívaniu energie, zníži emisie znečisťujúcich látok a pomôže

dodržať ciele, ku ktorým sa EÚ zaviazalo v rámci Kjótskeho protokolu o zmene klímy.

Európska komisia navrhla, aby sa tieto pravidlá rozšírili aj na letecké spoločnosti. Nárast

emisií z lietadiel totiž môže znížiť o viac ako štvrtinu zníženie celkových emisií skleníkových

plynov plánované do roku 2012.

3

3. FÚZNY REAKTOR

Jadrová fúzia je proces opačný k jadrovému rozpadu. Dve ľahšie jadrá sa spoja a dohromady

vytvoria jedno väčšie. Táto reakcia je exotermická pre prvky ľahšie než železo (od železa

vyššie je naopak energeticky výhodné štiepenie jadra). Naše Slnko je obrovským reaktorom,

ktorý z vodíka produkuje takouto cestou hélium a ťažšie prvky. Prečo sa teda ešte na Zemi

nepoužíva ?

Odpoveď je jednoduchá - zatiaľ sme nezvládli vyrobiť reaktor, ktorý by to dokázal. Aj keď

nekontrolovaná fúzia je známa v podobe vodíkovej bomby už 50 rokov, zariadenie na výrobu

energie ešte nemáme. Najbližšie k tomuto cieľu sa zatiaľ principiálne dostal TOKAMAK (z

ruštiny TOroidaľnaja KAmera s AKsiaľnym magnitnim polem) - ktorý je taktiež známy už 50

rokov.

3.1 PRINCÍP ČINNOSTI A VYHOTOVENIE

Jadrové reakcie vhodné pre realizáciu termonukleárnych procesov, majú byť silné energické

jadrové premeny s vysokým účinným prierezom už pri pomerne nízkych energiách.

V ideálnom prípade by produkty reakcie mali byt nabité častice. Generácia neutrónov,

s ktorými sa nepočíta pre ďalšie špeciálne využitie, veľmi komplikuje prevádzku zariadenia

a znehodnocuje ju z ekologického hľadiska.

Základné termonukleárne reakcie použiteľné pre realizáciu termonukleárnych zariadení sú

uvedené v tabuľke 1.

Ako vidieť, všetky uvedené reakcie sú

sprevádzané tepelným efektom. Avšak tieto

reakcie sa môžu uskutočniť iba vtedy, ak jadrám,

ktoré sa majú na reakcii zúčastniť, sa dodá energia

potrebná na prekonanie potenciálovej bariéry.

Inými slovami, aby sa jadrá mohli priblížiť na

vzdialenosť, pri ktorej už začnú pôsobiť jadrové

sily, musia prekonať sily coulombovského

odpudzovania medzi kladnými nábojmi.

Obr.2 Schematické znázornenie reakcie deutéria a trícia .

4

Vzdialenosť pôsobenia jadrových síl medzi jadrami je 2.10 -5 m. To znamená, že uvedené

jadrá sa musia priblížiť na vzdialenosť medzi ich stredmi 4.10 -15 m. Pri tejto vzdialenosti

výška potenciálovej bariéry je asi 400 keV. Dodať potrebnú energiu veľkému počtu jadier

uvedených izotopov vodíka možno napr. jeho zohriatím na vysokú teplotu, a to 10 8 až 10 9 K.

Pri takej vysokej teplote, pri akej prebieha jadrová reakcia syntézy, vodík už nemôže

existovať ako neutrálny plyn pozostávajúci z atómov a molekúl, ale iba z jednotlivých

pohybujúcich jadier a elektrónov.

Takýto plyn sa volá vysoko teplotná plazma Palivom fúzneho reaktora by mal byt plyn

deutéria a trícia čo sú izotopy vodíka, reakcia deutérium – trícium (T-D) sa realizuje

najľahšie, pretože má výhodný účinný prierez už pri energiách rádovo desať keV. Deutérium

sa líši od vodíka iba tým, že má v jadre o jeden neutrón viac a teda je o jeden neutrón ťažší.

