ENERGETICKÉ ZDROJE PRO 21. STOLETÍ

INOVACE ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ NA STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH
ZAMĚŘENÉ NA VYUŽÍVÁNÍ ENERGETICKÝCH ZDROJŮ PRO 21. STOLETÍ
A NA JEJICH DOPAD NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ
CZ.1.07/1.1.00/08.0010
ENERGETICKÉ ZDROJE
PRO 21. STOLETÍ
ING. DANIEL POLÁK
TENTO DOKUMENT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY
Ing. Daniel Polák
TATO PREZENTACE JE SPOLUFINANCOVÁNA EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY
Obsah
• Spotřeba energie
• Krize neobnovitelných zdrojů energie
• Obnovitelné zdroje energie
– Sluneční energie
– Větrná energie
– Geotermální energie
Spotřeba energie
– Celosvětová roční spotřeba energie v roce 2008 byla 474 exajoulov
(474×1018 J = 132 000 TWh) [3]
– Primární energie (Primary energy) – energie v původní, technicky ještě
nehotové formě, jako je např. uhlí, surová ropa, přírodní zemní plyn,
uran slunečný záření, vítr, dřevo nebo hnůj (biomasa)
[3]
Pozn.: v grafe není zahrnutá solární, věterná a geotermální energie
Spotřeba energie
Primární spotřeba energie vztažená v % k celosvětovému
průměru [1]
Krize neobnovitelných zdrojů
energie
TATO PREZENTACE JE SPOLUFINANCOVÁNA EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY
Ropa
• Uhlí, ropa – přeměněné produkty z živočišných a rostlinných látek =
dlouhodobé konzervy slunečné energie [2]
• Nejstarší ložiska ropy – 350 milionů let stará
• Těžba většiny ropy – Perský záliv
• Začátek průmyslové těžby ropy – 1859 v Pensylvánii, USA
• V současné době se denně vytěží 85 milionů barelů ropy
1 petroleum barrel (US) = 158,987 l (litrů)
• V roce 2030 se předpokládá globální spotřeba 104 milionů barelů
denně
Ropa
Těžba ropy v jednotlivých oblastech světa a její prognóza [2]
• Graf ukazuje, že zlom v těžbě ropy již nastal kolem roku 2010, přičemž
spotřeba primární energie má rostoucí trend, proto je nutné věnovat
pozornost obnovitelným zdrojům energie
Ropa
Zásoby ropy rok 2008 [6]
Stát
Saudská Arábie
Venezuela
Írán
Irák
Kuvajt
Spojené arabské emiráty
zásoby ropy
(miliardy barelů)
264
172
138
115
102
98
procentuální podíl na
zásobách OPEC
25,8%
16,8%
13,4%
11,2%
9,9%
9,6%
Libye
Nigérie
Katar
Alžírsko
Angola
Ekvádor
4,3%
3,6%
2,5%
1,2%
0,9%
0,6%
Zásoby ropy států OPEC
Světové zásoby ropy
zásoby ropy
států mimo
OPEC 21%
(271 miliard
barelů)
44
37
25
12
10
7
Alžírsko
Katar
Nigérie
Angola
Ekvádor
Libye
zásoby ropy
států OPEC
79% (1023
miliard
barelů)
Spojené
arabské
emiráty
Saudská
Arábie
Kuvajt
Venezuela
Irák
Írán
Uhlí
– Světové zásoby uhlí (r. 2008) – 861 miliard tun
– Roční celosvětová spotřeba uhlí (r. 2010) – 7,25 miliard tun
[4]
Uran
– Podíl energeticky využitelného čistého přírodního uranu 235U
v uranových rudách je jen 0,72 %
– Největší podíl má energeticky nevyužitelný 238U – 99,27 %
– Podíl jaderné energie na světovém zajištění zdrojů energie je jen 6 %
Světové zásoby využitelného uranu (tuny) [7]
Krize neobnovitelných zdrojů energie
Doba, na kterou vystačí energetické zásoby při současném tempu těžby [1]
Obnovitelné zdroje energie
Porovnání roční obnovitelné nabídky zdrojů energií a celosvětové primární
spotřeby energie s úhrnem celého množství konvenčních nosičů energie [1]
Sluneční energie
Ročně dostává Země 8000 krát větší množství energie, než je
celosvětová primární spotřeba
TATO PREZENTACE JE SPOLUFINANCOVÁNA EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY
Fotovoltaika
– Přeměna slunečního světla na elektřinu
• Princip činnosti:
– Při dopadu slunečního světla na polovodič se emitují elektrony (tzv.
