Jaderná elektrárna funguje na principu využití tepelné energie, která vzniká při štěpení jader uranu v reaktoru. Tento proces generuje vysoké množství tepla, které je potřeba přeměnit na elektrickou energii.
Princip fungování jaderné elektrárny je podobný jako u parní elektrárny či uhelné elektrárny. Nejprve dochází k řízenému štěpení jader uranu v reaktoru, kde se uvolňuje obrovské množství tepla. Toto teplo ohřívá vodu v primárním okruhu, která se promění na páru.
Vzniklá pára se poté přesune do sekundárního okruhu, kde pohání turbínu. Tato turbína je spojena s generátorem, který pomocí mechanické energie z otáčející se turbíny produkuje elektrickou energii. Tato elektrická energie je následně přivedena do elektrické sítě a distribuována spotřebitelům.
Jedním z hlavních rozdílů mezi jadernou a uhelnou elektrárnou je skutečnost, že při provozu jaderné elektrárny nevzniká žádný škodlivý kouř, jako tomu je u uhelné elektrárny při spalování uhlí. Jaderná elektrárna je tedy považována za ekologičtější alternativu, i když s sebou nese určitá rizika spojená s manipulací s jaderným materiálem.

Všechny jaderné elektrárny na světě používají jaderné palivo obohacené na určitou úroveň. Nejčastěji používaným jaderným palivem je obohacený uran, který slouží jako základní palivo pro štěpné reaktory.
Obohacení uranu znamená zvýšení obsahu izotopu uranu-235, který je štěpitelný a umožňuje uvolňování energie prostřednictvím jaderných reakcí. Běžně používaný materiál pro jaderné palivo je uran obohacený do zhruba 3 až 5 procent uranu-235.
V budoucnu se také počítá s využitím dalších jaderných paliv, jako je plutonium a thorium. Plutonium může být vytvořeno jako vedlejší produkt v jaderných reaktorech a také se dá využít jako palivo. Thorium je alternativní palivo, které má potenciál vyrábět méně radioaktivní odpad než tradiční jaderná paliva.
Součástí jaderného paliva jsou i materiály, které zabraňují úniku radioaktivních látek do okolí. To zahrnuje různé typy obalů palivových tyčí a kontejnerů, které chrání palivo a zabrání jeho úniku i v případě havárie či poruchy. Tento systém ochrany je klíčový pro bezpečný provoz jaderné elektrárny a minimalizaci rizika pro životní prostředí a obyvatele v okolí.

Výstavba nových bloků jaderných elektráren je obvykle extrémně nákladná a investor riskuje velké finanční prostředky s nejistým návratem investice. Nejen že samotná stavba vyžaduje obrovské investice do infrastruktury, technologií a bezpečnostních opatření, ale i provoz elektrárny a nakládání s jaderným odpadem může být nákladný.

Jaderné elektrárny jsou také technologicky složité a vyžadují dlouhodobé investice do údržby a modernizace, aby zůstaly bezpečné a efektivní. Po dokončení výstavby nové jaderné elektrárny jsou často potřeba další investice do vylepšení energetické efektivnosti a zajištění dlouhodobé udržitelnosti provozu.

Jaderné elektrárny Temelín a Dukovany, které jste zmínil, jsou příklady dlouhodobých a nákladných projektů. Jejich výstavba trvala desítky let a vyžadovala velké investice a technologický know-how. Obzvláště stavba jaderných elektráren v zemích jako Čína, Rusko a Indie může být ještě složitější a nákladnější kvůli mnoha faktorům, včetně složitých regulačních požadavků, geografických a environmentálních podmínek a politických aspektů.

Jaderné elektrárny mají obvykle dlouhou životnost a jsou schopny poskytovat spolehlivý zdroj elektřiny po mnoho desetiletí. S pravidelným údržbou a modernizací mohou reaktory fungovat i déle než 40 let. Jejich výkonnost a dlouhodobá stabilita je významná, pokud jde o poskytování elektrické energie bez emisí skleníkových plynů, což přispívá k ochraně životního prostředí.

Je pravda, že jaderné elektrárny jsou obecně považovány za čisté z hlediska emisí skleníkových plynů, protože provoz reaktorů nevytváří žádné produkty spalování. Tyto elektrárny tak nepřispívají k znečištění ovzduší v podobě emisí oxidu uhličitého, síry nebo dusíku, jako tomu bývá u uhelných nebo plynových elektráren.