Deutérium sa nachádza aj voľne v prírode v morskej vode a používa sa pre výrobu ťažkej

vody pre ťažkovodné reaktory. Trícium je však materiál, ktorý sa umele vyrába pri jadrových

procesoch a je rádioaktívny s polčasom rozpadu 12,4 roka a s energiou žiarenia 18 keV. Ako

izotop vodíka sa od vodíka líši tým, že má o dva neutróny viac. Problém s tríciom je vo

fúznom reaktore vyriešený tak, že si ho reaktor sám vyrába. Okrem plynu deutéria a trícia sa

v reaktore nachádza aj lítium v takzvanej plodiacej vrstve. Ak lítium zachytí neutrón premení

sa na a – aktívne lítium, ktoré sa s príslušným polčasom rozpadu rozpadá na a – časticu

a trícium.

Tabuľka 1

Reakcie Q [MeV] E + [MeV]

TD T + D? 4 He (3,52 MeV) + n (14,06MeV) 17,58 3,52

DD D + D?T (1,01MeV) + H (3,03MeV) 4,04 4,04

DD D + D? 3 He (0,82MeV) + n (2,45MeV) 3,27 0,82

3 HeD 3 He + D? 4 He (3,67MeV) + H (14,67MeV) 18,34 18,34

11 BH 11 B + H? 4 He + 4 He + 4 He 8,68 8,68

5

3.2 TOKAMAK

Tokamak je toroidný systém, v ktorom je plazma udržiavaná magnetickým polom.

Magnetické pole slúži na ohraničenie horúcej plazmy a tvorí pre ňu vlastne materiálovú stenu,

je vytvárané kombináciou toroidného poľa a koloidného magnetického poľa. Toroidné

magnetické pole je vytvárané vonkajšími cievkami, poloidné pole je generované prúdom

pretekajúcim plazmou. Tento prúd sa tiež používa na základné zohriatie plazmy.

Princíp tokamaku je pomerne jednoduchý, ale fyzikálne procesy, ktoré v ňom prebiehajú sú

pomerne zložité. Základnou podmienkou makroskopickej stability je, aby toroidné pole bolo

silnejšie ako poloidné magnetické pole. Pre vytvorenie toroidného magnetického pola, ktoré

ohraničuje plazmu sú potrebné veľké cievky ktorými pretekajú veľké prúdy. Cievky

toroidného pola sú väčšinou tvorené sústavou jednozávitových cievok, kde jadro toroidného

systému tvorí nádoba reaktora a v nej plazma.

Poloidné pole slúži zároveň na základné zohriatie plazmy a súčtom s toroidným polom

vytvára špirálovité magnetické pole vo vnútri plazmy. Po siločiarach tohto magnetického pola

sa pohybujú nabité častice plazmy, postupne sa dostávajú do stredu toroidného jadra, kde je

najväčšia intenzita magnetického pola a najväčšia hustota jadier deutéria a trícia, pri

náhodných zrážkach po

prekonaní potenciálovej

bariéry sa spájajú

a vytvárajú ťažšie jadrá

a súčasne uvoľnia

energiu a neutrón.

Obr.3 Principiálna

schéma tokamaku

6

3.3 VÝSKUMNÉ REAKTORY

Výskumné fúzne reaktory sa vo svete stavajú od konca 60 – tych rokov minulého storočia.

Vývojom fúznych reaktorov sa zaoberá takmer každá ekonomicky prosperujúca krajina.

materiálov pre stavbu reaktora. Takéto fúzne reaktory slúžia najmä na skúmanie

vysokoparametrovej plazmy a na vývoj

Obr.4 Fúzny reaktor JET

Doteraz najväčší fúzny reaktor, ktorý bol postavený je projekt JET. Tento projekt bol

financovaný zo zdrojov európskej únie. Tento fúzny reaktor je postavený v Anglicku.

7

Tabuľka 2 Najvýznamnejšie fúzne reaktory

4. ALTERNATÍVNE ZDROJE EL. ENERGIE

4.1 SLNEČNÁ ENERGIA

Slnko je jediným zdrojom energie, na ktorý ba ľudstvo môže plne spoľahnúť . Slnečná

energia nám dokáže poskytnúť všetko ,čo z hľadiska energie potrebujeme a to často veľmi

jednoducho.

