Jadrové elektrárne
Celkový inštalovaný výkon jadrových elektrární na Slovensku je 2 640 MW. Jadrové elektrárne v roku 2005 vyrobili 17 726,5 GWh z celkového množstva 26 471 GWh elektrickej energie vyrobenej v SE, a.s.
Výroba elektrickej energie v jadrových elektrárňach na Slovensku je energetickým dispečingom spravidla regulovaná v pásme základnej záťaže, pretože ich prevádzka je najekonomickejšia pri plnom výkone. Prevádzka jadrových elektrární je kampaňovitá - približne raz za rok sa reaktor odstaví kvôli výmene paliva. Palivom je oxid uraničitý (UO2) obohatený štiepiteľným izotopom uránu U-235, ktorého priemerné obohatenie v palivovej kazete je 3,82 %).
Spôsob výroby elektrickej energie v jadrovej elektrárni
Princíp výroby elektriny v jadrovej elektrárni je podobný ako v klasickej tepelnej elektrárni. Rozdiel je len v zdroji tepla. V tepelnej elektrárni je zdrojom tepla fosílne palivo (uhlie, plyn), zatiaľ čo v jadrovej elektrárni je to jadrové palivo (prírodný alebo obohatený urán).
Palivo v podobe palivových kaziet je umiestnené v tlakovej nádobe reaktora, do ktorej prúdi chemicky upravená voda. Táto preteká kanálikmi v palivových kazetách a odvádza teplo, ktoré vzniká pri štiepnej reakcii. Voda z reaktora vystupuje s teplotou asi 297°C a prechádza horúcou vetvou primárneho potrubia do tepelného výmenníka - parogenerátora. V parogenerátore preteká zväzkom trubiek a odovzdáva teplo vode, ktorá je privádzaná zo sekundárneho okruhu s teplotou 222°C. Ochladená voda primárneho okruhu sa vracia späť do aktívnej zóny reaktora. Voda sekundárneho okruhu sa v parogenerátore odparuje a cez parný kolektor sa para odvádza na lopatky turbíny. Hriadeľ turbíny roztáča generátor, ktorý vyrába elektrickú energiu.
Po odovzdaní energie turbíne para kondenzuje v kondenzátore a vo vodnom skupenstve cez ohrievače prúdi späť do parogenerátora. Zmes v kondenzátore je chladená tretím chladiacim okruhom. V tomto okruhu sa voda ochladzuje vzduchom prúdiacim zo spodnej do hornej časti chladiacej veže tzv. komínovým efektom. Prúd vzduchu so sebou unáša vodnú paru a drobné kvapky vody, a tak sa nad chladiacimi vežami vytvárajú oblaky pary.
Čo povedali na tému Jadrová Energia:
Vedúci Inštitútu pre jadrovú energiu USA NEI (US Nuclear Energy Institue) povedali komisii senátu, že jadrová energia je jediný obnoviteľný zdroj elektriny, ktorý nevytvára emisie a vyhovuje energetickým požiadavkám rozvíjajúcej sa modernej ekonomiky. Zdroj:NucNet
V novembri 2000 generálny tajomník OECD Donald Johnston povedal, že jadrová energia bude hrať kľúčovú úlohu v každej medzinárodnej reakcii na globálne otepľovanie. Popredný vedec OSN v oblasti klimatických zmien Robert Watson na konferencii COP6 uviedol, že jadrová energia je jediným spôsobom, ako dosiahnuť „nákladovo efektívne” zníženie emisií. Predseda Svetovej energetickej rady Jim Adam vyhlásil, že je „morálne chybné”, aby priemyselné krajiny prerušili jadrový rozvoj, lebo rozvojové krajiny by sa tak stali závislé od fosílnych palív. Európska komisia vydala Zelenú knihu o zabezpečení dodávok energie, ktorá uznáva dôležitosť jadrovej energie na výrobu elektrickej energie. Zdroj: Slovenská Energetika, rozhovor s Ing. Vincentom Pillárom
Tepelné elektrárne
Činnosť a funkcia tepelných elektrární je v rámci elektrizačnej sústavy SR významná, predstavujú významné zdroje pracujúce v základnom zaťažení alebo v pološpičkovom režime. V roku 2005 bolo v tepelných elektrárňach vyrobených 4 260,8 GWh z celkového množstva 25 575,4 GWh elektrickej energie vyrobenej v SE, a.s.
Celkový inštalovaný výkon tepelných elektrární SE, a. s. je 1842,4 MW, čo predstavuje 26,77 % potenciálu zdrojov.