Jaderné elektrárny jsou provozovány s přísnými bezpečnostními standardy a dohledem, aby minimalizovaly riziko havárií a emisí radioaktivního materiálu. Nicméně, správa jaderného odpadu zůstává jedním z největších výzev spojených s jadernou energetikou. Bezpečné a dlouhodobé ukládání radioaktivního odpadu vyžaduje speciální technologie a zařízení, a mnohdy politicky kontroverzní rozhodnutí o umístění hlubinných úložišť.

Atomové jádro

Jedná se o vnitřně kladně nabitou část atomu, která tvoří jeho hmotností i prostorem centrum. Atomové jádro je zhruba z 99,9 % hmotností atomu a průměr jádra činí přibližně 10 - 15 m, což je přibližně o 100 000x méně než průměr celého atomu.

Samotný atom je složen z atomového obalu a jádra. Jádro se skládá z nukleonů, těmi jsou neutrony a kladně nabité protony. Ty se dále skládají z kvarků a gluonů. Nukleony uvnitř jádra jsou navzájem k sobě poutány silami, které v zásadě vznikají mezi jejich podsložkami - tedy mezi kvarky a gluony. Tomuto procesu se říká silná interakce.

Počet protonů v jádře je pro lehké prvky zhruba roven počtu neutronů. S rostoucím protonovým číslem roste počet neutronů rychleji než protonů. Nukleony se v jádře pohybují a čtvrtina z nich v jádře překračuje rychlost světla.

Tvar atomového jádra: je obvykle považován za kouli, ve skutečnosti se však tvar jádra od příměru značně odlišuje. Jádra mohou mít nejenom tvar koule, ale i zploštělého elipsoidu (uhlíku), protáhlého elipsoidu anebo i složitějších jader. Některá jádra mohou existovat ve více tvarových modifikací. Například jádro 186 Pb může mít kulový, protáhlý i zploštělý tvar.

Hmotnost atomového jádra je roven jednomu nukleonu. Aby došlo ke vzniku jádra, tak musí jaderné síly, které způsobují vzájemné přitahování nukleonů vykonávat určitou práci.

K vykonání této práce se spotřebuje určitá část celkové energie soustavy nukleonů - tím dojde ke snížení celkové energie soustavy nukleonů/jádra. Podle Alberta Einsteina je celková energie soustavy nukleonů úměrná její celkové hmotnosti a naopak.

Hmotnost tedy odpovídá určené energii, kterou označujeme jako "vazební energie", která je různého charakteru. Je to také energie, kterou je nutno k jádru dodat, aby došlo k jeho rozdělení na jednotlivé nukleony - jedná se tedy o velikost vazby nukleonů v jádře. Například vazební energie deuteronu je kolem 2,23 MeV, což se nechá do laického jazyka přeložit jako okamžik spálení benzínu v motoru.

Vazební energie je spojena se stabilitou atomového jádra. Stabilnost jádra lze zachytit pomocí tzv. "nuklidového diagramu", který může zachytit závislost neutronového čísla "N" na protonovém čísle "Z".

Jádra, jejichž počet protonů nebo neutronů je roven 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126, se vyznačují vysokou stabilitou.

Jaderné síly, které působí mezi nukleony v jádrech, mají velmi malý dosah.

Jádra, která mají v podstatě více neutronů anebo protonů jsou nestabilní a rozpadají se. Při velkém počtu neutronů dochází k rozpadu "beta faktorů/záření", při kterém se nadbytečný neutron změní na proton za vzniku elektronu.

Typy reaktorů

Existují různé typy jaderných reaktorů, které se liší svým principem fungování a využitím. Mezi hlavní typy patří:

1. **Štěpné reaktory:** Tyto reaktory jsou nejčastější a využívají proces štěpení těžkých jader uranu nebo plutonia. Při štěpení jádra uvolňuje jaderná energie a neutrony, které mohou další jádra štěpit. To vede k řízenému uvolňování energie, která je využívána k produkci tepla, které se dále využívá k výrobě elektrické energie.

2. **Fúzní reaktory:** Tento typ reaktorů využívá proces fúze, při kterém se slučují lehká jádra izotopů vodíku, jako je deuterium a tritium. Při fúzní reakci dochází k uvolňování velkého množství energie, podobně jako ve Slunci. Tento typ reaktoru je v současnosti ve výzkumné fázi a jeho komerční využití zatím není běžné.

3. **Radioizotopové termoelektrické generátory:** Tyto generátory využívají radioaktivní rozpad izotopů jako zdroj tepla, které je přeměňováno na elektrickou energii pomocí termoelektrického jevu. Tyto generátory jsou využívány zejména pro zásobování energií v těžko dostupných prostředích, jako jsou vesmírné sondy nebo navigační bóje, kde není k dispozici jiný zdroj energie.

