Pro Atom web - vyvracení mýtů o jaderné energetice
| Seznam jaderných elektráren | Download |
  Hlavní menu
Úvodní stránka
Odkazy
Ankety
Aktuality
TOP 15

Podpořte nás
Naše ikonka

O nás


  Rubriky


  Reklama

  Reklama



  Pro Atom web
Email: proatom zavináč luksoft.cz
ISSN 1802-5331

(c) 2007-2008
Zásady ochrany osobních údajů






Názory

* Laické úvahy o budúcnosti energetiky

Vydáno dne 05. 02. 2007 (6819 přečtení)

Tento článek navazuje na článek: Pacyklový stroj môže zachrániť civilizáciu pre naše deti a nevyjadřuje názory redakce tohoto webu! (lr)

Základnými úlohami energetiky je produkovať silovú elektrickú energiu pre potreby priemyslu i maloodberateľov, vytvárať dostatočné zdroje na výrobu tepla pre potreby priemyslu a teplárenstva a vyrábať pohonné hmoty využiteľné v doprave.

So záujmom sledujem dostupné informácie z oblasti energetiky. Možno sa zhodneme, že je ich niekedy až neúrekom a k tomu aj často vyznievajú protichodne; jedny v nás vzbudzujú obavy, iné zas nabádajú k optimizmu. Overená skúsenosť hovorí, že „pravda je kdesi v strede“. Ale urobiť si, na základe tohto návodu, zmysluplnú predstavu o stave energetiky je zložitejšie ako sa na prvý pohľad zdá. Jednotlivé informácie možno prirovnať ku kamienkom zložitej mozaiky. Stačí ich správne poskladať, aby sme získali verný obraz predlohy, ktorú má táto mozaika odrážať? Celkom určite nie. Dôvod je jednoduchý. Informácie sú zverejňované - z časového i vecného hľadiska - spôsobom vyhovujúcim zdroju ich pôvodu. Voči sebe tu stoja prinajmenšom záujmy producentov a distribútorov energie, záujmy odberateľov, záujmy ekológov a politkov. Mať v tejto situácii hodnoverné informácie, znamená disponovať určitou výhodou, čo v tomto boji protichodných záujmov môže byť neraz rozhodujúce. Mať informačný predstih pred konkurenciou, umožňuje lepšie sa pripraviť na budúcnosť a zvýšiť si tak pravdepodobnosť trvalej udržateľnosti a aj budúceho profitu.

Laik sa často k podrobnejším informáciam, kvôli vyššie uvedeným dôvodom, jednoducho nedostane. To nie je až tak na závadu, pretože ako jednotlivec beztak celkový stav nemôže ovplyvniť. A pri snahe dopracovať sa k hodnovernej prognóze budúceho stavu to vadí ešte menej. Nato sú vo všeobecnosti potrebné len informácie zásadného významu, ktoré nemožno nijako utajiť ani podstatne skresliť.

Takže, ak zo zmesi rôzne dôležitých informácií (informácií s rôznou „výpovednou hodnotou“, faktov s rôznou „prioritou“) vyberieme tie správne „prioritné fakty“ (i, z nich šťastne odvodené, správne predpoklady) a vybudujeme na nich ako na spoľahlivej základni logickú konštrukciu, potom kvalita prognózy, ku ktorej sme takýmto spôsobom dospeli, bude zaručená.

Prioritnými faktami sú fakty, ktoré sú podstatné z hľadiska:

  • všeobecných zákonitostí
  • technických možností
  • ekonomických požiadavok
  • ekologických požiadavok
  • Všeobecné zákonitosti

    Pre energetiku majú zásadný význam niektoré fyzikálne a chemické zákony. Spomedzi fyzikálnych zákonov sa jedná predovšetkým o zákon zachovania energie a o zákon ekvivalencie hmotnosti a energie, ďalej o termodynamické zákonitosti. Z chemického hľadiska je dôležitý zákon o stálych zlučovacích pomeroch a energetické zákonitosti chemických väzieb. Medzi všeobecné zákonitosti treba zarátať aj fakt, že obnoviteľné zdroje energie (v súčasnom ponímaní) nemôžu vytvárať potrebný ekvivalent terajším zdrojom energie z fosílnych palív a zdrojom jadrovej energie.

    Z platnosti zákona zachovania energie vyplýva, že zo zdroja energie možno získať len toľko energie, koľko je v nej objektívne naakumulované, nie viac. Vedľajším dôsledkom toho je technický poznatok, že nemožno zostrojiť stroj, ktorý by pracoval bez toho, žeby neodoberal energiu z nejakého zdroja.

    Z existencie zákona o ekvivalencii hmotnosti a energie vyplýva, že reálnym zdrojom energie je aj jadrová energia, a jej zdroj predstavuje ďaleko najkoncentrovanejší zdroj energie v porovnaní so zdrojmi iných foriem energie.

    Chemické, resp. elektrochemické zdroje energie predstavuje energia obsiahnutá v chemických väzbách určitých látok (napr. palív). Uvoľňuje sa v priebehu chemických, resp. elektrochemických reakcií v podobe tepla alebo elektrického prúdu. Typickou chemickou reakciou tohto druhu je horenie. Horenie je vo všeobecnosti exotermická oxidačná reakcia, t.j. prebieha zlučovanie iných prvkov s kyslíkom a uvoľňuje sa pritom teplo. Typickým príkladom horenia je horenie uhlia alebo dreva. Exotermickými reakciami sú však aj mnohé iné chemické reakcie, napr. zlučovanie (horúcej) medi, vodíka či terpentínu s chlórom. Elektrochemické zdroje uvoľňujú, na základe vnútorných chemických zmien, energiu vo forme elektrického prúdu.