Spôsob výroby elektrickej energie v tepelnej elektrárni
Výroba elektrickej energie v tepelnej elektrárni je charakteristická tým, že hlavným zdrojom jej výroby 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.
Tepelnú elektráreň tvorí niekoľko samostatných výrobných blokov o potrebnej veľkosti a výkone.
Klasická elektráreň pozostáva z kotolne, medzistrojovne, strojovne, vyvedenia elektrického výkonu a z pomocných prevádzok (zauhľovanie, úprava vody, vodné hospodárstvo, zadný palivový cyklus atď.). Tepelné elektrárne poznáme:
-kondenzačné, ktoré sú zamerané na výrobu elektrickej energie
-teplárne, zamerané na kombinovanú výrobu elektrickej energie a tepla
V klasickej kondenzačnej tepelnej elektrárni prevažuje blokové usporiadanie výrobne elektrickej energie. Každý výrobný blok elektrárne je samostatnou výrobnou jednotkou - samostatnou elektrárňou. Podľa spôsobu spaľovania sa kotle spaľujúce pevné palivo rozdeľujú na roštové, granulačné, výtavné a fluidné. Uvedené kotle sú doplnené kotlami spaľujúcim tekuté a plynné palivá.
Každý blok elektrárne môže pracovať samostatne. Princíp fungovania je jednoduchý. Uhlie zo skládky je buldozérmi nahrnuté do odberného zariadenia odkiaľ je vynášané zauhľovacím pásom do zásobníka uhlia, ktorý sa nachádza pri každom kotle. Uhlie sa postupne suší a melie na prášok, následne sa spaľuje v kotle. V stenách kotla sú umiestnené trubkové alebo membránové výparníky, v ktorých sa voda mení na paru a vzniknutá para o vysokej teplote a tlaku je odvádzaná do parného bubna. Odtiaľ je para vedená cez prehrievače a prihrievače parným rozvodom na lopatky turbíny, ktorá je spojená s generátorom.
Turbína tvorí spoločne s elektrickým generátorom jedno sústrojenstvo - turbogenerátor. V turbogenerátore sa uskutočňuje premena tepelnej energie na elektrickú. Vzniknutá elektrická energia je vedená cez sústavu transformátorov, rozvodnou sieťou až ku konečným spotrebiteľom.
Para po odovzdaní svojej energie lopatkám turbín kondenzuje v tepelnom výmenníku - kondenzátore. Pri prechode turbínou sa znižuje tlak a teplota pary. Para mení svoje skupenstvo na kvapalné a od tej chvíle sa nazýva kondenzát. Na kondenzáciu pary je potrebné veľké množstvo chladiacej energie. Na chladenie sa využíva povrchová voda z toku alebo nádrže. Ak je dostatok chladiacej vody používa sa prietočný systém chladenia, ak je chladiacej vody nedostatok používa sa cirkulačný systém chladenia, kde ochladzovanie vody nastáva v chladiacich vežiach.
Spaliny vznikajúce pri spaľovaní uhlia pri svojej ceste do komína zohrievajú vodu v ekonomizéri, v ďalšom výmenníku tepla vzduch pre spaľovanie. Vychladené dymové plyny potom prechádzajú cez elektrostatické filtre, kde je zachytávaný popol, do komína.
Pri znižovaní oxidov dusíka a síry u klasických kotlov sa ku kotlom doinštaluje odsírovacie a denitrifikačné zariadenie. U fluidných kotlov je odsírenie a denitrifikácia spalín zabezpečená priamo v procese spaľovania technológiou kotla.
Vodné elektrárne
Sumárny inštalovaný výkon vodných elektrární SE, a. s. je 1 652,7 MW, čo je 31,48 % z celkového inštalovaného výkonu SE, a. s. Z toho je v prietočných vodných elektrárňach inštalovaných 736,6 MW a v prečerpávacích vodných elektrárňach 916,4 MW. (Prečerpávacie VE v MW: Čierny Váh 734,4, Liptovská Mara 98, Dobšiná 24,0 Ružín 60)
Podiel vodných elektrární na ročnej výrobe elektrickej energie Slovenských elektrární, a.s. predstavuje 13 až 20 %. V roku 2005 vyrobili Vodné elektrárne (vrátane Gabčíkova) 4 483,6 GWh z celkového množstva 26 470,9 GWh vyrobenej elektrickej energie v SE, a.s.
