Tepelné elektrárny a teplárny: principy, technologie a dopady

Tepelné elektrárny a teplárny hrají klíčovou roli v moderní energetice, zajišťují výrobu elektřiny a tepla pro domácnosti i průmysl. Jejich principy fungování, technologie a dopady na životní prostředí jsou předmětem rozsáhlého studia a neustálého vývoje.

Základním principem fungování tepelné elektrárny je přeměna tepelné energie na mechanickou a následně na elektrickou. Zdroje tepelné energie mohou být různé. Spalovací elektrárny využívají teplo vzniklé při spalování paliv - například uhlí, plynu, ropy, biomasy. Jaderné elektrárny získávají teplo uvolňované při štěpné reakci chemických prvků, zejména uranu. Geotermální elektrárny pak získávají teplo přímo z přírodního prostředí.

V něm se spalováním vhodného paliva vyrábí teplo, které se v prvním kroku předává do uzavřeného vodního okruhu za účelem výroby vodní páry. Ta se pod tlakem vhání na turbínové lopatky a nastává druhý krok, tepelná energie se mění na otáčivý pohyb turbíny, která je přímo propojena na elektromagnet generátoru. Vlastní výroba elektrického proudu už byla popsána výše.

K výrobě elektrického proudu využíváme Faradayův indukční zákon. Ten popisuje fyzikální jev, kdy se ve vodiči pohybujícím se v magnetickém poli indukuje elektrické napětí a pokud se to děje v uzavřeném obvodu, protéká vodičem elektrický proud. Na tomto principu byl sestrojen první generátor stejnosměrného proudu, který označujeme jako dynamo. Mezi dvěma magnety se otáčí závit nebo cívka a proud je odebírán přes komutátor do elektrického obvodu. V elektrárnách, které zásobují elektrickým proudem rozvodnou síť, pracují trojfázové generátory střídavého proudu. Statorovou část, která se neotáčí, tvoří mohutné cívky (vodiče), ve kterých se indukuje elektrické napětí. Proměnlivé magnetické pole zajišťuje rotující elektromagnet, rychlost rotace je 3000 otáček za minutu, tj. 50 otáček za sekundu. Z jednotlivých elektráren jde vyrobená elektrická energie do přenosové soustavy, která ji rozvádí do všech částí České republiky nebo i do zahraničí.

Na počátku vývoje tepelných elektráren stál roku 1884 vynález parní turbíny, jenž učinil irský technik Charles Algernon Parsons. Turbína, která nejdříve sloužila jako součást pohonné jednotky lodí, našla brzy uplatnění také v elektrárnách, kde nahradila méně výkonné parní stroje.

Tepelná energie je obvykle získávána chemickým procesem spalování vhodného paliva, kdy hořením (t.j. jeho oxidací) je uvolňována tepelná energie vázaná v palivu. Obvykle se jedná o tato fosilní paliva: uhlí, topné plyny (např. svítiplyn, zemní plyn, kychtový plyn, generátorový plyn, kalový plyn, břidlicový plyn aj.), ropa nebo její deriváty, biomasa (např. dřevní odpad, rychle rostoucí dřeviny nebo sláma).

Tepelná elektrárna může spalovat různé materiály, nejčastěji je to lignit, hnědé uhlí, černé uhlí, biomasa, ropné produkty a zemní plyn. Pevná paliva musí být před spálením upravena do vhodné zrnitosti, což zabezpečují uhelné mlýny. Způsob spalování závisí na technické konstrukci kotle. Ke starším typům kotlů patří roštové nebo práškové, mívají různou konstrukci a relativně nižší účinnost. V nich se spaluje uhlí při teplotách 1400-1600 °C. Při této technologii vzniká kromě oxidu uhličitého také velké množství oxidů síry i jiných emisí a z hledisky ochrany životního prostředí patří k největším znečišťovatelům. Mnohem modernější technologií je spalování ve fluidních kotlích, kde se pracuje s provozní teplotou 850 °C a účinnost kotlů je vyšší. Do spalovacího procesu se vedle paliva přidává mletý vápenec, který eliminuje oxidy síry a vzniká tzv. energosádrovec. Ten má další průmyslové využití, zejména ve stavebnictví.