    Zákon stálych zlučovacích pomerov napr. spôsobuje, že v dôsledku spálenia 12g uhlíka vznikne 44g oxidu uhličitého. Nič proti tomu nezmôže námietka naivného ekológa, že spálením 1000kg benzínu počas prevádzky osobného automobilu v žiadnom prípade nemôže vzniknúť väčšie váhové množstvo oxidu uhličitého. V skutočnosti ho vznikne viac ako 3000kg.

    Objektívnu energetickú nedostatočnosť obnoviteľných zdrojov energie, z hľadiska súčasných energetických potrieb a známych spôsobov získavania energie, musia rešpektovať pri plánovaní budúcich energetických zdrojov všetci rovnako - producenti i spotrebitelia energie.

    Technické možnosti – historický prehľad

    Úroveň energetiky je podmienená úrovňou vedomostí a technickej úrovne tej-ktorej doby.

    Prvý zásadný vynález, ktorý človek uskutočnil už v prehistorickom období – vynález ohňa – mal energetickú povahu. Oheň dopomohol človeku k pohodlnejšiemu spôsobu života. Pečené mäso bolo chutnejšie a stráviteľnejšie ako mäso surové a v jaskyni, vyhrievanej a osvetľovanej ohňom vatry, bolo príjemnejšie a bezpečnejšie ako v podobnom, ale chladnom a tmavom priestore. Vynález ohňa však nič nezmenil na stave závislosti človeka od zberu plodov a na výsledkoch lovu. V prírode sa tvorilo viac dreva ako stihol spotrebovať. V tomto ponímaní teda človek žil v rovnováhe s prírodou. Rovnovážny stav nenarušil ani vynález roľníctva a osadenie sa človeka v osadách, ani vznik prvých štátov, ani rôzne historické epochy vrátane feudalizmu. Zdrojom energie bola svalová práca človeka a práca zvierat. Technickými zdrojmi energie boli len vodné kolesá a veterné mlyny, t.j. obnoviteľné zdroje energie.

    Rokom 1750 sa datuje počiatok technickej revolúcie, na ktorej počiatku stál primitívny parný stroj, využívaný ako náhrada živej koňskej sily pri čerpaní banskej vody. Po nevyhnutnom zdokonalení sa sféra jeho využitia rozšírila na produkciu mechanického pohybu v manufaktúrach a na pohon prvých železničných lokomotív, ktoré si už boli schopné voziť potrebnú zásobu uhlia so sebou.

    V 19. storočí došlo k prudkému rozvoju priemyslu a priemyselnej výroby, i železničnej dopravy, založeného takmer výlučne na ďalej zdokonalenom parnom stroji, takže toto obdobie dostalo príznačný názov „storočie pary“ (prívlastok excelentným spôsobom pripomenutý v známom filme „Marečku, podejte mi pero“).

    Keby sme analogicky hľadali výstižné označenie pre 20. storočie, mnohí by sa azda priklonili k označeniu „storočie jadrovej energie“, ale nebolo by to správne. Pri zohľadnení podstatných skutočností bolo 20. storočie skôr „storočím elektriny“. A to principiálne vďaka jednému-jedinému človeku – Nicolovi Teslovi s jeho koncepciou striedavého „polyfázového“ prúdu.

    Tesla vynašiel všetky základné prvky na uskutočnenie tejto koncepcie: generátor striedavého prúdu, transformátor i polyfázový motor (najprv dvojfázový, neskôr trojfázový). Táto koncepcia umožňovala prenos elektrickej energie na vzdialenosť desiatok a stoviek kilometrov s prijateľnými stratami. (Na rozdiel od beznádejných Edisonových zámerov presadiť jednosmerný prúd s jeho totálnou neschopnosťou šíriť sa na vzdialenosti presahujúceho niekoľko sto metrov; Edison-podnikateľ sa v tomto prípade šírenia technického pokroku prejavil ako spiatočník.) Všetko, čo nasledovalo potom, t.j. vývoj a výroba najrôznejších elektrospotrebičov, to je len „technologická nadstavba“ na „Teslovom fundamente“ produkcie a rozvodu silového striedavého elektrického prúdu.

    Nevídaný rozmach technického pokroku v 20. storočí mal za následok aj netušený užívateľský komfort v najrozličnejších sférach ľudskej činnosti. Okrem elektrického prúdu sa na tomto výsledku unikátnym a neopakovateľným spôsobom podieľala aj ropa, resp. produkty z ropy a to rôzneho druhu, vrátane pohonných hmôt. Benzín, nafta a letecký petrolej našli uplatnenie predovšetkým v doprave. Preto je označenie 20. storočia ako „storočie ropy“ prinajmenšom rovnocenné označeniu „storočie elektriny“.

