Něco ze zkoušek, skripta atd..

FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ



Ekologie v elektroenergetice


Garant předmětu:
Doc. Ing. Antonín Matoušek, CSc.



Autor textu:
Doc. Ing. Antonín Matoušek, CSc.

Ekologie v elektroenergetice 1
Obsah
1 ÚVOD 5
1.1.1 Kontrolní otázky: 7
2 ZÁKLADY TEORIE ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ 7
2.1 ZÁKLADNÍ ÚDAJE O ZEMI 7
2.2 GEOSYSTÉMY 8
2.3 DEFINICE A ROZDĚLENÍ EKOLOGIE 10
2.4 EKOSYSTÉMY A JEJICH ROZDĚLENÍ 11
2.4.1 Fotosyntéza 12
2.5 ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ 13
2.5.1 Kontrolní otázky: 13
3 VLIV ENERGETIKY NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ 14
3.1 BIOSFÉRA A ROZVOJ ENERGETIKY 14
3.2 ZÍSKÁVÁNÍ ENERGIE 15
3.2.1 Rizika energetických technologií 17
3.2.2 Kontrolní otázky: 18
3.3 VLIV VÝROBY ELEKTRICKÉ ENERGIE NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ 19
3.3.1 Znečišťující látky 19
3.3.2 Imise 21
3.3.3 Emise 23
3.3.4 Emise CO
2
a skleníkový efekt 35
3.3.5 Vliv zařízení pro přenos vysokého a velmi vysokého napětí na okolí 37
3.3.6 Kontrolní otázky: 40
3.4 HLUK A OCHRANA PŘED HLUKEM 41
3.4.1 Akustické charakteristiky hluku 41
3.4.2 Intenzita zvuku 42
3.4.3 Rušivý vliv hluku na člověka 44
3.4.4 Hluk v elektrárnách 45
3.4.5 Přípustné hodnoty hluku 45
3.4.6 Šíření hluku 46
3.4.7 Ochrana proti hluku 47
3.4.8 Kontrolní otázky: 47
3.5 OPATŘENÍ PROTI ZNEČIŠŤOVÁNÍ OVZDUŠÍ 47
3.5.1 Odlučování popílku 47
3.5.2 Odsiřování spalin 49
3.5.3 Snižování oxidů dusíku 53
3.5.4 Kontrolní otázky: 58
3.6 IONIZAČNÍ ZÁŘENÍ 58
3.6.1 Druhy radioaktivního záření 58
3.6.2 Základní veličiny 59
3.6.3 Účinky ionizujícího záření na živý organismus 60
3.6.4 Ochrana před ionizujícím zářením 61
3.6.5 Kontrolní otázky: 61
3.7 RADIOAKTIVNÍ ODPAD 62
3.7.1 Obecné zásady pro zpracování a ukládání radioaktivního odpad 64
3.7.2 Radioaktivní odpad z jaderných elektráren 65
3.7.3 Zpracování radioaktivních reaktorových odpadů 71
3.7.4 Trvalé ukládání nízko a středně aktivních odpadů 73
3.7.5 Kontaminace zařízení a prostorů jaderné elektrárny 74
3.7.6 Dekontaminace zařízení a prostorů jaderné elektrárny 76
2 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
3.7.7 Zpracování vyhořelého paliva urychlovačem 79
3.7.8 Kontrolní otázky: 80
3.8 ODPOVĚDI NA KONTROLNÍ OTÁZKY 80
3.8.1 Odpovědi na kontrolní otázky ke kapitole 2: 80
3.8.2 Odpovědi na kontrolní otázky ke kapitole 3.2: 80
3.8.3 Odpovědi na kontrolní otázky ke kapitole 3.3: 81
3.8.4 Odpovědi na kontrolní otázky ke kapitole 3.3: 82
3.8.5 Odpovědi na kontrolní otázky ke kapitole 3.4: 82
3.8.6 Odpovědi na kontrolní otázky ke kapitole 3.5: 82
3.8.7 Odpovědi na kontrolní otázky ke kapitole 3.6: 83
3.8.8 Odpovědi na kontrolní otázky ke kapitole 3.6: 83
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY 84
Ekologie v elektroenergetice 3
Seznam obrázků