Proces získávání jaderného paliva zahrnuje několik kroků a začíná těžbou uranové rudy. Poté následuje chemické zpracování, které má za cíl extrahovat uran a připravit ho pro využití v jaderném reaktoru. Následující jsou klíčové kroky v palivovém cyklu jaderných elektráren:

1. **Těžba uranové rudy:** Uranočedičné rudy, jako je uranit, se těží z povrchových nebo podzemních dolů. Těžená ruda je obvykle velmi bohatá na horninu a další nežádoucí látky.

2. **Opracování rudy:** Těžená ruda se dále zpracovává, aby se oddělil uran od ostatních minerálů a nečistot. To může zahrnovat drcení, mletí a chemické separační procesy.

3. **Obohacování uranu:** Získaný uranový koncentrát, obvykle ve formě oxidu uranu (U3O8), se podrobí procesu nazývanému obohacování. Cílem je zvýšit podíl izotopu 235U, který je potřebný pro jaderné štěpení. Obohacování může být provedeno různými metodami, včetně centrifugální separace.

4. **Výroba palivových tablet:** Obohacený uran se přeměňuje na malé pelety nebo tablety, které jsou pak uspořádány do palivových tyčí. Tyto tyče tvoří palivové soubory, které jsou pak umístěny do jaderného reaktoru.

5. **Štěpení v reaktoru:** V reaktoru dochází k jadernému štěpení uranových jader, což uvolňuje energii ve formě tepla.

Toto teplo je pak využito k výrobě páry, která pohání turbíny a generuje elektrickou energii.
Celý proces palivového cyklu je pečlivě řízen a monitorován, aby se zajistila bezpečnost a účinnost jaderného zařízení.

Proces výroby palivových proutků pro jaderné reaktory zahrnuje několik kroků, které vedou k vytvoření stabilních a bezpečných palivových souborů. Zde je podrobnější popis tohoto procesu:

1. **Příprava oxidu uraničitého (UO2):** Po obohacení uranu se oxiduje na oxid uraničitý (UO2), který je stabilní a vhodný pro výrobu jaderného paliva. Tento oxid se obvykle vyrábí chemickými reakcemi, které zahrnují rozpuštění obohaceného uranu a jeho reakci s kyslíkem.

2. **Lisování pelet:** Oxid uraničitý se pak lisuje do malých pelet, které mají typicky hmotnost kolem 5 gramů. Lisování se provádí za vysokého tlaku a teploty, aby se pelety staly pevnými a odolnými.

3. **Uzavření do trubek:** Tyto pelety jsou pak umístěny do hermeticky uzavřených trubek vyrobených ze zirkoniové slitiny. Tato slitina je vysoce odolná vůči korozivním účinkům a vysokým teplotám, což je důležité pro bezpečné uchování paliva.

4. **Tvoření palivových souborů:** Trubky obsahující pelety se uspořádávají do palivových souborů nebo tyčí. Tyto soubory jsou pak připraveny k umístění do jaderného reaktoru.

Celý proces výroby palivových souborů je pečlivě řízen a monitorován, aby se zajistila kvalita a bezpečnost paliva pro jaderný reaktor.

Jaderné palivo je palivo, z něhož se energie uvolňuje prostřednictvím jaderných reakcí a to buďto rozpadem (štěpením) anebo fúzí. V současné době se nejvíce používá však štěpení.

Součástí jaderné elektrárny je "parní turbína", což je točivý tepelný stroj, který převádí tlakovou a kinetickou energii páry přicházející z generátoru páry - tzv. "parního kotle" na energii mechanickou, která pohybuje hřídelí osy stroje.

Hyperjadro

Jedná se o atomové jádro, které obsahuje kromě nukleonů nejméně jeden hyperon, a má nenulovou toleranci či podivnosti, jak se v této profesi říká. Hyperjádro označujeme levým indexem Λ (případně Σ0), například "8Λ Be". V současné době známe více než 30 druhů hyper-jader, které mají až několikanásobnou podivnost. První hyper-jádro vzniklo v roce 2010 na Zemi a tehdy dostalo ještě název "anti-hyper-jádro".

Hyper-jádro může vzniknout změnou podivnosti jádra například při prostém zachycení hyperonu či mezonu, anebo pro interakci mezonu s jaderným nukleonem.

Hyper-jádra jsou nestabilními prvky. Střední doba života leží pro většinu připravených hyper-jader v intervalu mezi 10-11 sekundami.

Mezonový rozpad probíhá rozpadem hyperonu v jádře za vzniku π- (Λ ⇒ p+π-) nebo π0 (Λ ⇒ n+π0), který vyletuje z jádra.