    Stretol som sa s názorom, že – z ekonomického hľadiska – je ropa vlastne bezcenná surovina. Ešte v treťom kvartáli 19. storočia vraj bola ropa vnímaná ako prakticky nepotrebná mazľavá tekutina. Ani s týmto názorom nemožno súhlasiť, pretože údajne už Lomonosov považoval ropu za veľmi cennú chemickú surovinu a prirovnal spaľovanie ropy k spaľovaniu peňazí.

    Ropa vznikala v priebehu geologických dôb rádovo tisíckrát a viackrát pomalším tempom, ako sa dnes ťaží a spotrebúva, jedná sa teda o koristnícky spôsob jednorázového využitia neobnoviteľného zdroja energie. Pritom sa ropa okrem iného spotrebúva aj na strategicky významne činnosti, napr. pri intenzívnom dorábaní potravín, čo je fenomén, ktorý po tisícročiach ľudskej existencie človeka v rovnováhe s prírodou túto rovnováhu narušil v neprospech prírody. Inými slovami, ľudstvo je k datu premnožené a trend premnožovania trvá. Tento trend možno zachovať len do vyčerpania globálnych ropných zásob. Možno predpokladať, že potom sa narušená rovnováha, medzi životnými potrebami človeka a možnosťami prírodných zdrojov na ich uspokojovanie, obnoví takmer skokom, trvajúcim len niekoľko málo rokov, a s katastrofálnymi následkami pre stomilióny pozemšťanov.

    Ak sa z uvedeného dôvodu energetika dokáže vysporiadať s problémami reštrukturalizácie energetických zdrojov tým spôsobom, že terajšiu domninatnú úlohu fosílnych palív nahradí napr. jadrová energia, bude tým síce zabezpečený dostatok elektrickej energie pre priemysel a pre maloodberateľov, ale nevyrieši to problém alternatívnych pohonných hmôt v doprave, predovšetkým leteckej. Toto je špecifický problém, ktorý sa bude musieť riešiť osobitne. Každopádne platí, že v 21. storočí sa energetika nevyhne reštrukturalizácii zdrojov ani zmene nazerania na niektoré čiastkové momenty problematiky.

    Technické možnosti v súčasnosti – alebo – „kocky sú hodené“

    Súčasnú globálnu energetickú situáciu možno vystihnúť veľmi stručne.

  • Globálne zásoby ropy sa vyčerpajú najneskôr do r. 2050.
  • Využívanie zemného plynu sa zintenzívni, pretože okrem výroby tepla sa bude viac využívať aj ako pohonná hmota v doprave. Je zdrojom emisií oxidu uhličitého, čo je nevýhodné z ekologického hľadiska.
  • Využívanie uhlia na produkciu elektrickej energie bude obmedzené z ekologických dôvodov, pretože je ešte väčším zdrojom emisií oxidu uhličitého.
  • Známe druhy obnoviteľných zdrojov energie objektívne nemôžu nahradiť výkon klasických energetických zdrojov. Bez existencie výsokovýkonných centrálnych zdrojov energie a rozvodných sietí by boli z hľadiska užívateľského komfortu v podstate nefunkčné a ako také bezcenné. Okrem toho sú nateraz nevýhodné z ekonomického hľadiska a niektoré aj problematické z ekologického hľadiska.
  • Ekvivalentnú, ekologicky prijateľnú náhradu za klasické energetické zdroje nateraz umožňuje len jadrová energia, avšak pri rovnako nízkej účinnosti výroby elektrickej energie.
  • V súvislosti s nízkou účinnosťou premeny tepla na mechanickú (a ďalej elektrickú) energiu je aktuálne sa pýtať, či objektívne neexistuje aj iný, výhodnejší spôsob premeny tepla na mechanickú prácu. Táto otázka má zásadný význam pre budúcnosť, ale z poznatkov klasickej termodynamiky žiadna konkrétna odpoveď nevyplýva. Klasická termodynamika sa takou možnosťou nezaoberala ani nezaoberá.
  • Pre racionálne uvažujúceho človeka nie je problém dôjsť k záveru, že, po prvé – ak sa chceme súčasne pokúsiť čeliť problémom vyplývajúcim z globálneho oteplovania – je potrebné čím skôr podstatne obmedziť spaľovanie zostávajúcich fosílnych palív, a, po druhé, nateraz jedinú reálnu možnosť ako zachovať súčasnú produkciu silovej elektrickej energie aj v budúcnosti predstavuje adekvátne rozvinutie jadrovej energetiky v čo najbližšej budúcnosti. takže 21. storočie si celkom určite napokon vyslúži označenie „storočie jadrovej energie“.

    Jadrová energetika zachová systém centrálnych zdrojov energie, poprepájaných prenosovými sústavami s veľkoodberateľmi. Tým sa zachová aj možnosť budúceho uplatnenia dokonalejších zdrojov obnoviteľnej energie, lebo vzdať sa ich pod dojmom terajších nevýhod by bolo nerozumné - predovšetkým z hľadiska potreby diverzifikácie zdrojov energie, ktorá okrem iných výhod zvýši aj odolnosť systému voči dôsledkom teroristických útokov. Obnoviteľné zdroje energie zrejme budú stále predstavovať len relatívne málovýkonné energetické jednotky, ale určite sa uplatnia predovšetkým pri zabezpečovaní energetických potrieb maloodberateľov na miestnej úrovni. To bude mať pozitívny spätný vplyv na prenosové siete. Jednak tým poklesnú nároky na ich prenosovú kapacitu, a dôsledky prípadných porúch prenosových sietí budú, z hľadiska maloodberateľov, celkom eliminované v lokalitách s vyrovnanou energetickou bilanciou. Za takýchto okolností postačí menší výkon centrálnych zdrojov energie, čo zvýši ich bezpečnosť pre prípad havárie.