OBRÁZEK 2.1: ROZMEZÍ EKOLOGICKÉ PŘIZPŮSOBIVOSTI ORGANIZMU .................................. 11
OBRÁZEK 3.1: ZÁVISLOST CELKOVÉHO RIZIKA NA NÁKLADECH ZA BEZPEČNOSTNÍ
ZAŘÍZENÍ ....................................................................................................... 17
OBRÁZEK 3.2: KONCENTRACE PRACHU NA ÚZEMÍ ČR V ROCE 1993..................................... 20
OBRÁZEK 3.3: ROČNÍ KONCENTRACE OXIDU SIŘIČITÉHO V ČR V ROCE 1993 ....................... 29
OBRÁZEK 3.4: VÝVOJ EMISÍ VÝROBEN A.S. ČEZ .................................................................. 30
OBRÁZEK 3.5: PODÍL JEDNOTLIVÝCH SLOŽEK NA SKLENÍKOVÉM EFEKTU............................. 37
OBRÁZEK 3.6: VELIKOST POLÍ V RŮZNÉ VZDÁLENOSTI OD ZDROJE....................................... 38
OBRÁZEK 3.7: ROZLOŽENÍ MAGNETICKÉHO A ELEKTRICKÉHO POLE NAPŘÍČ VEDENÍ
2X400 KV...................................................................................................... 39
OBRÁZEK 3.8: ROZLOŽENÍ MAGNETICKÉHO A ELEKTRICKÉHO POLE PODÉL VEDENÍ
2X400 KV...................................................................................................... 39
OBRÁZEK 3.9: ROZLOŽENÍ MAGNETICKÉHO POLE V BUDOVĚ S TRANSFORMÁTOREM
400 KVA, 10/0,4KV...................................................................................... 40
OBRÁZEK 3.10: PRINCIPY ODLUČOVÁNÍ POPÍLKU: A) MECHANICKÝ, B)
ELEKTROSTATICKÝ........................................................................................ 48
OBRÁZEK 3.11: SCHÉMA ELEKTROSTATICKÉHO ODLUČOVAČE .............................................. 49
OBRÁZEK 3.12: SCHÉMA POLOSUCHÉ METODY ODSIŘOVÁNÍ.................................................. 50
OBRÁZEK 3.13: METODY ODSÍŘENÍ POUŽITÉ V ČEZ A.S. [17] ................................................ 51
OBRÁZEK 3.14: SCHÉMA MOKRÉ METODY ODSÍŘENÍ SPALIN .................................................. 52
OBRÁZEK 3.15: ŘEZ ROZPRAŠOVACÍ KOMOROU (ABSORBÉREM) POUŽÍVANOU PRO
MOKRÉ VÁPENCOVÉ METODY ODSÍŘENÍ SPALIN [17] ..................................... 54
OBRÁZEK 3.16: PRŮBĚH OBSAHU NO
X
A CO V ZÁVISLOSTI NA PŘEBYTKU VZDUCHU ............ 55
OBRÁZEK 3.17: PRINCIP REDUKČNÍ METODY S KATALYZÁTOREM [17] .................................. 57
OBRÁZEK 3.18: A) DRUHY ZÁŘENÍ [17]; B) PRONIKAVOST ZÁŘENÍ [17] ................................ 59
OBRÁZEK 3.19: ZDROJE JADERNÉHO ODPADU [17]................................................................. 63
OBRÁZEK 3.20: KONTEJNER NA PŘEPRAVU A SKLADOVÁNÍ.................................................... 64
OBRÁZEK 3.21: ROZDĚLENÍ INSTITUCIONÁLNÍCH RADIOAKTIVNÍCH ODPADŮ PODLE
DRUHU [17] ................................................................................................... 65
OBRÁZEK 3.22: SCHÉMA ........................................................................................................ 66
OBRÁZEK 3.23: ŘEZ ŠACHTOU REAKTORU, BAZÉNEM VYHOŘELÉHO PALIVA A
KONTEJNEROVÝM HNÍZDEM PŘI VÝMĚNĚ PALIVA .......................................... 67
OBRÁZEK 3.24: SLOŽENÍ PALIVA PO VYHOŘENÍ [17] .............................................................. 67
OBRÁZEK 3.25: ŘEZ KONTEJNEREM PRO PŘEPRAVU VYHOŘELÉHO JADERNÉHO