Výroba páry probíhá z demineralizované vody v několika krocích. V kotli se voda ohřívá při tlaku 15 MPa a pára, kterou pouštíme na lopatky turbíny, má kolem 550 °C. Po předání energie pára kondenzuje, voda se ochladí v chladicích věžích a vrací se zpátky k ohřevu do kotle. Zbytkové teplo se často využívá k vytápění bytových jednotek.

V posledních době se často hovoří o paroplynových elektrárnách. Technologicky se jedná o tepelnou elektrárnu, kde se jako palivo používá zemní plyn nebo topný olej. K velkým výhodám paroplynových elektráren patří výrazně nižší emise skleníkových plynů, absence pevných odpadů, relativně nízké náklady na výstavbu a jejich flexibilita v přenosové soustavě. Jejich schopnost rychlého spuštění a odstavení je vhodným doplňkem k obnovitelným zdrojům energie.

V každé tepelné elektrárně musíme vyrobit potřebné teplo spalováním fosilních paliv nebo biomasy. Nejšetrnější k životnímu prostředí je spalování biomasy. Produkujeme sice CO2, ale rostliny ho do svých těl zabudovaly v předchozích letech, takže nenavyšujeme podíl uhlíku v současném uhlíkovém cyklu. Naopak nejhorší variantou pro životní prostředí je spalování lignitu a hnědého uhlí. Jejich výhřevnost je v porovnání s ostatními palivy nízká a zároveň jejich spalováním produkujeme nejvíce škodlivých látek.

Zemní plyn je dnes velmi žádaným palivem do paroplynových elektráren, které mají v energetických koncepcích některých států nahradit standardní tepelné elektrárny. Emise škodlivin jsou zde asi o polovinu nižší v porovnání s uhlím, doprava na místo spotřeby se provádí plynovody, které nezatěžují prostředí jako jiné způsoby nákladní dopravy.

Každá tepelná elektrárna představuje zátěž pro životní prostředí a je zdrojem skleníkových plynů. Velikost této zátěže závisí na použitém palivu, výkonu zařízení a stáří použité technologie. Pokud bychom měli začít něčím pozitivním, tak tepelné elektrárny nám poskytují opravdu velký a stabilní výkon a jejich provoz není závislý na počasí. Negativní vliv na životní prostředí začíná u tepelných elektráren už při získávání paliva. Asi nejmenší zátěž představuje těžba zemního plynu, mnohem větší rizika poškození prostředí vznikají při těžbě ropy, zvláště na mořských šelfech. Těžba uhlí, ať je povrchová nebo hlubinná, je pak spojena se zvýšenou prašností, hlukem a vznikem odpadu při těžbě i úpravě.

Produkce skleníkových plynů tepelnou elektrárnou závisí na druhu a kvalitě spalovaného paliva a technologii spalování. Průměrná uhelná elektrárna vyprodukuje spálením jedné tuny uhlí přibližně 4,8 tuny CO2, 6 kg oxidů síry, 11 kg oxidů dusíku a 220 kg strusky a popílku. Spálením jedné tuny topného oleje vznikne 3,1 tuny CO2, 20 kg oxidů síry a 6 kg oxidů dusíku. Zdaleka nejlépe pak vychází spalování zemního plynu, u kterého z jedné tuny vznikne 2,3 tuny CO2, prakticky žádné oxidy síry a asi 4 kg oxidů dusíku.

V roce 2020 jsme v České republice vyrobili 81,4 GWh elektrické energie. Různé typy tepelných elektráren se na tomto množství podílely asi 55 %. Je to poměrně vysoký podíl, navíc většina našich tepelných elektráren spaluje uhlí, takže z hlediska produkce CO2 si naše energetika nevede právě nejlépe.

