Zákon zachovania energie, známy aj ako prvý zákon termodynamiky, hovorí, že energiu nemožno vytvoriť, ani zničiť, možno ju iba premeniť z jednej formy na inú. To znamená, že systém má vždy rovnaké množstvo energie, pokiaľ nie je pridaná zvonku.
Na to, aby sa otáčali čepele v kuchynskom mixéri a drvili vhodené suroviny, potrebujeme mechanickú energiu jeho motora. Ten si ju však sám nevyrobí. Dostane ju vo forme elektrickej energie cez zásuvku zo siete. A tú do siete posiela elektráreň. Otázkou je, odkiaľ ju získava elektráreň.
Výroba či premena
Ani v elektrárňach – tak ako v domácom spotrebiči – energia nevzniká, iba sa mení z rôznych iných foriem na elektrickú. Výroba elektriny je vlastne hľadanie foriem energie, ktoré by boli na túto transformáciu najvhodnejšie a hľadanie technológií, ktoré by premenu iných foriem energie na elektrickú vykonávali čo najefektívnejšie.
Potreba energie vo forme tepla či svetla sa tiahne naprieč dejinami ľudstva, a tak, prísne vzaté, energetiku vynašli pravdepodobne už tí anonymovia, ktorým sa ako prvým podarilo založiť vlastný oheň (opäť využitím iných foriem energie) a zohriať sa pri ňom. Napokon, aj priemyselná revolúcia odštartovala bez elektriny vďaka premene tepelnej energie na kinetickú v parnom stroji. Elektrická energia je však najjednoduchšie transportovateľným a transformovateľným druhom energie a práve preto dala do pohybu vznik modernej civilizácie, ktorá si svieti, kúri alebo hoci vyrába kokteily vo svojich domovoch pomocou prostých ovládačov. Nehovoriac o modernom priemysle či doprave.
Elektrina na scéne
Elektrická energia sa musí vyrábať v elektrárňach, pretože nie je v prírode voľne dostupná. Aj preto prišla na civilizačnú scénu relatívne neskoro. Prvým známym spôsobom generovania elektriny bol pohyb (otáčanie) slučky drôtu medzi pólmi magnetu – tento spôsob, ktorý sa stal základom dynama meniaceho mechanickú energiu na elektrickú, popísal v prvej polovici 19. storočia britský fyzik Michael Faraday (1791 – 1867). Za prvú verejnú elektráreň sa považuje elektrická stanica, v ktorej v roku 1882 parným strojom poháňané dynamo rozsvietilo jednosmerným prúdom osvetlenie na newyorskej ulici Pearl Street.
K ďalšiemu rozšíreniu elektrární prispelo využívanie striedavého prúdu, ktorý umožňuje prenos elektriny pri vyššom napätí a s nízkymi stratami. Pomohlo však najmä spojenie dynama s hydraulickou turbínou, teda premena pohybovej energie vody otáčajúcej turbínou na elektrickú energiu, ktorú bolo možné prenosovou sieťou (drôtmi) dopraviť k spotrebiteľom. Scéna pre tzv. druhú priemyselnú revolúciu bola odvtedy osvetlená pomocou uhlia a vody.
Voda
Najväčšou vodnou elektrárňou na svete sú 22,5-gigawattové Tri rokliny na rieke Jang-c’-ťiang v Číne za 29 miliárd dolárov so 181 m vysokou a 2 335 m dlhou priehradou. Elektráreň má 32 turbín a generátorov, každý s výkonom 700 MW, a dva generátory s výkonom 50 MW. Jej ročný výkon sa odhaduje na 85 TWh – watt (W) je jednotka výkonu, rýchlosti, ktorou sa energia generuje alebo spotrebúva, kým watthodina (Whs) vyjadruje množstvo práce. Tri rokliny zásobujú energiou deväť čínskych provincií a dve mestá vrátane Šanghaja.
Menší inštalovaný výkon – iba 14 GW – má dvadsať 700-megawattových generátorov elektrárne Itaipú na rieke Paraná na hranici Brazílie a Paraguaja. Itaipú však dokáže ročne vyrobiť takmer toľko elektriny ako Tri rokliny a v roku 2016 dokonca vyrobila 103,1 TWh, čím vytvorila svetový rekord. Elektráreň dodáva 15 % elektrickej energie spotrebovanej v Brazílii a až 90 % spotreby v Paraguaji. Pre zaujímavosť, hydroagregátory v Gabčíkove majú výkon približne 720 MW a pokrývajú asi 8 % spotreby na Slovensku.
V hydroelektrárňach s priehradami preteká voda vypúšťaná z nádrže cez turbíny, roztáča ich a tie aktivujú generátory elektrickej energie. Prietokové hydroelektrárne využívajú rieku alebo jej časť odklonenú cez kanál a prečerpávacie elektrárne fungujú ako batérie: uskladňujú energiu z iných zdrojov tým, že ju použijú na prečerpanie vody z nádrže v nižšej nadmorskej výške do nádrže vo vyššej výške. V prípade potreby (napríklad v noci, keď slnečné zdroje nepracujú) potom energiu vydajú prepustením vody z hornej nádrže do dolnej cez turbíny.
R
