Článek
Nezávislá skupina vědkyň a vědců z českých i zahraničních výzkumných institucí odpovídá na vaše dotazy. Některé odpovědi pak sdílí i na sociálních sítích Facebook, Twitter, Instagram, Threads a zde na Médiu.
Dotaz
Mě by zajímalo, proč v uhelných elektrárnách je potřeba vodu, co jako pára proudí turbínou, chladit? Vždyť bychom se chlazení mohli vyhnout snížením zahřívání vody o tolik, o co je pak potřeba ji zase ochladit. V obraze celé elektrárny by to nic nezměnilo?
Minutová odpověď
- Vodní pára za turbínou vstupuje do kondenzátoru, ve kterém díky ochlazení přechází zpět do kapalného skupenství, a může tak být následně opět zahřívána.
- Bez dostatečného chlazení by tepelný oběh ztrácel účinnost, takže by na jednu vyrobenou jednotku elektrické energie bylo potřeba spálit více uhlí.
- Při trvalém provozu jakéhokoliv tepelného stroje je nezbytné teplo nejen přivádět, ale zároveň jistou část tepla i odvádět, tedy chladit (2. termodynamický zákon).
Odpověď
Tepelný oběh provozovaný na většině uhelných i jaderných elektráren je postaven na principu takzvaného Rankinova parního cyklu. Zjednodušené schéma na obrázku zobrazuje fungování tohoto cyklu a zároveň pomáhá odpovědět na kladenou otázku.
Mezi body 1 a 2 je voda odebírána čerpadly a vstupuje do pracovního oběhu. Teplem ze spalovaného uhlí (či jaderného rozpadu) je voda zahřívána a postupně přechází po červené křivce z bodu 2 až do bodu 3. V bodě 3 je již voda zcela přeměněna v páru o teplotách, které běžně dosahují více než 500 °C.
Mezi body 3 a 4 se nachází turbína a dochází zde ke konání práce, kterou využíváme pro generování elektrické energie. Kondenzátor umístěný za turbínou nám pak pomáhá dostat vodu zpět na vstupní parametry bodu 1.
Posouváním červených křivek ve vertikálním směru si zjednodušeně v diagramu lze představit, že při zvýšení teploty v kondenzátoru (4), či snížení teploty na vstupu do turbíny (3), dojde ke zkrácení úsečky mezi body 3–4, tedy ke zmenšení práce konané turbínou.
Takové změny vedou ke snížení účinnosti celého termodynamického cyklu elektrárny. Na jednu jednotku vyrobené elektrické energie je pak nezbytné spálit více uhlí, což je doprovázeno zvýšením ceny energie a větší produkcí emisí.
Cílem návrhu elektrárenských tepelných oběhů je pravý opak: cílíme na co největší rozdíl parametrů páry před a za turbínou, a z toho důvodu celý oběh intenzivně chladíme. Z energetického hlediska považujeme teplo odváděné kondenzátorem za „odpadní teplo“.
Pro Zeptej se vědce odpovídal Vojta
Ing. Vojtěch Smolík, Ústav energetiky ČVUT, ČVUT Fakulta strojní
Odbornou revizi poskytla Ing. Petra Suchánková, Ph.D., M.G.P. spol s r.o.
Odpověď editovali Luděk Vašta a Ing. Kristýna Kantnerová, Dr. Sc. ETH Zürich, University of Colorado Boulder, Geological Sciences a Institute of Arctic and Alpine Research
Zdroje
[1] Ambrož J.: Parní turbíny a kondenzace. Skripta ČVUT, 1984.
[2] Nožička J.: Základy termomechaniky, Vydavatelství ČVUT, Praha 2001, 2004.
Zeptej se vědce
Projekt Zeptej se vědce se snaží zprostředkovat kontakt mezi vědeckou a nevědeckou veřejností. Máte-li na vědce nějaký dotaz, zeptejte se nás na Facebooku, Twitteru nebo Instagramu. Líbí se vám naše příspěvky? Budeme rádi, když podpoříte naši činnost: darujme.cz/projekt/1209422
