Něco ze zkoušek, skripta atd..

Tak například není možné, aby při využívání primárních energetických zdrojů
nenastaly změny i v samotné přírodě. Je však třeba tyto změny kontrolovat a aktivně
regulovat, aby se předešlo vzniku a rozvoji negativních procesů, jež mohou být mnohdy
nevratné. Narušit vazby v životním prostředí je mnohdy velmi jednoduché, avšak jejich
obnovení může mít charakter dlouhodobého procesu, často s vážnými dopady na biosféru i
litosféru. I když v současné době má narušení přírody více či méně lokální charakter, nemusí
tomu být i v budoucnosti. Z minulosti totiž víme, že rozvoj energetiky vedl k vážným
lokálním zásahům do životního prostředí a postupně nabýval globální charakter. Podíl
energetiky na celkové devastaci životního prostředí se může potenciálně stále zvyšovat, proto
je potřeba činit přiměřená opatření na jeho ochranu.
Z pohledu systémového lze vysledovat, že vazby energetiky a životního prostředí se
projevují zejména prostřednictvím vstupů a výstupů energetických systémů. Mezi
nejzávažnější vstupy, které mohou narušit životní prostředí patří:
a) využívání primárních energetických zdrojů,
b) zábor půdy v souvislosti s těžbou paliv a výstavbou nových energetických zdrojů,
zejména v elektrizační soustavě,
c) spotřeba vody pro technologické účely,
d) spotřeba vzduchu pro spalovací procesy.
Nejzávažnějšími výstupy energetických zdrojů ovlivňujícími životní prostředí jsou
rozvod energetických médií, plynné emise, odpadní látky všeho druhu a jejich skladování
s konečnou likvidací.
3.2 Získávání energie
V získávání energie z přírody pro svoji bezprostřední potřebu má člověk dlouholeté
zkušenosti. Především ekonomické a populační aspekty nutí lidstvo hledat při využívání
tradičních zdrojů energie nové netradiční zdroje energie a obnovovat využití opomínaných
zdrojů (např. vítr apod.). Mezi tradiční zdroje se obvykle řadí:
tuhá fosilní paliva (černé a hnědé uhlí, lignit a rašelina), kapalná fosilní paliva (ropa a ropné
deriváty, živičné břidlice, živičné písky), plynná fosilní paliva (zemní plyn ropný a
karbonský), vodní energie, biomasa (palivové dřevo aj.). K tradičním zdrojům dnes někteří
autoři přiřazují ještě jaderná paliva pro štěpnou reakci, geotermální energii a energii
slapovou (přílivovou). Do skupiny netradičních energetických zdrojů se zařazují: energie
sluneční, tepelná energie prostředí, větrná energie, energie vlnění moře, jaderná energie
fúzní reakce, druhotné zdroje energie.
Přírodní zdroje energie, jejichž zásoby se vytvářely miliony let označujeme jako
neobnovitelné (neobnovující se). Přírodní zdroje, které se po předání energie opět obnoví
(vlivem fyzikálních zákonů) označujeme jako obnovitelné (obnovující se). Neobnovitelné
zdroje jsou všechna paliva fosilní, živičné břidlice a písky a štěpné i fúzní materiály pro
jaderné elektrárny. Obnovující se energetické zdroje jsou všechny ostatní energie: vodní,
solární, větrná, geotermální, slapová a další.
Vzhledem ke způsobu získávání a vlivu na životní prostředí dělíme energetické zdroje
na zdroje znečišťující prostředí a tzv. „čisté zdroje” energie. Mezi „čisté” zdroje zařazujeme
zejména zdroje energie vodní, sluneční, slapové, geotermální, tepelné energie prostředí apod.
Vývoj spotřeby jednotlivých druhů primární energie se v posledních desetiletích
značně mění ve prospěch kapalných a hlavně plynných paliv.