PALIVA [17]................................................................................................... 68
OBRÁZEK 3.26: ŘEZ MODELEM FINSKÉHO MOKRÉHO MEZISKLADU [17] ................................ 69
OBRÁZEK 3.27: SUCHÝ MEZISKLAD VYHOŘELÉHO PALIVA V JE DUKOVANY [17] ................. 70
OBRÁZEK 3.28: PRINCIP BEZPEČNOSTNÍCH BARIÉR HLUBINNÉHO ÚLOŽIŠTĚ ................. 71
OBRÁZEK 3.29: SCHÉMA POVRCHOVÉHO ÚLOŽIŠTĚ NÍZKO A STŘEDNĚ AKTIVNÍCH
ODPADŮ [17] ................................................................................................. 74
OBRÁZEK 3.30: SCHÉMA REAKTORU PRO TRANSMUTACI RADIOAKTIVNÍCH ODPADŮ
[17] ............................................................................................................... 79
4 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Seznam tabulek
TABULKA 2.1: CHEMICKÉ SLOŽENÍ ZEMĚ................................................................................8
TABULKA 2.2: ZJEDNODUŠENÉ SCHÉMA USPOŘÁDÁNÍ ZEMĚ...................................................8
TABULKA 3.1: ODHAD ÚČINKŮ VÝROBY ELEKTŘINY NA LIDSKÉ ZDRAVÍ (1GWROK)............18
TABULKA 3.2: MĚRNÉ EMISE Z RŮZNÝCH PALIV ...................................................................18
TABULKA 3.3: HODNOTY PRŮMĚRNÉ MĚRNÉ AKTIVITY ELEKTRÁRENSKÉHO POPÍLKU ..........20
TABULKA 3.4: IMISNÍ LIMITY A MEZE TOLERANCE PRO OXID SIŘIČITÝ (SO
2
).........................21
TABULKA 3.5: IMISNÍ LIMITY A MEZE TOLERANCE PRO OXID DUSIČITÝ (NO
2
) A
OXIDY DUSÍKU (NO
X
) ....................................................................................22
TABULKA 3.6: IMISNÍ LIMITY A MEZE TOLERANCE PRO OXID UHELNATÝ (CO)......................22
TABULKA 3.7: REGISTR EMISÍ A ZDROJŮ ZNEČIŠŤOVÁNÍ OVZDUŠÍ.........................................23
TABULKA 3.8: HODNOTY EMISNÍCH LIMITŮ PRO SO
2
PŘI SPALOVÁNÍ TUHÝCH PALIV
VE ZVLÁŠŤ VELKÝCH ZDROJÍCH .....................................................................26
TABULKA 3.9: HODNOTY EMISNÍCH LIMITŮ PRO SO
2
PRO KAPALNÁ PALIVA VE
ZVLÁŠŤ VELKÝCH ZDROJÍCH ..........................................................................27
TABULKA 3.10: HODNOTY EMISNÍCH LIMITŮ PRO SO
2
PRO PLYNNÁ PALIVA VE
ZVLÁŠŤ VELKÝCH ZDROJÍCH ..........................................................................27
TABULKA 3.11: HODNOTY EMISNÍCH LIMITŮ PRO NO
X
VE ZVLÁŠŤ VELKÝCH
ZDROJÍCH .......................................................................................................28
TABULKA 3.12: PRŮMĚRNÉ MNOŽSTVÍ PLYNNÝCH PRODUKTŮ ZE SPÁLENÉHO PALIVA ...........32
TABULKA 3.13: EMISE CO
2
PODLE OBLASTÍ ...........................................................................36
TABULKA 3.14: PROVOZNÍ NAPĚTÍ A BEZPEČNÉ VZDÁLENOSTI ...............................................39
TABULKA 3.15: MEZNÍ HODNOTY ELEKTROMAGNETICKÉHO POLE POD VEDENÍM VVN ...........40
TABULKA 3.16: PODLE LÉKAŘSKÝCH POZOROVÁNÍ BYLO ZJIŠTĚNO RUŠIVÉ PŮSOBENÍ
HLUKU O VYŠŠÍCH HLADINÁCH TAKTO [1]: ....................................................43
TABULKA 3.17: HLADINY HLUKU V BLÍZKOSTI STROJNÍHO ZAŘÍZENÍ
V ELEKTRÁRNÁCH .........................................................................................45
TABULKA 3.18: NEJVYŠŠÍ PŘÍPUSTNÉ DÁVKOVÉ EKVIVALENTY..............................................61

