Obnovitelná energetika
EUROPEAN CENTRE FOR ECOLOGY AND TOURISM
www.eceat.cz Autoři: Mgr. Ivo Solař, Ing. Jiří Heger, Ing. Zbyněk Bouda
Evropský zemědělský fond pro rozvoj venkova: Evropa investuje do venkovských oblastí
Modul OE 01 - Energetické úspory Mgr. Ivo Solař Obsah: 1. Růst spotřeby energie a jeho důsledky ............................................................................................... 2 1.1 Dopady růstu spotřeby energie na životní prostředí ..................................................................... 2 1.1.1 Exploatace světových zásob fosilních paliv ........................................................................... 2 1.1.2 Produkce odpadů při těžbě, výrobě a spotřebě energie ........................................................ 2 1.1.3 Znečištění vodních prostředí při těžbě ropy .......................................................................... 2 1.1.4 Dopady znečištěného životního prostředí na zdraví lidské populace.................................... 2 1.1.5 Znečištění atmosféry polutanty vznikajícími při výrobě energie ............................................ 3 1.1.6 Sekundární jevy znečištění atmosféry ................................................................................... 3 1.1.6.1 Kyselá atmosférická depozice, její přímé dopady a okyselování vod a půd ..................... 3 1.1.6.2 Narušení ozónové vrstvy .................................................................................................... 3 1.1.6.3 Skleníkový efekt a výskyt přízemního ozónu ...................................................................... 3 1.1.6.4 Vznik smogu ....................................................................................................................... 3 2. Úpory energie ...................................................................................................................................... 4 2.1 Technologické úspory a technická opatření .................................................................................. 4 2.1.1 Osvětlení ................................................................................................................................ 4 2.1.1.1 Žárovky ............................................................................................................................... 5 2.1.1.2 Lineární zářivky ................................................................................................................... 5 2.1.1.3 Kompaktní zářivky .............................................................................................................. 5 2.1.1.4 Požadavky na svítidla ......................................................................................................... 6 2.1.1.5 Vhodný typ svítidla .............................................................................................................. 6 2.1.1.6 Osvětlovací soustava .......................................................................................................... 7 2.1.1.7 Vliv ovládání osvětlovacích soustav na spotřebu elektrické energie.................................. 7 2.1.2 Elektrospotřebiče o vyšších příkonech .................................................................................. 8 2.1.2.1 Energetický štítek ............................................................................................................... 8 2.1.2.2 Elektrický sporák ................................................................................................................. 9 2.1.2.3 Chladničky a mrazničky .................................................................................................... 10 Kalkulace spotřeby: nová lednička za 20 000 Kč vs. stará lednička ............................................ 10 2.1.2.4 Pračky, sušičky prádla, žehlení ........................................................................................ 11 2.1.2.5 Myčky nádobí .................................................................................................................... 12 2.2 Šetření energie ............................................................................................................................ 14 2.3 Zadržování energie ..................................................................................................................... 14 2.3.1 Objekty s nízkou energetickou náročností ........................................................................... 15 2.3.1.1 Nízkoenergetické stavby = 12x méně energie ................................................................. 15 2.3.1.2 Izolace pasivního domu .................................................................................................... 16 2.3.1.3 Investice do stavby pasivního domu? ............................................................................... 16 2.3.1.4 Využití přírodních faktorů .................................................................................................. 16 2.3.2 Izolace .................................................................................................................................. 17 2.3.2.1 Rozdělení zateplovacích systémů .................................................................................... 17 2.3.2.2 Základní podmínky pro úspěšnou realizaci zateplení ...................................................... 18 2.3.2.3 Přínosy zateplení .............................................................................................................. 19 2.3.2.4 Nevýhody zateplení .......................................................................................................... 19 2.3.3 Finanční analýza úspor ........................................................................................................ 20 2.3.4 Princip rekuperace ............................................................................................................... 20 3. Literatura ....................................................................................................................................... 21
1
1. Růst spotřeby energie a jeho důsledky Aktuálním trendem a současně globálním ekologickým problémem je nárůst spotřeby energie. Ceny energií trvale vzrůstají v důsledku omezených světových zásob fosilních paliv. Jejich spotřeba navíc vyvolává nutnost dalších investic do ochrany životního prostředí na regionální i globální úrovni. V souvislosti s tímto růstem se náklady na energii stávají stále významnější položkou ve výdajích domácností, drobných podnikatelů, podniků i městských a obecních rozpočtů. Úspory energie a snižování nákladů za energie jsou významným zdrojem úspor pro spotřebitele. Vedlejším avšak velmi důležitým přínosem z realizovaných opatření je dodržování principu udržitelného rozvoje, například nižší spotřeba vody, snížení emisí škodlivin a skleníkových plynů, minimalizace dopadů znečištěné atmosféry a dalších složek životního prostředí na lidskou populaci, snadnější údržba a provoz zařízení.
1.1 Dopady růstu spotřeby energie na životní prostředí 1.1.1 Exploatace světových zásob fosilních paliv -
při současném tempu těžby jsou odhadovány světové zásoby uhlí na několik desítek let, zásoby ropy na stovky let, spalováním uhlovodíků se znehodnocují suroviny využitelné pro chemický průmysl, farmakologii a další odvětví, kde by bylo využití těchto surovin efektivnější
1.1.2 Produkce odpadů při těžbě, výrobě a spotřebě energie -
-
jakákoliv těžební činnost sebou přináší ekologické problémy při skrývkách a ukládání nadložní zeminy, hlušiny, zásahy do krajiny a hydrologického režimu při spalování vznikají další polutanty (prachové částice, oxidy síry, dusíku, aerosoly, těžké kovy a radioaktivní izotopy) emitované především do atmosféry, kde způsobují sekundární znečištění dalšími odpady jsou velká množství popílku ukládaného na skládky, ten se vyznačuje obrovskou absorpční schopností pro jiné chemické látky, které mohou být postupně uvolňovány a vytvářet následná rizika
1.1.3 Znečištění vodních prostředí při těžbě ropy -
při těžbě a přepravě ropy dochází k únikům ropných látek, nehodám a haváriím, které představují obrovské katastrofy pro organismy ve vodních ekosystémech jedna šestina celkové rozlohy oceánu je trvale pokryta ropným filmem, což znemožňuje existenci a funkce planktonu, tato skutečnost vede k omezení globální produkce kyslíku a absorpce oxidu uhličitého a změnám v potravních řetězcích vodních ekosystémů, v konečném důsledku i zmenšování potravních zdrojů pro člověka
1.1.4 Dopady znečištěného životního prostředí na zdraví lidské populace -
přítomnost cizorodých látek v jednotlivých složkách životního prostředí člověka vede k prokazatelným vlivům na lidské zdraví projevuje se především zvýšenou citlivostí populace k civilizačním chorobám, alergiemi, zhoubnými novotvary, genetickými poruchami, reprodukčními problémy a abnormalitami
2
1.1.5 Znečištění atmosféry polutanty vznikajícími při výrobě energie -
při spalování fosilních paliv se emitují látky způsobující primární znečištění atmosféry jedná se především o aerosolové a prachové částice, oxidy síry a dusíku, těžké kovy, uhlovodíky, organické perzistentní polutanty a další látky jejich dopady na člověka jsou jednak přímé (lidské zdraví) a jednak nepřímé (ztráty na produktivitě ekosystémů, koroze konstrukcí a budov, eroze památek) jejich další reakce v atmosféře vyvolávají jevy sekundárního znečištění
1.1.6 Sekundární jevy znečištění atmosféry 1.1.6.1 Kyselá atmosférická depozice, její přímé dopady a okyselování vod a půd -
-
reakcemi primárních znečištěnin vznikají v atmosféře kyselé látky, které se dostávají na zemský povrch a způsobují přímou destrukci rostlin i lidských výtvorů a obecné okyselování půd a vod důsledkem okyselování je snižování produkční hodnoty půd, změna chemických vlastností půd, vyplavování toxických iontů, vymírání druhů citlivých na změny pH vod a kolapsy celých vodních ekosystémů
1.1.6.2 Narušení ozónové vrstvy -
-
některé primární polutanty atmosféry es dostávají do stratosféry a zde rozkládají molekuly ozonu, toto vede k zeslabování ozonové vrstvy a následným jevem je pronikání vysokoenergetického UV záření na zemský povrch UV záření způsobuje negativní jevy, například rozklad chlorofylu a tím snížení rozsahu fotosyntézy, genetické mutace buněk vedoucí až k výskytu rakoviny u živočichů a lidí, chemické změny v přízemní vrstvě troposféry apod.
1.1.6.3 Skleníkový efekt a výskyt přízemního ozónu -
-
některé látky produkované při spalování paliv se vyznačují vysokou absorpcí dlouhovlnného tepelného záření, tento jev je označován jako skleníkový efekt a může vést ke globálním klimatickým změnám jež vyvolají následné důsledky v rozložení hydrosféry na povrchu planety, migraci rostlin a živočichů, změny mořských proudů, abnormální výskyt atmosférických poruch a tím ohrozit samu existenci lidstva pronikající UV záření a intenzivní spalování paliv v dopravě vyvolává výskyt ozonu v přízemní vrstvě atmosféry, problémem je přímá toxicita ozonu pro rostliny i organismy včetně člověka
1.1.6.4 Vznik smogu -
-
smogem je označována disperzní soustava, kde jsou v plynné fázi rozptýleny pevné nebo kapalné částice, tato vzniká v důsledku nepříznivých inverzních meteorologických situací, kdy není možný rozptyl znečišťujících látek podle typu je smog dráždivý vůči dýchací soustavě nebo sliznicím a způsobuje velmi intenzivní zdravotní problémy v hustě obydlených oblastech.
Klíčová slova: růst spotřeby energie, negativní ovlivnění životního prostředí
3
2. Úpory energie Podle údajů energetických firem je současná spotřeba energie v českých domácnostech podle účelu rozčleněna podle přiloženého grafu.
Z tohoto lze odvodit, že největší podíl na spotřebě energie má vytápění a je zde největší prostor pro realizaci úsporných opatření, ačkoli i v dalších oblastech jsou přínosy vždy velmi patrné. Podle principu lze rozdělit úspory energie do tří kategorií. 1) technologické úspory a technická opatření 2) šetření energií 3) zadržování energie Technologické úspory představují pro spotřebitele využívání pokročilých technologií a moderních spotřebičů, které oproti klasickým, v minulosti používaným se vyznačují podstatně nižší spotřebou energie a dalších vstupních zdrojů (vody, pomocných látek, chemických prostředků apod.). Šetření energií znamená nutnost využívat nezbytně nutné energetické nároky. Nejlacinější energie je energie, kterou nemusíme vyrobit. Zadržování energie je současným trendem při využití stavebních faktorů, materiálů a metod pro konstrukci objektů, budov, staveb.
2.1 Technologické úspory a technická opatření 2.1.1 Osvětlení Volbu svítidla a světelného zdroje bychom měli v první řadě podřídit požadavku na zrakový výkon a zrakovou pohodu. Hladiny osvětlení pro různé činnosti člověka jsou předepsány normami, předpisy nebo doporučeními. Bylo zjištěno, že nedodržováním předepsaných hodnot osvětlení se snižuje produktivita práce, roste úrazovost, nehodovost atd. Dále je třeba se zaměřit na to, aby osvětlení bylo energeticky a ekonomicky úsporné. Energetickou spotřebu elektrického osvětlení můžeme ovlivnit zejména volbou vhodných světelných zdrojů, konstrukcí a materiálem svítidel, způsobem osvětlení, úpravou ploch ovlivňujících osvětlení prostoru, osvětlovací soustavou a způsobem ovládání a regulace osvětlení. Základními světelnými zdroji používanými v domácnostech jsou následující typy: - žárovky - lineární zářivky - kompaktní zářivky
4
2.1.1.1 Žárovky Nejznámější, nejrozšířenější, ale nejméně energeticky hospodárné jsou klasické žárovky. U nich se přemění na světlo pouze 3 % (!) spotřebované elektrické energie a zbytek je přeměněn na ztrátové teplo. Abychom mohli energetickou spotřebu snížit, je vhodné používat pokud možno žárovky reflektorové s usměrněným světelným tokem, které jsou označovány písmenem R a číslem udávajícím průměr reflektoru v mm (např.R63). Životnost žárovek je cca 1000 provozních hodin. Pokud máme žárovku ukrytu ve svítidle a není ve směru přímého pohledu, měla by mít větší příkon než 25 W (netýká se to ovšem žárovek pro osvětlení chladničky nebo trouby u elektrického sporáku). Když máme žárovku umístěnu v úhlu přímého pohledu, je vhodné, aby tato žárovka byla matovaná (tzv. mléčná žárovka). Nejnovější typy žárovek jsou opálové se speciálním pokrytím zachovávajícím jejich plný světelný tok a přitom nás neoslňují.
2.1.1.2 Lineární zářivky Dalším často využívaným světelným zdrojem jsou klasické lineární zářivky, jejichž nezbytnou součástí je zapalovací zařízení (tzv.předřadník), které se skládá z tlumivky, startéru a kompenzačního a odrušovacího kondenzátoru. Technicky dokonalejší je elektronický předřadník, který má v porovnání s klasickým předřadníkem o 8 až 10 W nižší příkon (u lineárních zářivek) a umožňuje nám zároveň prodloužit životnost zářivky a zvýšit světelný tok asi o 15 %.
2.1.1.3 Kompaktní zářivky V současné době se začínají ve větší míře používat pro osvětlení kompaktní zářivky, ve kterých je spojena v jeden celek zářivka a elektronický předřadník.Tato energeticky úsporná svítidla lze našroubovat do běžné objímky místo klasické žárovky. Kompaktní zářivky jsou asi pětkrát účinnější než žárovky a uspoří až 80 % (!) elektrické energie při stejné hladině osvětlení. Také životnost kompaktních zářivek (cca 8.000 hodin) je oproti žárovce vyšší. Příklad: Jestliže nahradíme klasickou žárovku o příkonu 100 W kompaktní zářivkou, která má při stejné hladině osvětlení příkon 20 W, tak při ročním provozu 1.000 hodin uspoříme 80 kWh elektřiny. Během životnosti kompaktní zářivky můžeme uspořít 640 kWh elektrické energie, to je při současné ceně elektřiny (1,74 Kč/kWh) úspora 1.113,6 Kč. Z tohoto příkladu je patrné, že i při vysoké ceně kompaktní zářivky se její pořízení do domácnosti vyplatí. Dále musíme počítat také s tím, že bychom museli během této doby zakoupit sedm žárovek, protože mají uvažovanou životnost 1.000 hodin.
5
2.1.1.4 Požadavky na svítidla Základním úkolem účelových svítidel je dosažení maximální provozní světelné účinnosti při prostorovém rozložení světelného toku, který je optimální pro daný účel. To znamená, že pro každý prostor a danou práci se hodí jiný typ svítidla, který musí současně splňovat tyto požadavky: • • • • •
rozložení jasů v prostoru omezení oslnění směr a stínivost světla a podání tvarů barvu světla a podání barev předmětů množství světla další psychofyziologické podmínky pro zrakovou činnost
Konstrukce svítidel je proto rozmanitá. Můžeme v obchodech uvidět například svítidla, která usměrňují světelný tok do určitého prostoru (reflektory – využívající odrazu, prostupu a lomu světla, nebo difuzory – využívající prostupu a rozptylu světla).
2.1.1.5 Vhodný typ svítidla Obývací pokoj Pro celkové osvětlení místnosti je vhodné například závěsné svítidlo s rozptylným stínidlem, ve kterém jsou osazeny žárovky nebo kompaktní zářivky. Celkové osvětlení můžeme řešit rovněž jako nepřímé s lineárními zářivkami teple bílé barvy. Pro místní osvětlení ke čtení, sledování televize nebo k osvětlení pracovního stolu se používají svítidla nástěnná, stojanová, případně s nastavitelnými rameny. Jako světelné zdroje lze použít žárovky nebo kompaktní zářivky. Kuchyně Celkové osvětlení lze řešit podobně jako v obývacím pokoji. Pro osvětlení pracovní plochy kuchyňské linky je vhodné svítidlo se zářivkou barvy bílé nebo teple bílé. K osvětlení jídelního stolu je možno doporučit stahovací svítidlo s kompaktní zářivkou. Koupelna Celkové osvětlení je možno zajistit stropním zářivkovým svítidlem s teple bílou barvou zářivek. Osvětlení zrcadla je vhodné provést dvěma stejnými svítidly s kompaktní zářivkou, umístěnými symetricky po obou stranách zrcadla, nebo jedním svítidlem s lineární zářivkou, které osadíme nad zrcadlo tak, aby nás neoslňovalo. Dětský pokoj Při osvětlení dětského pokoje se dělá nejvíce chyb. Jestliže má dítě nevhodné osvětlení pro svou činnost, má snahu se naklánět, kroutit a přesedávat tak, aby si samo zlepšilo podmínky vidění. Vadné osvětlení může být proto příčinou deformací páteře, bolesti hlavy, špatné nálady a zánětu spojivek. Základem dětského pokoje je celkové osvětlení, které má svítit trvale při všech činnostech a se značnou intenzitou. Proto je nejvhodnější stropní zářivkové svítidlo s krytem a se zářivkami teple bílé barvy.
6
Pro místní osvětlení pracovního stolu je vhodné použít stolní nebo nástěnné svítidlo s pohyblivým ramenem, které umístíme z levé strany (pro leváky z pravé strany) s kompaktní zářivkou teple bílé barvy. Ložnice Pro celkové osvětlení a k vytvoření příjemné atmosféry pro odpočinek a uvolnění jsou vhodná svítidla smíšená, s dobrým cloněním zdroje světla. Osvětlení u lůžka (např.pro čtení) vyřešíme stolním nebo nástěnným svítidlem. Předsíň, hala, šatna Pro osvětlení těchto prostorů používáme zásadně celkové osvětlení stropním zářivkovým svítidlem. Pokud vykonáváme v těchto prostorách i nějakou další speciální činnost, použijeme vhodné místní osvětlení.
2.1.1.6 Osvětlovací soustava Osvětlovací soustava je tvořena: • • •
svítidly se světelnými zdroji jejich příslušenstvím elektrickým rozvodem ovládáním
Volba osvětlovací soustavy ovlivňuje nejen zrakový výkon, ale také energetické a ekonomické faktory osvětlení.
2.1.1.7 Vliv ovládání osvětlovacích soustav na spotřebu elektrické energie Ovládání osvětlovacích soustav může nejen zvýšit komfort uživatelů, ale může mít také vliv na spotřebu elektrické energie na osvětlení. Většina lidí si rozsvítí umělé osvětlení, aby měla dostatek světla pro svoji činnost, ale málo kdo osvětlení vypne, když je již nepotřebuje. Z tohoto důvodu se v praxi stále častěji využívá automatické spínání osvětlení pomocí fotočidel (v závislosti na hladině denního osvětlení) a pomocí pohybových čidel (podle pohybu osob v osvětlovaném prostoru). Osvětlení je pak v provozu pouze, když je potřeba, ale pokud svítí, tak naplno. Podle některých údajů specialistů je možné využitím kombinace fotočidel a pohybových čidel snížit energetickou náročnost osvětlovacích soustav o 40 až 60 %. Další možností je spojení uvedeného automatického spínání osvětlení se stmíváním. Tímto způsobem je pak možno náklady na elektrickou energii snížit až o 70 %. Účelné osvětlení znamená, že osvětlujeme jen ty místnosti a nebo jejich části, kde je osvětlení zapotřebí. Osvětlení je třeba odstupňovat podle předpokládaných činností a funkcí a přizpůsobit jej jejich změnám. Nesvítíme tedy zbytečně na takovém místě a takovou intenzitou, kde to není opodstatněno. Z tohoto důvodu navrhujeme vždy soustavu svítidel a jejich zapínáním a vypínáním přizpůsobíme a regulujeme osvětlení podle toho, zda odpočíváme a chceme jen tlumené intimní osvětlení, nebo zda se věnujeme náročné pracovní činnosti, která vyžaduje vysokou úroveň osvětlení pracovní plochy nebo předmětu.
7
K tomuto účelu se zřizuje tzv. místní osvětlení, které zvyšuje úroveň osvětlení v daném místě. Musí být řešeno tak, aby dostatečně osvětlilo celou potřebnou plochu (například jídelní nebo pracovní stůl), ale přitom neoslňovalo ostatní uživatele místnosti. Nejhospodárnější jsou přímá svítidla, která používáme pro intenzivní místní osvětlení a jejichž většina světelného toku je směrována na pracovní rovinu. Pro celkové osvětlení a k vytvoření příjemné atmosféry pro odpočinek a uvolnění jsou vhodnější svítidla smíšená, s dobrým cloněním zdroje světla. Nejméně hospodárné je nepřímé osvětlení, a proto jej používáme pouze výjimečně (například pro určitý estetický záměr). Podmínky světelné pohody spoluvytvářejí všechny plochy místnosti (stěny, strop, podlaha, ale také nábytek a jeho doplňky) a proto volíme jejich barvy ve světelných tónech, které mají vyšší stupeň světelné odraznosti.
2.1.2 Elektrospotřebiče o vyšších příkonech Při výběru domácího elektrospotřebiče bychom se mimo jiné měli zajímat, jaký má daný přístroj příkon. Jestliže nechceme naši peněženku zbytečně zatěžovat vyššími poplatky za elektřinu, měli bychom kupovat elektrospotřebiče energeticky nenáročné. To platí zejména pro spotřebiče o vyšších příkonech. Mezi přístroje o vyšších příkonech patří : • • • • • • • • •
elektrický sporák sklokeramický varný panel automatická pračka chladnička a mraznička myčka nádobí vysavač žehlička fén sušička prádla
2.1.2.1 Energetický štítek K tomu, abychom se dokázali při nákupu nového elektrospotřebiče správně zorientovat, by měl i u nás v blízké budoucnosti sloužit tzv. energetický štítek (v Evropě známý pod názvem Euro-Label). Ten obsahuje údaje o energetické náročnosti provozu získané měřením nezávislou komisí. Tato komise při měřeních vychází ze schválených metodik podle evropské normy testování. Vzhled energetického štítku je sjednocen ve všech zemích, které přistoupily k dohodě. Pro rychlou orientaci zákazníka jsou na štítku barevné pruhy s písmeny A až G, kde označení A, B, C patří mezi zařízení úsporná a označení E, F, G mezi méně úsporná. Dále jsou
8
zde uvedeny údaje o spotřebě energie, výrobce a další údaje, které jsou pro zákazníka při výběru spotřebiče důležité. V brzké době by měly být energetickými štítky opatřeny veškeré domácí elektrospotřebiče, které jsou prodávány na našem trhu.