16 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Hodnotíme-li dosavadní způsoby získávání energie v ekologických souvislostech je
třeba si povšimnout několika skutečností:
a) Prakticky veškerou tepelnou a téměř všechnu elektrickou energii člověk dosud získával
a získává spalováním zásob fosilních paliv. Tato praxe bude pokračovat i v dalším
období a povede v poměrně blízké budoucnosti k úplnému vyčerpání těchto zdrojů
energie (podle dnešních znalostí zásob). Je otázkou, zda se lidská společnost dostatečně
rychle a úspěšně dovede přeorientovat na získávání energie z jiných zdrojů.
b) Získávání energie spalováním paliv je poměrně jednoduché, avšak obvykle si
neuvědomujeme poměrně malou účinnost při využívání energie tímto způsobem. Podíl
energie dodané ke spotřebiteli z celkové energie získané z ložiska fosilního paliva je
menší než 15%. Při vlastním využívání energie nastávají další ztráty, takže celkový
efekt získaný spálením milióny let starých organických uloženin, je nepatrný. Většina
tepelné energie uvolněné spalováním se při výrobě elektrické energie s využitím
Rankin-Claussiova cyklu přeměňuje na odpadní teplo, které odchází do okolního
prostředí a posléze je vyzářeno do vesmírného prostoru, takže jde vlastně z velké
části o vyplýtvanou energii.
c) Na povrchu Země nám z této činnosti zůstávají nespalitelné zbytky ve formě škváry,
popela a popílku, dále plynné produkty jako oxid siřičitý, oxidy dusíku, které postupně
zamořují celou přízemní vrstvu atmosféry, a značné množství oxidu uhličitého, jehož
koncentrace v atmosféře se také postupně zvětšuje, a zatím nedokážeme s jistotou
předvídat jakými následky nás vedle skleníkového efektu ještě překvapí.
d) Vlastní těžba energetických surovin, především uhlí zanechává na reliéfu krajiny
výrazné stopy a způsobuje narušení životního prostředí i ve svém značně rozlehlém
okolí.
Bilance, hodnotící zásoby a kapacity zdrojů energie na straně jedné a rychlost a
způsoby jejich využívání na straně druhé, staví člověku na začátku 21. století před oči
neradostnou perspektivu dalšího vývoje lidské společnosti. Bez energie je další vývoj a
dokonce existence člověka nepředstavitelná. Pozornost je obrácena jednak na získávání
energie z tzv. netradičních zdrojů, jednak na intenzivnější využívání obnovitelných zdrojů
energie, avšak i na účelnější využívání energie, která je k dispozici.
Rozvoj jaderné energetiky, která měla po roce 2000 převzít rozhodující úlohu v
energetické bilanci vyspělých zemí, již několik let stagnuje i přes to, že zásoby jaderného
paliva jsou podstatně rozsáhlejší než zásoby fosilních paliv. Konají se přípravné práce k
rozšířenému využívání energie geotermální a energie slapové, u nichž se na základě
dlouhodobých výzkumů a provozních zkoušek ukazuje lepší možnost využití než u energie
sluneční. Využívání sluneční energie se ukazuje jako efektivní v subtropickém a
tropickém pásmu, kdežto v mírném klimatickém pásmu se její využití v širokém
měřítku nepředpokládá. Větší pozornost se soustřeďuje opět na využívání energie
tekoucích vod a to i v zemích, kde energetický výkon vodních toků není příliš velký. Jako
efektivní se ukazují i menší vodní díla a přečerpávací vodní elektrárny, které v energetické
soustavě plní úlohu akumulátorů elektrické energie.
V lepším využití existujících zdrojů energie jsou k dispozici významné rezervy.
Úpravou chladících procesů je možné část vydané energie na chlazení získat zpět ve formě
tepla. Velká pozornost se v současné době věnuje získávání energie z biomasy, a to jak v
menších provozech u rozptýlených zdrojů, tak i formou velkých projektů, především v
zemích s naprostým nedostatkem tradičních zdrojů energie.
Ekologie v elektroenergetice 17
3.2.1 Rizika energetických technologií
Součástí vlivů průmyslové činnosti jsou i zdravotní rizika plynoucí z této činnosti.
Zdravotní rizika plynoucí z provozu energetických zřízení, zvláště jaderných elektráren,
vystoupila do popředí zájmu široké veřejnosti zejména po poslední havárii v Černobylu.
Není to však pouze jaderná energetika, která sebou při provozu přináší jistá zdravotní rizika.
Je třeba se zamyslet nad technologiemi ovlivňujícími tvorbu skleníkových plynů, nad
používáním plynů podporujících růst ozónové díry v horních vrstvách atmosféry, nad
kyselými dešti i nad haváriemi obřích ropných tankerů. Za všemi haváriemi stojí zpravidla
lidské selhání. Řada událostí demonstruje jedinečnou schopnost člověka ničit svoje vlastní
životní prostředí.
