Studie. využití obnovitelných zdrojů energie Vsetín

Studie využití obnovitelných zdrojů energie Vsetín

Podpořeno v rámci finančních mechanismů EHP/Norska Zpracovatel: Ing. Jaromír Holub, Poradenská a konzultační kancelář pro energeticky úsporná řešení Bratří Hlaviců 102, 755 01 Vsetín

prosinec 2009

Studie využití obnovitelných zdrojů na Vsetínsku


OBSAH:

A. ÚVOD ....................................................................................................................................... 5 1. 2. 3.

Energetická situace v Evropské unii .................................................................................... 5 Studie potenciálu OZE v ČR s výhledem do roku 2050 ........................................................ 8 Potenciál využití OZE pro výrobu energie ........................................................................... 8

B. ZPRÁVA NEZÁVISLÉ ODBORNÉ KOMISE PRO POSOUZENÍ ENERGETICKÝCH POTŘEB ČESKÉ REPUBLIKY V DLOUHODOBÉM ČASOVÉM HORIZONTU (NEK) Z POHLEDU OZE. .......................... 10 1.

Přehled obnovitelných zdrojů energie v ČR ...................................................................... 15 1.1. Energie Slunce ‐ sluneční teplo, ohřev vody a vzduchu ................................................. 18 1.2. Energie Slunce ‐ výroba elektřiny ................................................................................... 19 1.3. Energie větru .................................................................................................................. 20 1.4. Energie biomasy ............................................................................................................. 21 1.5. Energie vody ................................................................................................................... 22 1.6. Energie prostředí, geotermální energie, tepelná čerpadla ............................................ 22 4. Bariéry rozvoje obnovitelných zdrojů energie V ČR .......................................................... 26 2.1. Koncepční a politické bariéry ......................................................................................... 26 2.2. Daňová politika ............................................................................................................... 28 2.3. Ekonomické bariéry související s financováním projektů .............................................. 28 2.4. Informační a technologické bariéry ................................................................................ 28 2. Závěr .................................................................................................................................. 29 C.

ZÁKLADNÍ CHARAKTERISTIKA MĚSTA VSETÍNA ..................................................................... 29

D. SLUNEČNÍ (SOLÁRNÍ) ENERGIE .............................................................................................. 31 Využití sluneční energie ............................................................................................................. 31 Využití slunečního záření k výrobě tepla ................................................................................... 32 Pasivní solární soustavy ......................................................................................................... 32 Princip aktivní solární soustavy ............................................................................................. 32 Kapalinové solární kolektory ................................................................................................. 32 Vakuové solární kolektory ..................................................................................................... 33 Rozdělení solárních kolektorů ............................................................................................... 33 Provoz solárních zařízení ........................................................................................................... 33 Ekonomické hodnocení ............................................................................................................. 34 Výhody využití solárních zařízení ............................................................................................... 35 Nevýhody využití solárních zařízení ........................................................................................... 35 Využití slunečního záření k výrobě elektrické energie .............................................................. 35 Fotovoltaické panely ............................................................................................................. 36 Princip činnosti solárního článku. .......................................................................................... 36 Systémy připojené k síti (grid‐on) .......................................................................................... 37 Samostatné (ostrovní) systémy ‐ grid off .............................................................................. 38 Fotovoltaika v architektuře ................................................................................................... 38 Dotace, výkupní ceny ............................................................................................................. 38 Výběr vhodných lokalit a zásady pro dimenzování ............................................................... 38 Přírodní podmínky ................................................................................................................. 39 2/104


Charakteristika města Vsetína ................................................................................................... 39 E.

ENERGIE VĚTRU ..................................................................................................................... 41 Přírodní podmínky ..................................................................................................................... 41 Možnosti využití ......................................................................................................................... 43 Autonomní systémy ................................................................................................................... 43 Systémy připojené k síti ............................................................................................................. 44 Technické řešení ........................................................................................................................ 44 Výběr vhodných lokalit a zásady pro dimenzování ................................................................... 45 Větrné elektrárny a životní prostředí ........................................................................................ 46 Uplatnění energie větru ve Vsetíně ........................................................................................... 48

F.

ENERGIE BIOMASY ................................................................................................................. 50 Biomasa odpadní: ...................................................................................................................... 50 Biomasa záměrně produkovaná k energetickým účelům, energetické plodiny: ...................... 51 Možnosti využití a přehled technologií ..................................................................................... 51 Možnosti využití biomasy .......................................................................................................... 51 Přímé spalování a zplyňování .................................................................................................... 52 Vliv vlhkosti na výhřevnost biomasy ......................................................................................... 52 Biochemická přeměna ............................................................................................................... 53 Bioetanol ................................................................................................................................ 53 Bioplyn ................................................................................................................................... 54 Bionafta ................................................................................................................................. 54 Lokální topidla ....................................................................................................................... 56 Kotle pro ústřední vytápění ................................................................................................... 57 Kotle pro automatické spalování štěpky a pilin, slámy ......................................................... 57

G. ENERGIE VODY ....................................................................................................................... 61 1. fáze ‐ výběr lokality ............................................................................................................ 65 2. fáze ‐ projektová příprava ................................................................................................. 65 H. VYTÁPĚNÍ TEPELNÝM ČERPADLEM ........................................................................................ 67 I.

ZATEPLENÍ A IZOLACE ............................................................................................................ 73

DRUHY ZATEPLOVACÍCH SYSTÉMŮ ............................................................................................... 73 A) Podle polohy umístění zateplovacích systémů ................................................................. 73 B) Podle druhu tepelných izolantů ........................................................................................ 74 C) Podle způsobu provádění a materiálového řešení: .......................................................... 74 OMEZENÍ TEPELNÝCH ZTRÁT STŘECHOU ...................................................................................... 78 Nevyužívané půdy .................................................................................................................. 78 Využívané půdy ...................................................................................................................... 78 Dvouplášťové střechy ............................................................................................................ 78 Obytné podkroví .................................................................................................................... 79 Ploché střechy ....................................................................................................................... 79 OMEZENÍ TEPELNÝCH ZTRÁT SKLEPNÍMI PROSTORY .................................................................... 79 OMEZENÍ TEPELNÝCH ZTRÁT OKNY A DVEŘMI ............................................................................. 79 3/104


ZDROJE TEPELNÝCH ZTRÁT ............................................................................................................ 79 ÚSPORNÁ OPATŘENÍ ..................................................................................................................... 80 OMEZOVÁNÍ ZTRÁT TEPLA DVEŘMI .............................................................................................. 80 ANALÝZA VÝCHOZÍHO STAVEBNĚ TECHNICKÉHO STAVU BUDOVY A JEDNOTLIVÝCH KONSTRUKCÍ .................................................................................................................................. 80 PŘÍNOSY ZATEPLENÍ ....................................................................................................................... 81 NEVÝHODY ZATEPLENÍ ................................................................................................................... 82 ZELENÁ ÚSPORÁM ......................................................................................................................... 82 Předmět a forma podpory ......................................................................................................... 82 Základní členění Programu ........................................................................................................ 83 Kdo může žádat o podporu ....................................................................................................... 83 Rodinné domy ............................................................................................................................ 83 A ‐ Úspory energie na vytápění ............................................................................................. 84 B ‐ Výstavba v pasivním energetickém standardu ................................................................ 84 C.1, C.2 ‐ Výměna neekologického vytápění za nízkoemisní zdroje na biomasu a účinná tepelná čerpadla, instalace nízkoemisních zdrojů na biomasu a účinných tepelných čerpadel do novostaveb ........................................................................................................ 85 C.3 ‐ Instalace solárně‐termických kolektorů (pouze pro přípravu teplé vody) .................... 86 C. 3 ‐ Instalace solárně‐termických kolektorů (pro přípravu teplé vody a přitápění) ........... 86 D ‐ Dotační bonus .................................................................................................................. 86 Bytové domy .............................................................................................................................. 87 A ‐ Úspory energie na vytápění ............................................................................................. 87 B ‐ Výstavba v pasivním energetickém standardu ................................................................ 88 C.1, C.2 ‐ Výměna neekologického vytápění za nízkoemisní zdroje na biomasu a účinná tepelná čerpadla, instalace nízkoemisních zdrojů na biomasu a účinných tepelných čerpadel do novostaveb ........................................................................................................ 88 C.3 ‐ Instalace solárně‐termických kolektorů (pouze pro přípravu teplé vody) .................... 89 C.3 ‐ Instalace solárně‐termických kolektorů (pro přípravu teplé vody a přitápění) ............ 89 D ‐ Dotační bonus .................................................................................................................. 90 J.

ZÁVĚRY, DOPORUČENÍ, NÁVRHY NA OPATŘENÍ ................................................................... 91 Návrhy opatření ......................................................................................................................... 91 Závěr .......................................................................................................................................... 93

4/104


A. ÚVOD Z hlediska udržitelného rozvoje jsou obnovitelné zdroje energie (dále jen OZE) jediným východiskem, tak jako byly po celou dobu existence lidstva, kromě posledních zhruba dvou set let. Fyzikální omezení a limity této planety jiné možnosti dlouhodobě prakticky vylučují, nehledě na to, jak si kdokoli z nás představuje udržitelný rozvoj či kvalitu života. Obnovitelné zdroje energie (OZE) jsou sice všeobecně považovány za východisko z globálních problémů souvisejících se změnami klimatu, avšak v současné době se v ČR podílejí na tuzemské spotřebě primárních energetických zdrojů pouze necelými 6 % a na tuzemské spotřebě elektřiny necelými 7 %. Naše republika proto nebude mít v EU jednoduchou situaci, protože se podepsáním Přístupové smlouvy k EU zavázala k dosažení 8% podílu elektřiny z OZE na tuzemské spotřebě elektřiny do roku 2010. Například ve srovnání s rokem 1990 se u nás sice snížily emise nejvýznamnějšího skleníkového plynu C02 o více než 22 %, ale přesto byly např. v roce 2002 měrné emise C02 na jednoho obyvatele ČR 12,6 t, zatímco v EU 8,9 t. Nízký podíl OZE je výsledkem nejen výchozí nepříznivé situace po roce 1989, ale i dosavadního selhání politiky v oblasti podpory environmentálně příznivých energetických technologií. V úlohách manažerského rozhodování se nejprve stanoví cíle, kterých se má dosáhnout, a potom se hledají prostředky, jakými těchto cílů dosáhnout. K ohodnocení kvality tohoto procesu slouží kritéria hodnocení. Takže pokud chceme nezávislé a úsporné státní energetické hospodářství, musíme najít a vytvořit takové systémové nástroje státu, tedy daně a zákony, abychom toho dosáhli. Překážky vyplývají především ze současného pojetí Státní energetické koncepce ČR (SEK) a s ní související legislativy, cenové politiky v oblasti paliva energie a daňové politiky. Kromě toho je možné najít překážky ekonomické (související s financováním projektů a dostupností kapitálu), technické, informační a další.

1. Energetická situace v Evropské unii Evropská unie zcela jasně definovala svůj postoj k obnovitelným zdrojům ve vztahu k energetické a enviromentální politice. V oblasti energií preferuje udržitelnost, stabilitu energetických zdrojů, jistotu a bezpečnost zásobování energiemi a konečně zohlednění budoucích energetických potřeb rozvojových zemí. Udržitelnost v energetice je definována osvobozením dalšího ekonomického růstu od nutnosti využívání vyčerpatelných primárních energetických zdrojů a s tím spojeného nebezpečí globálního oteplování atmosféry. Velmi podstatným aspektem je rovněž jistota dlouhodobé dostupnosti energetických zdrojů nezávislých na dovozu a bez rizika politické nestability. Budoucí energetické potřeby společností v rozvojových zemích by měli být již kryty bezpečnými energetickými zdroji. Důraz je dále kladen na efektivní využívání energií, na upřednostňování obnovitelných zdrojů 5/104


a na hledání potenciálu jaderných technologií. Za efektivním využíváním energií se skrývá podstatné zvýšení účinnosti spotřeby energií při zajišťování energetických potřeb v domácnostech, průmyslu a v dopravě. EU již nyní pokrývá 50% svých energetických potřeb importem. Očekává se, že v důsledku vyčerpání většiny domácích zásob ropy a plynu se tato závislost do roku 2030 zvýší až na 70%. Jedná se zejména o dodávky ropy a plynu ze zemí s velmi nejistou geopolitickou situací. Na dovozu surovin z těchto zemí je závislá také energetika ČR. Výroba elektřiny v ČR je zajišťována výrobou v uhelných a jaderných elektrárnách a v menším rozsahu z obnovitelných zdrojů. Po roce 2010 začne docházet k rychlému úbytku energetických zdrojů vlivem dožívání existujících kapacit a s ohledem na územní těžební limity bude klesat i dostupnost energetického uhlí. Souběžný nárůst poptávky po energii v zemích jako Indie a Čína a zmenšující se zásoby zvyšují mezinárodní konkurenci v oblasti energetiky. Evropská doprava je z 97% závislá na ropě, kterou je nutno dovážet. Nejen z bezpečnostního a ekonomického hlediska je nutné hledat takové alternativní zdroje a technologie, které zaručí Evropě energetickou nezávislost a přitom ochrání životní prostředí. V Evropské unii je současný podíl využívání OZE při výrobě elektrické energie asi 12,9%. S ratifikací Kjótského protokolu o snižování emisí CO2 v průmyslově vyspělých zemí se EU zavázala, že do r. 2010 bude podíl OZE na výrobě elektrické energie dvojnásobný, tedy 21%. Česká republika se při vstupu do EU zavázala ke zvýšení podílu OZE na výrobě elektrické energie ze současných cca 4% na 8%.

Graf celkového podílu na výrobě energie – Evropská unie a Česká republika

Evropská energetická politika se již několik let snaží ctít tři základní priority: obnovitelné zdroje, energetickou efektivnost a bezpečnost zásobování energií. Zásadní legislativní stimuly na evropské úrovni představují např. Směrnice: ¾ 2003/96/ES o zdanění energetických produktů a elektřiny ¾ 2002/91/ES o energetické náročnosti budov 6/104


¾ návrh Směrnice o účinnosti konečné spotřeby energie a o energetických službách ¾ 2009/28/ES o podpoře využívání energie z obnovitelných zdrojů a o změně a následném zrušení směrnic 2001/77/ES a 2003/30/ES

Podíl energie z obnovitelných zdrojů na hrubé konečné spotřebě energie v roce 2005

Cílová hodnota podílu energie z OZE na hrubé konečné spotřebě energie v roce 2020

Belgie Bulharsko Česká republika Dánsko Německo Estonsko Irsko Řecko Španělsko Francie Itálie Kypr Lotyšsko Litva Lucembursko Maďarsko Malta Nizozemsko Rakousko Polsko Portugalsko Rumunsko Slovinsko Slovenská republika Finsko Švédsko Spojené království

2,2 % 9,4 % 6,1 % 17,0 % 5,8 % 18,0 % 3,1 % 6,9 % 8,7 % 10,3 % 5,2 % 2,9 % 32,6 % 15,0 % 0,9 % 4,3 % 0,0 % 2,4 % 23,3 % 7,2 % 20,5 % 17,8 % 16,0 % 6,7 % 28,5 % 39,8 % 1,3 %

13 % 16 % 13 % 30 % 18 % 25 % 16 % 18 % 20 % 23 % 17 % 13 % 40 % 23 % 11 % 13 % 10 % 14 % 34 % 15 % 31 % 24 % 25 % 14 % 38 % 49 % 15 %

K celkovému trendu může přispět též směrnice o podpoře kogenerace. Během konference OSN v Kodani se Evropská unie bude snažit prosadit přijetí ambiciózní dohody, která by měla zabránit eskalaci globálního oteplování na katastrofální úroveň. Vedoucí představitelé členských států se na svém listopadovém setkání dohodli, že uvolní prostředky na fond, který by měl rozvojovým zemím pomoci v boji proti změně klimatu. Konkrétní částka však dosud nepadla. Do roku 2020 by se celková výše nákladů v rozvojových zemích měla pohybovat okolo 100 miliard eur ročně. Prozatím Komise navrhuje, aby Unie do roku 2012 přispívala ve výši 5–7 miliard eur ročně. 7/104


Na mezinárodní konferenci v Kodani se letos v prosinci budou zástupci jednotlivých zemí snažit vypracovat dohodu, která nahradí Kjótský protokol, jenž byl rozvinutými zeměmi přijat v roce 1997. V tomto protokolu se signatářské země zavázaly snížit objem emisí skleníkových plynů o 5 % v porovnání s hodnotami z roku 1990. Jako předvoj kodaňské konference již na dané téma proběhlo několik kol jednání, která se konala např. v Bonnu, Bankoku či Barceloně. Snahu snížit emise skleníkových plynů dnes slibují i země, které životní prostředí znečišťují velkou měrou, jako například Čína či Spojené státy, a proto je podle Unie velmi pravděpodobné, že se v Kodani podaří dosáhnout významné dohody. EU se již zavázala snížit do roku 2020 emise o minimálně 20 % hodnot z roku 1990. Pokud by se k závazku přidaly i ostatní země, Unie by svůj cíl zvýšila na 30 %.

2. Studie potenciálu OZE v ČR s výhledem do roku 2050 V minulosti byl potenciál OZE v ČR odhadován několikrát. Teprve v roce 2003 byl proveden hloubkový výzkum spojený s ekonomickým vyhodnocením. Účelem bylo poskytnout směrodatné podklady pro přípravu Státní energetické koncepce a také pro přípravu návrhu zákona o podpoře energie z OZE. Potenciál byl zjišťován u 5 základních primárních zdrojů obnovitelné energie: energie sluneční, energie biomasy, vodní energie, větrné energie a geotermální energie, včetně nízkopotenciální energie prostředí. Každý druh zdroje obnovitelné energie představuje specifické možnosti využití a tudíž i zkoumání jeho potenciálu. Jedním z východisek šetření bylo členění na potenciál technický, využitelný, dostupný a ekonomický, třebaže takto definované potenciály nebylo možné použít pro všechny typy obnovitelných zdrojů univerzálně. Teoretický potenciál, který vyjadřuje fyzikální toky energie, nebyl pro praktické využití uvažován. Pro zajímavost však lze například uvést hodnotu celkové energie slunečního záření dopadajícího ročně na území ČR, která představuje asi 90 000 TWh. Tato energie je z části dále transformována živými procesy (spolu s CO2 je základem rostlinné hmoty), zčásti též na energii vodní, větrnou apod.

3. Potenciál využití OZE pro výrobu energie Vláda České republiky schválila v roce 2005 Národní program hospodárného nakládání s energií a využívání jejích obnovitelných a druhotných zdrojů na roky 2006 – 2009. V tomto programu je uveden potenciál obnovitelných a druhotných zdrojů energie (OZE) v České republice do roku 2010. 8/104


Potenciál využití OZE na výrobu energie do roku 2010 v České republice Dostupný potenciál

Celkové investice

Ekonomický potenciál

Výroba energie

Podíl na TSPEZ

Celkové investice

Výroba energie

Podíl na TSPEZ

mil. Kč

TJ/rok

%

mil. Kč

TJ/rok

%

Biomasa

109 800

83 700

4,5

45100

50 960

2,91

Odpady

6 830

3 700

0,2

0

1 520

0,09

76 670

11 500

0,62

0

140

0,01

8 680

100

0

0

0

0

Tepelná čerpadla

21 180

8 800

0,47

6110

2 540

0,15

Vodní elektrárny velké

0

5 700

0,31

0

5 700

0,34

Vodní elektrárny malé

16 290

4 100

0,22

6030

2 930

0,18

Vítr

16 020

4 000

0,21

270

100

0,01

255 470

121 600

6,53

57 510

63 890

3,69

Solární kolektory Fotovoltaika

Celkem

Dostupný potenciál ‐ potenciál využitelný při respektování administrativních, legislativních a dalších omezení. Ekonomický potenciál ‐ část dostupného potenciálu (tvoří jej projekty využití OZE, které jsou komerčně využitelné a ekonomicky rentabilní); tento potenciál se mění se změnou podmínek. TSPEZ – celková spotřeba primárních energetických zdrojů. Zdroj: Asociace pro využití OZE, ČEÚ, MŽP Z této tabulky vyplývá, že rozhodující část jak dostupného, tak i ekonomického potenciálu OZE v České republice tvoří biomasa. Tento potenciál je dán součtem výnosových kategorií, jak pro energetické, tak i pro běžně pěstované plodiny, a zohledňuje využití zemědělské půdy pro produkci potravin a technických plodin. Potenciál uvažuje produkci biomasy pro přímé energetické využití i pro výrobu biopaliv. Biomasa je tak v současné době jedním z nejperspektivnějších obnovitelných zdrojů energie, a to nejen v České republice. Česká republika má pro rok 2010 stanoven indikativní cíl 6 % podílu OZE na celkové spotřebě primárních zdrojů energie (PEZ) a 8 % podílu elektřiny z OZE na hrubé spotřebě elektřiny. V roce 2030 by podle Státní energetické koncepce (SEK) měl činit podíl OZE na PEZ 15 ‐16 %. Podle posledních dostupných údajů z roku 2005 však podíl OZE na PEZ činil pouze 4 %, z toho podíl biomasy činil 80,2 %. Cíl stanovený SEK pro rok 2005, tj. 5 – 6 % OZE na PEZ tedy nebyl naplněn. Biomasa se na výrobě tepelné energie z OZE v současné době podílí cca 90 % a na hrubé výrobě elektřiny cca 18 %, přičemž 3,7 % elektřiny pochází z velkých zdrojů, které spalují biomasu společně s fosilními palivy. 9/104


Vzhledem k výše uvedenému potenciálu OZE je možné očekávat nárůst využití biomasy zejména pro výrobu tepelné energie. Dosavadní trend tomu však neodpovídá, neboť nejvyšší meziroční nárůst zaznamenala větrná a vodní energie. Většímu nárůstu ve využívání pěstované biomasy, zejména při zakládání plantáží rychle rostoucích dřevin, dosud brání také některé legislativní omezení v podobě striktních podmínek při získání státní podpory a dotací. I v rámci Evropské unie (EU) má růst podílu OZE na hrubé domácí spotřebě energie zajistit právě biomasa. Dle Směrnice č. 2001/77/ES, o podpoře elektřiny vyrobené z obnovitelných zdrojů energie na vnitřním trhu s elektřinou, má Evropská unie do roku 2010 dosáhnout 21 % podílu OZE na hrubé spotřebě elektřiny a 12 % podílu OZE na hrubé domácí spotřebě energie.

B. Zpráva Nezávislé odborné komise pro posouzení energetických potřeb České republiky v dlouhodobém časovém horizontu (NEK) z pohledu OZE. Z důvodu objektivity je nutno posuzovat energetickou situaci v širším kontextu, nejen na úrovni EU, ale i ČR. Dne 26. ledna 2009 byl Vládě ČR vzat na vědomí materiál Nezávislé odborné komise pro posouzení energetických potřeb České republiky v dlouhodobém časovém horizontu, tzv. Pačesova komise. Každý z primárních energetických zdrojů má svá rizika, proto je nutné založit celkovou strategii na energetickém mixu všech dostupných zdrojů, u jednotlivých komodit pak i na diverzifikaci dodavatelů. Z hlediska ochrany klimatu jsou přijatelné pouze dvě skupiny ‐ jaderné a obnovitelné zdroje. Vývoj spotřebitelských cen uhlí (maloobchod; tříděné druhy uhlí, koks a brikety; cena v Kč/t vč. daní) Zdroj dat: ČSÚ 10000

9000 Černé uhlí

Hnědé uhlí

Brikety

Koks

8000

7000

Kč/t

6000

5000

4000

3000

2000

1000

0

8 6 8 4 2 0 6 0 4 2 8 6 4 0 7 2 9 7 7 1 5 3 1 5 3 1 5 3 8 6 4 0 2 7 1 5 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I V V V V V V V V V I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I

10/104


Konvenční zdroje energie V současnosti jsou ropa i zemní plyn dodávány ze dvou zdrojů, uhlí je převážně domácí a diverzifikovat dodávky v budoucnosti je relativně snadné. Horší je situace u jaderného paliva, v současnosti je jediným dodavatelem Rusko, přechod na jiného dodavatele není možný v horizontu kratším než dva roky. Uhlí bez ohledu na životnost zásob a limity těžby je při použití současných technologií vzhledem k emisím CO2 ekologicky nepřijatelné. Komerční nasazení CCS se nejméně do roku 2030 nepředpokládá. Jedná se však o nejvýznamnější domácí zdroj pro nejbližší období dostupný i v případě selhání dodávek jiných energetických surovin. Před rokem 2030 je očekáváno ukončení těžby černého uhlí a před rokem 2050 ukončení činnosti většiny hnědouhelných dolů. Ropa Převážně se spotřebovává v dopravě, kde je dominantním zdrojem energie. Má podobné ekologické nedostatky jako uhlí. Je téměř výhradně dovážena, zvyšuje proto energetickou závislost České republiky. Zemní plyn Předpokládá se, že částečně nahradí uhlí ve výrobě elektřiny a ropu v dopravě. Z hlediska ochrany klimatu je vhodnější než uhlí nebo ropa. Protože se téměř výhradně dováží, zvyšuje energetickou závislost České republiky. Jaderné palivo nelze z hlediska bezpečnosti dodávek energie považovat za domácí zdroj ani kdyby bylo vyráběno z tuzemského uranu, v ČR neprobíhá ani obohacování uranu ani kompletace palivových článků (ani přepracování paliva). Současná snaha managementu elektráren o snižování vázaného kapitálu vede k minimalizaci zásob jaderného paliva a tedy ke snížení bezpečnosti dodávek elektřiny z jaderných elektráren. Teoreticky je možné přepracovávání vyhořelých palivových článků, ve kterých zbývá až 80 % "nespáleného" uranu, nicméně z důvodů ekonomických a hygienických se s tímto procesem nepočítá a vyhořelé články se skladují [Uran]. V rámci samotné atomové energetiky není možné uvažovat o náhradě U235 thoriem nebo U238 vzhledem ke smlouvě o nešíření atomových zbraní. V případě užití tzv. reaktorů s rychlými neutrony (tj. v případě Th a U238) totiž vznikají štěpné materiály pro výrobu jaderných zbraní. Obnovitelné zdroje energie Obnovitelné zdroje energie (OZE) jsou jediný ekologicky přijatelný domácí zdroj energie s poměrně dobře odhadnutelným potenciálem. V souvislosti se změnou klimatu sice panuje nejistota ohledně výnosů biomasy a energetického potenciálu vodních elektráren, očekávaná změna klimatu v České republice je však do roku 2030 zanedbatelná. Celkový potenciál OZE není při využití současných technologií schopen pokrýt současné energetické nároky hospodářství České republiky. Podle hodnověrných zdrojů [Faktor10] mají OZE při využití moderních technologií dostatečný potenciál k zajištění srovnatelného komfortu, na jaký jsme v současnosti zvyklí. 11/104


Podíl energie z OZE Závazek EU zvýšit do r. 2020 podíl energie z OZE na 20 % je pro ČR s ohledem na přírodní podmínky upraven na 13 %. Tento cíl lze dle názoru NEK splnit. Ve srovnání se současným stavem je očekávaný nárůst podílu OZE více než dvojnásobný. Z grafického srovnání je však vidět, že v řadě jiných států EU je plánovaný nárůst ještě vyšší.