    Takto zamýšľaná reštrukturalizácia energetiky by však nebola vôbec jednoduchá, a to z týchto dôvodov:

  • Energetika na báze fosílnych palív má dominantný podiel pri výrobe elektrickej energie a tepla a existujúce zásoby palív, predovšetkým uhlia, umožňujú jej ďaľšiu dlhodobú existenciu – v prípade potreby, aj napriek všetkým ekologicky negatívnym dopadom na životné prostredie.
  • Jadrová energetika sa neteší potrebnej obľube, dlhodobo musí čeliť pseudo- ekologickej demagógii.
  • Jadrová energetika v úlohe monopolného výrobcu elektrickej energie by sa musela vzdať odbytového sektora maloodberateľov - v prospech producentov elektrickej energie prostredníctvom obnoviteľných zdrojov energie.
  • (Súčasné) obnoviteľné zdroje energie sú pre svojich vlastníkov ekonomicky rentabilné len vďaka politickému rozhodnutiu - štátom dotovanej výkupnej cene elektrickej energie. Napriek tomu sú (niekedy) podporované z pseudo-ekologických dôvodov a z dôvodov ekonomickej výhodnosti pre zainteresované podnikateľské kruhy.
  • Nie sú vytvorené dostatočné technické predpoklady na objektívnu ekonomickú i ekologickú výhodnosť obnoviteľných zdrojov energie.
  • Za účelom vzniku týchto požadovaných predpokladov je potrebné nutne zvýšiť účinnosť procesu premeny tepla na elektrickú energiu v jadrových elektrárňach.
  • Za účelom požadovaného zvýšenia účinnosti je potrebné uvažovaný proces premeny nejakým spôsobom inovovať, resp. ho nahradiť účinnejším procesom.
  • Nato, aby uvažovaná reštrukturalizácia energetiky „dostala zelenú“, je potrebné pozmeniť situáciu takým spôsobom, aby zmena bola prospešná pre všetkých zainteresovaných a aby dôvody ich odporu proti zmene zanikli.

    Využitie pacyklového stroja pri reštrukturalizácii energetiky

    Čo urobiť preto, aby sa tak stalo? Kde a ako začať?

    (Hypoteticky) predpokladajme, že disponujeme princípom, ktorý umožní – povedzme trojnásobne – zvýšiť účinnosť procesu premeny tepla na elektrickú energiu, a že tento princíp použijeme na zvýšenie účinnosti existujúcich jadrových elektrární. To by znamenalo, že , bez akéhokoľvek navýšenia tepelného výkonu jadrových elektrární, by sme mohli odstaviť tepelné elektrárne s dvojnásobným elektrickým výkonom terajšieho elektrického výkonu jadrových elektrární. Z ekonomických dôvodov by sa tak zrejme stalo až po uplynutí doby ich životnosti a malo by to blahodárny vplyv na životné prostredie. Celkový elektrický výkon energetickej sústavy by pritom zostal zachovaný.

    U energetických spoločností, vlastniacich súčasne tepelné i jadrové elektrárne by to nemal byť problém. Ťažisko produkcie elektrickej energie by sa jednoducho presunulo z tepelných na jadrové elektrárne. Cena silovej elektrickej energie by poklesla. Predpokladajme tiež, že by jadrové elektrárne stratili odbyt energie v sektore maloodberateľov. Tieto straty by im však vynahradili zisky z inej strany, čo vysvetlím neskôr.

    Jediným podnikateľským subjektom v energetike, ktorý by stratil zmysel podnikania, by boli uhoľné banské spoločnosti.

    Kardinálnym problémom pri realizácii načrtnutého scenára je otázka ako dosiahnuť to trojnásobné zvýšenie uvažovanej účinnosti. Odpoveď znie – využitím pacyklového stroja.

    (Hypoteticky) predpokladajme, že pacyklový stroj je reálny vynález. Ďalej ubažujme takto. – Pacyklový stroj je technické zariadenie schopné meniť teplo okolia na mechanickú prácu. Z jeho funkčného princípu vyplýva, že sa tak deje prostredníctvom vnútornej energie jeho pracovného média, ktorým môže byť napr. obyčajný vzduch. Hustota energie, obsiahnutá vo vzduchu za normálnych podmienok – pri izbovej teplote a pri bežnom atmosferickom tlaku - je však malá (cca 350 000 J/m3) a tým je limitovaný výkon konkrétneho pacyklového stroja. Hornú hranicu dosiahnuteľného maximálneho výkonu pacyklového stroja, ktorú som (za normálnych podmienok) odhadol rádovo na 1 MW, môže veľmi pozitívne ovplyvniť koncentrovaný zdroj tepla, situovaný v tesnej blízkosti pacyklového stroja, aby toto teplo mohlo intenzívne prestupovať plášťom do vnútra stroja. Ideálnym zdrojom tepla pre daný účel sa javí nezúžitkované teplo z jadrových reaktorov, ktoré sa musí prácne rozptyľovať do okolia pomocou impozantných chladiacich veží a spotrebuje sa pritom veľa chladiacej vody.