Hodnocení vlivu různých energetických
systémů na životní prostředí je možné
z krátkodobého hlediska (vliv na fyzikální stav
biosféry a atmosféry, nemocnost, úmrtnost apod.)
nebo z hlediska dlouhodobého. Nejdále pokročily
metody vyhodnocení rizika ohrožení zdraví
zaměstnanců i veřejnosti. Pod pojmem riziko
rozumíme počet poškození zdraví nebo úmrtí za
určité časově omezené období (obvykle 1 rok)
vztažený k celkovému počtu osob, které se
zúčastnily statistického šetření. Protože vlastně
každá lidská činnost je provázena jistým rizikem
(riziko nás prakticky provází již od početí, a i když
odpočíváme nebo tak zvaně „neděláme nic“ hrozí
nám stále „nějaké“ riziko) nemůžeme požadovat
po průmyslovém zařízení riziko nulové nebo jinak
řečeno absolutní bezpečnost – ta prostě neexistuje.
Člověk řadu vysokých rizik podstupuje
dobrovolně, zejména u tzv. zájmových činností (automobilismus, různé sporty apod.). Rizika
z průmyslové činnosti, tzv. „vnucená“ rizika, však akceptuje podstatně menší než rizika
vyplývající z činnosti dobrovolné. V průmyslové činnosti, do níž počítáme i energetiku,
akceptuje společnost riziko úmrtí řádu 10
-7
, tj. úmrtí jedné osoby z 10 milionů osob za rok. To
je výrazně méně než počet úmrtí v důsledku automobilových, havárií přírodních katastrof
apod.

Obrázek 3.1: Závislost celkového
rizika na nákladech za bezpečnostní
zařízení
Jednou z možností snižování rizika jakéhokoliv druhu pod žádoucí úroveň je zavádění
doplňkových bezpečnostních zařízení. U kterékoliv technologie lze zvýšit bezpečnost, otázka
je, jaké prostředky na zvýšení bezpečnosti je účelné vynakládat. Prostředky vynakládané na
zvýšení bezpečnosti nějakého zařízení, či na ochranu životního prostředí, by měly být úměrné
očekávanému efektu. Zdá se, že určitým kritériem by mohlo být právě riziko ve výši 10
-7
na
osobu a rok. Menší rizika lze akceptovat a finanční prostředky by měly být vynakládány
především do těch průmyslových odvětví, která takto nízké riziko nedosahují.
V této souvislosti je užitečné znovu zdůraznit, že riziko lze snížit na jisté minimum, ale
nelze jej z průmyslové činností zcela vyloučit. Náklady na bezpečnostní zařízení snižující
riziko se obecně řídí známým zákonem exponenciálního poklesu (Obrázek 3.1). Relativně
vysoké riziko R
1
můžeme podstatně snížit s poměrně malými náklady. Čím je však riziko
nižší, tím více stoupají náklady na jeho snížení (čára 1). Při podrobnějším rozboru vztahu
mezi náklady a rizikem je však třeba vzít v úvahu také riziko, které přináší zvyšování nákladů
na bezpečnost zařízení. Jestliže předpokládáme, že riziko plynoucí z výroby bezpečnostního
18 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
zařízení je přímo úměrné nákladům na toto zařízení (vyjádřené přímkou 2), pak celkové riziko
bude dáno součtem obou křivek (1+2), jak je naznačeno na obrázku 3.1 a výsledná křivka 3
bude vykazovat určité minimum rizika a vynaložených nákladů na jeho dosažení R
o
. Další
zvyšování nákladů na bezpečnostní zařízení za toto minimum ve skutečnosti znamená
zvyšování celkového rizika.
Tabulka 3.1: Odhad účinků výroby elektřiny na lidské zdraví (1GWrok)
Typ elektrárny
Počet ztracených pracovní dní
úrazem
Úmrtí
uhelná 1500 - 1800 6 – 27
na kapalná paliva 2 - 3 1 – 7
plynová 2 0,17
jaderná 6 0,06
sluneční 75 - 90 0,6
Zhodnotit rozdíly mezi jednotlivými energetickými technologiemi a to jak z hlediska
jejich rizika, tak i z hlediska jejich přínosů je velmi obtížné. Lidé mají nejrůznější měřítka
ovlivňovaná psychologickými aspekty, ale i sociálně politickými faktory. V posuzování
přijatelnosti energetické technologie je prvním krokem kvantitativní vyjádření rizika.
Kvantitativně vyjádřená rizika je třeba hodnotit a porovnávat. Je třeba uvážit i další důležité
aspekty energetických systémů, jako jsou investiční a provozní náklady, nebo spolehlivost
dodávky energie. Byla vypracována řada metod umožňujících objektivizovat jednotlivá
individuální hodnocení jako podklad pro optimální rozhodování v oblasti energetiky. Součástí
celého procesu je i kontrola rizika.
