envic
Spolufinancováno Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
energie
energie
500 000 př. n. l. 1850 1859 1880 1957 2007
2030
Člověk začíná používat oheň − pálí dřevo Začíná věk uhlí První komerční ropný vrt Začíná věk zemního plynu První komerční jaderná elektrárna a víra, že: „Jaderná fúze bude za 50 let“ Máme obavy o ropu, věříme, že: „Jaderná fúze bude za 50 let“ a začínáme opět pálit dřevo (správně: biomasu) Spotřebováváme o 60 % více energie než dnes a pálíme …???
Více informací o tématu www.mpo.cz www.iea.org www.eia.doe.gov www.bp.com www.tzb-info.cz www.peakoil.net
„Nemůžeme řešit problémy stejným způsobem myšlení, kterým jsme je vytvořili.“ “We can‘t solve problems by using the same kind of thinking we used when we created them.” Albert Einstein
Obsahově připravilo Environmentální informační centrum Plzeň za odborné asistence pracovníků Fakulty elektrotechnické Západočeské univerzity v Plzni. Ilustrace: Ondřej Nejedlý Grafická úprava: Hana Lehmannová Výroba: tiskárna Bílý slon © ENVIC, o.s.
duben 2007
ENERGIE
Kolik myslíte, že dokážete vyrábět energie fyzickou prací?
Kolik myslíte, že dokážete vyrábět energie třeba šlapáním na rotopedu? Asi tolik, kolik stačí na rozsvícení jedné 100 wattové žárovky. Obyčejný fén na vlasy spotřebuje kolem 1 500 wattů. Na vysoušení vašich vlasů by muselo vyrábět energii svou prací 15 lidí!
Napadají vás další příklady? Třeba: ❚ Zapnutý počítač potřebuje 300 W = výkon z práce 3 lidí ❚ Pro jízdu autem obvyklou rychlostí potřebujeme 50 000 W (50 kW) = práce 500 lidí ❚ Kamión potřebuje pro pohon asi 300 kW = práce 3 000 lidí Obrazně řečeno: spotřebováváme tolik energie, jako kdyby na každého z nás pracovalo několik set lidí. Kamión z Plzně do Brna naštěstí tisíce lidí tlačit nemusí − stačí na to pár desítek litrů nafty. Máme se docela dobře a nemusíme příliš pracovat jedině díky tomu, že umíme využívat zdroje energie z našeho okolí. Ty hlavní tu však věčně nebudou. A pokud ano, tak rozhodně nebudou levné.
Jak se s tím vyrovnáme?
Výkon udáváme ve wattech (W) 1 000 W = 1 kilowatt (kW), 1 000 000 W = 1 megawatt (MW) atd.
PROČ JE ENERGIE PROBLÉM? Příliš fosilních paliv.
Většina energie pochází z fosilních paliv Fosilní paliva jsou uhlí, ropa a zemní plyn. Vznikly před miliony let přeměnou odumřelých rostlin za nepřístupu vzduchu − proto je nazýváme fosilními. Zásadním problémem energetiky je fakt, že drtivá většina energie pochází právě z fosilních paliv.
❚ Hořící ropná plošina ❚ Požár v povrchovém dole
❚ Kde se těží uhlí, tam není krajina
❚ Není krajina a jsou emise
Fosilní paliva jsou zásadním problémem − proč? Protože: ❚ mají velmi negativní vliv na životní prostředí (uvolňování zejména oxidu uhličitého − CO2 a dalších látek) ❚ zdroje ropy, zemního plynu ani uhlí nejsou neomezené ❚ většina rozvinutých zemí je závislá na dovozu fosilních paliv (zejména ropy a zemního plynu) ❚ z ropy a zemního plynu se vyrábí například plasty, hnojiva a léky − energetika si nemůže „nárokovat“ tyto zdroje jen pro sebe
SVĚT 80 %
ČR 84 %
veškeré vyrobené energie pochází z fosilních paliv
❚ Podíl jednotlivých energetických zdrojů na celosvětové výrobě energie v roce 2004 (OZE − obnovitelné zdroje energie)
11 059 Mtoe
❚ Ropná rafinerie
❚ Tanker převážející kapalný zemní plyn − Liquefied Natural Gas (LNG)
❚ ❚ ❚ ❚ ❚ ❚ ❚
uhlí (25,1 %) ropa (31,3 %) zemní plyn (20,9 %) jaderná energie (6,5 %) vodní energie (2,2 %) spalitelné OZE a odpady (10,6 %) ostatní (0,4 %)
Všimněte si: Geotermální, větrná a sluneční energie a další tvoří pouhých 0,4 % vyrobené energie!
