náhled|Chladicí věže elektrárny chrlící vodní páru do atmosféry. Elektrárna je technologické zařízení sloužící k výrobě elektrické energie. Ta se získává přeměnou z kinetické nebo potenciální energie obnovitelných zdrojů (např. vodního toku, spádu nebo energie větru) nebo neobnovitelných zdrojů (např. fosilní paliva). Nejčastěji je tato energie nejdříve přeměněna na energii mechanickou, kterou je následně poháněna turbína a následně elektrický generátor. Pokud je generátor spojen hřídelí přímo s turbínou – nazývá se systém turbosoustrojí nebo turboalternátor. Další alternativou může být využití fotovoltaického jevu nebo termoelektrického jevu.
Historie
Předchůdci elektráren Mezi první předchůdce elektráren řadíme vodní a větrné mlýny. První vodní mlýn v Česku vznikl pravděpodobně roku 718 na Ohři poblíž Žatce. Prvním větrným mlýnem v Čechách byl mlýn na dvoře Strahovského kláštera, přičemž zmínka o něm pochází již z roku 1277.
První elektrárny V 19. století došlo v západní Evropě a USA k přelomu, neboť se výzkum elektřiny posunul velmi dopředu. Fyzik Michael Faraday zjistil, že elektřinu lze vyrobit z mechanického pohybu a nedlouho poté vzniklo i první dynamo. Thomas Alva Edison vytvořil první dynama, která generovala stejnosměrný proud a dokázala napájet pouliční osvětlení. První veřejná vodní elektrárna na světě se nacházela v anglickém městě Godalming a do provozu byla uvedena 26. září 1881, aby dynamem poháněnými dvěma Ponceletovými vodními koly napájela soustavu osvětlení ve mlýně a na náměstí. První parní elektrárna byla otevřena v Londýně v lednu 1882. Projekt realizovala a část technologického vybavení dodala Edisonova firma. V parním kotli se spalovalo uhlí, přičemž produkovaná pára poháněla parní stroj o výkonu 93 kW otáčející generátorem. Edison stál také za první centrální parní elektrárnou v USA, která od 4. září 1882 zajišťovala osvětlení v dolní části Manhattanu. Zdrojem mechanické energie pro dynama byly parní stroje o celkovém výkonu cca 130 kW.
Koncem 19. století proběhla v USA tzv. válka proudů mezi elektrárnami vyrábějícími stejnosměrný proud (DC, zastáncem byl Edison) a střídavý proud (AC, zastánci Tesla a Westinghouse). Efektivnější se ukázal proud střídavý, který vykazoval menší ztráty při přenosu na delší vzdálenosti. Dnes všechny elektrárny a páteřní rozvodné systémy pracují se střídavým proudem.
Revolucí bylo sestrojení parní turbíny, která je dodnes základem v tepelných elektrárnách. První elektrárny v českých zemích K praktickému využívání elektrické energie docházelo nejdříve v továrnách, kde byly instalovány výrobny sestávající z dynama poháněného parním strojem. Jejich výkon byl zpočátku malý, jelikož zajišťovaly pouze osvětlení továrního provozu. Na území Českých zemí bylo elektrické osvětlení poprvé zavedeno 15. října 1878 v tkalcovně lnu v Moravské Třebové. První vodní elektrárna byla zprovozněna 14. března 1887 v Jindřichově Hradci a napájela veřejné osvětlení na náměstí, avšak v majetku města nebyla (odběr elektřiny probíhal na základě smlouvy). Původně byla dvě dynama poháněna vodním kolem, ale na začátku roku 1888 byla instalována vodní turbína a v dubnu elektrárna obdržela licenci k provozu. Za první veřejnou městskou elektrárnu je považována vodní elektrárna v Písku, jejíž provoz byl zahájen 31. srpna 1888. První veřejnou městskou elektrárnou na fosilní palivo byla žižkovská elektrárna, uvedená do provozu 1. prosince 1889 a dodávající stejnosměrný proud nejen pro veřejné osvětlení, ale i majetnějším domácnostem. První elektrárna dodávající střídavý trojfázový proud vznikla v pražských Holešovicích o 12 let později – Holešovická elektrárna.
Elektrifikace v Čechách Elektrizace v Čechách postupovala pomalu. Na elektrárny byl přestavovány mlýny, pily a další zařízení s vodním kolem. Tyto zdroje elektřiny však stačily pouze pro několik domácností, pouliční osvětlení nebo několik průmyslových závodů.