Tabulka 3.2: Měrné emise z různých paliv
SO
2
NO
x
CO
2
C
x
H
y
prach Emise
Palivo kg/MWh
černé uhlí 3,0 0,18 330 0,75 0,75
hnědé uhlí 10,0 0,07 400 1,10 1,10
koks 2,0 0,25 380 0,10 0,18
lehký topný olej 1,5 0,21 290 0,04 0,12
zemní plyn --- 0,18 200 0,04 ---
dřevo --- 0,07 300 0,8 1,35
Metody odhadu jednotlivých rizik se neustále zdokonalují. Narůstá rovněž nezbytná
databáze statistických údajů, takže odhady rizik jsou stále přesnější. Odhady tak umožňují
orientovat se v otázkách rizik získávání energie z jednotlivých primárních zdrojů a ukazují,
která část energetického palivového cyklu představuje největší ohrožení.
3.2.2 Kontrolní otázky:
1. Jaké znáte rozdělení přírodních zdrojů energie?
2. Jaké riziko úmrtí akceptuje společnost v průmyslové výrobě?
Ekologie v elektroenergetice 19
3.3 Vliv výroby elektrické energie na životní prostředí
Elektroenergetika je pouze součástí celého komplexu lidských činností ovlivňujících
životní prostředí, takže k nepříznivým vlivům na životní prostředí je třeba ještě přičíst vlivy z
ostatní lidské činnosti a přírodní zdroje znečišťování jako sopečný prach, kouř z lesních
požárů, prach a tuhé zbytky, kosmické záření, zbytky rostlinného a mikrobiologického života
apod. I přes tuto skutečnost se však energetika podílí na celkovém znečišťování biosféry
největší měrou. Významně se podílí na znečišťování ovzduší vnášením jedné nebo více
znečišťujících látek do vnějšího ovzduší. Znečišťující látkou se podle [21] rozumí jakákoliv
látka vnesená do vnějšího ovzduší nebo v něm druhotně vznikající, která má přímo a nebo
může mít po fyzikální nebo chemické přeměně nebo po spolupůsobení s jinou látkou škodlivý
vliv na život a zdraví lidí a zvířat, na životní prostředí, na klimatický systém Země nebo na
hmotný majetek.
Rozsah negativních vlivů na životní prostředí se stanovuje porovnáním skutečných
hodnot s hodnotami přírodního pozadí.
3.3.1 Znečišťující látky
Znečisťující látky vnášené, resp. dodávané, zdrojem znečištění do životního prostředí
označujeme obecným pojmem emise. Znečisťující látky, které byly vyslány ze zdrojů
znečištění a jsou již v životním prostředí rozptýleny, označujeme jako imise. Imisí tedy
rozumíme znečištění ovzduší vyjádřené hmotnostní koncentrací znečišťující látky nebo
skupiny znečišťujících látek. Seznam znečišťujících látek, jejich stanovených skupin a jejich
obecné emisní limity jsou uvedeny v příloze č. 1 vyhlášky č.356/2002 Sb. Vyjmenujme si
alespoň ty základní znečišťující látky a jejich stanovené skupiny, které vznikají při
spalovacím procesu v elektrárnách. Jsou to: tuhé znečišťující látky (TZL - částice o velikosti
menší než 10 µm (PM 10), - částice o velikosti menší než 2,5 µm (PM 2,5) ), anorganické
kyslíkaté sloučeniny síry vyjádřené jako oxid siřičitý, anorganické kyslíkaté sloučeniny
dusíku vyjádřené jako oxid dusičitý (oxidy dusíku), oxid uhelnatý (CO) ad.
V souvislosti s koncentrací znečišťujících látek v ovzduší hovoříme obvykle o látkové,
tepelné a radiační kapacitě biosféry, což z hlediska nasycení biosféry škodlivými látkami
znamená hranici, za kterou vznikají jen nevratné změny a proto se stanovují limity znečištění
životního prostředí.
Limity znečištění životního prostředí dělíme na:
¾ emisní
¾ imisní
¾ jiné (spadové, teplotní, radioaktivní apod.)
Při výrobě elektrické energie realizované s využitím Rankin-Claussiova tepelného
oběhu a s použitím technologie spalování paliv, která je stále nejrozšířenější, vznikají odpadní
látky všech tří skupenství. Při spalování fosilních paliv odchází ze spalovacího procesu jako
produkty hoření látky plynné a tuhé. Z procesu chlazení páry odchází do ovzduší přes chladící
věže ještě značné množství odpadního tepla (až 60% z tepla dodaného palivem) a významné
množství chladící vody ve formě páry.