Tepelné elektrárny - jsou výrobny (zařízení) pro výrobu elektrické energie, ev. i se zařízením pro využití odpadního tepla pro účely vytápění objektů a budov. Tepelná elektrárna - je spalovací elektrárna spalující běžné fosilní palivo (uhelné, plynné, ropné). Na principu tepelné elektrárny pracují i další typy elektráren, které využívají principu změny tepelné energie na elektrickou.

TEPLÁRNY - jsou zařízení pro zabezpečení vytápění objektů dálkovým teplovodem. Teplárna je průmyslový závod, který se zabývá kombinovanou výrobou elektřiny a tepla pro technologické účely, otop nebo ohřev topné a užitkové vody. Obvykle je vodní pára, vyrobená v parních kotlích (např. o tlaku 96 bar) přivedena do parní turbíny, která pohání elektrický generátor. Z vyšších parních odběrů turbíny může být vyvedena technologická pára (např. o tlaku 16 bar) a z nižších topná pára pro parní dodávky tepla nebo pro ohřev topné vody pro vytápění (např. 1,5 až 6 bar). Parní turbíny v teplárnách menších výkonů jsou často protitlaké - pára z protitlaku o vyšším tlaku je využita pro parní síť, s nižším tlakem pro základní horkovodní ohřívák topné vody. Parní turbíny větších tepláren mají často koncový díl kondenzační a pára pro technologii i vytápění je z turbíny vyváděna z odběrů, s tlakem páry závislém na umístění odběru na tělese turbíny.

Místo parní turbíny lze využít spalovací turbínu, která pohání elektrický generátor a horké spaliny jsou využity pro dodávku tepla v páře nebo topné vodě. Další možností je paroplynová teplárna, kdy spalovací turbína pohání jeden elektrický generátor a teplo spalin je využíváno pro výrobu páry (zastupuje funkci parního kotle), která je přivedena do parní turbíny pohánějící druhý elektrický generátor. Teplo pro vytápění je odebíráno jako v předchozích případech.

Miniaturizací teplárny je „kogenerační jednotka“, jako doplňkové zařízení. Je to obvykle spalovací motor, kde je nejčastějším palivem zemní plyn, pohání elektrický generátor a produkuje odpadní teplo, obvykle u motorů odváděné chladičem. teplo z chlazení bloku motoru, oleje a výfukových plynů je využito pro ohřev topné vody. Elektrická energie je buďto zcela spotřebována v místě výroby, ev. může být i dodávána do veřejné elektrorozvodné sítě.

Z pohledu nerovnoměrnosti nebo časové nesouměrnosti ve výrobě elektrické energie a potřeby tepla je vhodným doplňkem kogeneračních jednotek zásobní nádrž na topnou vodu - akumulátor tepla.

VÝTOPNY - jsou zařízení pro zabezpečení vytápění objektů v místě blízkém tomuto zařízení. Výtopna se zabývá výrobou a dodávkou samostatného tepla, u menších výkonů je to kotelna.

Tepelná čerpadla: jsou zařízení pro přečerpávání tzv. nízkopotenciálního tepla odebraného z okolního prostředí (ze vzduchu, z vody nebo ze země) na vyšší teplotní úroveň. Takové teplo je pak možné využít buď k vytápění objektu nebo k přípravě teplé vody. Poměr získané tepelné energie a dodané hnací energie se nazývá topný faktor. Tj. topný faktor udává, kolikrát více energie získáme při určitém množství dodané hnací energie. Čím je vyšší, tím je provoz tepelného čerpadla ekonomičtější. V praxi se hodnota topného faktoru pohybuje v rozmezí od 2,5 do 5. Z logiky věci dále vyplývá, že se nejedná o veličinu, která by byla pro danou instalaci tepelného čerpadla konstantní.