Vznik elektráren před 2. světovou válkou Díky velkému množství menších vodních toků byla síť vodních elektráren velmi rozvinutá, ale měla malý výkon. Roku 1918 byly nejvýkonnější o výkonu přibližně 100 kW. Největší výkon měly elektrárny, které z většiny přežily dodnes – například Pod Čertovou stěnou (8 MW), Štvanice (1,42 MW) a Poděbrady (1,04 MW). Po první světové válce došlo ke schválení elektrizačního zákona, což tempo elektrifikace zrychlilo. V roce 1925 byl celkový výkon všech vodních elektráren na našem území 48,8 MW. V roce 1930 pak na našem území bylo 11 785 hydroenergetických děl. V té době vznikaly v Československu malé vodní elektrárny a zároveň byl zvyšován výkon starých děl. Po roce 1930 měly české vodní elektrárny souhrnný výkon 194 MW.
Rozvoj elektráren po 2. světové válce Po druhé světové válce začaly vznikat i větší vodní elektrárny. Jako příklady lze uvést např. Srnojedy nebo Pastviny II. Po znárodnění 1949/1950 bylo podle zprávy tehdejšího ČEZ v provozu 4392 vodních elektráren.
Po druhé světové válce začalo přibývat mnoho nových tepelných elektráren. Nejstarší v té době byla Elektrárna Holešovice, která proud dodávala již od roku 1929. Tehdy byly tepelné elektrárny nazývány jako důlní. Ty se nacházely hlavně v oblastech těžby, tedy například na Ostravsku. Už v roce 1950 zajišťovaly tepelné elektrárny 96 % výroby elektřiny v Československu.
Elektrárny ve druhé polovině 20. století Mezi největší přelom v tomto období patří vznik jaderných elektráren. Docházelo však stále k rozvoji elektráren na dostupnou paliva, které však byly hlavně na konci 20. století kritizovány pro zazdívání životního prostředí a větrání neobnovitelných zdrojů.
2. polovina 20. století v elektřině v Československu V období 2. poloviny 20. století vznikla většina dnes existujících elektráren. Došlo hlavně k rozvoji v 3 oblastech:
A) Vodní elektrárny Vodní elektřinu začaly vyrábět hlavně vodní elektrárny umístěné na vodních dílech. Ty největší přehrady se nachází na Vltavské kaskádě, která zásobuje elektřinou okolí Vltavy. Vznikalo i mnoho jiných děl s MVE (po celém Československu). Většina MVE se pak nachází na Labi a Ohři, tedy dvou řekách s velkým průtokem.
B) Tepelné elektrárny V období po roce 1950 se Československo soustředilo hlavně na výstavbu bloků o výkonu 50 MW. První takovýto blok vznikl roku 1954 v elektrárně Třebovice. V 60. letech však vláda Československa rozhodla o tom, že původně plánované bloky o výkonu 50–55 MW nahradí bloky výkonnější a to 100–110 MW. Příkladem těchto výkonnějších elektráren je například elektrárna Prunéřov I. Elektrárny vybudované v tomto období patří mezi ty největší české elektrárny současnosti (např. Počerady).
C) Jaderné elektrárny I dnes většinu elektřiny vyrábějí jaderné elektrárny. Ty také vznikaly v období 2. poloviny 20. století. Elektrárna Dukovany vznikla roku 1985 a od roku 1987 jsou v provozu všechny bloky. Druhá česká jaderná elektrárna, Temelín, měla cestu poněkud delší. Investiční plán vznikl roku 1979 a elektrárna byla plně spuštěna až roku 2003.
Jaderné elektrárny ve světě První jaderný reaktor vznikl v Chicagu roku 1942. Jednalo se o experimentální zařízení, jehož cílem bylo prokázání provededitelnosti řízené štěpné reakce. Elektřina z jádra byla poprvé vyrobena roku 1951 v Národní laboratoři v Idaho, kdy s její pomocí byly rozsvíceny čtyři 200W žárovky. První jaderná elektrárna, která dodávala proud do sítě, byla zprovozněna roku 1954 v Obninsku v bývalém SSSR. I v tomto případě šlo o výzkumné zařízení, které bylo vybaveno třemi různými typy reaktorů, u nichž byly zkoumány provozní vlastnosti a potenciál pro budoucí aplikace. Elektrický výkon elektrárny byl 5 MW. První plnohodnotnou jadernou elektrárnou velkého měřítka (4 x 60 MWe) byla JE Calder Hall ve Velké Británii. Zprovozněna byla v roce 1956, avšak výroba elektřiny nebyla jediným záměrem elektrárny, pro vojenské účely zde bylo především vyráběno plutonium. První čistě komerčním projektem byla americká JE Shippingport. Oficiálně spuštěna byla v květnu 1958, přičemž její instalovaný výkon tehdy činil 60 MWe.