Uvolněná energie se pohybuje kolem 40 MeV. U lehčích jader může dojít i k současnému uvolnění nukleonu nebo rozštěpení jádra (přičemž zbylé jádro má velkou vazebnou energii na nukleon).

Štěpná reakce

Jedná se o jadernou reakci, při níž dochází k rozbití jádra nestabilního atomu vniknutím cizí částice do neutronu za účelem uvolnění energie.

Ke štěpné reakci dochází u těžkých atomových jader (např. u 235U) během ostřelování neutrony - neutron pronikne do jádra uranu, je absorbován a tím se předá tomuto jádru více energie, tak, že rozkmitá a rozdělí se na dva odštěpky, které se od sebe velkou rychlostí vzdalují a dále se rozštěpují na menší části. Brzy se jejich rychlost zpomaluje z důvodu narážení na okolí atomového jádra a jejich pohybová (kinetická) energie se mění na tepelnou energii.

Zpomalení neutronů je nezbytné a to z důvodu, že se zvýší pravděpodobnost dalšího štěpení. Pokud totiž nezpomalíme neutrony, tak nemůže zákonitě dojít k dalšímu štěpení ani k přeměně na tepelnou energii. Nezbytná je také regulace počtu neutronů, pokud by nedošlo k regulaci došlo by k exponenciálnímu růstu počtu štěpení a k neřízené řetězové reakci anebo také laicky řečeno k výbuchu.

Pro záchyt přebytečných neutronů slouží jádra atomových borů (kyselina boritá se přidává do chladiva primárního okruhu v elektrárně) - štěpná reakce se tak řídí pomocí tyčí absorbujících neutrony, které se buď zasouvají anebo vytahují z aktivní zony reaktoru.

Štěpení uranu 235 se hlavně využívá v jaderné energetice, ve vojenství, v principu jaderných zbraní a k jadernému pohonu.

Štěpná reakce je velmi závislá na druhu jádra i na energii neutronu.

To, že lze štěpit atomové jádro na další části bylo poprvé zaznamenáno německými chemiky v roce 1938 u izotopu uranu 235. V roce 1944 Otto Hahnem a Fritzem Strassmannem získali za tento objev Nobelovu cenu za chemii. A v roce 1945 byla tato štěpná reakce prvně otestována v Japonsku v civilní oblasti, jakožto budování hierarchie zla.

Filozofie: již řadu let se spekuluje o tom, zda by mohla anebo zda vůbec mohla štěpná reakce probíhat na Zemi, jakožto přirozená reakce.

Fotovoltaika je metoda, která ve své podstatě přeměňuje sluneční záření na elektřinu (stejnosměrný proud). Využívá k tomu fotoelektrického jevu na velkoplošných polovodičových fotodiodách. Na panelu se nacházejí jednotlivé části, které se nazývají diody či také fotovoltaické články, které jsou spojovány do větších celků anebo také do panelů (solárních panelů - jak je zná většina veřejnosti). Samostatné články jsou rozděleny na dva typy - krystalické a na tenkovrstvé. Články jsou přímo nanášené na sklo anebo na jinou podložku - nejvíce se využívá křemíku.

1. **Typy fotovoltaických článků:**
- **Krystalické (monokrystalické a polykrystalické):** Tyto články jsou vyrobeny z křemíku a mají krystalovou strukturu. Monokrystalické články mají jednotnou krystalovou strukturu a jsou obvykle efektivnější, zatímco polykrystalické články jsou vyrobeny z více krystalů a jsou obvykle levnější.
- **Tenkovrstvé:** Tyto články jsou vyrobeny nanesením tenké vrstvy fotovoltaického materiálu na podložku, jako je sklo nebo kov. Tenkovrstvé články jsou lehčí a flexibilnější než krystalické články a mohou být použity na různých typech povrchů.

2. **Funkce fotovoltaických panelů:**
- Fotovoltaické panely (solární panely) obsahují mnoho fotovoltaických článků spojených dohromady. Když sluneční záření dopadne na tyto články, fotoelektrický jev vytváří elektrický proud, který je pak shromážděn a převeden na použitelnou elektřinu.

3. **Materiály používané v fotovoltaických článcích:**
- Nejběžněji používaným materiálem je křemík, který má vhodné vlastnosti pro absorpci slunečního záření a generování elektrického proudu. Dalšími možnými materiály jsou například kadmium tellurid, amorfický křemík a perovskity.