    Jadrový reaktor s elektrickým výkonom 1000 MW produkuje okrem toho tepelný výkon 4000 MW „jalového“ tepla. Toto teplo nemožno v lete využiť na vykurovanie, ba aj vyrobený „nočný prúd“ má podružné využitie – napr. na verejné osvetlenie. Tento stav je krajne neefektívny, ale musíme ho rešpektovať z titulu existujúcich iných technických a technologických možností. Je nad slnko jasnejšie, že príspevok obnoviteľných zdrojov energie je za daného stavu viac ako problematický. (Stretol som sa už s titulkom: Nulová cena energie vetra.)

    Rozmerovo patrične dimenzovaný pacyklový stroj, určený na zúžitkovanie „jalového“ tepla, by možno mohol dosiahnuť výkon 10, 20, ba možno aj 50 MW, osobne to dnes neviem zodpovedne odhadnúť. Potom mnohopočetná skupina takýchto strojov by bola schopná vysporiadať sa s výkonom „jalového“ tepla jadrových reaktorov a to by malo veľmi priaznivé ekonomické dopady.

    V sektore maloodberateľov by sa uplatnili pacyklové stroje s výkonom 20 – 50 kW (pre samostatné rodinné domy) a stroje s výkonom 1 – 2 MW , prevádzkované mestskými elektrárňami, ktoré by uspokojovali spotrebu elektrickej energie v bytových domoch a (možno aj) malých miestnych výrobných prevádzkach.

    Výpadok tržieb za elektrickú energiu od týchto odberateľov by si energetické podniky vynahradili prevádzkovaním obnoviteľných zdrojov energie. Ako? Ako príklad uvažujme veternú farmu. Dnes taká farma – každá veterná elektráreň – produkuje elektrickú energiu živelne: nepravidelne a s premenlivým výkonom. Bolo by ideálne, keby sa dala využívať napríklad na produkciu vodíka elektrolýzou vody. Vodík je potenciálnym „energonosičom“, t.j. médiom, v ktorom by sa mohla uskladňovať prebytočná energia. Je tu však zásadný problém: plynný vodík sa pre daný účel vonkoncom nehodí, a skvapalňovanie vodíka (aby bol dostatočne skladný, dobre manipulovateľný a relatívne bezpečný) je proces energeticky tak náročný, že sa to dnes neoplatí. V tejto súvislosti treba poznamenať, že hovoríme o skvapalňovaní vodíka pomocou kompresorov, t.j. za použitia vysokých tlakov a intenzívneho chladenia. Pacyklový stroj možno využívať aj ako „beztlakový“ skvapalňovač plynných médií. Teda aj vodíka, a to bez použitia vysokých tlakov a bez potreby nejakého chladenia. A to aj na kde-kade roztrúsených miestach, kde by sa mohol kvapalný vodík akumulovať do potrebných množstiev, lebo jeho preprava na miesta ďalšieho využitia by takto mohla byť viac-menej bezproblémová. Tým sa technické okolnosti situácie zásadne menia.

    Menili by sa aj ekonomické okolnosti. Jadrové elektrárne by si mohli svoje „energetické portfolium“ rozšíriť o najvýkonnejšie obnoviteľné zdroje elektrickej energie a túto energiu využívať na výrobu vodíka. Okrem nej, pochopiteľne, aj všetku prebytočnú energiu v čase mimo energetických špičiek, najmä v noci.

    Takto vyrobený vodík by sa mohol využiť v doprave ako ekologické palivo na pohon motorových vozidiel. Tržby z vodíka by určite hravo prevýšili oželené tržby za elektrickú energiu od malospotrebiteľov. Dokonca, v prípade, že by výkon energetických zdrojov (pacyklových motorov) presahoval okamžitú potrebu, nadbytočný prúd by sa mohol vracať do systému centrálnej energetickej sústavy a zúžitkovať tiež na výrobu vodíka alebo iného energonosiča.

    Reálnosť tejto vízie je podmienená jediným – reálnosťou funkčného princípu pacyklového stroja. Ak je reálny, vyššie uvedené laické myšlienky možno chápať ako ambiciózny program technického, ekonomického i ekologického rozvoja spoločnosti v 21. storočí, ktorého sa – ako univerzálneho „zaklínadla“ – chopia aj všetci politici v okamihu, keď ich odborníci ubezpečia, že sa nejedná o žiadne vzdušné zámky.

    Opäť nastáva situácia, keď jedna obyčajná myšlienka môže nevídaným spôsobom ovplyvniť budúcnosť. Pred sto rokmi to bola Teslova idea striedavého prúdu, dnes je to idea pacyklového stroja. Tým chcem, bez ďalších rečí, opäť zdôrazniť, ako nesmierne významná môže byť jedna-jediná myšlienka, a že teda nehodno nijakú myšlienku ľahkovážne, bez zodpovedného posúdenia, zavrhnúť do zabudnutia.

    Všeobecný popis funkčného princípu pacyklového stroja

    Všeobecné informácie o možnostiach pacyklového stroja sa už na internete vyskytujú. Pretože nebol zverejnený jeho funkčný princíp, vyskytli sa len predvídané reakcie – otvorený i skrytý výsmech, nedôvera aj opatrný záujem, lacná anonymná zvedavosť. To bolo zhruba všetko.

    Nechcem serióznych čitateľov zbytočne dráždiť „tajuplnými rečami“ o „zázračnom“ pacyklovom stroji. Pretože to má svoj význam, skôr chcem dokumentovať úroveň svojich vedomostí a reagovať aj na doterajšie diskusie na ProAtomwebe na túto tému. Uvádzam teda ďalšie, doteraz na internete nezverejnené údaje o funkčnom princípe pacyklového stroja, z ktorých si možno urobiť o ňom názornejšiu predstavu aj bez detailných informácií. Premyslieť si uvedené argumenty rozhodne má zmysel, pretože tak možno najskôr pochopiť, aké (nenápadné a ľahko prehliadnuteľné) resty nám teoretici svojho času zanechali v termodynamike.

    Východiskom úvah je starý, dobre známy Carnotov cyklus. Sadi Carnot si položil otázku, či účinnosť parného stroja závisí od použitého pracovného média. Aj pri nie celkom správnych predstavách o teple dospel k správnemu záveru, že nesúvisí. Ideálna účinnosť Carnotovho cyklu je len funkciou teploty ohrievača a chladiča. Tým bola zdôvodnená reálna (žalostne nízka) účinnosť konkrétnych prevedení parného stroja. Maximálnu účinnosť dosahuje vratný stroj a účinnosť všetkých vratných strojov (s danými teplotami ohrievača a chladiča) je rovnaká. Carnot sa s dosiahnutými výsledkami uspokojil o to skôr, keď zrejme pochopil, že svojou prácou predbehol dobu a že ju nikto nie je schopný náležite oceniť.

    Nie je mi známe, že by sa Carnot alebo niekto druhý zaoberal aj otázkou existencie alternatívnych spôsobov premeny tepla na mechanickú prácu.

    Priebeh a charakteristický tvar Carnotovho cyklu sa zvykne zobrazovať v pV-diagrame, ktorý si všíma vzťah medzi tlakom p a objemom V plynného pracovného média, a to v závislosti od teploty T, ktorá je v pV-diagrame zobrazovaná pomocou izoteriem. Okrem toho sa Carnotov cyklus zvykne zobrazovať ešte v TS-diagrame, ktorý si všíma zmeny entropie S a teploty T v priebehu cyklu.

    Obrazec pracovného cyklu v pV-diagrame pozostáva z dvoch (úsekov) izoteriem a dvoch adiabat a práca, vykonaná v priebehu jedného cyklu, je úmerná ploche A tohto obrazca.

    Pre Carnotov cyklus je charakteristické, že pracovné médium odoberá z ohrievača teplo Q1 , rozpína sa najprv izotermicky, neskôr adiabaticky, a takto vykoná kladnú prácu (A +X). Potom nasleduje izotermická a neskôr adiabatická kompresia, pričom sa vykoná záporná práca X. Počas izotermickej kompresie sa musí zvyškové teplo Q2 (nepremenené na mechanickú prácu) nutne odovzdať chladiču. Ináč by nebolo možné, pri tomto kruhovom deji, vyzískať z pracovného cyklu výslednú – užitočnú - prácu A (ako rozdiel medzi vykonanou kladnou a zápornou prácou) a navrátiť vratný tepelný stroj do východiskovej polohy, aby mohol prebehnúť nasledujúci pracovný cyklus. Platí tiež (podľa zákona zachovania energie, resp. I. vety termodynamickej): A = Q1 - Q2.

    To nie je všetko. Aby sa chladič odovzdávaným zvyškovým teplom „nezahlcoval“, t.j. aby nestúpala jeho teplota a neznižoval sa tak rozdiel teplôt medzi ohrievačom a chladičom, musí existovať dostatočný teplotný gradient ∆T medzi chladičom a jeho okolím. Tento gradient zabezpečuje rovnako intenzívne rozptyľovanie zvyškového tepla do okolia ako je intenzívny príjem zvyškového tepla chladičom. Inými slovami, zvyškové teplo len prestupuje chladičom z (teplejšieho) parného stroja do (chladnejšieho) okolia. Deje sa tak v zmysle povestnej II. vety termodynamickej: teplo samovoľne prechádza z teplejšieho telesa na chladnejšie.

    Tento popis je zobrazený na obr. 1, a to v TS-diagrame.

    Z popisu Carnotovho cyklu vyplýva, že medzi teplami Q1 a Q2 je zásadný rozdiel. Z množstva tepla Q1 možno istú časť využiť na konanie užitočnej mechanickej práce A . Naproti tomu celé množstvo tepla Q2 je už v Carnotovom cykle naprosto nevyužiteľné, ba dokonca škodlivé, keďže hatí proces premeny tepla na mechanickú prácu a treba sa ho zbavovať. Pri študovaní tohto problému zohráva špecifickú úlohu pojem entropie S .

    Carnotov cyklus zobrazený v TS-diagrame.
    Obr. 1. Carnotov cyklus zobrazený v TS-diagrame.

    S popisom Carnotovho cyklu som sa unúval preto, aby som mohol poukázať na podstatné, rozdielne momenty pri jeho porovnaní s pacyklom.

