Vývin průmyslu a vzrůst spotřeby energie

Předešlé století bylo dobou velkého rozvoje průmyslového nejen v Evropě, ale hlavně amerického, kde Spojené státy, zbavené pout, jimiž vyspělý obchod anglický vázal volnost vývinu výroby svých kolonií, počaly plně využívati svých ohromných bohatství přírodních. Kdežto v Evropě vznikl průmysl nenáhlým vývojem z živností, vyvíjel se v Americe po osamostatnění rychlým vzmachem podle evropských vzorů. Vynález parního stroje a parní lokomotivy otevřely cestu rychlému využívání uhelného bohatství.

A byla to právě Amerika, která svými nesmírnými bohatstvími a podnikavým duchem pracovitých vystěhovalců a jejich potomků chopila se nových možností a prostředků s nesmírnou horlivostí nejen na počátku vývoje, nýbrž udržela si toto prudké tempo i dále, takže brzy nejen dostihla průmysl starého světa, ale předstihla jej měrou přímo úžasnou. K srovnání s našimi poměry třeba si uvědomiti, že Spojené státy zaujímají sice jen 5 % veškeré rozlohy zemské a jejich obyvatelstvo je jen 6 % veškerého obyvatelstva země, ale jejich výroba znamená skoro 50 % veškeré výroby světové, dík těmto ohromným zásobám přírodním, ze kterých samy vlastní 50 % uhlí a taktéž asi 50 % nejdůležitějších kovů z veškeré známé zásoby světové. Za těchto podmínek mohl se ovšem americký průmysl úžasně rychle vyvíjeti a dosáhnouti výše rozvoje v Evropě nedostižitelné. Rozsáhlost industrie americké nejlépe charakterizuje okolnost, že Spojené státy samy používají 45 % energie potřebné ve veškerém průmyslu.

Rychlost vývoje můžeme posouditi z množství energie, připadající na 1 dělníka, která na počátku XX. století činila ve Spojených státech 2,0 ks, v r. 1910 již 2,85, v r. 1920 pak 3,3 ks, a dostoupila koncem třetího desetiletí hodnoty 3,75 ks, kdežto u nás dosahuje asi poloviční výše 1,8 ks na 1 zaměstnance průmyslového.

Tato data nám jasně ukazují, jaké převahy nabývala práce strojů nad prací lidskou a jak důležitou složkou průmyslového vývoje jest výroba potřebné energie. Práce lidská se čím dále tím víc přeměňuje jen na řízení strojů.

Důmysl lidský vytvořil si ze zdrojů přírodních a stroje svého robota, který za každého jediného zaměstnance průmyslového koná práci odpovídající 18 mužům, uvážíme-li, že 1 ks odpovídá trvalému výkonu asi 10 mužů. Tento výkon přepočítaný na celé obyvatelstvo znamená, že stroje našeho průmyslu vykonávají trvalou práci, která odpovídá asi 1,5 násobnému výkonu, který by musilo vyvinouti veškeré naše obyvatelstvo po průměrnou dobu využívání strojů přes 101/2 hod. denně, což jest hodnota jistě hodná uvážení.

Dnešní celková světová spotřeba energie dostoupila ohromného výkonu asi 130 000 000 ks, což dává na 1 obyvatele celé zeměkoule průměr 0,07 ks. Z této energie připadá jen na Spojené státy 44 %, Britskou říši 22 % a Německo 12 %, na Francii pouze 2,3 %, Polsko a Japonsko asi 2 % a na Československo 1,6 %. Zajímavější jsou však data výkonu na 1 obyvatele, který je ve Spojených státech 0,48 ks, v Belgii 0,20 v Německu 0,17, v Československu 0,14, v Polsku 0,10, ve Francii 0,07, v Britské říši 0,06 ks. Tyto hodnoty nám nejlépe vyjadřují, jak postoupila industrializace v jednotlivých státech. Republika Československá stojí sice hodně daleko za předním průmyslovým harcovníkem, Spojenými státy americkými, ale v řadě evropských států zaujímá význačné místo hned za Německem a Belgií.

Tam dospěl stoletý vývoj průmyslový od doby, kdy jen zvířecí žentour a primitivní vodní díla byly jedinými pohonnými prostředky začínajícího průmyslu. Jen vývoj strojů a výroby energie přivedl průmysl a celou dnešní kulturu na její výši a povede ji ještě těmi cestami dále.

Spotřeba energie v jednotlivých odvětvích průmyslu

Máme-li sledovat vývoj výroby energie, musíme si nejprve všimnout její příčiny, spotřeby energie v jednotlivých průmyslových odvětvích. Jsou to nejen data, jak se různé kategorie účastní na celkové spotřebě energie, dále jakou její část si sami vyrábějí neb z jiných zdrojů odebírají, hlavně však data o průměrné spotřebě energie na 1 zaměstnance, která jsou nejzajímavější.

Náš průmysl zaměstnával koncem třetího desetiletí přes 1 100 000 zaměstnanců a potřeboval něco více než 2 000 000 ks k pohonu pracovních strojů, takže připadá na 1 zaměstnance průměrně více než 1,8 ks. Převedeme-li to na počet veškerého obyvatelstva v ČSR, obdržíme průměr 0,14 ks na 1 obyvatele, který je ovšem ve skutečnosti ještě vyšší, poněvadž je tu další spotřeba energie např. v dopravnictví aj. Ale již hodnota 1,8 ks na 1 průmyslového zaměstnance ukazuje jasně, jak daleko pokročila u nás mechanizace práce. Veliká část průmyslu vykazuje ovšem výkony na 1 zaměstnance nad tento průměr daleko vyšší, tak cukrovarství 1,9 ks, pivovarství 2,2 ks, lihovarství 2,8 ks, pilařství 2,1 až 4,0, papírny dokonce 4,6 až 7,0, uhelný průmysl 3,0 až 6,2, nejvíce však kovoprůmysl, jehož průměr činí 2,3 ks, ale v hutích a železárnách dosahuje dokonce vysoké hodnoty 7,0 až 15 ks na 1 zaměstnance. Převedeme-li tato data na výkon lidský, znamená to, že v hutích železářských vykonává se práce, rovnající se 70 až 150 násobnému výkonu, který by stačili vyvinout všichni jeho zaměstnanci. Je jistě těžká a často zdraví vyčerpávající práce těch 50 000 zaměstnanců našeho těžkého průmyslu železářského, ale je přece tak nepatrná proti velikosti práce strojů, které řízeny jejich vůlí s nimi spolupracující, práce, která představuje výkon 4 až 8 000 000 mužů. Z toho nejlépe vidět, co je hlavním nosným pilířem dnešní kultury. Tato hrubá, těžká práce průmyslu uhelného a železářského je prvotním procesem v řetězu výrobním, který nám opatřuje nejen všecky vymoženosti dnešní naší potřeby, ale i všecky nejjemnější přístroje a pomůcky, jimiž veškeré obory věd objevují nám stále zrychlujícím se tempem nové a nové zázraky a možnosti v nekonečném nám neznámu. Tato gigantická práce průmyslu je tou trpělivě oddanou Popelkou, která umožňuje bytí a rozvoj kultury duchovní.

Vraťme se však k prosaickým cifrám spotřeby energie. Ještě jedna skupina průmyslová má na 1 zaměstnance vysoký průměr 10 ks, a to mlynářství, kde již dávno dovedl člověk ve značné míře zapřáhnout vodní sílu do pracovního područí. V celkové spotřebě energie činí však mlynářství jen zlomek 4 %.

Průmysl uhelný a kovoprůmysl, základ všeho průmyslu ostatního, zaměstnávají samy ⅓ veškerého průmyslového zaměstnanectva a spotřebují bezmála ½ veškeré energie v průmyslu potřebné. Další význačnou skupinou podle velikosti spotřeby je textilnictví podílem skoro 20% a průmysl poživatin (cukrovarství, pivovarství a lihovarství) podílem 12%, kdežto teprve o zbývajících 20% dělí se pak veškeré ostatní skupiny průmyslové. Energie v průmyslu spotřebovaná není však veškerou energií, které člověk používá, ač tvoří ovšem její největší část. Doprava lodní, železniční, automobilní a letecká jsou další podstatní spotřebitelé. Poměr v dopravě spotřebované energie proti průmyslové výrobě možno posoudit podle spotřeby uhlí, která činí u dopravy asi 28% a u průmyslu 32% z veškeré uhelné spotřeby. Při tom nutno uvážit, že v průmyslu nespotřebuje se všechno uhlí na výrobu síly, nýbrž část též jen k účelům topným. Avšak nejen uhlí, ale i nafty potřebuje se v dopravě v míře zvlášť významné. Největším spotřebitelem je doprava lodní, ale i automobilová doprava sama spotřebuje 15% z veškeré produkce naftové.

Způsoby výroby a rozvádění energie

Výroba energie potřebné pro průmysl byla v začátcích vývoje vázána skoro jen na vodní sílu kromě nepatrného využití síly větrné a částečně i živočišné. Wattův vynález parního stroje zpřetrhal tato pouta průmyslu a umožnil mu nejen nezávislost na místě, ale hlavně neomezené vypětí v opatřování potřebné energie. Tím dán základ a směr velkému průmyslovému vývinu v celém minulém století. Svým silným rozmachem dospěl však brzy k hranicím dalšího vzrůstu, neboť při větší koncentraci se stalo rozvádění mechanické energie a zvláště její přenášení do vzdálenějších objektů velmi obtížným. Teprve rozvoj elektrotechniky koncem minulého století otevřel novou volnou cestu průmyslovému vývoji, který postupoval pak až do dnešní doby tempem přímo překotným, v němž vynikala zvláště Amerika.

Elektrizace pohonu dala vznik koncentraci výroby energie, která postupovala dvojím směrem. Ve velkých a rozlehlých průmyslových podnicích pro nesnadnost provádění mechanické energie na větší vzdálenosti bylo nutno dříve stavět samostatné poháněcí stroje, vyrábějící energii přímo v jednotlivých objektech, a koncentrace mohla se provádět jen částečně ve výrobě páry ve společných kotelnách, která se pak rozváděla na různá místa k jednotlivým hnacím strojům parním. Elektrizace umožnila však koncentraci výroby elektrické energie ve společných centrálách, umístěných v závodech odděleně od vlastních výrobních místností, kde pak mnohem pohodlnější elektromotory jako poháněcí stroje nahradily dřívější parní stroje. Druhý směr koncentrace vedl ke stavbě samostatných elektráren veřejných, které rozlehlými rozváděcími sítěmi dodávají pohon veškerému průmyslu drobnějšímu i živnostem. Dnešní stav převádění energie je takový, že pouze 38% veškeré energie přiváděné k pracovním strojům vyrábí a převádí se přímo ve formě energie mechanické, kdežto 62% se přenáší energií elektrickou. Z toho 32% vyrábí si průmysl sám ve svých závodních centrálách, kdežto 31% odebírá ze samostatných elektráren veřejných. Tyto poměry jsou ovšem u různých skupin průmyslových nestejné. Tak dřevařství používá dosud přímé mechanické energie ve vysoké míře 76% a také průmysl textilní, papírnický, keramický a průmysl poživatin asi z 50%. Elektrického rozvádění energie používá nejvíce kovoprůmysl, a to z 83%, průmysl chemický ze 78%, uhelný ze 70% a v téže výši i sklářství, kožařství a veškerý průmysl drobnější. Poměr odběru energie z cizích zdrojů proti celkové spotřebě energie různí se přirozeně u jednotlivých odvětví průmyslových od průměrné hodnoty 31%. Hlavně skupiny chemického průmyslu, a to chemický velkoprůmysl, průmysl poživatin, textilnictví a papírny jsou nejsoběstačnější a kryjí si spotřebu ze 100 až 80% vlastní tvorbou. Důvod je ten, že mohou využít zpětné páry od hnacích strojů pro účely topné, takže dosahují velmi hospodárného provozu. Naproti tomu stojí v čele koncentrace výroby energie opětně kovoprůmysl, který uvedené podmínky nemá; vyrábí si sám pouze 39% potřebné energie a zbývajícími 61% je největším odběratelem samostatných elektráren, jimž sám jen odebere 58% jejich proudu.

Všimneme-li si zdrojů, jež vyrábějí energii ať již mechanickou nebo elektrickou, vidíme, že veškerá energie vyrábí se dnes z 85% parou, 10% vodní silou, 3% plynem a 2% naftou. Samostatné elektrárny využívají proti těmto průměrným hodnotám něco více vodní síly podílem 14% ve své celkové výrobě a rovněž výroba plynem je u nich vyšší – 5% – vlivem elektráren hutních; naproti tomu vlastní výroba energie v průmyslových závodech má mnohem vyšší průměr – 89% – výroby parou. Vezmeme-li zřetel na to, jak kryje průmysl spotřebu energie svojí vlastní výrobou a odběrem energie cizí, obdržíme ovšem jiné rozdělení spotřeby energie, která je kryta 31% odběrem energie z elektráren, kdežto ze zabývajících 69% je kryto 61% výrobou parou, 5% vodní silou, 2% plynem a 1% naftou.

Uvedené výhody elektrizace pohonů průmyslových a snadnost přeměny energie mechanické v elektrickou a naopak způsobily od počátku XX. století rychlý a velký rozvoj elektrizace. Bylo ovšem třeba, aby se vymanila ze svého dětství let devadesátých minulého století a odloučila se od soustavy stejnosměrného proudu a nízkých napětí. Teprve používání střídavého proudu a vysokých napětí až 200 000 V poskytlo úplně nové možnosti rozvádět a přenášet energii i na velké vzdálenosti a dalo vznik koncentraci výroby energie ve velkých společných ústřednách ať pro široce rozvětvenou síť drobné spotřeby veřejných elektráren nebo ve velkých závodních elektrárnách rozsáhlých průmyslových podniků.

Rychlý vývoj elektrizace můžeme sledovat ze statistiky elektráren, podle které stoupala v jednotlivých desetiletích XX. století průměrná hodnota roční výroby v kWh na 1 obyvatele území ČSR z počátečních asi 40 kWh v r. 1900 na 60 kWh v r. 1910, 100 kWh v r. 1920 a asi 240 kWh v r. 1930. Ač se stoupajícím rozvojem průmyslu vzrůstal s počátku dosti značně i počet závodních elektráren, jichž bylo na území ČSR v r. 1910 asi 3 300, v r. 1920 asi 6 000 a v r. 1930 již 7 700, stoupal počet samostatných elektráren sice mnohem mírněji – bylo jich v uvedených letech asi 200, 290 a 320 – za to však tím rychleji vzrůstala velikost výstavby a výroba samostatných elektráren proti závodním. Kdežto průměrná výstavba veškerých elektráren pohybovala se v uvedených obdobích na výši asi 150, 170 a 300 kVA, vzrůstala u samostatných elektráren podstatně rychleji v hodnotách asi 500, 800 a 1900 kVA. Ještě prudším tempem rostla roční výroba, která u samostatných elektráren byla průměrně na 1 elektrárnu 0,6, 1,1 a 3,1 mil. kWh, kdežto u závodních elektráren vlivem nestejné zaměstnanosti dokonce přechodně klesla a byla průměrně 0,21, 0,17 a 0,30 mil. kWh ročně v jednom závodě. Tato data ukazují zřejmě prudký vývin samostatných elektráren v prvých třech desetiletích tohoto století, a byla by ještě výraznější, kdybychom z průmyslových výroben energie přiřadili velké elektrárny důlní a hutní k elektrárnám samostatným. Z celkové výroby elektrické energie připadá v letech 1910, 1920 a 1930 na samostatné elektrárny stále vzrůstající podíl 14, 26 a 31%, kdežto důlní a hutní elektrárny vyráběly skoro stejně 36, 39 a 35%, ostatní pak průmysl vyráběl si sám postupně stále méně 50, 35 a 34% z veškeré spotřebované elektrické energie. Jak s rozvojem elektrizace klesá po zavedení střídavého proudu vliv a upotřebení proudu stejnosměrného, ukazuje stálý relativní sestup jeho poměru k celkové energii elektrické, který byl na konci prvních tří desetiletí 28-16-8%, ač v absolutní hodnotě výroby přece ještě mírně vzrůstal z 200 na 250 mil. kWh ročně.