Fúzny reaktor krajina Menší

polomer

(m)

Elongation

k

Väčší

polomer

(m)

Plazmový

prúd

I (MA)

Intenzita

magnetického

B (T)

Vstupný

výkon

P(MW )

Dátum

spustenia

ITER 3 Party 2.0 1.75 6.2 15 5.3 73+

JET EU 1.00 1.8 2.96 7.0 3.5 42 1983

JT-6OU JAPAN 0.85 1.6 3.2 4.5 4.4 40 1991

TFTR USA 0.85 1.0 2.50 2.7 5.6 40 (1982)

closed

TORE-

SUPRA

FRANCE 0.80 1.0 2.4 2.0 4.2 22 1988

T-15 RUSSIA 0.70 1.0 2.4 2.0 4.0 - 1989

DIII-D USA 0.67 2.5 1.67 3.0 2.1 22 1986

ASDEX-U GERMANY 0.5 1.7 1.67 1.4 3.5 16 1991

TEXTOR-94 GERMANY 0.46 1 1.75 0.8 2.6 8 1994

FT-U ITALY 0.31 1.0 0.92 1.2 7.5 - 1988

TCV SWITZERLAND 0.24 3.0 0.875 1.2 1.43 4.5 1992

C-MOD USA 0.22 1.8 0.67 1.5 8.07 4.5 1992

MAST UK 0.5 3 0.7 2 0.63 6.5 1999

NSTX USA 0.67 1.9 0.85 1.0 0.6 11.5 1999

8

Obr.2 Využitie slnečnej energie v domácnosti

SLNKO JE ZÁKLAD

Slnko je obrovská jadrová pec vyžarujúca svoju energiu do vesmíru. Jedna tisícina milióntiny

slnečného výkonu t.j. cca 400 000 000 000 000 000 000 MW dopadá na Zem . Približne 30

percent tejto energie sa odráža spať do vesmíru. Zvyšok je absorbovaný atmosférou , pôdou a

oceánmi.

Ľudia od nepamäti využívali slnečné žiarenie na ohrev vody v nádobách. Začiatky

experimentálneho využívania absorpcie slnečnej energie spadajú do 17. storočia, kedy sa v

Severnej Európe rozšírili sklenníky na pestovanie tropických rastlín. O dvesto rokov neskôr

sa objavil prvý komerčný "slnečný produkt" - ohrievač vody v USA. Obrovsky rozmach

slnečných aplikácii nastal po ropnej kríze v roku 1973 - za sedemnásť rokov sa len v USA

zvýšil obrat firiem ponúkajúcich slnečné kolektory, fotovoltaicke články alebo solárne

termálne elektrárne z dvoch miliónov na 200 miliónov dolárov.

Rozlišujeme tri základne spôsoby využitia slnečnej energie :

Pasívna slnečná architektúra , kde tvar a výstavba budov je navrhnutá tak, aby dopadajúce

žiarenie, jeho skladovanie a distribúcia po budove dosiahla maximálneho efektu.

9

Aktívne slnečné systémy - kolektory - na zohrievanie vody a vykurovanie priestorov resp.

parabolické zrkadla a iné systémy koncentrujúce slnečné žiarenie .

Obr.5 Slnečný kolektor

Heliostar H400 V

4.2 BIOMASA

Biomasa je zakonzervovaná slnečná energia. Ľudstvo využíva slnečnú energiu vo forme

biomasy na získavanie tepla resp. na varenie už od čias objavenia ohňa.

Obr.6 Kolobeh CO2 v prírode

Fotosyntéza ako základný proces ,

ktorým rastliny premieňajú

slnečnú energiu na organickú hmotu , nám poskytuje možnosť využiť tuto energiu bez

vysokých nákladov na jej získanie a skladovanie . Kolektormi sú v tomto prípade listy rastlín ,

ktoré v porovnaní so slnečnými kolektormi sú nepomerne lacnejšie vypestovateľné, rastlina

samotná navyše pôsobí ako zásobáreň energie.

