Zdroje ziskavania elektrickej energie

Výroba elektrickej energie zo slnečnej energie

Energia slnečných lúčov dopadajúcich na Zem je obrovská (dvanásťtisíckrát väčšia ako celosvetová spotreba paliva).

Slnečné lúče rozptýlené na obrovskej ploche sa najskôr musia zachytiť, ich energia odobrať a premeniť na elektrinu. Teplota slnečného žiarenia sa musí znásobiť použitím špeciálnych šošoviek alebo zrkadiel. Zrkadlá sa zostavujú do polkruhu tak, aby odrážali slnečné svetlo a vysielali ho smerom k betónovej "elektrárenskej veži". Tenký lúč slnečného svetla sa pohlcuje v "prijímači" na vrchole veže a zahrieva kvapalinu vo vnútri.
Najväčšia elektrárenská veža sa nachádza v Mohavskej púšti pri meste Barstow v Kalifornii, v oblasti s 300 dňami slnečného svitu ročne. Reflexná plocha tejto solárnej elektrárne je 40 hektárov a tvorí ju 1818 zrkadiel.

Výroba elektrickej energie z odpadu

Zo spálitel'ného odpadu (4/5 odpadu) sa vyrába elektrická energia v spaľovniach. Napríklad londýnska spaľovňa v Edmontone spáli okolo 400.000 ton odpadu za rok. Spaľovaný odpad ohrieva vodu a vodná para poháňa elektrické generátory. Takže spôsob výroby elektrickej energie v spaľovniach od jej výroby v tepelných elektrárňach sa líši len spaľovaným palivom.

Výroba elektrickej energie z vetra

          Možnosti využitia veternej energie na výrobu elektriny sú obrovské. Horná časť veterných generátorov, ktorá vyzerá ako obrovská vrtuľa s dvoma alebo troma listami, sa nazýva rotor a pripevňuje sa na vrchol vysokého oceľového alebo betónového stĺpa. Rotory uvádzajú do pohybu hriadeľ, ktorý poháňa elektrický generátor.
          Výkon takéhoto zariadenia závisí od veľkosti listov a od výšky stĺpa, pretože vietor s pribúdajúcov výškou získava na intenzite a väčšia plocha listov zachytí viac veternej energie. Zdvojnásobením dĺžky listov sa výkon zariadenia zväčší štyrikrát. Získaný výkon je úmerný tretej mocnine rýchlosti vetra. To značí, že ak sa zväčší výkon vetra dvakrát, výkon generátora sa zvýši osemnásobne. Väčšina veterných generátorov sa konštruuje tak, aby mali rovnaký výkon bez ohľadu na silu vetra. Ak sa zvyšuje rýchlosť vetra, listy rotora sa automaticky presmerujú a udržujú približne konštantnú rýchlosť otáčok. Veterné generátory sa musia smerovať priamo proti vetru, preto sa rotory pripevňujú na otáčavú plošinku.
          Používajú sa aj veterné turbíny, ktorých listy rotora sú umiestnené vertikálne, nazývajú sa Darreiove. Ich výhodou je, že nezáleží na smere vetra a zariadenie, ktoré premieňa veternú energiu na elektrinu sa montuje na zem. Rotor tak znáša oveľa menšiu námahu.
          Jednou z najväčších predností veterných turbín je ich ekologický prínos.

Výroba elektrickej energie z mora

Pri tomto spôsobe výroby elektrickej energie sa využíva energia prílivu. Voda prílivu sa zhromažďuje až do okamihu, keď rozdiel výšok medzi hladinami na oboch stranách priehrady dosiahne 1,5 metra. Potom sa voda začne vzpúšťať cez lopatky turbín a ich prostredníctvom vyrába elektrinu. Vo chvíli, keď príliv začne opadávať, lopatky sa obrátia a turbína pokračuje vo výrobe elektriny.

          Množstvo vyrobenej elektriny závisí od spádu vody, t.j. rozdielu hladín na oboch stranách priehrady. Čím je väčší spád, tým viac sa vyrobí elektriny - voda pod vyšším tlakom ženie turbínu rýchlejšie.
          V čase prílivu sa priepusty uzatvárajú a do ústia priehrady sa čerpá voda z mora. Hladina vody v ústí sa tak umelo zvýši nad úroveň prílivu a po jeho opadnutí je rozdiel na oboch stranách vyšší. Len čo nahromadená voda pretečie turbínami, z ústia priehrady sa dodatočne odčerpá určité množstvo vody. Pri prílive sa lopatky turbíny obrátia, voda prúdi nazad do ústia a cyklus sa začína odznova.
          Energia spotrebovaná na pohon elektrických čerpadiel je zanedbateľná, pretože vďaka umelo vytvoreným rozdielom vodných hladín sa vyrobí energie neporovnateľne viac.
          Prílivová elektráreň pri La Rance je v špičke schopná vyrobiť 240 megawattov elektrickej energie. Avšak náklady na výstavbu podobnej elektrárne sú obrovské a nie je ľahké nájsť pre ňu vhodné miesto.