❚ Při těžbě plynu na Sibiři za polárním kruhem pracují lidé v nejtěžších klimatických podmínkách (Snímek: HydroWingas)
❚ Ropa byla použita k výrobě všech věcí na této fotografii (Snímek: Sara Leen)
Ani budoucnost nenabízí snížení podílu fosilních paliv. Dle scénáře IEA (International Energy Agency) by měl podíl fosilních paliv do roku 2030 mírně vzrůst na 82 %.
PROČ JE ENERGIE PROBLÉM? Lehce dostupné zdroje jsme již spotřebovali.
Energetická návratnost se snižuje. V počátcích ropného věku se pomocí energie z jednoho barelu ropy dalo vytěžit barelů 100. Poměr energie získané k energii vložené byl tedy 100 (100 : 1). Dnes, kdy je těžba obtížnější, se pomocí 1 barelu ropy vytěží barelů cca 10 až 30 (energie získaná : energie vložená = 10 až 30) a poměr dlouhodobě klesá.
❚ Náročnost těžby ropy vzrůstá − těžební plošiny dnes patří mezi nejsložitější zařízení vyráběná člověkem
A jak je to s náhradami ropy? Térové písky a ropné břidlice − energie získaná : energie vložená = 1,5 až 3 A co další zdroje, na které spoléháme? Bionafta − energie získaná : energie vložená = 0,75 až 1,3 Biolíh − energie získaná : energie vložená = 0,5 až 1!
❚ Energetická návratnost těžby ropy
❚ Nádrž přečerpávací elektrárny Dlouhé stráně ❚ Akumulační nádrž − teplo je „uskladněno“ v ohřáté vodě
❚ Energetická návratnost výroby biolíhu
Energii neumíme „skladovat“ Většinu energie (tepelné i elektrické), kterou vyrobíme musíme ihned spotřebovat. Existují možnosti akumulace energie, ale jsou omezené (akumulační nádrže, přečerpávací elektrárny, akumulátory atd.)
Jaká známe řešení těchto problémů 1. Úspory energie a větší energetická efektivita 2. Obnovitelné a alternativní zdroje energie 3. Jaderná energie Seznámíte se s nimi na následujících stranách.
ÚSPORY ENERGIÍ A ENERGETICKÁ EFEKTIVITA Nejlevnější a nejekologičtější řešení.
Ušetřit jednu kilowatthodinu je obvykle levnější, jednodušší a příznivější k životnímu prostředí než ji vyrobit. Možnosti úspor jsou v ČR veliké. Jeden příklad za všechny: abychom vydělali 1 Euro, spotřebujeme na to 2x více energie než naši sousedé v Rakousku.
Úspory a energetická efektivita proto zaujímají při řešení možných energetických problémů 1. místo. ❚ Tepelná izolace nízkoenergetického domu
Co konkrétně můžeme dělat? ❚ Zateplit svůj dům kvalitní tepelnou izolací o tloušťce alespoň 15 cm (například minerální vlnou). Realizaci svěřte odborné firmě. ❚ Při stavbě nového domu požadovat na architektovi/stavební firmě, aby dům svými parametry odpovídal standardům pro nízkoenergetické domy. Vhodné je nastudovat literaturu o nízkoenergetických a pasivních domech. Nízkoenergetické domy potřebují 4x méně energie a pasivní domy dokonce 13x méně energie na vytápění než současná výstavba! ❚ Instalovat těsnění do oken a dveří nebo rovnou vyměnit stará okna za kvalitní s izolačním dvojsklem (nejlépe s dřevěným rámem). Pokud máme dobře těsnící okna nezapomínáme na větrání − krátké, intenzivní (při dokonalém utěsnění je obvykle nutné nainstalovat větrací jednotku!). ❚ Okna domu opatřit izolačními okenicemi, roletami nebo žaluziemi. ❚ Kupovat úsporné spotřebiče (označené jako A na energetickém štítku) Úsporných spotřebičů je celá řada: žárovky, pračky, ledničky atd. ❚ Používat „chytré“ přístroje − například programovatelný regulátor teploty (termostat), na kterém lze naprogramovat teploty v bytě v průběhu dne (nízká teplota v době nepřítomnosti lidí − topí se podstatně méně). ❚ Nenechávat zbytečně zapnuté spotřebiče (musí ta televize skutečně běžet, když si čtu knížku?) ❚ Omezit jízdu autem, pokud je to možné, nebo se domluvit s dalšími lidmi na spolujízdě. Jezdit veřejnou dopravou spíše než autem. ❚ V rozumné míře využívat obnovitelné zdroje energie − instalovat na střechu solární kolektory pro ohřev vody. Při použití kolektorů pro přitápění je nutné mít nízkoteplotní otopnou soustavu (například podlahové topení). Zakoupit kotel na peletky, dřevěné brikety nebo na dřevo (pokud je v okolí dostatek kvalitního suchého dřeva − například odpad z pily).