Výměníkové stanice - jsou zařízení pro výměnu tepla ze zdrojů tepla za účelem ohřevu dalšího zařízení pro technologické nebo bytové účely. Jsou konstruovány na míru. Výměníkové stanice mohou být vybaveny buď jedním nebo několika výměníky, což umožňuje vytvářet tepelné zdroje prakticky neomezených výkonů.

Publikace se věnuje centrální a decentrální výrobě tepla a elektřiny a je určena pro širokou laickou veřejnost včetně studentů středních a vysokých škol. Publikace v kostce dokumentuje dosavadní, téměř stoletou historii české elektroenergetiky a teplárenství.

Energetická soustava je propojený systém. tepelnou a někdy i elektrickou nebo jinou energii (elektromobilitu apod.).

Kniha je určena pro širokou veřejnost, jako doplňková literatura pro střední a vysoké školy technického zaměření, rovněž i pro odbornou veřejnost, zejména energetiky, projektanty, i veřejnoprávní subjekty, které řeší nebo budou řešit či schvalovat technické návrhy, projekty na nové zdroje, rekonstrukci stávajících zdrojů či jejich výměnu a začleňování do energetických soustav.

Směrnice o energetické účinnosti 2012/27/EU zavádí společný rámec opatření na podporu energetické účinnosti v EU s cílem zajistit do roku 2020 splnění hlavního 20% cíle EU pro energetickou účinnost a vytvořit podmínky pro další zvyšování energetické účinnosti i pro další cíle v letech 2030 a 2050.

V roce 2000 byla v České republice zahájena liberalizace energetického odvětví, která po deseti letech vedla k zavedení plně tržního prostředí do výroby a dodávky elektřiny, spolu s propojením domácího trhu s evropským trhem s touto komoditou.

Energetický audit, energetický posudek. Tato učebnice specialisty EA + EP není a nemůže být kompletní, neboť jde o multidisciplinární činnost zasahující do mnoha oborů, např. právo, ekonomika, pozemní stavby, technická zařízení budov, elektrotechnika, vzduchotechnika, hydrologie, strojírenství a dále dle konkrétního předmětu energetického auditu všechny další obory jako např.

V publikaci se tedy věnujeme spíše opomíjeným tématům, která však mají podstatný vztah k energetickému auditorství.

Cílem publikace je obecně zmapovat legislativu a praxi vztahující se k zjišťování účinnosti kotlů a tepelných rozvodů dle Vyhlášky 194/2013 Sb. a seznámit energetické specialisty se zaměřením na kontrolu kotlů a otopných soustav se základy, které by měli znát (často se jedná i o učivo základních škol, bohužel mnoho praktiků již tyto vědomosti pozapomnělo a neuvědomují si, že patří k jejich profesi a jejich profese z nich vychází.

Publikace „Variantní posouzení dodávek elektřiny a tepla“ tematicky navazuje na předchozí publikaci „Posouzení potenciálu vysoce účinné kombinované výroby tepla a elektřiny (KVET)“, zpracovanou v minulém roce, která popisuje stávající a výhledovou poptávku po teple a chladu v ČR včetně stávajících instalovaných KVET a návrhy dalších nově instalovaných KVET včetně bilančních údajů o jejich nově instalovaných elektrických a tepelných výkonech a množství dodané el.

Koncept Smart Grid chápeme jako odpověď na současný vývoj ve společnosti s ohledem na jaké místo v ní energetika a s tím spojené odvětví průmyslu a jejich jednotlivé oblasti včetně spotřeby zaujímají.

Studie analyzuje potenciál úspor v budovách ČR se zaměřením na budovy mimo rezidenční sektor. Cílem studie je stanovení možné úspory konečné spotřeby energie těchto budov a investiční náročnosti dosažení této úspory.

Jen málokterá technologie výroby tepla zažívá v posledních letech tak dynamický rozvoj, jakým jsou tepelná čerpadla. Podle statistik MPO se jejich počet i souhrnný tepelný výkon u nás zvýšil za posledních deset let více než osminásobně a na konci roku 2014 bude některý druh tepelného čerpadla využívat již okolo padesáti tisíc domácností a více než šest tisíc institucí.

