Energetika

Ročná spotreba prvých obyvateľov zeme bola asi 3 GJ na človeka. Táto energia stačila našim predkom iba na udržanie holého života. Situácia sa zmenila keď človek ovládol oheň. Vtedy bola prvýkrát uvolnená energia viazaná v hmote. Vynález ohňa pozdvihol ročnú spotrebu až na dvojnásobok, čiže 6 GJ. Vznik poľnohospodárskej spoločnosti a vznik stavebnej a dopravnej činnosti zdvihla spotrebu na 20 až 30 GJ na osobu- najmä v antike a stredoveku sa už začala využívať energia vetra a vodných tokov. Na prelome 18 a 19 storočia dochádza k priemyslovej revolúcii a spotreba energie vďaka vynájdeniu parného stroja rastie na 100GJ na človeka. V dnešnej dobe, keď je naplno využívaná energia fosílnych palív a energia jadrová je ročná spotreba rozdelená veľmi nerovnomerne. Zatiaľ čo v najvyspelejších oblastiach sveta spotreba predstavuje 350 GJ na osobu, v Afrike je to len na úrovni primitívnych poľnohospodárskych spoločností – 20 GJ.
V prírode sa energia vyskytuje v surovej podobe, ktorú označujeme ako primárnu energiu. Hlavnými zdrojmi takejto energie sú uholné ložiská, ropné a plynové polia, ložiská uránu alebo využiteľné spády. Vo svojej pôvodnej podobe sa s výnimkou elektriny nehodí k priamej spotrebe. Prírodné palivá obsahujú veľa nežiadúcich látok, ktoré by znečisťovaly biosféru a zdražovali dopravu. V plynárňach, koksárňach a rafinériách sa primárna energia mení na energiu zušľachtenú. V priemyslovej a poľnohospodárskej výrobe, najmä ale v samotných elektrárňach a teplárňach odpadá množstvo energie.Aj táto sa ďalej spracúva a je označovaná ako energia sekundárna čiže odpadná.
Energia je získavaná z obnoviteľných zdrojov a neobnoviteľných zdrojov.
K obnoviteľným zdrojom energie radíme pestrú škálu najrôznejších zdrojov energie, ktorých spoločná vlastnosť je ich nevyčerpateľnosť. Sú síce závislé na na žiarivej energi slnka, ktorá je pre človeka prakticky nevyčerpateľná. Na obnviteľné zdroje sa vzhľadom na ich menší podiel v celosvetovej energetickej bilancii nemôžeme spoliehať ako na reálnu náhradu fosílnych palív či uránu. Energia Vody Energia z vodných zdrojov je ekologicky čistá a relatívne lacná, vodné turbíny patria k motorom s najvyššou účinnosťou. S výnimkou oblastí s mimoriadne priaznivými podmienkami budú vždy len doplnkovými zdrojmi energie. Najmä veľké vodné stavby so sebou nesú aj nebezpečia, pretože príliš zasahujú do prirodzenej rovnováhy krajiny. Voda je nositeľom ––chemickej energie – prejavuje sa najmä pri vzniku solných roztokov.

Využitiu bráni malá koncentácia tejto energie.
-vnútorná energia – založená na teplotných rozdieloch rôznych vrstiev vody a z nich plynúcich rozdielov v hustotách. - najvyužívanejšia je ale mechanická energia vody. Základ technológie vodných elektrární tvoria turbíny – sú to technicky najdokonalejšie mechanické motory s účinnosťou až 95 %. Okrem turbíny tvorí základný prvok vodnej elektrárne generátor premieňajúcu mechanickú energiu otáčania turbín na energiu elektrickú. Na výrobu elektrickej energie využívajú VE hydroenergetický potenciál tokov, ktorý je trvalo sa obnovujúcim, a preto nevyčerpateľným primárnym energetickým zdrojom - na rozdiel od všetkých druhov fosílnych palív. VE svojimi veľmi pohyblivými výkonmi a prevádzkovou pružnosťou sú schopné pokrývať prudko sa meniace požiadavky na výkon v špičkovej časti denného diagramu zaťaženia. Sú vhodné na pokrývanie krátkodobých zmien zaťaženia elektrizačnej sústavy. Vodné elektrárne pri veľkých akumulačných nádržiach (napr. Orava, Liptovská Mara, Nosice, Kráľová, Gabčíkovo) a prečerpávacie vodné elektrárne (napr. Čierny Váh, Liptovská Mara, Ružín, Dobšiná) pomáhajú pri riešení nerovnomernosti spotreby elektrickej energie v rámci dňa. Postavenie a činnosť vodných elektrární sú v elektrizačnej sústave jedinečné a nezastupiteľné. VE preberajú v elektrizačnej sústave funkcie:
• pokrývania náhlych zmien zaťaženia
• regulácie frekvencie
• poruchovej rezervy