Fotovoltaické panely jsou využívány k výrobě elektřiny pro různé aplikace, včetně rezidenčních a komerčních střech, solárních farm, solárních parků, lodí, automobilů, vesmírných misí a dalších. Fotovoltaická technologie představuje důležitý způsob výroby obnovitelné energie a má potenciál hrát klíčovou roli v budoucím energetickém mixu.

Fotony slunečního záření dopadají na přechod desky a svou energií vyrážejí elektrony z valenčního pásu do pásu vodivostního. Takto vzniklé volné elektrony se pomocí elektrod odvedou u nejjednodušších spotřebičů přímo ke zdroji, případně do akumulátoru. Nutné je mít připojený střídač napětí pro domácí spotřebiče, který převádí energii na střídavé napětí o potřebné velikosti a frekvenci, jenž je schodná s distribuční sítí.

Za normálních okolností jsou elektrony v polovodičovém materiálu pevně vázány k atomům krystalové mřížky - materiál je nevodivý (každý atom křemíku má čtyři valenční elektrony). Pokud přidáme velmi malé množství prvku s větším počtem valenčních elektronů (donor), tak se vytvoří oblast s vodivostí typu "N", v níž se vyskytují volné elektrony, které mohou přenášet elektrický náboj.

Příměs prvku s menším počtem elektronů vytvoří oblast s vodivostí typu "P", kde chybí elektron.

Solární články vyžadují ochranu před vlivy z prostředí - proto je musíme umístit jen mezi ochranné vrstvy, jako je sklo anebo plastová folie (někdy se používá kombinace těchto prvků). Panely se propojují mezi sebou, aby vznikl jeden větší panel. Jeden solární panel poskytuje dostatek energie pro domácnost (do cca 300 w). Pokud chceme energii využívat pro dům a všechny spotřebiče, tak musíme mít více panelů.

Fotovoltaika byla objevena již v roce 1839 ve Francii, Alexandrem Edmondem Becquerelem. Návrh prvních článků byl však v roce 1876 přepracován Williamem G. Adamsem a Richardem E. Dayem. samotný panel však ještě nefungoval a byl jen pouze teoretickým nástrojem fyziků. Pojem fotovoltaiky se pokusil v roce 1905 vysvětlit Albert Einstein, za což získal v roce 1921 Nobelovu cenu za fyziku. První článek se podařilo vytvořit až v roce 1954 a to Chapinovi, Fullerovi a Pearsonovi v USA. V této době se začaly články používat k napájení družic (první družice se jmenovala Vanguard I., vypuštěna v roce 1958). K významného pokroku došlo mezi lety 1960 až 1970. V roce 1970 došlo k ekonomické krizi a svět se začal ohlížet po alternativních zdrojích - proto došlo i k úpravě zákonů. Patent na fotovoltaiku vlastní Německo, USA a Japonsko.

Největším světovým výrobce elektřiny z fotovoltaických panelů je Čína. Fotovoltaika se stala nejdůležitějším zdrojem elektrické energie z obnovitelných zdrojů. O fotovoltaiku na mezinárodní úrovni se stará Evropská asociace fotovoltaického průmyslu (EPIA), která tvrdí, že do roku 2020 bude na celém světě instalováno na 120 GW panelů a počet stále poroste.

Díky fotovoltaice se cena energií stále snižuje. Množství sluneční energie, která se dostane na povrch Země by pokryla ještě více než 6 000 000 TW, a proto se bude s fotovoltaikou nadále počítat.

Fotovoltaika jako taková neznečišťuje životní prostředí, vše se vyrábí a instaluje na zakázku a tak vzniká jen minimální odpad. Investice do domácí solární elektrárny se vrací v průměru do pěti let. Fotovoltaický panel pohlcuje sluneční paprsky a elektrickou energii poté využije ke svícení, ohřevu vody anebo k provozu Smart domu, který v současné době začíná být velice popupární.

Nevýhodou fotovoltaiky je to, že Vaše solární elektrárna nefunguje na 100% za špatného počasí (mlha, déšť, sníh), a proto elektrická energie je odebíraná z klasické sítě - což se moc nevyplácí. V zimních měsících solární elektrárna funguje jen na 25%.

Další nevýhodou je to, že panely se poškozují, pokud jsou pokryty velkou vrstvou sněhu/ledu. Následně poté musíte panely často měnit, a proto je dobré posoudit zda si pořídit fotovoltaickou elektrárnu v konkrétním prostředí anebo dát přednost jinému zdroji.