Směrnice o energetické účinnosti 2012/27/EU zavádí společný rámec opatření na podporu energetické účinnosti v Unii s cílem zajistit do roku 2020 splnění hlavního 20 % cíle Unie pro energetickou účinnost a vytvořit podmínky pro další zvyšování energetické účinnosti i po tomto datu.

Publikace „Hodnocení úrovně energetického managementu krajů, měst a obcí“ je určena veřejné správě a odborné veřejnosti k seznámení s problematikou implementace energetického managementu zejména s využitím mezinárodní normy ČSN EN ISO 50001, která specifikuje požadavky na systém managementu hospodaření s energií (EnMS). Dále poskytuje metodiku sebehodnocení úrovně zavedení tohoto systému v dané municipalitě.

Publikace „Posouzení potenciálu vysoce účinné kombinované výroby tepla a elektřiny“ je určena široké veřejnosti k seznámení se s dosavadní úrovní aplikace zařízení pro kombinovanou výrobu tepla a el. energie a jeho možného budoucího rozšíření z hlediska krytí poptávky po teple.

Tato publikace prezentuje předpokládané výsledky nákladově optimalizačních výpočtů pro nové budovy s téměř nulovou spotřebou energie pro budoucí období od roku 2018 resp. 2020 odborné veřejnosti ve stavebnictví, podnikatelům ve stavebnictví, developerům a pracovníkům příslušných úřadů podílejících se, nebo zodpovědných za transformaci Směrnice EPBD II do české legislativy.

Transformace proběhla novelou zákona 406/2000 Sb. o hospodaření energií zákonem 318/2013 Sb., účinnou od 1. ledna 2013, vyhláškou 78/2013 Sb. o energetické náročnosti budov, účinnou od 1. dubna 2013 a technickou normalizační informací TNI 73 0331, sloužící jako nezávazný doplňující dokument obsahující typické hodnoty pro výpočet.

Evropská směrnice o energetické náročnosti budov požaduje převod veličin spotřeby energie stanovených na úrovni konečné spotřeby na tzv. primární energii, dle české energetické terminologie správně nazývané primární energetické zdroje. Tato transformace závisí na účinnosti výroby jednotlivých druhů energie. Volba správné metody a vstupních dat pro tento typ výpočtů je předmětem předkládané studie.

Již 15.ročník „Mezinárodní energetická ročenka - 2013. Záměrem autorů je poskytnout široké energetické veřejnosti aktualizované základní informace o energetice nejen České republiky, ale i celého světa s důrazem na země EU. Kniha obsahuje základní informace o světové, evropské a české energetice, v členění na energetiku, uhelný průmysl, kapalná paliva, plynárenství, elektroenergetiku, emise a obnovitelné zdroje.

Informační materiál obsahuje analýzu energetické účinnosti při výrobě elektřiny a tepla v České republice, se zaměřením na sektor uhelných výroben energie. Publikace je zaměřena na obnovitelné energie a netradiční účinné technologie integrované do budovy a snižující měrnou potřebu primární energie. Zpracování vybraných vzorových projektů zvyšování účinnosti užití energie při výrobě a distribuci energie v malých a středních podnicích.

Již čtrnáctý ročník „Mezinárodní energetická ročenka - 2012. Záměrem autorů je poskytnout široké energetické veřejnosti aktualizované základní informace o energetice nejen České republiky, ale i celého světa s důrazem na země EU. Kniha obsahuje základní informace o světové, evropské a české energetice, v členění na energetiku, uhelný průmysl, kapalná paliva, plynárenství, elektroenergetiku, emise a obnovitelné zdroje.

Publikace představuje jeden z možných pohledů na dostavbu 3. a 4. Elektrotepelná technika - 3. Ucelená řada edice odborných učebnic pro VŠ věnuje pozornost jednotlivým oblastem elektroenergetiky a velmi kvalitně standardizuje poznatky z tohoto náročného oboru.