10

4.2.1 BIOMASA AKO PALIVO

Biomasa zaisťuje jednu sedminu spotrebovávanej energie vo svete.V rozvojových krajinách

sa tato hodnota pohybuje od 40% do 90 %. Je to hlavný palivový zdroj takmer polovice

celosvetovej populácie.

Biomasa je však dôležitým zdrojom energie aj v rozvinutých krajinách . V USA biomasa

pokrýva viac ako 4 % spotreby primárnej energie (teplo, elektrina, kvapalne paliva a i.) - je to

približne toľko energie koľko sa jej vyrába v jadrových elektrárňach. V Kanade predstavuje

podiel biomasy na energetickej bilancii krajiny 8 % a vo Švédsku 14 % .

Celosvetové zásoby biomasy sú obrovské : celkove množstvo energie vytvorenej

fotosyntézou vo forme biomasy každý rok je desaťkrát väčšie ako je celosvetová spotreba

energie.

Biomasa , vzhľadom na svoju dostupnosť a možnosť využitia nových technológií , sa z

hospodárskeho i energetický - politického hľadiska ukazuje ako najdôležitejší a v našich

podmienkach najperspektívnejší obnoviteľný zdroj energie.

Ako zdroje prichádzajú do úvahy nasledujúce biogénne suroviny :

• drevo a drevený odpad

• odpady z poľnohospodárskej produkcie (slama)

• organické odpady z domácnosti a živočíšnej výroby (hnoj)

• energetické kultúry ( rastliny s vysokým energetickým obsahom, repka na výrobu

oleja, rastliny s vysokým obsahom cukru na výrobu alkoholu a i.)

4.2.2 SPAĽOVANIE

Technológia priameho spaľovania je dobre rozpracovaná, široko používaná a komerčne

dostupná. Spaľovacie zariadenia zahrňujú rôzne systémy, pre ktoré ako palivo slúži tak

kuchynsky odpad ako baly slamy alebo vetvy stromov. Najmodernejšie postupy využívané v

súčasnosti umožňujú kombinovanú výrobu tepla a elektriny pre priemyselne alebo komunálne

účely.Elektrárne so splyňovaním biomasy pozostávajú z nasledujúcich komponentov:

11

• Zariadenie na prípravu a dopravu paliva

• Splyňovacia reaktorová nádoba

• Čistička plynov a zmiešavací systém

• Turbína resp. spaľovací motor.

4.3 VETERNÁ ENERGIA

Energia vetra ma tiež svoj pôvod v slnečnej aktivite. Zohrievaním vzduchu a jeho následným

stúpaním do výšky dochádza k prúdeniu vzdušnej masy (vietor) okolo Zeme. Tato energia sa

dá využiť na pohon veterných agregátov . Pred objavením parného stroja bol vietor jedným z

dôležitých zdrojov mechanickej energie - spomenúť možno veterne mlyny a plachetnice.

4.3 VETERNÁ ENERGIA

V niektorých prímorských oblastiach vďaka

dobrým poveternostným podmienkam

pokrývajú veterne elektrárne až 40 %

výroby elektriny ako je tomu napr. v

Dánskom regióne Jutland.

Obr.7 Veterná elektráreň

V samotnom Dánsku je inštalovaných viac ako 3 000 veterných elektrárni ,ktoré vyrábajú 3 %

elektriny produkovanej v tejto krajine. Prakticky cely inštalovaný výkon 450 MW bol

zabezpečený nezávislými súkromnými výrobcami na baze tzv. konzumentských družstiev.

Vytváranie družstiev , pozostávajúcich z 10-100 rodín, umožňuje investovať do

najekonomickejších veterných elektrárni s výkonom 150-250 kW. V súčasnosti je v Dánsku

viac ako 100 000 rodín zapojených do takéhoto typu podnikania. Elektrina vyrábaná týmito

družstvami je predávaná elektrárenským spoločnostiam.

12

Typická 250 kW turbína stoji 200 000 USD (cca 6 mil. Sk) a na vhodnom mieste vyrobí v

priemere 500 000 kWh za rok pri cene 0,08 USD/kWh (cca 1,5 Sk/kWh), pričom sa očakáva

pokles tejto ceny v polovici 90-tych rokoch v priemere na 0,04 USD/kWh ( 0,90 Sk/kWh ) .