fotoelektrický jev), které způsobí vznik elektrického napětí i proudu
Model zobrazující analogii s procesy ve fotočlánku [1]
Gumové kuličky ↔ fotony; voda ↔ elektrony; proudení vody ↔ elektrický proud
Fotovoltaika
Konstrukce fotovoltaického článku
Fotovoltaika
Fotovoltaický systém na rodinném domku
Fotovoltaika
Účinnost různých materiálů fotovoltaických článků
Materiál článků
Maximální
Typická modulární
laboratorí účinnost účinnost článku
Plocha potřebná
na 1 kW
Monokrystalický
křemík
24,7 %
15 %
6,7 m2
Polykrystalický
křemík
18,5 %
14 %
7,2 m2
Amorfní křemík
12,7 %
6%
16,7 m2
CIS/n CIGS
19,5 %
10 %
10,0 m2
CdTe
16,5 %
7%
14,3 m2
Koncentrátorové
články
40,7 %
28%
3,6 m2
Fotovoltaika
Mapa ročního potenciálu generovaní elektrické energie z fotovoltaických článků [8]
Místa s nejvyšším potenciálem : Jižní Andy, Himaláje (kvůli vysoké účinnosti při nízké
teplotě a vysoké úrovni ozařování)
Fotovoltaika
Průměrné hodnoty slunečního svitu v České republice v kWh/m2 [1]
Solárně-termické elektrárny
–
–
Přeměňují slunečné záření nejprve na teplo a poté na elektrickou energii
Pro přeměnu záření na teplo se používají koncentrátory – parabolická
zrcadla, kt. soustřeďují světlo do ohniště (jako u lupy)
Elektrárna se žlabovými parabolickými kolektory s tepelným zásobníkem [1]
Solárně-termické elektrárny
Solární věžová elektrárna s otevřeným vzduchovým receiverem [1]
Solárně-termické elektrárny
Oblasti v severní Africe, využitelné pro výstavbu solárních elektráren [1]
Solárně-termické elektrárny
Možnosti dovozu obnovitelného proudu ze severní Afriky do EU a potenciální
dlouhodobé ceny na pořízení proudu při plném využití kapacit [1]
Větrná energie
Větrná energie
Globální cirkulace a vznik větru [1]
Větrná energie
Celosvětová mapa rychlostí větru [1]
Větrná energie
Mapa průměrné rychlosti větru na území ČR ve výšce 10 m [9]
Větrná energie
Implementovány a zamítnuté projekty větrných elektráren v ČR [12]
Větrná energie
Rozšíření využití větrné energie v ČR za 20 let [12]
Větrná energie
Funkční princip větrné elektrárny s horizontální osou
Větrná energie
Princip jednoduchého autonomního systému s větrnou elektrárnou [1]
Větrná energie
Vývoj velikosti větrných elektráren [1]
Větrná energie
Konstrukce a komponenty větrné elektrárny [1]
Geotermální energie
• Země – obrovský zásobník tepla:
– 99 % objemu Země má teplotu > 1000 °C
– 90 % z 1 % zbývajícího objemu má teplotu > 100 °C
Struktura Země [1]
Geotermální energie
•
•
•
Zemská kůra a nejvyšší vrstvy zemského pláště tvoří tzv. litosféru
Litosféra sestává ze sedmi velkých a několika menších litosférických desek
Astenosféra – tekutý materiál, na kt. plavou litosférické desky
Tektonické desky Země [1]
Geotermální energie
Plošná klasifikace České republiky z hlediska využití geotermální energie [10]
Geotermální energie
Princip geotermální teplárny [1]
akvifer – angl. Aquifer, podzemní vrstva nasáklá čerstvou vodou
Geotermální energie
Princip geotermální ORC elektrárny [1]
ORC – Organic Rankine Cycle
– Turbína je místo vody poháněna organickým médiem (Isopentan)
Geotermální energie
Celosvětové instalované výkony geotermálních elektráren [1]
Geotermální energie
Geotermální elektrárna Nesjavellir – Island [11]
Použitá literatura
[1] – Quaschning, Volker: Obnovitelné zdroje energií
[2] – http://is.muni.cz/do/ped/kat/fyzika/autem/pages/tezba-ropy.html
[3] - http://en.wikipedia.org/wiki/World_energy_consumption
[4] - http://www.energyinsights.net/cgi- script/csArticles/articles/000001/000118.htm
[5] - http://www.postcarbon.org/article/406162-the-end-of-cheap-coal
[6] - http://www.trimbroker.com/article/financne-vzdelavanie/onlinefinancne-vzdelavanie/obchodujem-svetove-zasoby-ropy
[7] - http://humaneconomics.blog.com/2012/02/01/good-news-on-the-way-uranium-reserves- to-be-overby- 2050/
[8] - http://e360.yale.edu/slideshow/study_coldest_regions_have_
best_solar_potential/17/1/
[9] - http://www.ufa.cas.cz/web-old/vetrna-energie/doc/vav/priloha02.jpg
[10] - http://www.mzp.cz/C1257458002F0DC7/cz/geotermalni_energie/$FILE/oued-geoterm_
mapa1-20100315.jpg
[11] - http://ecol-a-t.blogspot.sk/2012/07/energia-geotermica.html
[12] – GEOGRAFICKÝ ČASOPIS/GEOGRAPHICAL JOURNAL 62 (2010) 3, 183-199
TATO PREZENTACE JE SPOLUFINANCOVÁNA EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY