Surová energie, která se hodí pro přeměnu v zušlechtěnou formu elektřiny, se vyskytuje v přírodě nejvíce v palivech a ve vodních tocích. Z paliv má největší význam uhlí, menší lignit, zemní plyn, nafta, rašelina, hořlavé břidlice a dřevo. Jen v malém měřítku se dosud používá větrné energie, energie mořského přílivu a odlivu, rozdíl teplot v různých hloubkách moře a tepla zemského nitra. Činí se pokusy s přímým využitím slunečního záření pro výrobu elektřiny. Tak postavil Energetický ústav Akademie věd SSSR v Taškentu „sluneční kotel“ v ohnisku parabolického zrcadla o průměru 9 m. Soustředěním slunečních paprsků se dosahuje v ohnisku zrcadla teploty až 1500 °C. Kotel dává 80 kg páry za hodinu při tlaku 10 atp. Avšak nejvýznamnějším zdrojem v blízké budoucnosti, vzhledem ke stálému ubývání zásob uhlí, bude energie atomového jádra.

Naše řeky nám dají po vybudování všech vodních elektráren výkon kolem 2 milionů kW, roční výrobu asi 10 miliard kWh. Tato výroba elektřiny bude významným přínosem pro posílení našeho hospodářství, i když se po stránce mohutnosti energetických zdrojů nemůžeme srovnávat s SSSR, kde jen samotná řeka Volha bude dávat v Kujbyševské elektrárně takový výkon jako všecky naše řeky dohromady.

Z uvedeného výkonu našich vodních toků je dnes vybudována necelá desetina. Hlavními energetickými zdroji jsou u nás uhelné pánve mostecko-sokolovská a ostravsko-karvinská. V nich, jakož i v řadě jiných menších uhelných revírů, jsou v provozu a budují se další parní elektrárny a teplárny.

V socialistickém a lidově demokratickém hospodářství se plánuje energetická výstavba komplexně v úzké spojitosti s potřebami celého hospodářství a se zaměřením na nejhospodárnější využívání energetického bohatství státu. Náš nejvýznamnější energetický zdroj, uhlí, je zároveň důležitou výchozí surovinou pro chemický průmysl.

S tohoto hlediska je nutno plánovat výstavbu kondensačních elektráren a tepláren. Kondensační elektrárny mají větší spotřebu tepla na výrobu 1 kWh než teplárny – informativně 3000 až 4500 kcal/kWh podle velikosti kotlů a strojů i podle výše teploty a tlaku páry. V nejmodernějších se dosahuje 2600 kcal/kWh i méně. Zato mohou být stavěny i daleko od spotřeby v místech, která jsou vhodná vzhledem k zásobování elektráren vodou a uhlím. Topeniště elektráren se konstruují na podřadné druhy uhlí o nízké výhřevnosti až kolem 2000 kcal/kg a o vysokém obsahu popela a vody. Za dnešního stavu techniky není pro tyto odpady z těžby a úpravy uhlí vhodnějšího použití, než je spalování v kotelnách kondensačních elektráren. Jakostnějších druhů uhlí je hospodárnější používat v jiných úsecích národního hospodářství.

Teplárny mají značně menší spotřebu tepla na vyrobenou kWh (informativně 1500 až 2500 kcal/kWh). To je způsobeno tím, že se teplo, obsažené v páře, která vychází z posledního kola protitlakové turbiny, nebo odebírané za jednotlivými skupinami kol odběrové („teplárenské“) turbiny, neznehodnocuje v chladicí vodě, jako je tomu u kondensačních turbin, nýbrž využije se k vytápění místností a k technologickým pochodům v zařízeních průmyslových podniků.

Jejich nevýhodou však je to, že se musí stavět v blízkosti středisek větších potřeb tepla (páry nebo horké vody), tedy především v průmyslových oblastech (stavět teplárny pouze pro účely otopu by nebylo hospodárné, protože by byly využity pouze v zimě). Doprava tepla dálkovým potrubím u nás dnes není hospodárná do větší vzdálenosti než okrouhle 5 km (v SSSR se studuje doprava tepla až na vzdálenost 50 km). Protože velká část průmyslových středisek leží mimo uhelné revíry a uhlí se musí do tepláren dovážet na větší vzdálenosti, musí být jejich topeniště stavěna na jakostnější druhy paliva.

Teplárenství má velký význam pro hospodaření uhlím, neboť vytápění parou a horkou vodou vytlačuje malá nehospodárná topeniště v průmyslu i v domácnostech, v nichž se plýtvá jakostním palivem. Přitom se současně získává v teplárnách levná elektrická energie.

Ústřední zásobování měst a sídlišť teplem umožňuje vyšší úroveň bydlení obyvatelstva zlepšením pohodlí i hygieny.

U nás se teplárenství teprve začíná rozvíjet. Jeho základem je několik větších veřejných a řada závodních tepláren. Další teplárny jsou v stavbě v různých krajích státu. Máme ještě velké úkoly před sebou, abychom se přiblížili budováním svého teplárenství Sovětskému svazu a zhospodárnili tak využívání energetických zdrojů naší republiky.

Dalším důležitým energetickým zdroje, který je u nás dosud málo využit, je odpadové průmyslové teplo, které se dnes ztrácí na nejrůznějších stupních technologických pochodů. Lze je využít a tím zmenšit spotřebu uhlí jednak vrácením tepla do technologického pochodu, jednak pro výrobu energie (např. pohonem plynové turbiny vysokopecním plynem, vytápěním parního kotle horkými plyny odcházejícími z pece atd.).

Umístění výroben

Před rozhodnutím o umístění parní elektrárny nebo teplárny je třeba prošetřit a zvážit všecky okolnosti, které mají vliv na hospodárnost projektu. Je to především zásobování elektrárny palivem a vodou, napojení na elektrickou síť, velikost jednotek, otázka kam ukládat škváru a popílek (kterých elektrárna vyrábí ročně veliká množství), otázka komunikací (vlečka, silnice), ohledy na okolí (obtěžování hlukem, uhelným prachem, popílek, parou), únosnost půdy, potřebný půdorys, usídlení osazenstva. U tepláren vyšetření spotřeby tepla v příštích letech a jeho rozložení v okolí teplárny.

Důležitým činitelem pro volbu umístění tepelných elektráren je doprava energie od zdroje ke spotřebě. Představme si např., že zdrojem je důl, z něhož se dopravuje uhlí do elektrárny. Energie, zušlechtěná v elektrárně, se dopravuje vedením vvn a vn do střediska spotřeby. Hospodářské propočty musí ukázat, jaký je nejvýhodnější poměr mezi dopravní vzdáleností uhlí a elektřiny, tak aby součet nákladů na dopravu uhlí i elektřiny byl nejnižší. Náklady na dopravu uhlí závisí na jeho jakosti a na dopravních možnostech, které jsou k disposici (např. vodní cesty umožňují velmi levnou dopravu na větší vzdálenosti). Náklady na dopravu elektřiny závisí především na využití vedení. Jde-li např. o špičkovou elektrárnu, bylo by příslušné vedení málo využito a je hospodárnější postavit elektrárnu blíže ke středisku spotřeby.

Při projektování větších kondensačních elektráren je velmi důležitou otázkou zásobování vodou. Největší množství vody spotřebuje elektrárna pro chlazení kondenzátorů, a to při chlazení průtočném zhruba 180 l/kWh, při chlazení cirkulačním asi 6 l/kWh. Ostatní spotřeba vody kondensační elektrárny bývá asi 10 l/kWh. Celkem spotřebuje kondensační elektrárna 100 MW při průtočném chlazení okrouhle 5,5 m3/s, při cirkulačním zhruba 0,25 m3/s. Projektuje-li se hydraulické odstruskování a odpopílkování, přistupují k tomu další značná množství vody.

Otázka zásobování vodou má značný vliv na volbu místa pro elektrárnu. Ideální případ, kdy je možno situovat elektrárnu na břehu řeky a současně v blízkosti dolů, se v našich zemích vyskytuje jen výjimečně. Proto si u kondensačních elektráren musíme často vypomáhat chladicími věžemi, nádržemi a nákladnými vodovody…

Výroba v parní elektrárně

Vyrobená přehřátá pára odevzdává část své tepelné energie oběžným kolům turbin, v nichž se přeměňuje tepelná energie v mechanickou a vystupuje z turbiny buďto do kondenzátoru, nebo do teplovodu (podle toho, jde-li o kondensační nebo o protitlakovou turbinu). Za některými koly turbiny se odebírá pára, která již odevzdala část své tepelné energie (a má tedy nižší tlak a teplotu než „ostrá“ pára, vstupující do turbiny) k změkčování, odplyňování a ohřívání napájecí vody. Tuto páru nazýváme parou „odběrovou“.

Tepelný cyklus, při kterém se používá odběrové páry z turbin pro ohřívání napájecí vody, se nazývá regenerativní a je charakteristický pro dnešní parní elektrárny. Dosahuje se tím zmenšení spotřeby paliva na vyrobenou kWh až o 10 % i více. Odběrů a tedy také ohřívačů bývá zřídka více než 5. Napájecí voda se obvykle ohřívá asi na 80 % té teploty, kterou má voda v kotli. Před vstupem do kotelního bubnu se napájecí voda dále ohřívá na teplotu, blízkou teplotě kotelní vody, v ekonomiséru (kouřovými plyny v zadním tahu kotle).

Kondensátu z turbin a ohříváků se používá znovu pro napájení kotlů. Obvod pára – voda je tedy uzavřený a doplňuje se jen voda, ztracená netěsností (u kondensačních elektráren 3 až 5 %, u tepláren obyčejně značně více, podle toho jak mnoho kondensátu se vrací od odběratelů tepla). Kondensát je velmi cenný, neboť na přípravu změkčené vody spotřebujeme mnoho tepla a chemikálií. Správným hospodařením kondensátem tedy šetříme uhlí.

Na úspěšné výsledky práce parní elektrárny má rozhodující vliv řádně vedená obsluha a údržba celého zařízení. Zaměstnancům elektrárny svěřuje stát do péče velmi cenné zařízení. Každý MW instalovaného výkonu má dnes u nově budovaných parních elektráren hodnotu 3 až 4 miliony Kčs, u tepláren asi o 50 % více. Počet osazenstva, připadající na 1 MW instalovaného výkonu v elektrárně, činí dnes – podle elektrárny – 4 až 8. Hodnota zařízení a budov připadajících na 1 zaměstnance v parní elektrárně je tedy kolem 0,4 až 0,8 milionů Kčs. Nesprávnou obsluhou nebo údržbou mohou vzniknout veliké škody na socialistickém vlastnictví.

Proto se kladou mimořádně vysoké nároky na odbornou kvalifikaci, politickou vyspělost, svědomitost, obětavost a státní i pracovní disciplinu zaměstnanců elektráren.

Úkolem pracovníků elektráren je plnit státní plán výroby elektřiny a tepla v množství a jakosti v každé době podle příkazů systémového dispečera při nejnižších výrobních nákladech. Splnění tohoto úkolu předpokládá:

  1. provoz bez poruch,
  2. veliké využití zařízení,
  3. nejmenší měrnou potřebu paliva na jednotku dodané energie (elektřiny, tepla) do soustavy.

Základem pro splnění těchto předpokladů je správná organisace práce v elektrárně a vysoká disciplina i kvalifikace zaměstnanců.

Dokument strany a vlády o energetice z roku 1951 a 1954 zjistil závažné nedostatky v práci elektráren a ukázal konkrétní cesty k nápravě. Plněním těchto úkolů stoupá úroveň práce elektráren. Organisace a pravidla pro obsluhu i pro údržbu strojů byly stanoveny ve služebních předpisech ministerstva paliv a energetiky. Ve všech elektrárnách byly určeny osoby, odpovědné za jednotlivé části provozu i za jednotlivé směny („směnoví inženýři“). Věnuje se velká péče školení zaměstnanců po stránce odborné i politické. Proti poruchám se bojuje jednak přesnou evidencí všech poruch a důsledným vyšetřováním jejich příčin (z něhož vyplývají potřebná opatření proti tomu, aby se neopakovaly), jednak – podle sovětských zkušeností – preventivní údržbou, tj. včasnou opravou nebo výměnou opotřebovaných částí zařízení.