Ďalšie zníženie cien závisí na masovej výrobe a použití týchto zariadení. Vzhľadom na to,

že značný záujem o výstavbu veterných elektrárni viedol k vzrastu cien výhodné položených

pozemkov, sme dnes svedkami výstavby týchto zariadení i na otvorenom mori (plytčiny).

Prvá švédska elektráreň umiestnená severo-východne od Malmo na otvorenom mori (250

metrov od pobrežia) ma výkon 220 kW a priemer rotora 28 metrov. Celkove je vo svete

inštalovaných viac ako 20 000 veterných elektrárni s výkonom 2 000 MW.

4.4 VODNÁ ENERGIA

Slnečné žiarenie spôsobuje odparovanie vody z oceánov, mori , jazier , riek a potokov. Vodne

pary sa presúvajú nad zemským povrchom a ich ochladzovanie vedie ku kondenzácii a

zrážkam. Kolobeh vody v prírode umožňuje ľuďom využívať energiu vodných tokov na

konanie mechanickej prace resp. na pohon turbín vo vodných elektrárňach a vyrábať tak

elektrickú energiu.

4.4.1 VYUŽITIE VODNEJ ENERGIE

Vodná energia sa dnes vo svete podieľa jednou patinou na výrobe elektriny , čo je viac ako sa

získava pri výrobe v jadrových elektrárňach . Dnešné vodne elektrárne zahrňujú veľké vodne

elektrárne vrátané akumulačných zariadení, malé vodné elektrárne a veľmi malé tzv.

mikrozdroje.Vodné turbíny môžu premeniť až 90 % dostupnej energie na užitočný výkon a

patria medzi najspoľahlivejšie a najdlhšie pracujúce elektrárne. Dobre udržované zariadenie

môže slúžiť 50 i viac rokov.

4.4.2 EKOLÓGIA

Hoci vodné elektrárne neznečisťujú okolie emisiami,neprodukujú žiaden odpad a

nespotrebovávajú žiadne surovinové zdroje, nie sú celkom neutrálne k životnému prostrediu.

Veľké vodne diela predstavujú i veľký zásah do riečnej ekológie napr. v dôsledku regulácie

vodnej hladiny, kanalizácii, spevňovania brehov, spomaľovania rýchlosti tokov a iných

faktorov . Vodne elektrárne nemôžu byt budovane v chránených prírodných územiach a mali

13

by zaručovať i pre prirodzených obyvateľov riek možnosť nerušeného vývoja. Je zrejmé,že

veľké vodne diela z tohto pohľadu je len ťažko možno považovať za ekologické .

Obr.8 Kolobeh vody v prírode

4.5 ENERGIA OCEÁNOV A MORÍ

4.5.1 ENERGIA PRÍLIVU

Príliv sa vytvára v dôsledku gravitačnej príťažlivosti mesiaca a slnka na oceány rotujúcej

Zeme. Relatívny pohyb týchto telies spôsobuje , že hladina oceánov sa periodicky zdvíha a

klesá.

Energia prílivu je jedna z najstarších foriem energie, ktorú ľudstvo využíva. Existujú dôkazy

o tom , že na pobreží Veľkej Británie existovali už 1100 rokov pred Kristom mlyny

využívajúce energiu morského prílivu a odlivu. Ešte pred necelými sto rokmi bolo na

britských ostrovoch v prevádzke viac ako

100 takýchto mlynov. Staré "prílivové"

mlyny boli pozoruhodne jednoduché : počas

prílivu sa cez otvory vo vybudovanej hrádzi

naplnil rezervoár vodou . Voda v tomto

bazéne zostala až do odlivu , kedy odtekala

otvorom v stavidle do mora

poháňajúc pri tom vodne kolo.