V současnosti je z OZE vyráběno asi 50 PJ tepla ročně, v tom tvoří asi 90 % biomasa. Meziroční růst v letech 2006/2007 byl 9,2 %, nejrychleji se rozvíjí tepelná čerpadla a fototermální kolektory. Podíl OZE na spotřebě elektřiny je 4,7 %, z toho vodní energie pokrývá asi 60 % a biomasa asi 30 %. Výroba elektřiny ve vodních elektrárnách vykazuje kolísání v závislosti na srážkách, výroba elektřiny z biomasy meziročně v letech 2006/2007 vzrostla o 32 %. Nejrychleji se v procentuálním vyjádření rozvíjí fotovoltaické a větrné elektrárny, jejich podíl je však v současnosti zanedbatelný. Biomasa a biopaliva Pro produkci energetické biomasy by mohlo být uvolněno nejvýše 30 % orné půdy. Ostatní orná půda je nutná pro zajištění "potravinové bezpečnosti". Kromě spalování lze z biomasy získávat bioplyn, bioetanol a bionaftu. Celkový využitelný potenciál energie z biomasy na zemědělské a lesní půdě včetně odpadní biomasy je odhadován na 280 PJ. Vítr Potenciál větrné energie je v České republice výrazně nižší než v přímořských státech. Využitelné jsou oblasti pohraničních hor, Vysočina a Jeseníky. Odhadovaný potenciál je 1260 větrných turbín s celkovým instalovaným výkonem 2750 MW a roční výrobou 6000 GWh. Voda Česká republika je se svými cca 350 kWh/ha řazena mezi hydroenergeticky chudé země. Možnosti stavby velkých vodních elektráren jsou již vyčerpány (s výjimkou přečerpávacích), pro malé elektrárny je k dispozici ještě asi 400 lokalit. Jejich obsazením by vzrostl instalovaný výkon asi o 10 % a výroba asi o 19 %. Po rekonstrukcích se předpokládá zvýšení účinnosti u 12/104


velkých elektráren o 4 až 5 %, u malých o 10 až 15 %. Využitelný potenciál je odhadován na 1125 MW výkonu při roční výrobě 2565 GWh. Sluneční záření Na metr čtvereční území České republiky dopadá 950 až 1100 kWh energie ročně. Celková suma slunečního záření dopadající na území České republiky je 250x vyšší než současná spotřeba energie. Sluneční záření je využíváno k výrobě tepla nebo elektřiny. Výroba tepla ve fototermálních kolektorech slouží převážně k ohřevu teplé vody, může pokrýt až 70 % potřeby. Výroba elektřiny se prudce rozvíjí, nejrozšířenější technologie ‐ monokrystalický a polykrystalický křemík mají potenciál pro další snižování ceny. Využitelný potenciál je odhadován na 8,3 PJ tepla a 18,2 TWh elektřiny. Geotermální energie V současnosti je využíváno teplo akumulované v povrchových vrstvách půdy nejvýše do hloubky několika desítek metrů pro provoz tepelných čerpadel. Perspektivně se uvažuje o využití tepla proudícího z nitra Země k povrchu ke kombinované výrobě elektřiny a tepla. V tom případě se jedná o velmi stabilní zdroj, který nezávisí na počasí, denní době a změnách klimatu. Kolem roku 2015 se předpokládají první realizace geotermálních elektráren. Investičně patří k nejnákladnějším zdrojům, provozní náklady jsou však minimální. Konzervativní odhad dostupného potenciálu v České republice činí 10 TWh elektřiny a 26,9 PJ tepla, v tom je zahrnuto 7,9 PJ z tepelných čerpadel. Úspory a zvyšování energetické efektivnosti nejedná se sice o zdroj energie, ale ve výsledku je stejné, je‐li energie vyrobena nebo ušetřena, v současnosti jsou investice do energetické efektivnosti často výnosnější než investice do OZE. Energie, která nemusela být vyrobena je jednoznačně nejlevnější. Modernizace hospodářství přinášející úspory primárních energetických zdrojů a nízké emise je zároveň příležitostí pro český průmysl. Ve světě totiž "zelené technologie" zabírají stále větší prostor na trhu. Velikost tohoto trhu v EU (tj. převládajícím trhu českého exportu) se pohybovala okolo 170 miliard EUR. Pro srovnání činil podíl našeho exportu tzv. ekotechnologií v roce 2005 pouhých 5,1 %. Vývoj investičních nákladů na nové zdroje elektřiny Konvenční elektrárny U fosilních a jaderných elektráren NEK do budoucna očekává růst investičních nákladů o 2,3 % ročně a zároveň růst účinnosti v souvislosti s přechodem na vyšší parametry vstupní páry. Za poslední 3 roky však investiční náklady vzrostly o 50 až 100 %, viz tabulka dole, v simulacích jsou však v rozporu s těmito informacemi jako základ brány ceny z roku 2005 ‐ 43 až 48 tis. Kč/kWe pro uhelnou elektrárnu realizovanou v roce 2010 a 56 až 60 tis. Kč/kWe pro jadernou elektrárnu realizovanou v roce 2020. Na skutečnost, že investiční náročnost jaderných elektráren neustále roste a u všech realizací z poslední doby došlo k prodloužení termínu dokončení a zvýšení investičních nákladů upozorňují i jiní autoři [Storm]. Další, co komplikuje odhad nákladů na stavbu jaderné elektrárny, je nízký počet realizací v posledních 20 letech. 13/104


Skutečně kontrahované ceny ‐ cenová úroveň 2005

Cenová úroveň 2008 ‐ vlastní zdroj informací min.

Jaderná elektrárna

2 000

2 800

3 200

3 000

2,3

Uhelná elektrárna

1 000

1 900

2 200

2,3

500

780

820

2,3

EUR/kWe

Paroplynová elektrárna

Cenová úroveň Cenová 2008 ‐ vlastní úroveň 2008 ‐ Roční zdroj informací cizí zdroj eskalace, % max. informací

Tabulka: Měrné investiční náklady na konvenční elektrárny Obnovitelné zdroje Biomasa ‐ NEK předpokládá růst investičních nákladů do 1 % ročně, ale zároveň růst účinnosti jak u kogeneračních jednotek na bioplyn, tak u tepláren na biomasu. Investiční náklady jsou zhruba 90 tis. Kč/kWe pro teplárnu na biomasu až 120 tis. Kč/kWe pro kogeneraci na bioplyn ve srovnání s konvenčními zdroji. Fotovoltaika ‐ u fotovoltaických elektráren je v dosavadním vývoji pozorován trvalý pokles ceny o 17 % při každém zdvojnásobení celkové produkce. Počátkem roku 2008 byly investiční náklady 135 tis. Kč/kWp. Do budoucna je očekáván pokles cen asi 5 % ročně. Zhruba do 20 let se tak fotovoltaické elektrárny dostanou v investiční náročnosti pod úroveň konvenčních zdrojů. Vzhledem k současnému růstu produkce a výrobních kapacit lze očekávat pokles o 7 až 10 % ročně. Zbývá otázka, jak bude na potenciální investory působit skutečnost, že výkupní ceny budou podle zákona klesat maximálně o 5 % ročně. Geotermální energie ‐ investiční náročnost je u prvních realizací očekávána asi 240 tis. Kč/kWe. Výraznou část nákladů tvoří pojištění projektu. Vzhledem ke skutečnosti, že se jedná o málo ověřenou technologii, předpokládá se zpočátku výrazný pokles investiční náročnosti asi o 2 % ročně, zejména s poklesem ceny vrtných prací, později stagnace na úrovni 150 tis. Kč/kWe. Vítr ‐ současné ceny jsou kolem 38 tis. Kč/kWe a očekává se jen mírný pokles ceny ‐ kolem 0,2 % ročně. Předpokládá se instalace větších strojů s rotorem umístěným ve větší výšce, proto i využití výkonu bude postupně narůstat. Voda ‐ vzhledem ke skutečnosti, že nové zdroje budou obsazovat stále méně výhodné lokality, předpokládá se, že investiční náročnost bude ze současné hodnoty 155 tis. Kč/kWe postupně narůstat přibližně o 1 % ročně. 14/104


Nedostatek odborníků NEK poukazuje na kritický nedostatek kvalifikovaných pracovníků v celém sektoru energetiky a stejně tak i v energetickém strojírenství. Vzhledem k nízkému zájmu o studium mohou v blízké budoucnosti chybět odborníci pro přirozenou obnovu zaměstnanců. To by mohlo v důsledku ohrozit možnosti rozvoje jaderné energetiky. Při pohledu na stávající nabídku studijních programů na vysokých školách je tato skutečnost pochopitelná u OZE, kde je nabídka zanedbatelná, překvapuje však u jaderné energetiky, kde nabídka studijních oborů vždy byla a dosud je vysoká. Nedostatek odborníků v energetice je však celosvětový problém, vzhledem k lepším platovým podmínkám v západní Evropě a USA to situaci v České republice ještě více komplikuje. Vysoké ceny energie ‐ nedostatek zdrojů? Je zřejmé, že skončilo období nízkých cen energie a poprvé se objevily vážné pochybnosti o dostatku zdrojů energie pro svět z dlouhodobé perspektivy. Výrazně se proto zvýšil tlak na vyšší úspory energie a zavádění nových, účinnějších technologií. Přes výše uvedené konstatování je však vysoká cena energie považována za nežádoucí stav, zejména pokud se jedná o dlouhodobou tendenci. Další nežádoucí stavy jsou omezení dodávek energie nebo jejich úplné přerušení. Vysoká cena energie může být způsobena nedostatečným výkonem energetických zdrojů nebo celosvětovým nedostatkem energetických surovin. Na nedokonalých trzích mohou mít vliv spekulace nebo kartelové dohody dominantních firem.

1. Přehled obnovitelných zdrojů energie v ČR Přestože OZE mohou v současné době konkurovat klasické energetice jen velmi málo, mají díky řadě zvládnutých technologií své opodstatnění. V podmínkách ČR lze využívat zejména sluneční energii, energii vody, větru a biomasy a energii okolního prostředí. Výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů Hrubá výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů se v roce 2008 podílela na tuzemské hrubé spotřebě elektřiny 5,2 %. Národní indikativní cíl tohoto podílu je pro Českou republiku stanoven na 8 % v roce 2010. Na celkové tuzemské hrubé výrobě elektřiny se hrubá výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů podílela 4,5 %. V roce 2008 činila hrubá výroba elektřiny z OZE celkem 3 731,0 GWh. V roce 2007 to bylo 3 412,1 GWh. Hrubá výroba elektřiny z OZE tak meziročně vzrostla o 318,9 GWh. 15/104


Výroba elektřiny z OZE v roce 2008 Hrubá výroba elektřiny

Dodávka do sítě / netto výroba

MWh Vodní elektrárny

MWh 2 024 335,0

Malé vodní elektrárny do 1 MW Malé vodní elektrárny od 1 do 10 MW Velké vodní elektrárny nad 10 MW Biomasa celkem

Podíl na zelené elektřině

Podíl na hrubé dom. spotřebě elektřiny

%

%

Podíl na hrubé výrobě elektřiny

54,26%

2,81%

492 281,0

2 015 300,0 b.d.

% 2,42%

13,19%

0,68%

0,59%

474 603,0

b.d.

12,72%

0,66%

0,57%

1 057 451,0

b.d.

28,34%

1,47%

1,27%

1 170 527,4

581 328,8 471 234,4 21 812,0 20 363,0 66 529,4 1 390,0 176 714,4 14 723,8 840,0 72 239,8 88 910,8 5 347,6

31,37%

1,62%

1,40%

16,16%

0,84%

0,72%

12,29%

0,64%

0,55%

0,62%

0,03%

0,03%

2,27%

0,12%

0,10%

0,04% 7,15%

0,00% 0,37%

0,00% 0,32%

1,98%

0,10%

0,09%

0,11% 2,45%

0,01% 0,13%

0,00% 0,11%

2,61%

0,13%

0,12%

0,31%

0,02%

0,01%

Štěpka apod.

603 047,9

Celulózové výluhy

458 468,7

Rostlinné materiály

23 085,2

Pelety, brikety

84 535,6

Ostatní biomasa Bioplyn celkem

1 390,0 266 868,3

Komunální ČOV

74 036,3

Průmyslové ČOV Bioplynové stanice

4 016,4 91 580,0

Skládkový plyn

97 235,6

Tuhé komunální odpady (BRKO) Větrné elektrárny

11 684,3 244 661,0

243 6,56% 0,34% 0,29% 800,0 Fotovoltaické 12 937,0 12 0,35% 0,02% 0,02% systémy (licencované) 937,0 Kapalná biopaliva 0,0 0,0 0,00% 0,00% 0,00% Celkem 3 731 013,0 3 035 100,00% 5,18% 4,47% 427,8 Pozn.: u větrných, vodních a solárních elektráren uvedena netto výroba dle ERÚ. Pramen: MPO, ERÚ 16/104


Výroba tepelné energie z obnovitelných zdrojů Při celkovém odhadu výroby tepelné energie z obnovitelných zdrojů je nutno zdůraznit, že rozhodujícím faktorem je spotřeba biomasy v domácnostech. Vzhledem k objemu jejího předpokládaného využití – odhad činí 28 PJ – má každá změna tohoto údaje fatální dopad na odhad celkového množství vyrobené tepelné energie. V celkovém odhadovaném množství není dosud započítána biomasa využívaná v malých zdrojích mimo domácnosti a biomasa spotřebovaná k otopu při individuální rekreaci obyvatelstva. Podíl OZE na celkové výrobě tepelné energie se pohybuje okolo 7 %. Výroba tepla z OZE v roce 2008 Hrubá výroba

Vlastní spotřeba vč. ztrát

GJ Biomasa celkem

GJ 43 399 942,6

Biomasa mimo domácnosti

15 462 563,6

Palivové dřevo Štěpka apod. Celulózové výluhy Rostlinné materiály Brikety a pelety Ostatní biomasa Biomasa domácnosti

355 809,9 8 297 771,9 6 339 164,8 258 500,6 211 316,4 0,0 27 937 379,0

Bioplyn celkem Komunální ČOV Průmyslové ČOV Bioplynové stanice Skládkový plyn Biologicky rozložitelná část TKO Biologicky rozl. část PRO a ATP Tepelná čerp. (teplo prostředí) Solární termální kolektory Kapalná biopaliva Celkem

Dodávka

Podíl na teple z OZE

GJ 1 726 363,8

% 89,84%

1 726 363,8

32,01%

458,7 1 089 255,1 320 119,4 183 545,4 132 985,2 0,0 –

0,74% 17,18% 13,12% 0,54% 0,44% 0,00% 57,83%

1 065 390,4 690 251,9 62 232,3 226 451,9 86 454,3 1 848 181,8

41 673 578,7 13 736 199,7 355 351,2 7 208 516,8 6 019 045,4 74 955,1 78 331,2 0,0 27 937 379,0 922 706,0 690 251,9 58 232,3 149 591,9 24 629,9 372 006,0

142 684,4 0,0 4 000,0 76 860,0 61 824,4 1 476 175,8

2,21% 1,43% 0,13% 0,47% 0,18% 3,83%

590 560,8

590 560,8

–

1,22%

1 200 000,0 1 200 000,0 nezjišťováno

2,48%

202 491,0 0,0 48 306 566,6

202 491,0 nezjišťováno 0,0 0,0 44 961 3 345 224,0 342,5

0,42% 0,00% 100,00%

17/104


Celková energie z obnovitelných zdrojů Podíl obnovitelné energie na primárních energetických zdrojích (PEZ) v roce 2008 činil 5 %, což je nepatrně více než v roce předešlém, kdy to bylo 4,8 %. Tento odhad se vztahuje k energii obsažené v použitém palivu a nezohledňuje účinnosti zařízení. Jako referenční hodnota byl použit odhad PEZ ve výši 1 888 PJ připravený MPO. Celková energie z obnovitelných zdrojů v roce 2008 Energie v palivu užitém na výrobu tepla (GJ)

Biomasa (mimo domácnosti) Biomasa (domácnosti) Vodní elektrárny

Energie v palivu užitém na výrobu elektřiny (GJ) 19 899 049,49 44 165 424,00 –

Primární energie (GJ)

Obnovitelná energie celkem (GJ)

9 354 304,60

–

–

–

–

Biologicky rozl. část TKO

2 353 546,12

49 319,40

7 287 606,00 –

Biologicky rozl. část PRO a ATP Bioplyn

590 560,80

–

–

1 650 715,24

2 111 654,86

–

0

0

4 640 948,8

Kapalná biopaliva Tepelná čerpadla (teplo prostředí) Solární termální kolektory Větrné elektrárny

–

–

–

–

Fotovoltaické systémy

–

–

68 659 295,65

11 515 278,86

Celkem

1 200 000,0 202 491,0 880 779,60 46 573,20 14 258 398,64

29 253 354,10 44 165 424,00 7 287 606,00 2 402 865,52 590 560,80 3 762 370,09 4 640 948,84 1 200 000 202 491,00 880 779,60 46 573,20 94 432 973,15

Podíl na PEZ

Podíl na energii z OZE

1,55%

30,98%

2,34%

46,77%

0,39%

7,72%

0,13%

2,54%

0,03%

0,63%

0,20%

3,98%

0,25%

4,91%

0,06%

1,27%

0,01%

0,21%

0,05%

0,93%

0,00%

0,05%

5,00%

100,00%

1.1. Energie Slunce ‐ sluneční teplo, ohřev vody a vzduchu Energie Slunce je v ČR využívána zejména v aktivních solárních systémech s kapalinovými plochými kolektory, které slouží především k přípravě teplé užitkové vody v rodinných domech, v zemědělství a ve službách a k ohřevu vody v bazénech. V mnohem menší míře jsou využívány i pro přitápění nebo jako zdroj pro dlouhodobou akumulaci tepla. Teplovzdušné kolektory se většinou využívají pro sušení v zemědělství a v menší míře k přitápění v budovách. 18/104


1.2. Energie Slunce ‐ výroba elektřiny Fotovoltaické systémy se v ČR, s ohledem na výkupní ceny schválené Energetickým regulačním úřadem, zažívají oproti minulosti enormní nárůst. Jejich využívání bylo před pěti lety v počátcích svého možného vývoje, tedy ve fázi demonstračních projektů a zvyšování povědomí. Do konce roku 2002 byly v ČR instalovány fotovoltaické systémy s výkonem přibližně 0,2 MW p. Soukromí investoři, až na výjimky, se zaměřovali na malé ostrovní systémy. V posledních sedmi letech bylo instalováno několik větších fotovoltaických systémů připojených k rozvodné síti, tzv. síťových fotovoltaických systémů, pro rok 2010 jsou připraveny k výstavbě fotovoltaické elektrárny s výkony i nad 2MW. Pro odhady se používá hodnota roční sumy globálního záření; průměr pro celou ČR je přibližně 1081 kWh/m2. Fotovoltaický systém s instalovaným výkonem 1 kW je schopen v podmínkách ČR dodat ročně 800 až 1 000 kWh elektřiny. V současné době je statisticky sledována výroba elektřiny ve fotovoltaických systémech jejichž provozovatelé obdrželi na tyto provozovny licenci ERÚ na výrobu elektřiny. Nelicencované systémy nebyly v daném roce obesílány. Většina těchto menších systémů byla instalována v rámci akce „Slunce do škol“ a byla podpořena ze SFŽP, v menší míře jsou to pak ostrovní systémy instalované na privátních budovách. Vzhledem k tomu není jejich energetický přínos významný. Je však zřejmé, že instalovaný výkon ve fotovoltaice prudce roste a prakticky již od roku 2007 je rozhodující část celkového výkonu připojena do sítě. Výroba v těchto systémech tak zcela převyšuje výrobu v nepřipojených systémech a statistická chyba je tak minimalizována. Samozřejmě by bylo nejvhodnější provádět kombinované šetření u výrobců a dovozců, tak jako v případě solárních kolektorů a tepelných čerpadel, vzhledem k náročnosti se s ním však nepočítá. Výroba elektřiny v solárních elektrárnách za rok 2008 (pouze licencované zdroje)

Instalovaný výkon Hrubá výroba Výroba elektřiny netto MW GWh GWh p

SLE

39,5 12,937

12,937

Pramen: ERÚ

19/104


Instalace fotovoltaických zdrojů do září 2008

Instalovaný výkon v solárních elektrárnách za rok 2008 (podle Czech RE Agency)

MW p

Ostrovní provoz 2008 2007 2006

MW p

MW p

Připojeno k síti Celkem 380 54 294 54 674 209 5 252 5 361 194 546 740

1.3. Energie větru Povětrnostní podmínky ČR umožňují ekonomicky výhodné využití větrné energie na dobrých lokalitách, které se nachází zejména v horských oblastech s nadmořskou výškou obvykle 500 m n. m. Rozvoj větrných elektráren je však ovlivňován jednak požadavky na ochranu přírody a jednak nepříznivými povětrnostními podmínkami (námrazou, bouřkami, srážkami), které silně omezují provoz elektráren v největrnějším období roku. V nižších nadmořských výškách je až na výjimky roční průměrná rychlost větru nízká, kolem 2 až 4 m/s. Výše uvedený poměrně úspěšný vývoj je však dílem několika posledních let. Příčinou neutěšené situace, která panovala na poli větrné energetiky začátkem nového tisíciletí, kdy původní instalovaný výkon klesl na téměř polovinu, byla špatná příprava projektů. Instalovaný výkon českých větrných elektráren činil v roce 2004 celkem 9 879 kW. Maximální celkový objem výroby ve všech provozovaných větrných elektrárnách lze nyní při střízlivém 20/104


odhadu ročního využití 15 % (asi 1 314 h/rok) odhadnout na 12 981 MWh za rok. Podle informací Energetického regulačního úřadu bylo koncem roku 2008 v ČR instalováno 150,0 MW elektrického výkonu ve větrných elektrárnách, což je o 36,2 MW více než v roce 2007. Hrubá výroba elektrické energie z těchto větrných elektráren činila v roce 2008 celkem 244,7 GWh (v roce předchozím to bylo 125,1 GWh). Výroba elektřiny ve větrných elektrárnách za rok 2008 Instalovaný výkon MW e

VTE

Hrubá výroba Výroba elektřiny netto MWh MWh 150,0 244 661

243 800

Přehled větrných elektráren – květen, 2009

1.4. Energie biomasy V přírodních podmínkách ČR lze využívat biomasu ¾ odpadní, tj. rostlinné odpady, lesní odpady, organické odpady z průmyslové výroby, odpady ze živočišné výroby a komunální organické odpady, ¾ záměrně produkovanou k energetickým účelům, tj. energetické plodiny, fytomasu. V ČR se biomasa nejčastěji spaluje, zejména lokálně, v individuálních kotlích. Rozšířené je také využívání kotlů o výkonu nad 100 kW pro průmyslové aplikace nebo pro systémy centrálního zásobování teplem. 21/104


Anaerobní metanová fermentace se v ČR využívá zejména ke stabilizaci čistírenských kalů a pro využití tepla v technologických procesech. Kromě toho se používá při čištění průmyslových odpadních vod a při získávání skládkového plynu. Komunální odpad se při výrobě bioplynu uplatňuje minimálně, ačkoliv v zemích EU se jeho využití intenzivně rozvíjí. Bioplynové stanice realizované u nás mají v tomto směru spíše pilotní charakter a jsou zaměřeny především na zemědělskou nadvýrobu, siláž, senáž, kejdu. Ve Výzkumném ústavu rostlinné výroby v Praze ‐ Ruzyni a na dalších pracovištích se v různých stanovištních podmínkách ověřují netradiční plodiny, které produkují vysoké množství biomasy z 1 ha. Ověřování jednoletých a vytrvalých plodin pro energetické účely na zemědělských půdách probíhá od roku 1996 formou přesných pokusů. 1.5. Energie vody Vodní elektrárny se na celkovém instalovaném výkonu v ČR podílejí přibližně 17% a na výrobě elektřiny necelými 4%. Technicky využitelný potenciál našich řek činí 3 380 GWh/rok, z toho potenciál využitelný v malých vodních elektrárnách (MVE) je 1570 GWh/rok. Potenciál současně využitý v MVE je přibližně 700 GWh/rok, tj. asi 45 %. (Česká republika se nachází na rozvodí tří moří a pramení zde řeky.) Vývoj výstavby MVE v ČR v uplynulém období ilustruje následující tabulka. Dokládá vzestupný trend výstavby MVE po roce 1990, avšak pokles zájmu o MVE v posledních pěti letech, jehož příčinou bylo i postupné obsazování výhodnějších lokalit. Rok do 1930 1980 1985 1990 1995 2000 2001

Počet 11 000 135 250 900 1 200 1 352 1 380

Instalovaný výkon (MW) 150 10 20 65 200 268 275

Roční výroba (MWh)

200 000 30 000 80 000 170 000 500 000 660 000 710 000

1.6. Energie prostředí, geotermální energie, tepelná čerpadla Primární zdroje tepla pro využití energie prostředí a geotermální energie v ČR představuje "suché" zemské teplo hornin (zemní "suché" vrty), podzemní voda (vrty, studnice, zavodněné šachtice starých důlních děl), půdní vrstva (zemní kolektory) a vzduch. V lokalitách s největší hustotou zemského tepla v ČR (například na Ostravsku nebo v okolí obce Boží Dar v Krušných horách) je tepelný tok až 90 mW/m2. Pro úplnost je nutné dodat, že v lokalitách ležících v prvním ochranném pásmu lázní a minerálních vod (například v Karlových Varech) je absolutní zákaz provádění vrtů a čerpání podzemních vod. Ve druhém ochranném pásmu lázní a minerálních vod lze vrtat pouze s písemným povolením 22/104


inspektorátu lázní a zřídel (ČIL) při Ministerstvu zdravotnictví ČR. Ve třetím ochranném pásmu je ohlašovací povinnost ČIL při vrtu do hloubky nad 30 m. V těchto lokalitách je využití zemského tepla hlubinnými vrty nemožné a nebo obtížné. Ze zařízení pro využití uvedené energie jsou na našem trhu nejběžnější kompresorová tepelná čerpadla (KTČ), která používají pístové i rotační kompresory zahraniční provenience. Mohou být dodávána se spalovacím nebo elektrickým motorem. Parametry jsou obvykle uváděny podle požadavků normy EN255. Rok 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999

Nárůst počtu Zvýšení výkonu Počet celkem (ks/rok) (kW/rok) (ks) 12 162 12 10 150 22 19 260 41 22 330 63 20 260 83 32 432 115 50 675 165 85 1 275 250 175 2 630 425 280 4 480 705

Výkon celkem (kW) 162 312 578 908 1 168 1 600 2 275 3 550 6 180 10 660

Tabulka 6: Přehled tepelných čerpadel všech typů instalovaných v ČR. Zdroj: Geomédia, s.r.o. Pro chod tepelných čerpadel se u nás využívají zvýhodněné sazby za elektřinu. Pro domácnosti je to sazba D55 (C55), v níž jsou oproti klasickému elektrickému vytápění výrazně sníženy měsíční paušální platby a cena 1 kWh a je prodloužena doba nízkého tarifu z 20 h na 22 h denně. Díky této sazbě klesají provozní náklady i na ostatní elektrické spotřebiče v rodinných domech. 1.7 Bioplyn V kategorii bioplyn je v této energetické statistice bilancován energeticky využitý bioplyn jímaný při anaerobní fermentaci na komunálních a průmyslových ČOV, při fermentaci zemědělských odpadů a produktů (rostlinných a živočišných), dále pak bioplyn jímaný z účelové anaerobní fermentace komunálních a jiných odpadů (např. potravinářských) a skládkový plyn přímo jímaný z tělesa skládek. Není sledováno prosté spalování na pochodni (fléře). Vzhledem k tomu, že v řadě bioplynových stanic je prováděna kofermentace různých typů odpadů a tato praxe jistě do budoucna bude dále rozšiřována, bylo třeba provést rozdělení kategorie bioplyn podle jednoduchého klíče. V souladu se Strakou et.al. (2004) bylo kritérium zvoleno podle typu zařízení a na základě hlavní vsázky do reaktorů takto: ¾ Bioplynové hospodářství na komunálních ČOV ¾ Bioplynové hospodářství na průmyslových ČOV 23/104


¾ Bioplynové stanice (zemědělské; na průmyslový a komunální odpad; jiná kofermentace) ¾ Energetické využívání skládkového plynu 6.1. Energetické využití bioplynu 6.1.1. Metodika statistiky V rámci výkazů MPO bylo sledováno energetické využití bioplynu u všech subjektů, které tuto technologii provozují. Zvlášť byla vykazována výroba energie v kogeneračních jednotkách. Jako doplňující informace slouží publikace „Databáze výrobců a uživatelů bioplynu v ČR“ (Straka et. al.; 2004), která obsahuje především technické informace k jednotlivým provozům. ERÚ vykazuje poněkud odlišné hodnoty výroby elektřiny z bioplynu, vzhledem k tomu, že ve statistice ERÚ není zahrnován zkušební provoz ani provoz před nabytím právní moci licence. Mapka zemědělských bioplynových stanic v ČR

Mapka komunálních bioplynových stanic v ČR

24/104


Snímek bioplynové – fermentační stanice 6.1.2. Výroba a využití energie z bioplynu V České republice je tradičně ve velké míře využívána anaerobní fermentace jako součást technologie komunálních ČOV. Bioplyn zde vyrobený je především používán pro vlastní potřebu provozů (vyhřívání reaktorů, vytápění objektů, ohřev teplé vody). Velmi dramatický rozvoj zažívá v současné době výstavba bioplynových stanic. Ta svoji dynamikou předčila i rozvoj využívání skládkového plynu, který byl dominantní zvláště v předchozích letech. V roce 2008 bylo k energetickým účelům využito 175,6 mil. m3 bioplynu, což je více než v loňském roce (150,5 mil. m3). Nejvíce se na tomto nárůstu podílela produkce bioplynových stanic, kde objem vyrobeného bioplynu vzrostl z 28 na 51 mil. m3. Energetický obsah veškerého využitého bioplynu činil v roce 3,8 PJ. Spotřeba bioplynu k energetickým účelům v roce 2008 Počet respondentů Počet lokalit (ČOV, skládek, BPS) Spotřeba bioplynu (m3) Komunální ČOV Průmyslové ČOV Bioplynové stanice Skládkový plyn Celkem

48 12 48 24 132

96 13 49 58 216

57 857 277 3 624 054 51 382 715 62 705 698 175 569 744

25/104


4. Bariéry rozvoje obnovitelných zdrojů energie V ČR 2.1. Koncepční a politické bariéry Nová energetická legislativa se s ohledem na vstup ČR do EU snaží vytvořit ucelený systém energetického plánování v ČR. Z mezinárodních úmluv pro ČR vyplývají závazky státu v oblasti energetiky a životního prostředí. Evropská energetická politika se snaží prosazovat základní priority: obnovitelné zdroje, energetickou efektivnost a bezpečnost zásobování energií. Česká vláda v Programovém prohlášení ze srpna 2002 stanovila cíl předložit zákon na podporu výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů, to se jí nakonec podařilo. V současném posledním programovém prohlášení vláda dále slibuje, že: ¾ přijme Národní alokační plán ČR k obchodování s povolenkami na emise skleníkových plynů připravený v souladu s cíli Státní energetické koncepce ČR a prosadí zákon o obchodování s povolenkami a od roku 2005 obchodování zahájí. ¾ Vláda projedná koncepci rozpočtově neutrální ekologické daňové reformy a předloží návrhy příslušných zákonů. Připraví Program podpory alternativních paliv v dopravě" a navazující zákonnou úpravu s cílem zvýšit podíl alternativních paliv v dopravě. Skutečnost však za potřebami a sliby sociálně‐demokratických vlád zatím značně pokulhává. Z původního ambicióznějšího plánu připravit novou Strategii ochrany klimatického systému Země v ČR s cílem dále snižovat emise skleníkových plynů, sice zůstalo pouze obchodování s povolenkami a na zbývající plány zůstává stále méně času, nyní již pouze několik měsíců. Nicméně s ohledem na vnitropolitickou situaci je nyní je potřeba vyčkat. Současná SEK, schválená usnesením vlády České republiky Č. 211 ze dne 10. března 2004, je oproti její poslední verzi z roku 2000 ve věci OZE opět poněkud konkrétnější a předpokládá: ¾ V roce 2005 dosáhnout podílu OZE na struktuře primárních energetických zdrojů 5 ‐ 6%. ¾ V roce 2030 dosáhnout podílu OZE na struktuře primárních energetických zdrojů 15 ‐ 16%. ¾ Zajistit podmínky pro naplnění národního indikativního cíle v užití OZE‐dosažení podílu těchto zdrojů energie na hrubé spotřebě elektřiny ve výši 5 až 6 % v roce 2005. ¾ Vytvářet podmínky pro větší uplatnění OZE stanovením a plněním národního indikativního cíle ve výrobě elektřiny z těchto zdrojů ‐ dosažení 8% podílu výroby elektřiny z OZE na hrubé spotřebě elektřiny v roce 2010. Podle ní jsou však stále preferovány hnědouhelné a jaderné zdroje. K Rámcové úmluvě OSN o změně klimatu byl v listopadu 1997 v Kjótu přijat protokol, ve kterém se ČR přiřadila k zemím, které do období let 2008 až 2012 sníží celkové emise skleníkových plynů 08% v porovnání s úrovní roku 1990. Redukce se týká všech skleníkových plynů vyjádřených ve formě tzv. agregovaných bilancí emisí oxidu uhličitého. ČR svůj závazek zatím bezproblémově plní především díky poklesu průmyslové výroby v letech 1990 až 1997, změně struktury výroby a změně struktury spotřeby primárních energetických zdrojů.V časovém horizontu let 2013 až 2017 se proto očekává, že bude přijat nový závazek, požadující další snížení emisí 26/104


skleníkových plynů. Splnění tohoto nového závazku nebude pravděpodobně možné bez aktivního přístupu v oblasti úspor energie a využívání OZE. Tyto jsou zatím podporovány podle vyhlášky Č. 252/2001 Sb., o výkupu elektřiny z OZE, umožňující výkup této energie za zvýhodněné ceny, viz Tabulka 8. Cenové rozhodnutí ERÚ č. 10/2004 ze dne 29. listopadu 2004, kterým se stanovují ceny elektřiny a souvisejících služeb, stanoví minimální výkupní ceny a pevné výkupní ceny elektřiny z obnovitelných zdrojů následovně: Obecný nešvar české legislativy, který spočívá v její nejednoznačnosti a zamlžených kompetencích, se však promítá i do této oblasti. U nově přijatého zákona o 180/2005 Sb., o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie a o změně některých zákonů, nyní bude záležet na tom, jak dopadne příprava prováděcích vyhlášek, se kterými tento zákon stojí a padá. V brzké době uvidíme, zda zajištěná 15‐ti letá doba návratnosti vložených prostředků bude pro investory dostatečně lákavá nabídka pro zajištění stabilního podnikatelského prostředí. Vysoké investiční nároky a pomalá návratnost vložených prostředků představují pro řadu soukromých podnikatelů překážku, která některé i kvalitní projekty odsouvá na úroveň zbožných přání. Šetrnost k životnímu prostředí, největší výhoda obnovitelných zdrojů, je z hlediska soukromého investora často až na posledním místě. Jednostranně zvýhodněné výkupní ceny energie, zejména elektřiny a výhledově i tepla, také nejsou systémovým řešením dané problematiky. Legitimní otázkou v této souvislosti je, nakolik je státní pomoc na podporu OZE v souladu s pravidly vnitřního trhu s elektřinou. Je pravda, že rozhodnutí Evropského soudního dvora v souvislosti s cenovým ustanovením obdobným stanovení minimálních výkupních cen elektřiny z obnovitelných zdrojů energie tvrdí, že zvýhodnění určitého prodávajícího, které jde k tíži spotřebitele, a nikoli státu, nelze považovat za státní pomoc. V našich podmínkách se nejedná o tíži spotřebitele, ale distributora, takže toto opatření nelze považovat za krok zajišťující rovnoprávné podmínky na trhu. Pravdou však zůstává, že provozovatelům zařízení na výrobu elektřiny z OZE nejsou poskytována žádná zvýhodnění, ale jsou pouze částečně vyrovnávány nevýhody, které musejí nést ve srovnání s výrobci elektřiny v konvenčních zdrojích. Ekologické a sociální škody způsobené konvenční výrobou elektřiny nesou totiž z velké části daňoví poplatníci a budoucí generace, nikoli provozovatelé těchto konvenčních zdrojů. Také nízké ceny energie získávané z tradičních zdrojů stále značně omezují konkurenceschopnost OZE. Různé formy regulace cen způsobují, že ceny jsou pod skutečnými výrobními náklady, případně pod srovnatelnými světovými cenami. Ceny investic jsou naopak tržní. To vede k nehospodárnému chování a k neochotě investorů, ale i státu se obnovitelnými zdroji zabývat. Donedávna se soudilo, že v budoucnosti mohou OZE začít soutěžit s tradičními zdroji energie jedinou možnou cestou ‐ zahrnutím veškerých nákladů na výrobu energie tak, aby cena energie odrážela i všechny vlivy na životní prostředí a společnost (tzv. internalizací externalit). To je však pouze jedna z možných metod přípravy systémových nástrojů, které jsou pro plánování vhodného využití energetických zdrojů a zavádění OZE do praxe důležité. Samotná internalizace externalit však podle nových poznatků nemusí nutně vést k 27/104


jednoznačnému zvýhodnění OZE před klasickými zdroji energie. Pokud se ale například stát zaváže ke snižování emisí a plnění kvót výroby energie z OZE, může k naplnění konkrétních cílů vytvořit odpovídající podnikatelské prostředí, aby bylo možné stanovených cílů dosáhnout. Řečeno jazykem manažerského rozhodování, stát se musí na danou problematiku podívat z pohledu racionálního investora, jehož rozhodování je zaměřeno na maximalizaci výnosu z kapitálu vloženého do projektu. Jako příklad lze uvést situaci, kdy při zpracování územního plánu ze systémového hlediska (státu) zvítězí velmi ekologická varianta, ale nemá ji kdo realizovat, neboť z hlediska podnikatele je zcela nepřijatelná a stát nemá pro její podporu dostatek prostředků nebo možností. V nedávné době byla podle zákona Č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, aktualizována SEK. Ukázalo se mj., že v rámci aktualizace nebyla zcela nepochopena úloha SEK, tedy jako způsob stanovení cílů a volba správných nástrojů k realizaci stanovených cílů. Jinými slovy v současné SEK chybí některé jednoznačně definované konkrétní cíle, například míra snížení emisí skleníkových plynů nebo míra energetické soběstačnosti regionů a zpětná vazba kontroly jejich plnění, s tím souvisí i nesprávně zvolená kritéria hodnocení. V rozhodovacím procesu tedy chybějí jeho nedílné součásti ‐ realizace a kontrola výsledků realizace. 2.2. Daňová politika Přestože existují některá daňová zvýhodnění pro vybrané technologie OZE, je možné konstatovat, že jako celek jsou obnovitelné a netradiční zdroje energie daňovou politikou znevýhodněny. Fosilní paliva a energie z nich vyráběná nejsou patřičně zdaněny, jako je tomu v některých zemích EU (chybí ekologická nebo uhlíková daň, případně ekvivalent spotřební daně nebo daně z těžby nenávratné suroviny), čímž se nedostává prostředků pro zahájení procesu zavádění širšího využívání obnovitelných zdrojů a energetických úspor. 2.3. Ekonomické bariéry související s financováním projektů Důsledek nesystémového přístupu je vidět v podnikatelské sféře, kde je absolutní nedostatek prostředků k financování potřebných investic v oblasti OZE. Nejsou dostupné dlouhodobé úvěry s nízkými úroky a není k dispozici ani potřebný objem dotačních prostředků. Malé projekty nemohou profitovat z ekonomiky velkých projektů. Další bariérou jsou rizika spojená se zaváděním relativně nových a dostatečně neprověřených technologií. 2.4. Informační a technologické bariéry Zanedbaná příprava projektů je notoricky známou špatnou "nálepkou", které se OZE velmi obtížně zbavují. Jedná se zejména o nesprávný odhad daného potenciálu, nedořešené majetkové záležitosti, smlouvy s rozvodnými podniky, autorizace podle zákona Č. 222/94 Sb. a v neposlední řadě o technické a provozní problémy, zejména u jednotek tuzemské výroby, kde se většinou jednalo o prototypy nebo o fázi zkušebního provozu (větrné elektrárny). Společným rysem většiny těchto instalací jsou i nesprávné ekonomické výpočty, případně spekulace na vyšší výkupní ceny v budoucnosti. Konečný energetický přínos stejně jako ekonomické výsledky těchto projektů se tak značně liší od předpokládaných. 28/104


Z těchto důvodů nejsou OZE prozatím považovány za "seriózní" zdroje energie, přestože mohou reálně pokrýt několik procent celkové spotřeby primárních zdrojů. Mnohdy je jejich možný příspěvek nadmíru zlehčován. Jednou z bariér je také malá znalost využitelného potenciálu obnovitelných zdrojů a jejich možných přínosů. Na jedné straně jsou OZE podceňovány, na druhé straně jsou do jejich přínosů vkládány přílišné naděje, které nejsou podloženy technicky ani ekonomicky. Závažnou překážkou je také nedostatek prostředků, odborných pracovních sil, přístrojů, potřebných zařízení a zázemí pro výzkum a vývoj technologií. Stejně tak zaostává ověřování a aplikace zahraničních zkušeností. Snad největší překážku u některých systémů OZE představují špatné zkušenosti veřejnosti a jejich následné medializace. Jedná se převážně o bioplynové stanice komunálního typu (zápach) a parky větrných elektráren (narušení krajinného rázu). V případě realizace nových projektů se mnohdy proces EIA z tohoto pohledu stává nepřekonatelných stupněm pro investora.

2. Závěr Základní zákonná hierarchie plánování v energetice v ČR je zatím dána posloupností: státní energetická politika, státní politika životního prostředí, územní plán, územní energetická koncepce, energetický audit. Aby měla smysl a mohla splnit svůj účel, je zapotřebí zavést "zpětnou vazbu", tedy kontrolu stanovených cílů, řečí úředníků "jednotný systém posuzování pro kontrolu naplnění stanovených cílů" (například státní energetické politiky). Toto řešení vyplývá mj. z teorie rozhodovacích procesů. V budoucnosti může pomoci zavedení systémových a koncepčních opatření, mezi něž patří například ekologické daně v rámci celkové daňové reformy. Je zapotřebí respektovat neustále rostoucí globalizaci trhů a skutečnost, že národní ekonomika jako celek musí zůstat konkurenceschopná. Ekologické daně není tedy možné zavést bez snížení daňového zatížení v jiných oblastech a bez harmonizace s ostatními vyspělými státy. Plánování investic v energetice je možné posuzovat z pohledu různých cílů; jiný cíl má energetická politika státu, jiný občané. Z hlediska systému (státu) lze za hlavní cíl považovat například zvyšování konkurenceschopnosti v ekonomice. Oproti tomu například vytváření nových pracovních příležitostí v energetice je kontraproduktivní, neboť vede k poklesu produktivity práce v ekonomice jako celku, a tím brzdí konkurenceschopnost v ekonomice.

C. Základní charakteristika města Vsetína Město Vsetín leží na východě Zlínského kraje, na rozhraní Hostýnských vrchů, Vsetínských vrchů a Vizovické vrchoviny v nadmořské výšce 330 m (Bečva pod Semetínem), 385 m (hvězdárna na Horním městě) až 841 m (Vsacký Cáb). Rozlohou 6 900 ha je to po Velkých Karlovicích druhá nejrozlehlejší obec v okrese. Zahrnuje katastrální území Vsetín, Jasénka a Rokytnice. Město má 28 500 obyvatel. Městská zástavba je soustředěna v poříční kotlině 29/104


v údolí Vsetínské Bečvy a v dolních částech bočních údolí (Jasenice, Jasénka, Rokytnice). Ve volné krajině jsou rozptýlena drobná sídla. Lesy se rozkládají na 55,7 % plochy. Hlavním tokem protékajícím Vsetínem je Vsetínská Bečva. Její další přítoky tvoří potoky Jasenka, Jasenice, Rokytenka, před Vsetínem u obce Ústí u Vsetína řeka Senice. Průměrná roční teplota se pohybuje mezi 1,5 až 2,0°C 2,5 2,2 2

2 1,9

1,9

1,9

1,9

2 1,9

2

1,9 1,8

1,8 1,7

1,7 1,6

1,6 1,5

1,5 1,4

1

0,5

0 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

30/104


D. Sluneční (solární) energie Solární energie patří mezi nevyčerpatelné zdroje energie. Její využití nemá žádné negativní dopady na životní prostředí. Množství využitelné energie závisí na klimatických podmínkách jednotlivých částí zemského povrchu. Lze ji dobře využívat nejen v oblastech s dlouhým slunečním svitem, ale i s vyšší nadmořskou výškou. V České republice jsou poměrně dobré podmínky pro využití energie slunečního záření, přestože množství sluneční energie v průběhu roku kolísá a největší množství sluneční energie dopadá v období, kdy spotřeba tepla je nejnižší. Ročně dopadá kolmo na 1 m2 plochy 800 – 1 250kWh solární energie. Od dubna do října 75% energie a 25% energie v období od října do dubna. Celková doba slunečního svitu v našich podmínkách se pohybuje v rozmezí 1 400 – 1 800h/rok. V horských oblastech dosahuje doba 1 600h za rok, v nížinných oblastech jižní Moravy 2 000h tvoří až 50% z celkového množství slunečního záření.

Hodnoty sluneční energie v ČR (kWh)

Využití sluneční energie V našich podmínkách je možné využívat sluneční energii zejména k výrobě tepla tzn. k přípravě teplé vody, k ohřevu vody v bazénech, k dotápění či vytápění objektů (domy, rekreační zařízení, skleníky, sušárny, atd.). Méně výhodné je zatím využití přeměny energie Slunce na elektrickou energii fotovoltaickými články. 31/104


Využití slunečního záření k výrobě tepla Pasivní solární soustavy Sluneční záření se mění na teplo pomocí stavebního řešení budovy, které vychází z obdobných principů jako skleník. Množství získané energie závisí na poloze, druhu, architektonickém řešení budovy a použitých materiálech. Doporučuje se používat skla s reflexní folií, která zabraňují zpětnému vyzařování tepla ven z místnosti a v létě zabraňují přehřívání. Podobnou funkci mohou mít i vnější žaluzie. Pasivní systémy lze výborně využít u nově budovaných objektů (dekorativní a současně energeticky úsporné prvky). U starších objektů je možné dostavět prosklenou verandu, skleník. Sluneční záření se přeměňuje na teplo pomocí zařízení tzv. solárních kolektorů. Teplo získané v kolektorech se využívá přímo k přitápění, k ohřevu vody nebo se může ukládat v akumulačních nádržích a využívat později (v noci, ve dnech se slabým slunečním svitem). Princip aktivní solární soustavy Největší význam pro úspory energie mají aktivní systémy, které získávají tepelnou energii pomocí kapalinových nebo vakuových (plochých i trubicových) kolektorů. Kapalinové solární kolektory Solární kolektory zachycují skleněnou plochou či trubicí sluneční záření a přeměňují je na tepelnou energii. Tato energie je pohlcována sorbérem a odváděna teplonosnou kapalinou (voda, ekologicky nezávadné nemrznoucí kapaliny např. sloučeniny glykolu, solaren, atd.) Ta odvádí teplo do výměníku, kde je předáváno k ohřevu vody (TUV) nebo topné vodě. Kolektory, které jsou vybavené selektivní absorpční vrstvou mají vyšší účinnost, protože dokáží zachytit i difuzní záření tj. záření rozptýlené, které vzniklo odrazem slunečního záření na překážkách v atmosféře (oblaka, nečistoty, atd.).

32/104


Vakuové solární kolektory Solární kolektory zachycují vakuovanou skleněnou plochou či trubicí sluneční záření a přeměňují je na tepelnou energii, která odpařuje teplonosnou kapalinu. Teplonosná kapalina přechází jako pára do kondenzátoru, kde výměníku předá teplo topné vodě, TUV, ochladí se a zkapalní (zkondenzuje) a vrací se zpět do kolektoru. Vakuum dobře snižuje ztráty a tím zvyšuje účinnost zařízení zejména v zimních měsících. Rozdělení solárních kolektorů ploché kapalinové kolektory – zachycují sluneční (energii) záření dopadající na plochu kolektoru. V absorbéru je sluneční energie předávána teplonosné kapalině k přípravě teplé vody nebo topné vodě. trubicové kolektory – zachycují sluneční (energii) záření ve trubicích vrstvou s absorbérem, který předává sluneční energii teplonosné kapalině. Výkonnost dvou systémů (plochého a trubkového) je téměř stejná v létě, v zimě trubkový kolektor ztrácí méně tepla vyzařováním. vakuové trubicové kolektory – zachycují sluneční záření ve vakuované trubici, ve které se odpařuje teplonosná kapalina (ethylalkohol, glykol, ...), která přechází jako pára do kondenzátoru, kde výměníku předá teplo proudící kapalině (např. topná voda), zkondenzuje a vrací se zpět do kolektoru. Celý cyklus se opakuje. Vakuum dobře snižuje ztráty a tím zvyšuje účinnost zařízení. ploché vakuové kolektory – mají čelní plochu stejnou jako absorpční. Čím větší je propustnost a menší odrazivost použitého průhledného krytu tím větší je účinnost zařízení. Dále viz trubicové vakuové kolektory. koncentrační kolektory – jejich čelní nebo odrazová plocha koncentruje záření na menší absorpční plochu tím se dosáhne vyšších teplot. Tyto kolektory mají většinou účinnost až 90% a dosahují vyšší teplotní hladiny. Jsou mnohem dražší než ploché kapalinové kolektory. akumulační zásobníky – objem zásobníku se určuje podle potřeby. V solárním zásobníku ohříváme teplou vodu solární energií a doplňkově např. elektřinou. Pokud uvažujeme o využití akumulace pro přitápění, pak musí být systém vybaven dvěma výměníky tepla. Jeden je napojen na okruh ústředního vytápění, druhý na solární okruh.

Provoz solárních zařízení Jak již bylo napsáno v úvodu má Česká republika poměrně dobré podmínky pro využití solární energie. Avšak vzhledem k našim klimatickým podmínkám a tím nerovnoměrné 33/104


spotřebě tepla v průběhu roku je nutné solární kolektory kombinovat s dalším stabilním zdrojem tepla např. elektrokotlem. Solární kolektory vyrábí nejvíce tepla v letních měsících, kdy je potřeba tepla nejnižší., a tak je vhodné zvážit jak využijeme teplo ze solárních kolektorů. Pokud bychom chtěli sluneční energii využít i v chladnějších měsících pro topení či předehřev topné vody, pak je nutná soustava s větším počtem kolektorů (10 a více podle velikosti objektu, atd.). V letních měsících pak přebytečné teplo využijeme na ohřev vody třeba v bazénu. Tepelnou energii je možné pro potřeby vytápění i dlouhodobě akumulovat v zásobnících (vodních a štěrkových). Pokud využíváme vodního zásobníku měli bychom hygienických důvodů (likvidace bakterií) aspoň jednou denně ohřát obsah zásobníku nad 60°C. Obecně však platí, že systémy s akumulací jsou méně ekonomické.

Ekonomické hodnocení ¾ Základní podmínky pro úspěšnou instalaci solárních kolektorů Základní podmínkou je pečlivá analýza výchozích podmínek a to nejen technických a ekonomických, ale i zvážení provozních podmínek (u podnikatelských subjektů, škol, rekreačních zařízení, atd.) a životního stylu (u majitelů rodinných domků, bytových domů) ¾ Výběr vhodné lokality ¾ Umístění solárních kolektorů orientace kolektorů na jihozápad (8 až 15°) umožňuje lepší využití energie zapadajícího slunce. ¾ celodenní osvit (maximum výkonu nastává kolem 14h). ¾ nejvhodnější je umístění kolektorů s požadovaným, sklonem 25 ‐ 50° k vodorovné rovině. pro celoroční provoz je nejvhodnější sklon 45°. orientace plochy

dopadající solární energie na m2/rok

svislá plocha – orientace jih

700kWh

vodorovná plocha

850kWh

šikmá – sklon 20° až 60° – orientace jih

1 000kWh

¾ Zabránit zbytečným ztrátám energie ¾ zajistit nejkratší rozvody mezi kolektorem, zásobníkem, výměníkem a jejich dobrá tepelná izolace chránit kolektory před větrem (ochlazování kolektorů snižuje účinnost). 34/104


zpřístupnit kolektory pro pravidelnou údržbu, čištění a kontrolu. zateplit objekt ‐ tepelnou izolací snížit tepelné ztráty až o 30%, a tak snížit spotřebu tepla. ¾ Optimálně dimenzovat topnou soustavu správná volba topného systému, který umožní využívat topnou vodu ohřátou na nižší teploty. teplotní spád (podlahové vytápění 45/35°C, velkoplošné nízkoteplotní radiátory 50/45°C). ¾ Zpracování ekonomické rozvahy, která vychází ze zjištění reálných způsobů přípravy teplé vody a vytápění pro daný objekt, investičních a provozních nákladů.

Výhody využití solárních zařízení

Slunce je nevyčerpatelným zdrojem energie. Výhodou využití sluneční energie jsou nízké provozní náklady (sluneční energie je zdarma), vysoká životnost zařízení 15 ‐ 20 let a jeho nenáročná obsluha. Vyrobená energie ze slunečního záření může nahradit 20 ‐ 50% potřeby tepla k vytápění a 50 ‐ 70% potřeby tepla k ohřevu vody v domácnosti. Významným přínosem je i úspora fosilních paliv, jejichž spalováním znečišťujeme přírodu emisemi SO2 , CO2 , NOx, prachových částic. Uvedené výhody příznivě ovlivňují návratnost vložených finančních prostředků a čistotu životního prostředí.

Nevýhody využití solárních zařízení

Sluneční energii nelze využít jako samostatný zdroj tepla. Pro celoroční využití je nutný doplňkový zdroj energie ‐ zemní plyn, elektrická energie, kapalná paliva, atd. (kotel nebo akumulační zdroj energie v zásobníku tepla), který pokrývá zvýšenou potřebu v době, kdy je slunečního záření nedostatek. Návratnost vložených finančních prostředků je závislá na cenové úrovni používaného paliva před instalací solárních kolektorů, na velikosti soustavy a způsobu využití (ohřev vody, přitápění, ohřev bazénů, technologie, atd.). Při instalaci solární soustavy do stávajícího objektu je návratnost investic závislá na rozsahu úprav, které je nutné provést před instalací (zateplení, úprava topné soustavy, změna doplňkového zdroje).

Využití slunečního záření k výrobě elektrické energie

Vyrobenou elektrickou energii lze použít přímo ve spotřebičích nebo ukládat v akumulátorech a z nich čerpat v době bez slunečního svitu. Chaty, karavany, parkovací automaty, noční osvětlení, provoz malých spotřebičů. S ohledem na pořizovací cenu fotovoltaických systémů a možnosti využití v našich klimatických podmínkách je cena elektrické energie příliš vysoká. 35/104


Fotovoltaické panely

Fotovoltaická zařízení představují jednoduchý a elegantní způsob, jak sluneční paprsky přeměnit na elektřinu. Pracují na principu fotoelektrického jevu: částice světla ‐ fotony ‐ dopadají na článek svou energií z něho "vyráží" elektrony. Polovodičová struktura článku pak uspořádává pohyb elektronů na využitelný stejnosměrný elektrický proud. Se stejnými základními stavebními prvky ‐ solárními články ‐ je možné realizovat aplikace s nepatrným výkonem (napájení kalkulačky) až po elektrárny s výkony v MW. Solární článek je polovodičový velkoplošný prvek s alespoň jedním PN přechodem (v podstatě jde o polovodičovou diodu). Na rozhraní materiálů P a N vzniká přechodová vrstva P‐N, v níž existuje elektrické pole vysoké intenzity. Toto pole pak uvádí do pohybu volné nosiče náboje vznikající absorpcí světla. Vzniklý elektrický proud odvádějí z článku elektrody. Princip činnosti solárního článku. V současné době jsou nejrozšířenější solární články vyrobené z krystalického křemíku ve formě monokrystalu (účinnost 14 až 17 %) nebo polykrystalu s účinností 12 až 15 %. Levnější články na bázi amorfního křemíku (účinnost 5 až 9 %) jsou na ústupu. V laboratořích byly již vyvinuty články s účinností až 28 %, nejlepší komerční výrobky mají účinnost 20 %. Protože výkon článků závisí pochopitelně na okamžitém slunečním záření, udává se jejich výkon jako tzv. špičkový, tedy při dopadajícím záření s intenzitou 1 000 W/m2 při definovaném spektru. Článek s účinností 17 % má při ploše 1 m2 špičkový (peak) výkon 170 Wp. 36/104


Odhad produkce fotovoltaického panelu. Energie vložená do výroby fotovoltaických panelů je těmito panely získána zpět v našich podmínkách během 2 ‐ 4 let, přitom předpokládaná životnost je minimálně 20 let. Fotovoltaické panely integrované do krytiny různým způsobem. Sériovým nebo i paralelním elektrickým propojením solárních článků vzniká po jejich zapouzdření fotovoltaický panel. Články jsou paralelně elektricky spojeny tak, aby bylo dosaženo potřebného napětí a proudu. Panel musí zajistit hermetické zapouzdření solárních článků, musí zajišťovat dostatečnou mechanickou a klimatickou odolnost (např. vůči silnému větru, krupobití, mrazu apod.). Systémy připojené k síti (grid‐on) Fotovoltaický zdroj elektřiny lze použít pro dodávku do distribuční sítě. U nás zatím pracuje jen několik takových experimentálních zařízení. Častěji se toto zapojení využívá v budovách, kdy fotovoltaika napájí přednostně spotřebiče v domě. Není‐li v domě odběr, jsou přebytky prodávány do sítě. Tyto systémy se obejdou bez poměrně nákladných akumulátorů; jako nekonečně velký akumulátor jim slouží síť. Naopak vždy potřebují střídač, který přemění stejnosměrný proud z panelů na střídavý, na který jsou spotřebiče v domácnosti konstruovány. Takto zapojené systémy má u nás již téměř 1 000 škol. Byly podpořeny dotací Státního fondu životního prostředí a slouží hlavně k výuce; jejich energetický přínos je mizivý, neboť instalovaná plocha je malá (nejčastěji do 2 m2, výkon cca 200 Wp). Systémy grid‐on fungují zcela automaticky díky mikroprocesorovému řízení síťového střídače. Připojení k síti podléhá schvalovacímu řízení u rozvodných závodů; je nutné dodržet dané technické parametry. Investiční náklady jsou v rozmezí 23 ‐ 35 000 Kč/m2, což zhruba představuje 200 ‐ 350 Kč/Wp.

37/104


Samostatné (ostrovní) systémy ‐ grid off Ve středoevropských podmínkách se častěji využívá fotovoltaika v místech, kde není k dispozici elektřina ze sítě. Tedy v případech, kdy jsou náklady na vybudování a provoz přípojky vyšší než náklady na fotovoltaický systém (cca od vzdálenosti k rozvodné síti více než 500 ‐ 1 000 m, vždy nutno potvrdit individuálně). Může to být chata, ale třeba i obytný automobilový přívěs, kde je díky slunečnímu záření komfort elektrického osvětlení, chladničky i dalších spotřebičů. Fotovoltaika také pohání nouzové telefonní budky u dálnic nebo výstražnou dopravní signalizaci. Můžeme narazit i na fotovoltaikou napájené parkovací automaty. Takové zařízení lze kdykoli snadno přemístit, bez nutnosti rozkopávat chodník pro napojení k síti. Fotovoltaika v architektuře Solární panely se nejčastěji umisťují tak, aby byly orientovány na jih, se sklonem 30 až 60°. Tak získávají nejvíce energie. Zařízení, která panely automaticky naklápí a natáčejí za Sluncem, se příliš nepoužívají, protože jsou nákladné. V posledních letech se začínají stále častěji uplatňovat díky novým technologiím. U větších systémů jsou solární panely z estetických důvodů často integrovány do fasády domu, i když to z energetického hlediska není nejvýhodnější. Architekt může při návrhu využít i to, že křemíkové články lze různě zabarvit. Dotace, výkupní ceny Na instalaci solárního systému lze získat dotaci od Státního fondu životního prostředí (www.sfzp.cz). Podmínky jsou různé pro různé žadatele a mění se i v čase. Fyzické osoby mohly v roce 2005 získat až 40 % investičních nákladů. Je‐li systém připojen k eletrorozvodné síti a dodává do ní proud, lze elektřinu prodávat za státem regulovanou cenu. V roce 2005 to bylo 6,04 Kč/kWh, od 1. 1. 2006 dokonce 13,20 Kč/kWh. Výběr vhodných lokalit a zásady pro dimenzování Fotovoltaický systém pracuje nejlépe, pokud je navržen pro skutečné místní podmínky (dimenzování, umístění solárních článků a způsob využití). Pro dimenzování je důležité znát účel, uvažovanou spotřebu (výrobu) elektřiny, typ a provozní hodiny připojených spotřebičů, zda bude systém připojen do sítě, či nikoliv, způsob napojení na doplňkový zdroj energie a další vstupní údaje: ¾ počet hodin slunečního svitu a intenzita slunečního záření, která se mění podle znečištění atmosféry (město, venkov, hory); ¾ orientace ‐ ideální je na jih (případně s automatickým natáčením panelů za Sluncem); ¾ sklon panelů ‐ pro celoroční provoz je optimální 45° vzhledem k vodorovné rovině; ¾ množství stínících překážek ‐ je nutný celodenní osvit Sluncem. Z výše uvedených parametrů je možné stanovit množství vyrobené energie z celého systému za rok. Pro podrobnější výpočty existují již počítačové programy, např. firemní programy výrobců. 38/104


Přírodní podmínky Průměrný počet hodin solárního svitu (bez oblačnosti) se v ČR pohybuje kolem 1 460 h/rok (od 1 400 do 1 700 hodin za rok). Nejmenší počet hodin má severozápad území. Směrem na jihovýchod počet hodin narůstá. Lokality se od sebe běžně liší v průměru o ±10 %. V některých ojedinělých případech je odchylka vyšší. Technický potenciál výroby elektřiny je omezen na plochy, kde lze fotoelektrické systémy instalovat s ohledem na stav sítě, možnosti připojení atd. Pro odhady se používá hodnota roční sumy globálního záření (průměr pro celou Českou republiku je kolem 1 081 kWh/m2). Jeden m2 fotovoltaického panelu s monokrystalickými články má špičkový výkon 110 ‐ 120 Wp. Během roku z něho lze získat 80 až 120 kWh elektrické energie. Měsíc

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12

Energie [Wh/den] 80 138 213 302 383 390 408 360 265 179 83 60

Rok [Wh] 87 237

Průměrné hodnoty elektrické energie [Wh/den], kterou lze získat během jednoho dne ze solárního panelu s výkonem 110 Wp (cca 1 m2) dle měsíců. Fotovoltaický systém s instalovaným výkonem 1 kWp je schopen v podmínkách ČR dodat ročně 800 ‐ 1 000 kWh elektrické energie.

Charakteristika města Vsetína

Město Vsetín díky své poloze a nadmořské výšce má velmi dobrou polohu pro využití sluneční energie jako obnovitelného zdroje. Nejen na základě hodnot dopadající solární energie na 1 m2 – 1 050 kWh (odhad), ale i díky počtu slunečných dní se jedná o oblast s nadprůměrnými hodnotami, limitem efektivity je cca 270 dní. 39/104


300 298 295 293 290

290 288 286

285

284

283 280

280 275

274 272

270 268 265 260 1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

Současně při porovnání s hodnotami slunečních hodin je město nad průměrem republiky, který se pohybuje okolo 1600 hodin. 2042

2100 1782,5

1774,9

1800

1632,5

1551,9 1558,4

1729,5

1685,3

1560,5

1526,2

1608,3

1500

1200

900

600

300

0 1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

40/104


E. Energie větru Větrná energie je jedna z forem, do níž se transformuje sluneční záření, neustále dopadající na naši planetu. Vítr je proudění vzduchu, které vzniká tlakovými rozdíly mezi různě zahřátými oblastmi vzduchu v zemské atmosféře. Pokud není uvedeno jinak, rozumí se (i v odborné literatuře) pod pojmem vítr pouze horizontální složka proudění vzduchu. Větrná energie je v centru pozornosti hlavně proto, že se dá snadno transformovat na cennou a žádanou elektřinu ‐ na rozdíl třeba od energie biomasy. Využívání větru tak může napomoci splnění národního cíle ‐ produkovat v roce 2010 z obnovitelných zdrojů 8 % spotřeby elektřiny. Německo

16 629 MW

Polsko

63 MW

Španělsko

8 263 MW

Lucembursko

35 MW

Dánsko

3 117 MW

Lotyšsko

26 MW

Itálie

1 125 MW

Turecko

20 MW

Nizozemsko

1 078 MW

Česká republika

17 MW

Velká Británie

888 MW

Švýcarsko

9 MW

Rakousko

606 MW

Litva

7 MW

Portugalsko

522 MW

Estonsko

6 MW

Řecko

465 MW

Chorvatsko

6 MW

Švédsko

442 MW

Maďarsko

6 MW

Francie

386 MW

Slovensko

5 MW

Irsko

339 MW

Kypr

2 MW

Norsko

160 MW

Bulharsko

1 MW

Belgie

95 MW

Rumunsko

1 MW

Finsko

82 MW

EU celkem

34 205 MW

Instalovaný výkon větrných elektráren koncem roku 2004 v evropských zemích (zdroj: EWEA).

Přírodní podmínky Česká republika je vnitrozemský stát s typicky kontinentálním klimatem, který se projevuje významným sezónním kolísáním rychlostí větru. Příčinou je zejména globální vzdušné proudění typické pro severní a střední Evropu. Rychlost větru je nejdůležitějším údajem při využívání energie větru, udává se převážně v m/s. Poblíž zemského povrchu je proudění vzduchu ovlivňováno drsností povrchu, ale s rostoucí výškou se rychlost větru logaritmicky zvyšuje. Je tedy velký rozdíl mezi rychlostí větru ve výšce 10 m a 100 m nad terénem. Vítr je nad terénem různě zpomalován, zejména 41/104


terénními překážkami ‐ stavbami, kopci, dále také druhem povrchu (tráva, les, vodní hladina, sníh...). Proudění vzduchu je vždy turbulentní, což se projevuje kolísáním rychlosti a směru větru. Výsledky měření směru a rychlosti větru jsou proto průměrované za určitý časový interval, tzv. vzorkovací dobu. Měření rychlosti větru se provádí anemometry (mechanické, elektronické).

Schématizované vertikální profily rychlosti větru v přízemní vrstvě při různých parametrech drsnosti (zdroj: časopis Větrná energie). Pro měření rychlosti větru existují mezinárodní standardy. Pro rychlost a směr větru je to výška 10 m nad zemským povrchem (pokud ji není možno dodržet, jsou údaje dohodnutým způsobem přepočítávány na tuto výšku). Bohužel jednotlivé metody nejsou plně srovnatelné, na některých stanovištích jsou mezi naměřenými hodnotami kontinuálním měřením a vypočtenými průměrnými rychlostmi při měření v klimatických termínech rozdíly 10 ‐ 20 %. Pro velmi hrubou představu jsou běžně dostupná měření na meteorologických stanicích. Měření rychlostí a směru větru se spolu s jinými klimatickými faktory provádí v ČR sítí cca 200 meteorologických stanicích ČHMÚ, včetně stanic synoptických a klimatologických. Výsledky měření jsou odborně kontrolovány, archivovány a jsou k dispozici za úhradu buď ve formě nezpracovaných dat, nebo ve formě výsledků analýzy těchto dat prováděných pro různé účely. 42/104


Větrný atlas České republiky (zdroj: Ústav fyziky atmosféry AV ČR). Jsou‐li nepřímo získané údaje o rychlosti větru příznivé, je nutné provést měření rychlosti větru přímo v dané lokalitě. Měření by mělo trvat alespoň rok, měřící přístroj by měl být v ideálním případě umístěn ve výšce osy budoucího rotoru elektrárny (vrtule).

Možnosti využití Dříve využívaná přímá přeměna energie větru na mechanickou práci (větrné mlýny) se dnes už téměř v Evropě nevyužívá. V rozvojových zemích a na pastvinách v USA se vítr používá pro čerpání vody. Dnes se z větru získává zejména elektřina. Velká zařízení dodávají elektřinu do sítě, drobná zařízení slouží pro zásobování odlehlých objektů nepřipojených k síti, malé VE se používají na lodích pro dobíjení baterií apod.

Autonomní systémy Systémy nezávislé na rozvodné síti (grid‐off), autonomní systémy slouží objektům, které nemají možnost se připojit k rozvodné síti. Zde se obvykle používají mikroelektrárny s výkonem od 0,1 do 5 kW. Součástí autonomního systému jsou i akumulátory a řídící elektronika. V objektu pak může být buď rozvod stejnosměrného proudu s nízkým napětím (12 nebo 24 V), nebo je v systému zapojen ještě střídač pro dodávku střídavého proudu 220 V. Podle toho je nutno objekt vybavit energeticky úspornými spotřebiči. Autonomní systémy bývají doplněny fotovoltaickými panely pro léto, kdy je méně větru, ale více sluníčka. Pro větší výkony se používají větrné elektrárny se synchronními generátory. 43/104


Náklady na větrnou elektrárnu a další prvky systému jsou poměrně vysoké, takže v místech, kde je dostupná relativně levná elektřina ze sítě, ztrácí jejich využití obvykle opodstatnění. Některé vlastníky rodinných domů či rekreačních objektů, kteří uvažují o energetické soběstačnosti pro osvětlení, vaření i vytápění, láká myšlenka vlastní elektrárny s výkonem do 50 kW. Ve skutečnosti je však využití těchto elektráren ekonomicky nevýhodné, neboť investiční náklady jsou poměrně vysoké. Obytné objekty obvykle stojí v místech, kde jsou velmi špatné větrné podmínky a kvůli hluku zde nelze postavit VE.

Systémy připojené k síti Systémy dodávající energii do rozvodné sítě (grid‐on) jsou nejrozšířenější a používají se v oblastech s velkým větrným potenciálem, slouží téměř výhradně pro komerční výrobu elektřiny. Trendem je výstavba stále větších strojů (průměr rotoru 40 až 80 m a věž o výšce více než 80 metrů). Důvodem jsou nižší měrné náklady na výrobu energie a maximální využití lokalit, kterých je omezený počet. Ve vnitrozemí se staví stroje s výkonem 300 až 2 000 kW. Na moři (poblíž pobřeží) se však staví stroje s výkonem až 5 MW. Naopak starší vnitrozemské elektrárny s výkony do 200kW se demontují a nahrazují silnějšími stroji, i když jsou ještě provozuschopné. Nabízí se pak k vývozu i do ČR. Tyto velké elektrárny mají asynchronní generátor, který dodává střídavý proud většinou o napětí 660 V, a tudíž nemohou pracovat jako autonomní zdroje energie. Existují i elektrárny se speciálním mnohapólovým generátorem, který nevyžaduje převodovou skříň. Většina elektráren má konstantní otáčky. Moderní větrné elektrárny mají rozběhovou rychlost větru kolem 4 m/s. Pro zvýšení výroby jsou některé elektrárny vybaveny dvěma generátory (nebo jedním s dvojím vinutím). Při nízké rychlosti větru běží menší generátor, při vyšší rychlosti větru se přepne na větší generátor. Startovací rychlost pro snížený výkon je potom kolem 2,5 m/s. K zefektivnění provozu a snížení nákladů na projektování a výstavbu se velké elektrárny sdružují do skupin (obvykle 5 až 30 elektráren), tzv. větrných farem.

Technické řešení Podle aerodynamického principu dělíme větrné motory na vztlakové a odporové. Nejrozšířenějším typem jsou elektrárny s vodorovnou osou otáčení, pracující na vztlakovém principu, kde vítr obtéká lopatky s profilem podobným letecké vrtuli. Na podobném principu pracovaly již historické větrné mlýny, nebo tak pracují větrná kola vodních čerpadel (tzv. americký větrný motor). Po experimentech s jedno‐, dvou‐ i čtyřlistými rotory již všechny velké moderní elektrárny používají třílisté rotory. Existují také elektrárny se svislou osou otáčení, některé pracující na odporovém principu (typ Savonius, jako miskyanemometru) nebo na vztlakovém principu (typ Darrieus). Výhodou elektráren se svislou osou pracujících na vztlakovém principu je, že mohou dosahovat vyšší rychlosti otáčení a tím i vyšší účinnosti; není je třeba natáčet do směru převládajícího směru 44/104


větru. Elektrárny se svislou osou otáčení se v praxi příliš neuplatnily, neboť u nich dochází k mnohem vyššímu dynamickému namáhání, které značně snižuje jejich životnost. Nevýhodou je malá výška rotoru nad terénem, tj. i menší rychlost větru.

Výběr vhodných lokalit a zásady pro dimenzování V případě vnitrozemských oblastí, tedy v podmínkách ČR, jsou příhodné lokality převážně ve vyšších nadmořských výškách, obvykle nad 500 m n. m. V nižších nadmořských výškách je roční průměrná rychlost větru nízká (kolem 2 až 4 m/s). Rychlost větru je naprosto zásadní parametr, neboť energie větru roste se třetí mocninou rychlosti. Při zdvojnásobení rychlosti větru (např. ze 4m/s na 8 m/s) vzroste jeho energie osmkrát. Je zřejmé, že i malá odchylka v rychlosti větru se výrazně projeví na množství získané elektřiny.

Výkonová charakteristika větrné elektrárny s výkonem 500 kW. K ohodnocení konkrétní lokality je nejvhodnější stanovení distribuční charakteristiky, což je rozdělení četnosti rychlostí větru zjištěné kontinuálním měřením rychlosti ve výšce osyrotoru. Ideální je alespoň roční měření porovnané s dlouhodobými údaji na blízkých meteorologických stanicích. Jednotlivé roky se od sebe mohou značně lišit. Před rozhodnutím o stavbě elektrárny je tedy třeba znát následující vstupní údaje: ¾ měřené průměrné rychlosti větru včetně četnosti směru, ideálně roční měření; ¾ množství a parametry překážek, které způsobují turbulenci a brání laminárnímu proudění větru (porosty, stromy, stavby, budovy); ¾ chod ročních venkovních teplot či jiných nepříznivých meteorologických jevů (např. námrazy způsobují odstávky); ¾ nadmořská výška (hustota vzduchu); ¾ možnost umístění vhodné technologie:

45/104


¾ únosnost podloží, kvalita podkladu a seismická situace, geologické podmínky pro základy elektrárny; ¾ dostupnost lokality pro těžké mechanismy, možnosti pro vybudování potřebné zpevněné komunikace; ¾ vzdálenost od přípojky VN nebo VVN s dostatečnou kapacitou; ¾ vzdálenost od obydlí, která by měla být dostatečná kvůli minimalizaci možného rušení obyvatel hlukem (nejvyšší přípustná hladina hluku ve venkovním prostoru na obytném území je ve dne 50 dB a v noci 40 dB); ¾ míra zásahu do okolní přírody ‐ zátěž při výstavbě elektrárny, zátěž budováním elektrické přípojky, zásah do vzhledu krajiny (umístění lokality v CHKO velmi komplikuje povolovací řízení). ¾ majetkoprávní vztahy k pozemku, postoj místních úřadů, občanů, vlastnictví či dlouhodobý pronájem pozemků. Pro vlastní stavbu elektrárny je nutno získat v první řadě územní rozhodnutí a následně stavební povolení. Někdy je kvůlitomu nutno změnit územní plán příslušné obce či území. Stavební úřad bude v souladu se zákonem vyžadovat stanoviska různých dotčených orgánů státní správy, zejména státní ochrany přírody, ale třeba i Armády ČR. Mimoto je nutno vyřešit i jiné problémy: Pokud přípojka elektrárny k síti nepovede pouze po pozemcích investora, je třeba získat svolení pro instalaci a vedení po všech soukromých či veřejných pozemcích (ev. zřídit věcná břemena k těmto pozemkům). Zpracování studie vlivu na životní prostředí (EIA). Elektrárna nesmí mít negativní dopad na své okolí. Jako každé strojní zařízení vydává i větrná elektrárna mechanický (převodovka) a aerodynamický hluk způsobený obtékáním listů elektrárny. Přestože je snížení hluku věnována v konstrukci moderních elektráren velká pozornost, může nevhodně umístěná elektrárna působit nepříjemnosti. Malé větrné elektrárny jsou rychloběžné (mají vysoké otáčky rotoru) a proto jsou poměrně hlučné. Umístění této elektrárny přímo na zahradě může narušit dobré sousedské vztahy. Chceme‐li dodávat elektřinu do sítě, je třeba mimo jiné: Získat licenci k výrobě elektřiny (případně k přenosu) podle energetického zákona č. 458/2000 Sb. Splnit technické podmínky pro připojení k síti a získat souhlas příslušného provozovatele distribuční soustavy (veřejné sítě). Řešení většiny těchto problémů je časově a administrativně náročné.

Větrné elektrárny a životní prostředí I když jsou větrné elektrárny často symbolem ekologické výroby elektřiny, jsou jim někdy vytýkána i negativa. Obvykle neprávem; současné elektrárny jsou mnohem modernější, než byly před deseti lety.

46/104


¾ Hluk současných strojů je poměrně nízký, navíc jsou elektrárny stavěny v dostatečné vzdálenosti od obydlí. Hluková studie bývá součástí dokumentace nutné ke stavebnímu povolení. U existujících strojů lze provést měření a na jeho základě případně omezit jejich provoz. ¾ Stroboskopický efekt (vrhání pohyblivých stínů, je‐li Slunce nízko nad obzorem) není v praxi závažný, zejména právě kvůli vzdálenosti strojů od lidských obydlí. Podobně i odraz Slunce na lopatkách je díky matným nátěrům již minulostí. ¾ Rušení zvěře podle praktických zkušeností nenastává. Dokladem jsou ovce a krávy, ale i divoká zvěř pasoucí se v těsné blízkosti elektráren. Podle některých studií se v okolí elektráren zvýšil i počet hnízdících ptáků. Vysvětluje se to jednak tím, že elektrárny jsou dobrým orientačním bodem v krajině a jednak tím, že rotory mohou rušit dravé ptáky. Podobně se nepotvrdilo ani to, že by rotující listy zabíjely proletující ptáky. Ke kolizím dochází, ale poměrně vzácně, zejména v noci a za mlhy. Výjimkou byly případy, kdy elektrárna stála např. v místě tahu migrujících ptáků. ¾ Rušení televizního signálu může nastat. Závisí na pozici televizního vysílače, elektrárny a domů, které mají anténu. Týká se opět jen blízkého okolí elektrárny. Díky tomu, že v ČR je většina lokalit daleko od osídlení, jde o problém spíše teoretický. ¾ Narušení krajinného rázu je nejspíše nejproblematičtější. Někomu se elektrárny líbí, někomu ne. V české krajině, kde lze jen s obtížemi najít panorama nerušené stožáry elektrického vedení, představují větrné elektrárny další, nezvyklý prvek. Paradoxně se u nich někdy dostává do konfliktu požadavek státní ochrany přírody na "nenápadnost" elektrárny s požadavkem bezpečnosti leteckého provozu na umístění zábleskového zařízení na vrchol stožáru kvůli viditelnosti. Trend stavět stále větší stroje vedek tomu, že elektráren může být méně, ale současně budou více vidět. Elektrárny však mohou také pomoci snížit počet různých stožárů v krajině. Na stožár jedné elektrárny lze umístit několik různých telekomunikačních zařízení (zejména vysílače mobilních telefonů), které bohužel často mají každý svůj vlastní stožár. Díky umístění ve větší výšce mohou pak vysílače pokrýt větší území. Technický potenciál vychází z klimatologického modelu. Naplňování dostupného potenciálu je však stále významně omezeno, mimo jiné nedůvěrou v tuto technologii, v dlouhém období jej lze odhadovat na úrovni zhruba 1/4 technického potenciálu. Hlavní předpoklady a omezení rozvoje – roční využití v podmínkách ČR v rozmezí 1000 ‐ 2000 h + dostupné a výkonné technologie i pro vnitrozemské podmínky – omezení výstavby přístupností lokalit, připojením k síti, v chráněných územích + relativně snadná demontovatelnost či náhrada výkonnější technologií

47/104


Obrázek výkonu větru v ČR

Uplatnění energie větru ve Vsetíně Město Vsetín, díky své poloze, má velmi špatné podmínky pro využití energie větru. Celkově lze hodnotit možnost využití tohoto zdroje obnovitelné energie jako podprůměrné. Průměrné roční hodnoty rychlosti větru se pohybují mezi 1,5‐2,0 m/s. Vítr je navíc proměnlivý a nezaručuje trvalý výkon instalovaných větrných elektráren. K technickým předpokladům je nutno připočítat zřejmě komplikované umístění větrné elektrárny v krajině jak z hlediska majetkoprávních poměrů, tak z hlediska ochrany přírody – krajinného rázu.

48/104


2,5 2,2 2

2 1,9

1,9

1,9

1,9

2 1,9

2

1,9 1,8

1,8 1,7

1,7 1,6

1,5

1,6 1,5 1,4

1

0,5

0 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

49/104


F. Energie biomasy Biomasa vzniká díky dopadající sluneční energii. Jde o hmotu organického původu. Pro energetické účely se využívá buď cíleně pěstovaných rostlin nebo odpadů ze zemědělské, potravinářské nebo lesní produkce. Biomasu můžeme rozlišit podle obsahu vody: ¾ suchá ‐ zejména dřevo a dřevní odpady, ale také sláma a další odpady. Lze ji spalovat přímo, případně po mírném vysušení; ¾ mokrá ‐ zejména tekuté odpady ‐ kejda a další odpady. Nelze ji spalovat přímo, využívá se zejména v bioplynových technologiích; ¾ speciální biomasa ‐ olejniny, škrobové a cukernaté plodiny. Využívají se ve speciálních technologiích k získání energetických látek ‐ zejména bionafty nebo lihu. Přírodní podmínky V přírodních podmínkách ČR lze využívat biomasu v následujících kategoriích:

Biomasa odpadní: ¾ Rostlinné odpady ze zemědělské prvovýroby a údržby krajiny ‐ řepková a kukuřičná sláma, obilná sláma, seno, zbytky po likvidaci křovin a náletových dřevin, odpady ze sadů a vinic, odpady z údržby zeleně a travnatých ploch. ¾ Lesní odpady (dendromasa) ‐ po těžbě dříví zůstává v lese určitá část stromové hmoty nevyužita (pařezy, kořeny, kůra, vršky stromů, větve, šišky a dendromasa z prvních probírek a prořezávek). ¾ Organické odpady z průmyslových výrob ‐ spalitelné odpady z dřevařských provozoven (odřezky, piliny, hobliny, kůra), odpady z provozů na zpracování a skladování rostlinné produkce (cukrovary), odpady z jatek, mlékáren, lihovarů, konzerváren. ¾ Odpady ze živočišné výroby ‐ hnůj, kejda, zbytky krmiv, atd. ¾ Komunální organické odpady ‐ kaly, organický tuhý komunální odpad (TKO). 50/104


Biomasa záměrně produkovaná k energetickým účelům, energetické plodiny: Dřeviny (vrby, topoly, olše, akáty) Obiloviny (celé rostliny) Lignocelulózové

Travní porosty (sloní tráva, chrastice, trvalé travní porosty) Ostatní rostliny (konopí seté, čirok, křídlatka, šťovík krmný, sléz topolovka)

Olejnaté

Řepka olejná, slunečnice, len, dýně na semeno

Škrobno‐ cukernaté

Brambory, cukrová řepa, obilí (zrno), topinambur, cukrová třtina, kukuřice

Energetické plodiny

Možnosti využití a přehled technologií

Možnosti využití biomasy

Z energetického hlediska lze energii z biomasy získávat téměř výhradně termochemickou přeměnou, tedy spalováním. Výhřevnost je dána množstvím tzv. hořlaviny (organická část bez vody a popelovin, směs hořlavých uhlovodíků ‐ celulózy, hemicelulózy a ligninu). Biomasa je podle druhu spalována přímo, nebo jsou spalovány kapalné či plynné produkty jejího zpracování. Od toho se odvíjejí základní technologie zpracování a přípravy ke spalování: 51/104


pyrolýza (produkce plynu, oleje)

termo‐chemická přeměna

zplyňování (produkce plynu) fermentace, alkoholové kvašení (produkce etanolu)

bio‐chemická bio‐chemická

anaerobní vyhnívání, metanové kvašení (produkce bioplynu) lisování olejů (produkce kapalných paliv, oleje)

mechanicko‐chemická přeměna

esterifikace surových bio‐olejů (výroba bionafty a přírodních maziv) štípání, drcení, lisování, peletace, mletí (výroba pevných paliv)

Přímé spalování a zplyňování Spalování ‐ suchá biomasa je velmi složité palivo, protože podíl částí zplyňovaných při spalování je velmi vysoký. Vzniklé plyny mají různé spalovací teploty. Proto se také stává, že ve skutečnosti hoří jenom část paliva, zejména při pálení dřeva v kotlích na uhlí. Dřevoplyn ‐ ze suché biomasy se působením vysokých teplot uvolňují hořlavé plynné složky, tzv. dřevoplyn. Jestliže je přítomen vzduch, dojde k hoření, tj. jde o prosté spalování. Pokud jde o zahřívání bez přístupu vzduchu, odvádí se vzniklý dřevoplyn do spalovacího prostoru, kde se spaluje obdobně jako jiná plynná paliva. Část vzniklého tepla je použita na zplyňování další biomasy. Výhodou je snadná regulace výkonu, nižší emise, vyšší účinnost.

Vliv vlhkosti na výhřevnost biomasy Výhřevnost dřeva je srovnatelná s hnědým uhlím. U rostlinných paliv však kolísá podle druhu a vlhkosti, na kterou jsou tato paliva citlivá. Čerstvě vytěžené dřevo má relativní vlhkost až 60 %, dobře proschlé dřevo na vzduchu má relativní vlhkost cca 20 %; pod střechou sníží svůj obsah vody na 20 % za půl až jeden rok. Dřevěné brikety mohou mít relativní vlhkost od 3 do 10 %, podle kvality lisování. Pro spalování štěpek je optimální vlhkost 30 ‐ 35 %. Při vlhkosti nižší má hoření explozivní charakter a mnoho energie uniká s kouřovými plyny. Při vyšší vlhkosti se mnoho energie spotřebuje na její vypaření a spalování je nedokonalé. Pro spalování dřeva lze doporučit vlhkost cca 20 %.

NÁZEV

plm plnometr = m3

PŘEPOČET VÝZNAM

krychle o hraně 1 m vyplněná dřevem bez mezer, 1 m3 skutečné dřevní hmoty ("bez děr")

prostorový metr = m3 krychle o hraně 1 m vyplněná částečně dřevem s p. o. (tedy 1 prm = 0,6 mezerami, čili 1 m3 složeného dřeva štípaného prm "prostorového až 0,7 plm nebo neštípaného ("s dírami"), např. dřevo v lese objemu") složené do "metrů" 1 prms = cca 1 m3 volně loženého sypaného (nezhutňovaného) prms prostorový metr sypaný 0,4 plm drobného nebo drceného dřeva

52/104


Jednotky a termíny pro objemové značení dřevní hmoty. V praxi používaný výraz "kubík" většinou znamená plm DRUH PALIVA

OBSAH VODY VÝHŘEVNOST

MĚRNÉ HMOTNOSTI 3

[%]

[MJ/kg]

[kg/m ]= [kg/plm]

[kg/prm] [kg/prms]

Listnaté dřevo

15

14,605

678

475

278

Jehličnaté dřevo 15

15,584

486

340

199

borovice

20

18,4

517

362

212

vrba

20

16,9

olše

20

16,7

habr

20

16,7

akát

20

16,3

dub

20

15,9

jedle

20

15,9

jasan

20

15,7

buk

20

15,5

670

469

275

smrk

20

15,3

455

319

187

bříza

20

15,0

modřín

20

15,0

topol

20

12,9

Dřevní štěpka

30

12,18

210

Sláma obilovin

10

15,49

120

(balíky)

Sláma kukuřice

10

14,40

100

(balíky)

Lněné stonky

10

16,90

140

(balíky)

Sláma řepky

10

16,00

100

(balíky)

685

480

281

Výhřevnost biomasy

Biochemická přeměna Bioetanol ‐ Fermentací roztoků cukrů je možné vyprodukovat etanol (ethylalkohol). Vhodnými materiály jsou cukrová řepa, obilí, kukuřice, ovoce nebo brambory. Cukry mohou být vyrobeny i ze zeleniny nebo celulózy. Teoreticky lze z 1 kg cukru získat 0,65 l čistého etanolu. V praxi je však energetická výtěžnost 90 až 95 %. Fermentace cukrů může probíhat pouze v mokrém (na vodu bohatém) prostředí. Vzniklý alkohol je nakonec oddělen destilací a je vysoce hodnotným kapalným palivem pro spalovací motory. Jeho přednostmi jsou ekologická čistota a antidetonační vlastnosti. Nedostatkem etanolu jako paliva je schopnost vázat vodu a působit korozi motoru, což lze odstranit přidáním antikorozních přípravků. V USA probíhají výzkumy výroby etanolu z celulózy pomocí speciálně vyšlechtěných mikroorganismů. Etanol lze pak získat i ze dřeva, slámy nebo sena. Výroba je však energeticky náročná.

53/104


V ČR existuje program, kdy se etanol z obilí a brambor bude přimíchávat do běžných automobilových benzínů. Tím se sníží závislost na fosilních palivech. Skládkové plyny ‐ na skládkách TKO dochází ke složitým biologickým pochodům, důsledkem je tvorba skládkového plynu. Složení plynu se mění v průběhu let. Průměrné množství TKO na jednoho obyvatele na rok je asi 310 kg. Z toho množství je přibližně 35 % organického původu, z něhož lze odhadovat přibližnou produkci 0,3 m3/kg. Bioplyn ‐ Při rozkladu organických látek (hnůj, zelené rostliny, kal z čističek) v uzavřených nádržích bez přístupu kyslíku vzniká bioplyn. Tento proces, kdy se organická hmota štěpí na anorganické látky a plyn, vzniká díky bakteriím pracujícím bez přístupu kyslíku (anaerobně). Rozkládání víceméně odpovídá procesům probíhajícím v přírodě s tím rozdílem, že v přírodě probíhají i za přítomnosti kyslíku (aerobní procesy). Proto jsou meziprodukty těchto procesů odlišné a také chemické složení konečných produktů se liší. Zbytky vyhnívacího procesu jsou vysoce hodnotným hnojivem nebo kompostem. Bioplyn obsahuje cca 55 ‐ 70 objemových procent metanu, výhřevnost se proto pohybuje od 19,6 do 25,1 MJ/m3. V zemědělství se v největší míře využívá kejda (tekuté a pevné výkaly hospodářských zvířat promísené s vodou), případně slamnatý hnůj, v menší míře sláma, zbytky travin, stonky kukuřice, bramborová nať (obtížnější zpracování). Bioplynový potenciál v hnoji závisí na obsahu sušiny a na složení a strávení potravy. V bioplynové stanici se biomasa zahřívá na provozní teplotu ve vzduchotěsném reaktoru, kde zůstává pevně stanovenou dobu zdržení (většinou experimentálně ověřenou). Optimální teplotní pásma jsou vázána na různé kmeny bakterií: BAKTERIE

TEPLOTA FERMENTOVANÉHO MATERIÁLU [°C]

Bakterie psychrofilní

15 ‐ 20

Bakterie mezofilní

37 ‐ 43

Bakterie termofilní

55

Optimální teplotní pásma anaerobních bakterií

Mechanicko‐chemická přeměna Bionafta ‐ Z řepkového semene se lisuje olej, který se působením katalyzátoru a vysoké teploty mění na metylester řepkového oleje, jenž je použitelný jako bionafta. Nazývá se "bionafta první generace". Protože výroba metylesteru je dražší než běžná motorová nafta, mísí se s některými lehkými ropnými produkty, nebo s lineárními alfa‐olefiny, aby jeho cena mohla konkurovat běžné motorové naftě. Tyto produkty se nazývají "bionafty druhé generace", musí obsahovat alespoň 30 % metylesteru řepkového oleje, zachovávají si svou biologickou odbouratelnost a svými vlastnostmi, jako je např. výhřevnost, se více přibližují běžné motorové naftě. Jejich výroba se řídí ČSN 656507, která pojednává o výrobě biopaliv. Motory musí být pro spalování bionafty přizpůsobeny (např. pryžové prvky). 54/104


Pěstování biomasy pro energetické účely Druh energetické plodiny je určován mnoha faktory: druhem půd, způsobem využití a účelem, možností sklizně a dopravy, druhovou skladbou v okolí. Předem se musí porovnat náklady na pěstování a na výrobu (spotřebu energie) a výnosu (zisku) energie. Z bylin jsou zajímavé rostliny produkující cukr, škrob nebo olej. Například brambory, cukrová řepa, slunečnice a zejména řepka (řepkový olej se zpracovává na naftu a mazadla, řepková sláma se použije ke spálení). Řepková sláma má vyšší výhřevnost 15 ‐ 17,5 GJ/t oproti obilné slámě, u které počítáme s výhřevností 14,0 ‐ 14,4 GJ/t. Z víceletých rostlin je známá křídlatka sachalinská (Reynoutria sachalinensis Nakai), která dosahuje vysokých výnosů 30 ‐ 40 t sušiny z ha. Velmi diskutovanou energetickou rostlinou je sloní tráva (Miscanthus sinensis). Výhodné je pěstování konopí setého (Cannabis sativa L.), neboť nevyžaduje žádné ošetření v průběhu vegetace. V Evropě dosahuje výšky až 4 m a výnosu hmoty 6 ‐ 15 t suché hmoty z ha. Konopí je jednoletá rostlina, ale na stanovišti vydrží, pokud se vysemení, mnoho let (odtud např. Konopiště). PLODINA/TERMÍN

VÝHŘEVNOST VÝNOS [t/ha] VLHKOST [MJ/kg] min. prům. opt.

Sláma obilovin (VII‐X)

14

15

3 4

5

Sláma řepka (VII)

13,5

17‐18

4 5

6

Energetická fytomasa ‐ orná půda (X‐XI)

14,5

18

15 20

25

Rychlerostoucí dřeviny ‐ zem. půda (XII‐II)

12

25‐30

8 10

12

Energetické seno ‐ zem. půda (VI;IX)

12

15

2 5

8

Energetické seno ‐ horské louky (VI;IX)

12

15

2 3

4

Rychlerostoucí dřeviny ‐ antropogenní půda (XII‐II) 12

25‐30

8 10

12

Jednoleté rostliny ‐ antropogenní půda (X‐XI)

14,5

18

15 17,5 20

Energetické rostliny ‐ antropogenní půda (X‐XII)

15

18

15 20

25

Orientační klíčová čísla pro výhřevnost, výnosy, dobu sklizně a sklizňovou vlhkost energetické fytomasy. (Zdroj: VÚRV).

Nejvhodnější rychle rostoucí dřeviny (RRD) jsou platany, topoly (černý, balzamový), akáty, olše pajasan žláznatý a zejména vrby, které jsou vhodné hlavně pro hydromorfní půdy podél vodotečí, kde lze uplatnit i domácí topol černý. Obmýtní doba je 2 až 8 vegetačních období, životnost plantáže je 15 ‐ 20 let. Speciální vyšlechtěné klony mají výtěžnost až 15 ‐18 t sušiny na ha, v našich podmínkách se dosahuje roční výtěžnosti 10 t/ha. Je třeba respektovat zákon č. 114/1992 Sb. o ochraně přírody a krajiny (cizí – nepůvodní a invazní rostliny a dřeviny).

Využití biomasy Biomasa je organická hmota rostlinného nebo živočišného původu. Je získávána jako odpad ze zemědělské, průmyslové činnosti, jako komunální odpad. Biomasa může být i výsledkem záměrné výrobní činnosti v zemědělství, lesnictví. Je nejstarším lidmi využívaným zdrojem 55/104


energie a má obnovitelný charakter. Efektivní a ekologické využití biomasy má minimální negativní vliv na životní prostředí. Biomasu je možné využívat přímým spalováním i k výrobě ušlechtilých paliv, které podstatně méně zatěžují životní prostředí než klasická paliva (černé, hnědé uhlí, lignit, ropa, ...). Její výroba je pro životní prostředí spíše přínosem (likvidace odpadů, zalesňování nevyužité a často nevyužitelné půdy), než dobývání fosilních paliv. V České republice jsou vzhledem k velké rozloze půdy, která je využívána k zemědělským a lesnickým účelům (asi 87% z celkové rozlohy), dobré podmínky pro energetické využití biomasy. K energetickým účelům je možné využít asi 8 mil. tun pevné biomasy. U nás jsou velké rezervy ve využití biomasy v komunální energetice, domácnostech, průmyslu, zemědělství oproti některým evropským státům (Rakousko, Nizozemí, Dánsko, Německo). Druh paliva

mil. tun

Odpadní a palivové dřevo

1,7

Obilní a řepková sláma

2,5

Rychlorostoucí dřeviny a energetické plodiny 1 Komunální odpad

1,5

Spalitelný odpad z průmyslové výroby

1

Celkem

7,7

Množství energeticky využitelné biomasy v České republice

Zařízení na spalování biomasy

Lokální topidla Používají se pro vytápění malých prostor v oblastech, kde je dostatek paliva. Mohou být doplňkem ústředního vytápění, připojená na radiátorový okruh. Krbová kamna (ocelová nebo kachlová) teplovzdušná, ohřívají okolní vzduch nasáváním do otvorů mezi vnitřním a vnějším pláštěm topidla. Ohřátý vzduch vystupuje otvory v horní části kamen do místnosti. Podíl sálavé složky tepla od kamen činí cca 25 – 30% a projevuje se hlavně při chladnutí, nebo ukončení vytápění. Klasická, ocelová, litinová sporáková kamna, která jsou kombinací přímotopných a stáložárných kamen. Snadno se rozehřívají, dokonalým spalováním produkují více tepla, než je potřeba. Cihlové pece, kachlová kamna na dřevo vysokou účinnost, jsou dostatečným zdrojem tepla po celý den. Poskytují příjemné sálavé teplo, čímž jsou ve srovnání s radiátorovým vytápěním úspornější. Podíl sálavé složky tepla od kamen činí cca 25 – 30% a projevuje se hlavně při chladnutí, nebo ukončení vytápění. 56/104


Výhody: Levný provoz, zejména pokud je vlastní zdroj paliva. Možnost kombinace s ústředním vytápěním na plyn, elektrickou energii. V přechodném období (jaro, podzim) mohou plně krýt potřebu tepla. Úspory mohou dosáhnout až 30% původních nákladů. Nízká pořizovací cena zařízení. Kotle pro ústřední vytápění Kotle jsou určeny pro ústřední vytápění objektů, jako zdroje k sušárnám, pro ohřev teplé užitkové vody a dalšímu použití. Jsou určeny výhradně pro spalování dřeva, polen, briket, štěpky, peletek. Kotle pro rodinné domky pracují obvykle tak, že se nejprve palivo zplyňuje a teprve potom se plyn spaluje. Regulovatelnost výkonu je srovnatelná s plynovými kotli. Přikládat je nutno asi 4x za den, popel se vybírá přibližně jednou týdně.. Výhody: Levný provoz, zejména pokud je vlastní zdroj paliva. Snadná regulovatelnost. Kotle pro automatické spalování štěpky a pilin, slámy Kotle jsou určeny pro velké výkony ‐ do 2,5 MW. Jsou konstruovány jako bezobslužné, pouze s občasným dozorem. Bývají vybaveny automatickým přikládáním paliva a jsou schopny spalovat i méně kvalitní a vlhčí biomasu (dřevní štěpku, kůru, piliny, slámu, papír, atd.). Kotle nad se 100 kW používají pro průmyslové aplikace nebo v systémech centrálního zásobování teplem. Konstruovány jsou jako stavebnice, skládají se ze tří částí: hořák, dohořívací komora, výměník. Někdy se tato zařízení využívají kombinovanou výrobu tepla a elektřiny (kogenerace). Automatické kotle na spalování dřevní štěpky a pelet s tepelným výkonem 100 – 600 kW se používají ve větších budovách, v menších komplexech budov. Automatické kotle na spalování rozpojené slámy s výkonem od 400 do 1 800 kW se používají pro vytápění skupiny budov nebo menších obcí. Velké automatické kotle na spalování dřevního paliva s výkonem do 10 MW se používají v průmyslu (celulózky), v kotelnách pro systémy centrální zásobování teplem sídelních celků. Vybrané vlastnosti biomasy a srovnání s ostatními palivy 57/104


Druh paliva

Výhřevnost MJ/kg

MG/dm3

Měrná hmotnost kg/dm3

Petrolej

43,97

32,53

0,74

Motorová nafta

42,5

36,97

0,87

LTO

42,5

36,97

0,87

TTO

41,45

39,36

0,95

Černé uhlí

24,0

‐

‐

Hnědé uhlí

14,6

‐

‐

Palivové dřevo (20% vody) 14,23

5,5

0,4

Sláma obilovin (10% vody 15,49

1,86

0,12

Srovnání výhřevnosti paliv a jejich měrné hmotnosti Druh paliva

Obsah vody % Výhřevnost MJ/kg Objemová hmotnost kg/m3

Polena

10

16,4

375

Polena

20

14,28

400

Polena

30

12,18

425

Dřevní odpad

10

16,4

170

Dřevní odpad

20

14,28

190

Dřevní štěpka

30

12,18

210

Dřevní štěpka

40

10,10

225

Sláma obilovin (balíky) 10

15,50

120

Sláma kukuřice (balíky) 10

14,40

100

Lněné stonky (balíky)

10

16,9

140

Sláma řepky (balíky)

10

16,0

100

Výhřevnost biopaliv s proměnným obsahem vody

Emise škodlivin Při správném spalování biomasy se uvolňuje jen tolik oxidu uhličitého, kolik je zpět absorbováno rostoucími rostlinami. Nedochází tedy ke zhoršování skleníkového efektu. Biomasa obsahuje pouze zanedbatelné množství síry, při spalování nevzniká oxid siřičitý. Hodnoty emisí oxidů dusíku jsou závislé na množství dusíkatých látek v biopalivu. Neměla by se spalovat biomasa s obsahem dusíku vyšším jak 1,5% (mladé rostliny, jeteloviny). Hodnoty oxidů dusíku závisí také na teplotě spalování. Při teplotě vyšší než 1 200°C v topeništi dochází k jejich uvolňování. Pokud dojde ke spalování za teploty nižší jak 500°C, uvolňují se nespálené dehtové plyny. Polétavý popel z komína může obsahovat částice těžkých kovů. Tomu lze poměrně snadno zabránit instalací dodatečného lapače jisker na komín. Je nutné zachovávat režim spalovacího zařízení podle pokynů daných výrobcem. 58/104


Emisní limity pro koncentraci škodlivin ve spalinách pro kotle spalující dřevo nebo nekontaminovaný dřevní odpad, kůru atd. upravuje nové znění vyhlášky č. 117/97Sb. Emisní limity pro koncentraci škodlivin ve spalinách pro kotle spalující dřevo nebo nekontaminovaný dřevní odpad, kůru atd. podle nového znění vyhlášky č. 117/97Sb.

Základní podmínky pro úspěšné využití biomasy Využití místních zdrojů biomasy, doprava zbytečně prodražuje cenu energie. Správná volba druhu energetické plodiny pro pěstování v určitých podmínkách. Předem se musí porovnat náklady na pěstování a výrobu (spotřeba energie) a výnosu (zisku energie). Dodržování provozního režimu spalovacího zařízení podle pokynů daných výrobcem. Dostatečné množství kyslíku, vysoký obsah sušiny a vyšší než zápalná teplota materiálu je předpokladem efektivního a ekologického spalování biomasy. Použití paliva, pro které je spalovací zařízení určeno. U produkce bioplynu a jeho spalování je nutné zpracovat energeticko ekonomickou studii, která zjistí návratnost investic, jak se vynaložené finanční prostředky odrazí na ceně energie, atd.. Pro úspěšnou realizaci těchto projektů jsou vhodné lokality s vysokou vlastní spotřebou tepla (i v letních měsících), s vlastní spotřebou elektrické energie. Je možné i na základě smlouvy s distribuční společností smluvně dodávat elektrickou energii do rozvodné sítě. V případě prodeje elektrické energie (tepla) je nutné zažádat Energetický regulační úřad o udělení licence na výrobu a prodej elektrické energie (tepla). Uzavřít smlouvu o odběru elektrické energie s distribuční společností.

Výhody využití biomasy ¾ Biomasa má jako zdroj energie obnovitelný charakter. ¾ Je tuzemským zdrojem energie, který není vázán jen na určitou lokalitu, což znamená úsporu finančních prostředků a energie za dopravu. ¾ Pěstováním energetických plodin je možné využívat přebytečnou zemědělskou půdu. Půdy, které se nehodí nebo nejsou potřebné k potravinářské výrobě. ¾ Likvidace odpadů, zbytek po zpracování lze využít jako hnojiva. ¾ Spalování pevných komunálních odpadů (na jednu osobu připadá cca 500 – 800 kg pevných odpadů za rok). ¾ Energetické využití biomasy má menší negativní dopady na životní prostředí. ¾ Bionafta je zatížena 5% DPH (daň z přidané hodnoty), po dobu 5 ti let je výrobce osvobozen od daně z příjmu, které plynou z výroby bionafty.

Nevýhody využití biomasy ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

Závisí na typu biomasy. Větší obsah vody a tudíž nižší výhřevnost (dřevní hmota). Větší objem paliva, vyšší nároky na skladovací prostory. Nutnost úpravy paliva (sušení, tvarování, atd.) vyžadují investice do nových zařízení. U výroby a využití bioplynu poměrně vysoké investiční náklady na technická zařízení, což zvyšuje cenu vyrobené energie. 59/104


¾ Poměrně složitá manipulace s palivem ve srovnání s plynem, elektřinou, LTO. ¾ Nutnost likvidace popela. ¾ Lokální využití paliva. Palivo

Hmotnost kg/m3

Skladovací prostor m3/MWh

Palivové dříví – polena

320 – 450

0,6 – 0,8

Palivové dříví – odřezky

210 – 300

0,9 – 1,2

Štěpka

270 – 380

1,3

Rašelina

350 – 400

0,8

Sláma

80 – 100

3

Dřevěné brikety

800 – 1 100

0,25 – 0,3

Hnědé uhlí

650 – 780

0,41

Černé uhlí

770 – 880

0,17

Orientační údaje o velikostech skladovacích prostor pro skladování některých paliv Energetický potenciál biomasy pěstované biomasy v ČR je dán součtem výnosových kategorií pro běžně pěstované i pro energetické plodiny při zohlednění využití zemědělské půdy pro produkci potravin a technických plodin. Potenciál uvažuje produkci biomasy pro přímé energetické využití i pro výrobu biopaliv. V současnosti leží v ČR ladem asi 0,5 mil.ha půdy. Pro naplnění cíle roku 2010 by postačilo využít asi polovinu této výměry. V horizontu 30 let lze využít až 1,5 mil.ha, tj. asi 35 % výměry zemědělské půdy v ČR, v souladu s osevními postupy a správnou zemědělskou praxí. Hlavní předpoklady a omezení rozvoje – relativně náročná logistika (sběr, doprava, úprava, skladování, zpracování) + návaznost na tradiční zemědělskou výrobu + zvýšení ekonomické soběstačnosti a zaměstnanosti v regionech + velké množství relativně dostupných technologií + zefektivnění nakládání s odpady – lokálně neudržitelné využívání biomasy + údržba krajiny, zadržení vody v krajině Při zvýšené úrovni těžby, tj. ze současných 14 mil.m3 na dlouhodobě udržitelných cca 16 mil.m3 je možné počítat s příslušným navýšením potenciálu. Hlavní předpoklady a omezení rozvoje – vyřešení logistiky získání lesní biomasy + navázání na kvalitní lesní hospodářství v ČR – lokální dostupnost zdroje, dopravní nároky 60/104


G. Energie vody Z celkové produkce elektřiny v ČR se ve vodních elektrárnách vyrobí asi jen 2 %. Vodní elektrárny představují asi 12 % instalovaného výkonu elektráren v ČR. Většina tohoto výkonu (cca 90 %) připadá na zařízení s výkonem vyšším než 5 MW. V ČR se za malou vodní elektrárnu (MVE) považují zařízení s výkonem pod 10 MW, v EU pod 5 MW. Z energetického hlediska je výhodné, že MVE jsou rozptýleny po celé republice, takže jejich dodávky není nutno přenášet daleko, za cenu ztrát v rozvodech. Případný výpadek některé z nich je z hlediska sítě nevýznamný, na rozdíl od výpadku velkého centrálního zdroje.

Možnosti využití a přírodní podmínky Energii z vody je možno získat využitím jejího proudění (energie pohybová, kinetická) a jejího tlaku (energie potenciální, tlaková), nebo také obou těchto energií současně. Podle způsobu využívání potom rozlišujeme i používané typy vodních strojů. Kinetická energie je ve vodních tocích dána rychlostí proudění; rychlost je závislá na spádu toku. Dříve se využívala vodními koly, dnes turbínami typu Bánki a Pelton. Energie potenciální vzniká v důsledku gravitace, závisí na výškovém rozdílu hladin. Využívá se turbínami typu Kaplan, Francis, Reiffenstein, rovněž různými typy turbín vrtulových a vhodnými čerpadly v turbínovém provozu.

Základní části vodního díla a přehled zařízení Vzdouvací zařízení slouží ke vzdutí vodní hladiny v toku a usměrnění vody do přivaděče (přehradní hráze a jezy). Hráze se vyznačují obvykle větší výškou vzdutí, větším objemem zadržené vody a plochou zaplavovaného území. Jejich nová výstavba pouze za účelem provozování malých vodních elektráren je z ekologických a ekonomických hledisek většinou neúnosná, nicméně využití stávajících hrází může být ekonomicky velmi výhodné. Například u základových výpustí nádrží je nutno mařit energii protékající vody, např. instalací rozstřikovacích uzávěrů, bez jakéhokoli využití této energie. Přitom tuto funkci může částečně přebrat vodní turbína. Další možností je instalace vodní turbíny na přivaděčích pitné vody. Jezy mají oproti hrázím nižší výšku vzdutí a podstatně menší objem zadržené vody. Náklady na jejich výstavbu rostou s jejich šířkou. U toku větší šířky nutnost využití speciální mechanizace navyšuje investice. U nížinných toků je zachovalý jez většinou nutnou podmínkou výstavby MVE. Přivaděče koncentrují spád do místa instalace vodní turbíny. Beztlakové přivaděče (náhony, kanály) se budují převážně výkopem v terénu. Náklady závisí na délce, příčné svažitosti terénu, typu zeminy a s tím souvisejícího druhu opevnění stěn koryta. Nejvýhodnější je oprava původního náhonu, případně volba stejné trasy z důvodu snadnějšího získání a zaměření pozemku. Tlakové přivaděče jsou nejčastěji zhotoveny z ocelových trub, případně z železobetonu. Měrné náklady na jejich výstavbu jsou vyšší než u přivaděčů beztlakových (náhonů), zejména u toků podhorských a horských. Ekonomicky mohou být výhodnější než 61/104


beztlakové pouze při velkém podélném spádu toku, proto se realizují co nejkratší. Často se oba typy přivaděčů kombinují s cílem dosažení maximálního spádu a minimálních nákladů. Česle, zhotovované převážně jako mříž z ocelové pásoviny, zabraňují vnikání vodou unášených nečistot do turbíny. Obvykle jsou před turbínou nejméně dvoje: hrubé a jemné, často s automatickým čištěním. Ve strojovně je umístěno strojní a elektrotechnické zařízení elektrárny. Stavební částí turbíny rozumíme takové části vodní elektrárny, které spolu se strojní částí tvoří elektrárnu jako celek (například základy nebo betonová spirála). Při volbě typu turbíny je nutné zohlednit i rozměry a konstrukci stavební části, neboť dražší strojní vybavení může svojí kompaktností celkové investiční náklady snížit. Odpadní kanály vracejí vodu do původního koryta. Často jsou tak krátké, že náročnost jejich výstavby a náklady jsou vůči ostatním částem elektrárny bezvýznamné. Pro delší kanály se řídíme podobnými kritérii jako u beztlakových přivaděčů. Typy nejčastěji používaných turbín v závislosti na spádu a průtoku: Kaplan, Francis, Bánki, Pelton, Reiffestein, čerpadlo upravené v turbínovém chodu. Vodní kolo je dnes už historický vodní motor, který může najít uplatnění zejména pro spády do 1 m a průtoky až do několika m3/s. Výroba je vždy individuální. Kaplanova turbína je klasická přetlaková turbína v základním provedení výborně regulovatelná, ale výrobně náročná. Dnes ji vyrábí řada firem v České republice s různými úpravami regulace i dispozičním uspořádáním (kolenové či přímoproudé turbíny). Jsou použitelné pro spády od 1 do 20 m, průtoky 0,15 až několik m3/s, individuálně až několik desítek m3/s. Je vhodná zejména pro jezové a říční malé vodní elektrárny. Francisova turbína je v minulosti nejpoužívanější přetlaková turbína pro téměř celou oblast průtoků a spádů malých vodních elektráren. Při rekonstrukcích je možné vidět Francisovu turbínu již od spádu 0,8 m. Její oprava se vyplácí zejména do spádu 3 m. Instalace nových turbín v MVE se dnes omezuje na spády od 10 m a pro větší průtoky (vyšší výkony). Bánkiho turbína je rovnotlaká turbína s dvojnásobným průtokem oběžného kola, výrobně nenáročná. Turbíny jsou podle velikosti použitelné pro spády 5 až 60 m a průtoky 0,01 až 0,9 m3/s. Peltonova turbína je rovnotlaká turbína vhodná pro spády nad 30 m. Využitelné průtoky jsou od 0,01 m3/s (10 l/s). Levnější náhradou mohou být v některých případech sériově vyráběná odstředivá čerpadla v reverzním chodu.

Výběr vhodných lokalit a zásady pro dimenzování Výstavba velkých vodních elektráren přináší výrazný zásah do životního prostředí (přehradní hráze, zatopené oblasti). Potenciál pro jejich stavbu už je u nás v zásadě vyčerpán. Naproti tomu MVE lze stále stavět, zejména v místech bývalých mlýnů, hamrů a pil. Zbytky bývalého vodního díla (odtokový kanál, jez apod.) mohou výrazně snížit náklady na výstavbu. Díky technologii tzv. mikroturbín lze využít i toky s velmi malým energetickým potenciálem, nebo i vodovodní zařízení. Další cestou je instalace moderních a účinnějších turbín a soustrojí ve stávajících MVE. Leckdy zde totiž fungují stroje staré 100 let. To sice svědčí o fortelnosti předků, ale moderní technologie by umožnily využít vodní potenciál efektivněji. 62/104


Rozhodujícími ukazateli k ohodnocení konkrétní lokality (pro využití hydro‐energetického potenciálu) jsou dva základní parametry ‐ využitelný spád a průtočné množství vody v daném profilu, který chceme využít. Kromě toho jsou důležité i následující údaje: ¾ možnost umístění vhodné technologie; ¾ vhodné geologické podmínky a dostupnost lokality pro těžké mechanismy, případně vhodnost pro vybudování potřebné zpevněné komunikace; ¾ vzdálenost od přípojky VN nebo VVN s dostatečnou kapacitou; ¾ minimalizace možného rušení obyvatel hlukem, jinak je nutno provést odhlučnění; ¾ míra zásahu do okolní přírody a vhodné začlenění do reliéfu lokality, předepsáno stavebním úřadem či urbanistou, zátěž při výstavbě elektrárny, zátěž budováním přípojky; ¾ dodržování odběru sjednaného množství vody ‐ využitím spolehlivých automatik v souvislosti s hladinovou regulací se vyloučí nevhodný vliv obsluhy MVE; ¾ způsob odstraňování naplavenin vytažených z vody ‐ je nutno zajistit odvoz a likvidaci z vody vytažených naplavenin, v žádném případě je nelze vracet do toku, ¾ majetkoprávní vztahy ohledně pozemku, postoj místních úřadů, vlastnictví či dlouhodobý pronájem pozemků. Při dodržení všech uvedených aspektů nemůže MVE svým provozem narušit životní prostředí v lokalitě, naopak přispívá k revitalizaci místního říčního systému a kladně ovlivňuje režim vodního toku (čistí a provzdušňuje tok). Případné nedodržování odběru, které se projevuje tím, že přes jez neprotéká dostatečné množství vody, by mělo být přísně postihováno.

Průtok Průtok je průtočné množství vody v daném využitelném profilu. Přesný průtok lze zjistit za úplatu u Českého hydrometeorologického ústavu nebo příslušné správy toku, jako tzv. dlouhodobý průměrný průtok Qa, N‐leté průtoky a M‐denní průtoky. Pro využití energie vody jsou nejdůležitější M‐denní průtoky (křivka překročení průtoků v průměrně vodném roce neboli M‐denní odtoková závislost). Ty udávají průtok zaručený v daném profilu toku po určitý počet dní. Data se uvádějí číselně v obvyklém členění po 30 dnech v roce. M [dní] 30

60

90

120 150

180

240

270

300 330 355

364

Q [m3/s] 2,7

1,9

1,5

1,2

0,85 0,75 0,6

0,5

0,4

0,18

1,0

210

0,34 0,25

Příklad M‐denní průtokové závislosti. Průběh průtoku v roce a průměrný roční a měsíční průtok.

Roční odtoková závislost a výkon dosažený v průběhu roku MVE se obvykle dimenzují na 90‐ti denní až 180‐ti denní průměrný průtok, což ovlivňuje technická úroveň technologie, zejména schopnost turbíny přizpůsobit se regulací změnám průtoku. Pro výpočet využitelného průtoku v elektrárně je potřeba počítat s minimálním hygienickým (sanitárním, sanačním) průtokem původním korytem. Sanační množství bývá předepsáno při vodoprávním řízení a odpovídá obvykle 330, 355 nebo 364 dennímu průtoku vody, který je nutno ponechat v řečišti a nelze s ním kalkulovat pro využití. 63/104


Hodnocení lokality Pro předběžný odhad dosažitelného výkonu MVE lze použít zjednodušený vztah, kde je výkon uveden již v kW, protože ve vztahu je již brán zřetel na měrnou hmotnost vody, která je 1 000 kg/m3. Počet provozních hodin během roku se stanoví podle počtu dní M, ve kterých může turbína se zvoleným regulačním rozsahem pracovat (alespoň 4 000 h). Příklady využití malých vodních elektráren podle výkonových rozsahů Výkon MVE (kW)

Možnosti připojení odběratelů

2,5

Svícení pro 15 bytových jednotek

5

Čerpání při závlahách nebo provoz domácnosti (bez elektrického vytápění)

10

Vytápění 7 místností v mírných klimatických podmínkách

30

Provoz moderního elektrizovaného obydlí

50

Osvětlení a provoz malého podniku

500

Osvětlení pro obec s 200 obydlími, nebo provoz 100 elektrizovaných domácností

1 000

Provoz většího průmyslového podniku

1 000 – 10 000 Zajištění energie pro místní síť malého sídliště

Princip Na vodní tok navazuje vtokový objekt (jez, přehrada), který soustřeďuje průtok a zvyšuje spád vodního toku. Voda je přivedena přivaděčem přes česle (hrubé a jemné), které zadržují mechanické nečistoty, do strojovny. Tam se hydraulická energie vody v turbíně mění na mechanickou. Mechanická energie z turbíny je přes hřídel přenášena do generátoru, kde se mění na elektrickou energii.

Části vodní elektrárny Vzdouvací zařízení (hráze, jezy) ‐ slouží ke vzdutí vodní hladiny (k zvětšení spádu) a k usměrnění průtoku do přivaděče. Přivaděče ‐ přivádějí vodu k vodní turbíně. Česle ‐ slouží k odstranění mechanických nečistot a zabraňují jejich vniknutí do turbíny. Technologická zařízení ‐ turbíny (základní typy a charakteristiky viz dále) slouží k přeměně hydraulické energie vody na mechanickou, generátory přeměňují mechanickou energii na elektrickou. Odpadní kanály ‐ vrací vodu do původního koryta. Rozdělení vodních elektráren Třídit vodní elektrárny můžeme z různých hledisek. Podle systému soustředění vodní energie (průtoku a spádu) přehradní a jezové, které využívají vzdouvacího zařízení (jez, přehrada). 64/104


derivační, které odvádí vodu z původního koryta přivaděčem a opětně ji přivádí do koryta. přehradně derivační, kde je vzdouvacím zařízením přehrada, která soustřeďuje spád i průtok. Voda je přivaděčem vedena k turbínám přečerpávací, která má horní a dolní nádrž. V době nedostatku elektrické energie je voda pouštěna z horní nádrže do spodní a dodává elektrickou energii do rozvodné sítě. V době přebytku elektrické energie přečerpává zpět vodu z dolní nádrže do horní, k tomu využívá elektrickou energii odebranou ze sítě.

Přípravné práce před realizací malé vodní elektrárny 1. fáze ‐ výběr lokality Výběr lokality by měl probíhat na základě jejího předběžného hodnocení. Je nutné získat informace o majetkoprávních vztazích v prostoru lokality i pro zajištění přístupu k elektrárně a vyvedení jejího výkonu. Je vhodné získat informace o případných zájmech konkurence. U Správy povodí získat povolení o využívání vodního toku, souhlas s výstavbou malé vodní elektrárny. Zjistit zda nejsou námitky proti jímání či vedení vody mimo vlastní tok (derivace). Zda dodatečné hydroenergetické využití, již vybudovaného vodního díla (jez, nádrž, atd.), nebude v rozporu s funkcí vodního díla. Na obecním úřadě zjistit zda v případě výstavby malé vodní elektrárny nedojde ke konfliktu ze strany ochrany přírody, památkové péče nebo k odporu ze strany obyvatel. Pro získání kvalitních hydrologických podkladů je vhodné zažádat územně příslušnou pobočku Českého hydrologického ústavu, která je poskytne za příslušný poplatek. Pro charakteristiku geologických poměrů v dané lokalitě lze využít informací soustředěných v Geofondu. Pro ekonomickou část projektu je nutné mít k dispozici aktuální údaje o cenách turbín, generátorů, stavbě montážních prací, výkupní ceně elektrické energie, atd. 2. fáze ‐ projektová příprava Jejím úkolem je vytvoření souboru takových podkladů, které odpovídají velikosti a významu elektrárny. Zpracování projektové dokumentace, která je nutná k projednání všech oprávnění, která jsou nutná pro získání povolení k výstavbě malé vodní elektrárny a k provádění stavby. Získání souhlasného stanoviska od obecního úřadu, územně příslušné Správy povodí, Hygienické stanice, Českého rybářského svazu, atd. Předběžné projednání s majitelem rozvodné sítě o podmínkách připojení na veřejnou síť, předběžné projednání výkupní ceny elektřiny. ¾ správná volba lokality (topografické, hydrologické, morfologické, geologické poměry). ¾ správná volba dispozičního řešení vodní elektrárny. ¾ správná volba typu zařízení. ¾ vlastní spotřeba vyrobené elektrické energie nebo její dodávka do veřejné sítě 65/104


¾ při využití již stávajících objektů se výrazně sníží investiční náklady. ¾ zpracování důkladné ekonomické rozvahy, která vychází ze zjištění reálných způsobů vytápění pro daný objekt, spotřeby elektrické energie, investičních a provozních nákladů, návratnosti vložených finančních prostředků. ¾ v případě prodeje elektrické energie je nutné zažádat Energetický regulační úřad o udělení licence na výrobu prodej elektrické energie. Uzavřít smlouvu o odběru elektrické energie s distribuční společností např. JME, a.s. (SME, a.s., STE, a.s., JČE, a.s.,atd.).

Výhody využití vodních elektráren ¾ ¾ ¾ ¾

vodní energie je obnovitelným nevyčerpatelným zdrojem energie. při vlastní spotřebě elektrické energie se vyhneme přenosovým ztrátám. při výrobě nejsou produkovány žádné škodlivé emise (SO2, CO2, NOx, popel). přebytky vyrobené elektrické energie může výrobce prodávat do veřejné rozvodné sítě na základě smluvního vztahu s distribuční společností (majitelem rozvodné sítě elektřiny) a tím může výrazně ovlivnit návratnost vložených finančních prostředků.

Nevýhody využití vodních elektráren ¾ poměrně časově a finančně náročná předrealizační fáze. ¾ při stavbě nového vodního díla je nutné vynaložit poměrně vysoké investiční náklady. ¾ návratnost vložených finančních prostředků je závislá na využití vyrobené elektrické energie. ¾ poměrně složitá obsluha a údržba zařízení.

Vodní energie a Vsetín Využití vodní energie jak na hlavním toku Vsetínské Bečvě, tak na jejích přítocích jako jsou Jasenka, Jesenice a Rokytenka včetně náhonu od jezu v místní části Ohrada je prakticky vyloučeno vzhledem k tomu, že vhodné lokality jsou již obsazeny. Možnost nalézt novou lokalitu splňující všechny zákonné požadavky je problematické, nemluvě o vlastním charakteru vodních toků ve Vsetíně. Bečvu a její přítoky lze charakterizovat jako podhorské štěrkonosné toky s typickou rozkolísaností průtoků. 66/104


70 60 50 40 30 20 10 0 1

Graf průtoku Bečvy ve Vsetíně od 3.5.2005 do 8.5.2005 (m3.s‐1)

H. Vytápění tepelným čerpadlem V souladu s celosvětovým trendem stálého zvyšování cen energií se intenzivně rozvíjejí způsoby využití alternativních zdrojů energie. Jedním z důsledků tohoto jevu je stále širší využívání tepelných čerpadel jako zdrojů energie pro vytápění. Tak jak roste poptávka objevuje se na českém trhu mnoho typů tepelných čerpadel od různých dodavatelů. Nabídka zařízení je velmi pestrá, od klimatizačních jednotek poměrně malých výkonů, které mohou pracovat v režimu topení až po opravdu výkonné systémy renomovaných dodavatelů. Prostředí, které nás obklopuje (vzduch, voda, půda), má obvykle příliš nízkou teplotu, než abychom ji mohli přímo využít třeba pro vytápění domů. Výjimkou jsou geotermální prameny, nejznámější na Islandu. Teplo okolního prostředí však můžeme využívat pomocí tepelných čerpadel (TČ). Princip je znám již dlouho a léta se využívá v chladničkách a dalších chladicích zařízeních. Chladnička odebírá teplo potravinám a předává ho do místnosti svojí zadní stěnou (černou mřížkou). Podobně tepelná čerpadla odebírají teplo půdě, vodě nebo okolnímu vzduchu. Abychom toto teplo mohli použít pro vytápění, převádějí ho na vyšší teplotní hladinu (např. teplo z půdy o teplotě 8 °C převádějí na teplo pro topnou vodu 50 °C). Podobně jako vodní čerpadlo přečerpává vodu z nižší hladiny na vyšší, tepelné čerpadlo převádí teplo o nízké teplotě na teplotu vyšší.

Tepelné čerpadlo Je to zařízení, které odebírá běžně nevyužitelné nízkopotenciální, z venkovního prostředí – země, vody nebo vzduchu. V chladícím okruhu tepelného čerpadla dojde za pomoci dodané elektrické energie ke zvýšení teplotní úrovně na teplotu vhodnou pro vytápění, nebo pro ohřev teplé užitkové vody. Výsledným efektem je získání 3 až 4 kWh tepelné energie z 1 kWh elektřiny. 67/104


Využití tepelných čerpadel V minulosti se tepelná čerpadla připojovala obvykle do stávajících topných systémů. Počet instalací byl ale poměrně malý, neboť ne každý topný systém je vhodný pro využití tepelného čerpadla. V současnosti se tepelná čerpadla uplatňují nejvíce u novostaveb rodinných domků, kde jsou již hlavním zdrojem energie pro vytápění a ohřev vody. Investory dnes začíná zajímat snižování provozních nákladů v dlouhodobém výhledu. Vzhledem k tomu, že ceny energií porostou neustále, hledají již dnes vhodný zdroj. Počáteční investice do tepelného čerpadla se tak v budoucnosti vysoce zhodnotí.

Systémy tepelných čerpadel Tepelná čerpadla se rozdělují podle toho jaký zdroj tepla využívají na systémy země ‐ voda, vzduch ‐ voda a voda ‐ voda.

Primární zdroj pro systém voda – voda

Primární zdroj pro systém země – voda

Primární zdroj pro systém země – voda vodorovný výměník

V současné době je nejrozšířenějším systémem země ‐ voda. Zde se teplo odebírá ze země prostřednictvím plošného kolektoru, který je tvořen plastovým potrubím, naplněným nemrznoucí směsí. Toto potrubí se ukládá do země 1 až 1,2 m hluboko. Všeobecně platí, že pro položení kolektoru potřebujeme plochu odpovídající dvojnásobku vytápěné plochy domu. Pokud není k dispozici dostatečná plocha pozemku je možné spustit trubky kolektoru do vrtů. Toto řešení je však investičně podstatně náročnější. Dříve zatracovaným byl systém vzduch/voda, protože byl použitelný prakticky jen do teploty 0 až ‐5°C. Dnes je situace zcela jiná. Díky použití kompresorů typu Scroll je tento systém účinný až do teploty ‐20°C. Výsledkem dlouhodobého vývoje je i výrazné snížení hlučnosti ventilátorů těchto tepelných čerpadel, která dnes splňují veškeré hygienické normy. Vzorem pro použití systémů vzduch ‐ voda je Švýcarsko, kde bylo v roce 1999 z celkového počtu 6500 nových instalací tepelných čerpadel 65% právě systému vzduch – voda. Tento systém je zde považován za nejekologičtější, protože tepelné čerpadlo vlastně vrací do objektu teplo, které z něho uniklo do ovzduší prostřednictvím tepelných ztrát. Tam, kde je k dispozici spodní voda ve velkém množství, můžeme využít systém voda / voda. I při nejnižších venkovních teplotách má spodní voda teplotu +7 až +12°C. Efektivnost tohoto 68/104


systému se tak projevuje ve vysokých výkonech a nižších provozních nákladech. V našich podmínkách je však jen velmi málo míst s opravdu dostatečně vydatným zdrojem spodní vody. Na 10 kW výkonu tohoto tepelného čerpadla je třeba zdroj vody s vydatností přibližně 40 l/min

Připojení tepelného čerpadla na topný systém Vzhledem k tomu, že technicky mohou tepelná čerpadla dosahovat maximální teploty výstupní topné vody 55 až 65°C mohou být připojena pouze na nízkoteplotní topný systém. Všeobecně platí, že čím nižší je průměrná teplota topné vody, tím lépe. Ideální je podlahové topení, kde je teplota topné vody přibližně 35°C. Tepelné čerpadlo pak pracuje s topným faktorem 3,8 až 4,2. Vhodné jsou i radiátory dimenzované na teplotní spád 55/45°C.

Možnosti nahradit stávající tepelný zdroj – kotel na tuhá paliva, plynový, nebo elektrický kotel, tepelným čerpadlem Tepelné čerpadlo je možné připojit i na stávající topný systém za splnění několika předpokladů. Během provozu stávajícího topného systému nebyl ani v nejchladnějších dnech požadavek na teplotu topné vody vyšší než 55°C. Dimenze rozvodů potrubí umožní dostatečný průtok topné vody bez výrazného navýšení výkonu oběhového čerpadla Objem vody v topném systému v litrech odpovídá minimálně 15‐ti násobku výkonu uvažovaného výkonu tepelného čerpadla v kW. Tyto požadavky bez problémů splňují starší samotížné topné systémy navržené původně pro kotle na tuhá paliva. Problémy vznikají například u nových systémů navržených pro kotle na kapalný plyn. Jejich největší přednosti – rozvod z tenkých měděných trubek, malé deskové radiátory s minimálním objemem vody jsou v případě instalace tepelného čerpadla na závadu a až na výjimky se instalace tepelného čerpadla neobejde bez radikálního zásahu do topného systému.

Použití tepelného čerpadla k ohřevu teplé užitkové vody ve stávajícím kombinovaném boileru Všechny starší kombinované boilery měly navrženou teplosměnnou plochu topné spirály na teplotu topné vody 90°C. Jak bylo výše uvedeno, tepelné čerpadlo pracuje s výstupní teplotou topné vody maximálně 55‐65°C a proto musí být připojeno na boiler s velkou teplosměnnou plochou. Nejčastěji se používají “plovoucí” boilery ve kterých je nádoba s užitkovou vodou uložena v plášti, kterým protéká topná voda. I při takovém řešení dosahujeme maximální teploty TUV pouze 47‐50°C, a proto je nutné vybavit boiler elektrickým topným tělesem, které zajistí v určitém časovém intervalu “převaření” TUV z hygienických důvodů. 69/104


Výkon tepelného čerpadla ve vztahu k tepelné ztrátě objektu Při návrhu tepelného čerpadla je třeba vzít v úvahu, že 1kW výkonu tepelného čerpadla představuje investici přibližně 25‐30 tisíc korun. Pro dosažení co nejlepšího poměru mezi investičními náklady a dosaženou úsporou energie se ve většině případů navrhuje tepelné čerpadlo nižšího výkonu v kombinaci s doplňkovým tepelným zdrojem. Výkon tepelných čerpadel země‐voda a voda ‐ voda se nejčastěji navrhuje na úrovni 50‐60% vypočítané tepelné ztráty. Takto navržené tepelné čerpadlo dodá do objektu 82‐89% celkové roční spotřeby energie pro vytápění a pouze zbývajících 11‐18% musí pokrýt doplňkový tepelný zdroj, nejčastěji elektrokotel. I zde však platí výjimky a za splnění určitých podmínek je možné navrhnout tepelné čerpadlo tak aby pokrývalo celou tepelnou ztrátu objektu. Nejčastějším důvodem takového řešení je nedostatek elektrického příkonu pro provoz doplňkového zdroje v místě instalace. Při návrhu výkonu tepelného čerpadla vzduch –voda je potřeba brát v úvahu skutečnost, že se jeho výkon s klesající venkovní teplotou snižuje. Návrh těchto tepelných čerpadel je poněkud náročnější a měl by vycházet z výkonových charakteristik uvažovaného zařízení. Orientačně zle doporučit dimenzování výkonu na úrovni 55‐75% tepelné ztráty objektu. Pokrytí spotřeby se potom pohybuje v rozsahu 85‐90%.

Postup při výběru dodavatele tepelného čerpadla Instalace tepelného čerpadla je ve skutečnosti dodávka technologického celku. Samotné tepelné čerpadlo je jen jeho částí. Pro jeho správnou funkci je zapotřebí celá řada komponentů jako je regulace, oběhová čerpadla, akumulační nádoba, elektrorozvaděč apod. Některá tepelná čerpadla mají tyto komponenty již zahrnuty v ceně, jiná nikoliv. Levné tepelné čerpadlo, ke kterému je nutné tyto komponenty dodatečně dokoupit může být v konečném součtu dražší, než jiné tepelné čerpadlo, které se zpočátku mohlo jevit jako zbytečně drahé. Při rozhodování o koupi tepelného nespěchejte. Ukvapené rozhodnutí pod vlivem ”časově omezených slev” se může v konečném důsledku výrazně prodražit. Při koupi jakéhokoliv technického zařízení je dobré poptat několik dodavatelů a porovnat jejich technické řešení a ceny. Prohlédněte si vybrané tepelné čerpadlo v provozu. Při prohlídce se zaměřte na kvalitu provedení hlučnost, tepelného čerpadla a zkušenosti majitelů s prací a servisem dodavatelské firmy. Pro získání státní podpory musí instalace tepelného čerpadla splňovat určité podmínky. Jednou z podmínek může být například použití bezfreonového chladiva, v některých případech je požadován celoroční ohřev teplé užitkové vody tepelným čerpadlem, nebo musím tepelné čerpadlo dosahovat určitého topného faktoru. V některých tepelných čerpadlech jsou stále ještě používána freonová chladiva (R 22), jejichž používání bude v dohledné době zakázáno. To může způsobit technické problémy a zvýšené náklady při případném servisu zařízení.

70/104


Dodávka tepelného čerpadla a jeho montáž včetně elektroinstalace a regulace by měla být provedena, nebo zastřešena od jedné firmy na klíč. V případě jakýchkoliv problémů s funkčností zařízení máte jasně definovaného partnera spolu se smluvní zodpovědností. Geotermální energie je energií hlubinného zemského tepla, které lze v některých geologických profilech energeticky využívat, v současnosti obvykle v hloubkách do 3 km. V této kategorii je započten i potenciál mělkého horninového prostředí využitelný pomocí tepelných čerpadel (obnovitelná složka energie činí v tomto případě cca 60‐70%).

Základní podmínky pro úspěšnou instalaci tepelného čerpadla ¾ Základní podmínkou je pečlivá analýza výchozích podmínek a to nejen technických a ekonomických, ale i zvážení provozních podmínek (u podnikatelských subjektů, škol, rekreačních zařízení, atd.) a životního stylu (u majitelů rodinných domků, bytových domů). ¾ Vhodná volba nízkopotencionálního zdroje tepla v dané lokalitě. ¾ Zabránit zbytečným ztrátám energie ‐ zateplit objekt (tepelnou izolací snížit tepelné ztráty až o 30%, a tak snížit spotřebu tepla). ¾ při venkovní instalaci tepelného čerpadla je třeba, aby spojovací potrubí bylo co nejkratší a řádně zaizolované. ¾ Správná volba výkonu zařízení s ohledem na spotřebu tepla a teplé vody v množství a čase. ¾ Optimálně dimenzovat topnou soustavu: ¾ správná volba topného systému, který umožní využívat topnou vodu ohřátou na nižší teploty. ¾ teplotní spád (podlahové vytápění 45/35°C, velkoplošné nízkoteplotní radiátory 50/45°C). ¾ Zpracování ekonomické rozvahy, která vychází ze zjištění reálných způsobů přípravy teplé vody a vytápění pro daný objekt, investičních a provozních nákladů.

Výhody využití tepelných čerpadel ¾ Při optimálním využití tepelného čerpadla pro přípravu TUV a vytápění domácnosti se tepelné čerpadlo v průběhu roku podílí 60 ‐ 70% na celkové výrobě tepla. ¾ Přínosem využití tepelného čerpadla je značná úspora energie vyrobené z pevných a plynných paliv. ¾ S úsporou energie vyrobené s použitím fosilních paliv souvisí i snížení množství emisí škodlivých látek do ovzduší (SO2, CO2, NOx, prachových částic) ¾ Možnost využití tuzemských zkušeností, starých důlních děl a vrtných souprav

Nevýhody využití tepelných čerpadel ¾ Návratnost vložených finančních prostředků je závislá na cenové úrovni použitého paliva před instalací tepelného čerpadla a na druhu a kapacitě nízkopotencionálního zdroje tepla (vzduch, voda, půda, odpadní teplo). ¾ Při instalaci tepelného čerpadla do stávajícího objektu je návratnost investic závislá na rozsahu úprav, které je nutné provést před instalací tepelného čerpadla (zateplení, úprava topné soustavy, změna doplňkového zdroje). 71/104


¾ Náklady výroby výrazně překračují náklady u ostatních technologií OZE ¾ Lokálně omezený zdroj energie

Využití energie prostředí, geotermální energie, tepelných čerpadel ve Vsetíně

Mapa tepelného toku ČR. Červené plochy značí potenciál geotermální energie.

Možnost využití tohoto obnovitelného zdroje energie není ani tak definována klimatickými podmínkami jako např. větrná či sluneční Vzhledem ke klimatickým podmínkám ve Vsetíně a nerovnoměrné spotřebě tepla v průběhu roku je vhodné tepelné čerpadlo provozovat s akumulací ‐ zásobníkem tepla a s doplňkovým zdrojem tepla např. elektrokotlem. V chladnějších měsících s teplotami pod 0°C tepelné čerpadlo dodává pouze část potřebného tepla, zbytek tepla je vyráběn jiným zdrojem (kotel na elektřinu, plyn, pevná, kapalná paliva,...). Tento provoz je nazýván jako bivalentní. Pro vytápění tepelným čerpadlem je důležité správně nadimenzovat topnou soustavu. Výhodné jsou nízkoteplotní topné soustavy (podlahové topení, velkoplošné radiátory), protože pro efektivní využití tepelného čerpadla je nutné, aby rozdíl teplot mezi nízkopotenciálním zdrojem a topným okruhem byl co nejnižší. 72/104


I. Zateplení a izolace Izolace – zateplení objektu je jedním ze základních energeticky úsporných opatření. Teplo, které je dodávané do objektu vytápěním, z něj uniká do prostředí s nižší teplotou obvodovými konstrukcemi (stěny, podlaha, okna, dveře, střecha). Aby teplota v objektu neklesala, musí být neustále doplňováno. Není možné této ztrátě tepla úplně zabránit, pouze ji můžeme zpomalit, snížit. Zhodnocení objektu z hlediska tepelných ztrát, zhodnocení tepelně izolačních vlastností by mělo vždy proběhnout před přípravou a realizací úprav topné soustavy, zdroje tepla, před regulací. Zateplením dojde ke snížení spotřeby energie na vytápění, a tak je možné využít výkonově menší zdroj tepla, zefektivní se topný systém, což se projeví jak v provozních nákladech, tak u nově budovaných systémů v pořizovacích investičních nákladech. Snížení tepelných ztrát je také základem pro efektivní využití obnovitelných a alternativních zdrojů energie. Kromě ekonomických přínosů má zateplení i pozitivní vliv na zvýšení kvality využití objektu (tepelná pohoda, vlhkost, eliminace výskytu mikroorganismů, atd.). Tabulka rozložení ztrát v různých částech obvodové konstrukce v různých typech domů Konstrukce domu

Izolovaný Dvojdům Řadový

Bytový vícepodlažní

Obvodové stěny

15 – 30% 15 – 25%

12 – 20% 30 – 40%

Vnitřní stěny

5 – 15%

10 – 20%

5 – 10% 5 – 10%

Střecha nebo strop pod půdou

5 – 15%

8 – 15% 10 – 15% 5 – 8%

Strop nad sklepem nebo podlaha na terénu

5 – 8%

7 – 10% 10 – 12% 4 – 6%

Okna a vstupní dveře (včetně infiltrace)

48 – 55% 40 – 45%

40 – 50% 40 – 50%

Druhy zateplovacích systémů Rozdělovat zateplovací systémy můžeme z různých hledisek A) Podle polohy umístění zateplovacích systémů Vnější (venkovní) zateplení

73/104


Je optimálním způsobem zvýšení tepelného odporu stěn. Může vyřešit tepelné vady konstrukce ‐ tepelné mosty, což jsou místa, kde tepelný odpor konstrukce je podstatně nižší než okolní plochy (např. výklenky pro radiátory, nedostatečně izolované betonové překlady nad okny a dveřmi, kouty místností). Tepelné mosty způsobují snížení povrchové teploty konstrukce pod teplotu rosného bodu, a proto v těchto místech může kondenzovat vodní pára a vznikat plísně. Vnějším zateplením stavby získají také zvýšenou odolnost proti nepříznivým klimatickým vlivům dešti, sněhu, vlhkosti, nízké i vysoké teplotě. Původní zdivo zvenku chráněné izolací působí funguje jako akumulátor tepla s vyrovnávacím účinkem proti kolísání venkovní teploty, což má vliv na mikroklima v místnostech, v zimě jsou déle teplé, v létě naopak déle chladné. Nevýhodou je jejich omezená použitelnost u objektů s bohatě členěnou fasádou, zdobenou dekorativními prvky. Někdy je vhodné provést zateplení částečné a to na exponovaných fasádách zpravidla severní a návětrné. Vnitřní zateplení Výhodné zateplení pro historické dekorativní členité fasády. Zateplení může být prováděno postupně. Význam má u příležitostně vytápěných místností. Další předností zateplování objektů zevnitř je 2 – 4x nižší cena než venkovního zateplení. Důležitým požadavkem u vnitřního zateplení je zajištění přijatelných difuzních poměrů výsledné konstrukce. Tento způsob zateplení má řadu nevýhod. Původní zdivo je vystaveno nepříznivým klimatickým podmínkám, vlivem vnitřní izolace ztrácí schopnost akumulovat a vracet teplo při poklesu teploty, a tak může dojít k promrzání, což vede ke vzniku mrazových trhlin. Při porušení difuzních poměrů, může dojít vlhnutí konstrukce a vzniku plísní. Nevýhodou je i zmenšení plochy místnosti. Pokud jsou v izolovaných stěnách elektrické instalace, je nutné je vyvést na nový povrch. B) Podle druhu tepelných izolantů ¾ Desky z pěnového polystyrénu (vyšší pevnost v tahu, snadnější opracovatelnost) ¾ Desky z minerálních vláken s podélnou či příčnou orientací vláken (nižší stupeň hořlavosti vyšší propustnost pro vodní páry při propustné povrchové úpravě) ¾ Ostatní tepelně izolační desky (extrudovaný polystyrén, korek) C) Podle způsobu provádění a materiálového řešení: Omítkové Omítky, které mají výrazně lepší tepelně izolační vlastnosti než klasické omítky. Skládají se z tepelně izolační omítky a ochranné omítkové vrstvy o celkové tloušťce 30 – 40 mm Při větších tloušťkách je nutné provést vyztužení síťovinou. Provádějí se obdobou běžného omítání. 74/104


Kontaktní Tepelný izolant je mechanicky upevněn k podkladu hmoždinkami, lepením nebo kombinací obojího k vnější stěně a je opatřena armovací vrstvou s výztužnou tkaninou. Konečná úprava je nejčastěji z disperzních nebo minerálních omítek. Pro tepelně izolační vrstvy kontaktních obkladů se používají výrobky z polystyrénu (stabilizovaný samozhášivý pěnový, nebo extrudovaný) nebo minerálních vláken (tuhé hydrofobizované bez povrchové úpravy nebo desky s jádrem z minerální vlny, které je oboustranně kryté dřevovláknitou cementem pojenou vrstvou). Povrchové úpravy jsou obvykle vytvořeny z tenkovrstvých disperzních nebo minerálních omítek, nanášených na armovací vrstvy. Montované Mají provětrávanou vzduchovou mezeru, která leží mezi tepelně izolační vrstvu a předsazeným obkladem. Systém je tvořen nosnými bodovými prvky nebo nosnou roštovou konstrukcí, tepelně izolační vrstvou a ochrannou vrstvou, která tvoří předsazený obklad. Obklad s odvětranou vzduchovou mezerou je možné provádět dvěma způsoby lišícími se způsobem upevnění desek na stávající stěnu. Při suchém způsobu je materiál vkládán do nosného roštu obkladu, který je kotven na stávající obvodové stěny. Mezi tepelnou izolací a obkladem je vytvořena odvětrávaná vzduchová mezera. Při druhém způsobu jsou tepelně izolační desky na původní konstrukci lepeny nebo připevněny hmoždinkami a nosný rošt je kotven do obvodové stěny přes tepelnou izolaci. Jako tepelná izolace se nejčastěji používají výrobky z minerálních vláken, ale i tepelné izolace z polystyrénu, polyuretanu nebo celulózové izolace typu Climatizer Plus. Na obklady jsou používány pásy nebo desky z betonů, kovů nebo umělých hmot. Nosný rošt podkladu bývá kovový nebo dřevěný. Vytvoření sendvičového zdiva Vznikne přidáním tepelné izolace a přizdívky včetně nebo bez vzduchové mezery. Vrstva tepelné izolace bývá téměř výhradně z výrobků na bázi minerálních vláken, ale může být použit i stabilizovaný, nesnadno hořlavý pěnový polystyrén. 75/104


Přednosti

Omítkové

Montované

Kontaktní

Vyloučení mokrého Jednodušší aplikace procesu a tím i na nerovné a členité omezení realizace povrchy klimatickými podmínkami

Možnost dosáhnout řady variant konečného vzhledu (barevnost, struktura, atd.)

Prostou změnou tloušťky tepelné Dobré vlastnosti Možnost aplikace i izolace lze dosáhnout z hlediska na vlhnoucí objekty podstatné změny bezpečnosti práce tepelně izolačních vlastností

Možnost provádění běžnými Vysoká životnost technologiemi, strojní aplikace

Sendvičové V případě použití pohledového zdiva na přizdívku má vnější povrchová úprava dlouhou životnost Prostou změnou tloušťky tepelné izolace lze dosáhnout podstatné změny tepelně izolačních vlastností

Investiční efektivnost

Nevýhody

Omítkové

Montované

Kontaktní

Sendvičové

Výrazně nižší Problematická Nároky na realizace na technologickou hodnota tepelného odporu členitých fasádách disciplinu zateplení

Finanční náročnost způsobená jak cenou materiálů

Pracná a tím i finančně náročná příprava podkladu

V případě použití nevhodné vnější povrchové úpravy může v konstrukci docházet ke kondenzaci

Jestliže sendvičové zdivo je vytvořeno bez vzduchové mezery, může docházet ke kondenzaci mezi tepelnou izolací a přizdívkou.

