Energetika

Energetika:
• Jaderná energetika
• Tepelná energetika
• Vodní energetika
• Geotermální energetika
• Větrná energetika
• Sluneční energetika

Napsala: Petra Dvořáková D1b (14.10. 2005)

ÚVOD
Objevy fyziky, chemie, matematiky a dalších oborů se promítají do konstrukcí převratných zařízení, nic ale není zadarmo. Technika dnešní doby se projevuje na životním prostředí a našem zdraví, hrozí globální změna podnebí na naší planetě.
V rozvoji civilizace začala být důležitá energetika ta je dnes založena na fosilních palivech, zejména uhlí, jehož zásoby na planetě se vyčerpávají. Navíc spalování těchto paliv je spojeno s uvolňováním oxidu uhličitého CO2 z kterého vzniká skleníkový efekt a dalších škodlivých popílků, oxidů síry a dusíku. Proto se nacházejí jiné varianty výroby energie z jiných zdrojů nezatěžující tolik planetu.

Jaderná energetika

Princip
Je velmi podobný tepelné, ovšem s malými rozdíly. Jako palivo se zde používá nejčastěji uran a plutonium (obohacené izotopy). Tyto prvky jsou zformovány do palivových článků, které se v reaktoru účastní řízené štěpné reakce. Při této reakci se uvolňuje velké množství tepla, které ohřívá primární okruh. Ten je uzavřen, aby se radioaktivita nešířila. Primární okruh vede do tepelného výměníku, kde se teplo předá vodě, která již není kontaminována. Tato voda se opět ohřívá až na páru, a pak již jako u tepelné elektrárny jde na turbínu.

Výroba jaderné energie

Atom- Vše kolem nás je složeno z atomů. Podle řeckého názvu nedělitelné, ale dnešní vědou je známo že ve středu každého atomu je kladně nabité jádro, složené z protonů a neutronů (obě tyto částice nazýváme nukleony), které je obklopeno záporně nabitým oblakem elektronů. Existuje více než 100 základních typů atomů, určených počtem protonů ve svém jádře, které tvoří chemické prvky.

Atom uranu- Kladně nabité jádro je tvořeno nukleony, které jsou k sobě poutány jadernými silami. Jádro obklopuje elektronový obal. Elektron je 1840x lehčí než nukleon – prakticky tedy veškerá hmotnost atomu zkoncentrována do jádra.

Proces štěpení jádra uranu- Impulsem pro štěpní jádra atomu je interakce jádra s neutronem. Neutron nenese elektrický náboj a nemusí tedy překonávat bariéru elektrických sil. Štěpící se jádro se z původně kulového tvaru deformuje, zvětšuje svůj povrh, až odpudivé elektrické síly převáží jádro uranu se uprostřed zaškrtí a kladná dceřiná jádra se od sebe rozletí (rychlostí asi 10 000 km/s). Současně se uvolní 2-3 neutrony s velkou energií ty pak mohou narazit do dalších jader uranu a vyvolat další štěpení. Vzniká řetězová štěpná reakce jádra, kterou může obsluha elektrárny řídit zachycením přebytečných neutronů. Tato jádra o obrovské kinetické energii se srážejí s dalšími atomy, odebírají jim elektrony a tvoří si z nich nové elektronové obaly. Postupně se uklidňují a jejich kinetická energie přechází až na energii kmitů atomů a molekul. Tedy do formy tepelné energie, kterou lze využít v jaderné elektrárně. Samovolně se sice uran štěpí také, ale s obrovským poločasem 700milionů let.


Efektivita jaderného štěpení a paliva- Zatímco při klasickém hoření získáváme z hmoty jen zcela nepatrný zlomek v ní skryté energie, při jaderném štěpení je to až desetina procenta klidové energie štěpeného jádra. Po technickém zvládnutí jaderné fúze (opak technologie štěpení), bylo by možné z klidové energie slučovaných částic získat téměř jedno procento energie.Palivem jaderných elektráren v České republice je oxid uraničitý UO2 s uranem mírně obohaceným o štěpitelný izotop 235 (na 2-4 % celkového množství uranu; v přírodním uranu je jen asi 0,7 % izotopu 235).
Podkritický stav- zde je hustota látky absorbující neutrony tak vysoká, že neutrony vznikající při štěpné reakci jsou plně pohlcovány a nemohou vyvolávat štěpení dalších jader. Reakce zaniká. V praxi k tomuto stavu dochází, chceme-li snížit výkon reaktoru nebo ho odstavit zavedením regulačních a havarijních tyčí s absorbérem do aktivní zóny reaktoru.
Kritický stav- Nastane-li kritický stav, je hustota absorbéru a paliva taková, že ze dvou až tří neutronů vzniklých při štěpení paliva vždy jen jeden vyvolá další štěpnou reakci. Tomuto stavu odpovídá běžný provoz reaktoru při stálém výkonu.
Nadkritický stav- Dojde-li k nadkritickému stavu, štěpná reakce roste, protože roste i počet neutronů štěpících jádra. Takový stav je nutný pro zvýšení výkonu reaktoru.