2.1.2.2 Elektrický sporák Při volbě elektrického sporáku je vhodné se nejdříve zamyslet, co vlastně od nového pomocníka v kuchyni očekáváme. Stačí nám jenom dvě základní funkce: vaření a pečení? • • • •
Chceme klasické litinové plotny a nebo sklokeramický varný panel? Budeme chtít v troubě grilovat? Potřebujeme mít horkovzdušnou troubu? Musíme mít elektronickou regulaci pečící trouby?
Až budete znát odpovědi na tyto otázky, zaměřte se dále při svém výběru hlavně na energetickou účinnost plotýnek a na tepelné ztráty trouby – klasické a horkovzdušné. Energetická účinnost plotýnek Je změřeno, že plotny sklokeramických varných panelů mají vyšší účinnost ze studeného stavu (při ohřevu vody do bodu varu) než litinové. Účinnost plotýnek ze sklokeramických varných panelů je v tomto případě cca 70 %. Litinové plotýnky dosahují maximální účinnosti cca 60 %. Účinnost litinových plotýnek, které byly již ohřáty je téměř srovnatelná s plotýnkami ze sklokeramických varných panelů. Tato účinnost je nad 80 %. Je to logické, neboť se odbourala část ztráty energie spojená právě s vlastním zahřátím plotny. Tepelné ztráty trouby – klasické a horkovzdušné Zjišťují se tepelné ztráty, od kterých se odvozují měrné tepelné ztráty na plochu trub. Tepelné ztráty klasické trouby jsou v rozmezí od cca 590 Wh do 1040 Wh při příkonu trouby 2100 W až 2200 W. Měrné tepelné ztráty jsou cca od 7,5 Wh/dm2 do 12,5 Wh/dm2. Tepelné ztráty horkovzdušné trouby jsou v rozmezí od cca 570 Wh do 1060 Wh při příkonu trouby 1960 W až 2315 W. Měrné tepelné ztráty jsou cca od 7,0 Wh/dm2 do 11,0 Wh/dm2. Skutečnou celkovou spotřebu energie elektrických sporáků je obtížné určit, protože je závislá hlavně na jejich správném používání. Jak minimalizovat spotřebu energie při používání el. sporáku: • • • • • •
dno nádoby na vaření má mít stejný průměr jako plotýnka a má být rovné při vaření a ohřívání mějte na nádobách pokličky – úspora energie činí minimálně 50 % využívejte při vaření zbytkového tepla plotny před koncem vaření nezahřívejte plotny bez nádob ohřívejte jen tolik vody, kolik skutečně potřebujete pro vaření potravin s delší dobou varu používejte tlakový hrnec – úspora energie je až 50 %
9
2.1.2.3 Chladničky a mrazničky Spotřeba elektřiny Údaj o spotřebě elektřiny (v kWh/24 hodin) by měl být jedním ze základních kritérií při výběru chladničky a mrazničky. kombinovaná chladnička s mrazničkou – spotřeba u těch nejúspornějších typů by neměla přesáhnout 0,24 kWh/24 hodin (350 kWh/rok). Bohužel tyto typy nejsou nejšetrnější při nákupu k naší peněžence, protože stojí cca 30.000,–Kč samostatná mraznička – při výběru samostatné mrazničky platí stejná pravidla jako při nákupu kombinované chladničky s mrazničkou. U těch nejúspornějších typů by spotřeba elektřiny neměla přesáhnout 0,8 kWh/24 hodin
Kalkulace spotřeby: nová lednička za 20 000 Kč vs. stará lednička
Lednička třídy A (0,7 KWh/den) Lednička třídy C (staré modely) (3 kWh/den)
Cena energie za rok (3,50 Kč/kWh) 894 Kč
Cena energie za pět let (3 Kč/kWh) 4 470 Kč
Cena energie za deset let (3 Kč/kWh) 8 940 Kč
3 833 Kč
19 165 Kč
38 330 Kč
Celkové náklady
28 940 Kč UŠETŘÍTE 9 390 Kč 38 330 Kč
Systém No-frost V současné době je možno rovněž zakoupit kombinovanou chladničku s komfortním systémem zvaným No-frost, který zabraňuje tvorbě námrazy v mrazícím prostoru a nedá šanci ani jinovatce na zmrazených potravinách. Základem tohoto systému je ventilátor, který zajišťuje cirkulaci a odvádění vlhkého vzduchu z vnitřního prostoru mrazničky ven. Ceny těchto kombinovaných chladniček jsou ale vyšší a mají rovněž vyšší spotřebu elektrické energie. Rovněž některé mrazničky jsou vybaveny tímto systémem No-frost. Další vlastnosti Většinou jsou kombinované chladničky s mrazničkami vybavené oddělenými nastavovacími okruhy pro chlazení a mrazení. Mrazicí prostor je u nejmenších typů cca 50 litrů a u největších je cca 110 litrů. V objemech chladící části již nejsou tak velké rozdíly. Je to od cca 180 litrů do 195 litrů. Hlučnost moderních chladniček a mrazniček je v současné době již nízká, pohybuje se cca od 35 dB do 45 dB. Důležitým kritériem pro kupujícího je také informace, zda chladnička a mraznička je šetrná k životnímu prostředí, tedy zda v ní není použita chladící tekutina s freony. Výběr nám doufám v blízké době usnadní energetický štítek, který nám napoví něco o energetické náročnosti provozu spotřebiče.
10
Rady, jak minimalizovat spotřebu Co dělat, aby byla spotřeba energie při používání chladničky a mrazničky co nejnižší? • • • • •
Zvolte si tak velkou chladničku a mrazničku, aby její prostor byl využíván alespoň na 70 %. Umístěte chladničku s mrazničkou na suchém a chladnějším místě (v žádném případě ne vedle topného tělesa!). Pravidelně odstraňujte námrazu, (pokud nemáte systém No-frost), protože její vrstva může zvýšit spotřebu elektřiny až o 75 %. Teplotu v chladničce stačí udržovat na +5 °C a v mrazni čce na –18 °C. Snížením teploty o 1 °C zvyšujete spot řebu energie o cca 6 %. Udržujte v chladničce a mrazničce přehledné uspořádání potravin – nebudete muset mít dlouho otevřené dveře ledničky a nebudete tedy zbytečně plýtvat energií.
2.1.2.4 Pračky, sušičky prádla, žehlení Možná, že ještě vlastníte a používáte staré typy praček, které mohou být již automatické a někdy si připadáte jako na rodeu, to když zrovna vaše stará (pračka) ždímá. Pravděpodobně si ani neuvědomujete, že doma chováte energetického žrouta. Pračky vyráběné cca před 10 lety mají totiž spotřebu energií asi o 50 % vyšší. Proto je namístě se zamyslet, jestli si nepořídit energeticky úspornější a modernější automatickou pračku. Podle čeho vybírat automatickou pračku Při výběru automatické pračky by nás neměla zajímat jenom konstrukce pračky a její vzhled, ale měli bychom se také informovat o jejích následujících parametrech: • •
kapacita pračky – hlavní zásadou energeticky úsporného provozu pračky je využívání její plné kapacity. Pro vaši volbu při nákupu pračky by měla být proto rozhodující potřeba domácnosti, podle které zvolíte velikost náplně pračky. Ta je obvykle od 3,5 kg do 5 kg prádla. programy – energetická náročnost je závislá především na typu pračky a dále na tom, jakými programy je pračka vybavena (například úsporné programy: možnost nastavení 1/2 plné kapacity prádla, plnění vody podle množství prádla apod.)
Spotřebu elektřiny je možno snížit také použitím vhodného pracího prášku, který nám umožňuje snížení teploty prací lázně např.z 90 °C na 60 °C p ři zachované prací schopnosti. Prádlo je vhodné roztřídit tak, abychom mohli prát při nejnižší možné teplotě. Snížením teploty z 90 °C na 60 °C se sníží spot řeba energie asi o 25 %. Automatické pračky lze rozdělit podle konstrukce na pračky s přístupem zpředu (boční plnění prádla), svrchu (plnění prádla shora) a na pračky kombinované se sušičkou. Energeticky nejúspornější modely automatických praček jsou vybaveny elektronickým systémem, který řídí průběh celého pracího cyklu, tedy praní, máchání a odstřeďování s cílem dosáhnout optimálních hodnot spotřeby elektrické energie, vody a pracích prostředků. Při praní přitom bere ohled na konkrétní druh prádla a dbá na co nejlepší výsledek praní. Některé automatické pračky vás na předním ovládacím panelu informují o tom, kolik času zbývá do konce programu a nebo je lze naprogramovat tak, aby začaly pracovat v době s nejvýhodnější sazbou za elektrickou energii. Výrobci praček uvádí zpravidla maximální spotřebu elektrické energie a vody na jeden prací cyklus.
11
Spotřeba elektrické energie je u nejúspornějších praček na 5 kg prádla maximálně 0,94 kWh a spotřeba vody 48 litrů. Tyto nejúspornější pračky se podle energetického štítku řadí do kategorie A. Ceny energeticky nejúspornějších praček se pohybují bohužel okolo čtyřiceti tisíc Kč. Automatické pračky střední kategorie mají spotřebu elektrické energie na 5 kg prádla od 1,1 kWh do 1,3 kWh při spotřebě vody od 65 litrů do 85 litrů. Jejich ceny se pohybují přibližně od 12 tisíc Kč do 20 tisíc Kč. Automatické pračky lze dále rozdělit podle otáček odstřeďování: nejnižší kategorie – méně než 400 otáček za minutu střední kategorie – 400 až 800 otáček za minutu nejvyšší kategorie – 800 až 1400 otáček za minutu. Výše počtu otáček pro odstřeďování má mimo dalšího vybavení vliv na výši ceny automatických praček. Pro dobré odstředění postačuje již 500 otáček za minutu. Sušičky prádla jsou velmi náročné na spotřebu elektřiny a měli bychom je využívat minimálně. nebo pouze pro řádně vyždímané prádlo. Můžeme tak uspořit 20 až 25 % elektrické energie. Mezi námi – nejlepší sušičkou prádla je slunce a vítr.
Žehlení Co se týká žehlení prádla, doporučujeme dbát na jeho optimální vlhkost, protože příliš vlhké i příliš suché prádlo zbytečně prodlužuje dobu žehlení. Po vypnutí žehličky můžete využít zbytkového tepla k žehlení jemného prádla.
2.1.2.5 Myčky nádobí Výhody myčky nádobí Spotřebujeme více energie na ruční umývání nádobí nebo na mytí nádobí v automatické myčce ? Výsledky měření nám jednoznačně ukazují, že myčky nádobí mají oproti ručnímu mytí nádobí výrazně nižší spotřebu energie (cca o 50 %). Myčka nádobí nám šetří nejen vodu a elektrickou energii, ale také náš drahocenný čas. Pokud denně v průměru věnujeme půl hodiny času na ruční mytí nádobí, můžeme používáním myčky uspořit za rok asi sedm a půl dne volného času. Pracovní cykly myčky nádobí Mytí -do drátěných košů uvnitř myčky se naskládá špinavé nádobí a to je omýváno horkou mycí vodou, která stříká pod tlakem z rotujících trysek. Voda je ohřívána elektrickým odporovým tělesem na teplotu cca 65 oC, je hnána čerpadlem a průběžně se filtruje.Aby byl vyšší mycí účinek, je používán speciální detergent, který nádobí odmašťuje. Oplachování - nádobí je oplachováno čistou vodou s přídavkem speciální chemikálie, která napomáhá tomu, aby na usušeném nádobí nezůstávaly stopy po kapkách. Sušení - sušení je prováděno buď akumulovaným teplem, nebo jsou k ohřevu sušícího vzduchu osazena topná tělesa, případně je sušení prováděno systémem TURBO, kdy se při sušícím procesu odvádí vlhko z myčky pomocí turbínky. Po skončení mycího cyklu je třeba nádobí vyjmout a odstranit nečistoty zachycené ve filtrech.
12
Myčka nádobí je vhodná pro: • • •
nádobí z nerez oceli porcelánové nádobí skleněné nádobí.
V myčce se nedoporučuje umývat: • • • • • •
nádobí a příbory ze stříbra, hliníku a zinku nádobí s teflonovým povrchem měděné pánve a kotlíky příbory a kuchyňské nože s dřevěnou rukojetí (rychlé vysušení může způsobit popraskání a kroucení dřeva) dřevěná prkénka a vařečky také sklo se zlatými ozdobami a nádobí z některých plastů může v myčce utrpět.
Druhy myček a jejich pořizovací ceny Myčky nádobí můžeme rozdělit zpravidla do třech kategorií: • • •
Myčky široké 60 cm – pojmou 12 jídelních souprav – jsou vhodné pro vícečlenou rodinu. Myčky šíře 45 cm – pro 8 až 9 jídelních souprav – vhodné pro kuchyně panelákového typu. Malé stolní myčky nádobí – pro 4 sady nádobí – vhodné například pro kanceláře nebo dvoučlenné rodiny.
Nejlevnější a konstrukčně a programově nejjednodušší myčky nádobí lze pořídit již za cenu okolo 12.000,–Kč. Tyto myčky nepatří ovšem do kategorie energeticky úsporných. Jako energeticky úspornější a šetrnější k životnímu prostředí jsou myčky renomovaných značek, které je možno v obchodech zakoupit v cenách od cca 18.000,–Kč. Hlučnost myček je u kvalitních typů od 38 dB do 50 dB. Spotřeba vody a elektřiny Myčky nádobí je možno rozdělit a posoudit podle úspory vody a spotřeby elektrické energie. Předpokladem úspory energií je programové vybavení myčky (úsporný program, bioprogram) a používání speciálních mycích bioprostředků, které nám umožňují provádět mytí již při teplotách 40 až 50 °C. Myčku šíře 60 cm je možno považovat za úspornou, pokud se její spotřeba vody pohybuje okolo 20 litrů a spotřeba elektrické energie okolo 1,6 kWh na jeden mycí cyklus. Při úsporném programu se tyto hodnoty snižují na 15 litrů a na 0,9 kWh. Nejúspornější typy myček šíře 60 cm pro 12 jídelních souprav mají spotřebu elektrické energie 1 kWh a spotřebu vody 17 litrů na jeden mycí cyklus. Na spotřebě elektrické energie se podílí největším dílem odporové elektrické těleso, které slouží k ohřevu mycí vody. Úspornější myčky mají možnost navolit různé teploty vody (od 45 °C do 75 °C) a umožní nám tak snížit spotřebu elektrické energie. Další možnost úspory elektřiny mají myčky, které lze připojit dle pokynů výrobce na přívod teplé vody. Úspora elektrické energie je u takové myčky 50 % a více! Oběhové čerpadlo mycí a oplachové vody se na celkové spotřebě elektrické energie myčky podílí asi deseti procenty.
13
Analýzy nákladů na provoz myčky za dobu její životnosti ukazují, že náklady na vodu tvoří jen asi 10 % z nákladů na elektrickou energii. Myčky ve vyšší třídě energetické účinnosti mají zpravidla podprůměrnou spotřebu vody. Klíčová slova: technologické úspory energie, energetická účinnost
2.2 Šetření energie Nejlacinější energií je ta energie, kterou nemusíme vyrobit. Proto bychom měli dodržovat zásady spotřebitelského chování , které jsou dány následujícími doporučeními: -
vypínání nebo tlumení nepotřebných světel na chodbách a v místnostech použití energeticky úsporných zářivek vypínání spotřebičů (videa, televize), neponechávat v pohotovostním (stand by) režimu – přijímače v nich spotřebovávají cca 40% energie vypínání nabíječek mobilních telefonů - spotřebovávají energii i nepřipojené k mobilu použití ventilátorů místo klimatizace – ta je energeticky náročná používání praček a myček efektivně – s úplnou náplní, nebo v technologii „6-th sense“ omezení používání sušiček – i slunce umí sušit prádlo vaření pouze potřebného množství vody zakrytí hrnce při přípravě stravy používání moderních spotřebičů – mikrovlnná trouba při ohřevu pokrmů, rychlovarná konvice používání tlakových nádob (úspora až 70% energie) sprchování místo koupání (až 4x méně energie) zavírání kohoutků a používání úsporných splachovačů – i voda se musí čerpat tlumení topení – snížením teploty o 1°C m ůžeme ušetřit až 5 – 10% nákladů na vytápění (představuje to asi 300 kg emisí CO2 za rok) naprogramování termostatu – v noci a v době nepřítomnosti nastavíme nižší teplotu výměna oken – jednoduchých za okna dvojitá může snížit ztráty až o 70 % krátké a intenzivní větrání – je efektivnější než dlouhodobý únik tepla malou plochou umístění lednic a mrazáků – při lokalizaci vedle zdrojů tepla (kotel, sporák) spotřebují dvojnásobek energie pravidelné odmrazování ledničky a mrazáku nastavení spotřebičů na správný režim – čím nižší teplota v lednici či mrazničce tím spotřebováváte více energie při stejné kvalitě uchování potravin do lednice a mrazáku nedávat teplé pokrmy nastavení termostatu bojleru na ohřev vody – stačí nižší teplota, voda se míchá
Klíčová slova: spotřebitelské chování
2.3 Zadržování energie Zadržováním energie rozumíme především využití topografických a mikroklimatických podmínek staveb, jejich konstrukce a materiály pro nižší energetickou náročnost a omezení úniku energie. Nejúčinnější se jeví následující stavební faktory:
topografická poloha a mikroklima ( zahrady, zeleň, rybníky ) poloha vůči větru a ochrana proti větru ( stromy, keře ) tvar budov, objem, povrch ( návaznost na okolí ) orientace a otevření ke slunci, uspořádání fasád a vnějších prostor domů, vnitřní zónování tepelné izolace
14
masivní stavební části využít k tepelnému vyrovnávání, akumulační hmota v dosahu slunečního záření k vyrovnávání teplotních rozdílů dne a noci systém vytápění systém řízeného větrání Tepelná bilance rodinného domu:
2.3.1 Objekty s nízkou energetickou náročností 2.3.1.1 Nízkoenergetické stavby = 12x méně energie Stavby s nízkou energetickou náročností patří k významným bodům, které se začínají realizovat v praxi, stávají se dostupnějšími a mají šanci se podílet na snížení domácího účtu za energie obrovskou měrou. Ačkoliv jsou pasivní domy i dnes opředeny mýty o finančně nedostupném výstřelku pro bohaté, není to pravda. Nabídka úsporných domů je čím dál širší, a tak obyvatelstvo objevuje, že tyto speciální stavby nemusí zdaleka představovat obrovské investice navíc. Hranatá silueta, zachmuřený výraz bez oken a tvary navržené nepochopeným géniem šíleného architekta. Taková je zažitá, ztrouchnivělá představa o podobě pasivního domu. Přitom nízkoenergetické stavby nejsou definovány vizáží, ale především svými parametry. Současná norma rozlišuje tři základní skupiny energeticky nenáročných objektů, které se liší spotřebou tepla na 2 vytápění vztaženou na 1 m podlahové plochy vytápěných místností za 1 rok (tzv. plošná měrná potřeba tepla). K nejběžnějším budovám patří nízkoenergetické domy s měrnou potřebou tepla menší než 50 2 kWh/m . Stavby navrhované podle běžných požadavků tepelně technické normy dnes dosahují 2 hodnoty 180 kWh/m , takže již nízkoenergetický dům představuje výraznou úsporu. Pasivní domy 2 však jdou s hodnotou ještě níže – vystačí si s teplem pod 15 kWh/m . V těsném závěsu za nimi jsou 2 tzv. nulové domy, jež nespotřebují více než 5 kWh/m tepla na vytápění. Ba co víc, v některých případech vygenerují více tepelných zisků, než je jejich obyvatel schopen spotřebovat. Pokud dům splňuje výše uvedené parametry, je lhostejné, jaký má tvar. Nápaditosti se meze nekladou, vznikají nulové domy zapuštěné do okolního terénu, takže tepelným ztrátám brání zemina., lze navrhnout pasivní dům klasických tvarů s červenou sedlovou střechou nebo naopak avantgardní vilu se zatravněnou střechou a obrovskými okny otevřenými k jihu. Stále je nutné brát ohled na co nejmenší ochlazovanou plochu stěn a obvodového pláště budovy obecně. Proto by byla ideálním tvarem pro pasivní dům koule – má z geometrických tvarů nejmenší povrch při stejném objemu.
15
Hlavním požadavkem nicméně je vyvážená energetická bilance stavby, a té lze dosáhnout prostřednictvím řady postupů, konstrukčních detailů, moderních materiálů a především chytrými nápady.
2.3.1.2 Izolace pasivního domu „Zabránit úniku tepla!“ je známým heslem dneška. Nízkoenergetické stavby počítají se silnými vrstvami izolace (pro představu např. od 300 mm polystyrenu výše), které jsou neseny buď klasickou zděnou konstrukcí, nebo jen lehkým skeletem kupříkladu ze dřeva nebo i oceli. K masivnímu úniku energie ovšem nedochází jen přestupem tepla přes stěny, ale rovněž nekontrolovaným větráním netěsnostmi – okny, póry v obvodovém plášti apod. Vzduchotěsnost a řízená cirkulace vzduchu jsou proto hlavními předpoklady úspěchu. Celý prostor domu musí být dokonale utěsněn nejčastěji fóliovou izolací. Neprůvzdušnost se ověřuje při tzv. Blow Door testu. Vstupními dveřmi se dům natlakuje vzduchem a měří se pokles tlaku v čase. Častým argumentem proti volbě nízkoenergetického domu je tvrzení, že stavba díky vzduchové izolaci nedýchá. Je ovšem nutné vzít v potaz nutnou přítomnost nuceného větrání. Ventilátory odvádějí vydýchaný vzduch a zásobují místnosti novým, čerstvým, a tak je možné dosáhnout lepšího provětrání, než klasickými okny. Odtud je navíc jen krůček k rekuperaci, jednomu z klíčových prvků pasivních domů. Proces spočívá ve vedení teplého vnitřního vzduchu společně s chladným venkovním přes rekuperátor, kde si plyny přes plochu tělesa vyměňují teplotu – vnitřní vzduch ohřívá venkovní. Nejlepší rekuperátory dokážou ušetřit až 90 % tepla, jež bychom spotřebovali při standardním ohřevu studeného vzduchu topením. Současná norma však připouští použití rekuperátorů se 75% účinností.