Křemíková technologie

Křemíkové technologie se nevyužívá jen ve fotovoltaice, ale tato moderní technologie se začala využívat i v dalším výzkumu, jako u mobilních služeb, vesmírné projekty, ekologie apod. Například společnost Samsung v současné době (2019) začala pracovat na čipech, které pracují na principu křemíku. Tyto čipy jsou zhruba o 20% menší než původní a dokáží pracovat zhruba o 40 až 60% rychleji než staré verze. Podobné technologie začínají využívat i další společnosti, co pracují na podobném principu. Dokonce výzkumníci z americké univerzity MIT vytvořili čipy, které se dokáží opravit a produkovat sami bez zásahu člověka. Tato technologie se nejvíce využívá v NASA pro družice a sondy.

V USA vznikl také další z projektů, jenž má na starosti výzkumná laboratoř S4 v Nevadě. Tento projekt má za cíl nejenom okysličovat prostředí, ale také dodat zemině potřebnou vláhu, zajistit vegetaci v pouštních oblastech a také dodávku elektrické energie. Jedná se o projekt biomechanického stromu, který dokáže vše, co je výše zmíněno. Základem nového zařízení je hydro-gel napuštěný molekulami chlorofylu. Strom je protkán dále nanotrubičkami a elektrodami.

Křemíkové technologie se začalo využívat i ve sportu. Jedna nejmenovaná společnost začala vyrábět cyklo kraťasy s křemíkovými vložkami, které dokážou přeměňovat sluneční energii na tepelnou energii a tím zahřívat sportovce po dobu tréninku anebo závodu.

Vodní elektrárny jako takové se pyšní i tím, že dokáží během krátké doby rychle najet na plný výkon a místo, kde jsou zřízeny se najednou ocitne ve světle - samozřejmě, že se jedná o obrazné přirovnání. Obce anebo samoty tyto zdroje většinou využívají jako doplňky do zaběhnutých elektráren - noční svícení, pouliční lampy, vytápění domů, výhřev hospodářských stavení apod. Samoty anebo odlehlé obce, které jsou de facto odříznuté od velkých měst tyto zdroje řeší, jakousi pomocnou sílu v případě mimořádné situace.

Potenciální a kinetická energie

U vodních elektráren se nejvíce využívá energie v potencionální či kinetické podobě. Potencionální anebo také polohová/tlaková energie vzniká důsledkem působení gravitace a je vždy závislá na spádu či výškovému rozdílu hladin. Kinetická energie závisí na rychlosti proudění toku.

Vodní turbíny

To, co nejvíce vykonává práci ve vodní turbíně, je oběžné kolo, které pomocí kinetické energie (u přetlakové turbíny - tlakem vody) toto kolo roztáčí a vyrábí tak elektrickou energii. Turbíny jsou závislé na spádu a průtoku vody.

Turbíny rozdělujeme dle průtoku na rovnotlaké (tlak vody se při průchody vody nemění a využívá se pouze kinetické energie) a přetlakové (tlak vody je před oběžným kolem větší než za ním). Poté se rozdělují turbíny dle polohy hřídele: horizontální, vertikální a na šikmé. Mezi nejčastější typy patří: Francisova , Kaplanova (nebo také Šťastného), Peltonova a Bánkiho.

Francisova turbína: byla navržena v roce 1848 J. B. Francisem a jedná se o nejdéle používaný typ moderní turbíny, která se využívá pro velké průtoky a spády - regulace je zajištěna pomocí natáčivých rozváděcích lopatek.

Kaplanova anebo také Šťastného turbína: byla původně vynalezena v roce 1900 Ignácem Šťastným, který se narodil ve Vídni a zemřel v Československu. Jeho patent si však přivlastnil brněnský profesor techniky Viktor Kaplan. Tato turbína je konstrukčně složitější než Francisova a ve své podstatě se jedná o přetlakovou axiální turbínu.

Peltonova turbína: jedná se o rovnotlakou turbínu, která byla sestavena L. A. Peltonem v roce 1880. Tato turbína využívá tzv. "dýzy", ve které se tlaková energie vody mění na kinetickou energii paprsku vstřikovaného na lopatky turbíny. Regulace je zajištěna změnou výtokového otvoru dýzy. Díky svému tvaru je vhodná pro velké spády.

Bánkiho turbína: konstruktérem je Donát Bánki a svou turbínu si registroval na patentovém úřadě v roce 1917. Jedná se o rovnotlakou turbínu, která se využívá pro malé a střední spády. Voda u této turbíny přes lopatky prochází až 2x - při vstupu do oběžného kola a následně při jeho opuštění.

Vodní elektrárny se řadí mezi obnovitelné zdroje energie, což je dáno neustále protékající vodou skrze turbíny, jejichž energie se poté dále zpracovává. Odborně se tomuto cyklu říká "hydrologický pohyb".