Štěpná řetězová reakce- 2-3 nově uvolněné neutrony po štěpení jádra uranu rovnou nebo až po svém zpomalení, štěpit další jádra. Tak se opět uvolní další neutrony a může nastat řetězová reakce. Ke zpomalení neutronů se používá látka zvaná moderátor. Nejlépe se neutron zpomalí srážkami s jádry lehkých prvků (vodíkem), kterým předává část své energie. V praxi se požívá čistá voda. Pro využití je teba udržovat stálý počet volných neutronů. Nadbytečné neutrony jsou zachycovány ve vhodných materiálech – absorbátorech (bór).


Jaderný reaktor-
srdce jaderné elektrárny. Jde o zařízení, v němž probíhá štěpná řetězová reakce uranu. K hlavním komponentům, které umožňují provoz reaktoru, patří palivo, moderátor, absorbátor a chladivo.

Historie
-1. reaktor vytvořila příroda již před 2 miliardami let v horninovém masivu. Voda a uran se zde vyskytovali v tak příznivém množství, že došlo k jaderné reakci jako dnešních reaktorech.
- První takový reaktor byl spuštěn 2,12, 1942 v Chicagu pod vedením E. Ferminiho. (50tun kovového uranu obestavěné kostkami grafitu k řízení se použili tyče z kadmia = výkon, necelý kilowatt)
- dnes je mnoho druhů reaktorů například: Těžkovodní reaktor CANDU, Jaderný reaktor Magnox GCR, AGR, RBMK, HTGR, FBR, BWR – ale pro nás nejznámější je :
Jaderný reaktor PWR, VVER- Pressurized light-Water moderated and cooled Reactor, Vodo-Vodjanoj Energetičeskij Reaktor
Tlakovodní reaktor PWR nebo ruský typ VVER je dnes ve světě nejrozšířenějším typem jaderného reaktoru (asi 57 %). Tento typ pracuje jak v jaderné elektrárně Dukovany, tak v jaderné elektárně Temelín. Původně byl vyvinut v USA, později koncepci převzalo Rusko. Stejné reaktory jsou pro svou vysokou bezpečnost používány kromě jaderných elektráren i k pohonu jaderných ponorek. Jsou používány pro výkony až 130MW.
Činnost-
Jaderný tlakovodní reaktor má podobu ocelové válcové nádoby. Prostoru uvnitř, kde je palivo a kde dochází ke štěpení se nazývá aktivní zóna. Jako moderátor a chladivo se užívá voda (ta proudí velkým tlakem proto název tlakovodní). Štěpením se vytváří teplo. Tepelná energie je odváděna chladivem – vodou – pod vysokým tlakem, který zabraňuje vodě ve varu. Z reaktoru proudí ohřátá voda do tepelného výměníku – parogenerátoru, kde svou energii předává vodě cirkulující v sekundárním okruhu! Voda v parogenerátoru se vaří a přeměňuje se na sytou páru tato pára proudí do turbíny, kterou roztáčí působením na její lopatky. V generátoru dochází k přeměně pohybové energie na energii elektrickou. Pára která odevzdala svou energii, je z turbíny odváděna do kondenzátorů, ty jsou chlazeny chladícím okruhem = chladící věže. Voda z kondenzátorů je vedena zpět do parogenerátorů, kde se znovu změní v páru a proudí do turbíny. Tím se cyklus vody a páry v sekundárním okruhu uzavírá.