2.3.1.3 Investice do stavby pasivního domu? Vyplatí se investice do nízkoenergetického domu, a pokud ano, za jak dlouho se navrátí? To je věčná otázka při rozhodování. Vezměme si jako modelový objekt menší rodinný dům s pořizovacími náklady ve stavu odpovídajícím platným normám cca 3 milióny Kč. Pokud by jej investor chtěl učinit nízkoenergetickým či snad pasivním, vícenáklady se pohybují od 5 do 20 % podle použitých materiálů a technologií- za stavbu by tedy bylo nutné vynaložit o 150 až 600 tisíc navíc. Náklady na roční vytápění u běžné stavby se pohybují do 20 tisíc Kč, u nízkoenergetického domu by neměly přesáhnout 5 tisíc. Jednoduchým výpočtem lze zjistit, že průměrné náklady navíc se mají šanci navrátit zhruba za 15 let. V potaz se ovšem nebere plynulý nárůst cen energií – za 15 roků mohou dosáhnout několikanásobku stávající ceny a to je bod, ve kterém se návratnost investicí začíná prudce přibližovat. V každém případě jsou nízkoenergetické stavby sázkou do budoucna a stavebník by si tak měl rozmyslet, zda v domě bude sám minimálně několik let bydlet, aby dokázal z úspornosti domu těžit.
2.3.1.4 Využití přírodních faktorů Z domu neuniká teplo a je vybaven nuceným větráním. Jak jej dále vylepšit? Na řadu přicházejí detaily. Velká okna otevřená k jihu v zimě, kdy je Slunce nízko, zabezpečí další tepelné zisky. Ovšem pozor, aby se stavba naopak v létě nepřehřívala! Pak nastupují stínící systémy např. v podobě lamel, jež při letní vysoké poloze slunce vrhají příjemný stín. Potřebnou izolaci zajistí správná okna. Nejde pouze o výrobci často udávanou hodnotu činitele tepelného prostupu skla (obvykle 1,5 W/m2K u dvojskla, dražší variantu představují izolační trojskla s 0,7 W/m2K). Vliv má rovněž řešení distančního rámečku na styku zasklení s rámem a především osazení okna do obvodového pláště budovy v ohledu k poloze tepelné izolace – před výběrem dodavatele je vždy vhodná konzultace s odborníkem. Další tepelné zisky mohou zajistit fotovoltaické články vyrábějící elektřinu ze slunečního záření nebo obyčejné solární panely, v nichž cirkuluje užitková voda ohřívaná sluncem.
16
Nízkoenergetický dům nepředstavuje drastické navýšení rozpočtu, pokud se bude stavebník držet klasických materiálů jako polystyrenových izolací apod. Pokud budeme chtít jít ruku v ruce s ekologií absolutně a nepoužívat klasické polystyreny a minerální plsti, nabízí se i další (dražší) možnosti. V zahraničí se již k běžným izolacím řadí foukané vločky z celulózy, tj. recyklovaného papíru. U nás jsou podobné exotické materiály, mezi něž se řadí např. i izolace z mořských řas nebo ovčí vlny. lnu, zatím drahé, ovšem jejich nástup se blíží. Další volbou jsou tradiční přírodní izolační materiály, např. konopné izolace.Rovněž samotná volba vytápění nabízí prostor k zamyšlení o ekologičnosti. Elektřina sice vypadá na první pohled šetrně, nicméně její výroba zatíží planetu nesčetněkrát více než tepelná čerpadla nebo kotle na biomasu.
2.3.2 Izolace Izolace neboli 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
Obvodové stěny Vnitřní stěny Střecha nebo strop pod půdou Strop nad sklepem nebo podlaha na terénu Okna a vstupní dveře (včetně infiltrace)
15–30% 5–15% 5–15% 5–8%
15–25% 10–20% 8–15% 7–10%
12–20% 5–10% 10–15% 10–12%
Bytový vícepodlažní 30–40% 5–10% 5–8% 4–6%
48–55%
40–45%
40–50%
40–60%
2.3.2.1 Rozdělení zateplovacích systémů Rozdělovat zateplovací systémy můžeme z různých hledisek: • • •
Podle polohy umístění zateplovacích systémů o Vnější (venkovní) zateplení o Vnitřní zateplení Podle druhu tepelných izolantů Podle způsobu provádění a materiálového řešení o Omítkové o Kontaktní o Vytvoření sendvičového zdiva o Montované - obklady
17
Zateplení obvodových stěn • • • •
Odvětrané se zavěšenou tepelně izolační konstrukcí (montované) Neodvětrané vnější zateplení (kontaktní) Omítkové zateplení Vnitřní zateplení
Porovnání zateplovacích systémů: Systém Omítkové
Montované
Kontaktní
Sendvičové
Výhody - Jednodušší aplikace na nerovné a členité povrchy Dobré vlastnosti z hlediska bezpečnosti práce Možnost provádění běžnými technologiemi, strojní aplikace - Vyloučení mokrého procesu a tím i omezení realizace klimatickými podmínkami - Možnost aplikace i na vlhnoucí objekty Vysoká životnost - Možnost dosáhnout řady variant konečného vzhledu (barevnost, struktura, atd.) - Prostou změnou tloušťky tepelné izolace lze dosáhnout podstatné změny tepelně izolačních vlastností - Investiční efektivnost - 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
Nevýhody - Výrazně nižší hodnota tepelného odporu zateplení - Pracná a tím i finančně náročná příprava podkladu - Problémové přenášení objemových změn - Problematická realizace na členitých fasádách - Náchylnost ke vzniku tepelných mostů - Snížená škála architektonických řešení - Nároky na technologickou disciplinu - V případě použití nevhodné vnější povrchové úpravy může v konstrukci docházet ke kondenzaci - Nižší odolnost proti mechanickému poškození - Dílčí mokrý proces. Omezení realizace klimatickými podmínkami - Finanční náročnost způsobená cenou materiálů - Jestliže sendvičové zdivo je vytvořeno bez vzduchové mezery, může docházet ke kondenzaci mezi tepelnou izolací a přizdívkou Vysoká pracnost Omezení realizace klimatickými podmínkami
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 o dalším využívání půdních prostor, například zda půdní prostor zůstane zachován původnímu účelu nebo bude využíván k bydlení.
2.3.2.2 Základní podmínky pro úspěšnou realizaci zateplení • • • •
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.
18
• • • • •
•
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“. Průběžně kontrolovat kvalitu díla.
2.3.2.3 Přínosy zateplení • • • • • • • • • • • • •
Zateplením se sníží výdaje na vytápění objektu, což je jedna nejnákladnějších položek provozních nákladů. 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. Sníží se zatížení otopného systému, otopný systém je možné provozovat při menším teplotním spádu. Zateplení umožní zvýšení kvality využití objektu. Přínosy ze zateplení mají trvalý, dlouhodobý charakter. Zateplením se odstraní kondenzace vodní páry na vnitřním povrchu obvodových konstrukcí. Ta bývá často jedna z příčin vzniku a růstu plísní. Zateplením se sníží riziko poruch povrchových úprav konstrukcí, zamezením dilatací, vlivem promrzání či přehřívání. Vnějším zateplením se plně využijí akumulační vlastnosti budovy, sníží se nejen tepelné ztráty v chladných obdobích, ale sníží se přehřívání budovy v letním období. Snížení tepelných ztrát je také základem pro efektivní využití obnovitelných a alternativních zdrojů energie. Odstraní se příčiny přímého zatékání dešťové vody obvodovou konstrukcí. Zateplení chrání původní povrch před agresivitou ovzduší např. zamezení koroze výztuže, karbonace betonu. Zateplení objektu se sekundárně odráží ve zlepšení životního prostředí díky snížení spotřeby paliv. Velmi často dojde k zkvalitnění architektonického vzhledu – panelová zástavba,…
2.3.2.4 Nevýhody zateplení • • •
Poměrně investičně náročné úsporné opatření s delší dobou návratnosti. Náročná předrealizační i vlastní realizační fáze. Nevýhody vyplývají zejména z chybně navrženého nebo provedeného zateplení – nedodržení technologických postupů – vznik tepelných mostů, kondenzace vlhkosti, vznik plísní, hub, poruchy stavebních konstrukcí – vlivem promrzání, vlhnutí, atd.
19
2.3.3 Finanční analýza úspor Možné úspory energie jsou následující : Vytápění – lze uspořit 15 – 30 % energie vynaložené na vytápění, tzn. cca 6 až 12 GJ Ohřev vody – lze uspořit 30 – 40 % energie potřebné na ohřev vody, tzn. cca 5 až 7 GJ Ostatní spotřeba – úspornými opatřeními lze dosáhnout úspory 10 – 20 % energie vynaložené na ostatní chod domácnosti, tzn. cca 1,5 až 3 GJ Celkem můžeme ušetřit 17 – 30 % celkové roční spotřeby energie v průměrné domácnosti, což činí 12,5 až 22 GJ Při průměrné ceně energií cca 300 Kč/GJ činí možná úspora v domácnostech za rok přibližně 3.750,– až 6.600,–Kč !!! Roční průměrné výdaje na energie v každé české domácnosti činí za rok 1999 7345 Kč. Spotřeba veškeré energie (palivo, teplo, elektřina) v průměrné domácnosti činí za rok cca 75 GJ. Tato energie je do domácnosti zpravidla dodávána zčásti jako přímé teplo, zčásti jako palivo a zčásti jako elektrická energie. Platí následující přepočet: 1 GJ = 277,8 kWh = 29,9 m3 zemního plynu = 43,4 kg briket = 55,6 kg hnědého uhlí = 32,7 kg černého uhlí = 36,6 kg koksu
2.3.4 Princip rekuperace Rekuperace, neboli zpětné získávání tepla je děj, při němž se přiváděný vzduch do budovy předehřívá teplým odpadním vzduchem. Teplý vzduch není tedy bez užitku odveden otevřeným oknem ven, ale v rekuperačním výměníku odevzdá většinu svého tepla přiváděnému vzduchu.
Účinnost rekuperace je vyjádřena jako účinnost zpětného získávání tepla tedy procentuální vyjádření využití odpadního tepla pro předehřev chladného, čerstvého vzduchu. Účinnost rekuperace se musí pohybovat mezi 0 a 100 %. Nulová účinnost je účinnost otevřeného okna - teply vzduch je bez užitku odváděn a studený, čerstvý vzduch je přiváděn do místnosti, která rychle vychládá až na venkovní teplotu.
20
Stoprocentní účinnost (technicky nerealizovatelné) by byla tehdy, pokud by se přiváděný vzduch ohřál od odváděného na jeho původní teplotu. Místnost by byla větrána bez ztráty energie. Reálná účinnost rekuperace se pohybuje u běžně dostupných vzduchotechnických zařízení od 30 do 90 %, přičemž účinnost nad 60 % se považuje za dobrou, nad 80 % za špičkovou. U jednotek DUPLEX se účinnost rekuperace pohybuje od 52 % do 90 % (záleží na velikosti jednotky, průtoku vzduchu a typu rekuperačního výměníku). Rekuperační výměníky tepla se nejčastěji osazují přímo do větracích jednotek. Rekuperaci je tak možno využít prakticky ve všech typech objektů při hygienicky nutném větrání - a to od bytů a rodinných domů, přes občanské stavby, bazény až po průmyslové stavby. V poslední době se v souvislosti se stále vzrůstající cenou energie stále častěji rekuperace využívá i pro rodinné domy a byty. Rekuperační výměníky lze využít i v klimatizovaných objektech - zde dochází v letních měsících k "rekuperaci chladu" - přiváděný teplý vzduch je ochlazován odváděným, klimatizací vychlazeným vzduchem.
Klíčová slova: nízkoenergetické stavby, izolace, tepelné ztráty, rekuperace
3. Literatura 1) Augusta, Pavel, a kol. Velká kniha o energii. L.A. Consulting Agency, Praha, 2001. ISBN 80238-6578-1 2) Encyklopedie energie. SIMOPT, s.r.o. 1999 3) Internetový odkaz: dostupné z http://www.eav.cz 4) Internetový odkaz: dostupné z http://www.alternativni-zdroje.cz 5) Internetový odkaz: dostupné z http://vytapeni.tzb-info.cz/ 6) Internetový odkaz: dostupné z http://www.cez.cz/cs/energie-a-zivotni-prostredi.html 7) Internetový odkaz: dostupné z http://www.ekobydleni.eu/ 8) Internetový odkaz: dostupné z http://www.pasivnidomy.cz 9) Internetový odkaz: dostupné z http://www.nazeleno.cz
21
Modul OE 02 – Alternativní zdroje energie Mgr. Ivo Solař Obsah: 1 Úvod ................................................................................................................................................... 24 2 Klasické elektrárny ............................................................................................................................. 25 2.1 Tepelné elektrárny ...................................................................................................................... 25 2.1.1 Výhody tepelných elektráren ............................................................................................... 26 2.1.2 Nevýhody tepelných elektráren ........................................................................................... 26 2.2 Vodní elektrárny .......................................................................................................................... 26 2.2.1 Přednosti vodních elektráren ............................................................................................... 26 2.2.2 Nevýhody vodních elektráren .............................................................................................. 27 2.2.3 Princip vodní elektrárny ....................................................................................................... 27 2.2.4 Malé vodní elektrárny .......................................................................................................... 28 2.2.5 Přečerpávací vodní elektrárny ............................................................................................. 28 2.3 Jaderná elektrárna ...................................................................................................................... 28 2.3.1 Princip jaderné elektrárny .................................................................................................... 28 2.3.2.Výhody jaderných elektráren ............................................................................................... 29 2.3.3 Nevýhody jaderných elektráren ........................................................................................... 29 3 Obnovitelné zdroje energie................................................................................................................. 30 3.1 Geotermální energie ................................................................................................................... 30 3.2 Energie z biomasy ....................................................................................................................... 31 3.2.1 Spalování a zplyňování biomasy ......................................................................................... 31 3.2.2 Výhřevnost biomasy ............................................................................................................ 31 3.2.3 Spalovací zařízení biomasy ................................................................................................. 31 3.2.4 Bioplyn ................................................................................................................................. 33 3.2.4.2 Fermentace biomasy ............................................................................................................. 34 3.2.4.3 Biomasa, NOX a CO2 ........................................................................................................... 34 3.2.5 Energetické plodiny ............................................................................................................. 34 3.3 Větrné elektrárny ......................................................................................................................... 34 3.3.1 Princip větrné elektrárny ...................................................................................................... 34 3.3.2 Možnosti a perspektivy větrných elektráren v ČR ............................................................... 35 3.3.4 Podpora státu v oblasti výroby elektrické energie ve větrných elektrárnách ....................... 35 3.3.5 Vliv větrné elektrárny na životní prostředí ........................................................................... 36 3.3.6 Větrné elektrárny v zahraničí ............................................................................................... 36 3.3.7 Větrné elektrárny a Evropská unie....................................................................................... 36 3.4 Sluneční elektrárny (solární energie) .......................................................................................... 37 3.4.1 Solární kolektory .................................................................................................................. 37 3.4.2 Solární elektrárny ................................................................................................................. 38 3.4.3 Sluneční elektrárny v ČR ..................................................................................................... 38 3.4.4 Princip sluneční elektrárny................................................................................................... 38 3.4.5 Palivový článek .................................................................................................................... 39 3.4.6 Sluneční tepelné elektrárny ................................................................................................. 39 3.4.7 Sluneční elektrárny a budoucnost ....................................................................................... 39 3.4.8 Výhody fotovoltaických článků ............................................................................................. 40 3.5 Tepelná čerpadla, elektrárna OTEC ........................................................................................... 40 3.5.1 Princip tepelného čerpadla .................................................................................................. 40 První děj - Vypařování: ................................................................................................................. 40 Druhý děj - Komprese: .................................................................................................................. 41 Třetí děj - Kondenzace:................................................................................................................. 41 Čtvrtý děj - Expanze:..................................................................................................................... 41 3.5.2 Typy tepelných čerpadel ...................................................................................................... 41 3.5.3 Výhody tepelných čerpadel .................................................................................................. 41 3.5.4 Využití tepelné energie moří a oceánů - elektrárna OTEC ................................................. 42 3.6 Energie přílivu a příboje oceánů ................................................................................................. 42 3.6.1 Energie moří a oceánů ........................................................................................................ 42 3.6.2 Elektrárny pro využití mořského příboje .............................................................................. 43 3.6.3 Energie mořských proudů .................................................................................................... 43 3.6.4 Přílivové elektrárny .............................................................................................................. 44
22
3.7 Jaderné elektrárny a obnovitelné zdroje energie ........................................................................ 44 3.7.1 Moderní technologie štěpení uranu ..................................................................................... 44 3.7.2 Jaderná fúze ........................................................................................................................ 45 3.7.3 Vyhořelé palivo - obnovitelný zdroj energie ......................................................................... 45 3.7.4 Světová energetická bilance ................................................................................................ 46 3.8 Kogenerace ................................................................................................................................. 46 3.8.1 Trigenerace .......................................................................................................................... 47 3.9 Obnovitelné zdroje - další informace .......................................................................................... 47 3.9.1 Vodní energetika .................................................................................................................. 47 3.9.2 Větrná energetika................................................................................................................. 47 3.9.3 Biomasa ............................................................................................................................... 47 3.9.4 Sluneční elektrárny a geotermální energetika ..................................................................... 47 4. Další zdroje informací .................................................................................................................. 48 4.1 Projekt i-EKIS.......................................................................................................................... 48 4.2 EkoWATT................................................................................................................................ 48 4.3 EKIS SEVEn ........................................................................................................................... 48 4.4 Energetická agentura Vysočiny .............................................................................................. 49 Kontakty: ....................................................................................................................................... 49 5. Literatura ....................................................................................................................................... 50
23
1 Úvod Současný trend v energetické politice vyžaduje vyrovnanost "energetického mixu" jednotlivých druhů zdrojů. Jejich význam je přímo závislý jak na hodnocení z hlediska trvale udržitelného rozvoje, tak z hlediska ekonomických ukazatelů. Využitelné jsou v současnosti klasické, primární zdroje: -
fosilní paliva, tj. klasické elektrárny uran, tedy JE Temelín, JE Dukovany vodní energie, tj. klasické vodní elektrárny
a dále tzv. alternativní zdroje, častěji nazývané jako zdroje obnovitelné. V podstatě se jedná o nevyčerpatelné formy energie Slunce a Země. Mezi alternativní zdroje patří: • • • • • • •
energie vody geotermální energie spalování biomasy energie větru energie slunečního záření využití tepelných čerpadel energie příboje a přílivu oceánů
Požadavek na maximální využívání alternativních zdrojů je i jedním z klíčových bodů energetické politiky Evropské unie. Podle výsledků průzkumu provedeného statistickým úřadem EU Eurostat považuje zvyšování podílu alternativních zdrojů energie na bilanci spotřeby energie za jeden z prioritních úkolů svých vlád 90 % občanů členských zemí. V přístupové dohodě z Atén z března 2003 se ČR zavázala, že podíl výroby elektrické energie z alternativních zdrojů bude v roce 2010 činit 8 % celkové výroby. Podíl alternativních zdrojů na spotřebě primárních zdrojů se pak k roku 2010 předpokládá 6%. Otázkou dosud zůstává jaké ekonomické podmínky bude třeba splnit, aby se tohoto podílu dosáhlo.
Největší producent elektrické energie v ČR, ČEZ, a s., zvyšuje každoročně výrobu v alternativních zdrojích (vodní elektrárny bez přečerpávání, biomasa, větrná a solární elektrárna).
24
Klíčová energie
slova:
obnovitelné zdroje
2 Klasické elektrárny Mezi klasické elektrárny řadíme elektrárny tepelné, vodní a dnes již i jaderné.
2.1 Tepelné elektrárny Tepelné elektrárny jsou zařízení spalující fosilní paliva, především uhlí, ropu nebo zemní plyn. V našich podmínkách je paliv téměř výhradně černé nebo hnědé uhlí. Základní princip fungování uhelné elektrárny je založen na přeměně energie tepelné na mechanickou a mechanické na elektrickou. Teplo uvolněné v kotli ohřívá vodu procházející trubkami uvnitř kotle a mění ji v páru. Pára proudí do turbíny, jejím lopatkám předá svou pohybovou energii a roztočí ji. Vzhledem k tomu, že je turbína pevně spojena s generátorem, roztáčí se i ten a přeměňuje mechanickou energii na elektřinu. V elektrárenském generátoru rotuje magnet (elektromagnet), vinutí, v němž se indukuje napětí a proud, je umístěno na statoru okolo něj. Celé soustrojí se otáčí rychlostí 3000 otáček za minutu. Pára vycházející z turbíny je vedena do kondenzátoru, kde zkondenzuje, tj. z plynu se stane opět kapalina. Z kondenzátoru je voda vedena zpět do kotle, kde celý cyklus začíná znovu. Pára vyrobená v kotli nemusí být využita pouze k výrobě elektřiny, může sloužit i k vytápění přilehlých obcí a měst. Fyzikálním jevem, na němž je ve většině typů elektráren založena výroba elektrického proudu, je elektromagnetická indukce. Podle Faradayova zákona o elektromagnetické indukci se na koncích smyčky, která se otáčí v magnetickém poli, indukuje střídavé elektrické napětí. Uzavřeme-li obvod, prochází smyčkou střídavý elektrický proud. Platí, že čím rychleji vodičem v magnetickém poli pohybujeme, tím je indukované napětí větší. Většina uhelných elektráren je uspořádána do tzv. výrobních bloků. Elektrárenský výrobní blok znamená samostatnou jednotku skládající se z kotle, turbíny a příslušenství, z generátoru, odlučovačů popílku, chladicí věže, blokového transformátoru a v novější době také z odsiřovacího zařízení. Zařízením, které může být společné několika blokům, je zauhlování, vodní hospodářství (přivaděče, čerpadla a chemická úprava vody), komín, pomocná zařízení k odběru popílku a odsiřování.
25
2.1.1 Výhody tepelných elektráren Prvotní výhodou tepelných elektráren je možnost regulace výkonu při výrobě energie. Tepelné elektrárny je možné budovat nejen v místech těžby energetických surovin, ale i v místech vhodných pro snadnou dopravu.
2.1.2 Nevýhody tepelných elektráren Klasickou nevýhodou tepelných elektráren je obrovské zatížení atmosféry znečišťujícími látkami (prach, popílek, oxidy síry, dusíku, aerosoly, radioaktivní izotopy), stejně jako zatížení krajiny, především půd v okolí objektů. Zásadní nevýhodou je nedostatek surovinových zdrojů pro budoucnost. Další negativní dopady vznikají při ukládání odpadů, zvláště popílku. Problematickou otázkou zůstává samotné spalování suroviny (uhlí, ropa), která může být zhodnocena mnohem výhodněji v chemickém průmyslu pro výrobu důležitějších produktů.
2.2 Vodní elektrárny Zatímco energie vodního kola byla využívána pro velmi pestrou paletu nejrůznějších lidských činností, moderní vodní turbíny nacházejí své uplatnění takřka výhradně při výrobě elektřiny. Hydroenergetika je perspektivní především v oblastech prudkých toků s velkými spády. V ČR nejsou přírodní poměry pro budování vodních energetických děl ideální. Naše toky nemají potřebný spád ani dostatečné množství vody. Proto je podíl výroby elektrické energie ve vodních elektrárnách na celkové výrobě v ČR poměrně nízký. V posledních letech k jeho dalšímu snížení přispělo i poškození vodních elektráren vltavské kaskády povodněmi v roce 2002. Významným posláním vodních elektráren v ČR je pracovat jako doplňkové zdroje primárních zdrojů (klasické elektrárny, JE Dukovany, JE Temelín). Využívá se přitom jejich schopnost rychlého najetí při velkém výkonu a tedy operativního vyrovnání okamžité energetické bilance v elektrizační soustavě ČR (přečerpávací elektrárny).
2.2.1 Přednosti vodních elektráren
26
Vodní elektrárny neznečišťují ovzduší, nedevastují krajinu a povrchové či podzemní vody těžbou a dopravou paliv a surovin, jsou bezodpadové, nezávislé na dovozu surovin a vysoce bezpečné. Pružným pokrýváním spotřeby a schopností akumulace energie zvyšují efektivnost elektrizační soustavy. Vysokým stupněm automatizace přispívají k vyrovnávání změn na tocích a vytvářejí nové možnosti pro revitalizaci prostředí (prokysličování vodního toku).
2.2.2 Nevýhody vodních elektráren Vodní elektrárny představují značný zásah do krajinných systémů, v našich podmínkách především tvorbou rozlehlých vodních ploch, přehrad. Mění se tím nejen krajinný ráz, v mnoha případech i hydrologický režim krajiny. Dá se uvažovat i o změnách společenstev díky znečištění vody v nádržích díky eutrofizaci, či díky tepelnému znečištění..
2.2.3 Princip vodní elektrárny Ve vodní elektrárně voda roztáčí turbínu; ta je na společné hřídeli s elektrickým generátorem (dohromady tvoří tzv. turbogenerátor). Mechanická energie proudící vody se tak mění na energii elektrickou, která se transformuje a odvádí do míst spotřeby. Výběr turbíny závisí na účelu a podmínkách celého vodního díla. Nejčastěji se osazují turbíny reakčního typu (Francisova nebo Kaplanova turbína), a to v nepřeberné paletě modifikací. Pro vysoké spády (někdy až 500 m) se používá akční Peltonova turbína. V přečerpávacích vodních elektrárnách se používá turbín s reverzním chodem a s přestavitelnými lopatkami. V malých vodních elektrárnách se převážně zabydlela malá horizontální turbína Bánkiho spolu s upravenou jednoduchou turbínou Francisovou. Vedle průtokových vodních elektráren patří mezi nejznámější typy vodních elektráren elektrárny akumulační. Jsou součástí vodních děl - nádrží. Tato vodní díla kromě akumulace vody pro výrobu elektrické energie stabilizují průtoky říčním korytem, chrání před povodněmi a podporují plavební možnosti toku. Břehy nádrží mohou sloužit jako rekreační oblasti. Mnohdy jsou nádrže také zdrojem pitné vody pro vodárny, technologické vody pro průmysl a závlahové vody pro zemědělství. Umístění vlastní elektrárny může být různé podle tvaru terénu, výškových a spádových možností a podle množství vody. Existují elektrárny zabudované přímo do tělesa hráze, jinde je elektrárna vystavěna hluboko v podzemí. Voda se k ní přivádí tlakovým potrubím a odvádí se podzemním kanálem.
27
2.2.4 Malé vodní elektrárny K využití potenciálu vodních toků v ČR slouží i kategorie tzv. malých vodních elektráren (zdroje elektrické energie s instalovaným výkonem do 10 MW). Většina malých vodních elektráren slouží jako sezónní zdroje. Průtoky toků, na kterých jsou zřizovány, jsou kolísavé a silně závislé na počasí a na ročním období.
2.2.5 Přečerpávací vodní elektrárny Elektrizační soustava státu musí v každém okamžiku vyrobit přesně tolik elektrické energie, kolik jí je potřeba. Spotřeba elektrické energie přitom jak během dne, tak i v delších obdobích kolísá. Elektrickou energii sice nelze v čistém stavu skladovat, situaci však účinně pomáhají řešit přečerpávací vodní elektrárny. Přečerpávací vodní elektrárna je v principu soustava dvou výškově rozdílně položených vodních nádrží spojených tlakovým potrubím, na němž je v jeho dolní části umístěna turbína s elektrickým generátorem. Ta vyrábí elektřinu pro elektrizační soustavu v době energetické potřeby; v době útlumu se voda z dolní nádrže přečerpává "levnou elektřinou" do nádrže horní, kde její potenciální energie čeká na své optimální využití v "pravou chvíli". Velkou předností přečerpávacích vodních elektráren je schopnost přifázování do elektrifikační sítě s plným výkonem v několika minutách. Tato schopnost je ostatně vlastní všem vodním elektrárnám.
2.3 Jaderná elektrárna 2.3.1 Princip jaderné elektrárny Jedním z častých omylů je, že mechanismus výroby elektřiny v jaderné elektrárně je cosi složitého, tajemného a obtížně pochopitelného. Opak je pravdou. Jaderná elektrárna je v podstatě obdobou elektrárny na uhlí, jenom teplo vzniká řízenou štěpnou reakcí.
28
V palivu jaderného reaktoru, jímž bývá oxid uraničitý, směs oxidů uranu a plutonia, nebo plutonium, probíhá štěpná reakce. Jádro atomu štěpitelného prvku se může o nárazu letícího neutronu za příznivých okolností rozštěpit. Vzniknou dvě nová jádra, štěpné produkty a dva až tři nové neutrony. Štěpné produkty mají vysokou kinetickou energii, narážejí do okolních jader a ohřívají tak prostředí. Tím vzniká vysoká teplota, kterou můžeme energeticky využít. Nové neutrony letí dál a mohou štěpit další jádra. Rozběhne se řetězová reakce, základ jaderné energetiky.
2.3.2.Výhody jaderných elektráren Jaderné elektrárny představují čistou energii, neemitují do okolí znečišťující látky, které zatěžují životní prostředí ani nejsou zdrojem skleníkových plynů Mezi nesporné výhody patří i ekonomičnost provozu, jaderná energie je v současnosti nejlevnějším druhem. Pozitivem je i relativně velmi malý objem produkovaných odpadů.
2.3.3 Nevýhody jaderných elektráren Výstavba jaderné elektrárny je investičně obrovsky náročným podnikem, představují zábor velké rozlohy jinak využitelné půdy. Problematickým se jeví ukládání štěpných produktů, teda vyhořelého paliva, především z hlediska bezpečnosti a možného ovlivnění půd či vodních zdrojů. V úvahu dále přichází tepelné znečištění vodních ekosystémů ohřátou chladící vodou, která je odebírána a vypouštěna ve velkých objemech. Důležitou otázkou zůstává následné využití areálů jaderných elektráren po ukončení životnosti (cca 30 – 35 let) a následná likvidace reaktorových hal. Klíčová slova: tepelné elektrárny, vodní elektrárny, jaderné elektrárny, fosilní paliva
29
3 Obnovitelné zdroje energie 3.1 Geotermální energie Geotermální elektrárny využívají k výrobě elektřiny tepelnou energii z nitra Země - na některých místech je teplotní spád více než 55 stupňů Celsia na 1 km hloubky. Geotermální elektrárny se staví zejména ve vulkanicky aktivních oblastech, kde využívají k pohonu turbín horkou páru stoupající pod tlakem z gejzírů a horkých pramenů, nebo teplonosné médium, které se vtlačuje do vrtů, v hloubi země ohřívá a ohřáté vyvádí na povrch. Obecně lze ze zemských vrtů využívat nízkopotenciální i vysokopotenciální teplou vodu. Celkový instalovaný výkon geotermálních elektráren ve světě se odhaduje na 8000 MW. Na rozdíl od většiny jiných typů elektráren, jako je jaderná elektrárna nebo elektrárna spalující fosilní paliva, nepotřebují geotermální elektrárny žádné palivo. Jejich nevýhodou je, že jsou dostupné pouze na některých místech zemského povrchu. Výstavba geotermální elektrárny je zhruba pětkrát dražší než stavba jaderné elektrárny. Podíl těchto elektráren v rámci celé Evropy je minimální, v některých lokalitách je ale jeho význam značný. Mezi takové oblasti patří Island, kde z geotermálních zdrojů pochází většina elektrické energie a kde jsou tyto zdroje využívány i k vytápění domů, ohřevu vody atd. Dále je tento zdroj významně využíván v Itálii v oblastech s aktivní sopečnou činností (Vesuv, Liparské ostrovy, Sicílie). Geotermální energie je využívána i ve Francii, na Novém Zélandu, v Kalifornii, Japonsku, Mexiku a na Filipínách, avšak v mnohem menší míře.
Klíčová slova: geotermální energie
30
3.2 Energie z biomasy Biomasa je definována jako hmota organického původu. V souvislosti s energetikou jde nejčastěji o dřevo a dřevní odpad, slámu a jiné zemědělské zbytky včetně exkrementů užitkových zvířat. Rozlišujeme biomasu "suchou" (např. dřevo) a "mokrou" (např. tzv. kejda - tekuté a pevné výkaly hospodářských zvířat promísené s vodou). Základní technologie zpracování se dělí na suché procesy (termochemická přeměna) jako je spalování, zplyňování a pyrolýza a procesy mokré (biochemická přeměna), které zahrnují anaerobní vyhnívání (metanové kvašení), lihové kvašení a výrobu biovodíku. Zvláštní podskupinu potom tvoří lisování olejů a jejich následná úprava, což je v podstatě mechanickochemická přeměna (např. výroba bionafty a přírodních maziv).
3.2.1 Spalování a zplyňování biomasy 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. Zařízení se zplyňováním biomasy se používají stále více. Na první pohled se neliší od běžných spalovacích zařízení. Biomasa je velmi složité palivo, protože podíl částí zplyňovaných při spalování je velmi vysoký (u dřeva je 70 %, u slámy 80 %). Vzniklé plyny mají různé spalovací teploty. Proto se také stává, že ve skutečnosti hoří jenom část paliva. Podmínkou dokonalého spalování je vysoká teplota, účinné směšování se vzduchem a dostatek prostoru pro to, aby všechny plyny dobře shořely a nestávalo se, že budou hořet až v komíně.
3.2.2 Výhřevnost biomasy Výhřevnost dřeva a dalších rostlinných paliv kolísá nejen podle druhu dřeva či rostliny, ale navíc i s vlhkostí, na kterou jsou tato paliva citlivější. Dřevní hmota při přirozeném provětrávání pod střechou sníží svůj obsah vody na 20 % za jeden rok, řepková sláma za stejných podmínek na 13 %. Obsah energie v 1 kg dřeva s nulovým obsahem vody je asi 5,2 kWh. V praxi však nelze dřevo vysušit úplně, zbytkový obsah vody je asi 20 % hmotnosti suchého dřeva. Protože se při spalovacím procesu část energie spotřebuje na vypaření této vody, je nutné počítat s energetickým obsahem 4,3 až 4,5 kWh na 1 kg dřeva.
3.2.3 Spalovací zařízení biomasy Biomasa (nejčastěji ve formě dřevní štěpky) se ve velkém spaluje v klasických elektrárnách ve fluidních kotlích s cirkulací spalin spolu s energetickým uhlím. Pro průmyslové aplikace nebo systémy centrálního zásobování teplem se používají kotle nad 100 kW spalující také dřevní štěpku nebo balíky slámy. Často jsou vybaveny automatickým přikládáním paliva a dokáží spalovat i méně kvalitní a vlhčí biomasu. Někdy tato zařízení využívají kombinovanou výrobu tepla a elektřiny (kogenerace). Kotle pro rodinné domky pracují obvykle tak, že se palivo nejprve zplyňuje a teprve potom se plyn spaluje. Takový systém umožňuje velmi dobrou regulaci srovnatelnou s plynovými kotli. Kotle spalují nejčastěji polenové dříví či pilinové brikety, někdy v kombinaci se dřevní štěpkou nebo dřevním odpadem. V zahraničí si získávají oblibu lisované pilinové pelety, které umožňují bezobslužný provoz kotle a komfortní dopravu a skladování. Dřevo se dále spaluje i v cihlových pecích, kachlových nebo kovových kamnech. Výhodou kamen je, že se rychle rozehřejí. Jejich účinnost závisí na konstrukci i na uživateli. Některá moderní kamna mají také vestavěnou topnou vložku, takže pracují zároveň i jako kotel ústředního vytápění.
31
Pod pojmem dřevní biomasa se rozumí kusové dřevo, dřevní odpad jako je kůra, štěpka, piliny, sláma, "ale elektrárny TALBOTT´S" spalují i suché části rostlin pěstovaných k účelu spalování (topol, osika, vrba, šťovík, topinambur, konopí, sloní tráva apod.). Tabulka dřevěného paliva seřazena podle výhřevnosti: Uvažovaná vlhkost paliva 25% Objemová hmotnost sušiny Druh palivaParametr 3 Objemová hmotnost Výhřevnost (kg/m ) (kg/pm) (MJ/kg) (MJ/pm) Jedle
430
575
14,0
8 040
Borovice
510
680
13,6
9 250
Bříza
585
780
13,5
10 550
Dub
630
840
13,2
11 050
Smrk
430
575
13,1
7 350
Olše
480
640
12,9
8 260
Vrba
500
665
12,8
8 490
Akát
700
930
12,7
11 850
Jasan
650
865
12,7
11 010
Buk
650
865
12,5
10 830
Topol
400
530
12,3
6 540
Habr
680
905
12,1
10 970
Lesní štěpky jsou různorodou surovinou, obsahující komponenty dříví, kůry, jehličí a list. zeleně, drobné větvičky a nedřevěné příměsi. Dělíme ji na čtyři druhy: - zelené štěpky lesní- obsahují všechny komponenty biomasy ( dřevo, kůru a asimilační orgány) - hnědé štěpky lesní-neobsahují jehlice - bílé štěpky lesní-obsahují dřevo - energetické štěpky lesní-použití k výrobě tepelné energie Výhřevnost štěpky silně závisí jednak na jejím druhu, především na její vlhkosti. Předpokládá se, že obsažená voda uniká ve formě páry a rozdíl výhřevnosti je tedy dán energií potřebnou pro odpaření obsažené vody. Výhřevnost suchého dřeva je u list. 18 MJ.kg-1, u jehličnanů 19 MJ.kg-1, při předpokladu, že dřevo obsahuje min. 10% vody. 3.2.3.1 Pelety Peleta je palivo ryze rostlinného původu s řadou příznivých vlastností a parametrů. Jde o granule s průměrem od 6 do 20 mm, které se vyrábí zhruba do délky 40 mm. Podoba granulí je dosažena vysokotlakým lisováním dřevního odpadu (především pilin) za teploty, při které lignin plastifikuje a přejímá funkci pojiva udržující pelety v příslušném tvaru. Kromě toho lignin chrání pelety proti příjímání vlhkosti při jejich uskladnění. Pelety se vyrábí ve specializovaných výrobnách, které jsou označovány jako peletárny. Někdy se k jejich výrobě také používá sláma, řepková sláma či průmyslový šťovík. Mezi základní parametry tohoto fytopaliva patří především jeho nízká popelnavost (do 1 %) a nízký obsah vody (do cca 10 %). Výhřevnost pelet se pohybuje okolo 18 MJ / kg a jejich pevnost významně ovlivňuje obsah dřevního prachu. Povaha pelet snižuje nároky na skladovací prostory za podmínek udržení suchého prostředí.
32
Pelety z alternativních zdrojů mají stejné technické parametry jako pelety ze dřeva, jsou však levnější. Toto palivo je zcela ekologické, výroba je podporována Ministerstvem zemědělství a Ministerstvem životního prostředí. Jednoznačně se jedná o palivo budoucnosti, neboť jde o nenákladný obnovitelný zdroj energie. 3.2.3.2 Výhody pelet Spalováním dřevních peletek nedochází ke zvyšování emisí skleníkových plynů (CO2), které způsobují globální klimatické změny (oteplování) a tento proces je z hlediska CO2 neutrální. Spalováním peletek dochází na rozdíl od fosilních tuhých paliv ke tvorbě jen minimálního množství popele, který je navíc velmi kvalitním hnojivem s obsahem oxidů draslíku a fosforu (kompostový substrát nebo přímá aplikace do půdy). Spalováním dřevních peletek dochází k energetickému využívání plně obnovitelného zdroje energie. Emise CO2 vznikající při spalování jsou pohlcovány procesem fotosyntézy a využitím popela jako hnojiva se do půdy vrací zpět potřebné živiny.
3.2.4 Bioplyn Při rozkladu organických látek (hnůj, zelené rostliny, kal z čističek) v uzavřených nádržích bez přístupu kyslíku vzniká bioplyn. Ze zemědělských odpadů se v největší míře energeticky využívá kejda, případně i slamnatý hnůj, sláma, zbytky travin, stonky kukuřice, bramborová nať a další. Tímto způsobem je možné zpracovávat také slámu, piliny a jiný odpad, proces je však pomalejší. Jedná se o plyn produkovaný během anaerobní digesce organických materiálů a skladájící se z metanu (CH4) a oxidu uhličitého (CO2). 3.2.4.1 Složení bioplynu Jedná se o plyn produkovaný během anaerobní digesce organických materiálů a skladájící se z metanu (CH4) a oxidu uhličitého (CO2). • • • • • • • •
Metan 40-75% Oxid uhličitý 25-55% Vodní pára 0-10% Dusík 0-5% Kyslík 0-2% Vodík 0-1% Čpavek 0-1% Sulfan 0-1%
Energeticky hodnotný je v bioplynu metan a vodík. Problematickými jsou sirovodík a čpavek, které je často nutné před energetickým využitím odstranit, aby nepůsobili agresivně na strojním zařízení. V bioplynovém zařízení se biomasa zahřívá na provozní teplotu ve vzduchotěsném reaktoru. Obvyklá teplota je pro mezofilní bakterie 37 až 43 °C, pro termofilní 50 až 60 °C. Princip vyvíjení bioplynu j e velmi jednoduchý, protože je však nutné dodržovat bezpečnostní normy, zařízení se stávají složitými a tudíž dražšími. Větší bioplynové stanice jsou ekonomicky rentabilnější než malé jednotky, stále však zůstává problém laciného využití velkého množství odpadního tepla (zejména v létě). Bioplyn vzniká obecně při bakteriálním rozkladu organických látek v kyselém a vlhkém prostředí, jeho příprava probíhá jako biotechnologický proces ve dvou stupních: 1. na organické látky (výkaly, voda, stelivo, a rostliny) působí enzymy produkované bakteriemi, které katalyzují jejich rozklad na alkoholy, uhličitany a organické kyseliny (především kyselinu octovou) 2. přeměna organických kyselin a alkoholů působením bakterií na bioplyn ( 70 % metan, oxidy uhlíku + sirovodík ), tato směs je podobna zemnímu plynu.
33
3.2.4.2 Fermentace biomasy Fermentací roztoků cukrů je možné vyprodukovat ethanol (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 ethanolu, který je vysoce hodnotným kapalným palivem pro spalovací motory. Jeho přednostmi jsou ekologická čistota a antidetonační vlastnosti, nedostatkem je schopnost vázat vodu a působit korozi motoru. V USA probíhají výzkumy výroby ethanolu z celulózy pomocí speciálně vyšlechtěných mikroorganismů. Ethanol lze pak získat ze dřeva nebo trávy. Vedlejším produktem fermentace je digestát, který lze použít jako organominerální hnojivo, materiál pro výrobu kompostu nebo rekultivační materiál.
3.2.4.3 Biomasa, NOX a CO2 Dřevo či sláma - jsou-li správně spáleny - jsou hned po vodíku ekologicky "nejpřátelštějším" palivem. Jediným příspěvkem ke znečištění ovzduší jsou NOX , které vznikají při každém spalování za přítomnosti atmosférického vzduchu. Jejich množství závisí na kvalitě spalování, zejména na teplotě. Vzhledem k tomu, že CO2 uvolněný při spalování organické hmoty, je znovu absorbován při růstu rostlin, nelze v tomto směru hovořit o problému s emisemi. Ve dřevě není síra, stopy síry jsou ve slámě - asi 0,1 % v porovnání s minimálně 2 % v hnědém uhlí.
3.2.5 Energetické plodiny - viz modul OM 03 Klíčová slova:biomasa, bioplyn, pelety
3.3 Větrné elektrárny Na území ČR se větrná energie využívala v minulosti ve větrných mlýnech. Historicky je existence prvního větrného mlýna na území Čech, Moravy a Slezska doložena již v roce 1277 v zahradě Strahovského kláštera v Praze. Zájem o využití větrné energie se projevil na začátku 70. let minulého století. Důležitým impulsem pro rozvoj větrné energetiky bylo embargo zemí OPEC na vývoz ropy do průmyslově vyspělých zemí vyhlášené na podzim roku 1973. Rozkvět větrných elektráren v ČR vyvrcholil v letech 1990-1995, poté následovala léta stagnace větrné energetiky. V současné době se větrné elektrárny nacházejí na více než padesáti lokalitách v ČR, jejich nominální výkon se pohybuje od 0,004 až po 2 MW e. Mezi výrobce technologie patří několik českých firem, u velkých výkonů to jsou především dodavatelé z Německa. V roce 2006 vyrobily větrné elektrárny na území ČR téměř 50 GWh elektrické energie, nejvíce na severozápadě ČR a na střední Moravě. Na celkové výrobě elektřiny v ČR se větrné elektrárny podílely pouze 0,4 %, což je přibližně třetina průměrného podílu v zemích EU.
3.3.1 Princip větrné elektrárny Působením aerodynamických sil na listy rotoru převádí větrná turbína umístěná na stožáru energii větru na rotační energii mechanickou. Ta je poté prostřednictvím generátoru zdrojem elektrické energie (na podobném principu turbogenerátoru pracuje jak klasická, vodní či jaderná elektrárna). Podél rotorových listů vznikají aerodynamické síly; listy proto musejí mít speciálně tvarovaný profil, velmi podobný profilu křídel letadla. Se vzrůstající rychlostí vzdušného proudu rostou vztlakové síly s druhou mocninou rychlosti větru a energie vyprodukovaná generátorem s třetí mocninou. Je proto třeba zajistit
34
efektivní a rychle pracující regulaci výkonu rotoru tak, aby se zabránilo mechanickému a elektrickému přetížení věrné elektrárny. Obsluha větrné elektrárny je automatická. Životnost nové větrné elektrárny se udává 20 let od uvedení do provozu.
3.3.2 Možnosti a perspektivy větrných elektráren v ČR Dlouhodobě mají větrné elektrárny určitou šanci stát se jedním ze zdrojů, který bude nahrazovat kapacitu z uhelných elektráren. Samy však nemohou nikdy velké zdroje úplně nahradit. Podle studie společnosti Euroenergy by v roce 2010 mohl instalovaný výkon ve větrných elektrárnách dosáhnout maximálně 1044 MW. Při 20% využití výkonu by výroba v těchto zdrojích mohla v nízkém scénáři dosáhnout v roce 2010 hranice 1828 GWh. Dokladem rozvojového trendu větrné energetiky v České republice je dosavadní růst výroby elektrické elektrárny v ČR ve větrných elektrárnách – zatímco v roce 2005 představovala roční výroba 21,3 GWh, v roce 2006 to bylo již 49,4 GWh. V roce 2002 představoval výkon instalovaný ve větrných elektrárnách 6 635 kW, koncem roku 2006 to byl již téměř desetinásobek. Podle větrného atlasu ČR, vytvořeného Ústavem fyziky atmosféry Akademie věd ČR na základě podkladů Českého hydrometeorologického ústavu, je celoroční průměrná rychlost větru přes 4 m/s (ve výšce 10 m) a přes 5,3 m/s (ve výšce 30 m). Roční průměrná rychlost větru v lokalitě výstavby větrné elektrárny ve výšce osy rotoru navrhované elektrárny se předpokládá 6 a více m/s. Jako nejpříhodnější lokality pro stavbu farem větrných elektráren lze považovat plochy 3 × 3 nebo 4 × 6 km v nadmořských výškách zpravidla nad 700 m (většinou však leží v chráněných krajinných oblastech, kde je zakázáno stavět). Až na řídké výjimky se energeticky příhodné lokality pro stavbu větrné elektrárny nacházejí v horských pohraničních pásmech a v oblasti Českomoravské vrchoviny. Podle předběžných odhadů by bylo možné v Krušných horách postavit 320 až 340 větrných elektráren o jednotkovém výkonu 300 až 500 kW, tj. celkem až 170 MW (výkon 1 bloku starší uhelné elektrárny).
3.3.4 Podpora státu v oblasti výroby elektrické energie ve větrných elektrárnách Rozvoj větrné energetiky je přínosem především z hlediska ekologie. Stát podporuje výrobu z obnovitelných zdrojů tak, že pravidelně určuje výkupní cenu elektřiny vyrobené v daném typu elektrárny. Do roku 2001 byly minimální výkupní ceny stanovovány provozovateli distribučních soustav v dané oblasti. Výše cen byla stanovována smlouvami s provozovateli větrných elektráren a byla vprůměru kolem 1130 Kč/MWh. Od roku 2001, vždy v listopadu na následující rok, stanovuje výkupní ceny elektřiny Energetický regulační úřad (ERÚ). Pro rok 2008 platí taxa 2460 Kč/MWh. Zásadní změnu do režimu určování výkupních cen elektřiny přinesl zákon č. 180/2005 Sb, který ukládá provozovatelům regionálních distribučních soustav a provozovateli přenosné soustavy povinnost veškerou elektřinu z obnovitelných zdrojů vykupovat. Výrobce elektřiny z obnovitelných zdrojů má právo si vybrat, zda svoji elektřinu nabídne k výkupu za pevnou cenu nebo zda za ni bude požadovat tzv. zelený bonus. Zeleným bonusem se rozumí finanční částka navyšující tržní cenu elektřiny a je hrazena provozovatelem regionální distribuční soustavy nebo přenosové soustavy. Zohledňuje poškozování životního prostředí využitím obnovitelných zdrojů oproti spalování fosilních paliv. Dosavadní podnikatelská praxe v dané oblasti dokazuje, že úspěch ve výstavbě a provozu větrných elektráren mají pouze ekonomicky silné firmy, které dokáží zvládnout jak vstupní investice, tak investice nezbytné na údržbu a provoz zařízení. Skupina ČEZ, coby největší domácí výrobce elektřiny, plánuje v následujících 15 letech investovat na výstavbu větrných elektráren zhruba 20 miliard korun. Cílem Skupiny ČEZ vyrábět v roce 2010 celkem 8 % energie z obnovitelných zdrojů. Prvními vhodnými projekty jsou možnosti výstavby větrných parků v lokalitách Dukovany a Dlouhé Pole, ke kompletní obnově dojde v Novém Hrádku.
35
Obcím, na jejichž katastru budou postaveny větrné elektrárny, Skupina ČEZ nabízí kompenzaci ve formě pravidelného ročního příspěvku do obecního rozpočtu v řádu okolo 100 000 korun na jednu větrnou elektrárnu.
3.3.5 Vliv větrné elektrárny na životní prostředí Větrná energetika neprodukuje tuhé či plynné emise a odpadní teplo, nezatěžuje okolí odpady, ke svému provozu nepotřebuje vodu. Větrná elektrárna nepředstavuje významný zábor zemědělské půdy, minimální jsou i a nároky na plochu staveniště. Pro získání většího výkonu je však třeba stavět větrné farmy o obrovských rozlohách (např. 1000 MW větrná farma zabere rozlohu 35 000 km2, 2 uhelná nebo jaderná elektrárna o stejném výkonu pouhých několik km ). Námitky ve smyslu újmy na estetickém vzhledu krajiny mají vždy subjektivní charakter a vnímání symbiózy přírodních a umělých prvků v krajině je věcí zvyku. V mnoha případech bývá ochránci přírody nadhodnocován negativní vliv akustických emisí na okolí. Jde přitom o hluk, jehož zdrojem je strojovna elektrárny, popř. interakce proudícího vzduchu s povrchem listů rotoru a uvolňováním vzduchových vírů za hranou listů. Tento hluk je snižován modernější konstrukcí listů vrtule, popř. variantností typů rotorů (za cenu snížení hlukové emise se snižuje i výkon generátoru). Hladina hluku na úrovni 500 m od stroje se pohybuje okolo 35–40 dB, což je zhruba hladina hluku v obývacím pokoji. Agentura ochrany přírody a krajiny uvádí, že les ve vzdálenosti 200 metrů vydává při rychlostech větru 6–7 m/s přibližně stejný hluk jako větrná elektrárna ve stejné vzdálenosti. Povolené hladiny hluku v místě nejbližší budovy jsou podle českých zákonů na úrovni 50 dB (den) a 40 dB (noc). Tyto limity dodrží větrné elektrárny zcela bez problémů. Chování ptáků ale i divokých zvířat v blízkosti větrných elektráren je rozdílné: zatímco některé druhy ptáků staví svá hnízda částečně v úkrytu generátorových skříní, jiné druhy se okolí elektráren vyhýbají. Pokud jsou větrné elektrárny dobře naplánované a postavené, nepředstavují pro ptáky a zvířata vážné nebezpečí. K zajímavému závěru došel tříletý výzkum, který prováděl Ústav pro výzkum divoce žijících zvířat na Veterinární univerzitě v Hannoveru. Výzkum sledoval rozsáhlé území s celkem 36 větrnými elektrárnami i srovnávací oblasti, kde turbíny nejsou. Hustota zvěře na území s elektrárnami zůstávala stejná, nebo se dokonce zvyšovala. Z průzkumu mezi myslivci Dolního Saska vyšlo najevo, že nespatřují ve větrných elektrárnách vážné zdroje rušení domácí nízké zvěře. Technici vymysleli i jak zamezit nepříznivému vlivu pohyblivých stínů v obydlených lokalitách. Řešením je využití jednoduchého počítačového programu, který v v denní době a za podmínek, které vznik podobných stínů vyvolávají, jednoduše na nezbytou dobu elektrárnu vypne.
3.3.6 Větrné elektrárny v zahraničí Nejdále ve využití energie větru pokročili američtí odborníci, kteří systematicky rozpracovali široký soubor souvisejících otázek. Zahrnuli do něj techniku a technologii, ekonomiku a energetiku, ale také sociologii a ekologii, stejně jako právní stránku věci a problematiku veřejného mínění. Vycházeli z faktu, že už koncem minulého století pracovalo v USA kolem šesti milionů malých větrných elektráren, čerpadel a dalších zařízení a země má mnoho rozlehlých oblastí s velmi dobrými větrnými podmínkami. Platí to především o Kalifornii, kde vznikla celá pole větrných elektráren - větrné farmy. V Evropě mají největší potenciál větrné elektrárny v Německu, kde bylo k 30. červnu 2006 instalováno 18 054 větrných elektráren s celkovým výkonem 19 299 MW. Na druhém místě je Španělsko, na třetím Dánsko. V evropských státech začleněných v EU je ve větrných elektrárnách instalováno celkem téměř 50 000 MW e.
3.3.7 Větrné elektrárny a Evropská unie Země Evropských společenství přijaly program rozvoje větrné energetiky v roce 1980. Na základě úspěšných projektů, zejména v Dánsku, Nizozemsku, Německu a Velké Británii, rozhodla Evropská unie v roce 2030 dosáhnout 100 000 MW e instalovaných ve větrných elektrárnách To je výkon, který má pokrývat 20 % celkové západoevropské spotřeby elektrické energie. Pokud se naplní tyto
36
optimistické výhledy, lví podíl na nich budou mít země s mořským pobřežím, tedy s nejpříhodnějšími podmínkami. Jinde se vítr zřejmě dočká využití maximálně v kombinaci s dalšími obnovitelnými zdroji. Klíčová slova:vítr, větrná elektrárna
3.4 Sluneční elektrárny (solární energie) Přeměna světelného záření na teplo (fototermální přeměna) muže být : a) pasivní – např. tepelné zisky budov získané vhodným architektonickým rešením – prosklené fasády, zimní zahrady, apod.. b) aktivní – pomocí přídavných technických zařízení (sluneční kolektory, fotovoltaické články). Nejčastější aplikace solárních systému jsou instalace solárních kolektorů pro ohřev teplé užitkové vody nebo kombinace otop + ohřev TUV. Přehledně zachycuje jednotlivé druhy fototermálních systémů následující schéma :
3.4.1 Solární kolektory Nejčastější jsou aplikace solárních kolektorů pro ohřev TUV. Z uvedených údajů si lze jednoduchým způsobem dovodit základní bilanci solárního systému: Počet osob Spotřeba TUV (l/den) Objem zásobníku TUV (l) Plocha kolektoru (m2)
1 82 80 1,6
3 246 240 4,8
2 164 160 3,2
4 328 300 6
5 410 400 8
6 492 500 10
Solární systémy lze dělit jednak podle způsobu oběhu teplonosné kapaliny na : a) Samotížné – použití omezené, převážně u malých systémů se sezónním provozem (jednodušší, spolehlivější, levnější, nezávislé na vnějším zdroji energie, ovšem také nižší účinnost a horší regulace).
37
b) S nuceným oběhem – pohon čerpadlem (složitější, dražší a závislé na zdroji elektřiny, ale také vyšší účinnost a lepší regulace). a jednak podle počtu okruhů: a) Jednookruhové systémy – přímý ohřev bez výměníku, použití výhradně u sezónních zařízení (vysoká účinnost, levnější, jednoduchost, ale také omezení pouze na sezónní provoz, neupravená voda = nebezpečí tvorby řas, minerálních úsazenin a koroze, v zimě možnost zamrzání). b) Dvouokruhové systémy – primární/kolektorový okruh je oddělen od okruhu spotřeb TUV výměníkem (celoroční provozy – primár naplněn nemrznoucí kapalinou, velká variabilita zapojení, komfortní regulace, nevýhody jsou vyšší pořizovací cena, větší složitost a nižší účinnost)
3.4.2 Solární elektrárny Stejně jako jsou negativní dopady jaderné elektrárny na životní prostředí minimální, získávání elektrické energie přímo ze slunečního záření je z hlediska životního prostředí nejčistším a nejšetrnějším způsobem její výroby. Jaderná energetika i sluneční elektrárny využívají zdroje energie, kterého je a ještě dlouho bude v přírodě dostatek. Účinnost přeměny slunečního záření na elektřinu umožňuje získat se současnými solárními systémy z jednoho metru aktivní plochy až 110 kWh elektrické energie za rok. V našich podmínkách je ve srovnání se současnými klasickými zdroji elektrická energie ze solárních systémů však stále ještě podstatně dražší. Technologie slunečních elektráren však má teoreticky neomezený růstový potenciál a vyspělé státy s ní do budoucna počítají. Celosvětový meziroční nárůst výroby solárních panelů se po roce 2000 pohybuje okolo 35 %. Celkový instalovaný výkon slunečních elektráren přesáhl na konci roku 2002 hranici 1,5 GW. I tak podíl fotovoltaiky na celkové produkci elektrické energie ve světě stále představuje pouze asi 0,01 %.
3.4.3 Sluneční elektrárny v ČR V případě ČR je větší využití sluneční energie zatím na počátku svého rozvoje. V průběhu poslední dekády minulého století se v ČR omezilo na ostrovní systémy pro nezávislé napájení objektů a zařízení v lokalitách bez připojení na rozvodnou síť. První sluneční elektrárna o výkonu 10 kW byla uvedena do provozu až v roce 1998 na vrcholu hory Mravenečník v Jeseníkách (dnes je umístěna jako demonstrační zařízení v areálu JE Dukovany coby součást informačního centra). Státní správa a místní samospráva zavádějí podpůrné nástroje na podporu fotovoltaiky od roku 2000, a to jak podporou demostračních projektů, tak podporou vývoje a výzkumu. Příkladem je vládou schválený Národní program na podporu úspor a využívání obnovitelných zdrojů energie nebo Státním fondem životního prostředí vyhlášený program Slunce do škol. Od roku 2003 jsou Státním fondem životního prostředí poskytovány 30% dotace na instalaci solárnícch systémů pro soukromé i právnické osoby. V našich podmínkách je solární systém o výkonu 1 kW schopen vyrobit 900-1000 kWh elektrické energie za rok. U současně provozovaných slunečních elektráren o instalovaných výkonech od 2,6 kW do 36 kW (síť solárních systémů na středních odborných školách po 1,2 kW) jde většinou o napájení aplikací bez připojení k rozvodné síti. V souladu s cíli EU by celkový instalovaný výkon solárních systémů v ČR měl do roku 2010 dosáhnout 84 MW a do roku 2020 541 MW.
3.4.4 Princip sluneční elektrárny Elektrickou energii lze získat ze sluneční energie různými způsoby, přímo i nepřímo.
38
Přímá přeměna využívá fotovoltaického jevu, při kterém se v určité látce působením světla (fotonů) uvolňují elektrony. Tento jev může nastat v některých polovodičích (např. v křemíku, germaniu, sirníku kadmia aj.). Fotovoltaický článek je tvořen nejčastěji tenkou destičkou z monokrystalu křemíku, použít lze i polykrystalický materiál. Destička je z jedné strany obohacena atomy trojmocného prvku (např. bóru), z druhé strany atomy pětimocného prvku (např. arzenu). Když na destičku dopadnou fotony, záporné elektrony se uvolňují a zbývají kladně nabité "díry". Přiložíme-li na obě strany destičky elektrody a spojíme je drátem, začne protékat elektrický proud. Jeden cm2 dává proud okolo 12 mW (miliwattů). Jeden metr čtvereční slunečních článků může dát v letní poledne až 150 W stejnosměrného proudu. Sluneční články se zapojují bud' za sebou, abychom dosáhli potřebného napětí (na jednom článku je 0,5 V), nebo vedle sebe tak, abychom získali větší proud. Spojením mnoha článků vedle sebe a za sebou vzniká sluneční panel. Nepřímá přeměna je založena na získání tepla pomocí slunečních sběračů. V ohnisku sběračů umístíme termočlánky, které mění teplo v elektřinu. Termoelektrická přeměna spočívá na tzv. Seebeckově jevu (v obvodu ze dvou různých drátů vzniká elektrický proud, pokud jejich spoje mají různou teplotu). Jednoduché zařízení ze dvou různých drátů spojených na koncích se nazývá termoelektrický článek. Jeho účinnost závisí na vlastnostech obou kovů, z nichž jsou dráty vyrobeny, a na rozdílu teplot mezi teplým a studeným spojem. Větší množství termoelektrických článků vhodně spojených se nazývá termoelektrický generátor.
3.4.5 Palivový článek Elektřinu lze získávat ze slunečního záření také prostřednictvím energie chemické tak, že pomocí slunečního záření rozložíme vodu na vodík a kyslík. Tím se původní energie záření uskladní jako energie chemická do obou plynů. Při slučování obou plynů, tj. při okysličování vodíku, vzniká opět voda. Nahromaděná energie se přitom uvolní buď jako teplo (při hoření), nebo v palivovém článku jako elektrický proud. Palivový článek je měnič, ve kterém se energie chemická mění v energii elektrickou. Palivové články budou pravděpodobně - podobně jako jaderné palivo - důležitým zdrojem elektrické energie v budoucnosti. Představují uskladněnou sluneční energii a lze je získávat v neomezeném množství. Účinnost palivových článků je vysoká (až 90 %), generátory elektráren na fosilní paliva dosahují pouze 35% účinnosti. Provoz palivových článků je absolutně čistý, neboť jejich produktem je voda. Články pracují zcela bezhlučně, jelikož neobsahují žádné pohyblivé části. Pomocí palivových článků lze získávat elektřinu pro domácnost (s výkonem 12 kW). Vyrábějí se však už baterie mnoha palivových článků s výkonem až 13 000 kW (užívají se zejména v astronautice).
3.4.6 Sluneční tepelné elektrárny Ve sluneční tepelné elektrárně se sluneční záření mění na elektrickou energii ve velkém měřítku. V principu jde o tepelnou elektrárnu, která potřebné teplo získává přímo ze slunečního záření. Kotel (absorbér) sluneční elektrárny je umístěn na věži v ohnisku velkého fokusačního (ohniskového) sběrače. Sluneční záření se na něj soustřeďuje pomocí mnoha otáčivých rovinných zrcadel - tzv. heliostatů. V kotli se ohřívá např. olej, ve výměníku se získává horká pára, která pak pohání turbínu, turbína pohání generátor a ten vyrábí elektrický proud.
3.4.7 Sluneční elektrárny a budoucnost Na Zemi je asi 22 milionů km2 pouští, které nelze využít ani v zemědělství, ani k chovu dobytka (Sahara, Kalahari, Atakama). Jejich obrovské rozlohy však mohou být alespoň zčásti využity k přeměně sluneční energie na elektřinu nebo k rozkladu vody na vodík a kyslík. Pro Evropu je nejblíže Sahara, která má rozlohu 7 milionů km2. Jednoduchý výpočet ukáže, že jen z jedné desetiny Sahary by dnešní technikou slunečních elektráren bylo možné získat asi 50 terawattů, což je 5krát více, než lidstvo potřebuje.
39
Elektrická energie ze solárních článků ze Sahary by se do Evropy mohla rozvádět přes Gibraltar. Jinou možností je využívat sluneční energii k rozkladu vody a vodík pak do Evropy dopravovat potrubím nebo ve velkých tankerech podobně jako zemní plyn.
3.4.8 Výhody fotovoltaických článků - ekologicky velmi šetrný energetický zdroj - alternativní zdroj elektřiny pro objekty, jejichž připojení na veřejnou distribuční síť je spojeno s enormní investicí (známy případy, kdy náklady na fotovoltaický systém byl pouze ¼ nákladů na klasickou elektropřípojku) nebo je technicky nerealizovatelné (vyčerpání kapacity přenosových systémů distributorů elektřiny v dané lokalitě). - možnost modulárního rozšiřování výrobní kapacity zdroje elektřiny. - individuálně někteří lidé chápou fotovoltaický systém jako prostředek pro docílení nezávislosti na elektrické rozvodné síti, kontrolované energetickými monopoly. - výroba elektřiny ze slunečních článků je spolehlivou investicí - vysoká spolehlivost a dlouhá životnost (min. 20 let). Klíčová slova: solární kolektor, solární elektrárna, fotovoltaický jev
3.5 Tepelná čerpadla, elektrárna OTEC V zemi, vodě i ve vzduchu je obsaženo nesmírné množství tepla; jeho nízká teplotní hladina však neumožňuje přímé energetické využití. Tepelná čerpadla jsou zařízení, která umožňují odnímat teplo okolnímu prostředí, převádět je na vyšší teplotní hladinu a předávat ho cíleně pro potřeby vytápění nebo pro ohřev teplé užitkové vody. Tepelná čerpadla neprodukují vyhořelé palivo, jaderný odpad, jde o zcela bezodpadovou technologii.
3.5.1 Princip tepelného čerpadla Principem tepelného čerpadla je uzavřený chladicí okruh (obdobně jako u chladničky), jímž se teplo na jedné straně odebírá a na druhé předává. Chladnička odebírá teplo z vnitřního prostoru a předává je kondenzátorem na své zadní straně do místnosti. Tepelné čerpadlo místo potravin ochlazuje například vzduch, půdu nebo podzemní vodu. Teplo odebrané těmto zdrojům předává do topných systémů. Asi nejlépe lze pochopit princip čtyř fází pomocí následujícího obrázku:
První děj - Vypařování: Od vzduchu, vody nebo země odebírá teplo chladivo kolující v tepelném čerpadle a tím se odpařuje (mění skupenství na plynné).
40
Druhý děj - Komprese: Kompresor tepelného čerpadla prudce stlačí o několik stupňů ohřáté plynné chladivo, a díky fyzikálnímu principu komprese, kdy při vyšším tlaku stoupá teplota, jako teplotní výtah "vynese" ono nízkopotenciální teplo na vyšší teplotní hladinu cca. 80°C.
Třetí děj - Kondenzace: Takto zahřáté chladivo pomocí druhého výměníku předá teplo vodě v radiátorech, ochladí se a zkondenzuje. Radiátory toto teplo vyzáří do místnosti. Ochlazená voda v topném okruhu pak putuje nazpět k druhému výměníku pro další ohřátí.
Čtvrtý děj - Expanze: Průchodem přes expanzní ventil putuje chladivo nazpátek k prvnímu výměníku, kde se opět ohřeje. Činnost tepelného čerpadla využívá fyzikální jevy spojené se změnou skupenství pracovní látky chladiva. Ve výparníku tepelného čerpadla chladivo při nízkém tlaku a teplotě odnímá teplo zdroji nízkopotenciálního tepla, dochází k varu. Páry chladiva jsou stlačeny, zahřívají se a v kondenzátoru předávají kondenzační teplo ohřívané látce. Tím se opět ochlazují a zkapalňují. Celý oběh je uzavřen odvodem chladiva do výparníku přes expanzní ventil, který snižuje tlak kapalného chladiva. Tepelné čerpadlo dokáže odebrat teplo z okolního vzduchu, odpadního vzduchu, povrchových vod, půdy, vrtů i z podzemní vody. Využitelným zdrojem je i odpadní teplo technologických procesů.
3.5.2 Typy tepelných čerpadel Podle způsobu, jakým se uskutečňuje odsávání par z výparníku a zvýšení jejich tlaku, dělí se tepelná čerpadla na kompresorová (nejběžnější druh), absorpční a hybridní. Typ tepelného čerpadla se určuje podle druhu ochlazované a ohřívané látky. Nejobvyklejší kombinace jsou vzduch/voda, vzduch/vzduch, voda/voda, nemrznoucí kapalina/voda nebo země/voda. Pro ohřev vody nebo pro vytápění rodinných domků jsou na našem trhu dostupná kompaktní tepelná čerpadla. U teplovzdušných tepelných čerpadel se často využívá možnost reverzního chodu - zatímco v zimě topí, v létě vzduch v místnosti ochlazují. Tyto systémy se rozšiřují zejména v kancelářských prostorách. V zemědělství jsou rozšířena tepelná čerpadla, která odpadním teplem z chlazení mléka ohřívají teplou užitkovou vodu. Obdobné aplikace založené na kombinaci chlazení a ohřevu užitkové vody se používají i v průmyslu.
3.5.3 Výhody tepelných čerpadel - nezávislost na cenách energií - s tepelným čerpadlem budete nezávislí na cenách energií. Jakékoliv zdražování se vás dotkne pouze minimálně. Budete totiž zdarma čerpat teplo z přírody. - ekonomické vytápění domu - tepelné čerpadlo ušetří až 80% nákladů za energie. Svými nízkými provozními náklady přináší tepelné čerpadlo uživateli velké úspory a tím zajišťuje rychlou návratnost investice. - nízká sazba za elektřinu pro celou domácnost - každému, kdo si pořídí tepelné čerpadlo, přidělí rozvodné společnosti velmi výhodnou dvoutarifní sazbu dodávky elektrické energie nejen pro tepelné čerpadlo, ale pro celou domácnost. - krátká doba návratnosti investice - investice do tepelného čerpadla se i bez jakýchkoliv dotací a finančních podpor vrátí již za 3 - 8 let oproti nejběžnějším systémům vytápění. - ekologický provoz - nízká energetická náročnost a využití přírodní, nízkopotencionální energie minimalizuje zátěž na životní prostředí. Oproti konvenčním způsobům vytápění podstatně snižuje exhalace našeho ovzduší.
41
- komfortní vytápění - moderní technologie a regulace poskytuje všem zákazníkům komfortní a bezobslužný provoz, který zajistí tepelnou pohodu v daném objektu. Tepelné čerpadlo můžete např. ovládat pomocí mobilního telefonu nebo přes internet. - levná klimatizace - některá tepelná čerpadla mohou plnohodnotně chladit (klimatizovat). Oproti klasické klimatizaci mají v režimu chlazení přibližně poloviční provozní náklady. - bezpečný provoz - při provozu tepelného čerpadla nehrozí nebezpečí výbuchu či vznícení nebo otrava oxidem uhelnatým. - tepelné čerpadlo má kromě jiných výhod, jednu podstatnou. Šetří peníze. A bude šetřit tím více, čím více se budou zdražovat ceny energií. Lze očekávat, že se budou ceny energií přibližovat cenám obvyklým v EU. Obecně můžete odhadnout úspory, které vám přinese tepelné čerpadlo tak, že sečtete a) částku kterou zaplatíte ročně za zemní plyn b) částku, kterou platíte nyní ročně za elektřinu, od výsledku odečtěte 50% a zbytek budete přibližně platit s tepelným čerpadlem ročně za celou domácnost.
3.5.4 Využití tepelné energie moří a oceánů - elektrárna OTEC V podstatě jde o využití teplotního rozdílu mezi teplou vodou při hladině a chladnou vodou mořských hlubin. Teplotního gradientu využívá pokusná malá elektrárna MINI OTEC (Ocean Thermal Energy Convertion). Tato elektrárna o instalovaném výkonu pouhých 50 kW byla postavena u pobřeží Havajských ostrovů. Působením teplé mořské vody dochází ve výměníku tepla k odpařování amoniakových par, které pak pohánějí turbínu. Po průchodu turbínou páry opět kondenzují pomocí chladné hlubinné vody a cyklus se opakuje. Elektrárna MINI OTEC je instalována na palubě lodi, odkud je do hloubky spuštěna přes 60 m dlouhá hadice. Tou se čerpá chladná voda potřebná ke kondenzaci par amoniaku. Nedaleko této lodi je budováno jiné zařízení OTEC-2. Tato elektrárna založená na stejné myšlence je podstatně větší (instalovaný výkon 1 MW). Elektrárna OTEC-2 se bude podobat mořské bóji s teleskopickým potrubím dosahujícím do hloubky až 1000 m. Klíčová slova: tepelné čerpadlo
3.6 Energie přílivu a příboje oceánů 3.6.1 Energie moří a oceánů Celá hmota světových moří a oceánů je v neustálém pohybu, a to nejen na povrchu, ale i ve značných hloubkách. Nejdůležitějším pohybem vodních částic na povrchu oceánů a moří je vlnění způsobené větrem, slapovým působením Měsíce a Slunce, vtokem velkých řek, posunem zemských desek v důsledku podmořských zemětřesení apod. Odhaduje se, že energie, kterou vyvinou vlny ve všech světových oceánech, dosahuje hodnoty 342 miliard MJ. V této souvislosti bylo vypočteno, že každá vlna vzdutého moře při pobřeží Velké Británie má nepřetržitě po celý rok na jeden metr své délky výkon 50 až 80 kWh. Zatím se energie oceánů využívá velice málo. První kroky k praktickému využití však už byly učiněny. Jedním z mnoha řešení je návrh trojdílných pontonů plovoucích na hladině a zakotvených na dně. Pohyb vln by se přenášel na vodní motor. Další zajímavý návrh pod názvem Ploeg se týká instalace řadu plováků, které působením vln kmitají kolem osy. Pohyb je soustavou hydraulických nebo mechanických zařízení převáděn na generátor. Jiný způsob využití energie vln byl navržen v Japonsku. Elektrárna Kalimai je podobná cisternové lodi dlouhé 80 m a široké 12 m. Mořské vlny
42
stlačují v komorách stanice vzduch a pohánějí 3 turbíny s generátory o výkonu 200 kW. Takto upravená elektrárna je víceúčelová, protože plní funkci vlnolamu před přístavem a před rybími farmami. U havajského pobřeží byly prováděny pokusy i s minielektrárnami umístěnými v mořských bójích. Na převratnou myšlenku přišli pracovníci firmy Lockheed. Navrhli konstrukci elektrárny Dam-Atol. Jde o umělý ostrov, na kterém by byla umístěna přehrada. Vlnová elektrárna má být kruhová o průměru 76 m. Lopatky zvláštního tvaru by přiváděly vodu z moře do středu elektrárny, kde by se vytvářel mohutný vír, který by otáčel lopatkami turbíny. Přivaděč vody by měl průměr 20 m a hydrogenerátor by dosahoval výkonu až 2 MW.
3.6.2 Elektrárny pro využití mořského příboje Síla příboje při větších bouřkách je až neuvěřitelná. Například ve Francii přehazovaly příbojové vlny přes kamenný vlnolam vysoký 7 m balvany o hmotnosti až 3,5 t a betonový blok o hmotnosti 65 t posunuly na vzdálenost 20 m. Přesto je síla příboje zatím velmi málo používána - v místech silného příboje se nenalézají velká města a ani se nestaví žádné velké průmyslové podniky. Příbojová hydroelektrárna na pobřeží Bretaně s generátory umístěnými pod mořskou hladinou měla jen malý úspěch. Vodní turbína s vertikálním hřídelem využívající oba směry průtoků vody byla zkonstruována v Japonsku. Lze ji použít i pro využití příboje. Její lopatky se samy otevírají asi na polovině obvodu ve směru proti vodnímu průtoku. Výsledná nerovnováha tvoří točivý moment. Čtyřlopatkové turbíny mají průměr až 700 mm a výšku 150 mm.
3.6.3 Energie mořských proudů Cirkulace vodních mas ve světových oceánech a mořích je nejen periodická, ale uchovává svůj směr a rychlost. Stabilní proudy jsou součástí celooceánské cirkulace. Energetické využití těchto mořských proudů zůstává zatím ve stavu úvah a studií. Jako příklad lze uvést návrh na energetické využití části Golfského proudu mezi mysem Heterras a Floridou v USA. Průměrná rychlost proudu je v těchto místech 3,2 km/h ve spodních vodních vrstvách a 8,8 km/h při povrchu. Každou sekundu tudy proteče 70 miliónů m3 vody. Na úrovni mysu Heterras téměř 100 km široký proud vody se obrací k východu a směřuje k Evropě. Podle propočtů by se zde dalo získat z 1 m3 vody 0,8 kW elektrického výkonu. Celkový energetický výkon Golfského proudu v těchto místech se odhaduje na 25 tisíc MW. V projektu se uvažuje o využití velkých turbín o průměru asi 170 m, se dvěma lopatkami oběžného kola, otáčejícími se rychlostí 1 otáčka za minutu. Turbíny mají být upevněny ocelovými lany k těžkým kotvám v hloubce 30 m až 130 m pod hladinou. Jejich vzájemná vzdálenost by byla 100 m i s propustěmi pro velké lodi. Všechny projekty využívání mořských proudů s sebou však nesou velké riziko. Mohlo by dojít ke zpomalení Golfského proudu a možné katastrofické důsledky se dají stěží odhadnout. Francouz Morion navrhuje zapustit do mořského dna obrovské disky, které by se otáčely spolu s mořským proudem. Turbína by měla průměr víc než 100 m. Tyto elektrárny navrhuje umístit k pobřeží Francie, Japonska a Iberských ostrovů. Zkušební projekt byl zrealizován u jižního pobřeží Sicílie. O projekt je ve světě značný zájem již také proto, že neohrožuje stabilitu proudů a nepodstupuje ekologická rizika.
43
3.6.4 Přílivové elektrárny Příliv a odliv je důsledkem působení slapových sil Měsíce a Slunce. Na výšku přílivu a odlivu má zásadní vliv tvar pobřeží (nejvyšší známý příliv je u Nového Skotska v USA - o plných 20 m). Chod slapových sil, a tím přílivů a odlivů, není pravidelný. Při stavbě přílivových elektráren je třeba přihlížet ke všem vlastnostem toho či onoho místa a ke všem nepravidelnostem, které s sebou nese. Ve Francii a Itálii jsou známy stavby přílivových mlýnů již ze 13. století. Přílivová vlna se vlévala přímo do nádrží a při odlivu se vypouštěla na mlýnská kola. Nepravidelnosti přílivů a odlivů však přinášely značné obtíže, a to nejen starobylým mlýnům. Potíže vznikaly i v později budovaných přílivových elektrárnách. Za nejstarší přílivovou elektrárnu z roku 1913 je považována anglická Dee Hydro Station v Cheshire o výkonu 635 kW. První moderní přílivová elektrárna zahájila provoz až v roce 1966. Jde o francouzskou přílivovou elektrárnu v Bretani, v ústí řeky La Rance. V těchto místech je průměrná výška přílivu 8,4 m. Přílivová voda pro turbíny je navíc posilována i přítokem řeky. Výkon elektrárny je 240 MW. Elektrárna je vybavena 24 reverzními turbínami, takže využívá jak přílivu, tak odlivu. Pracuje ročně 2 250 hodin a produkuje 540 milionů kWh elektrické energie. V roce 1984 byl v Kanadě v bazénu Annapolis s výškou přílivu až 15,8 m také spuštěn první stroj přílivové elektrárny. Rotor přímoproudé turbíny se čtyřmi lopatkami má průměr 7,6 m a výkon 17,8 MW. K nevýhodám přílivových elektráren patří skutečnost, že jejich pracovní doba mnohdy nesouhlasí s energetickou špičkou elektrizačních soustav a že místa vhodná pro výstavbu těchto elektráren jsou často značně vzdálena od míst spotřeby produkované energie. Přesto energie přílivů a odlivů je nadějným energetickým zdrojem pro využití v budoucnosti. Ročně by se tak mohlo získat 7,2 až 11,8 biliónů MJ elektrické energie. Klíčová slova: energie mořské vody, přílivová elektrárna, příbojová elektrárna
3.7 Jaderné elektrárny a obnovitelné zdroje energie Prapůvod veškeré energie vyžívané na Zemi pochází z jaderných reakcí probíhajících na Slunci. Nerovnoměrné zahřívání pevniny a oceánů pak má za následek vítr a přírodní koloběh vody. To vše dnes řadíme mezi tzv. věčně se obnovující zdroje energie. Slunci navíc vděčíme i za to, že se v průběhu milionů let v zemské kůře nashromáždily zásoby fosilních paliv (uhlí, ropy a zemního plynu), jejichž těžba a spalování dnes "živí" světovou energetiku z 90 %. Energie z těchto přírodních zdrojů se označuje jako energie primární. Kromě uhlí, ropy, zemního plynu a dřeva se k primárním zdrojům řadí i uran, bez něhož se dnes neobejde žádná jaderná elektrárna, a na jehož zásobách závisí i provoz JE Dukovany a JE Temelín. Využití uranu je ve srovnání s ostatními zdroji energie "nejmladším oborem". Za nejčistší formu sekundární energie, tj. energie již přímo využitelné pro potřeby člověka, se považuje elektřina. Přeměna primární energie na sekundární probíhá prostřednictvím řady procesů, které však mají bohužel společného jmenovatele - poměrně nízkou účinnost. Volba správných výchozích forem primární energie i forem konečných, v jakých energii prakticky využíváme, rozhoduje o efektivnosti národního hospodářství té které země. Současná celosvětová spotřeba primární energie ze všech zdrojů se odhaduje asi na 14 miliard tun měrného paliva. Na jejím krytí se bude údajně podílet z 31 % uhlí, 37 % pokryje ropa a 21 % zemní plyn. Na věčně se obnovující vodní energii a elektřinu vyrobenou v jaderných elektrárnách připadne asi 11 %.
3.7.1 Moderní technologie štěpení uranu Lákavé články o slunečních, větrných, přílivových nebo jiných mořských elektrárnách svádějí k představám, že svět bude brzy zbaven spalování "špinavého" uhlí v tepelných elektrárnách a zavrhne
44
atomové elektrárny ve světě… Ekologové jsou těmito myšlenkami nadšeni, technici dokonce některé projekty ověřují, fyzici jsou však skeptičtí. Kromě známého zákona o zachování energie, který je definován třemi termodynamickými větami, platí totiž i méně známý zákon, zákon o omezení hustoty toku energie. Ten vychází z faktu, že jakékoliv přeměny energie (chemické v tepelnou, tepelné v mechanickou nebo mechanické v elektrickou) probíhají vždy pomocí určitého technického zařízení, které svou konstrukcí a parametry ovlivňuje rychlost a další kvality probíhajících procesů. V souvislosti s tímto zákonem neobstojí ani tak populární obnovitelné zdroje, jako jsou geotermální, větrné či sluneční elektrárny. V důsledku nízké hustoty toku energie zklamaly i pokusy s elektrárnami využívajícími rozdílu teplot mořské vody na hladině a v hlubinách, stejně jako pokusy s tzv. vlnovými či přílivovými elektrárnami. Perspektivním způsoben zajištění energetických potřeb lidstva není ani spalování biomasy produkující "skleníkové plyny". Ve světle těchto faktů je nejúčinnějším procesem přeměn energie štěpení uranu v atomových elektrárnách. Připravovaná druhá generace jaderných reaktorů s rychlými neutrony navíc slibuje až sedmdesátkrát lepší využití dostupných zásob uranu. I u reaktorů s pomalými neutrony se připravují typy vykazující zvýšenou bezpečnost jaderné elektrárny a prodlouženou životnost. Jaderná energetika má ve výhledu i převratný typ reaktorů s podkritickým množstvím paliva. Tyto reaktory se budou udržovat v chodu pomocí urychlovačů. Dokáží spalovat i produkty štěpení, včetně již vyhořelých palivových článků uložených prozatímně v meziskladech jaderného odpadu. Vůbec nejvyšší hustotu toku energie slibují energetické termojaderné reaktory. Řízená termojaderná fúze (syntéza) je nadějí, která by mohla vyřešit požadavky na kvalitu zdrojů energie, mezi něž patří technologická dostupnost, dostupnost paliva, malý vliv na kvalitu životního prostředí a bezpečnost jaderné elektrárny. Fúze je proces, při němž se jádra lehkých atomů spojují a vytvářejí těžší prvek. K tomu je však třeba překonat odpudivou elektrostatickou sílu v prostředí zahřátého plazmatu o dostatečné hustotě. Při fúzní reakci dochází k úbytku hmotností. Tato chybějící hmota se podle 2 známého Einsteinova vztahu E=m.c promění v kinetickou energii, kterou je třeba v podobě tepelné energie vyvést z reaktoru a využít.
3.7.2 Jaderná fúze V pozemských podmínkách vyžaduje fúzní reakce teplotu řádově 100 milionů stupňů Celsia. Pro slučovací reakci mezi ionty deuteria a tritia, která je zvláště energeticky výhodná, jsou obě složky poměrně snadno dostupné. Deuterium (stabilní izotop vodíku, jehož jádro obsahuje kromě protonu také jeden neutron) je v dostatečném množství všudypřítomné ve vodě. Uvádí se, že jeho množství ve vodě Máchova jezera by mohlo při "spálení" v termojaderném reaktoru krýt současnou potřebu veškeré energie v ČR po dobu asi sta let. Tritium, izotop vodíku se dvěma neutrony a jedním protonem v jádře, je radioaktivní; jeho poločas rozpadu je asi 12 let. K získání dostatečného množství pro termojaderné reaktory se přepokládá jeho výroba pomocí jaderné přeměny z lithia, jehož je na Zemi dostatečná zásoba.
3.7.3 Vyhořelé palivo - obnovitelný zdroj energie Některé země s rozsáhlým jaderným programem se rozhodly pro přepracování vyhořelého jaderného paliva. V provozu jsou komerční přepracovací závody např. v La Hague a v Marcoule ve Francii či v Sellafieldu ve Velké Británii. Kapacita těchto závodů představuje asi jen 25 % vyhořelého paliva ze současně provozovaných jaderných elektráren. Francouzi vypočítali, že recyklace 10 až 11 tun plutonia z vyhořelých palivových článků za rok se rovná 11 milionům tun ropného ekvivalentu. Přepracování je poměrně složitým a nákladným chemickým procesem, jehož princip je znám již od 40. let minulého století. Plutonium se opět použije jako palivo, uran se uskladní nebo použije pro výrobu nového paliva. Štěpné produkty se oddělují a vitrikují (zalévají do skla). Z jedné tuny vyhořelého paliva tak vznikne pouze 115 litrů vysokoaktivního odpadu převedeného do formy skla.
45
3.7.4 Světová energetická bilance Celosvětová spotřeba elektrické energie má do roku 2020 dosáhnout hranice 22 tisíc TWh (v roce 1995 to bylo 13 200 TWh). Zmapování primárních světových zdrojů nejmodernějšími geofyzikálními metodami ukazuje, že vzhledem k trendu spotřeby energie vystačí ekonomicky těžitelné zásoby uhlí na 200 až 250 let, ropy už jen na 40 až 45 let a zemního plynu na 60 až 70 let. Světové zásoby ekonomicky dostupných jaderných paliv mohou bez recyklace paliva vystačit na 90 let, při recyklaci dnešními způsoby na 140 let, a pokud by svět akceptoval rychlé reaktory, pak s recyklací by mohly vystačit na 5 tisíc let. Pokud by se podařilo realizovat termojadernou energetiku, pak by byly zásoby energie ve vodíku prakticky nevyčerpatelné. Již dnes je patrné, že na obnovitelné zdroje energie jako na reálnou variantu fosilních paliv či uranu nelze spoléhat. Přesto mají v současném světě své místo. Energetické problémy lidstva však - na rozdíl od možností jaderné energetiky - vyřešit nemohou. Klíčová slova: termojaderná fúze
3.8 Kogenerace Kombinovaná výroba tepla a elektrické energie (nazývaná také „kogenerace“) je současná výroba elektrické energie a tepla (technologie, vytápění, teplá užitková voda), z fosilních paliv (uhlí, zemní plyn, topný olej), biomasy nebo bioplynu. Kombinovaná výroba se vyznačuje nižší spotřebou paliva v porovnání s oddělenou výrobou tepla ve výtopnách a výroby elektřiny v kondenzačních elektrárnách (vztaženo na stejné množství těchto dvou forem užitečné energie). Energetické využití paliva je proto podstatně vyšší. Využívání kombinované výroby znamená významnou úsporu neobnovitelných fosilních paliv a v této úspoře odpovídající snížení emisí škodlivin ze zdrojů energie v globálním měřítku. Kombinované výroby tepla a elektrické energie je možno dosáhnout za pomoci několika typů zařízení lišících se způsobem i stupněm přeměny primárního paliva na obě sledované složky (elektrická energie, teplo). Jedná se o tzv. parní, plynovou a paroplynovou výrobu, případně o tzv. palivové články. Při rozhodování o typu a instalovaném výkonu kogenerační jednotky je nutno brát v úvahu všechna uvedená hlediska s přihlédnutím k podmínkám subjektu, do něhož má být instalována: •
• •
denní a roční harmonogram spotřeby tepla a elektrické energie (u komunálních zdrojů jen tepla, el. energie bude dodávána ze sítě) druh požadovaného teplonosného media dostupnost jednotlivých paliv
46
3.8.1 Trigenerace Trigenerace znamená kombinovanou výrobu elektřiny, tepla a chladu, technologicky se pak jedná o spojení kogenerační jednotky s absorpční chladicí jednotkou. To je výhodné zejména z pohledu provozu kogenerační jednotky, protože umožňuje využít teplo i v létě, mimo topnou sezónu, a tím dosáhnout prodloužení ročního chodu jednotky. Právě snížené možnosti využití tepla z kogenerační jednotky v letních měsících vedou často k nasazení menších jednotek, než by bylo jinak vhodné. Pokud tedy dovedeme přeměnit teplo na chlad, nic nestojí v cestě tomu, aby kogenerační jednotka mohla naplno pracovat i přes léto. Vyrobený chlad může být využit všude tam, kde je zapotřebí klimatizace - v bankách, hotelech, obchodních a administrativních střediscích, nemocnicích, sportovních halách apod. Klíčová slova: kogenerace, trigenerace
3.9 Obnovitelné zdroje - další informace Jak je to s obnovitelnými zdroji energie? Jaderná energetika, jaderná elektrárna Dukovany, jaderná elektrárna Temelín, i klasická energetika mají pro blízkou budoucnost poměrně konkrétní perspektivu. Pro nejbližší léta je v evropském regionu konkretizují záměry Evropské unie.