Obr.9 Prílivová vodná elektráreň v ústí francúzskej rieky La Rance

14

Moderne zariadenia využívajúce energiu palivu na výrobu elektriny pozostávajú z priehrady

umiestnenej v zálive a - podobne ako u starých mlynov - sú vybavene otvormi prepúšťajúcimi

vodu. V priehradnom mure sú na rozdiel od starých mlynov umiestnene turbíny a v prípade

nutnosti aj plavebne komory pre lode. Takéto elektrárne je ekonomicky výhodné budovať

tam, kde rozdiel výšky hladín medzi prílivom a odlivom je väčší ako 4 metre .

4.5.2 ENERGIA MORSKÝCH VĹN

Morské vlny , ktoré vznikajú pôsobením vetrov na morskú hladinu, v sebe nesú značné

množstvo energie. Tato energia je úmerná množstvu vody vo vlnách a ich rýchlosti. Energia ,

ktorú vetry odovzdajú moriam závisí na rýchlosti vetra, ploche na ktorú vietor pôsobí a čaše

trvania. Rýchlosť závisí na vlnovej dĺžke - čím väčšia vlnová dĺžka, tým väčšia rýchlosť.

Tento jav sa prejavuje v hurikánoch , kedy sa dlhé vlny pohybujú rýchlejšie ako búrka,

pričom obrovská vlna často predchádza prichádzajúci hurikán . Vetry fúkajúce nad

Atlantickým a Tichým oceánom vytvárajú vlny až desiatky metrov vysoké so vzdialenosťou

medzi vrcholmi dosahujúcou až 100 metrov. V takýchto vodných masách je skoncentrovane

obrovské množstvo energie. Najvhodnejšími miestami na využitie tejto energie sú zapadne

pobrežie Európy, pobrežia USA , Nového Zélandu a Japonska.

Obr.10 Zariadenie vyrábajúce el. energiu

z morských vĺn

Premena energie morských vĺn na elektrickú energiu nie je jednoduchá. Súvisí to s nízkou

frekvenciou vĺn (asi 0.1 Hertza), ktorá musí byt zvýšená na rotačnú rýchlosť v bežných

elektrárňach - asi 1500 otáčok za minútu.

15

Existuje značný počet zariadení premieňajúcich energiu vĺn na elektrinu. Pozornosť sa v

minulosti sústredila na veľké zariadenia ukotvene niekoľko kilometrov od pobrežia. Takéto

elektrárne, nakoľko sú veľmi nízke, však môžu predstavovať značné nebezpečenstvo pre lode

, pre ktoré sú často neviditeľné. Ďalšie výskumy okrem iného ukázali, že tieto zariadenia by

nemohli ekonomicky súťažiť s konvenčnými elektrárňami, a preto sa dnes pozornosť

sústreďuje na menšie jednotky vybudovane na morskom pobreží. Perspektývy využitia tejto

energie, i napriek značnému potenciálu, sú pre najbližšie desaťročie veľmi slabé.

4.5.3 TERMÁLNA ENERGIA OCEÁNOV

Nakoľko vody na povrchu sú zohrievane slnkom existuje v tropických a subtropických

moriach teplotný rozdiel medzi vodou na povrchu a v hĺbke. Tento rozdiel v hĺbke 1000

metrov môže predstavovať viac ako 5 stupňov Celzia . Využitie tohto rozdielu teplôt sa dá

chápať ako ďalšia aplikácia využitia slnečnej energie. Na rozdiel od klasických solárnych

technológii tento zdroj môže poskytovať energiu 24 hodín denne.

Finančné náklady , technologická náročnosť a spoľahlivosť však značne obmedzujú využitie

tohto zdroja, ktorého potenciál je sto násobne väčší ako potenciál veternej energie, energie

prílivu alebo energie vĺn.

Podstata využitia termálnej energie oceánov a jej premena na elektrickú energiu, je v čerpaní

veľkého množstva teplej povrchovej vody cez výparník, v ktorom sa odparuje čpavok ako

pracovne médium. Kondenzátor využíva chladnu morskú vodu z hlbín. Vzniknutá para potom

pohana turbínu. Na pohon 100 MW elektrárne je potrebne prečerpať cez výmenníky tepla až

450 m3 teplej a chladnej vody za sekundu.

Prvá elektráreň takéhoto typu bola postavená v roku 1930 v Matanzas Bay na Kube.