Na výrobu elektrickej energie využívajú VE hydroenergetický potenciál našich tokov, ktorý je trvalo sa obnovujúcim, a preto nevyčerpateľným primárnym energetickým zdrojom - na rozdiel od všetkých druhov fosílnych palív. VE svojou prevádzkovou pružnosťou s možnosťou rýchlych zmien výkonov sú schopné pokrývať prudko sa meniace požiadavky na výkon v špičkovej časti denného diagramu zaťaženia a tým sú vhodné aj na pokrývanie havarijných stavov v elektrizačnej sústave. Vodné elektrárne pri veľkých akumulačných nádržiach (napr. Orava, Liptovská Mara, Nosice, Kráľová) a prečerpávacie vodné elektrárne (napr. Čierny Váh, Liptovská Mara, Ružín, Dobšiná) vytvárajú zásobu vody na riešenie nerovnomernosti spotreby elektrickej energie v rámci dňa a tým pomáhajú presne dodržať obchodný plán dodávky elektrickej energie.
Vodné elektrárne sú vhodné ako regulačné alebo záložné zdroje v elektrizačnej sústave a sú vhodné aj z pohľadu využitia prvotných zdrojov energie, ktoré sa nachádzajú na našom území. Vodná elektráreň sa väčšinou stavia ako hydroenergetické dielo, ktoré plní viacero účelov, pričom energetický význam ani nemusí byť prioritný. Účelom týchto vodných diel je:
-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 podporných služieb pre 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
57,5 %.
Spôsob výroby elektrickej energie vo vodnej elektrárni
Vodné elektrárne fungujú na princípe premeny mechanickej energie vody na elektrickú energiu. Vodný prúd prechádza nepohyblivými rozvádzacími kanálmi turbíny a takto usmernený vodný prúd vteká do opačne zakrivených lopatiek obežného kola vodnej turbíny, roztáča tieto lopatky a odovzdáva im svoju mechanickú energiu. Mechanická energia vody sa mení na mechanická energiu hriadeľa, tá sa následne mení pomocou elektrických generátorov na energiu elektrickú. S vysokou účinnosťou premieňa elektrický generátor vodnej elektrárne energiu mechanickú na energiu elektrickú. Elektrická energia sa v synchrónnom generátore vytvára indukciou rotujúceho magnetického poľa rotora do pevného vinutia statora generátora. Pre vytvorenie magnetického poľa rotora je potrebný budiaci jednosmerný prúd, ktorý je vyrábaný v budiči generátora.
Vyrobená elektrická energia sa prenáša pomocou elektrických sietí pozostávajúcich z rozvodných zariadení, z transformovní a cez rozvodné siete až ku konečnému spotrebiteľovi.
Vodné elektrárne sa členia podľa toho, pre aké spády a akým spôsobom vodný tok využíva:
-Akumulačné VE - ich súčasťou je veľká akumulačná nádrž
-Derivačné VE - sú postavené na derivačnom kanále
-Prietokové VE - prehradzujú pôvodné alebo nové koryto vodného toku
-Prečerpávacie VE - v čase nízkej záťaže prečerpávajú vodu do vyššie položenej nádrže. V čase vyššej záťaže táto voda potom poháňa hydrogenerátor na výrobu elektrickej energie.
-Kombinované VE
História vodných elektrární
Najstaršou elektrárňou v akciovej spoločnosti Slovenské elektrárne je malá vodná elektráreň (MVE) Rakovec na rieke Hnilec, ktorá bola uvedená do prevádzky v roku 1912. Sú v nej inštalované dva agregáty s vodnou turbínou typu Francis, každý s výkonom 0,5 MW. Na rovnakej rieke je aj MVE Švedlár z roku 1939, ktorá bola pri jej prevzatí do Slovenských elektrární zrekonštruovaná a znovu uvedená do prevádzky. Sú v nej inštalované dva agregáty po 0,045 MW s Francisovou špirálovou turbínou. Ešte pred touto MVE bola do prevádzky uvedená v roku 1931 MVE Krompachy s agregátom s kalsickou Kaplanovou turbínou, ktorá má inštalovaný výkon 0,33 MW.
História veľkej hydroenergetiky v rámci Slovenských elektrární, a.s. začína uvedením VE Ladce na Váhu do prevádzky v roku 1936. VE Ladce mala inštalovaný výkon 13,8 MW vo dvoch turboagregátoch (2 x 6,9 MW) a celkovú hltnosť 150 m3.s-1 . Už od tohoto prvého väčšieho vodného diela na Váhu sa požadovalo nielen energetické využitie, ale aj ochrana pred povodňami a umožnenie odtoku katastrofálnych vôd. Rovnaké požiadavky boli kladené aj na všetky ostatné, neskôr budované hydroenergetické diela na Slovensku, pričom na sústave vodných diel na Dunaji je ochrana priľahlého územia pred povodňami prioritným hľadiskom.
Na výstavbu VE Ladce s nádržou tvorenou haťou v Dolných Kočkovciach bolo vybrané miesto na strednom toku Váhu, kde rieka svojimi veľkými vodami často spôsobovala problémy (názov rieky má pôvod v latinskom „vagus“ - túlavý, podľa toho, že Váh často menil koryto) a kde boli na výstavbu relatívne najvhodnejšie podmienky. Toto prvé veľké vodné dielo na Váhu je však z hľadiska dnešných požiadaviek poddimenzované, pretože všetky ostatné vodné elektrárne nad i pod týmto dielom majú väčšiu hltnosť a tým historicky prvá derivačná kaskáda vodných elektrární na Váhu tvorí „úzke hrdlo“. O to zložitejšie je riadenie celej sústavy vodných elektrární na celom toku Váhu.
V ďalších rokoch nasledovalo postupné budovanie jednotlivých vodných elektrární Vážskej kaskády a vodných elektrární na Východnom Slovensku - viď tabuľku „Inštalované výkony“. Na rovnakom derivačnom kanále ako je VE Ladce boli vybudované ešte tri VE, z toho posledná, VE Trenčín, v roku 1956. Významným medzníkom v rozvoji závodu Vodných elektrární bolo uvedenie do prevádzky VE Orava s veľkou akumulačnou nádržou a prvej veľkej prečerpávacej vodnej elektrárne (PVE) Dobšiná v roku 1953. PVE Dobšiná má „trostrojové“ usporiadanie, to znamená na jednej osi uprostred motorgenerátor a na jednej strane horizontálna turbína Francis a na druhej akumulačné čerpadlo a prevádzala vody z povodia Hnilca do povodia rieky Slaná. Nasledovala VE Krpeľany s nádržou tesne pod sútokom Oravy s Váhom v roku 1957, PVE Liptovská Mara s veľkou nádržou v roku 1975, PVE Čierny Váh v roku 1981 a Sústava vodných diel s vodnými elektrárňami na Dunaji s najväčšou VE - VE Gabčíkovo- v roku 1992. V súčasnosti je v rámci závodu Vodné elektrárne Slovenských elektrární, a.s. v prevádzke spolu 34 vodných elektrární na riekach Váh, Orava, Hron, Dunaj, Hnilec, Hornád a Ondava, v ktorých je spolu inštalovaných 90 turboagregátov. Na objednávku zabezpečuje závod Vodné elektrárne aj prevádzku a jej riadenie vo VE Žilina na Váhu, ktorá nie je majetkom Slovenských elektrární, a.s.
Slnečná elektráreň
Spôsob výroby elektrickej energie v slnečnej (solárnej) elektrárni
Existujú dva základné princípy premeny slnečného žiarenia na elektrickú energiu. Sú to:
-solárne fotovoltaické systémy - elektrárne
-solárne koncentračné termické elektrárne
Solárne fotovoltaické systémy
Pracujú na princípe fotoelektrického javu - priamej premeny svetla na elektrickú energiu. Slnečné žiarenie dopadajúce na polovodičový fotovoltaický článok, vyrobený na báze kremíka produkuje jednosmerný elektrický prúd.
Fotovoltaické články sú integrované do tzv. modulov s napätím 6 - 12 V, elektricky prepojené moduly vytvárajú solárne systémy s výstupným napätím 230 V a viac.
Na základe inštalovaného výkonu rozoznávame:
-domáce solárne systémy s výkonom niekoľko W, resp. kW, ktoré zásobujú domácnosti jednosmerným prúdom cez batérie, používajú sa na osvetlenie a malé spotrebiče
-väčšie strešné solárne systémy s výkonom niekoľko kW, ktoré okrem zásobovania domácností prebytky elektriny (striedavý prúd) dodávajú do verejnej siete
-solárne elektrárne s výkonom niekoľko MW, ktoré dodávajú celú výrobu do verejnej siete.
Solárne koncentračné termické elektrárne
Pracujú na princípe koncentrácie slnečných lúčov zrkadlami na malú plochu (ohniska), kde vzniknuté veľké teplo sa využíva na generovanie pary a výrobu elektriny.
Na koncentráciu slnečného žiarenia sa používajú tri základné typy:
-lineárne parabolické zrkadlá - koncentrujú slnečné žiarenie do rúrky, ktorá sa nachádza v ohnisku reflektora. V rúrke prúdi olej, ktorý sa zahrieva až na 400 0C a teplo je použité na výrobu pary a pre turbínu spojenú s elektrickým generátorom.
-tanierové parabolické zrkadlá - koncentrujú slnečné žiarenie do absorbéra umiestneného v ohnisku taniera. Kvapalina (olej) sa tu zohreje na 650 0C a teplo sa využíva na výrobu pary pre malú parnú turbínu s elektrickým generátorom.
-termálne solárne veže - okolo veže sú do kruhu rozložené zrkadlá ktoré sú natáčané vždy smerom k Slnku a koncentrujú slnečné lúče do zberača (kotol) umiestneného na veži. Teplota tu dosiahne vyše 1 000 0C. Teplo je prostredníctvom termooleja privedené do parogenerátora, kde sa vyrába para pre pohon turbíny spojenej s elektrickým generátorom.
Veterná elektráreň
Veterné elektrárne premieňajú energiu prúdenia vzduchu na elektrickú energiu. Sila vetra sa oprie o vhodne nastavené krídla rotora turbíny a roztáča ich. Točivá sila z rotora sa prenáša cez prevodovku, alebo priamo do elektrického generátora, kde sa vyrába jednosmerný, resp. striedavý prúd. Inštalovaný výkon najväčších veterných turbín dosiahne 5 000 kW.
Veterné elektrárne rozdeľujeme podľa veľkosti inštalovaného výkonu na:
-mikrozdroje - s výkonom do 30 kW - vyrábajú jednosmerný prúd na nabíjanie batérií
-stredne veľké elektrárne - s výkonom do 100 kW - dodávajú striedavý prúd do siete
-veľké elektrárne - s výkonom nad 100 kW - dodávajú striedavý prúd do siete
Podľa polohy osi rotora poznáme dva základné typy veterných turbín:
-s horizontálnou osou - všetky väčšie zariadenia
-s vertikálnou osou - niektoré typy menších zariadení
Turbíny s horizontálnou osou môžu mať rotory aj s jedným, alebo s dvoma listami, ale v prevažnej väčšine majú trojlistové rotory. Osobitnú skupinu tvoria veterné elektrárne inštalované v morských pobrežných vodách vzdialených od brehov 10 - 20 km. Väčší počet veterných elektrární v jednej lokalite tvorí tzv. veterný park, resp. veternú farmu.
Geotermálna elektráreň
Geotermálne elektrárne (GTE) využívajú tepelnú energiu geotermálnej vody, resp. geotermálnej pary na výrobu elektrickej energie. Na základe skupenstva a teploty využívanej geotermálnej vody existuje niekoľko druhov geotermálnych elektrární. Základné typy sú tieto:
-GTE s prehriatou parou - para vychádzajúca z vrtu po separácii vody poháňa parnú turbínu s generátorom (flash prezentácia), alebo para je zavedená do parogenerátora (výmenník tepla), kde vyrobená para z povrchovej vody poháňa parnú turbínu spojenú s elektrickým generátorom
-GTE s horúcou vodou - geotermálna voda s vysokým tlakom a teplotou sa v expandéri premení na mokrú paru, ktorá poháňa parnú turbínu s generátorom
-GTE s binárnym cyklom - geotermálna voda s teplotou nad cca 130 °C vo výmenníku zohreje kvapalinu s nízkym bodom varu (čpavok, izobután), ktorej para poháňa expanznú turbínu spojenú s elektrickým generátorom.
Nové zdroje majú spravidla dvojicu vrtov - ťažobný a reinjektážny vrt. Cez reinjektážny vrt sa ochladené vody spolu so škodlivými plynmi a soľami vracajú do zeme z environmentálnych dôvodov.
Elektráreň na biomasu
Palivom v týchto elektrárňach je biomasa, resp. biopalivo. Výroba elektriny je tu obdobná ako v tepelných elektrárňach pri spaľovaní fosílnych palív (uhlie, plyn), ale so značne nižšími hodnotami emisií C02. Podľa druhu použitého biopaliva a zariadenia na premenu bioenergie na energiu elektrickú, existuje viac základných koncepcií výroby elektriny. Sú to najmä:
-parný kotol (roštový, fluidný, atď.) na pevné, resp. plynné biopalivo s parnou turbínou a elektrickým generátorom (flash prezentácia)
-spaľovacia turbína s elektrickým generátorom na bioplyn zo živočíšnych exkrementov, resp. na drevný plyn - splyňované drevo
-piestový plynový motor s generátorom poháňaný bioplynom, alebo drevným plynom
-piestový motor s generátorom poháňaný bionaftou, alebo na etanolom
-elektrochemický palivový článok napájaný bioplynom, resp. kvapalným biopalivom
Pre dosiahnutie maximálneho využitia energie v palive, sú uvedené zdroje realizované prevažne ako kombinovaná výroba tepla a elektriny - kogeneračné jednotky.