Současné elektrárny
náhled|Pohled na několik větrných elektráren před elektrárnou uhelnou Z ekologického hlediska rozlišujeme zdroje obnovitelné a neobnovitelné.
Jako neobnovitelné zdroje energie jsou označovány ty, jejichž množství je omezené, potenciální regenerace dlouhodobá a hrozí jejich brzké (v řádech desítek nebo stovek let) úplné spotřebování. Většina elektrické energie se dnes vyrábí z takových neobnovitelných zdrojů, zejména spalováním fosilních paliv v tepelných elektrárnách nebo štěpnou jadernou reakcí v elektrárnách jaderných.
Za obnovitelné zdroje se považují takové zdroje, které se v přírodě samovolně regenerují ze zdrojů s velmi dlouhým horizontem vyčerpání (například vyčerpání sluneční energie se očekává až za několik miliard let). Elektrárny využívající obnovitelné zdroje mohou být
tepelné, spalující biomasu vodní (včetně přílivových) větrné geotermální solární (ohřevné nebo fotovoltaické).
Problémem většiny těchto zdrojů jsou vysoké investiční a často i provozní náklady, dané malou plošnou hustotou zachycované energie. Dále potom nevypočitatelnost objemu jejich výroby a s tím související náročnější řízení elektroenergetické přenosové soustavy. Státy Evropské unie zdroje označené za obnovitelné finančně i legislativně podporují.
Tepelné elektrárny
náhled|Uhelná elektrárna s vysokým komínem, který má pomoci exhalace rozptýlit do větší oblasti a tím je naředit. Tepelná elektrárna je obvykle kondenzační parní elektrárna, která získává energii spalováním fosilních paliv (nejčastěji uhlí) nebo biomasy. Vzniklým teplem je ohřívána pára, která pohání parní turbínu turbogenerátoru. Tepelné elektrárny bývají často kombinovány s teplárnami, protože teplo ve formě horké páry odcházející z chladících věží, je teplo odpadní. Ochlazená, ale stále ještě dost teplá pára vycházející z turbíny není odváděna do kondenzátoru, ale je dále rozváděna horkovodem k odběratelům pro účely vytápění, ohřevu teplé vody a k technologickým účelům. Příkladem může být zprovoznění horkovodu mezi jadernou elektrárnu Temelín a krajským městem České Budějovice v roce 2023.
Mezi tepelné elektrárny se občas zařazují i elektrárny plynové a paroplynové, které jsou vybaveny plynovou turbínou nebo spalovacím motorem. V principu je tepelnou elektrárnou i elektrárna jaderná, ty se však mezi tepelné elektrárny nepočítají.
Z ekologického hlediska jsou problematické tepelné elektrárny spalující fosilní paliva, neboť produkují velký objem emisí – oxidy dusíku (NOx), oxid siřičitý, prachové částice nebo polycyklické aromatické uhlovodíky. Jsou také významným zdrojem oxidu uhličitého (CO2), který se podílí na vzniku tzv. skleníkového efektu. Jako palivo se v Česku nejčastěji používá hnědé uhlí, jehož spalováním vzniká množství strusky a popela. Tepelné elektrárny jsou povinně vybaveny odlučovači popílku a odsiřovacími jednotkami, které snižují množství emisí vypouštěných do ovzduší.
Dalším druhem tepelných elektráren jsou elektrárny s dvojitým spalováním. Princip je stejný jako u koksových tepelných elektráren, ale výchozí zplodiny se nevylučují komínem do ovzduší. Spalují se znovu a výsledný produkt (jemný prášek) se přidává do sádry. Tyto elektrárny nemají komín a neprodukují CO2. Tato technologie byla postavena ve dvou provedeních v Německu v letech 2005-2015 blízko Düsseldorfu.
Tepelné elektrárny tvoří většinu zdrojů energie po celém světě.
Jaderné elektrárny
vlevo|náhled|Jaderná elektrárna je v okolí dobře viditelná, díky chladicím věžím a oblakům páry. Jaderná elektrárna je v podstatě kondenzační parní elektrárna, která má místo parního kotle jaderný reaktor a energii získává přeměnou z vazebné energie jader těžkých prvků (uranu 235 nebo plutonia 239).