Energetické služby se smluvně zaručenou úsporou jsou zaměřeny na snižování provozních především energetických nákladů ve stávajících budovách bez vlastních investic.

Jaderné a klasické elektrárny - 1. Ucelená řada edice odborných učebnic pro VŠ věnuje pozornost jednotlivým oblastem elektroenergetiky a velmi kvalitně standardizuje poznatky z tohoto náročného oboru.

Publikace je určena všem zadavatelům podlimitních i nadlimitních veřejných zakázek a nákupů na státní, regionální nebo místní úrovni, pokud zakázka vyvolává následnou spotřebu energie.

Monitorování, řízení a chránění elektrizačních soustav - 5. Ucelená řada edice odborných učebnic pro VŠ věnuje pozornost jednotlivým oblastem elektroenergetiky a velmi kvalitně standardizuje poznatky z tohoto náročného oboru.

Návrh a rozvoj elektroenergetických sítí - 4. Ucelená řada edice odborných učebnic pro VŠ věnuje pozornost jednotlivým oblastem elektroenergetiky a velmi kvalitně standardizuje poznatky z tohoto náročného oboru.

Obnovitelné zdroje elektrické energie - 2. Ucelená řada edice odborných učebnic pro VŠ věnuje pozornost jednotlivým oblastem elektroenergetiky a velmi kvalitně standardizuje poznatky z tohoto náročného oboru.

Provoz distribučních soustav - 7. Ucelená řada edice odborných učebnic pro VŠ věnuje pozornost jednotlivým oblastem elektroenergetiky a velmi kvalitně standardizuje poznatky z tohoto náročného oboru.

Cílem tohoto produktu je propagace energetických projektů, které přispívají k zvyšování energetické efektivnosti užití energetických zdrojů, v tomto případě pak druhotných primárních energetických zdrojů, jejichž potenciál doposud není dostatečně využíván. Jsou zde prezentovány realizované i připravované projekty využití důlního plynu pro energetické účely, konkrétně pro kombinovanou výrobu elektřiny a tepla na bázi plynových motorů.

Koncept nízkoenergetického domu vznikl jako odpověď na rostoucí ceny energií. Přestože se předpisy na energetickou spotřebu domu a izolační vlastnosti konstrukcí stále zpřísňují, má nízkoenergetický dům ve srovnání s běžnou výstavbou podle současných norem zhruba jen poloviční až třetinovou spotřebu tepla na vytápění.

V současné době je jištění nízkonapěťových instalací pomocí domácích (průmyslových) jističů zcela samozřejmé. Ačkoli výrobci jističů nemají povinnost uvádět velikost wattových ztrát v technických listech výrobku, někteří hodnotu wattových ztrát u jističů popřípadě vypínačů a jiných prvků přesto uvádějí. Jističe jsou samočinné nadproudové vypínače, určené ke spínání a jištění elektrických obvodů. Úlohou jističů je zabránit škodám na elektrickém zařízení při zkratu a nadproudu.

Tato publikace Vám poskytne rady a tipy, jak v domácnosti snížit spotřebu energie, a tím i Vaše výdaje. Stále existuje řada možností, jak uspořit. Produkt obsahuje 6 informačních listů - letáků na téma efektivní využití energie: Kombinovaná výroba elektřiny a tepla, úsporná opatření v rodinných a bytových domech, zásady výstavby nízkoenergetických domů, zásady výstavby pasivních domů, úsporné osvětlení a spotřebiče v domácnosti. Jsou zde základní informace o úsporách energií v bytových a rodinných domech, zateplování, osvětlení, volbě tarifu, energetickém štítkování spotřebičů a domů.

Publikace komplexně informuje o způsobech moderního a úsporného venkovního veřejného osvětlení z hlediska optimalizace spotřeby energie.

tags: #tepelne #elektrarny #a #teplarny #studijni #materialy