Palivo a chladivo
Jaderné palivo- paliva do reaktoru typu VVER představuje dané množství UO2 ve tvaru válečků (pelet). Ty jsou uloženy v palivových proutcích sdružených do palivových souborů (kazet). Nahradí 1,6 t hnědého uhlí. Tato energie se z pelety získává v průběhu 4 let. Palivo se vkládá do aktivní zóny reaktoru. Palivové proutky jsou chráněny povlakem ze speciální slitiny, nejčastěji na bázi zirkonia. Tento povlak zaručuje předání tepla z paliva chladivu a zároveň nepropustí radioaktivní štěpné produkty.
Výměna paliva- Palivo časem vyhořívá z tohoto důvodu je jednou ročně vyměněna ¼ nejvíce vyhořelého paliva za čerstvé, aby následující provoz splňoval ekonomické a bezpečností podmínky.
Vlastní výměna paliva- Pomocí teleskopických tyčí je vyjímáno vyhořelé palivo z reaktoru a ukládá je do bazénu pro skladování paliva. Ze šachty pro čerstvé palivo vyjímá palivové kazety a vkládá zpět. Vzhledem k vysoké radioaktivitě a teplotě zde v tzv. meziskladu zůstanou asi po 40-60let po tu dobu klesne radioaktivita, to je výhodnější pro další manipulaci. Reálnou variantou je výroba reaktoru pro nějž bude vyhořelé palivo vstupní surovinou.
Chladivo- odvádí teplo tam, kde ho lze využít. Jako chladivo se nejlépe osvědčuje obyčejná voda, těžká voda, oxid uhličitá, helium, sodík a některé soli nebo slitiny.
Bezpečnost jaderného reaktoru- v případě okamžitého zastavení reaktoru jsou připraveny havarijní tyče. V nich je vyšší koncentrace absorbátoru než v regulačních tyčích. Drží je elektromagnety a v případě havárie se magnety vypnou a tyče spadnou do reaktoru  Během 3 sekund ustane štěpenou reakci.

Primární okruh
Soubor zařízení, ve kterém se jaderná energie mění na tepelnou.
-Na reaktor, jsou napojeny čtyři cirkulační smyčky, kde je voda, která odvádí teplo z reaktoru. Každá cirkulační smyčka se skládá z parogenerátoru, hlavního cirkulačního čerpadla a potrubí, které vše propojuje. Kompenzátor reguluje tlak chladiva na hodnotě 15,7MPa za tohoto tlaku se voda nemůže vařit (také napojen na cirkulačních smyčkách). Vše je z oceli a zakryt železobetonovými ochrannými stěnami.

Parogenerátor- zde vzniká pára pro pohon turbíny a generátoru. Horká voda z reaktoru v něm proudí více než 11tisíci nerezovými trubičkami a přes jejich stěny uvádí do varu vodu odděleného sekundárního okruhu. Pára odchází potrubím do strojovny, kde pohání parní turbínu.
Sekundáni okruh
Zde se přeměňuje tepelná energie páry na energii elektrickou. Parní turbína a generátor jsou uloženy na společné hřídeli a tvoří turbogenerátor(1000MW). Působením páry na lopatky rotorů je turbína roztáčena na 3000 otáček za minutu a její pohybovou energii přemění na elektrickou. = konečný produkt. Pak se elektřina dostává do rozvoden. Pára se z turbíny odvádí do kondenzátorů. Po přečištění a ohřátí se kondenzát stává napájecí vodou a ta putuje zpět do parogenerátorů. Tím je cyklus vody uzavřený.

Parní turbína- Turbína se skládá z 1 dílu vysokotlakého a 3 dílů nízkotlakého tělesa. Parogenerátory dodávají turbíně sytou páru o tlaku 5 až 7 MPa, nejdříve je vedena do vysokotlakého dílu, kde expanduje a roztáčí turbínu. Zbytek expanduje v nízkotlakých dílech.


Chladící okruh
Chlazení kondenzátorů je zajištěno prostřednictvím okruhu chladících věží. Voda v titanových trubkách se ohřívá na 30°C a ve 155m vysokých věžích (věž má tvar rotačního hyperboloidu) se část vody odpaří, proto je stále přiváděna z blízkých toků. Například Temelín využívá vodu z nedaleké přehrady Hněvkovice na řece Vltavě přibližně 8km od Týna nad Vltavou.

Bezpečnost jaderné elektrárny
Vzhledem k nebezpečnosti materiálu, se kterým je zacházeno je důležité zabezpečit veškerou činnost. Musí se zřídit bezpečnostní systémy, které napravují následky vzniklých poruch, ale i prostředky, které znemožní jakýkoli únik radioaktivity.

Ochranná obálka (kontejnment) – chrání okolí elektrárny před následky případné nehody, ale také chrání reaktor a celý primární okruh před zemětřesením, pádem letadla na kontejnment, vichřicemi, atd. Kontejnment má tvar válce a tloušťkou stěny 1,2m předepjatého silnými ocelovými lany.