Vodné elektrárne sú vhodné ako regulačné alebo záložné zdroje v elektrizačnej sústave a sú vhodné aj z pohľadu zabezpečenia prvotných zdrojov energie t.j. nie sú odkázané na nákup a dovoz drahého paliva. Vodná elektráreň sa väčšinou stavia ako hydroenergetické dielo, ktoré spĺňa viacero účelov.

Má význam nielen energetický, ale plní aj ďalšie funkcie ako napr.:
• ochrana územia pred povodňami
• zásobovanie priemyslu vodou
• zásobovanie poľnohospodárstva vodou
• vyrovnávanie nerovnomerných prietokov v toku v priebehu roka
• ochrana životného prostredia
• lodná doprava
• rekreačno -športové využitie
Súčasná úroveň techniky a technológie umožňuje realizovať vo vodných elektrárňach výrobný proces s vlastnosťami, ktoré sú špecifické práve len pre vodné elektrárne:
• vysoká účinnosť premeny primárnej energie na elektrickú energiu
• vysoká operatívnosť a manévrovateľnosť, to znamená možnosť poskytovania kvalitatívnych služieb ES
• ekologická nezávadnosť technologického procesu
• vysoká spoľahlivosť prevádzky a jej bezpečnosť
• plná automatizovateľnosť procesu, možnosť úplnej bezobslužnej prevádzky a diaľkového riadenia
• vysoká životnosť technologického zariadenia i celej elektrárne pri neobmedzenej životnosti primárneho energetického zdroja
• nízka energetická náročnosť celého procesu
• popri turbínovej a prečerpávacej prevádzke aj možnosť kompenzácie. Skutočne využitý hydroenergetický potenciál SR je na úrovni 53%.
Riečne elektrárne a priehrady zasahujú do okolitého prostredia najmä zmenami režimu povrchových vôd a mikroklímy, zmenami životných podmienok pre rastlinstvo a živočíšstvo, ovplyvnením ovzdušia ale aj vývinom škodlivých splodín tlenia v priehradných nádržiach. Energia morí : moria obsahujú nesmiernu zásobu energie, ale jej využitie je značne obmedzené. Využíva sa najmä vo forme prílivových elektrární využívajúcich tak prílivový aj odlivový prúd vody. Možnosť využitia má v blízkej budúcnosti najmä energia morského prúdenia, príbojové elektrárne či elektrárne využívajúce energiu morských prúdení, čo by ale mohlo mať nedozierne následky na klímu rozsiahlych oblastí sveta.

Veterná energia
Veterná energia je pohybová energia vzduchu. Je nepriamou formou slnečnej energie. Zemský povrch ohrievajú slnečné lúče od regiónu po región s rôznou intenzitou, v dôsledku čoho dochádza k teplotným a tlakovým rozdielom. Asi 2% slnkom vyžiarenej energie sa premieňa trvale na prúdenie vzduchu. Na hospodársky zmysluplné využitie veternej energie na výrobu elektrickej energie je potrebná priemerná rýchlosť vetra väčšia ako 4 - 5 m/s. Teoreticky by veterný potenciál umožnil pri jeho úplnom využití pokryť spotrebu európy až trojnásobne. Z ekologického hľadiska sú veterné turbíny náročné na veľkú spotrebu kvalitného materiálu, estetické narušenie krajiny a značný hluk.