Ekologie v elektroenergetice 5
Předmět „Ekologie v elektroenergetice“ (EKB) patří do skupiny volitelných
předmětů zařazených do zimního semestru 3. ročníku bakalářského studia
oboru SEE studijního programu „Elektrotechnika, elektronika, komunikační
a řídící technika“. Předmět si klade za cíl seznámit budoucí energetiky
s vlivem výroby a rozvodu elektrické energie na životní prostředí člověka.
Seznamuje se základy teorie ekologie a věnuje se problematice vzniku
škodlivých látek v technologických procesech výroby elektrické energie a
jejich zachycováním. Obsah předmětu tak vhodně doplňuje vědomosti, které
student získá studiem povinného předmětu „Výroba elektrické energie“.



1 Úvod
Cíl
Cílem vodní kapitoly je uvést studujícího do problematiky vztahu energetika versus životní
prostředí.

Od samého počátku souvisí rozvoj lidstva úzce s jeho schopností získávat energii.
Vždyť i podstatou samotného života je přeměna různých forem energie. S energií je spojeno
množství lidských činností: průmyslová výroba, doprava, zemědělství, využívání volného
času apod. Rozvoj lidské společnosti kladl stále větší požadavky na spotřebu energie, zejména
energie ze zdrojů nacházejících se v přírodě. Průmyslová revoluce započatá v 19. století
odstartovala intenzivní využívání přírodních zdrojů energie, zvláště pak zdrojů
neobnovitelných. Početnější část lidstva však neměla a stále nemá možnost uspokojit ani své
základní energetické potřeby. Celková vzrůstající spotřeba energie ve světě, jež je na jedné
straně typický svým demografickým růstem a na straně druhé pak plýtváním energií, s sebou
přináší stále viditelnější dopady na životní prostředí a vyvolává množství závažných otázek.
Vzájemné vztahy mezi energetikou, ekonomikou a ochranou životního prostředí nejsou vždy
zcela průhledné a jednoznačné. Mnohdy není jasné pořadí důležitosti jednotlivých hledisek
ani uvnitř těchto oblastí. Dialog na téma energie a energetika není vůbec snadnou záležitostí
hned z mnoha důvodů. Nejdůležitějším z nich je snad komplexnost tématu. Každá snaha o
redukci existujících problémů na výběr mezi dvěma řešeními obsahuje značné riziko, že
zůstanou mimo náš zájem jiné důležité momenty. Další příčinou obtížnosti diskuse je značná
nejistota pokud jde o přesnost předpovědí vývoje. Minulé omyly v prognózách vedou mnohdy
odborníky ke zkoumání celku prostřednictvím četných dílčích scénářů, z nichž každý má svoji
vnitřní logiku. Takto vytvořené prognózy se mohou časem ukázat jako zavádějící. Jiným
důvodem, který ovšem není typický pouze pro energetické problémy, jsou obtíže vyplývající
z toho, že se téma stane předmětem rozpoutaných vášní. Pierre Bacher k tomu v předmluvě
své knihy píše: „Kulturní rozdíly mezi techniky, lékaři a laickou veřejností mohou vést
k vzájemnému nepochopení co se týče průmyslových a zdravotních rizik i jejich vnímání.
Náchylnost médií k vyhledání senzací (vlaky, které jezdí včas přece nikoho nezajímají) je
povzbuzována zarputilým mlčením jedněch a hysterickým křikem druhých. Zdá se přitom, že
argumenty stavějící na strachu nacházejí více sluchu než seriozní přístupy, založené na
exaktním posuzování míry rizik a výhod různých druhů energie.“ [15]
6 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Stále se zvyšující spotřeba uhlí, ropy a zemního plynu, při jasné viditelnosti konce