Aby bylo možno dosáhnout co největšího využití zařízení, tj. co nejdelší doby jeho provozu při velkém zatížení, přechází se podle sovětských zkušeností na rychlé způsoby provádění oprav strojů a parních kotlů. Stálé zkracování doby běžných i generálních oprav vyžaduje řádné promyšlení celého pracovního postupu předem, než se s opravou začne, přípravu nářadí, náhradních dílů, dopravních prostředků a jiných pomůcek, správné rozestavení a zacvičení pracovníků a vzbuzení jejich zájmu na rychlém a svědomitém provedení práce. Zkracováním doby oprav, preventivní údržbu a správným i šetrným zacházením se zařízením při jeho obsluze je možno dosáhnout toho, že zařízení je schopno spolehlivého chodu po více než 90 % roku. Velikým využitím dosavadních elektráren se šetří investice do nových elektráren a současně se snižují výrobní náklady na energii.

Řádné hospodaření uhlím v elektrárnách je dalším úkolem, který byl uložen energetice usnesením strany a vlády z roku 1951 a 1954. Ukazatelem ekonomie elektrárny je spotřeba kcal v uhlí, spáleném v kotelně na výrobu 1 kWh. Vyrobenou energii měříme buď „na svorkách generátorů“, nebo „na prahu elektrárny“ (ta je menší o „vlastní spotřebu“, tj. o energii spotřebovanou pro pohony a osvětlení v elektrárně). Spotřebu tepla vztahujeme podle sovětského vzoru na energii, vyrobenou na svorkách generátorů. Energie, spotřebovaná v parní elektrárně na pohon a osvětlení při výrobě, bývá 4 až 9 % z množství vyrobené elektřiny (menší čísla jsou pro roštové, větší pro práškové topení). Z toho připadá největší podíl na pohon čerpadel a ventilátorů. Jelikož jde o velká množství energie spotřebované ročně, je důležitým úkolem vedoucího elektrárny a celého osazenstva zmenšovat stále podíl vlastní spotřeby racionalizací výrobního postupu.

U nové, správně obsluhované elektrárny závisí hospodárnost na teplotě a tlaku páry, na velikosti jednotek (kotlů, turbin), na jakosti paliva, na konstrukci a provedení zařízení a na využití elektrárny. Nejmenší spotřeby tepla se dosáhne, je-li elektrárna provozována co nejdelší část roku při svém „hospodárném zatížení“ (které bývá kolem 80 % maximálního zatížení), bez většího kolísání zátěže a jsou-li kotle i turbiny co nejméně odstavovány a znovu spouštěny. U nedostatečně udržované a obnovované elektrárny spotřeba paliva časem stoupá a výkon klesá, jak zařízení stárne.

Ještě rychleji se však mohou zhoršovat její ukazatelé při chybné obsluze. Hospodárnost, případně i výkon elektrárny klesá, je-li používáno podstatně odlišného paliva, než na které je konstruováno spalovací zařízení, nejsou-li dodržovány tlak a teplota páry, teplota a množství chladicí vody, přebytek spalovacího vzduchu, teplota napájené vody a kouřových plynů, teplota spalovacího vzduchu, tahové poměry ve spalovací komoře, čisté výhřevné plochy uvnitř i vně kotelních trubek, uniká-li z potrubí pára a horká voda atd.

Správa elektrárny sleduje důležité údaje podle denních provozních zpráv, vyčísluje bilanci hospodaření uhlím a činí opatření pro zlepšování práce závodu.

Náklady na výrobu 1 kWh v našich nových parních elektrárnách střední velikosti (tj. kolem 100 MW instalovaného výkonu) jsou 0,08 až 0,15 Kčs. Největší složkou nákladů je palivo (50 až 65 %), odpisy (10 až 15 %) a mzdy (8 až 10 /). Vztaženy na pořizovací hodnotu elektrárny jsou odpisy kolem 5 %, ostatní náklady (kromě paliva) kolem 3 %.

Nejdůležitějším úkolem vedoucího výroby i celého osazenstva elektrárny je – vedle zabezpečení spolehlivého provozu elektrárny – zjednávat podmínky pro stálé snižování nákladů na vyrobenou jednotku energie. Cestou k tomu je řádné hospodaření pracovními silami, energií, palivem i ostatními hmotami, veliké využívání zařízení při jeho pečlivé obsluze a údržbě a zavádění mechanisace i automatisace výrobního postupu v elektrárně.