Jaderné elektrárny v ČR
JE Temelín
Jaderná elektrárna Temelín, dnes největší energetický zdroj v České republice, leží asi 25 kilometrů od Českých Budějovic a pět kilometrů od Týna nad Vltavou.
Odběr technologické vody je zajištěn z vodního díla Hněvkovice na Vltavě, jehož vybudování bylo součástí výstavby elektrárny. Požadovanou kvalitu vody zaručují čističky odpadních vod na horním toku Vltavy především ve Větřní, Českém Krumlově a Českých Budějovicích.

• Jaderná elektrárna Temelín se nachází v pahorkatině v nadmořské výšce 510 m n.m.
• Do vzdálenosti 10 km od lokality se nevyskytují žádné výrazné výškové body.
• Severozápadním směrem se rozprostírá rozsáhlý komplex lesů, také přilehlé území, cca 5 km východně od lokality, je převážně zalesněno.
• Elektrárna je vzdálena 45 - 50 km od státních hranic s Rakouskem a se SRN.
• JE Temelín je situována na pozemcích o rozloze 143 ha, které jsou majetkem ČEZ, a.s. Oplocená plocha pozemku činí cca 123 ha.
Historie
1980 - vládou Československa byla jaderná elektrárna Temelín schválena k výstavbě
1985 - společnost Energoprojekt Praha zpracovala projekt JE Temelín
1987 - začátek vlastní stavby jaderné elektrárny Temelín
1990 - stavba jaderné elektrárny Temelín byla zredukována poté, co již porevoluční federální vláda schválila rozhodnutí dokončit pouze dva ze čtyř plánovaných bloků JE
2000 - stavba JE Temelín dokončena
2002 - zahájen zkušební provoz prvního bloku JE Temelín
2003 - druhý blok jaderné elektrárny Temelín zahájil provoz
V roce 2004 vyrobila jaderná elektrárna Temelín 13,4 TWh elektrické energie
JE Dukovany
Jaderná elektrárny Dukovany, jeden z pilířů české energetické soustavy, je umístěna asi 30 kilometrů jihovýchodně od Třebíče, v trojúhelníku, který je vymezen obcemi Dukovany, Slavětice a Rouchovany.
V blízkosti elektrárny bylo na řece Jihlavě vybudováno vodní dílo Dalešice s přečerpávací vodní elektrárnou o výkonu 450 MW. Vyrovnávací nádrž této vodní elektrárny zároveň slouží jaderné elektrárně Dukovany jako zásobárna vody. Celá tato soustava tak může pružně reagovat na aktuální energetické potřeby.


Historie
1974 - započata výstavba jaderné elektrárny Dukovany
1978 - plné rozjetí stavby, zdržení způsobeno změnami v projektu
1985 - první reaktorový blok JE Dukovany uveden do provozu
1987 - zprovozněn poslední, čtvrtý blok JE Dukovany
Stavba jaderné elektrárny Dukovany probíhala s pomocí nejlepších tehdy dostupných technologií, proto je, díky vysoké kvalitě hlavních konstrukčních prvků, možné uvažovat o modernizaci a prodloužení životnosti JE Dukovany o deset let, tedy na čtyřicet let provozu.
Modernizace jaderné elektrárny probíhá průběžně.


Tepelné elektrárny

Energie z fosilních paliv byla a je - stejně jako jaderná energetika v novodobé historii 20. a 21. století - nepostradatelnou od nepaměti. Také výroba elektrické energie byla od samého počátku v rozhodující míře závislá na spalování uhlí, později i ropných produktů a zemního plynu. Podíl klasických uhelných elektráren na světové výrobě elektřiny je rozhodující dodnes.
Princip
Základem je velký kotel na hnědé uhlí (nebo na jiné palivo, nejčastěji však na nekvalitní hnědé uhlí až lignit). Do něj se neustále přisypává pomocí dopravníku další uhlí. V tomto kotli se uhlí spaluje a ohřívá vodu, která je v potrubí okolo kotle. Tato voda se ohřeje až natolik, že přejde na páru, která se pod tlakem vhání na turbínu, kterou otáčí. Turbína pomocí převodů roztáčí generátor. Z generátoru odchází přes trafostanice proud do sítě.