3.9.1 Vodní energetika Malé vodní elektrárny v ČR vyrobí ročně v průměru 964 GWh elektřiny, velké, včetně přečerpávacích, 2292 GWh. Výstavba dalších velkých vodních elektráren je nereálná. Celkový instalovaný výkon všech vodních elektráren v ČR představoval v roce 2006 2 175 MW e. U malých vodních elektráren se v roce 2010 počítá s dosažením 1140 GWh výroby. Současný evropský trend výstavby vodních elektráren oproti předpokladům uvedeným v Bílé knize o obnovitelných zdrojích v EU zaostává.
3.9.2 Větrná energetika V případě větrné energetiky jsme na počátku jejího rozvoje. I když jsme v první polovině 90. let měli naději patřit mezi perspektivní výrobce, postupně jsme tuto pozici ztratili. V současné době pracují větrné elektrárny na 50 lokalitách, jejich celkový instalovaný výkon představuje 43,5 MW e.
3.9.3 Biomasa V biomase je u nás současná výroba elektřiny 223 GWh ročně. U tohoto zdroje se počítá s největším nárůstem (v roce 2010 se má vyrobit 2200 GWh elektřiny). V EU byl u elektřiny předpoklad zvýšení ze současných 22 TWh na 230 TWh, čemuž odpovídá zvýšení podílu z necelého 1 na 8 % očekávané celkové výroby elektřiny v roce 2010. U biomasy je předpoklad, že objem výroby 2,2 TWh není utopií. Srovnatelná elektrizační soustava, jako je např. finská se současnou výrobou 70 TWh, vyrábí z biomasy 8,6 TWh a nizozemská soustava s celkovou výrobou 89 TWh má již dnes také potenciál 3,2 TWh elektřiny vyrobené z biomasy.
3.9.4 Sluneční elektrárny a geotermální energetika U fotovoltaiky, která zaznamenává mohutný rozvoj, se v roce 2010 předpokládá výroba 15 GWh elektřiny. V EU se počítalo s nárůstem výkonu z 30 GW na 3000 GW a u výroby z 0,03 TWh na 3 TWh (podíl 0,1 % očekávané celkové výroby elektřiny v roce 2010). Skutečný vývoj je pomalejší, ale nabírá na tempu. Roční výroba v případě slunečních elektráren představuje 0,2 GWh.
47
4. Další zdroje informací 4.1 Projekt i-EKIS Pro poradenskou činnost je v rámci Státního programu na podporu úspor energie a využití obnovitelných zdrojů energie vytvořen a provozován Projekt i-EKIS. Internetové energetické konzultační a informační středisko je projektem využívajícím výhradně internet. Systém byl vytvořen a je provozován jako součást poradenského systému EKIS ČEA. Na dotazy odpovídají poradci specializovaní na konkrétní obory. Provoz i-EKIS ve své podstatě umožňuje přenos strukturovaných informací od odborníků k široké veřejnosti. Poradci jsou lidé vybraní Českou energetickou agenturou pro poradenství v rámci systému EKIS (síť Energetických Konzultačních a Informačních Středisek České energetické agentury zajišťující poradenství v oblasti snižování spotřeby energie a podpory obnovitelných zdrojů energie). Kontakty • •
Odborná správa poradenského systému: Ing. Roman Šubrt, email:
[email protected], tel.: +420 777 196 154. Česká energetická agentura: Vinohradská 8, 120 00 Praha 2, tel. ústředna: +420 257 099 011, fax : +420 257 530 478, email:
[email protected].
4.2 EkoWATT Poradenství v oblasti energetiky, včetně využívání obnovitelných zdrojů poskytuje i EkoWATT. EkoWATT, středisko pro obnovitelné zdroje a úspory energie, je poradenská a auditorská organizace založená v roce 1990. Protože je organizací nevládní a neziskovou, neřídí se komerčními zájmy, ale jeho posláním je podpora efektivního využívání energie, využití obnovitelných zdrojů energie a úspor energie. Jejím klienty jsou státní instituce a neziskové organizace, města a obce, školy a nemocnice, výzkumné ústavy, bytová družstva, firmy, průmyslové podniky, architekti, projektanti… Poradenské služby může využívat nejširší veřejnost. EkoWATT nabízí vzdělávací programy, pořádání seminářů pro pedagogy zabývající se ekologickou výchovou, bezplatné služby informačního střediska EkoWATT, možnosti návštěv knihovny EkoWATT (300 titulů, prospekty firem), poradenství jak uspořit náklady, audity pro úspory nákladů při vytápění apod. Kontakty • • •
EkoWATT ústředí, tel.: +420 266 710 247, fax: +420 266 710 248, adresa: Bubenská 6, 170 00 Praha 7, www.ekowatt.cz, obecné informace:
[email protected]. Hlavní odborný poradce: Jan Truxa -
[email protected]. EkoWATT - pobočka v Českých Budějovicích:poradenské středisko České Budějovice, adresa: ul. Smetanova 19, Č. B., tel./fax + 420 387 310 200, email:
[email protected].
4.3 EKIS SEVEn Energetické konzultační a informační středisko EKIS SEVEn, o. p. s., je poradenským střediskem České energetické agentury působícím v Praze zaměřeným na veřejný sektor, zejména na města a na obce. Poskytuje informace v oblasti energetických úspor i ochrany životního prostředí i dalším zájemcům. Kontakty •
Sídlo společnosti SEVEn, o. p. s.: adresa: Americká 17, 120 56 Praha 2, tel.: +420 224 252 115, fax.: +420 224 247 597, www.svn.cz, email:
[email protected].
48
4.4 Energetická agentura Vysočiny Energetická agentura Vysočiny, z. s.p.o. (EAV) se sídlem v Jihlavě byla založena v roce 2001, jako nezisková organizace se statutem zájmového sdružení právnických osob. Agentura svojí činnosti zabezpečuje široké spektrum služeb v oblasti energetiky a oblasti odpadového hospodářství zejména kraje Vysočina, a to vše v souladu s principy udržitelného rozvoje a zachování přírodního bohatství dalším generacím. Mezi hlavní obory činnosti agentury patří koordinace a implementace energetických programů a projektů za účelem efektivního plánování využívání energie, přípravy projektů v oblasti nakládání s odpady a propojení těchto dvou oblastí navzájem. EAV spolupracuje s regionálními institucemi, organizacemi a některými podnikatelskými subjekty za účelem vyhledávání energetických zdrojů, jejich využívání a efektivního řízení spotřeby. Za tímto účelem také prosazuje zavádění a využívání místních energetických zdrojů – obnovitelných zdrojů energie. V oblasti odpadového hospodářství se věnujeme projektům, jejichž cílem je efektivní, hospodárné a udržitelné nakládání s odpady při dodržení všech zásad ochrany životního prostředí a hierarchie nakládání s odpady. Své služby nabízíme v poměrně široké oblasti, kterou lze charakterizovat jako poradenství, inženýring a management včetně dotační politiky v oblasti energetiky a odpadového hospodářství. Agentura dále rozvíjí svou činnost v oblasti související s přípravami realizací staveb, tj. dotační management, odborné posudky, energetické audity, studie proveditelnosti apod.
Kontakty: •
Energetická Agentura Vysočiny, z.s.p.o., Jiráskova 65, 58601 Jihlava, ČR, Tel.: +420 / 567 303 322 Fax: +420 / 567 303 033, E-mail:
[email protected] Web: www.eavysociny.cz
4.5 Energetická agentura Zlínského kraje Energetická agentura Zlínského kraje, o.p.s. byla založena v roce 2006 za podpory programu EU „Inteligent Energy Europe“. Zakladatelem a 100% vlastníkem agentury je Zlínský kraj. Obecně prospěšná společnost je založena se záměrem napomoci rozvoji území kraje, podpoře zvyšování účinnosti, efektivnosti a soběstačnosti ve využívání zdrojů energie a rozvoje zaměstnanosti. Služby agentury jsou zaměřeny na komplexnější projekty kraje, měst, obcí, podnikatelů a neziskových subjektů. Fyzickým osobám poskytuje agentura bezplatné poradenství v oblasti energetických úspor a možností získání dotace na obnovitelné zdroje (kotle na biomasu, solární kolektory). Obecně prospěšné služby poskytované agenturou jsou: 1. Konzultační činnost a energetické poradenství vedoucí ke zvýšení energetické efektivnosti a soběstačnosti. 2. Propagace a publikace příkladů dobré praxe. 3. Analytické a koncepční práce. 4. Iniciování a příprava projektů v oblasti energetiky. 5. Podpora vzniku energetického managementu kraje, měst a obcí. 6. Mezinárodní spolupráce na přípravě a propagaci energetického poradenství a projektů. Doplňkové činnosti agentury: 1. Činnost podnikatelských, finančních, organizačních a ekonomických poradců. 2. Pořádání odborných kurzů, školení a jiných vzdělávacích akcí včetně lektorské činnosti. 3. Pořádání výstav, veletrhů, přehlídek, prodejních a obdobných akcí. 4. Činnost technických poradců v oblasti energetiky.
49
Kontakty •
Energetická agentura Zlínského kraje, o.p.s., Třída Tomáše Bati 21, 761 90 Zlín, Tel.: +420 577 043 941, e-mail:
[email protected], web: www.eazk.cz
5. Literatura 10) Augusta, Pavel, a kol. Velká kniha o energii. L.A. Consulting Agency, Praha, 2001. ISBN 80238-6578-1 11) Encyklopedie energie. SIMOPT, s.r.o. 1999 12) Internetový odkaz: dostupné z http://www.eav.cz 13) Internetový odkaz: dostupné z http://www.alternativni-zdroje.cz 14) Internetový odkaz: dostupné z http://vytapeni.tzb-info.cz/ 15) Internetový odkaz: dostupné z http://www.cez.cz/cs/energie-a-zivotni-prostredi.html 16) Internetový odkaz: dostupné z http://www.ekobydleni.eu/
50
Modul OE 03 – Pěstování energetických plodin Ing. Jiří Heger
Obsah 1 2
3 4
5
6 7 8
9
Úvod do problematiky..................................................................................................................... 52 Pěstování biomasy ......................................................................................................................... 52 2.1 Potenciál biomasy pro energetické účely................................................................................ 52 2.2 Formy využití biomasy k energetickým účelům ...................................................................... 53 2.3 Zdroje energetické biomasy .................................................................................................... 53 Rozdělení cíleně pěstovaných plodin pro energetické účely ......................................................... 53 Pěstování rychle rostoucích dřevin ................................................................................................ 55 4.1 Sortiment dřevin pro plantáže a matečnice v ČR ................................................................... 55 4.2 Zakládání porostů RRD (výmladkových plantáží) ................................................................... 55 4.2.1 Příprava půdy................................................................................................................... 55 4.2.2 Příprava sadebního materiálu .......................................................................................... 56 4.2.3 Výsadba ........................................................................................................................... 56 4.3 Ošetřování porostu.................................................................................................................. 57 4.3.1 Ochrana proti plevelům .................................................................................................... 57 4.3.2 Hnojení ............................................................................................................................. 58 4.4 Sklizeň biomasy ...................................................................................................................... 58 4.4.1 Způsoby sklizně ............................................................................................................... 58 4.5 Rušení plantáže ...................................................................................................................... 58 Vytrvalé energetické rostliny .......................................................................................................... 59 5.1 Ozdobnice (Miscanthus) ......................................................................................................... 59 5.2 Křídlatka (Reynoutria) ............................................................................................................. 60 5.3 Chrastice rákosovitá (Phalaris arundinacea) .......................................................................... 61 5.4 Šťovík krmný (Rumex) ............................................................................................................ 62 Jednoleté energetické rostliny ........................................................................................................ 63 6.1 Konopí seté pro průmyslové a energetické využití (Cannabis sativa) .................................... 63 Ekonomika pěstování ..................................................................................................................... 67 Pěstování energetických plodin a dřevin na VOŠ a SOŠ v Bystřici nad Pernštejnem .................. 68 8.1 Klimatické podmínky ............................................................................................................... 69 8.2 Hodnocení pokusu založeného v roce 1999 ........................................................................... 69 Přehled použité literatury................................................................................................................ 70
51
1 Úvod do problematiky Od starší doby kamenné, ve které začal pračlověk používat oheň na ohřátí a osvětlení jeskynních prostor, ochranu před dravci a pro přípravu potravy uplynulo více než 400 miliónů roků. Po celou tuto dobu, až do současnosti, sloužilo dřevo lidstvu jako tradiční, obnovitelný zdroj energie, a to zejména v zemích vyšší lesnatostí. Tak například ve Finsku bylo ještě ve 30. letech minulého století kryto dřevem téměř 80% spotřeby primární energie. Vzhledem k vysoké pracnosti vytápění dříví a nízké účinnosti tehdejších topenišť se považovalo vytápění dřívím za primitivní, a tak ustupovalo jiným druhům paliv, zejména černému a hnědému uhlí, naftě a zemnímu plynu. Zásadní obrat nastal v 70. letech minulého století, v období tzv. I. energetické krize, kdy se pod vlivem prudké změny cenových relací paliv a snižujících se zásob fosilních paliv, začala pozornost opět obracet na obnovitelné zdroje energie. Historie vývoje lidstva je v těsné souvislosti s rozvojem energetiky. Venkov se vlastně až do „nedávna“ věnoval pěstování energetických plodin, i když se tomu tak tehdy neříkalo. Les poskytoval především palivové dříví, a na zemědělských půdách se pěstovaly pícniny a zrniny jako krmivo (zdroj energie) pro koně a voly, představující tehdejší dopravní a energetické prostředky. Regiony tak byly většinou energeticky soběstačné, bez importu energií zvenčí. Dalším významným faktorem bylo, že se produkce dříví a zemědělských produktů jako sekundárních zdrojů energie odvíjela od množství dopadající sluneční energie. Protože sluneční energii považujeme za trvalou , bylo možno i tehdejší vývoj lidské společnosti považovat za trvale udržitelný. Protože množství disponibilní energie „dávkovalo“ slunce, byl přísun energií do výrobních procesů limitovaný, a následkem toho byl rozvoj lidské společnosti relativně pomalý. Rychlý rozvoj ekonomiky tak mohl nastat až poté, kdy si člověk začal „dávkovat“ příděl energie podle svých představ, což se stalo až při využívání fosilních paliv. Tento moment přinesl jak pozitiva, tak negativa. Jedním z negativ jsou klimatické změny (globální oteplování) u kterých již lze mít za prokázané, že jsou v souvislosti s nárůstem podílu skleníkových plynů v atmosféře, uvolňovaných do ovzduší právě spalováním fosilních paliv. Při spalování biomasy se do ovzduší uvolňuje jen tolik oxidu uhličitého, zařazovaného mezi skleníkové plyny, kolik ho bylo do hmoty rostliny akumulováno fotosyntézou v období jejího růstu. Spalování biomasy má tedny nulovou bilanci oxidu uhličitého na rozdíl od fosilních paliv. Negativní důsledky rozvoje konzumní společnosti vyvolaly globální společenský otřes, na který reagovala osvícená část lidstva formulací filozofie trvale udržitelného rozvoje. Součástí této filozofie je i využívání obnovitelných zdrojů energie spolu s údržbou krajiny. Orientace na obnovitelné zdroje energie, která je součástí energetické, zemědělské a environmentální koncepce EU, sleduje zvýšení regionální energetické soběstačnosti, snížení přepravní náročnosti, vytváření účelné zaměstnanosti na venkově, zachování krajinného rázu a udržení peněz za energie v regionu. V České republice je v oblasti obnovitelných energií nutné splnit indikativní i závazné cíle, které nám byly stanoveny směrnicemi EU. Podle státní politiky životního prostředí a státní energetické koncepce by měl být v roce 2010 podíl obnovitelných energií na primární spotřebě energetických zdrojů 6 %. V České republice při energetickém využívání biomasy přistupují kromě omezení globálního oteplování ještě další souběžné efekty. Je to zejména využití nadbytečné půdy nepotřebné pro výrobu potravin pěstováním energetických rostlin. V současné době představuje nepotřebná půda v České republice 400 000 ha a její rozloha bude stoupat až na 1 mil. ha. Pěstováním energetických rostlin na nadbytečné půdě je možno zajistit údržbu krajiny, omezit zaplevelování, snížit eroze a úniky nitrátů do vod.
2 Pěstování biomasy 2.1 Potenciál biomasy pro energetické účely Biomasa je souhrn látek tvořících těla všech živých organismů, jak rostlin tak i živočichů. Tímto pojmem často označujeme rostlinnou biomasu využitelnou pro energetické účely. Energie má svůj prapůvod ve slunečním zařenía fotosyntéze, proto se jedná o obnovitelný zdroj energie. Energetický potenciál 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. Hlavní předpoklady a omezení rozvoje - relativně náročná logistika (sběr, doprava, úprava, skladování, zpracování)
52
-
návaznost na tradiční zemědělskou výrobu zvýšení ekonomické soběstačnosti a zaměstnanosti v regionech velké množství relativně dostupných technologií zefektivnění nakládání s odpady údržba krajiny, zadržení vody v krajině
2.2 Formy využití biomasy k energetickým účelům Způsob využívání biomasy pro energetické účely určují její fyzikální a chemické vlastnosti. Z tohoto principu vyplývá několik způsobů získávání energie z biomasy: 1. Biomasa ke spalování 2. Cukernaté a škrobnaté plodiny pro výrobu etanolu 3. Olejniny pro výrobu paliv a maziv 4. Biomasa k výrobě bioplynu
2.3 Zdroje energetické biomasy 1)
Biomasa cíleně produkovaná:
- energetické plodiny lignocelulózové (energetické dřeviny – vrby, topoly, olše, akáty, příp. další stromové a keřové dřeviny), - obiloviny (celé rostliny včetně zrna), - travní porosty (sloní tráva-miscanthuss, rákos, chrastice, trvalé travní porosty atd.), - ostatní rostliny (konopí seté, čirok, křídlatka, šťovík krmný, sléz, topolovka a pod.), - energetické plodiny olejnaté (řepka olejka, slunečnice, tykev olejná, len, lnička), - energetické plodiny škrobnato-cukernaté (brambory, cukrovka, kukuřice, cukrová třtina, obilí – zrno).
2)
Biomasa odpadní:
- rostlinné zbytky ze zemědělské prvovýroby a údržby krajiny (sláma obilnin včetně kukuřice, řepky, odpad po likvidaci křovin a lesních náletů, zbytky z lučních a pastevních porostů, dřevní odpady ze sadů a vinic, biomasa z úhorů a veřejné zeleně), - odpady z živočišné výroby (exkrementy, zbytky krmiv), - komunální organické odpady, - organické odpady z potravinářských a průmyslových výrob (jatky, mlékárny, lihovary, konzervárny, dřevařské provozy a pod.), - odpady z lesního hospodářství.
3 Rozdělení cíleně pěstovaných plodin pro energetické účely Pro energetické účely k přímému spalování lze využít řadu rostlinných druhů. Přitom může jít o jednoleté, víceleté či vytrvalé energetické rostliny, které nedřevnatí, nebo dřeviny. Ověřovací studie ve světě byly dosud zaměřeny na ozdobnici čínskou (Miscanthus sinensis), vousatici (Andropogon gerardii), vousatec (Pennisetum alopecurdides), rákos (Phragmites australis), milička (Eragnostis trichodes), rdesno – křídlatka (Polygonum), třtinovec (Erianhus ravene), proso (Panicum virgatum), konopí seté (Canabis sativa), artyčok (Cynara cardunculus) a jiné. U nás se v polních pokusech ověřují další druhy, jako je šťovík krmný (Rumex tianshanicus x Rumex patientia), topolovka růžová – sléz (Altea rosea), mužák porostlý (Silphium perfoliatum), bělotrn modrý (Echinops ritro), pelyněk černobýl (Arthemisia vulgaris), lebeda rozkladitá (Atriplex patula), chrastice rákosovitá (Phalaris arundinacea), mračňák (Abutilon), bolševník (Herakleum), topinambur (Helianthus tuberosus), komonice (Melilotus albus). Z netradičních olejnin byly zkoušeny: krambe (Katrán habešský), roketa setá, ředkev olejná, saflor (Světlice barvířská), len, z obilnin Súdánská tráva, čirok a Hyso (hybrid čiroku a súdánské trávy) a další.