    Vidíme, že v TS-diagrame sa „horná“ izoterma zobrazuje v úsečke s počiatkom v bode Z, ktorým je označený počiatok Carnotovho cyklu. Entropia pracovného média má vtedy hodnotu S1. Médium sa izotermicky rozpína, prijíma teplo Q1 a koná prácu. Entropia narastá na maximálnu hodnotu S2. Médium sa ďalej rozpína adiabaticky, t.j. koná prácu na úkor svojej vnútornej energie a ochladzuje sa pri nemeniacej sa hodnote entropie S2. Adiabatický úsek sa zobrazuje ako úsečka LM. Nasleduje izotermická kompresia, zobrazená úsečkou MN, počas ktorej je médium ochladzované chladičom a odovzdáva mu teplo Q2. Entropia klesá z hodnoty S2 naspäť na hodnotu S1 a nasleduje adiabatická kompresia MZ, ktorá na tomto fakte už nič nemení. Preto platí, že ideálny vratný stroj pracuje bez zmeny entropie (v uvedenom zmysle). Na rozdiel od nevratných strojov, u ktorých entropia narastá.

    Priebeh pacyklu je schematicky znázornený na obr.2. Je na to využitý tiež TS-diagram, aby charakteristické rozdiely analyzovaných prípadov vynikli čo najviac. Obrázok som súčasne využil aj na zobrazenie reťazenia pacyklov.

    Pacyklový stroj pracuje na úkor vnútornej energie svojho pracovného média.

    Prvú fázu pacyklu predstavuje príprava pracovného média na konanie práce. Jeho vnútorná zmena je sprevádzaná poklesom teploty a nárastom entropie. To znázorňuje úsečka ZL na obr.2., ktorá nemá, na rozdiel od obr.1., horizontálny priebeh, ale je naklonená.

    V druhej fáze pacyklu dochádza k vyvedeniu mechanickej práce zo stroja von. Pracovné médium sa ďalej ochladzuje, lebo práca sa koná na úkor jeho vlastného tepla. Súčasne dochádza k poklesu entropie. (Odčerpanie tepla konaním mechanickej práce je porovnateľné s odvedením tepla do chladiča.) Toto znázorňuje úsečka LM na obr.2., odklonená od vertikály smerom k nižším hodnotám entropie.

    Tretiu fázu pacyklu predstavuje konsolidácia pracovného média po vykonanej práci. V dôsledku toho teplota média mierne vzrastie smerom k pôvodnej hodnote, ale entropia ďalej poklesne – presiahne pôvodnú hodnotu na počiatku pacyklu. (Konsolidácia sa deje opäť na úkor vnútorného tepla pracovného média a je to opäť porovnateľné s odvedením tepla do chladiča.) Tomu zodpovedá úsečka MN na obr.2.

    Pacyklus končí v bode N.

    Konsolidované stavové parametre pracovného média v bode N však tvoria zostavu, natoľko podobnú zostave počiatočných parametrov média v bode Z, že to nemá na ďaľšiu funkčnosť stroja žiaden podstatný vplyv. Pacyklový stroj je skonštruovaný tak, že nasledujúci pacyklus môže započať aj z bodu N atď.

     Pacyklus ZLMN a reťazenie pacyklov.
    Obr. 2. Pacyklus ZLMN a reťazenie pacyklov.

    Dôsledkom tejto unikátnej možnosti pacyklového stroja je postupné reťazenie pacyklov, ako je zobrazené na obr.2. Teplota pracovného média, i entropia, postupne klesajú. Vnútro pracujúceho pacyklového stroja sa ochladzuje oproti teplote okolia čoraz viac, takže vytvorí oblasť chladu, ktorú som nazval „teplotná jama“.

    Principiálne existujú dve možnosti: a) pacyklový stroj je tepelne izolovaný od svojho okolia, b) nie je tepelne izolovaný od svojho okolia.

    Ak je pacyklový stroj tepelne izolovaný od svojho okolia, funguje súčasne ako chladiaci stroj i ako skvapalňovač. Počas prevádzky koná prácu výlučne na úkor vnútornej energie svojho pracovného média, napr. vzduchu. To znamená, že teplota v tepelnej jame poklesne až na teplotu skvapalňovania vzduchu. Skvapalnený vzduch stráca schopnosť fungovať ako pracovné médium, predstavuje „odpad“ chladiaceho procesu, treba ho zo stroja odvádzať. Nahradiť skvapalnený vzduch novou dávkou vzduchu v plynnej forme je veľmi jednoduché. V dôsledku ochladzovania klesá aj tlak, v pacyklovom stroji teda vzniká podtlak voči atmosferickému tlaku. Ak nie je stroj hermetizovaný, spontánne doň vniká v potrebnom množstve teplejší vzduch z okolia. Tým sa tlak vo vnútri a vonku automaticky vyrovnáva, takže obal stroja nemusí byť pancierovaný.Výkon stroja je limitovaný práve množstvom vnútornej energie tohto vnikajúceho vzduchu.

    Ak nie je pacyklový stroj tepelne izolovaný od svojho okolia, funguje ako obnoviteľný zdroj energie. Okrem energie, viazanej na hmotnosť vnikajúceho vzduchu, totiž cez jeho plášť prestupuje okolité teplo, takže výkon stroja je limitovaný súčtom týchto dvoch energetických tokov. Je zrejmé, že prestupujúce teplo je z energetického hľadiska výdatnejší zdroj ako energia vtláčaného vzduchu. Ide len o to, zabezpečiť potrebnú intenzitu prestupu tepla cez plášť stroja do jeho vnútra. Intenzita prestupu tepla je okrem iného funkciou teplotného gradientu medzi okolím stroja a jeho teplotnou jamou.