Vodní elektrárny jsou výhodné i díky tomu, že neprodukují při výrobě elektřiny žádné emise a jsou vhodným zdrojem.

Výhodou je i to, že je můžete zrekonstuovat z nejmenších částí a vytvořit tak jen průtokové elektrárny a nižší, ale stálé kapacitě kW. Ve své podstatě vodní elektrárnu (startovací) si mohou vytvořit i samoty či malé obce, které nemají dostatečné finance, ale kolem jejich usedlostí je aktivní tekoucí vodní zdroj.

Jak funguje vodní elektrárna

Vodní elektrárna využívá hydropotenciální energii vody k výrobě elektrické energie. Zde je obecný popis fungování vodní elektrárny:

1. **Sběr vody:** Voda je shromažďována v nádrži nebo přehradě. Tato nádrž může být umělá (vytvořená lidskou činností) nebo přirozená (například jezero). Shromažďování vody umožňuje kontrolu nad množstvím vody, které bude moci plynout dolů k turbíně.

2. **Proudění vody:** Při potřebě výroby elektřiny je voda uvolněna z nádrže nebo přehrady a začne proudit dolů k turbíně. Gravitace zajišťuje, že voda má potenciální energii, která se mění na kinetickou energii, když proudí dolů.

3. **Turbína:** Kinetická energie vody pohání turbínu, což je zařízení, které se otáčí pod vlivem proudu vody. Existují různé typy turbín, jako jsou Francisova, Kaplanova nebo Peltonova turbína, které jsou vhodné pro různé podmínky proudění vody.

4. **Generátor:** Otočení turbíny pohání generátor, který přeměňuje mechanickou energii turbíny na elektrickou energii. Generátor obsahuje cívky v magnetickém poli, které generují elektrický proud, když se pohybují v důsledku otáčení turbíny.

5. **Přenos elektrické energie:** Elektrická energie vygenerovaná v generátoru je přenášena do elektrické sítě pomocí vysokonapěťových vodičů. Tato elektrická energie může být pak distribuována a spotřebována uživateli.

6. **Kontrola a regulace:** Vodní elektrárna je vybavena kontrolními a regulačními systémy, které monitorují a řídí tok vody, otáčky turbíny a výkon generátoru. Tyto systémy zajistí, že vodní elektrárna pracuje efektivně a bezpečně.

Tímto způsobem využívá vodní elektrárna energii pohybující se vody k produkci elektřiny, což je čistá a obnovitelná forma energie.

Princip vodní elektrárny

Přitékající voda předává svou kinetickou (potencionální) energii turbíně, která roztáčí generátor připojený ke společné hřídeli.

Následně se rotační energie v generátoru mění na základě elektromagnetické indukce na energii elektrickou. Soustrojí turbíny a generátoru dohromady tvoří tzv. "turbogenerátor".

Výkon turbíny závisí na velikosti spádu, průtoku vody turbínou a její učinnosti. Výkon turbíny vypočítáme dle vzorečku:

P = ρ ∙ Q ∙ g ∙ H ∙ μ [W]

Kde "ρ" je hustota vody [1000 kg/m], "Q" průtok [l/s], "g" tíhové zrychlení [m∙s-2], "H" spád [m] a "μ" je účinnost turbíny.

Průtočná vodní elektrárna

Tento typ elektrárny vyžívá přirozeného průtoku řeky, kterou nemusíme ovlivňovat. Elektrárna u řeky je dimenzována na určitý objem a pokud je tento objem dovršen anebo překročen průtok vody, je zbytek vody odvedeno bez jiného využití a zpracování. Tyto elektrárny se dále rozdělují na jezové a na derivační.

Jezové vodní elektrárny

Tento typ elektráren využívá jezu pro vzedmutí hladiny a soustředění spádu, který se pohybuje cca mezi 10 až 20 metry.

Derivační elektrárny

Tyto elektrárny využívají derivační přivaděče, jako jsou potrubí, kanály či štoly. Tyto přivaděče odvádí vodu z koryta řeky k turbíně vodní elektrárny a následně na to je voda vrácena zpět do řečiště. Derivačních elektráren se využívá hlavně z důvodu, aby se zkrátila cesta řeky, a voda se využila pro výrobu elektrické energie.

Akumulační vodní elektrárny

Akumulační elektrárny využívají nahromadění vody a volného spádu při přehrazení řeky - u přehradních hrází. Většinou jsou umístěny ihned pod přehradou. Tyto elektrárny využívají řízeného odběru vody z akumulační nádrže.