Problémové Náchylnost ke přenášení vzniku tepelných objemových změn mostů a pohybů podkladu

Nižší odolnost proti mechanickému poškození

Vysoká pracnost

Kompletní mokrý Snížená škála proces, Omezení architektonických realizace řešení klimatickými podmínkami

Dílčí mokrý proces. Omezení realizace klimatickými podmínkami

Omezení realizace klimatickými podmínkami

Ztráty tepla přes obvodové stěny, stropy, střechy, půdy a sklepy představují 50 – 60% všech ztrát. Úspora tepla podle druhu řešení může dosáhnout 25 – 35% z těchto ztrát, což je ale 76/104


spojeno s poměrně vyššími investičními náklady a delší dobou návratnosti. Současně se zateplením by mělo být přizpůsobeno vytápění (dimenzování topné soustavy a zdroj tepla). Přídavná tepelná izolace vnějších stěn snižuje tepelné ztráty v závislosti na tloušťce a tepelně izolačních vlastnostech použitých tepelně izolačních hmot a konstrukcí. Používají se materiály s nízkou tepelnou vodivostí, např. pěnové plasty (pěnový polystyrén, pěnový polyuretan) nebo vláknité minerální desky, plstě nebo minerální vlny, izolační hmoty z upraveného papíru, vlny apod. Odvětrané se zavěšenou tepelně izolační konstrukcí (montované) Jedná se o suchou konstrukčně náročnější technologii. Kostra je buď z kvalitního řeziva impregnovaného proti plísním, vlhkosti, hmyzu, ohni nebo z pozinkovaných ocelových profilů. Svislé prvky (profily, lišty) mají výšku tj. rozměr kolmý na fasádu, asi o 2 – 3 cm větší než je tloušťka tepelné izolace, tím je určena tloušťka vzduchové mezery. Mezi svislé prvky se vkládá celoplošně nebo bodově tepelná izolace (např. desky z minerálních vláken nebo desky z pěnových plastů). Na tuto nosnou konstrukci je upevněno vodorovné laťování podle typu vnějšího povětrnostního pláště. Odvětrání 2 – 3 cm je nahoře i dole zajištěno štěrbinou přibližně stejného průřezu. Důležité je uzavření jemnou síťkou proti pronikání škůdců. Neodvětrané vnější zateplení (kontaktní) Je konstrukčně jednodušší, ale vyžaduje odborné provedení. Na původní opravenou a zpevněnou omítku se celoplošně nebo bodově nalepí a hmoždinkami zajistí tuhé pěnoplastové nebo minerální tepelně izolační desky. Desky jsou uloženy vedle sebe beze spár. Na povrch desek je nanesena speciální disperzní špachtlovací hmota, do které se uloží tkanina ze skleněných vláken (armovací vrstva), zajišťující povrch proti tvoření trhlinek. Po uzavření této armatury základní vrstvou speciální omítky se nanáší vrchní a konečná tenkovrstvá omítka požadovaného odstínu a struktury. Omítkové zateplení Nejlevnější způsob. V tloušťce kolem 5 cm kopíruje povrch původní opravené a impregnací zpevněné omítky. Sestává se z několika vrstev tepelně – izolačního jádra, což je speciální omítková (maltová) disperzní hmota s vysokým podílem izolační hmoty, např. perliček pěnového polystyrénu nebo perlitu. Na tuto vrstvu je nanesena finální ušlechtilá minerální omítka. Vnitřní zateplení Používané izolační materiály jsou stejné jako pro provětrávané vnější zateplení. Podobný je i způsob upevnění. Jako lícový materiál mohou být použity i sádrokartonové desky tloušťky 12,5 mm, upevňované na jednoduchou dřevěnou impregnovanou kostru. Mezi tepelnou izolací a původní stěnou je vhodné ponechat odvětrávanou mezeru 1,5 – 2 cm napojenou zásadně na vnější ovzduší, nikdy ne na vnitřní. Parotěsná zábrana se dává co nejblíže k vnitřnímu povrchu, nejlépe mezi krycí desku a tepelnou izolaci vždy podle odborného návrhu. Sádrokartonové desky se dále povrchově upravují nejlépe tapetováním. 77/104


Omezení tepelných ztrát střechou Představuje 15 – 20%z celkové ztráty tepla u rodinných domků a asi 5 až 8% u bytových nájemních objektů. Tyto ztráty podle původního výchozího stavu konstrukcí mohou být sníženy až na polovinu. Před realizací je důležité rozhodnutí a dalším využívání půdních prostor. Zda půdní prostor zůstane zachován původnímu účelu nebo bude využíván k bydlení. Nevyužívané půdy V prvním případě bude tepelná izolace umístěna vodorovně na konstrukci stropu nebo sama konstrukce může být zlepšena po stránce tepelně izolační. V případě dřevěného trámového stropu a mezery mezi trámy jsou zatepleny jen zásypem (škvárou), může být použit nový zásypový materiál s lepšími tepelně izolačními vlastnostmi (např. expandovaný perlit, měkké, polotuhé nebo tuhé plošné izolace z minerálních nebo skleněných vláken). Tloušťka izolantu by měla být min. 12 cm, lze pod ní ponechat část zásypu. Pokud stávající konstrukce stropu neumožňuje tento způsob zateplení, musí být tepelná izolace uložena na povrch tedy na vnější líc. Nevyužívané půdy nebo obtížně využitelné dovolují nejlevnější řešení – na záklop (stávající povrch) položíme vhodnou tepelnou izolaci, zpravidla tuhé minerální desky těsně na sraz. Desky budou vhodným tmelem přilepeny stačí terče o průměru 10 – 15 cm, 4 – 6 na m2, zakotveny hmoždinkami, nebo kombinací obou. Protože desky nejsou pochůzné, je nutno zřídit přístupy např. ke komínovým dvířkám, vstupu na střechu, oknům, anténám, apod. Tady stačí jednoduché asi 60 cm široké lávky z prken, položené na izolaci. Využívané půdy Pokud bude půdní prostor využíván, je na tepelné izolaci nutné zřídit pochůznou podlahu. Nejjednodušší je položení dřevotřískových desek většího formátu o minimální tloušťce 16 mm, vzájemně spojených a zajištěných sponami. Izolaci tvoří tuhé deska z minerálních vláken tloušťky nejméně 12 cm. Dvouplášťové střechy Nepřístupné půdní prostory a nebo tzv. dvouplášťové střechy (ploché střechy se vzduchovou mezerou) vyžadují umístění tepelné izolace zevnitř na stropě místností posledního podlaží. U stropů se však ve zvýšené míře objevují problémy stavebně fyzikální, neboť hrozí nebezpečí provlhnutí až promáčení stropních konstrukcí v důsledku změny difuzních poměrů s pravděpodobností vzniku škod mrazem.Proto je vždy nutné provést odborné posouzení. Technické řešení může být následující: mezi vhodně dimenzované (dřevěné) impregnované profily (výška = tloušťka izolace) upevněné ke stropu se vloží a zajistí lepením nebo talířovými hmoždinkami tepelně izolační desky tloušťky 4 – 6 cm a konstrukce se uzavře nejlépe sádrokartonovými deskami upevněnými na dřevěné profily nebo na pomocné příčné laťky. Důležitou částí konstrukce je parotěsná zábrana (folie) položená a upevněná na dolním líci izolace. 78/104


Obytné podkroví Podle druhu střechy a sklonu střešních rovin, výšky pozednice popř. s rekonstrukcí krovu je pro bydlení možno využít 50 – 80% z celkového půdorysu půdy. Tepelná izolace se vkládá jednak mezi krokve původního krovu, jednak je součástí nově vytvořených pomocných konstrukcí vymezujících budoucí prostor. Tloušťka tepelné izolace má být alespoň 15 cm a mezi střešní krytinou a latěmi nebo bedněním musí být odvětrávaná mezera 2 až 4 cm. Ploché střechy Pro zlepšení tepelné izolace plochých střech je možné použít konstrukce tzv. obrácené střechy. Tepelná izolace se pokládá na původní renovovanou hydroizolaci střechy a zatíží se vrstvou křemíku, oblázků nebo vhodných desek (dlaždic) uložených v písku. Izolační materiál je v tomto případě speciální typ extrudovaného polystyrénu s minimální nasákavostí a vysokou pevností v tlaku. Nevýhodou tohoto vynikajícího materiálu je jeho cena. Která je kompenzována snadností realizace a zvýšenou životností.

Omezení tepelných ztrát sklepními prostory Sklepy představují ztráty až 10% z celkové spotřeby tepla rodinných obytných domů. Stropy sklepa bývají málokdy tepelně izolované, což při sklepních teplotách má za následek chladnou podlahu v navazujícím obytném podlaží, které k dosažení tepelné pohody musí být o 2 – 3oC přetápěno, protože se zde projevuje nepříznivý vliv tzv. studené sálání. Tepelným ztrátám zamezíme tepelným odizolováním stropu sklepních místností. Na strop je možné použít konstrukce s roštem a minerální izolační desky nebo pouze tuhé desky z pěnového plastu s povrchovou úpravou. Výhodné jsou kombinované deskové materiály např. sádrokartonové desky vybavené vrstvou tuhého pěnového plastu určené k nalepení terčíky nebo upevněné hmoždinkami.

Omezení tepelných ztrát okny a dveřmi Okna se podílejí na celkových tepelných ztrátách objektu 20 – 40%. Utěsněním oken na požadovanou minimální mez větrání můžeme v závislosti na výchozím stavu dosáhnou 5 – 8% celkové spotřeby tepla. Okna obytných staveb se skládají z rámu osazeného pevně do otvoru ve stavbě, z pohyblivé otevíratelné zasklené části – křídla.

Zdroje tepelných ztrát Nedostatečně těsné osazení rámu do stavebního otvoru – netěsné spáry mezi rámem a křídly. Samotné zasklení – sklo má špatné tepelně izolační vlastnosti. Konstrukce rámu a křídel. Velikost ztrát tepla okny je závislá i na rozsahu zasklení pláště objektu Odstranění nedostatků Utěsnění netěsností a spár vede ke snížení nežádoucí zvýšené výměny vzduchu. 79/104


Utěsnění spár, mezer, dutin mezi nepohyblivými částmi oken instantní jednosložkovou pěnou běžně dostupnou v tlakové láhvi. Utěsnění spár mezi pohyblivými a pevnými částmi okna trvale pružnými prvky: Pásky z pěnových plastů jsou málo odolné proti stárnutí, ztrátě vlastností, jsou nasákavé a špiní se. Pásky a profily z mechových pryží a plastů, které jsou vybaveny samolepící vrstvou. Jejich životnost je několik let. Vlastnosti závisí na výchozím materiálu. Těsnící hmoty na bázi silikonového kaučuku, které jsou vhodné na nepravidelné spáry. Aplikují se ze zásobníků pomocí speciální pistole přímo na rám. Při zavření křídla se dokonale vyprofilují do tvaru spáry. Po ztuhnutí se přebytky oříznou. Toto těsnění představuje pravděpodobně nejlepší utěsnění při dlouhodobé životnosti. Kovové pásky tzv. kovotěs vyžaduje odbornou instalaci. Pokud je použit vhodný materiál mají dlouhou životnost. Těsnící lišty jsou kombinované profily s pružnou a tuhou částí a šroubují se na vhodném místě konstrukce okna. Zabraňují zatékání vody. Sklenářský tmel se používá při opravě starých oken, kde původní tmelení je rozpraskané popř. zcela vypadané. Vedle ztrát netěsnostmi oken dochází k výrazným ztrátám i prostupem tepla zasklením a rámy.

Úsporná opatření Výměna jednoduchých oken za dvojitá. Omezení tepelných ztrát dokonalejším zasklením. Montáž přídavného skla. Polepení okenních výplní reflexní tepelně izolační folií.

Omezování ztrát tepla dveřmi Vnější vchodové dveře a balkónové dveře představují sice malý podíl obvodového pláště, ale přesto je účelné je utěsnit podobně jako okna. Použité těsnění by mělo být odolnější. Vnitřní dveře jsou utěsňovány jen výjimečně, pouze v případě, že oddělují prostory s výrazně odlišnými teplotami (půda, schodiště, atd.).

Analýza výchozího stavebně technického stavu budovy a jednotlivých konstrukcí Zjištění hlavních příčin tepelných ztrát. Zjištění energetické bilance tepelných ztrát a zisků před a po provedení jednotlivých úprav spolu s ekonomickým hodnocením – výpočet návratnosti vložených finančních prostředků. Volba vhodné technologie zateplení, která bude optimálním řešením z hledisek technických, ekonomických, architektonických, atd.

80/104


Vyvarovat se předimenzování u zateplení z vnitřní strany, které vede k narušení teplotního a vlhkostního režimu v konstrukci, k promrzání vnější konstrukce či k povrchové kondenzaci a vzniku plísní. Vyvarovat se porušení akumulačního vlivu konstrukce, které vede k promrzání a následnému vzniku trhlin a jiných poruch konstrukcí. Používat k zateplení certifikovaných materiálů, navržený zateplovací systém musí splňovat zákonné podmínky pro uplatnění na českém trhu (prohlášení o shodě). Dodržovat pokyny předepsané výrobcem zateplovacího systému. Při realizaci odbornou firmou trvat na uzavření řádné písemné smlouvy, která by měla obsahovat předmět díla (rozsah prací), termín provedení, podmínky převzetí dokončeného díla, záruční a servisní podmínky (záruční doba ze zákona je minimálně 3 roky), včetně pozáručního servisu, řešení provozu objektu v době stavby, cenu i způsob financování a smluvní pokutu pro případ neplnění povinností. Rozsah prací je nejlépe vázat na projektovou dokumentaci, kvalitativní podmínky díla se vyplatí určit podmínkou „Dílo musí splňovat všechny požadavky platných zákonů, vyhlášek a českých technických norem“.

Přínosy zateplení ¾ Zateplením se sníží výdaje na vytápění objektu, což je jedna nejnákladnějších položek provozních nákladů. ¾ Zateplením dojde ke snížení spotřeby energie potřebné na vytápění objektu, a tak umožní instalovat menší, levnější zdroj tepla. Topnou sezónu lze zahájit později a ukončit dříve. ¾ Sníží se zatížení otopného systému, otopný systém lje možné provozovat při menším teplotním spádu. ¾ Zateplení umožní zvýšení kvality využití objektu. ¾ Přínosy ze zateplení mají trvalý, dlouhodobý charakter. ¾ Zateplením se odstraní kondenzace vodní páry na vnitřním povrchu obvodových konstrukcí. Ta bývá často jedna z příčin vzniku a růstu plísní. ¾ Zateplením se sníží riziko poruch povrchových úprav konstrukcí zamezením dilatací, vlivem promrzání či přehřívání. ¾ Vnějším zateplením se plně využijí akumulační vlastnosti budovy, sníží se nejen tepelné ztráty v chladných obdobích, ale sníží se přehřívání budovy v letním období. ¾ Snížení tepelných ztrát je také základem pro efektivní využití obnovitelných a alternativních zdrojů energie. ¾ Odstraní se příčiny přímého zatékání dešťové vody obvodovou konstrukcí. ¾ Zateplení příznivě ovlivňuje vnitřní vlhkostní režim konstrukce. ¾ Zateplení chrání původní povrch před agresivitou ovzduší např. zamezení koroze výstuže, karbonace betonu. ¾ Zateplení objektu se sekundárně odráží ve zlepšení životního prostředí díky snížení spotřeby paliv. ¾ Velmi často dojde k zkvalitnění architektonického vzhledu – panelová zástavba, ... 81/104


Nevýhody zateplení Poměrně investičně náročné úsporné opatření s delší dobou návratnosti. Náročná předrealizační i vlastní realizační fáze. Nevýhody vyplývají zejména z chybně provedeného zateplení – nedodržení technologických postupů – vznik tepelných mostů, kondenzace vlhkosti, vznik plísní, hub, poruchy stavebních konstrukcí – vlivem promrzání, vlhnutí, atd.

Zelená úsporám Ministerstvo životního prostředí ČR jako správce Státního fondu životního prostředí České republiky vydalo směrnici č. 9/2009, která upravuje základní postupy k poskytování finančních prostředků z Fondu v rámci programu na podporu úspor energie a využití obnovitelných zdrojů energie „Zelená úsporám“

Předmět a forma podpory Podpora ¾ se poskytuje žadatelům s ohledem na požadavky stran kupujících emisní přebytek jednotek přiděleného množství v rámci mechanizmu Kjótského protokolu a dále s ohledem na závazky České republiky vyplývající z jejího členství v Evropské unii, z mezinárodních úmluv a ze Státní politiky životního prostředí. Prostředky získané z prodeje jednotek přiděleného množství AAU jsou dle § 12a odst. (3) zákona č. 695/2004 Sb., o podmínkách obchodování s povolenkami na emise skleníkových plynů a nakládání s nimi ve znění zák. č. 315/2008 Sb., příjmem SFŽP. Takto získané prostředky lze použít pouze na podporu činností a opatření vedoucích ke snižování emisí skleníkových plynů. Nakládání s těmito prostředky se řídí zákonem č. 388/1991 Sb., o Státním fondu životního prostředí České republiky ve znění pozdějších předpisů, v plném rozsahu. ¾ je směrována do oblasti úspor energie a využití obnovitelných zdrojů energie v obytných budovách. Předmět podpory a konkrétní podmínky Programu stanoví Přílohy Směrnice Ministerstva životního prostředí o poskytování finančních prostředků ze Státního fondu životního prostředí ČR v rámci programu „Zelená úsporám“ ¾ se poskytuje jednorázově formou přímé dotace prokázaných investičních nákladů na realizaci Přílohami stanovených opatření. Výše dotace nikdy nepřesáhne výši prokázaných investičních nákladů na realizaci těchto opatření. Program Zelená úsporám je zaměřen na podporu instalací zdrojů na vytápění s využitím obnovitelných zdrojů energie, ale také investic do energetických úspor při rekonstrukcích i v novostavbách. V Programu je podporováno kvalitní zateplování rodinných domů a bytových domů, náhrada neekologického vytápění za nízkoemisní zdroje na biomasu a účinná tepelná čerpadla, instalace těchto zdrojů do nízkoenergetických novostaveb a také výstavba v pasivním energetickém standardu. 82/104


Česká republika získala na tento Program finanční prostředky prodejem tzv. emisních kreditů Kjótského protokolu o snižování emisí skleníkových plynů. Celková očekávaná alokace Programu je až 25 miliard korun. Podpora v rámci programu Zelená úsporám je nastavena tak, aby prostředky mohly být čerpány v průběhu celého období od vyhlášení programu do 31. prosince 2012. Žádosti o podporu budou přijímány do konce trvání Programu, nebo do vyčerpání finančních prostředků Programu. O dotaci lze žádat jak před realizací opatření, tak po ní, nebude však možné žádat o podporu opatření dokončených před vyhlášením Programu. Podporu je možné poskytnout na zařízení instalovaná v obytných domech, nikoli např. v objektech určených k individuální rekreaci nebo průmyslových objektech, a to ani v případě, že zde má žadatel trvalé bydliště.

Základní členění Programu Program je členěn do tří základních oblastí podpory: A. Úspora energie na vytápění ¾ A.1. Celkové zateplení ¾ A.2. Dílčí zateplení B. Výstavba v pasivním energetickém standardu C. Využití obnovitelných zdrojů energie pro vytápění a přípravu teplé vody ¾ C.1. Výměna neekologického vytápění za nízkoemisní zdroje na biomasu a účinná tepelná čerpadla ¾ C.2. Instalace nízkoemisních zdrojů na biomasu a účinných tepelných čerpadel do novostaveb ¾ C.3. Instalace solárně‐termických kolektorů D. Dotační bonus za vybrané kombinace opatření ‐ některé kombinace opatření jsou zvýhodněny dotačním bonusem (pouze při současném podání žádosti a maximálně jednou pro daný objekt i při využití více z uvedených kombinací)

Kdo může žádat o podporu Oprávněnými žadateli o o podporu jsou vlastníci a stavebníci rodinných a bytových domů, kteří dům využívají k bydlení nebo k poskytování bydlení třetím osobám, tedy : • fyzické osoby podnikající i nepodnikající, • společenství vlastníků bytových jednotek, • bytová družstva, • města a obce (včetně městských částí), • podnikatelské subjekty, • případně další právnické osoby V rámci programu Zelená úsporám je možné žádat o podporu v této výši:

Rodinné domy Uvedené částky jsou maximální, podpora nesmí přesáhnout investiční náklady. 83/104


A ‐ Úspory energie na vytápění V oblasti A program Zelená úsporám podporuje opatření vedoucí k úsporám energií na vytápění prostřednictvím celkového, nebo dílčího zateplení rodinných domů. Podporované opatření

Výše podpory

A.1 ‐ Celkové zateplení s dosažením měrné roční potřeby tepla na vytápění max. 40 kWh/m2

2200 Kč/m2 podlahové plochy, max. na 350 m2 podlahové plochy



Při celkovém zateplení (A.1) je zároveň požadováno snížení vypočtené hodnoty měrné roční potřeby tepla na vytápění alespoň o 40 % oproti stavu před realizací opatření. A.2 ‐ Dílčí zateplení ‐ snížení měrné roční potřeby tepla na vytápění o 30 % a) vnějších stěn, b) střechy/stropu, c) podlahy, d) výměna oken a dveří, e) instalace nuceného větrání s rekuperací alespoň jedno z opatření a) ‐ e)


A.2 ‐ Dílčí zateplení ‐ snížení měrné roční potřeby tepla na vytápění o 20 % a) vnějších stěn, b) střechy/stropu, c) podlahy, d) výměna oken a dveří, e) instalace nuceného větrání s rekuperací alespoň jedno z opatření a) ‐ e)


Program Zelená úsporám podporuje také zpracování projektů a výpočtů nezbytných pro realizaci opatření. O tuto podporu se žádá současně s žádostí o investiční podporu. Tato podpora je podmíněna schválením žádosti o podporu investiční akce a bude poskytována do vyčerpání financí vyčleněných pro tento účel, nejpozději však do 31. března 2010: A ‐ Podpora na výpočet úspory měrné roční 20 000 Kč potřeby tepla na vytápění, projekt a odborný dozor B ‐ Výstavba v pasivním energetickém standardu V oblasti B program Zelená úsporám podporuje výstavbu nových rodinných domů splňujících pasivní energetický standard. Podporována je i změna stavby stávajících rodinných domů do pasivního energetického standardu. Podporované opatření B ‐ RD v pasivním energetickém standardu

Výše podpory 250 000 Kč/RD

Program Zelená úsporám podporuje také zpracování projektů a výpočtů nezbytných pro 84/104


realizaci opatření. O tuto podporu se žádá současně s žádostí o investiční podporu. Tato podpora je podmíněna schválením žádosti o podporu investiční akce a bude poskytována do vyčerpání financí vyčleněných pro tento účel, nejpozději však do 31. března 2010: B ‐ Podpora na projekt RD

40 000 Kč

C.1, C.2 ‐ Výměna neekologického vytápění za nízkoemisní zdroje na biomasu a účinná tepelná čerpadla, instalace nízkoemisních zdrojů na biomasu a účinných tepelných čerpadel do novostaveb V oblasti C.1 program Zelená úsporám podporuje výměnu stávajících neekologických zdrojů vytápění (kotle na uhlí a kapalná fosilní paliva, elektřina) za nízkoemisní zdroje na biomasu a účinná tepelná čerpadla. V oblasti C.2 podporuje program Zelená úsporám instalaci nízkoemisních zdrojů na biomasu a účinných tepelných čerpadel do novostaveb. Podporované opatření

Výše podpory

C.1 ‐ Výměna neekologického zdroje vytápěníza nízkoemisní zdroj vytápění na biomasu se samočinnou dodávkou paliva C.2 ‐ Instalace nízkoemisního zdroje vytápění na biomasu se samočinnou dodávkou paliva do novostaveb

95 000 Kč

C.1 ‐ Výměna neekologického zdroje vytápěníza nízkoemisní zdroj vytápění na biomasu s ruční dodávkou paliva a s akumulační nádrží (o min. požadovaném měrném objemu 50 l/kW topného výkonu zdroje tepla). C.2 ‐ Instalace nízkoemisního zdroje vytápění na biomasu s ruční dodávkou paliva a s akumulační nádrží (o min. požadovaném měrném objemu 50 l/kW topného výkonu zdroje tepla) do novostaveb

80 000 Kč

C.1 ‐ Výměna neekologického zdroje vytápěníza nízkoemisní zdroj na biomasu s 50 000 Kč ruční dodávkou paliva bez akumulační nádrže C.2 ‐ Instalace nízkoemisního zdroje vytápění na biomasu s ruční dodávkou paliva bez akumulační nádrže do novostaveb C.1 ‐ Výměna neekologického zdroje vytápěníza tepelné čerpadlo země ‐ voda, 75 000 Kč voda ‐ voda C.2 ‐ Instalace tepelného čerpadla země ‐ voda, voda ‐ voda do novostaveb C.1 ‐ Výměna neekologického zdroje vytápěníza tepelné čerpadlo vzduch ‐ voda 50 000 Kč C.2 ‐ Instalace tepelného čerpadla vzduch‐voda do novostaveb Program Zelená úsporám podporuje také zpracování projektů a výpočtů nezbytných pro realizaci opatření. O tuto podporu se žádá současně s žádostí o investiční podporu. Tato podpora je podmíněna schválením žádosti o podporu investiční akce a bude poskytována do vyčerpání financí vyčleněných pro tento účel, nejpozději však do 31. března 2010: C.1 / C.2 ‐ Podpora na výpočet měrné roční potřeby tepla na vytápění

10 000 Kč

C.1 / C.2 ‐ Dotace na projekt a na kontrolu správnosti provedení

5 000 Kč

85/104


opatření C.3 ‐ Instalace solárně‐termických kolektorů (pouze pro přípravu teplé vody) V oblasti C.3 program Zelená úsporám podporuje instalaci solárních kolektorů, a to buď pouze pro přípravu teplé vody, nebo pro přípravu teplé vody a přitápění. Podporované opatření C.3 ‐ Solární systém pro přípravu teplé vody

Výše podpory 55 000 Kč

Program Zelená úsporám podporuje také zpracování projektu a kontrolu správnosti provedení opatření. O tuto podporu se žádá současně s žádostí o investiční podporu. Tato podpora je podmíněna schválením žádosti o podporu investiční akce a bude poskytována do vyčerpání financí vyčleněných pro tento účel, nejpozději však do 31. března 2010: C.3 ‐ Podpora na projekt na kontrolu správnosti provedení opatření

5 000 Kč

C. 3 ‐ Instalace solárně‐termických kolektorů (pro přípravu teplé vody a přitápění) Podporované opatření

Výše podpory

C.3 ‐ Solární systémy pro přípravu teplé vody a přitápění

80 000 Kč

Program Zelená úsporám podporuje také zpracování projektů a výpočtů nezbytných pro realizaci opatření. O tuto podporu se žádá současně s žádostí o investiční podporu. Tato podpora je podmíněna schválením žádosti o podporu investiční akce a bude poskytována do vyčerpání financí vyčleněných pro tento účel, nejpozději však do 31. března 2010: C.3 ‐ Podpora na výpočet měrné roční potřeby tepla na vytápění a přípravu teplé vody

10 000 Kč

C.3 ‐ Podpora na projekt na kontrolu správnosti provedení opatření

5 000 Kč

D ‐ Dotační bonus Žadatele, který provede některou z níže uvedených kombinací opatření (např. celkové zateplení a instalaci ekologického zdroje vytápění), ocení program Zelená úsporám otačním bonusem. Podmínkou je současné podání žádostí na jednotlivá opatření. Kombinace opatření

Výše bonusu

A + C.1

20 000 Kč

A + C.3

20 000 Kč

B + C.3

20 000 Kč

86/104


C.2 + C.3

20 000 Kč

Bytové domy Uvedené částky jsou maximální, podpora nesmí přesáhnout investiční náklady. Na žadatele ‐ právnické osoby a fyzické osoby podnikající ‐ se navíc vztahují pravidla pro poskytování veřejné podpory, tyto subjekty mohou žádat v režimu de minimis, nebo blokové vyjímky. A ‐ Úspory energie na vytápění V oblasti A program Zelená úsporám podporuje opatření vedoucí k úsporám energií na vytápění prostřednictvím celkového, nebo dílčího zateplení bytových domů. Podporované opatření

Výše podpory


1500 Kč/m2 podlahové plochy, max. na 120 m2 na byt. jednotku



A.2 ‐ Dílčí zateplení ‐ snížení roční měrné potřeby tepla na vytápění o 30 % a) vnějších stěn, b) střechy/stropu, c) podlahy, d) výměna oken a dveří, e) instalace nuceného větrání s rekuperací alespoň jedno z opatření a) ‐ e)


A.2 ‐ Dílčí zateplení ‐ snížení roční měrné potřeby tepla na vytápění o 20 % a) vnějších stěn, b) střechy/stropu, c) podlahy, d) výměna oken a dveří, e) instalace nuceného větrání s rekuperací alespoň jedno z opatření a) ‐ e)

450 Kč/m2 vytápěné plochy, max. na 120 m2 na byt. jednotku

Program Zelená úsporám podporuje také zpracování projektů a výpočtů nezbytných pro realizaci opatření. O tuto podporu se žádá současně s žádostí o investiční podporu. Tato podpora je podmíněna schválením žádosti o podporu investiční akce a bude poskytována do vyčerpání financí vyčleněných pro tento účel, nejpozději však do 31. března 2010: A ‐ Podpora na výpočet úspory měrné roční potřeby tepla na vytápění

15 000 Kč/BD

A ‐ Podpora na projekt resp. odborný

2 000 Kč/byt. jednotka 87/104


dozor

(maximálně 5 % z výše poskytnuté podpory na investiční akci)

B ‐ Výstavba v pasivním energetickém standardu V oblasti B program Zelená úsporám podporuje výstavbu nových bytových domů splňujících pasivní energetický standard. Podporována je i změna stavby stávajících bytových domů na energeticky pasivní standard. Podporované opatření B ‐ BD v pasivním energetickém standardu

Výše podpory 150 000 Kč /byt. jednotka

Program Zelená úsporám podporuje také zpracování projektů a výpočtů nezbytných pro realizaci opatření. O tuto podporu se žádá současně s žádostí o investiční podporu. Tato podpora je podmíněna schválením žádosti o podporu investiční akce a bude poskytována do vyčerpání financí vyčleněných pro tento účel, nejpozději však do 31. března 2010: B ‐ Podpora na projekt BD

40 000 Kč

C.1, C.2 ‐ Výměna neekologického vytápění za nízkoemisní zdroje na biomasu a účinná tepelná čerpadla, instalace nízkoemisních zdrojů na biomasu a účinných tepelných čerpadel do novostaveb V oblasti C.1 program Zelená úsporám podporuje výměnu stávajících neekologických zdrojů vytápění (uhlí, kapalná fosilní paliva, elektřina) za nízkoemisní zdroje na biomasu a účinná tepelná čerpadla. V oblasti C.2 program Zelená úsporám podporuje instalaci nízkoemisních zdrojů na biomasu a účinných tepelných čerpadel do novostaveb. Podporované opatření

Výše podpory

C.1 ‐ Výměna neekologického zdroje vytápěníza nízkoemisní zdroj na biomasu C.2 ‐ Instalace nízkoemisního zdroje na biomasu do novostaveb

25 000 Kč/byt. jednotka

C.1 ‐ Výměna neekologického zdroje vytápění za tepelné čerpadlo země ‐ voda, voda ‐ voda C.2 ‐ Instalace tepelného čerpadla země ‐ voda, voda ‐ voda do novostaveb


C.1 ‐ Výměna neekologického zdroje vytápění za tepelné čerpadlo vzduch ‐ voda C.2 ‐ Instalace tepelného čerpadla vzduch ‐ voda do novostaveb


88/104


Program Zelená úsporám podporuje také zpracování projektů a výpočtů nezbytných pro realizaci opatření. O tuto podporu se žádá současně s žádostí o investiční podporu. Tato podpora je podmíněna schválením žádosti o podporu investiční akce a bude poskytována do vyčerpání financí vyčleněných pro tento účel, nejpozději však do 31. března 2010: C.1 / C.2 ‐ Podpora na výpočet měrné potřeby tepla na vytápění

15 000 Kč/BD

C.1 / C.2 ‐ Podpora na projekt a na kontrolu správnosti provedení opatření

15 000 Kč/BD

C.3 ‐ Instalace solárně‐termických kolektorů (pouze pro přípravu teplé vody) V oblasti C.3 program Zelená úsporám podporuje instalaci solárních kolektorů, a to buď pouze k přípravě teplé vody, nebo k přípravě teplé vody a přitápění. Podporované opatření C.3 ‐ Solární systém pro přípravu teplé vody

Výše podpory 25 000 Kč/byt. jednotka

Program Zelená úsporám podporuje také zpracování projektu a na kontrolu správnosti provedení opatření. O tuto podporu se žádá současně s žádostí o investiční podporu. Tato podpora je podmíněna schválením žádosti o podporu investiční akce a bude poskytována do vyčerpání financí vyčleněných pro tento účel, nejpozději však do 31. března 2010: C.3 ‐ Podpora na projekt a na kontrolu správnosti provedení opatření

15 000 Kč

C.3 ‐ Instalace solárně‐termických kolektorů (pro přípravu teplé vody a přitápění) Podporované opatření C.3 ‐ Solární systémy pro přípravu teplé vody a přitápění

Výše podpory 35 000 Kč/byt. jednotka

Program Zelená úsporám podporuje také zpracování projektů a výpočtů nezbytných pro realizaci opatření. O tuto podporu se žádá současně s žádostí o investiční podporu. Tato podpora je podmíněna schválením žádosti o podporu investiční akce a bude poskytována do vyčerpání financí vyčleněných pro tento účel, nejpozději však do 31. března 2010: C.3 ‐ Podpora na výpočet měrné potřeby tepla

15 000 Kč

C.3 ‐ Podpora na projekt a kontrolu správnosti provedení opatření

15 000 Kč

89/104


D ‐ Dotační bonus Žadatele, který provede jednu z níže uvedených kombinací opatření (např. celkové zateplení a instalaci ekologického zdroje vytápění), ocení program Zelená úsporám dotačním bonusem. Podmínkou je současné podání žádostí na jednotlivá opatření. Kombinace opatření

Výše bonusu

A + C.1

50 000 Kč

A + C.3

50 000 Kč

B + C.3

50 000 Kč

C.2 + C.3

50 000 Kč

90/104


J. Závěry, doporučení, návrhy na opatření Na základě bilance možností, dostupnosti a variant využití obnovitelných zdrojů energie pro město Vsetín vyplývají následující závěry: Využitelné OZE ve Vsetíně jsou jak po stránce klimatických poměrů, tak po ekonomické stránce dle priorit následující: ¾ Biomasa ¾ Sluneční energie ¾ Tepelná čerpadla Z pohledu nejen ekonomického, ale i dostupnosti je zřejmá nevýhodnost: ¾ Vodní energie ¾ Větrné energie Pozn. Veškeré využití obnovitelných zdrojů energie by mělo být ovšem spojeno s návrhy úspor energií tak, aby vložené investice měly efektivní návratnost.