Slnečná energia
Je to najdostupnejšia a najčistejšia forma obnoviteľnej energie, ktorá sa využíva najdávnejšie
• Ploché slnečné kolektory - slúžia na výrobu teplej vody, alebo teplého vzduchu, kde sa teplo odovzdáva kvapaline, alebo vzduchu. Môžu pokryť až 60 % ročnej spotreby teplej vody domácnosti. • Slnečné (fotovoltické) články - pracujú na princípe fotoelektrického javu a priamo premieňajú svetlo na elektrickú energiu - jednosmerný elektrický prúd.

Energia Zeme
Geotermálna energia : využíva sa najmä na vykurovanie bazénov skleníkov a v najvhodnejších oblastiach aj na výrobu energie. Geotermálne elektrárne na paru využívajú vrty, ktoré odvádzajú paru o tlaku až 10 mpa o teplote 250 stupňov. Vykurovací potenciál energie zeme je najviac využitá n islande, kde je týmto spôsobom vykurovaných až 50 % domácností.

Energia biomasy
Biomasa predstavuje najväčší potenciál obnoviteľnej energie sveta. Tvoria ju materiály rastlinného a živočíšneho pôvodu, vhodné pre energetické využitie.

Biomasa sa považuje za CO2 neutrálne palivo, nakoľko pri jej spaľovaní sa uvoľní iba toľko CO2, koľko rastlina počas svojho rastu prijala. Každým rokom pribúda na zemi až 170 mld ton biomasy. Využitie tohto množstva spálením pre energetické účely v dokonalejších peciach by stačilo na pokritie a
až 10 násobku globálnej spotreby energie.Podľa zdroja vzniku existuje:
• lesná biomasa - palivové drevo, konáre, pne, korene, kôra, piliny,
• poľnohospodárska biomasa - obilná a repková slama, konope, živočíšne exkrementy, odpady,
• odpady z drevospracujúceho priemyslu - odrezky, stružliny, piliny,
• komunálny odpad - tuhý spáliteľný odpad, skládkový plyn, kalový plyn. Pre energetické účely sa zámerne pestujú rýchlorastúce dreviny (vŕba, topoľ) a rastliny (konope). Ušľachtilé produkty z biomasy sú konkurencieschopné fosílnym palivám. Sú to:
• Tuhé palivá: drevné štiepky, pelety a brikety - sa vyrábajú z lesných odpadov a z odpadov drevospracujúcich podnikov (konáre, stružliny, piliny) sú vhodným palivom pre automatizované kotly v domácnostiach. • Plynné produkty: drevoplyn - získava sa pyrolitickým splyňovaním drevných odpadov, v prípade redukcie vzduchu vedľajším produktom môže byť aj drevené uhlie a bioplyn - je to prevažne metán, ktorý sa vyrába bezkyslíkovou fermentáciou organického odpadu, zvyšok je ekologicky nezávadné výborné hnojivo. Oba slúžia ako ekologické palivo do plynových motorov a kogeneračných jednotiek. Bioplynová elektráreň v obci Bátka pracuje na báze exkrementov hospodárskych zvierat. Niektoré ČOV (B. Bystrica) využívajú vzniknutý kalový plyn na výrobu elektriny
Tekuté biopalivá: bionafta - vyrába sa najmä zo semien repky olejnatej a je plnou náhradou motorovej nafty, výhrevnosť až 39 MJ/kg a bioalkohol(etanol) - získava sa alkoholovým kvasením a destiláciou vodného roztoku cukornatých rastlín (cukrová repa, zemiaky, atď.) a používa sa ako prímes do motorového benzínu

Neobnoviteľné zdroje energie
Energia z fosílnych palív :V súčasnnosti sa 44% všetkej spotrebovanej energie vyrába z uhlia. Ich výhodou je pomerne dobrá možnosť regulácie výkonu. Nevýhodou je nízka účinnosť výroby, keďže len 28 – 35 % energie obsiahnutej v uhlí sa premení v elektrinu. Najväčšou nevýhodou je ich negatiívny vplyv na životné prostredie – spotrubúvajú kyslík, chrlia do ovzdušia oxid uhličitý, popolček, oxidy síry a oxidy dusíku. Oxid uhličitý je najväčším škodcom tepelných elektrární napriek tomu že je to plyn neškodný a nejedovatý. Spôsobuje ale skleníkový efekt, ktorý spôsobuje zvyšovanie globálnej teploty zeme.