Pokud se zdrojů týká, budovaly se samostatné elektrárny převážně jako elektrárny parní, kterých bylo z celkového počtu sice jen 25%, ale s podílem na výstavbě v kVA 85% a na roční výrobě v kWh 83%. Vodní elektrárny v počtu 49% mají podíl na výstavbě jen 11%, ale na výrobě 15%, poněvadž mnohem lépe využívají výstavby. Elektrárny s pohonem s pohonem naftovým v počtu 26% mají podíl na výstavbě jen 4%, a na výrobě dokonce pouze 2% a sloužily více jako reservy nebo k občasnému jenom provozu. U průmyslových výroben elektrické energie jeví se rozdíly proti elektrárnám v tom, že vodní výroba činí v počtu sice také 51%, ale jejich podíl na výstavbě je jen 8% a na výrobě pouze 7%. Zato tím větší převahu má parní výroba, která dostupuje v počtu 37% a svými podíly ve výstavbě 87% a ve výrobě 84%. Spalovacích motorů používá se podle počtu u 12% a znamenají vlivem těžkého průmyslu hutního ve výstavbě 5% a ve výrobě dokonce 9%. Koncentrace výroby energie ve velkých centrálách veřejných i průmyslových zvyšovala rychlým tempem vzrůst velikosti jednotlivých elektráren jak zřejmo z počtu velkých samostatných elektráren s výstavbou přes 10 000 kVA, jaké byly na území ČSR v roce 1913 jen 2, v r. 1919 již 5, v r. 1926 pak 10 a v r. 1928 celkem 12. Kromě toho mělo v r. 1930 výstavbu přes 10 000 kVA ještě 16 elektráren závodních, úhrnem tedy 28 elektráren z celkového počtu 7940, z nich pak 6 mělo výstavbu dokonce přes 50 000 ks. Největší výstavba samostatné elektrárny dosáhla 68 000 ks, u průmyslové elektrárny 55 000 ks. V obou případech týká se to provozu parního, kdežto elektrárna s pohonem plynovým dosáhla výstavby 25 000 ks, s vodním pohonem 12 000 ks a s naftovým pohonem 2000 ks.

Srovnáme-li naše domácí poměry s průmyslově vyspělejším Německem, shledáme ovšem, že tam byla koncentrace provedena mnohem důsledněji, neboť z 36 000 elektrických centrál má 235 výstavbu nad 10 000 kVA, při čemž poměr samostatných proti průmyslovým 140:95 jest opačný proti našemu poměru 12:16.

S velikostí výstavby elektráren stoupala přirozeně i velikost jednotlivých výrobních jednotek. Nejlépe můžeme to sledovat u provozů parních. Na vstupu do XX. století dospěla konstrukce parních strojů velikosti jednotek 1000 ks, ale dosáhla tím také svého vrcholu ve stavbě strojů pístových, jejichž vývojová čára končí velikostmi asi 5000 ks již v prvém desítiletí. Vývoj se tím však nijak nezastavil, neboť zatím nastoupila svoji vítěznou cestu parní turbina, která umožnila jednotky daleko větší. U nás dospěli jsme zatím největší velikosti stroje pouze 25 000 ks, zato v Německu šel vývoj přirozeně rychlejšími kroky. Německá společnost AEG stavěla již v r. 1908 turbiny o výkonu 5000 ks, v r. 1912 však již skoro 20 000 ks, v r. 1916 pak 50 000 a v r. 1925 obra o výkonu 80 000 kW. Vidíme zde vzestup přímo úžasný, neboť každé desetiletí znamená ve stavbě velikosti jednotek skoro desetinásobné zvýšení.

Jak již uvedeno, vzdalovala se dosud značná část průmyslu koncentrace ve výrobě energie v tom případě, když mimo pohonnou energii potřebovala i páru k topným účelům. To platí zejména o většině odvětví průmyslu chemických, které zůstávaly dosud výhradně u vlastních centrál silových, vybavených parními stroji pro pohon s protitlakem. I v tom směru změnil se způsob koncentrace v posledních letech tím, že zavedením vysokých tlaků páry do 120 atm. budují se dnes velké elektrické centrály nejen pro ústřední výrobu a rozvádění elektrické energie, ale i pro ústřední výrobu a rozvádění páry pro účely topné i pohonné. Tento nový směr dává základ stavbě centrál nazvaných teplárny. Jejich poháněcí stroje, zařízení na zmíněné vysoké tlaky páry, nepracují plně s kondensací, jak tomu bylo dosud u elektráren, nýbrž využívají tlakového spádu jen do výfukového tlaku 6 až 12 atm. a tato pára rozvádí se pak dálkovým vedením do celého okrsku teplárny jednotlivým větším odběratelům stejně tak, jako vyrobený elektrický proud. Touto soustavou centrál byl zahájen nový směr koncentrace výroby energie elektrické i tepelné, jejich budování je však teprve v počátcích slibného vývoje.

Zdroje energie a jejich využití

Tak jako energie živočišná stala se i energie větrná zcela bezvýznamnou pro průmyslové pohony. Pouze 3 závody z veškerých 7940 závodních a samostatných elektráren vyrábějí elektrickou energii větrnými motory, kromě také posledního zbytku větrných mlýnů. Již v počtu výroben energie znamená to jen 0,04 %, v množství vyrobené energie pak dokonce jen 0,0002 % a jejich výkon činí jen asi 5 ks. Jedině snad ochrana památek může budoucnosti zachovat ojedinělou ukázku výroby energie větrnou silou, třeba ještě tu a tam vyskytnou se opětovně fantastické návrhy na větší využívání větrné síly.

Energie vodní

Z veškeré energie 2 086 000 ks potřebné pro průmysl vyrábí se v celku, mlýny v to počítaje, 233 000 ks čili 11,2 % pohonem vodním. Z toho připadá na přímou výrobu v průmyslu 6,7 %, kdežto jen 4,5 % na energii odebíranou z elektráren.

Na celkovém množství vodní silou vyrobené energie 233 000 ks participují největším podílem 90 000 ks (tj. 39%) elektrárny, pak mlýny 43 000 ks (18%), textilnictví 39 000 ks (17%), papírny 25 000 ks (11%), kovoprůmysl 14 000 ks (6%), dřevařství jen 8 000 ks (3%) a ostatní průmysl 14 000 ks (6%).

Srovnáme-li v jednotlivých skupinách průmyslových množství vodou vyrobené energie k jejich celkové výrobě energie, shledáme, že nad celkový průměr 11,2% všeho průmyslu i s mlýny, po případě 9,5% bez mlýnů, kryly svoji spotřebu energie pohonem vodním nejen mlýny z 52%, ale i papírny ze 37%, sklářství z 18%, elektrárny z 14,4%, textilnictví z 11,2% a dřevařství z 10,2%, kdežto ostatní průmysl vesměs pod průměr 9,5%, kovoprůmysl pouze 6,2%.

Pokud se týká velikosti jednotlivých vodních výroben energie, zůstávají i samostatné hydroelektrárny svým výkonem značně za celkovým průměrem všech elektráren. Ač je jich z celkového počtu 49%, participují na výrobě jen 14,4% a průměrný výkon 1 hydrocentrály je menší než 350 ks. Tím menší jsou vodní výrobny energie průmyslových závodů, jejichž výkon nedosahuje průměru ani 25 ks, ač některé z nich mají výkony i přes 1000 ks. Z velkých hydrocentrál jen 3 přesahují výkon 5000 ks, z nich největší dosáhla 11 500 ks.

S postupující koncentrací výroby energie a výstavbou velkých hydrocentrál stoupala spolu i velikost stavěných jednotek strojních, která dosáhla u nás u vodních turbin výše asi 2000 ks. Ač nejen mlýny a veškerý ostatní průmysl, ale i menší elektrárny požívají dosud vodních kol, přece zůstávají proti turbinám v poměru jen 40:60, u elektráren dokonce 5:95. Ještě nepříznivěji jeví se tento poměr podle výkonu, neboť s ohledem na větší jednotkový průměr turbin, který je v celku 50 ks a u hydrocentrál asi 220 ks proti vodním kolům s průměrem 7 ks, snižuje se poměr vyrobené energie koly a turbinami u veřejných elektráren pouze na 0,2:99,8. Jest zřejmo, že vodní kola také ztratila již dávno význam pro průmyslový pohon.

Byla úplně nahrazena vodními turbinami Francisovými při malých spádech říčních a Peltonovými při velkých spádech horských. V třetím desetiletí nalézá vedle turbin Francisových stále větší upotřebení vrtulová turbina Kaplanova, jichž bylo za 10 let postaveno v Evropě již o celkovém výkonu přes 900 000 ks a dosáhly velikosti jednotek nad 10 000 ks.

V celku nedospěl vývoj v zužitkování vodních sil příliš daleko v hranicích možného využití, protože stavba velkých vodních centrál vyžaduje zpravidla značných investičních nákladů potřebnými velkými zařízeními stavebními. Jejich náklady příliš zatěžují výrobní náklady energie přes to, že výrobní síla je v podstatě velmi levná.

U nás je vodní síly využito zatím asi z 9 % plným výkonem 230 000 ks a toto procento se snižuje se zřetelem na dobu využívání na průměr roční asi 6 %. Celkem mohli bychom podle odhadu využít asi 2 500 000 ks, tedy více než všechen náš průmysl spotřebuje. V krajinách horských se využívá bohatství vodního mnohem více, např. země skandinávské, Francie a Itálie využívají 20 %, Německo a Švýcary přes 40 % svých vodních sil. Ač Amerika je dosud zanedbávala, snaží se to nyní dohonit a využívá nyní již 25% svých vodních sil. Veliké zásoby vodní sil leží ovšem nevyužity v málo přístupných a civilizovaných zemích, takže celkové využití vodních sil světových dosáhlo zatím jen 5% výkonem asi 30 milionů ročních ks, z čehož ovšem opět lví podíl 9 mil. roč. ks připadá na Spojené státy.

Lepší využívání vodních sil sleduje se nyní všude na světě přes velikou převahu parních centrál, se kterými se hydrocentrály spojují při soustavně prováděné elektrizaci ve společných napájecích sítích.

Naftový pohon

Naftových motorů spalovacích se užívá k výrobě energie v celku v poměrně malé míře 1,9%, a to při přímé výrobě energie mechanické jen v 1,3%, kdežto při výrobě energie elektrické v 3,5%. Nad průměr 1,9% vykazují vyšší krytí potřebné energie, naftovým pohonem kromě uvedených elektráren ještě mlýny 6%, keramika 5,3%, sklářství 3,2% a chemický průmysl 3,9%, ale přece u všech odvětví vesměs nepatrné.

Z celkové energie 44 000 ks vyrobené pohonem naftovým připadá plných 50% na elektrárny a 11% na mlýny, kdežto zbytek 17 000 ks jest rozdroben mezi veškerý ostatní průmysl. Jako v celkové výrobě energie tvoří naftový pohon jen malý zlomek, tak i velikost výstavby jednotlivých výroben i velikost strojních jednotek zůstává poměrně nízká. Největší naše 2 elektrárny s naftovým pohonem mají výkon kolem 2000 ks, kdežto průměrný výkon všech naftových elektráren činí jen 230 ks, v průmyslu pak přímo používané pohony naftové dokonce jen průměr asi 50 ks.

Velikost jednotlivých strojů se pohybuje zpravidla v mezích od 10 ks jednoválcových motorů do 250 ks čtyřválcových provedení. Jen ojediněle se vyskytují v našem průmyslu větší jednotky do 800 ks. Naftového pohonu se užívá většinou jen při velmi malých spotřebách energie a to hlavně tam, kde není možné se připojit na síť nějaké elektrárny. Daleko důležitější význam než pro průmyslové pohony má nafta a její produkty pro dopravnictví. Je důležitým palivem pro dopravu lodní a skoro výhradním v dopravě automobilní a letecké. Spojené státy americké spotřebují samy jen benzinu pro osobní a nákladní auta ve výši 14% své produkce naftové 70 mil. tun, která sama znamená 65% veškeré světové produkce. Světové zásoby nafty se odhadují nyní asi na 9 000 mil. tun a roční produkce světové činí 105 mil. tun. Spojené státy a Mexiko mají na světových zásobách podíl sice jen 20%, zato se však účastní na produkci světové plnými 87% své překotné těžby, která jejich zdroje do 20 let úplně vyčerpá. A protože i ostatní světová ložiska nafty při zvyšující se spotřebě benzinu budou do 50 let vyčerpána, nenajdou-li se zatím jiné zdroje, bude muset chemie do té doby najít praktické cesty k výrobě tekutého paliva z uhlí, jehož světové zásoby jsou skoro 1000kráte větší a k jehož produkci přirovnaná produkce nafty dosahuje pouze 9%. Automobilní a letecký motor si vynutí jistě náhradu za dnešní zdroje přírodní.

Plynový pohon

Plynu se k výrobě energie užívá jen v 3,7 % z celkové výroby. Z vyrobeného tak množství 77 000 ks připadá 44% na elektrárny, v čemž převážný podíl mají elektrárny hutní, a 36% na přímou výrobu energie v průmyslu železářském, 12% na mlýny a jen 8% na veškerý průmysl ostatní. Kdežto u posledních dvou skupin a rovněž u malých elektráren jde většinou o malá a z části jen výpomocná zařízení na nasávaný plyn o průměrném výkonu v průmyslových závodech do 20 ks a u elektráren asi do 50 ks, jsou to u prvních dvou skupin velké hutnické centrály se spalovacími motory na kychtový a koksárenský plyn, dosahující výstavby 24 000 ks. Srovnávajíce výrobu energie plynem s celkovou její výrobou v jednotlivých odvětvích průmyslových, vidíme, že veřejné a závodní elektrárny kryjí tímto způsobem poměrně 5,4%, kdežto průmysl sám přímo jen 2,5% a mlýny 11%. Uvážíme-li však, že kromě nepatrné jen výroby energie nasávaným plynem u ostatního průmyslu se týká výroba plynem v převážné míře průmyslu hutnického, shledáme, že železářské hutě kryjí svoji přímou výrobu 144 000 ks plynem z 19% a v energii 240 000 ks odebírané z hutních elektráren ze 14%, tedy celou svou spotřebu 380 000 ks z 16% plynem, který tvoří vlastně odpad v jejich výrobním procesu. Při tom je uvažována výroba energie plynem, jen dokud se ho používá přímo pro spalovací motory, ač se užívá plynu z části k vytápění parních kotlů.

Výroba energie plynem tvoří tedy v celkovém průmyslu jenom malou složku, zato však důležitou a velikou právě u největšího jeho odvětví, průmyslu železářského.

V poslední době nalézá uplatnění i ve velkém průmyslu chemickém při výrobě syntetického amoniaku, kde se používá velkých plynových motorů k pohonu kompresorů.

Koncentrovaná výroba energie ve velkých hutních centrálách s plynovým pohonem vedla ovšem k stavbě i velikých strojních jednotek, které dosahují u nás výkonu 5000 ks.

Pára a uhlí

Parní pohon se stal Wattovým vynálezem parního stroje z r. 1763 základním kamenem budování průmyslového rozvoje v XIX, století a doplněn Lavalovým vynálezem parní turbiny i současným vyspíváním elektrotechniky poskytl všechny potřebné možnosti velkému průmyslovému rozmachu koncem XIX, a na počátku XX. století. Po celou tu dobu až dodnes si udržuje naprostou převahu ve výrobě energie potřebné jak v průmyslu, tak i v dopravě železniční a lodní.