❚ Solární kolektory na střeše rodinného domu
❚ Jízda městskou hromadnou dopravou je energeticky úspornější než jízda automobilem ❚ Kotel na spalování biomasy (Snímek: Verner)
❚ Okno s izolačním trojsklem
❚ Energetický štítek
❚ Programovatelný termostat
❚ Izolační žaluzie
Základní druhy dotací: Na zařízení, využívající obnovitelné zdroje energie lze získat dotaci ze Státního fondu životního prostředí Výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů energie je dotována zvýšenou výkupní cenou Připravuje se zákon o podpoře výroby tepla z obnovitelných zdrojů energie
❚ Budovat (např. jako podnikání) nebo podporovat výstavbu zařízení pro využívání obnovitelných zdrojů energie, které mají z energetického a ekonomického hlediska smysl (obecní kotelny na odpadní biomasu, bioplynové stanice). ❚ Nevěřit všemu co se říká nebo píše třeba v internetových diskusích. Pátrat po faktech a na jejich základě si vytvářet vlastní názor. ❚ Vzdělávat se.
OBNOVITELNÉ ZDROJE ENERGIE Budoucnost energetiky?
Jeden velký problém. Obnovitelné zdroje energie jsou příliš „slabé“ na to, aby uspokojily naši obrovskou spotřebu energie.
❚ Negativní dopady výroby biolíhu. Oblast Mato Grosso: zdevastované deštné pralesy − na jejich půdě se pěstují plodiny pro výrobu biolíhu (Snímek: NASA)
Budoucnost nebude výrazně lepší V roce 2030 bude stále pouhých 15 −20 % energie pocházet z obnovitelných zdrojů. Za to nemohou ropní šejkové ani uhlobaroni, to je fyzikální realita. Co tedy s těmi zbývajícími 80 %? Fosilní paliva a jaderná energie − nic lepšího zatím neznáme. A nebo: výrazně snížit celkovou spotřebu energie.
Kdo začne první?
Biomasa a bioplyn Odpadní biomasa pro spalování ❚ dřevo a piliny z pil, dřevo a větve z lesních těžeb, sláma Spaluje se v kotlích buď přímo nebo po rozdrcení na tzv. štěpku a případně po slisování do briket nebo pelet. Záměrně pěstovaná biomasa pro spalování ❚ rychle rostoucí dřeviny (topoly, vrby), energetické byliny (šťovík, křídlatka, sloní tráva) Usušené rostliny se spalují − stejně jako odpadní biomasa. Odpadní biomasa pro další využití ❚ zbytky potravin, tráva, drobné zejména vlhké větve, výkaly. Obvykle se z nich vyrábí bioplyn nebo kapalná paliva pro spalování.
Mezi obnovitelné zdroje energie (OZE) se obvykle řadí: a) Energie slunečního záření b) Energie větru c) Energie vody (vody v řekách, mořských vln, přílivu a odlivu) d) Energie biomasy e) Energie geotermální (tepelná energie zemského jádra)
Kapalná biopaliva Rostlinný olej Auto s dieselovým motorem pojede i na řepkový olej. Motor je třeba nechat pro olej upravit! Bionafta Vyrábí se z rostlinného oleje (obvykle řepkového). Přimíchává do klasické nafty, lze ale jezdit i na čistou bionaftu. Energeticky se nevyplatí (výroba spotřebuje příliš mnoho energie). Biolíh (bioetanol) Vyrábí se například z obilí, brambor nebo cukrové třtiny obdobně jako alkohol (destilací). Přimíchává se do benzinu, lze ale jezdit i na čistý biolíh. Energeticky se biolíh nevyplatí (výroba spotřebuje příliš mnoho energie).
❚ Bioplynová stanice − výroba bioplynu se nabízí při zpracování odpadů ze zemědělství (Snímek: Biogas Direct)
❚ Prosklená jižní stěna (dětská školka na okraji Vídně)
Energie Slunce Teplo ze Slunce Solární kolektory − mohou ohřívat vodu na mytí nebo pro podlahové topení. Solární architektura − prosklená jižní fasáda funguje jako skleník − sluneční záření může ohřívat interiér domu. Elektřina ze Slunce Fotovoltaické články − panely s články, které přímo mění energii slunečního záření na energii elektrickou Solární elektrárny − sluneční záření ohřívá zařízení, které umí měnit teplo na mechanický pohyb (parní turbína, Stirlingův motor). Zařízení pak pohání generátor elektrické energie.
OZE jsou „nevyčerpatelné“ ❚ produkují méně oxidu uhličitého než fosilní zdroje ❚ některé jsou šetrné k životnímu prostředí (nikoli všechny!) ❚ jsou lokálním zdrojem energie ❚ některé jsou v podstatě zadarmo
vyrábí příliš málo energie ❚ jejich výkon je závislý na denní a roční době, geografických podmínkách a počasí ❚ jsou drahé (cena ale bude pravděpodobně klesat)
OBNOVITELNÉ A NOVÉ ZDROJE ENERGIE Budoucnost energetiky?