Využití uhlí- Uhlí se do elektrárny dopravuje pásovými dopravníky (v případě hnědého uhlí většinou přímo z povrchových dolů v sousedství), popř. po železnici. Spotřeba uhlí závisí na jeho výhřevnosti (na jednu vyrobenou MWh se spálí asi 1 tuna uhlí). Po rozemletí na uhelný prášek a po jeho vysušení je pak palivo ventilátory spolu se vzduchem vháněno do hořáků kotle. Kromě roštových a práškových ohnišť se používají i moderní kotle různých typů. Po shoření paliva padá část popela do spodního prostoru ohniště jako struska; ta se dopravuje na úložiště odpadu - na odkaliště. Část popela, která je v podobě jemných částeček unášena ve spalinách, se zachycuje v elektroodlučovačích. Prakticky ve všech českých tepelných elektrárnách spalujících uhlí je instalováno i zařízení, které ze spalin odděluje oxidy síry a dusíku.
- Do kotle je napájecími čerpadly dodávána chemicky upravená voda (odstraněny minerály) Nejprve se v ekonomizéru (předehřívač tekutin využívající zbytkového tepla spalin) předehřeje, poté vstupuje do výparníku kde se mění na páru. Vzniklá sytá pára však obsahuje příliš málo energie a je proto dále ohřívána spalinami v tzv. přehřívácích na teplotu sahající až k 550 °C. Tato tzv. ostrá pára pak proudí do turbíny.
- Pára svou vnitřní energii předává nejdříve ve vysokotlakém, poté v nízkotlakém díle parní turbíně, kterou roztáčí. Pro vyšší účinnost se pára po průchodu částí turbíny vede zpět do kotle k tzv. mezipřihřátí, při kterém se opět zvýší teplota, a pak se znovu zavede do střednětlaké a nízkotlaké části turbíny. Když pára odevzdá využitelnou energii, kondenzuje v kondenzátoru a vrací se zpět do kotle. Odebrané teplo se ve vnějším okruhu odvádí z elektrárny do řeky či prostřednictvím chladicích věží do ovzduší.
Alternátor-elektrický točivý stroj k výrobě střídavého proudu
Dynamo- generátor na stejnosměrný proud
Dynama nahradili alternátory- zavedení střídavého proudu původní stejnosměrný generátor, tj. dynamo, vystřídán třífázovým synchronním alternátorem složeným ze statoru a rotoru. Hřídel alternátoru je připojena ke hřídeli turbíny (společně tvoří turbosoustrojí). Celá jednotka se otáčí rychlostí 3000 otáček za minutu. Odvádí se do blokového transformátoru a transformuje se na velmi vysoké napětí (400 kV). Od vývodového blokového transformátoru se odvádí venkovním vedením do rozvodné sítě.
Blok- samostatná jednotka skládající se z kotle navazující turbíny a příslušenství, z generátoru, odlučovačů popílku, chladicí věže a blokového transformátoru. Společná je celé elektrárně správní budova, tzv. uhelné a vodní hospodářství, komín elektrická síť za blokovými transformátory.
Kondenzační elektrárny- pouze pro výrobu elektřiny (voda z turbíny zkondenzuje na vodu v kondenzátoru)
Teplárny- dodávají kromě elektrické energie tepelnou na vytápění a ohřev vody. (horká voda z turbíny je vedená k tepelným spotřebičům). Výhodou je její hospodárnost a nevýhodou, že se dá budovat pouze v místech koncentrovanější spotřeby tepla. Může jako zdroj využívat nejen domácí energetické uhlí, ale i další domácí paliva jako je sláma, dřevní odpad a další typy biomasy.
Perspektivy kogenerace- Cestu k lepšímu využití paliva nabízí kombinovaná výroba elektřiny a tepla - kogenerace. Spadá do ní i využití zemního plynu, topného oleje, biomasy a bioplynu apod. Jde o snížení škodlivin, které se pojí se spalováním. Dnes se síra, zplodiny a další škodlivé látky odstraňují až po skončení spalovacího procesu což není perspektivní řešení. Nejslibnější technologií je zplyňování uhlí. K tomu dochází pod tlakem obvykle v jeho kontaktu s kyslíkem nebo parou.

Integrace tlakového zplyňování uhlí a paroplynového cyklu- Místo zemního plynu využívá horkých plynů unikajících pod tlakem z uhelných zplyňovacích reaktorů. Z plynů jsou nejdříve odloučeny prachové částice, dále je plyn odsířen a zbaven dalších škodlivin. Po vyčištění jde do spalovací turbíny a vyrábí elektrickou energii. Odpadní teplo plynů, kombinované s teplem z reaktoru, je využito k výrobě vysokotlaké páry pro parní turbosoustrojí.
Popílek a škvára- tento vedlejší produkt odebírají stavební firmy a využívají je při výrobě betonů a malt. Popílek lze využít také k výrobě náplní filtrů pro čistírny odpadních vod nebo pro zneškodňování nebezpečných odpadů jejich tzv. sodofikací (směs popílku, cementu a vody po přidání kalu z čistírny odpadních vod vytvoří pevnou hmotu s velmi nízkou vyluhovatelností, kterou lze bez rizika uložit).