V průmyslu, jak již uvedeno, vyrábí se parním pohonem 85% veškeré potřebné energie mechanické a elektrické. Elektrárny, které kryjí 31% z této potřeby, využívají trochu více vodních sil a zůstává proto v jejich výrobě parní pohon na podílu pouze 77%. Nesmíme však zapomenout, že je to hlavně vlivem velkého sice počtu, ale výrobou malých elektráren, kdežto u velkých elektráren se vyrábí skoro výhradně parou. Zato průmysl sám, pokud si svým vlastním zařízením energii vyrábí, činí tak v plných 89% pohonem parním.

Jelikož průmyslový pohon se děje v tak převážné míře parou, je skoro úměrný produkci uhelné, podle které můžeme jeho výši v jednotlivých státech posuzovat. Světová roční těžba uhlí činila na počátku třetího desetiletí 1200 mil. tun, z čehož připadá 450 mil. tun (39%) na Spojené státy, 300 mil. tun (25%) na britskou říši, 125 mil. tun (10%) na Německo a 25 mil. tun (2,1%) na Československo. Uvažujeme-li výši těžby na 1 obyvatele, stojí na prvém místě opět Spojené státy výší 40 t, pak Belgie 2,9 tun, Německo 2,1 t a Československo 1,98 t, za nímž teprve následují Polsko a Francie, kdežto ostatní vykazují méně než světový průměr 0,76 tuny na 1 obyvatele. Pozorujeme nejen značnou převahu Spojených států a velkou průmyslovou výši Německa, ale i Československa, které se ihned k němu řadí. Ovšem že poměr uhelné těžby neudává přímo poměr výroby energie, neboť v prvé řadě bylo by nutno korigovat data poměrem exportu nebo importu uhlí a přičíst k výrobě energie z uhlí energii získanou vodní silou. V hlavních rysech se však obraz málo změní.

Jen v malé a stále klesající míře, dosahující nyní sotva 35%, zůstává parní pohon přímým mechanickým pohonem s rozváděním mech. energie transmisí tak, jak se stavěl v době předchozího vývoje před rozvojem elektrotechniky, a drží se na tomto podílu většinou jen starším v provozu dosud udržovaným zařízením. Jinak slouží převážně jako prvotní zařízení k přeměně tepelné energie v mechanickou, která se však v zápětí dále přeměňuje v energii elektrickou rozváděnou teprve na místa spotřeby. Tím ovšem vývoj parního pohonu nabyl v XX. století jiného směru a tvářnosti než v století předešlém. Pro přímý pohon mechanický, rozdrobený na menší jednotky, uplatňovaly se velmi dobře parní stroje pístové se svými nízkými obrátkami, ale jejich vývojová čára dostoupila svého vrcholu v prvém desetiletí vlivem postupující elektrizace a koncentrace výroby energie. Novým požadavkům stoupající velikosti strojů a vysokých obrátek vyhovovala lépe parní turbina, která se stala nyní základem výroby energie tak, jako jím byl parní stroj pístový v století předešlém.

Bylo již podočteno, že pístový parní stroj dospěl své hranice velikosti asi 5000 ks, ale právě tyto veliké stroje neměly již od svého zrození dlouhého trvání a byly v rychle se rozvíjejících velkoelektrárnách brzy opět vybourány a na jejich místo postaveny méně místa zaujímající turbíny o několikrát větších výkonech.

U nás dosahuje dnešní průměrná výstavba samostatné parní elektrárny, asi 6000 ks, v průmyslových elektrárnách jen 430 ks a průměrná velikost parního pohonu ve veškerém našem průmyslu vůbec činí méně než 200 ks. Uvažujeme-li velikosti jednotlivých jednotek strojních, pohybuje se velikost pístových strojů ve veřejných elektrárnách kolem průměru 250 ks a sotva 150 ks v průmyslu samém. Zato parní turbina dosáhla ve veřejných elektrárnách průměrné velikosti 5200 ks a v průmyslových elektrárnách 2400 ks. Největší jednotka u nás činí asi 25 000 ks, kdežto v cizině postaveny jednotky o 100 000 ks.

Poměr pístových strojů k parním turbínám činí podle počtu strojů u průmyslu samého sice ještě 90:10, kdežto u elektráren již jen 65:35, ale naprostá převaha vítězné turbíny se jeví, uvažujeme-li poměr obou druhů strojů podle úhrnných výkonů, neboť podíl pístových strojů na výrobě energie klesl proti turbinám u průmyslových pohonů již na 43:37, u elektráren pak dokonce na mizivý podíl 8:92.

Tak jako se vyvíjela parní turbina k velikým jednotkám, snaží se vytlačovat i malé parní stroje svojí kombinací s moderními ozubenými převody.

Toto vytlačení pístových strojů turbinami z velkovýroby energie a elektromotorem u menších pohonů neznamená ovšem úplné vymření parního stroje. Nynější vývoj požíváním páry o vysokých tlacích až 120 atm. přináší mu, třeba v menším rozsahu, nové určení předřadného stroje, který tvoří první stupeň využití vysokého napětí spádu páry před dalším jeho využitím v turbíně.