    Teplota v teplotnej jame je nižšia ako teplota okolia. Po naštartovaní pacyklového stroja prevažná časť vyvedenej mechanickej práce pochádza z vnútornej energie vzduchu, postupne však prevažuje podiel, ktorý má pôvod v prestúpenom teple. Teplota v teplotnej jame klesá až do okamihu vzniku rovnováhy medzi výkonom toku prestupujúceho tepla a vyvádzaným mechanickým výkonom. Vtedy celkom ustane vtláčanie vzduchu a nastane situácia, keď spontánne pôsobiace vonkajšie vplyvy spôsobia, že koniec tohto špecifického pacyklu bude mať rovnaké stavové parametre ako začiatok. Pacyklus sa „zacyklí“. Uvedený stav je znázornený na obr.3.

    Teplotná jama a rovnovážny („zacyklený“) pacyklus.
    Obr. 3. Teplotná jama a rovnovážny („zacyklený“) pacyklus.

    Obr. 3. zobrazuje situáciu, keď teplota teplotnej jamy v pacyklovom stroji je na jednej strane dosť vysoká nato, aby nedochádzalo k skvaopalňovaniu vzduchu (ak by nám jeho odvádzanie malo komplikovať užívateľský komfort), ale dosť nízka nato, aby vznikol dostatočný teplotný gradient medzi teplotou teplotnej jamy a teplotou okolia. Gradient, zaručujúci rovnováhu medzi výkonom vstupujúceho tepelného toku a vystupujúcim mechanickým výkonom.

    Nazdávam sa, že je vhodné rozlišovať medzi kruhovým dejom (pracovným cyklom) klasických tepelných motorov a pacyklovým dejom aj v prípade rovnovážneho pacyklu, ktorý je špeciálnym prípadom pacyklu vo všeobecnosti. Rozdielov medzi nimi je viac, za najpodstatnejší možno považovať ten, že kým Carnotov cyklus predstavuje kruhový dej, spôsobený cielene vkladanou energiou paliva, jednotlivé pacykly v pacyklovom stroji prebiehajú na úkor spontánne prichádzajúcej energie.


    [Akt. známka: 4,25 / Počet hlasů: 4] 1 2 3 4 5
    Celý článek | Autor: František Cudziš | Počet komentářů: 375 | Přidat komentář | Informační e-mailVytisknout článek




      Anketa
    Co byste zvolili za nejpřijatelnější alternativu?

    Prolomení těžebních limitů (zbourání Horního Jiřetína) (335 hl.)
     
    Garance ceny pro nové bloky Temelína (70 Eur/MWh) (287 hl.)
     

    Celkem hlasovalo: 622

      Výměna odkazů

    Přípony souborů

    Zkratky

    Vlajky států světa

    Tapety na plochu PC

    Infrapanely

    Moderní a úsporné infrapanely. Zjístě více informací o infratopení.

    Tvorba stránek Ostrava

    Kvalitní a dostupné webové stránky.






      Nejčtenější články
    Spotřeba elektrické energie
    (04. 03. 2006, 39577x)
    Jaderné fóry
    (01. 04. 2007, 37507x)

      Kde to vře!
    Zajistíme energii bez prolomení limitů?
    27. 04. 2012
    Počet komentářů: 2282

    Regulace obnovitelných zdrojů – scénář S2040
    02. 01. 2012
    Počet komentářů: 2259

    PERMAKULTURA – příběh jedné komunity
    16. 02. 2007
    Počet komentářů: 1294

    Fotovoltaika - kšeft, za který všichni zaplatíme
    22. 02. 2009
    Počet komentářů: 1063

    Potěmkinovské šílenství s obnovitelnými zdroji
    02. 04. 2008
    Počet komentářů: 731

    BIOETANOL - naše naděje nebo past?
    07. 04. 2006
    Počet komentářů: 719


      Poslední komentáře
  • Jsem pro to, aby se zkoumaly různé možnosti, jak získávat (ale hlavně jak USPOŘIT) energii (u jadern . . . (Obnovitelné zdroje energie neexistují!)
  • U fotovoltaických systémů váhově převažuje beton (pokud nejsou organickou součástí střechy), potom . . . (Stop radioaktivnímu uhlí, start Zwentendorf!)
  • Dokazal to nekdo spocitat kdy JE vyprodukuje tolik energie kolik se do ni ze vsech zdroju vlozilo a . . . (Argumenty proti jaderné energetice)
  • Žiji na farmě, máme cca 100 ha polí a mléčný skot. Téma permakultury mě tedy docela zajímá, protože . . . (PERMAKULTURA – příběh jedné komunity)
  • Žiji na farmě, máme cca 100 ha polí a mléčný skot. Téma permakultury mě tedy docela zajímá, protože . . . (PERMAKULTURA – příběh jedné komunity)

  •   Počítadlo přístupů




    Web site powered by phpRS PHP Scripting Language MySQL Apache Web Server

    Tento web site byl vytvořen prostřednictvím phpRS - redakčního systému napsaného v PHP jazyce.
    Na této stránce použité názvy programových produktů, firem apod. mohou být ochrannými známkami
    nebo registrovanými ochrannými známkami příslušných vlastníků.