Protože uhlí je směsí několika prvků (především uhlíku C, v malé míře dusíku N, síry S,
vodíku H, kyslíku O ad.), vzniká jeho hořením nejen oxid uhličitý (CO
2
) a vodní pára, která
do jisté míry životnímu prostředí nevadí, ale vznikají i další oxidy, především oxid siřičitý
(SO
2
) a oxidy dusíku (NO
x
). Tyto tzv. kyselinotvorné oxidy ovlivňují svojí přítomností
biosféru nejvíce. Ve spalinách se nachází i část chloru (Cl) a fluoru (F) obsaženého v uhlí,
20 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
případně rtuť (Hg) a některé další škodlivé látky, včetně radioaktivních (Tab.3.2). Plynné
emise obsahují rovněž sloučeniny, které vznikly nedokonalým spálením a tepelným
rozkladem hořlaviny. Jde především o oxid uhelnatý (CO), uhlovodíky, aldehydy, ketony
apod.
Škodlivé látky, které přišly do ovzduší, podléhají v atmosféře fyzikálním změnám a
působením složek vzduchu, slunečního záření a vzájemných interakcí mohou nastat i
chemické změny. Tak např. oxid siřičitý SO
2
fotolýzou z části oxiduje na oxid sírový SO
3

podle schématu:
324
422
SOSOSO
SOhOSO
2 →+
→++ ν

( 3.1 )
Oba oxidy potom ve styku s vodou vytváří kyseliny (siřičitou a sírovou). V atmosféře probíhá
i fotolýza oxidu dusičitého NO
2
:
ONOhNO +→+ ν
2
( 3.2 )
Dalšími reakcemi následně vzniká z NO a O ozón O
3
. Oxid dusičitý může oxidovat tak
dlouho, dokud nezreaguje na kyselinu dusičnou. I nízké koncentrace NO
2
mohou, za určitých
podmínek, být příčinou vzniku značného množství ozónu. Hovoříme o tzv. oxidačním smogu.
Uvedené oxidy spolu s ozónem, sloučeninami fluoru a dalších halogenidů mají nepříznivý
vliv na sliznice a horní cesty dýchací. Jsou rovněž prokázány jejich škodlivé účinky na floru i
faunu.
Tabulka 3.3: Hodnoty průměrné měrné aktivity elektrárenského popílku
Radionuklid
40
K
238
U
226
Ra
210
Pb
210
Po
232
Th
228
Ra
228
Th
Měrná aktivita [Bq/kg] 500
200 200 600 600 200 200 200

Obrázek 3.2: Koncentrace prachu na území ČR v roce 1993
Za hlavní plynné škodliviny jsou dnes považovány zejména oxid siřičitý, oxidy dusíku a
tuhé částice (popílek, prach). Tuhé emise jsou reprezentovány jemným popílkem (prachem) a
látkami, které během spalování přešly do formy par a po ochlazení vytvoří kondenzační
aerosol. Jde např. o prvky: arsen, kadmium, olovo, selen a další. Jejich koncentrace v ovzduší
jsou trvale sledovány. V poslední době se však v souvislosti s reálným nebezpečím
Ekologie v elektroenergetice 21
skleníkového efektu a následném zvyšování průměrných teplot stále více hovoří o nadměrné
produkci oxidu uhličitého.
3.3.2 Imise
Nejčastějším vyjádřením limitu znečištění životního prostředí (zejména ovzduší) je
nejvyšší přípustná koncentrace určité znečišťující látky vyjádřená hmotností této látky v
jednotce objemu daného prostředí při normální teplotě a tlaku (obvykle v mg/m
3
nebo µg/m
3
),
tzv. imisní limit.

S ohledem na vliv znečišťujících látek v ovzduší na zdraví lidí a ochranu vegetace jsou
v ČR vládním nařízením č.350/2002 Sb. stanoveny imisní limity znečišťujících látek,
podmínky a způsob sledování, posuzování, hodnocení a řízení kvality ovzduší. Pro konkrétně
vyjmenované znečišťující látky (např. oxid siřičitý, oxidy dusíku, oxid uhelnatý, olovo,
kadmium, rtuť a další) jsou pro ochranu zdraví lidí a zvířat stanoveny hodnoty imisních limitů
a dlouhodobých imisních