Vodní elektrárny
Patří k nejstarším energetickým zdrojům, které se naučilo lidstvo využívat. Vodní kola - zprvu horizontální a později vertikální - se pro nejrůznější účely používala již před tisíciletími.
Jednu z prvních vodních elektráren postavil T. A. Edison roku 1882 v Appletonu a krátce nato pod Niagarskými vodopády. Ještě před koncem 19. století provozovali "hydroelektrárnu" v podskalském mlýně u Písku, kde vodní kolo pohánělo tři dynama. Také v Praze existovaly na počátku 20. století dvě vodní elektrárny (- na Těšnově a na Štvanici. Těšnovská byla roku 1929 zrušena, štvanická existuje dodnes).
Přednosti vodních elektráren
Vodní elektrárny neznečišťují ovzduší, nedevastují krajinu a povrchové či podzemní vody těžbou a dopravou paliv a surovin, jsou bezodpadové, nezávislé na dovozu surovin a vysoce bezpečné. Pružným pokrýváním spotřeby a schopností akumulace energie zvyšují efektivnost elektrizační soustavy. Vysokým stupněm automatizace přispívají k vyrovnávání změn na tocích a vytvářejí nové možnosti pro revitalizaci prostředí (prokysličování vodního toku).

Princip

Ve vodních elektrárnách voda roztáčí turbínu; ta je na společné hřídeli s elektrickým generátorem (dohromady tvoří tzv. turbogenerátor). Nejdůležitější je dostatečný spád nebo proud vody, který lze zesílit účinkem tlakového potrubí. Mechanická energie proudící vody se tak mění na energii elektrickou, která se transformuje a odvádí do míst spotřeby. Obdobný princip využívá i uhelná nebo jaderná elektrárna.
Malé vodní elektrárny
-zdroje elektrické energie s instalovaným výkonem do 10MW. Většina malých vodních elektráren slouží jako sezónní zdroje. Průtoky toků, na kterých jsou zřizovány, jsou kolísavé a silně závislé na počasí a na ročním období.
Přečerpávací vodní energie
Elektrárny ve státě musí stále vyrábět tolik energie kolik se jí zpracuje, jelikož se nedá skladovat pomáhají přečerpávající vodní elektrárny. V principu je to soustava 2 výškově položených vodních nádrží spojených tlakovým potrubím, na němž je v jeho dolní části umístěna turbína s elektrickým generátorem. Ta vyrábí elektřinu pro elektrizační soustavu v době energetické potřeby; v době útlumu se voda z dolní nádrže přečerpává "levnou elektřinou" do nádrže horní, kde její potenciální energie čeká na své optimální využití v "pravou chvíli".


Akumulační vodní elektrárny
Jsou součástí vodních děl - nádrží. Tato vodní díla kromě akumulace vody pro výrobu elektrické energie stabilizují průtoky říčním korytem, chrání před povodňovými vlnami a podporují ekonomicky výhodné plavební možnosti vodních toků.
Břehy nádrží mohou sloužit jako rekreační oblasti. Mnohdy jsou nádrže také zdrojem pitné vody pro vodárny, zdrojem technologické vody pro průmysl a závlahové vody pro zemědělství. Umístění vlastní elektrárny může být různé podle tvaru terénu, výškových a spádových možností a podle množství vody. Existují elektrárny zabudované přímo do tělesa hráze, jinde je elektrárna vystavěna hluboko v podzemí. Voda se k ní přivádí tlakovým potrubím a odvádí se podzemním kanálem.

Geotermální energie

Tyto elektrárny využívají tepelnou energii vnitra Země- používají se zejména ve vulkanicky aktivních oblastech, kde se využívá k pohonu turbín páry vystupujících z gejzírů a horkých pramenů. Celkový instalovaný výkon geotermálních elektráren ve světě se odhaduje na 8000 MW. Na rozdíl od většiny jiných typů elektráren, jako je jaderná elektrárna nebo elektrárna spalující fosilní paliva, nepotřebují geotermální elektrárny žádné palivo. Jejich nevýhodou je, že jsou dostupné pouze na některých místech zemského povrchu. Výstavba geotermální elektrárny je zhruba pětkrát dražší než stavba jaderné elektrárny.