Výroba elektrickej energie z uránu

Z hrudky uránu veľkej ako ľudská dlaň sa dá získať rovnaké množstvo elektriny ako zo 70 ton uhlia. Elektráreň vyrábajúca elektrický prúd pre milión ľudí spotrebuje iba 3 kilogramy uránu denne.

Atómy uránu sú nestabilné. Jadru stačí veľmi málo energie, aby sa rozštiepilo. V okamihu, keď sa rozštiepi, uvoľní sa procesom nazývaným jadrové štiepenie obrovské množstvo energie. Energiu potrebnú na rozštiepenie jadra poskytujú neutróny, ktoré nárazom do jadra vyvolajú štiepnu reakciu. Pri náraze sa z jadra uvoľnia najmenej dva neutróny, ktoré vyvolávajú ďalšie štiepenie a proces môže pokračovať takmer do nekonečna.
Energiu, ktorá sa uvoľňuje štiepením, možno ovládať, uvoľňovať ju pomaly a využiť ju na výrobu pary, ktorá poháňa elektrický generátor. Na tomto princípe funguje jadrový reaktor .

Palivové články

          Palivové články väčšiny reaktorov sa skladajú z tenkých trubíc, ktoré obsahujú tablety uránu. Trubice sú zostavené do vertikálne uložených zväzkov, ktoré sú od seba oddelené rozperami.
          Maximálna životnosť palivových článkov je tri roky a ani potom sa všetko palivo (urán) nespotrebuje. Dochádza k nahromadeniu vedľajších produktov (plynný kryptón, častice cézia, stroncia a plutónia). Palivové články sa však musia odstrániť skôr, ako sa vedľajšie produkty stihnú nahromadiť. Plutónium je pre jadrovú energetiku užitočným vedľajším produktom, pretože sa môže opät' použiť.
          Jedným z izotopov (identické formy, líšia sa len veľkosťou atómového jadra a nukleónovým číslom) uránu je U-235 (pomenovaný po 235 časticiach, z ktorých sa skladá jeho jadro). Z tisíca atómov uránu Ien sedem patrí k U-235, zvyšok tvoria atómy uránu U-238. Jadro uránu U-238 sa pri bombardovaní neutrónmi neštiepi tak ľahko ako U-235, a navyše sa mení na plutónium P-239. Ak sa použije ako palivo prírodný urán, existuje reálne nebezpečenstvo, že predtým, ako bombardujúce neutróny nájdu U-235 a spustia jadrovú reakciu, pohltí ich urán U-238. V tomto prípade by reaktor vôbec nenaštartoval.

          Jestvujú dve možné riešenia tohto problému:
                    Prvým je zvýšiť množstvo atómov U-235 v palive reaktora zo siedmich na 30 až 40 z tisíca atómov procesom zvaným obohacovanie uránu. Predtým, ako sa uránové palivo vloží do článku, obohatí sa o atómy U-235 rotáciou v centrifúge, ktorej odstredivá sila od seba oddelí U-235 a U-238.
          Druhým spôsobom naštartovania reaktora s neobohateným uránom je maximálne využitie energie bombardujúcich neutrónov - ich pohyb sa spomalí a neutróny majú väčšiu šancu spustiť reakciu. Na spomalenie neutrónov sa používajú ľahké prvky (vodík, uhlík), ktoré odrážajú neutróny a menia ich smer. Fungujú teda ako moderátory, pretože spomaľujú rýchlosť neutrónov. Väčšina reaktorov používa obidva spôsoby: obohatené palivo i rôzne moderátory. V niektorých reaktoroch je moderátorom voda (obsahuje vodík), v iných uhlík vo forme grafitových tyčí.
          V čase prevádzky reaktora sa uvoľňuje značné množstvo tepelnej energie a na jeho ochladenie sa používajú rôzne chladiace médiá. Tlakové reaktory (obr.1) sa chladia vodou, modernejšie sa chladia plynným oxidom uhličitým. Vo Francúzsku postavili prvý "množivý reaktor", ktorý využíva ako palivo plutónium P-239. Nazýva sa množivý, pretože sa v ňom rýchlym tokom neutrónov generuje využiteľné plutónium a v reaktore sa tak vytvára viac paliva, ako sa spáli.