❚ Tepelné čerpadlo, které vytápí Český hydrometeorologický ústav v Plzni
❚ Přehradní nádrž s elektrárnou Orlík. Tato velká vodní díla jsou dnes z environmentálního hlediska odmítána (Snímek: ČEZ)
❚ Turbíny a generátory vodní elektrárny Vydra (Snímek: ČEZ)
Energie vody Vodní elektrárny Významný obnovitelný zdroj energie v ČR. Přesto z vodních elektráren pochází pouhé 3 % elektřiny, vyrobené v ČR.
Energie větru Větrné elektrárny Trend směřuje k větším rotorům ve větších výškách (rychlost větru s výškou nad terénem výrazně roste) a vyšším instalovaným výkonům (1−4 MW).
Jak fouká v ČR Větrné elektrárny má smysl stavět jen v místech, kde vítr dostatečně fouká − na mapě jsou tato mísa označena červenou a fialovou barvou. ❚ Mapa průměrných rychlostí větru ČR (Mapa: Ústav fyziky atmosféry, Akademie věd ČR)
Energie prostředí a zemského jádra Tepelná čerpadla Tepelné čerpadlo umí odebírat teplo z venkovního prostředí a předávat jej pro topení nebo ohřev vody. Vždy potřebuje další energii zvenčí − obvykle elektrickou energii pro pohon tepelného čerpadla.
Budoucí zdroje energie Věda a výzkum Přechod dřevo > uhlí > ropa v minulosti umožnila věda, výzkum a technologický pokrok. Zda se podaří i nezbytný odklon od klasických fosilních paliv bude opět velmi záležet na vědě a výzkumu.
Průměrná rychlost větru [m/s] ❚ ❚ ❚ ❚ ❚
0,0−2,0 2,0−2,5 2,5−3,0 3,0−3,5 3,5−4,0
❚ ❚ ❚ ❚ ❚
4,0−4,5 4,5−5,0 5,0−6,0 6,0−8,0 8,0 a více
Kdy se dočkáme jaderné fúze? Snad kolem roku 2050. Možná ale podstatně déle a nebo také nikdy. Jaderná fúze (slučování) je reakcí, díky které svítí naše Slunce. Zvládnutí stabilní fúzní reakce v reaktoru na Zemi by znamenalo zlom v energetice. Vodík Vodík neřeší energetické problémy. Vodík není zdrojem ale pouze nositelem energie. Nelze jej nikde „těžit“ − musíme jej vyrábět (do výroby se vkládá více energie než se ve formě vodíku získává). ❚ Ve světě jsou nejlepší větrné podmínky na mořském pobřeží, na hřebenech hor a náhorních planinách
❚ Interiér komory Tokamaku − jedna z možností zvládnutí řízené jaderné fúze
❚ Vodíkový automobil u čerpací stanice
JADERNÁ ENERGIE
Řešení klimatické změny i problémů v energetice?
Náhrada ropy? Jaderná energie nemůže ropu nahradit, ale může snížit naši závislost na ropě.
K čemu se jaderná energie používá ❚ Výroba elektrické energie Štěpením jaderného paliva (obvykle uran) vzniká teplo. Získaným teplem se ohřívá pára, která roztáčí turbíny a generátory elektrické energie. ❚ Kogenerace (výroba elektřiny a tepla) − využití se předpokládá až v budoucnosti
Proti globální klimatické změně Při výrobě energie v jaderné elektrárně není vypouštěn oxid uhličitý. Jaderná energie proto může mít velký význam v boji s globální klimatickou změnou.
❚ Jaderná energie nabývá významu v boji s klimatickou změnou (JE Dukovany) (snímek: ČEZ)
❚ Obav se však zbavit nedokážeme. V roce 1979 došlo v jaderné elektrárně Three Mile Island k havárii spojené s únikem radioaktivních látek do okolního prostředí. (snímek: NASA)
Rozporuplné názory Jaderná energie vzbuzuje velmi živou diskusi − má své zastánce i odpůrce. Řada věcí zůstává nedořešena − zejména radioaktivní odpad. Mnoho odborníků se však shoduje, že při současném životním stylu se do budoucna bez jaderné energie neobejdeme.
celkové emise CO2 z jaderné energetiky jsou nízké ❚ v malém množství paliva je obsažena velká energie (1 kg přírodního uranu má energetický obsah jako 1 vagón černého uhlí) ❚ na obzoru jsou nové technologie přepracování paliva
není dořešeno dlouhodobé ukládání radioaktivního odpadu ❚ existují obavy o jadernou bezpečnost (např. v souvislosti s terorismem) ❚ energetika se více centralizuje − je zranitelnější ❚ estetické znehodnocení krajiny