Tyto elektrárny stabilizují vodní toky a chrání obyvatele před povodněmi. Nádrže jsou v mnoha případech zdrojem pitné vody pro vodárny či pomáhají zemědělcům či technikům v práci.

Přečerpávající vodní elektrárny

Slouží světu jako akumulátory elektrické energie a dokážou pokrýt i velké zatížení. Pracují tak, že jsou dvě různě výškově položené vodní nádrže, které akumulují energii. Voda je čerpána do výše položené věže a skrze turbínu, která vyrábí el.energii padá dolu do níže umístěné věže.

Slapové (přelivové) vodní elektrárny

Tento typ elektráren využívá kinetické energie - díky přílivu a odlivu, jenž vyrábí elektrickou energii. Nejvíce se těchto elektráren využívá v USA, kde rozdíl hladiny se pohybuje kolem 20 metrů, což dokáže zabezpečit maximální produkci elektrické energie.

Vodní elektrárny v ČR

V České republice bylo v roce v provozu na 9 velkých vodních elektráren. V současné době se hledají možnosti, jak nezatěžovat životní prostředí a využívat nové a nové možnosti, které by byli pro přírodu nejlepší. Mezi největší přečerpávací elektrárny patří:

Dlouhé stráně

Jedná se o nejvýše položenou vodní elektrárnu v České republice, která leží ve výšce 1353 metrů nad mořem. Nachází se nedaleko města Olomouc v pohoří Hrubý Jeseník. Vrchol se nachází 4 kilometry jihovýchodně od Koutů na Desnou.

Dalešice

Jedná se přečerpávací vodní nádrž, která leží na řece Jihlavě nedaleko města Třebíč. Vystavěna byla mezi lety 1970 až 1978 a maximální objem nádrže je 127,3 milionů metrů krychlových a tudíž je to jedna z největších vodních elektráren na Moravě. Maximální hloubka je 85,5 metrů. V okolí elektrárny funguje velice dobře lodní doprava, která převáží turisty i zboží pro prodej. Na vodní hladině se pohybovala dokonce i rekreační loď jménem "Vysočina", která byla dlouhá 26 metrů a těžká 30 tun.

Větrná elektrárna využívá síly větru k výrobě elektrické energie. Zde je obecný popis fungování větrné elektrárny:

1. **Větrný generátor:** Větrná elektrárna je vybavena větrným generátorem, který je umístěn na vysoké věži nebo sloupu. Generátor obsahuje rotor s velkými lopatkami, které jsou umístěny na větrné turbině. Větrná turbína se otáčí, když vítr fouká a pohání generátor.

2. **Zachycení energie větru:** Lopatky větrné turbíny jsou navrženy tak, aby zachytily co nejvíce energie z proudícího větru. Když vítr fouká, vytváří proudění vzduchu, které pohání lopatky turbíny a nastartuje otáčení rotoru.

3. **Přeměna kinetické energie na elektrickou energii:** Otáčení rotoru generuje mechanickou energii, která se přenáší do generátoru. Generátor obsahuje cívky a magnety, které společně generují elektrický proud, když se rotor otáčí. Tímto způsobem je kinetická energie větru přeměněna na elektrickou energii.

4. **Přenos elektrické energie:** Elektrická energie vyrobená větrnou elektrárnou je přenášena pomocí vysokonapěťových vodičů do elektrické sítě. Zde může být distribuována a spotřebována uživateli.

5. **Kontrola a regulace:** Větrná elektrárna je vybavena kontrolními a regulačními systémy, které monitorují rychlost větru a regulují otáčky rotoru tak, aby dosahovaly optimální úrovně efektivity. Tyto systémy také zajišťují bezpečný provoz elektrárny.

Větrné elektrárny jsou čistým a obnovitelným zdrojem energie, který využívá přírodní sílu větru k výrobě elektrické energie. Jsou šetrné k životnímu prostředí a přispívají k snižování emisí skleníkových plynů.

Historie větrných elektráren sahá až do starověku, kdy byly využívány primitivní formy větrných mlýnů k mletí obilí nebo pohonu dalších strojů. Nicméně moderní větrné elektrárny, které jsou schopné generovat elektrickou energii, mají svůj počátek až v 19. století. Zde je stručný přehled historie větrných elektráren:

 V roce 1887 postavil americký inženýr Charles F. Brush první větrnou elektrárnu určenou k výrobě elektřiny v Clevelandu, Ohio. Tato větrná elektrárna byla vybavena obrovským rotorovým kolem o průměru 17 metrů a generátorem, který produkoval elektrickou energii. Tento první experimentální projekt se stal inspirací pro další vývoj větrných elektráren.