Energetické hospodářství

Cesta k socialismu je podmíněna zvyšováním produktivity práce, stálým rozšiřováním a zlevňováním výroby. To vyžaduje mechanisaci práce na všech úsecích lidské činnosti. Nejdůležitější forma energie, která umožňuje mechanisaci a automatisaci výroby, je elektřina. Úměrně se stoupáním průmyslové výroby roste proto i výroba elektřiny.

Je třeba mít na paměti, že Československo bylo již před válkou vysoce elektrizovanou zemí s velkým moderním průmyslem, kde výroba elektřiny na 1 obyvatele dosahovala skoro 300 kWh za rok a z celkového počtu obcí a osad bylo elektrizováno asi 70 %. Nyní už výroba na 1 obyvatele ročně přesahuje 1000 kWh, čímž se ČSR zařazuje mezi nejprůmyslovější státy světa.

Dnešní další rychlý růst spotřeby elektřiny je způsoben především stálým zvyšováním průmyslové výroby a rychlým uváděním nových továren do provozu. Z celkové dodávky elektřiny spotřebuje průmysl okrouhle 80 %, z toho pak větší část (66 %) těžký průmysl.

Růst výroby elektřiny má přímý vliv na rozvoj průmyslové výroby a na zvyšování životní úrovně obyvatelstva. Elektrisace v průmyslu a v zemědělství zvyšuje značně produktivitu práce v těchto úsecích národního hospodářství a umožňuje dávat na trh větší množství výrobků za nižší cenu.

Růst životní úrovně v ČSR je patrný ze spotřeby elektřiny v domácnostech. Od r. 1946 do r. 1951 bylo připojeno na elektrickou síť 2600 nových obcí a osad a přes 93 % všeho obyvatelstva republiky již používá elektrického proudu pro svou potřebu. Od roku 1937 do r. 1952 stoupla spotřeba elektřiny na 1 obyvatele v drobném odběru o 210 %, průměrná cena elektřiny v drobném odběru klesla o 7,8 %.

Rychlé stoupání požadavků na elektřinu staví před československé energetiky důležité a obtížné úkoly, které musí být rychle řešeny, aby byla zabezpečena nerušená dodávka energie pro průmysl, dopravu, zemědělství i pro soukromou potřebu obyvatelstva.

Tyto úkoly, kritika nedostatků i cesta k nápravě jsou obsaženy v usnesení vlády o energetice z r. 1951 a 1954. Plněním úkolů tohoto dokumentu za pomoci sovětských expertů a těžením ze zkušeností sovětské vědy a techniky se podařilo r. 1952 snížit o 35 % poruchovost elektráren, která byla jednou z hlavních příčin potíží v dodávce energie. Druhou hlavní příčinou je opožděná výstavba nových elektráren.

Tempo výstavby nových výroben energie v ČSR nestačilo požadavkům odběru. Proto bylo nutno provádět omezování dodávky. Ačkoliv množství energie nedodané konsumu v důsledku vypínání nepřekročilo v r. 1952 0,97 % vyrobené elektřiny, přece tím vznikly značné potíže v hospodářství i v soukromé spotřebě. K jejich zmírnění přispělo to, že byl zaveden pořádek do hospodaření elektřinou, jak je to samozřejmostí v plánovaném hospodářství, totiž regulací odběru a zaváděním norem spotřeby elektřiny v průmyslu. Byla zřízena Státní energetická inspekce, aby kontrolovala dodržování regulačních opatření.

Těmito zásahy bylo dosaženo zrovnoměrnění odběru elektřiny, sníženy neodůvodněné výkyvy ve spotřebě a zvýšeno využití instalovaného výkonu elektráren na 5000 hodin.

Pozn. Pouze pasáže mající vztah k úsporám energie

Zdroj: Doc. Ing. Oldřich Weisser, Doc. Ing. Ferdinand Schulz, Elektrotechnika, SNTL 1957

Obr. Turboagregát 33 MW a turbína ve strojovně v Ervěnicích