Zariadenie s výkonom 22 kW vyrábalo elektrinu dva týždne. Po tejto krátkej prevádzke bolo

zničené hurikánom. V súčasnosti prebieha vývoj vhodných technológii hlavne v Japonsku,

Švédsku, Francúzsku a USA. Pokiaľ by výsledky testov boli uspokojivé , dá sa s komerčným

využívaním tohto zdroja počítať v rokoch 2010 až 2020.

16

4.6 GEOTERMÁLNA ENERGIA

Geotermálna energia ma pôvod v horúcom jadre Zeme , z ktorého unika teplo cez vulkanické

pukliny v horninách vo forme tekutej hmoty - magmy. Na niektorých miestach sa jej účinky

prejavujú aj na povrchu - zo zeme stúpajú stĺpy horúcej pary alebo tryskajúce vriace gejzíry.

Tento jav je častý najmä na Islande, v USA a na Novom Zélande.

Obr.11 Geotermálna elektráreň v USA

V 10 km vrstve zemského obalu, ktorá je dostupná súčasnej vŕtacej technike, sa nachádza

dostatok energie na pokrytie nasej spotreby tepla na obdobie niekoľko sto až tisíc rokov.

Problém spočíva v tom, ako z tohto zdroja

ekonomicky ťažiť.

Teplo postupuje zo žeravého zemského

jadra smerom k povrchu. Teplotný

gradient sa pohybuje od 20 do 40 stupňov

Celzia na vertikálny kilometer s miestnymi

maximami (geotermálne pramene). V

hĺbke zhruba 2500 metrov sa však často

nachádza voda tepla až 200 stupňov

Obr.12 Teplota Zeme

17

Nevýhodou, ktorá bráni širšiemu využívaniu geotermálnej energie je, že voda obsahuje veľké

množstvo soli , a preto sa nemôže priamo viest vodovodnými potrubiami a využívať ako zdroj

pitnej vody. Nemožno ju použiť ani v systéme diaľkového vykurovania. Soľ by rozožrala

vodovodne rúry aj vykurovacie telesa. Využívanie geotermálnej energie na ohrev vody sa

preto nezaobíde bez použitia výmenníkov. Geotermálna energia sa veľmi často využíva na

výrobu elektrickej energie. Za posledne desaťročie vzrástol inštalovaný elektricky výkon v

geotermálnych elektrárňach z 2 000 MW na 5 830 MW z toho v USA je inštalovaných 1 038

MW, v Taliansku 500 MW ( 1,5 % výroby elektriny v krajine) . Potenciál tohto zdroja len v

Taliansku dosahuje 5000 MW , čo odpovedá výkonu 5 atómových elektrárni.

Inštalovaný výkon geotermálneho vykurovania , ktoré je najčastejším spôsobom využitia tejto

energie, dosiahol na Islande 1096 MW. Vo Francúzsku je viac ako 200 000 domácností

zásobovaných teplom z geotermálnych zdrojov.

5. Záver

Pre dlhodobé zabezpečenie potrieb energie je nevyhnutné zabezpečiť dostatok a rozmanitosť

energetických zdrojov, ku ktorým patria predovšetkým fosílne palivá, ale aj obnoviteľné

zdroje.Tieto by mali mať významné postavenie v energetike nasledujúce storočie.

Jednou z ciest je technológia jadrovej fúzie. Teoreticky je jej princíp známy už 50 rokov,

zatiaľ sa však nepodarilo postaviť energeticky ziskový fúzny reaktor. Pre jednotlivé štáty je

vývoj podobného zariadenia veľké sústo, navyše vedecká veľmoc USA so silnou naftárskou

lobby nemá na tomto vývoji markantný záujem.

Energia je vec, na ktorej sme sa stali všetci totálne závislí. Najmocnejší štát planéty dováža

lacnú ropu z arabských štátov, navyše má vlastné zásoby. Až ropa dôjde, začnú sa diať

zaujímavé veci. Dúfajme, že mocní tohto sveta si to uvedomujú a naše autá budú vtedy už

dávno jazdiť na vodíkové palivové články dobíjané z fúznych elektrární.