Větrné elektrárny

Působením aerodynamických sil na listy rotoru převádí větrná turbína umístěná na stožáru energii větru na rotační energii mechanickou. Ta je poté prostřednictvím generátoru zdrojem elektrické energie (na podobném principu turbogenerátoru pracuje jak klasická, vodní či jaderná elektrárna). Podél rotorových listů vznikají aerodynamické síly; listy proto musejí mít speciálně tvarovaný profil, velmi podobný profilu křídel letadla. Se vzrůstající rychlostí vzdušného proudu rostou vztlakové síly s druhou mocninou rychlosti větru a energie vyprodukovaná generátorem s třetí mocninou. Je proto třeba zajistit efektivní a rychle pracující regulaci výkonu rotoru tak, aby se zabránilo mechanickému a elektrickému přetížení věrné elektrárny. Obsluha větrné elektrárny je automatická.
Vliv větrné elektrárny na životní prostředí je minimální
Vůči životnímu prostředí je větrná energetika maximálně šetrná. Neprodukuje tuhé či plynné emise a odpadní teplo, nezatěžuje okolí odpady, ke svému provozu nepotřebuje vodu. Jednotlivá větrná elektrárna nepředstavuje významný zábor zemědělské půdy a nároky na plochu staveniště jsou minimální, pro získání většího výkonu je však třeba stavět větrné farmy o obrovských rozlohách (např. 1000 MW větrná farma zabere rozlohu 35 000 km2, uhelná nebo jaderná elektrárna o stejném výkonu pouhých několik km2. V mnoha případech bývá ochránci přírody nadhodnocován negativní vliv akustických emisí na okolí. Jde přitom o hluk, jehož zdrojem je strojovna elektrárny (množství hluku závisí na kvalitě výroby jednotlivých technologických částí a na uložení). Tento hluk je snižován modernější konstrukcí listů vrtule, popř. variantností typů rotorů (za cenu snížení hlukové emise se snižuje i výkon generátoru).
Sluneční články se zapojují bud' za sebou, abychom dosáhli potřebného napětí (na jednom článku je 0, 5 V), nebo vedle sebe tak, abychom získali větší proud. Spojením mnoha článků vedle sebe a za sebou vzniká sluneční panel. Nepřímá přeměna je založena na získání tepla pomocí slunečních sběračů. V ohnisku sběračů umístíme termočlánky, které mění teplo v elektřinu.

Sluneční elektrárny (solární energie)

Řešením dodávky energie na příští 3 miliardy let je využívání energie dodávané Sluncem. Průměrná hustota výkonu, dopadajícího na povrch Země, je díky její rotaci a vlivům jejího plynného obalu průměrně přibližně 100W/m2. Z toho vyplývá, že kolektory této energie musí být velké. Pokud se používají kolektory umělé, jako sluneční články, termální kolektory, jako vodní plochy (odpar a hydroelektrárny), plochy s různou absorpcí slunečního záření (vítr a větrné elektrárny), lesy a jiné energetické plodiny, jsou pro životní prostředí příjemnější, ale energie jimi dodávaná nestačí na pokrytí základní spotřeby.

Slunce, naše nejbližší hvězda, je velice vydatným zdrojem energie, dává nám zhruba 20 000× více energie než potřebujeme. Jaderná energetika i sluneční elektrárny využívají zdroje energie, kterého je a ještě dlouho bude v přírodě dostatek. Účinnost přeměny slunečního záření na elektřinu umožňuje získat se současnými solárními systémy z jednoho metru aktivní plochy až 110 kWh elektrické energie za rok. V našich podmínkách je ve srovnání se současnými klasickými zdroji elektrická energie ze solárních systémů však stále ještě podstatně dražší. Technologie slunečních elektráren však má teoreticky neomezený růstový potenciál a vyspělé státy s ní do budoucna počítají.

Výhody
1. Slunce je bezpečný jaderný reaktor, od něhož se v době řádově miliard let nemusíme obávat žádné havárie či výraznější změny funkce
2. Není zneužitelné žádnými teroristickými skupinami, takže lidstvo se od něj nemusí obávat žádné katastrofy.
3. Sluneční energie je velice kvalitní, to znamená, že se poměrně snadno přeměňuje na jiné formy energie (energie tepelná, elektrická, mechanická, ...).
4. Sluneční energie je zadarmo - za sluneční světlo není třeba nikomu nic platit.
5. Sluneční energie je místní, sluneční světlo není třeba odnikud dovážet, i když je pravda, že některé lokality jsou ve výhodě (například v Evropě Řecko a Španělsko), poněvadž se zde vyskytuje větší počet slunečných dnů.
6. sluneční energie je čistá, nezpůsobuje žádné toxické odpady, zápach, zplodiny, prach, ...
Stirlingův stroj - tepelný stroj, vynalezený v roce 1816 reverendem Robertem Stirlingem (1791-1878). Přeměňuje tepelnou energii na mechanickou bez použití kotle, který byl v 19. století častým původcem explozí. Pracovní plyn je hermeticky uzavřen v prostoru se dvěma písty (horkým a chladným), jejichž periodický pohyb je navzájem posunut o čtvrtinu periody.
Fotovoltaický jev - objeven v roce 1839 Antoine-César Becquerelem (1788-1878). Na rozhraní dvou materiálů, na něž dopadá světlo, vzniká elektrické napětí. Jevu lze využít ke konstrukci fotovoltaického článku.
Solární konstanta - množství sluneční energie dopadající kolmo na 1 m2 povrchu za sekundu mimo atmosféru Země. Hodnota sluneční konstanty je 1.4 kW/m2. Jde o malou část celkového slunečního výkonu, který je 4×1026 W.