Návrhy opatření Dle požadavku zákona o hospodaření energií, číslo 406/2000 Sb. nechalo vypracovat město Vsetín na většinu budov ve své správě energetické audity. Tyto audity byly vypracovány převážně v roce 2000 a 2001, podle metodiky stanovené tímto zákonem. Tato metodika nezahrnovala posouzení možnosti využití obnovitelných zdrojů v budovách, na které byl tento audit zpracováván. Teprve v novelách k zákonu o hospodaření energií (č.359/2003, 694/2004 a 180/2005) byla stanovena povinnost auditorům vždy posoudit možnost využití obnovitelných zdrojů jako součást zprávy energetického auditu. Jako účelné se jeví podrobit všechny energetické audity pro budovy v majetku města během roku 2006 aktualizacemi podle v současné době platné legislativy. U budov, pro které tento audit zpracován nebyl, doporučuje se jeho provedení. (Podrobnější údaje jsou uvedeny v příloze č.1) Zpracování "Konceptu snižování emisí a imisí", jehož součástí bylo také vypracování "Územní energetické koncepce Zlínského kraje", zadal Zlínský kraj v červnu roku 2002 na základě požadavků zákonů č. 86/2002 Sb. o ochraně ovzduší a č. 406/2000 Sb. o hospodaření energií. Na řešení Konceptu byla Zlínskému kraji poskytnuta podpora ze Státního fondu životního prostředí (SFŽP) a České energetické agentury (ČEA). V červnu 2002 byla po výběrovém řízení

91/104


na zpracovatele Konceptu podepsána smlouva na dodání tohoto dokumentu.. Předání výstupů rozsáhlé zakázky proběhlo v květnu 2004. V souladu se zadáním zakázky Zlínským krajem a Státním fondem životního prostředí byly předány následující výstupy: Územní energetická koncepce Zlínského kraje: • Program snižování emisí Zlínského kraje • Program ke zlepšení kvality ovzduší Zlínského kraje • Program ke snížení emisí skleníkových plynů • Program specifických problémů kraje • Souhrnný akční program Zlínského kraje • Energetický informační systém a Datový model Konceptu Město Vsetín využilo v roce 2000 možnost získání příspěvku ze Státního programu a zadalo vypracování Územního energetického dokumentu pro město Vsetín. Vzhledem k tomu, že tento dokument byl vypracován dříve než v předcházejícím textu uvedená Územní energetická koncepce Zlínského kraje, bude nutno provést aktualizaci této koncepce. Zřejmě bude vhodné počkat na schválení poslaneckého návrhu změny Zákona o hospodaření energií, který je již ve třetím čtení a teprve potom rozhodnout o zadání aktualizace Územní energetickou koncepci pro Město Vsetín. Doporučuje se vypracování aktualizaci, případně novou energetickou koncepci Města Vsetína v návaznosti na připravovanou novelu Zákona o hospodaření energií. Následně vypracovat akční plány k realizaci cílů územní energetické koncepce. Tyto plány již musí obsahovat návrh konkrétních programů k realizaci krátkodobých a střednědobých strategických záměrů územní energetické koncepce ve smyslu Státní energetické koncepce, indikátory úspěšnosti programů, způsob realizace a monitoring výsledků. Součástí akčních plánů musí být návrh jejich aktualizace na základě dosažených dílčích cílů. Státní energetická koncepce na roky 2006 ‐ 2009 je součástí přílohy číslo 2 tohoto dokumentu. Zpracovat studii skutečně dostupné biomasy včetně vyhledávací studie na zřízení plantáží pro rychlerostoucí dřeviny s výhledem min. na 10 let produkce. Za účelné je v této souvislosti uvažovat o zřízení samostatného energetického prvku spalujícího biomasu ve městě Vsetíně (s možností kogenerace) či energetického prvku zapojeného na systém zásobování teplem ve městě. Jako pilotní studii zpracovat hodnocení možnosti osazení staveb města jak termo tak fotovoltaickými články včetně studie proveditelnosti, popř. studii řešící vybudování na školách s plochými střechami energetické plochy po celém půdorysu staveb.

92/104


Závěr Město Vsetín má v současné době jedinečnou příležitost realizovat s přispěním zdrojů z Evropské unie (hlavně s ohledem na dotační strategii EU) energetická opatření s výhledem na budoucích 20 až 30 let. Hlavními preferovanými zdroji obnovitelné energie by měla být sluneční energie a biomasa. Navržená opatření by jistě nezajistila nezávislost na fosilních – neobnovitelných zdrojích energie, ale s ohledem na zvyšující se politický i ekonomický tlak na využití OZE by jistě město mohlo dospět k výrazným úsporám. Příloha: Možnosti zpracování biomasy jako zdroje energie Kompostování v boxových bioreaktorech (EWA) Jedná se o stroj na zpracování biologicky rozložitelných odpadů (BRO), kalů z ČOV a ostatních bioodpadů (dle Nařízení 1774/2002 EC) pomocí řízené aerobní termofilní fermentace. Řízená termofilní aerobní fermentace směsi BRO a odpadní biomasy z agrárního sektoru a lesnictví, s možností biologického dosoušení fermentované směsi. Při zpracování většího množství bioodpadu se využívá tzv. skupinového nasazení aerobních fermentorů. V tomto případě je technologická linka osazena výměníkem tepla, který využívá nízkopotenciální odpadní teplo pro dosušování fermentátu v sousedních fermentorech. Fermentor ‐ před naskladněním kompostované směsi je zapotřebí materiál dobře homogenizovat a rozřezat na potřebné rozměry. Směs biologicky rozložitelných odpadů a strukturální (nasákavé) biomasy se naskladní do fermentoru. Optimální vlhkost zakládky při založení je mezi 50‐60%. Dostupnost vzdušného kyslíku aktivuje metabolický aparát aerobních bakterií přítomných v kalech. Aerací a překopáváním se do zakládky přivádí čerstvý vzduch. Vysoká úroveň metabolické aktivity a současné množení bakterií se projevuje zvyšováním teploty zakládky. V zakládce probíhá intenzivní termofilní aerobní fermentace, čímž se urychlují kompostovací procesy. Složité organické látky se rozkládají a přeměňují se v jiné. Díky optimálním podmínkám probíhá ve fermentoru bouřlivá biologická oxidace. Teplem, které se uvolňuje při exotermních reakcích, se zakládka zahřívá. Vzestup teploty v zakládce nad 70°C po definovanou dobu vede k inaktivaci přítomných mikrobů a patogenních organismů (viry, bakterie, kvasinky, plísně, prvoci, helminti), probíhá aerobní termofilní stabilizace a hygienizace zakládky. Počet mikroorganismů se snižuje a semena plevelů ztrácejí svou klíčivost. Další pokračování fermentace při teplotách okolo 50°C spolu s intenzivní aerací umožňuje tzv. biologické dosoušení zakládky. Běžný mísící poměr je 30 % hm. kalové složky a 70 % hm. biomasy. Pokud má biomasa nízkou vstupní vlhkost (slámy, hobliny), pak může být mísící poměr až 50:50. Fermentát určený k výrobě kompostů má vlhkost při vyskladnění cca 40 %. Pokud je fermentát určen k energetickým účelům, bývá konečná vlhkost cca 30 %. Doba zdržení zakládky ve fermentoru je v závislosti na charakteru zakládky a finálnímu výrobku 48–96 hod. 93/104


Schéma fermentoru Provoz fermentoru a řízení procesu Pracovní cyklus aerobního fermentoru se řídí na základě snímání provozních stavů a veličin, které charakterizují probíhající aerobní fermentaci. Jeden pracovní cyklus sestává ze 4 časově oddělených fází: Tabulka 1 ‐ Pracovní cykly fermentoru EWA Označení fáze 1. Fáze naskladňování 2. Fáze fermentace 3. Fáze biologického dosoušení 4. Fáze vyskladnění

Řízení provozu

Doba trvání

pracovník obsluhy bezobslužný provoz řízený PC bezobslužný provoz řízený PC pracovník obsluhy

2 hod 43 – 90 hod 48 hod 2 hod

Nejdůležitější fází je fáze vlastní fermentace. Inteligentní řízení je založeno na snímání měřených veličin, kterými jsou: ¾ teplota zakládky v celém profilu ¾ obsah kyslíku v odplynu ¾ obsah oxidu uhličitého v odplynu Řízení procesu je založeno na poznání hodnot při optimálním průběhu fermentace. Principem řízení je ovládání silových obvodů na základě aktuálních hodnot měřených veličin. Teplota zakládky se měří clonou speciálních teploměrů, které svým provedením odpovídají specifickému prostředí fermentoru. Vedle teploty zakládky se měří teplota odplynu a teplota vzduchu přiváděného k aeraci zakládky. Měřené hodnoty odplynu jsou teplota, obsah kyslíku a obsah oxidu uhličitého. Aktuální hodnoty se zaznamenávají a vyhodnocují průmyslovým počítačem. Řídící program spouští aeraci a překopávání při dosažení kritických hodnot měřených veličin. Oba plyny jsou v atmosféře ve vzájemném poměru a při procesu biologické oxidace organických substrátů dochází ke změnám v jejich koncentraci. Obsah kyslíku klesá, protože je spotřebováván. Naproti tomu stoupá obsah oxidu uhličitého, který konečným metabolitem aerobní oxidace uhlíkatých substrátů (Krebsův cyklus). Přes injektory umístěné uvnitř zakládky se do ní dodává potřebný vzduch. Tím je zabezpečen průběh fermentace v aerobních podmínkách. Pokud intenzivní aerace nepřináší očekávanou úpravu 94/104


koncentrací sledovaných plynů, je to signál, že fyzikální stav zakládky neumožňuje pokračování aerobní fermentace bez překopání zakládky. Tento stav může mít několik příčin. Může se jednat o zhutnění (slehnutí) zakládky, nebo došlo k nežádoucímu zbahnění, ke kterému mají některé zakládky sklon. V případě, že aerace nezabezpečí dostatečný přísun vzdušného kyslíku, je spuštěno překopání zakládky. Tím dojde k převrstvení zakládky a výměně plynů v pracovním prostoru fermentoru. Po tomto procesu je zakládka opět dostatečně propustná pro aeraci. Pokud je fermentát určen k energetickému využití, je žádoucí snížit obsah vody v zakládce na hodnotu cca 30 %. Ve druhé části fermentačního procesu se proto spouští režim biologického dosušování. Podstata spočívá v tom, že aerací se teplota zakládky sníží na teplotu kolem 50°C. V praxi to znamená, že se zvyšuje počet a intenzita aeračních cyklů. Jejich počet a doba trvání se koriguje v závislosti na teplotě vnějšího vzduchu. To je důležité, aby nedošlo k nežádoucímu podchlazení zakládky. Průběh teplot při dvou režimech fermentace uvádí následující obrázek. Modrá křivka zobrazuje průběh teplot ve fermentátu, který po vyskladnění dozrál v kompost. Červená křivka představuje teploty ve fermentátu, který byl vyroben s cílem energetického využití jako biopalivo. V tomto případě je typická fáze biologického dosušování, která probíhá v teplotním rozmezí 40–50 °C. Po ukončení hygienizačního a fermentačního procesu je sypané biopalivo za pomocí vyskladňovacího zařízení a korečkového elevátoru dopraveno do skladu paliva.

Obrázek 2 ‐ Průběh teplot během fermentace Základní parametry typového fermentoru

Výška Šířka Délka Hmotnost prázdný Hmotnost zakládky Pracovní objem Roční množství zpracované biomasy

2 896 mm 2 438 mm 12 192 mm 8 500 kg 12 000 kg 36 m3 1 250 tun 95/104


Energetická náročnost vztažená na 1t výstupních surovin Energetická náročnost vztažená na 1t vstupních surovin

4,8 kWh 3,8 kWh

Obrázek 3 a, b ‐ Hydraulický pohon přesuvného roštu, pracovní prostor fermentoru Obrázek 4 a, b‐ Celkový pohled, centrální řídící jednotka fermentoru Rekuperátor ‐ Pro využití tepla vzdušiny odcházející z fermentoru bude v prostorách haly instalován rekuperátor, což je výměník mezi teplým vzduchem odcházejícím z fermentoru a studeným vzduchem přiváděným z prostoru haly do fermentoru. Rekuperační výměník je zařízení pro zpětné získávání tepla z odváděného vzduchu v rozmezí +50°C až +80°C. Přiváděný a odpadní vzduch proudí podél teplosměnných ploch, kde dochází předání tepelné energie proudu odpadního vzduchu do proudu přiváděného vzduchu, který se tak předehřeje. Zásobník technologické vody – Do tohoto zásobníku bude přivedena kondenzující voda z rekuperátoru, kterou je možné použít k oplachu fermentačních zařízení. Součástí zásobníku 96/104


budou i čerpadla zajištující dopravu vody k místu spotřeby. Předpokládaná kapacita zásobníku 15m3. Biofiltr – Pro snížení obsahu pachových látek ve vzdušnině, která vystupuje z boxu bude součástí technologie biofiltr. Biofiltr je napojen na výstup z rekuperátoru a jeho úkolem je odstranit mikrobiálně odbouratelné znečištění vzduchu (organické nečistoty a pachy) pomocí mikroorganismů zachycených na nosném povrchu. Jako filtrační náplň biofiltru bude použit aktivní fermentát, který se po ztrátě filtrační schopnosti zpracuje ve fermentoru. Mechanizace Řezací a míchací zařízení (homogenizátor) – biomasa, a většina ostatních materiálů ukládaných do kompostovaných zakládek, vyžaduje v zájmu snadné homogenizace rozmělnění či drcení. Z velké části se jedná o drcení dřevních odpadů z údržby městské zeleně, balíků sena nebo slámy, atd. Požadovaná velikost částic závisí na charakteru suroviny. Obecně lze konstatovat: čím menší jsou částice surovin, tím větší je oxidační a styčná plocha částic a fermentační proces probíhá rychleji a účinněji čím surovina lépe degraduje, tím velikost částic v zakládce může být větší čím menší částice jsou do zakládky požadovány tím větší jsou ekonomické náklady na jejich rozmělnění Doporučená maximální délka vláknitých substrátů je do 80 mm. Rozměry štěpky jsou ideální 20×20×20 mm. Jedná se o nádobu, na jejímž dně jsou uloženy dva horizontální šneky velkého průměru, které se otáčí proti sobě. Pro lepší nařezání a rozdrcení dřevní štěpky a zeleného odpadu jsou po obvodu šneku instalovány řezací nože. Šneky jsou schopny zpracovat i větší množství dlouhostébelnatého materiálu a jsou uzpůsobeny i k rozebírání velkých kulatých balíků biomasy. Pohon šneků je zajištěn asynchronním elektromotorem. Nejdříve se do homogenizátoru dávkuje stébelnatý materiál a piliny. Po dokonalém rozřezání a promísení těchto komponent se dávkují odvodněné stabilizované čistírenské kaly maximálně do vlhkosti 85 %. Mezi nosným rámem a samostatnou míchací nádobou jsou uloženy 3 tenzometry. Tímto tříbodovým vážícím systémem je možno navážit 15 různých receptur s 15 komponenty. Vyprazdňování homogenizátoru je umístěno uprostřed stroje a může být řešeno na pravou či levou stranu. Výsledkem tohoto procesu je homogenní směs o maximálním rozměru jednotlivých komponentů 50 mm. Doba procesu homogenizace je závislá na konkrétním složení směsi. Tabulka 1 ‐ Technické parametry řezacích a míchacích zařízení od firmy Seko Model 4 600/200 ME

Objem

Délka

Výška

m3 mm 20 7 400

mm 2 400

Šířka mm 3 050

Příkon Výkon elektromotoru kg KW m3/h 7 200 90 55

Hmotnost

97/104


Obrázek 14 ‐ Homogenizátor ‐ vlevo fotografie zařízení, vpravo detail pracovních šneků Kompostování v pásových hromadách s nucenou aerací Systém COMPOnent – technologie intenzivní aerace vhodná pro výrobu kompostů pro energetické využití Jedná se o systém řízení a kontroly výroby kompostu, který je monitorován prostřednictvím zpracovaného software, pomocí kterého je tento proces optimalizován. Jde o flexibilní stavebnicový systém, který se nastaví na speciální požadavky kompostovacího procesu. Základem systému je COMPOair, což je vzdušnící systém. Tento systém je založen na betonových provzdušňovacích rourách a speciální kónické vzduchové trysky zaručují stejnoměrný přísun vzduchu i při velkých délkách vedení a při současné redukci nebezpečí ucpání. Otvory trysek probíhá odvedení procesní a průsakové tekutiny, což zabraňuje zamokření paty zakládky. Zdrojem přísunu vzduchu je speciální ventilátor. Systém provzdušňovacích rour a ventilátorů je doplněn zápichovými teploměry s radiovým přenosem snímacího profilu zakládky a programovatelném zařízení jako kontrolní a řídící jednotka mezi ventilátory a zápichovými teploměry. Tento systém může být použit v rámci klasické nezastřešené kompostárny nebo v kombinaci s halovou kompostárnou. Zakrytým zařízením, kde je použit systém COMPOnent, jsou zařízení newEARTH budované ve Velké Británii v kombinaci s překopávačem UNI 4001. Tento systém by mohl být použit i v kombinaci s kompostovacími žlaby firmy Backhus, případně s jinými intenzifikovanými technologiemi. Technologické uspořádání Oblouková hala ‐ pro stavební objekt kryté výrobny biopaliva lze použít lehkou montovanou ocelovou halu tvaru U s opláštěním technickou textilií. Haly typu U jsou se svislými stěnami a obloukovou střechou v modulovém provedení ‐ tím lze docílit libovolné délky haly řazením jednotlivých modulů za sebou. Přednosti tohoto typu hal jsou v jednoduché montáži a suchém procesu výstavby, dále v nízkých pořizovacích nákladech a vysoké užitné hodnotě. Modulová koncepce navíc umožňuje pozdější případné rozšíření haly event. přidáním dalších modulů. Textilní opláštění navíc klade nižší nároky na ocelový skelet haly. 98/104


Podklad haly je tvořen zpevněnou plochou a betonem s asfaltovým povrchem z důvodu oplachu povrchu. V podlaze jsou dále integrovány aerační kanály pro aeraci zakládek. Skelet haly tvoří příhradová ocelová konstrukce bočních stěn a střechy. Vzhledem k plánované technologii kompostárny, která je zatížená významným odparem vody, je nutné použít profily v provedení z nerezové oceli, popř. s povrchovou úpravou zinkováním. Rozpon navrhované haly bude 18 m, délka haly 35 m. Celkovou výšku bočních stěn navrhujeme 4 m ‐ do výšky 2,5 m je tvořena lehkými betonovými panely. Vrcholová výška haly bude 7,2 m. Opláštění haly je provedeno technickou textilií PES s oboustranným nánosem PVC, chráněna lakováním. Textilní plášť je nepropustný pro vodu, ale zaručuje velmi dobrou propustnost pro světlo. Obě čelní stěny jsou rovněž kryty technickou textilií a jsou vybaveny rolovacími vraty.

Ilustrační foto hal Provzdušňovací systém COMPOair ‐ představuje srdce systému, zajišťuje aerobní průběh kompostování kontrolovaným přívodem vzduchu nezávisle na cyklech překopávání. Provzdušňovací systém zahrnuje ventilátory speciálně přizpůsobené pro provoz kompostárny a betonové vysokozátěžové provzdušňovací roury pro rovnoměrné rozdělení vzduchu pod tělesem zakládky. Použitím vysoce kvalitního betonu je betonová provzdušňovací roura odolná proti mechanické, biologické i chemické zátěži. Přejíždění kolovým nakladačem nebo návěsovou soupravou neznamená díky dodržení mostové klasifikace I (ÖNORM B4002) příp. změny zatížení 60 (DIN 1072) žádný problém. Speciální kónicky formované vzduchové trysky zaručují stejnoměrný přísun vzduchu i při velkých délkách vedení při současné redukci nebezpečí ucpání. Otvory trysek probíhá také odvedení procesní a průsakové vody, což může úspěšně zabránit zamokření paty zakládky (při zamokření tvorba anaerobních zón ‐ snížení komínového efektu). Vejčitý průřez profilu umožňuje i při malých množstvích průsakové vody vysokou průtokovou rychlost. Na každém konci provzdušňovacího kanálu je umístěna jímka procesních vod, která je přes „sifon“ napojena na centrální jímku. V případě kdy je nutné snížit hlukové emise vznikající provozem ventilátorů je možno celou baterii provzdušňovacích ventilátorů umístit do uzavřeného odhlučněného ISO kontejneru.

99/104


Provzdušňovací betonové roury Pro odvod teplého vzduchu a vodních páry z haly je pod stropem haly instalováno vzduchotechnické potrubí. Pro snížení obsahu pachových látek ve vzdušině, která je odsávána z haly a z paty zakládky, bude součástí technologie biofiltr. Jeho úkolem je odstranit mikrobiálně odbouratelné znečištění vzduchu (organické nečistoty a pachy) pomocí mikroorganismů zachycených na nosném povrchu. Jako filtrační náplň biofiltru bude použit aktivní fermentát, který se po ztrátě filtrační schopnosti zpracuje ve fermentoru. Pro výraznější snížení emisí zátěžových plynů do atmosféry je před biofiltr zařazeno zařízení na vymývání amoniaku pomocí slabého roztoku kyseliny sírové. Obrázek 7 ‐ Kontejner s provzdušňovacími ventilátory

100/104


Obrázek 8 ‐ Vzduchotechnické potrubí umístěné pod střechou haly

Obrázek 9 – Provzdušňovací ventilátory

Obrázek 10 ‐ Kontejnerový a betonový biofiltr

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

Mezi hlavní výhody provzdušňovacího systém patří: kontrolovaný přívod vzduchu vysoce odolný proti mechanickým, biologickým a chemickým zásahům kuželové provzdušňovací trysky i u dlouhého vedení stejnoměrné rozdělení vzduchu inovativní stavebnicový systém pro každou velikost zařízení snadné uložení při nízkých stavebních nákladech vejčitý průřez pro optimální odvod průsakové vody

101/104


Systém měření teplot ‐ teplota představuje důležitou indikační hodnotu pro optimální průběh kompostování a je podle zákona používána jako důkaz provedené hygienizace. Při základním nastavení sondy měří teplotu každou hodinu až v 5ti místech průřezu zakládky a posílá údaje o teplotě pomocí rádiového signálu do řídící stanice (jiné měřící intervaly se dají naprogramovat přímo na čidle). Senzor je tak použitelný v každém bodě kompostárny, není omezen žádnou délkou kabelu. Speciální akumulátory vhodné pro provoz kompostárny umožňují životnost delší než 5 let. Nabíjení není nutné (žádný náhradní záznam teploty během této doby není nutný). K zabezpečení provozní spolehlivosti jsou používány stabilní teplotní sondy TML5 z ušlechtilé oceli. Každá sonda je individuálně programovatelná, tudíž je každá naměřená hodnota teploty ihned přiřazena příslušné šarži. Mezi hlavní výhody systému měření teplot patří: ¾ online sledování teploty rádiovým přenosem ¾ bezkabelový přenos údajů o teplotě ¾ stabilní sondy z kvalitní ušlechtilé oceli ¾ nízké nároky na údržbu ¾ sledování teploty v jednotlivých šaržích ¾ měření teplotního profilu až v 5 zónách Naměřené hodnoty teplot jsou bezdrátově posílány do řídící jednotky, kde jsou průběžně vyhodnocovány a jsou použity jako řídící parametr k řízení času provzdušňování. Tato jednotka představuje řídící centrálu provzdušňovacího systému. Pro každou zakládku je v závislosti na změřené teplotě regulováno provzdušňování ventilátory. Tak je proces fermentace řízen individuálně pro každou zakládku podle naměřených hodnot. Srdcem řízení procesu je programovatelná jednotka s obslužným panelem pro znázornění parametrů a jejich změnu. Řídící jednotka dále zahrnuje komplet s propojeným skříňovým rozvaděčem s předmontovaným 3pólovým jističem (LS a FI) k jištění každého motoru i programovatelné jednotky. Na přehledném plochém displeji je ihned znázorněn pracovní modus ventilátorů (provzdušňování, pauzy, poruchy). Změna mezi rovinami probíhá pouze lehkým stlačením symbolu. Tak mohou být řídící parametry bez komplikovaného ovládání tlačítek nebo kombinací šipek rychle a snadno změněny.

Panel řídící jednotky

102/104


Řídící jednotka je přímo spojena s jednotkou záznamovou, která za pomocí srozumitelné a přehledné grafiky znázorňuje měřené údaje jednotlivých zakládek. V hlavním přehledu jsou znázorněny všechny zakládky s monitorováním teploty. Kliknutím myši je pak možné nahlédnout do detailu každé zakládky. Vždy jsou znázorněny aktuální přímo naměřené teploty s jejich minimálními, maximálními a průměrnými hodnotami, které jsou pro kontrolu procesu a jeho řízení důležité. Také je znázorněn pracovní stav ventilátorů (pauzy, provoz, poruchy). V náhledu jednotlivých zakládek jsou navíc všechny naměřené teploty graficky znázorněny. Kontrola hygienizace je pak snadno proveditelná. V provozu je možné zvolit mezi režimy: ¾ Všechno vypnuto ¾ Manuálně (zapnuto / vypnuto) ¾ Intervaly (zadání fixních časů provzdušňování a přestávek) ¾ Teplota (provzdušňování a přestávky jsou závislé na naměřené teplotě zakládek) Obsluha je snadná. Stačí jednoduché kliknutí myší, abychom přešli do jiného režimu nebo zadali příslušné řídící parametry. Pro dosažení co možná nejvyššího stupně automatizace jsou data o teplotě jednotlivých šarží předána přímo do záznamové jednotky, kde jsou dále zpracována. Grafické znázornění průběhu kompostovacího procesu

Překopávač kompostu – Překopávání kompostu je jednou z nejdůležitějších operací v celém technologickém postupu kompostování. Jeho hlavním účelem je provzdušnit kompost a tím dosáhnout řízené mikrobiální činnosti. Požadavky na konstrukční řešení překopávačů vyplývají zejména z charakteru zpracovávaných surovin a z objemu produkce. Mezi nejdůležitější požadavky patří: ¾ kvalitní promísení a provzdušnění surovin v celém profilu zakládky ¾ možnost regulace pracovní rychlosti ¾ částečné rozmělňování zpracovávaných surovin ¾ formování překopávaných surovino zakládek rozměrově určeného profilu ¾ dobrá manévrovatelnost a pojezdové vlastnosti pro pohyb na pracovní ploše Pro potřeby navrhované kompostárny je navržen závěsný překopávač Trac‐Turn 3,7 od rakouské firmy Seiringer. Výkon tohoto stroje je 1500m3/hod při maximální šířce zakládky 3,7 m a výšce 2,3 m. Mezi jeho základní výhody patří to, že nepotřebují mezi 103/104


kompostovanými hromadami žádný manipulační prostor. Tím je umožněno vysoké využití kompostovací plochy. Obrázek 15 a, b ‐ Detaily navrhovaného překopávacího stroje

104/104

Studie. využití obnovitelných zdrojů energie Vsetín

Recommend Documents