Hlavným zdrojom výroby energie je spaľovanie uhlia, plynu alebo mazutu. V kotle sa vyrába para, ktorá poháňa turbínu pripojenú k alternátoru. Premena tepelnej energie na elektrickú sa realizuje parným cyklom. Moderná uholná elektráreň spotrebuje tonu uhlia na každú MWh energie. Za deň spotrebuje 10 vlakov uhlia po 30 vagónoch.
Tepelné elektrárne poznáme:
• kondenzačné, ktoré sú zamerané na výrobu elektrickej energie
• teplárne, zamerané na kombinovanú výrobu elektrickej energie a tepla

Jadrová energia : v procese udržania stáleho hospodárskeho rastu a udržania kvalitného životného rostredia zohráva rozhodujúcu úlohu jadrová energia z dôvodov:
-umožňuje uchovať zásoby fosílnych palív pre ich využitie v chemickom priemysle
-prispieva k znižovaniu znečistenia živ. Prostredia tým že neprodukuje co2
-jadrové palivo má neporovnateľne väčší energetský potenciál ako fosílne palivá. 5g jadrového paliva ,má rovnaký energetický potenciál ako tona uhlia.
-vo svete sú dostatočné zásoby uránu.

Elektrická energia sa vyrába rovnako ako v tepelných elektrárňach, rozdiel je v zdroji tepelnej energie, ktorá sa získava b jadrových reaktoroch štiepením atómov obohateného uránu a následným premieňaním kinetickej energie neutrónov na tepelnú energiu. Jadrová bezpečnosť je základnou požiadavkou na prevádzku každej jadrovej elektrárne. V prvom rade ju zabezpečujú bariéry v bezprostrednom okolí reaktora. Tvoria ju 4 vrstvy, ktoré zachytávajú rádioaktívne žiarenie s takou účinnosťou, že tepelné elektrárne produkujú až 10 násobne viac radiačnej záťaže. V blízkosti elektrárne je dávka jadrového žiarenia 2 krát nižšia než pri sledovaní televízie a 100 násobne nižšia než rádioaktívne žiarenie, ktoré je produkované stavebnými materiálmi. Na človeka každodenne pôsobí aj prirodzené žiarenie pochádzajúce z kozmu v intenzite 100 až 200 násobku žiarenia jadrovej elektrárne. V období jadrovej éri prišlo na zemi celkovo k 11 000 katastrofám všetkého druhu, pričom sa jadrová energetika na nich podiela 10 udalosťami. Najvážnejšou z nich bola havária černobyľského reaktoru, ktoré bola spôsobená najmä zlyhaním ľudského faktoru a zanedbanie radiačnej bezpečnosti.
Prevádzka jadrovej elektrárne má na životné prostredie minimálny vplyv. Nevypúšťajú žiadne skleníkové plyny ani karcinogény, vplyv znečistenia vodstva v okolí elektrární je zanedbateľne nízky. Tepelný vplyv jadrových elektrární prostrednícvom chladiacich veží je zanedbateľný a nevyhodnotiteľný.

Jeden jadrový reaktor odparí do atmosféry toľko vody, koľko obilné pole o rozlohe elektrárne počas vegetačného obdobia.
Za veľmi nebezpečné sú pokladané rádioaktívne odpady, ktoré ale svoju nebezpečnosť rokmi strácajú a premieňajú na neaktívne prvky. Plynné látky sa systémom filtrov stávajú neškodnými. Kvapalné a plynné odpady sú upravované do formy vhodnej na uskladnenie. Samotný reaktor produkuje ročne okolo 30 ton vyhoreného paliva, ktoré je z časti ďalej spracúvané späť do podoby vhodnej na opätovné využitie. Odpad je najčastejšie ukladaný do hlbinných úložísk do stbilných geologických vrstiev úplne mimo dosahu biosféry. Sú schopné udržať rádioaktívny materiál bez vplyvu na životné prostredie až na 100 tisíc rokov. V prípade najvhodnejších geologických podmienok je stabilita úložiska odhadovaná na 70 mil. rokov.