Vznik energie
Energie se ve Slunci uvolňuje termojadernou fúzí spočívající ve slučování jader vodíku 1H (protonů) do jader hélia 4He. Tento proces se nazývá proton-protonový řetězec a probíhá podle schématu znázorněného na následujícím obrázku.

Proton-protonový řetězec

Princip
Elektrickou energii lze získat ze sluneční energie různými způsoby, přímo i nepřímo. Přímá přeměna využívá fotovoltaického jevu, při kterém se v určité látce působením světla (fotonů) uvolňují elektrony. Tento jev může nastat v některých polovodičích (např. v křemíku, germaniu, sirníku kadmia aj. ). Fotovoltaický článek je tvořen nejčastěji tenkou destičkou z monokrystalu křemíku, použít lze i polykrystalický materiál. Destička je z jedné strany obohacena atomy trojmocného prvku (např. bóru), z druhé strany atomy pětimocného prvku (např. arzenu). Když na destičku dopadnou fotony, záporné elektrony se uvolňují a zbývají kladně nabité "díry". Přiložíme-li na obě strany destičky elektrody a spojíme je drátem, začne protékat elektrický proud.
Solární věže
Elektrárny tohoto typu jsou složené z velkého množství zrcadel (heliostatů), které koncentrují sluneční světlo do jednoho místa, zpravidla na vrchol vysoké věže. Směr natočení a sklon zrcadel je počítačově řízen a sleduje denní pohyb Slunce po obloze. Na vrcholu věže se ohřívá vhodné pracovní médium (olej, mletá sůl) na teplotu 500 oC až 1500 oC (sluneční energie se tak přeměňuje na teplo). Ohřáté médium se pak odvádí do energetické jednotky, kde se ohřívá voda a vznikající pára pohání parogenerátor. Ochlazené pracovní médium se následně odvádí zpět do solární věže k dalšímu ohřevu.

Solární věže - projekty Solar One (nalevo) a Solar Two (uprostřed a napravo)

Solární žlaby
Další varianta solárních elektráren využívá ke své činnosti vyleštěné žlaby parabolického tvaru (zrcadla), v jejichž ohnisku jsou vedeny trubice, v nichž proudí pracovní médium (voda, olej), které se fokusovaným slunečním zářením ohřívá na teplotu až 300 oC. Ohřáté pracovní médium se následně používá k výrobě páry a elektrická energie se pak získává v parogenerátoru.

Solární žlaby - různá provedení
Solární talíře
Menší variantou solární elektrárny je takzvaný "solární talíř". Zde se sluneční světlo fokusuje několika zrcadly (většinou parabolického tvaru) do společného ohniska, kde se dosahuje teplot v rozmezí 600 oC až 800 oC. K přeměně tepelné energie na mechanickou se používá nejčastěji Stirlingův stroj pohánějící generátor. Typický výkon elektrárny tohoto typu je 5 kW až 25 kW.

Solární talíře - různá provedení

Využití fotovoltaických solárních panelů
Solární panely se používají zejména místech, kam není možné přivádět elektřinu odjinud, například v odlehlých místech Země, ale i ve vesmíru na kosmických sondách. Přestože jsou solární panely dosud relativně drahé, jejich cena postupně klesá a pomalu začíná docházet k jejich masivnějšímu využívání.

Na tomto obrázku je zajímavé řešení přístřešku pro auta námořní letecké základny North Island v jižní Kalifornii. Střecha plochy 7 600 m2 je pokryta fotoelektrickými solárními panely s celkovým výkonem 750 kW, které ročně dodávají energii více než 1 000 000 kWh.

- domek se střechou pokrytou fotovoltaickými solárními panely

- solární fotovoltaické panely pohánějí i komerčně vyráběnou vodní pumpu