Sledujeme-li vývoj parních pohonů, musíme si dále všimnout toho, že v prvém desetiletí se používal pravidelně tlak páry asi do 12 atm., v druhé dekádě již stoupal přes 15 atm., třetí dekádu zahájily tlaky asi 20 atm., ale dostoupily ke konci 35 a 60 atm a stavějí se nyní pokusná zařízení i na tlak až 120 atm. Spolu s tlakem zvyšována i teplota páry, která z dřívějších 250 až 300o dosáhla nyní hranice 450o.

Parní pohony byly s počátku stavěny převážně se stroji kondensačními, v chemickém průmyslu aj. z části se stroji výfukovými. Teprve v druhé dekádě se objevují stoupajícími vstupními tlaky páry častěji pohony s vyššími protitlaky a stroje s meziodběrem páry. Dnes se stavějí parní pohony s velmi kombinovanými poměry tlakovými, jako stroje s dvojím i trojím vstupním tlakem, nebo s odběrem páry často o dvojím tlaku, anebo stroje nízkotlakové pro zužitkování energie páry odpadní.

Používání odběru páry vyvolalo užívání parojemů, k vyrovnávání tlaku a množství topné páry, z nichž nejznámější je Ruthsův.

Spolu s parními stroji postupoval i vývoj parních kotlů a ostatního zařízení. Parní kotle přešly na počátku století ze soustavy plamencové na výkonnější soustavu vodotrubnou se šikmými trubkami pro tlaky asi do 15 atm, později na kotle strmotrubné pro nejvyšší tlaky a přehřátí. Ruční přikládání bylo nahrazeno topeništěm s pohyblivými rošty a přikládáním automatickým, s umělým tahem a dmycháním, v nejnovější době pak s nejlépe regulovatelným topením práškovým.

Stejně se zdokonalovala ostatní zařízení, jako přehřívače páry, napájení, ekonomiséry, příprava čisté vody napájecí aj.

Novou cestu ukázal kotel Löfflerův na vysoký tlak, který odděluje vývin páry od topeniště, jež ponechává jen u přehřívače. Pára se vyvíjí nikoli žárem topeniště, ale teplem páry přehřáté. Ve spojení s práškovým topením a dokonalou automatikou regulace zůstává posledním nejvyšším výtvorem ve výrobě páry a energie.

Tak jako výrobní stroje nahradily lidskou práci manuelní svým výkonem a člověka stále více mění jen na svého dohlížitele, ponechávajíce mu jen řízení, tak i při výrobě energie ustupuje práce lidská automatizaci strojů. Těžká práce topičů zredukovala se také již jen na dozor, kdežto automatika kotelny, řízená Roučkovými „roboty“, obstarává sama nejen veškerou regulaci tlaků a teplot, ale i přikládání, napájení a ostatní funkce. Dřívější špinavé a nevlídné kotelny změnily se tak velmi podstatně. Provoz kotelny i strojovny je pohodlně kontrolován altimetry a dálkovým elektrickým zařízením ústředně z jediné místnosti a dřívější bezprostřední ovládání strojního zařízení nahrazeno automatickým řízením dálkovým.

Zajištění budoucí spotřeby energie

Z předešlých úvah vyplývá, že dnešní rozvoj průmyslu a výroba potřebné energie je v největší míře založena na těžbě uhelné, ze které spotřebuje sám průmysl 32% a doprava 28%. Je proto důležitou otázkou, jak je zajištěn vývoj průmyslu do budoucna. Známé zásoby uhlí se dnes odhadují asi na 7,7 bil. tun, z nichž 3,5 bil. tun, tj. 45% připadá na Ameriku. Nevíme ovšem, co se ještě skrývá na velikých územích, dosud málo probádaných.

Těžba uhelná stále stoupá s vývojem průmyslu a činila v letech 1900-1910-1920 v celku 760-980-1200 mil. tun ročně. Za celé předešlé století bylo vytěženo jen 8500 mil. tun, tedy právě tolik, co nyní za 7 let. Za takového vzrůstajícího tempa, které znamenalo v posledních dobách vždy vzestup výroby na 110 až 130 % v každém desetiletí, přiblížila by se konečně doba, kdy lidstvo vyčerpá veškeré zásoby uhelné a tedy skoro výlučný nynější zdroj veškeré energie. Tato doba podle stavu dnešních zásob a současné roční těžby se počítá asi 5900 let, ale zkrátila by se při dosavadním vzestupu spotřeby sotva jen na 1000 let.

S tím nutno počítat, i když nynější vývin průmyslu postupuje již mnohem volněji a vlivem vyspělé tepelné techniky neplýtvá se již tak bezhlavě přírodním bohatstvím jako v dobách minulých. Pro nás a naše nejbližší potomstvo je ovšem tato doba ještě velmi vzdálená, než aby působila na náš další výrobní program. Ostatně vývoj lidstva ukazuje, že dosud vždy dovedl si lidský duch najít nové a lepší možnosti dříve, než došly mu prostředky dosavadní, a proto i v tomto případě můžeme předpokládat, kdyby sebe rychleji se vyčerpávaly zásoby uhelné, že se ještě nezastaví vývojová čára lidstva, až se vytěží poslední tuna uhelného bohatství, třeba že ona nová cesta zůstává nám zakryta zatím ještě rouškou neznáma.

Obr. Pohled na tři trojskříňové parní turbiny moderní elektrárny na dole Ignát v Moravské Ostravě

Ing. Bohuslav Nič, XX století – pokroky v průmyslu, Nakladatelství Vladimír Orel, 1932