zásob uvedených fosilních paliv, si koncem 20. století vynutila zamyšlení nad tímto, pro
lidstvo ne příliš lichotivým, vývojem. Na 42.zasedání Valného shromáždění OSN, konaném
na podzim roku 1987, předložila komise paní G.H.Brundtlandová svou zprávu "Naše společná
budoucnost". V textu této zprávy se poprvé objevil výraz trvale udržitelný rozvoj. Na
konferenci o životním prostředí pořádané OSN v roce 1992 v Rio de Janeiro byly závěry
komise rozpracovány do strategie trvale udržitelného rozvoje. Lidstvu byl předložen nový
pohled na jeho další rozvoj - program trvale udržitelného rozvoje. Co je myšleno trvale
udržitelným rozvojem? Trvale udržitelný rozvoj lidské společnosti je takový rozvoj
společnosti, který současným i budoucím generacím zachovává možnost uspokojování jejich
základních životních potřeb a při tom nesnižuje rozmanitost přírody a zachovává přirozené
funkce ekosystémů. Představa trvale udržitelného rozvoje ovšem zahrnuje určitá omezení,
zejména pro průmyslově vyspělé země, vycházející ze současného stavu energeticky náročné
techniky, špatného a kořistnického vztahu lidské společnosti k přírodním zdrojům a z
omezené schopnosti přírody vypořádávat se s vlivy nešetrných lidských zásahů. Pro globální
trvale udržitelný rozvoj je nezbytné, aby bohatší státy přijali životní styl, který odpovídá
ekologickým možnostem výroby a spotřeby energie. Předpokladem pro trvale udržitelný
rozvoj je také soulad mezi růstem světové populace na jedné straně a možnostmi, které má
celý ekosystém země pro její obživu na straně druhé. Trvale udržitelný rozvoj je procesem
změn, v němž se využívání zdrojů, zaměření investičního a technického rozvoje i vývoj
společnosti uvádějí do souladu se současnými možnostmi i budoucími potřebami lidí.
Má-li se lidstvo dál rozvíjet v duchu
zásad trvale udržitelného rozvoje a neskončit
v pasti ekologické katastrofy je třeba věnovat
největší pozornost těmto hlavním společným
úkolům:
™ hledání ekologičtějších a energeticky
méně náročných průmyslových
technologií,
™ omezení růstu lidské populace,
™ zajištění výživy a jejich zdrojů,
™ uchování živých přírodních zdrojů a
péče o ně,
™ rozvoj spolehlivých, bezpečných a
ekologických zdrojů energie,
™ rozvoj měst a lidských sídel.
Ekologicky únosná energetická
strategie má pro trvale udržitelný rozvoj
klíčový význam. Rychlost růstu spotřeby energie v poslední době ve světě klesá, ale
industrializace, vývoj zemědělství a rychle rostoucí populace v rozvojových zemích budou
vyžadovat mnoho energie. Průměrný obyvatel průmyslově vyspělého státu dnes spotřebuje
mnohokrát více energie než obyvatel rozvojové země. Uvádí se, že až osmdesátkrát více než
obyvatel Afriky jižně od Sahary. Další rozvoj světové energetiky by měl proto zajistit
uspokojení vyšších energetických potřeb zejména rozvojovým zemím. Pokud by se spotřeba
energie v rozvojových zemích měla dostat na úroveň průmyslových států, znamenalo by to
několikanásobně zvýšit současnou světovou výrobu energie. Pokud by zvýšení vycházelo
pouze z neobnovitelných fosilních paliv (uhlí, ropa), pak by pravděpodobně ekosystém naší
planety takovou zátěž neunesl.
20%
i0i0
i0i0
i0i0
i0i0
i0i0
i0i0
i0i0
i0i0
80%
27%
i0i0
i0i0
i0i0
i0i0
i0i0
i0i0
i0i0
i0i0
73%
76%
i0i0i0
i0i0i0
i0i0i0
24%
Industrializované
země
Rozvojové a
industrializující se
země
Světová
populace
Primární
energie
Elektrická
energie

Obr.1.1: Srovnání rozdělení světové
populace a spotřeby energie
Ekologie v elektroenergetice 7
Závěry ekologických konferencí zdůrazňují, že lidstvo je schopno rozvíjet se trvale
udržitelným způsobem, ovšem musí zajišťovat své současné potřeby tak, aby tím neomezilo
možnosti příštích generací uspokojovat jejich potřeby. Nejsou to však omezení připomínající
nějaké zákazy a nařízení. Jde spíše o připomenutí, že po nás přijdou další generace obyvatel
této planety.
Shrnutí
Na základě široké diskuse a závěrů mnoha ekologických konferencí lze konstatovat, že
lidstvo se může za jistých předpokladů a drobných omezení trvale rozvíjet udržitelným
způsobem.

1.1.1 Kontrolní otázky:
1. Co je myšleno trvale udržitelným rozvojem?
2. Které hlavní úkoly v rámci programu trvale udržitelného rozvoje se nejvíce dotýkají
energetiků?

2 Základy teorie životního prostředí
Cíl
Cílem této kapitoly je seznámit studenty s nezbytnými terminologií a zákony, které tvoří
základy teorie životního prostředí.
K pochopení hloubky ekologických problémů, a z nich plynoucího nebezpečí pro vše
živé na Zemi, je třeba mít na zřeteli, že existují určité zákonitosti mezi živými organismy a
prostředím, ve kterém žijí. Tyto základní zákonitosti platí jak pro jednotlivé organismy, tak i
pro celé soubory různých organismů. Poznané zákonitosti stanovují objektivní souvislosti,
jejichž porušování by se lidstvu, a všemu živému na Zemi, nemuselo vyplatit. Zákony přírody
je třeba v zájmu celé naší planety tvořivě a odpovědně respektovat. Podmínkou zachování
života na Zemi je primární biologická produkce. V přírodě je vytvořen rovnovážný cyklus,
který je dán produkcí biomasy až po její následný rozklad na výchozí komponenty. Pro
udržení rovnovážného stavu je třeba dodržet alespoň tyto dva základní zákony: [ L3 ]
Liebigův zákon minima: Organismus může v dané situaci existovat a žít tehdy, pokud má k
dispozici látky nezbytné pro vývoj a rozvoj. V rovnovážném stavu je mezním či limitujícím
faktorem pro výskyt a život organismu ta nezbytná látka, která je dostupná v kriticky
nejmenším množství.
Shalfordův zákon tolerance: Výskyt a úspěšná existence organismu závisí na souboru
podmínek. Kvalita a kvantita těchto činitelů určuje hranici, kterou organismus může ještě
tolerovat.
Ekologie je poměrně „starou“ vědní disciplínou. Termín „ekologie” se poprvé objevil
již na počátku druhé poloviny 19.století. Její kořeny tak sahají do počátků bouřlivého
průmyslového rozvoje konce devatenáctého století a začátku století dvacátého.
2.1 Základní údaje o Zemi
Země je pravděpodobně jedinou z planet sluneční soustavy, na níž je život. Země je
součástí galaxie Mléčné dráhy. Je to koule na pólech zploštělá, o průměru téměř 13 000 km,
otáčející se okolo vlastní osy a současně obíhající okolo Slunce po téměř kruhové dráze se
8 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
středním poloměrem 149.10
6
km. Vzdálenost Země od Slunce se během roku mění od
147.10
6
do 152.10
6
km.
Tabulka 2.1: Chemické složení Země

Chemický
prvek:
Obsah
% hm.
Chemický
prvek:
Obsah
% hm.
Chemický
prvek:
Obsah
% hm.
železo (Fe) 34,63 síra (S) 1,93 mangan (Mn) 0,22
kyslík (O) 29,53 vápn