53
Víceleté rostliny vhodné pro produkci biomasy
Víceleté a vytrvalé plodiny pupalka dvouletá komonice bílá jestřabina východní topinambur hlíznatý šťovík krmný mužák prorostlý bělotrn kulatohlavý boryt barvířský topolovka růžová ozdobnice čínská křídlatky
Rychle rostoucí dřeviny
Energetické trávy chrastice rákosovitá kostřava rákosovitá psineček velký ovsík vyvýšený sveřep samužníkový sveřep bezbranný
topoly vrby jilmy trnité růže olše jeřáby lísky eukalypty platany
Výnosy fytomasy na plantážích různých druhů energetických rostlin (podle různých autorů) -1
Jednoleté rostliny
Místo pěstování
Výnos sušiny (t.ha za rok)
Andropogon festucoides
USA
30
Kukuřice
USA
15
Čirok
USA
31
Kenaf (Ibišek konopný)
USA
49
Cukrová řepa
Nizozemí
22
Cukrová řepa
USA
34
Brambory
Nizozemí
22
Pennisetum
USA
48
Vodní hyacint
USA
40
Cukrová třtina
Havaj
64
Víceleté rostliny
Cukrová třtina (max. výnosy)
124
Vojtěška
USA
20
Bambus
USA
12
Miscanthus
SRN
30
Křídlatka sachalinská
Japonsko
12
Buk
Švýcarsko
10
Smrk
Japonsko
12
Topol (hybrid)
USA
20
Eukalyptus
USA
59
Vrba
Švédsko
52
Akát
USA
10
Dřeviny
54
4 Pěstování rychle rostoucích dřevin V posledních desetiletích se v Evropě a v také v některých oblastech Severní Ameriky začíná na stále větší a větší rozloze zemědělské půdy využívat nový systém hospodaření, který je v češtině nejčastěji označován jako výmladkové plantáže rychle rostoucích dřevin (RRD) případně energetické plantáže. Na rozdíl od lesnických lignikultur topolů (někdy se též uvádí silvikultur), které jsou zakládány na lesní půdě a jednorázově sklízeny po 15-30 letech růstu, výmladkové plantáže na zemědělské půdě jsou sklízeny ve velmi krátkém obmýtí (tzv. minirotaci - obvykle 2-5 let), kterou je možné opakovat několikrát po sobě bez nutnosti nové výsadby. Jejich produktem je (dřevní) biomasa využívaná hlavně jako palivo (vytápění, sdružená výroba tepla a elektřiny), ale perspektivně i jako průmyslová a chemická surovina (výroba pevných a kapalných biopaliv, biochemických a konstrukčních materiálů). Hlavními důvody pro zavádění tohoto systému v hospodářsky vyspělých zemích jsou: a) využití zemědělské půdy pro nepotravinářskou produkci (snížení přebytků potravin) b) rozvoj zemědělských oblastí (lepší využití pracovní síly a mechanizace, posílení místní ekonomiky = peníze za energii zůstávají v regionu, investice do nových technologií) c) snížení znečištění ovzduší náhradou pevných fosilních paliv (pokuty za emise, splnění mezinárodních dohod) d) strategické snížení závislosti na dovozu fosilních paliv a zlepšení obchodní bilance státu
4.1 Sortiment dřevin pro plantáže a matečnice v ČR Dřeviny využitelné pro výmladkové plantáže RRD můžeme podle úrovně jejich vědeckého poznání v našich přírodních podmínkách rozdělit na následující skupiny: 1. dřeviny ověřené jako vhodné: topoly, vrby (povolené či doporučené klony) 2. dřeviny v ověřování: pajasan, jilmy, olše, lísky, růže a další klony topolů a vrb, 3. dřeviny perspektivní, ale neověřované: lípy, jeřáby
4.2 Zakládání porostů RRD (výmladkových plantáží) 4.2.1 Příprava půdy S přípravou pozemku je nutno začít obvykle rok dopředu před výsadbou, tak aby byly podmínky pro výsadbu a růst dřevin v prvních 2-3 měsících optimální. V našich podmínkách se jedná zejména o maximální omezení růstu plevelů s této době a optimalizaci fyzikálních vlastností půdy pro zakořenění dřevin (řízků, prýtů, případně sazenic). Na zaplevelených lokalitách je nutné začít intenzivní odplevelování už 1,5 - 2 roky před výsadbou v závislosti na převažujících druzích plevelů a zvolené technologii odplevelování. Plevele (ale i nepřipravené luční porosty) omezují růst vysazených dřevin dvojím způsobem: jednak kořenovou konkurencí (připravují je o vodu a živiny) a nadzemní konkurencí vegetačních orgánů (omezují až zamezují přístupu světla k rašícím prýtům). Obecně je preferováno a ověřeno opakované mechanické odplevelování v kombinaci s pěstováním přípravné plodiny (např. řepka, konopí, ječmen) na vybrané lokalitě rok před založením plantáže. Tento způsob současně přispívá ke zlepšení půdních podmínek. V zaplevelených lučních porostech je nutno porost opakovaně kosit nebo spásat, tak aby plevelné rostliny byly omezeny. Použití chemických prostředků pro velkoplošné odplevelování půd není doporučováno z důvodů ochrany přírody a tvorby reziduí v půdě, které mohou omezit růst RRD i v několik let po aplikaci. V odůvodněných případech (velmi silné zaplevelení, nemožnost použití mechanizovaného odplevelování) je možno použít ověřené biodegradující preparáty (např. Roundup) Podzimní orbu a přípravu půdy na dobře odpleveleném je nejlépe provést tak, aby nebylo na jaře nutné již pozemek orat, ale jen kultivátorovat případně vyrovnat. Tento postup je důležitý zejména v oblastech s častým výskytem jarních přísušků. Jarní orbou totiž dojde k porušení přirozené kapilarity půdy, což v případě výskytu přísušku může způsobit silné proschnutí horní 15-20 cm půdy do které se řízky sázejí. Hloubka orby závisí na místních půdních podmínkách a stavu pozemku. Na těžkých jílovitých půdách je vhodné rok do předu provést hlubokou orbu (doporučuje se až do 70-80 cm) aby se zlepšilo provzdušnění půd na více let dopředu.
55
4.2.2
Příprava sadebního materiálu
U doporučených klonů topolů a vrb se nejčastěji sázejí řízky nařezané z jednoletých prýtů (prutů, výhonů). Ty se odebírají ve speciálních každoročně seřezávaných porostech – matečnicích – nejlépe v únoru až březnu. Pokud si sazbu připravujete sami je před řezáním řízků nutno pruty skladovat v chladné místnosti pokud možno s vysokou vlhkostí např. v bramborárně, chladicím boxu, sněžné jámě. Nejkvalitnější řízky z hlediska čistoty řezu je možno připravit na pásové pile. Na cirkulárce může docházet ke třepení a zapékání řezné plochy. Střihání zahradnickými nůžkami je namáhavější a pomalejší. Dochází při něm k slabšímu poškození pletiva od střižného břitu. Optimální délka řízku je 18-22 cm a průměr od 0,5 do 2,5 cm. Delší (ale dražší) řízky jsou vhodné pro oblasti s výskytem přísušků (mají více zásobní vody, živin) nebo do zaplevelých lokalit /nechají se více vyčnívat). Také řízky je nutné skladovat do výsadby ve vhodných skladovacích prostorách – podobně jako pruty z matečnice. Při krátkodobém uskladnění (1-2 měsíce) je optimální teplota 2-4°C. Pokud tedy chceme skladovat sadbu (řízky) dlouhodobě (5-7 měsíců) musíme ji uchovávat v mírném mrazu v rozmezí těsně pod 0° až -4°C p ři a při vysoké vlhkosti, aby nedocházelo k vysušovaní mrazem. Pokud je ve skladovací místnosti vysoká vzdušná vlhkost je možné řízky a pruty skladovat volně. V sušších skladovacích prostorách je vhodné materiál zabalit do igelitu nebo dát do igelitových pytlů, aby nedocházelo k jejich nadměrnému vysýchání. Je nutné kontrolovat, aby se řízky v igelitu nadměrně nezapařovaly a následně neplesnivěly. Pokud zjistíme počínající plíseň je nutné materiál alespoň z pytlů na určitou dobu vyndat a nechat vyvětrat. Při silném výskytu plísně je účinnější aplikovat fungicid (např. roztok modré skalice). Skladování v průvanu je nevhodné. Řízky mnoha klonů RRD v takových podmínkách rychle vyschnou a výrazně se tak snižuje jejich schopnost rašení a zakořeňování. Těsně před výsadbou je vhodné řízky namočit na 1 den do vody, zejména pokud nebyly skladovány v optimálních podmínkách. Toto opatření je zcela nutné pro výsadby prováděné v obdobích nebo oblastech výskytu jarních přísušků. Pozitivní účinky růstových stimulátorů a mykorhizy na zakořeňování řízků u nás zatím nebyly v polních podmínkách ověřeny. Na extrémně nepříznivých stanovištích je výsadbu možné provézt ze zakořeněných řízků. Například v Itálii pěstují jednoleté sazenice topolů z řízků v hustých výsadbách a druhým rokem sází na plantáže „zakořeněné řízky“ - sazenice se silně ořezaným kořenovým systémem (na asi 2 cm pahýly) a s uříznutou nadzemní částí na 5-10 cm kolík, vrcholový pupen je po výsadbě v úrovni půdy. Ujímavost těchto sazenic je téměř 100%, ale cena za založení je výrazně vyšší. Tento způsob se proto hodí více pro lignikultury než pro výmladkové plantáže.
4.2.3 Výsadba Termín výsadby Určení optimálního termínu jarní výsadby RRD závisí na místních půdních podmínkách a průběhu počasí v předjaří (měsících II-III). Obvykle jsou řízky topolů a vrb sázeny od poloviny března do konce dubna, jakmile půdní vlhkost dovolí přístup sazečů nebo sázecích strojů na plochu. V zahraničí se uvádí, že výsadbu je možné provézt, když teplota půdy dosáhne 5°C, kdy dochází k tvorb ě kořenů. V oblasti trpící jarními přísušky je řízky nejlépe vysazovat co nejdříve (březen), nebo jak bylo uvedeno dříve, naopak později po skončení přísušku. V tomto případě je podmínkou kvalitní uskladnění sadby při minimální teplotě okolo 0°C. Vhodné období pro jarní výsadby RRD obvykle končí koncem dubna nebo začátkem května, ale z praktických zkušeností jsou známé úspěšné výsadby i v pozdějších termínech. Výsadba řízků V případě manuální výsadby se řízky ručně zapichují rovně nebo mírně šikmo do připravené půdy. Musí být skoro celé v zemi - řízek může vyčnívat maximálně 3 cm na povrch. Na těžkých jílovitých půdách, je v případě nebezpečí utužení povrchu suchem lepší nechat řízky vyčnívat 3-5 cm nad povrchem, tak aby vrcholový pupen by měl být na úrovni povrchu. Po zapíchnutí nebo zasunutí je
56
potřeba půdu kolem řízku zhutnit například sešlápnutím z boku, tak aby přilnula k řízku, ale nebyl poškozen řízek. V případě mechanizované výsadby je postup závislý na typu sazeče (např. klasický lesnický dvojřádkový sazeč za traktor). Postup je shodný jako u výsadby lesních sazenic. Vždy je ovšem nutno dodržet zásadu, aby řízky netrčely více než 5 cm z půdy a půda byla kolem nich dobře utužena. Ve srovnání s manuální výsadbou je mechanizovaná mnohem rychlejší – okolo 0,5-0,7 ha/den. Schéma a tvar výsadby V současnosti jsou pro výsadbu výmladkových plantáží požívána dvě schémata výsadby: 1. do jednořádků ve sponech (0,5) x (1,5 - 3 m - mezi jednořádky) 2. do dvouřádků ve sponech (0,75m) x (0,75m ) a (1,5 – 3 m mezi dvojřádky) Přesné určení sponu závisí na dostupné mechanizaci, která bude používána k výsadbě a zejména k odplevelování. Dvojřádky, které se začaly používat kvůli mechanizaci sklízení, zmenšují u dobře odplevelené plochy udržovanou plochu na minimum a tím šetří náklady na údržbu. Na zaplevelených lokalitách jsou ale mnohem náročnější na ruční nebo polo-mechanizované odplevelování uvnitř dvojřádku – pro takové lokality jsou mnohem vhodnější jednořádky. Jednořádky jsou také vhodnější pro odběr řízků, když jedinci narostou do větších rozměrů a proto se používají pro matečnice nebo pro také pro plantáže stromovitých klonů topolů.
4.3 Ošetřování porostu 4.3.1 Ochrana proti plevelům Omezování plevelů před výsadbou a jeden i dva roky po výsadbě je klíčovou operací pro úspěšné založení matečnic i plantáží. Kořenová konkurence plevelů vede ke značnému zpomalení růstu, takže první výrazný výškový přírůst se objeví až ve 2-3 roce a první solidní sklizeň biomasy je posunuta do 4-6 roku. Navíc je nutno provádět intenzivní odplevelování nadzemních částí plevelů často i v 2. a 3. roce po výsadbě, což prodražuje údržbu a na velkých rozlohách je fyzicky nezvládnutelné. Nadzemní konkurence plevelů může v kombinaci s jinými nepříznivými vlivy (sucho, pomalé odplevelování) dokonce způsobit zvýšení ztrát v mladých výsadbách již v prvním roce do takové míry, že je lepší výsadbu zrušit. Děje se tak obvykle tím, že se už 2-4 týdny po výsadbě vitální porost plevelů uzavře nad rašícími prýty (10-15 cm vysokými) a ty postupně zahnijí. V této době je již velmi obtížné řádky odplevelit i ručně protože prýty jsou špatně rozeznatelné od plevelů. Na špatně udržovaných plochách, kde rostou řízkovance v hustém nárostu plevelů, jsou jejich růst i tím i produkce biomasy nebo řízků neekonomické. Plevel je potřeba omezovat co nejdříve po výsadbě. Pokud sázíme ručně (1 ha může trvat skupině sazečů 1 týden) začínají se řádky ručně odplevelovat hned po dosázení od začátku plochy. V této době je totiž možné odplevelování provádět ještě poměrně efektivně motykou, případně ručně bez poškozování rašících prýtů. Stejně tak prostor uvnitř dvojřádku (u dvojřádkového schématu výsadby) lze poměrně dobře udržovat ručními motorovými plečkami nebo rotavátory . Meziřádky se poměrně snadno odplevelují mechanizovaně - oráním, kosením, plečkováním, rotavátorováním – obvyklou zemědělskou mechanizací. Obvykle se odplevelování na málo zaplevelených plochách provádí 1-3x do roka. Prýty z dobře rašících řízků obvykle přerostou plevele až v letních měsících, kdy dosáhnou výšky 50-80 cm. Chemická ochrana proti plevelům bývá používána jen výjimečně např. Rondup před vysázením řízků na silně zaplevelené lokalitě. Ve vegetaci je aplikace složitá, protože topoly a vrby jsou na něj citlivější než běžné plevely. Jeho postřik v kulturách RRD musí být prováděn velmi opatrně: s kryty nebo smýkáním knotu zásobovaného Roundupem. Když má být aplikace účinná je drahá a při nesprávné aplikaci může dojít k zamoření vodních toků (Roundup se na vodní hladině nerozkládá). Velmi dobré opatření využitelné u matečnic a menších plantáží je mulčování sesekanou rostlinnou hmotou, které vytváří příznivé vlhkostní podmínky ve vrchní vrstvě půdy a dává k dispozici RRD množství pohotových živin. Aby se dosáhlo potlačení plevele, je nutné použít rostlinnou hmotu z dalších ploch, sesekaná hmota z vlastní plochy nestačí a u trvalých plevelů dochází k zahuštění drnu. To na silně zaplevelených lokalitách způsobuje zpomalení růstu RRD a oddaluje první výnosovou sklizeň biomasy až o 2 roky (to znamená, že místo po 3-4 letech nám naroste dobrý výnos až po 5-6 letech). Ze všech jmenovaných způsobů omezování plevelů je sekání a vyžínání možno hodnotit jako
57
ekologicky nejvhodnější, neboť nejméně narušuje vznikající mikroklima pro organismy (zejména půdní) a dochází k největší akumulaci organické hmoty a živin v půdě. Omezované plevely zároveň působí jako ochrana půdy proti možné erozi.
4.3.2
Hnojení
Hnojení průmyslovými hnojivy se doporučuje jen v odůvodněných případech na chudých stanovištích většina orných půd je pro dřeviny dostatečně zásobená živinami. V odborné literatury i praktických zkušeností je doloženo, že zejména topoly na chudých stanovištích reagují na hnojení dusíkem zlepšením růstu a produkce. Při aplikaci hnojiva v nivních lokalitách a na prameništích je nutné dbát na přesné dávkování, a aby hnojiva nemohla být splavena a způsobit tak znečištění zdrojů vody. Rozvážné použití organického hnojení je možné doporučit. V zahraničí se výzkumně ověřuje možnost použití čistírenských kalů pro hnojení energetických plodin.
4.4 Sklizeň biomasy Plantáže RRD se sklízejí v tzv. velmi krátkém obmýtí, které se v našich podmínkách pohybuje mezi 36 roky. Pokud bude tedy celková doba existence plantáže 15 -25 let, znamená to, že bude sklizena 45 krát. Podle zkušenosti ze zahraničí se nedoporučuje sklízet v kratších obmýtích, neboť tím sníží celkový výnos za dobu existence plantáže. Při častějším sklízení dojde k poklesu produkce dříve (do 10 let). 3-4 letý cyklus u nás je minimum, které by z těchto hledisek nemělo být snižováno. Spíše je možné uvažovat na některých lokalitách o variantě prodloužení cyklu. Např. mrazové kotliny, zamokřené půdy, vyšší polohy aj. Nejvhodnějším obdobím pro sklizeň RRD na štěpku jsou zimní měsíce, kdy je obsah vody v pletivech nejnižší. Výška produkce se pohybuje mezi 15-20 tunami sušiny za rok.
4.4.1
Způsoby sklizně
1. Pořezání a snopkování. Jednoduché přídavné zařízení na traktor nebo specializovaný sklízecí stroj podřezává v dané výšce prýty RRD a spojuje je do snopků, které se buď ponechají na plantáži a nebo se odvážejí hned na místo konečného zpracování. Po vyschnutí na vzduchu (1-2 měsíce -1/2 roku) jsou snopky štěpkovány. Štěpka je dostatečně suchá (20-30%), energeticky velmi vydatná a je vhodná i pro spalování v topeništích s nižším až středním výkonem. Tento způsob je náročnější na manipulaci, ale stroje jsou jednodušší (univerzální). 2. Pořezání a štěpkování. Tento způsob využívá většinou samojízdné, ale i tažené sklízecí stroje schopné okamžité výroby dřevní štěpky přímo na poli. Ta má vyšší vlhkost, ale je snadněji manipulovatelná a dopravovatelná. Pro spalování této štěpky jsou vhodná velká topeniště nad 1MW.
4.5 Rušení plantáže Přibližně ve věku 15-25 let, když začne výnos produkční plantáže klesat pod úroveň ekonomické rentability, je vhodné přikročit ke zrušení plantáže. Stav půdy po 15-20letém pěstování RRD plantážovým způsobem závisí na několika faktorech z nichž hlavní jsou úrodnost půdy, způsob a objem hnojení plantáže. Technologie rušení plantáží jsou v současnosti dobře propracovány v zahraničí (Rakousko). Po poslední sklizni jsou speciálními frézami odstraněny pařízky příp. část kořenového systému RRD Zbytek kořenů je pak vyorán hlubokou orbou nebo rotavátorem. Zbytky kořenů v půdě slouží jako drenáž a provzdušnění hlubších vrstev ornice. V případě, že je stav půdy po produkční plantáži dobrý nebo lepší (fyzikální vlastnosti, humus) než tomu bylo před jejím založením je možno plochu na jaře osít cílovou plodinou (obilí, traviny atd.). Pokud je živinová rovnováha půdy narušena, doporučujeme na základě výsledků půdních rozborů půdu dohnojit nebo ji biologicky meliorovat např. vojtěškou nebo jetelo-travní směsí.
58
5 Vytrvalé energetické rostliny Pro energetické užití jsou víceleté – vytrvalé rostliny velmi vhodné. Poskytují velmi vysokou produkci biomasy – nebo sušiny. Lze je sklízet v období kdy obsahují poměrně málo vody. Náklady na jejich pěstování jsou často podstatně nižší než jednoletých – výrazná úspora spojená se zakládáním porostů. K využití pro energetiku se dobře hodí trvalé porosty vysoko vzrůstných travin: ozdobnice čínská (Miscanthus, výnos až 30 t suché hmoty . ha-1), chrastice rákosovitá či rákos obecný. Nevýhodou ozdobnice jsou vysoké ceny sazenic, vyžadující vysoké náklady na založení porostu. Zahraniční výkonné formy v našich podmínkách nevytváří semena a množí se podzemními oddenky (rhizomy). Rákos a chrastice vyžadují velmi vlhké půdy, proto se sklízejí v zimním období, kdy je možno vjet technikou na mrazem zpevněný pozemek. Výhodou zimní sklizně jsou i mrazem vysušené rostliny (např. čiroky). Pro vysoké výnosy suché hmoty (12 - 27 t.ha-1) si z vytrvalých bylin pozornost zaslouží křídlatka (Reynoutria) příbuzná rdesnu. Na pěstování nenáročná, vyžaduje pouze vlhčí stanoviště. Podzemní oddenky jí umožňují rychlé šíření a proto se na některých našich chráněných lokalitách stává obtížným plevelem (v určitých zemích EU karanténním).
5.1 Ozdobnice (Miscanthus) Původ Pochází z východní Asie (jižní Kurily, Tchaiwan, Korea, Thajsko, Polynésie, Čína-Mandžusko). Slouží k výrobě buničiny (obsah celulózy okolo 40 %), jako stavební, dekorační a snadno likvidovatelný obalový materiál. V posledních letech představuje jednu z nejvýznamnějších světových energetických rostlin – sloní tráva. U nás nejsou registrovány žádné odrůdy, k dispozici jsou pouze odrůdy zahraniční. Z nich patří k nejvýkonnějším formy gigantheus, goliath, Silberfeder, Sirene, jsou sterilní. Existují i formy poskytující semena, u nás však nedozrávají. Proto se množí vegetativně buď pomocí kořenových oddenků (rhizomy) dlouhých nejméně 3 – 4 cm, lépe 10 cm (ty se lépe ujímají), nebo meristematickými kulturami (in vitro nebo embryogenezí), dopěstovanými na sazenice. Požadavky na stanoviště Daří se jí nejlépe na lehčích, strukturních půdách, v teplejších oblastech s vyššími srážkami. Dává se přednost humózním, písčitým půdám s hladinou spodní vody nejvíce 60 cm, jinak je nutná závlaha. Nevhodná jsou stanoviště zaplevelená vytrvalými plevely (šťovík, pýr). Optimální půdní reakce je 5,5 – 6,5 pH, reakce nad pH 7 způsobuje výnosovou depresi. Miscanthus dokáže šetřit vláhou (transpirační koeficient je okolo 250 l.kg s.-1), přesto však na produkci 40 tun s.ha-1 vyžaduje až 1 000 mm srážek. Agrotechnika Miscanthus je dosti náročný na předplodinu. Vysazuje se nejlépe po hnojených okopaninách, luskovinách, ale i po obilninách. Ve SRN se doporučuje zařazení po řepce, tritikale, čiroku a kukuřici. Na stanovišti setrvá nejméně 10 – 15 roků. Kultivace půdy je odvislá od předplodiny a má být ukončena přípravou seťového lůžka pro usnadnění výsadby, do hloubky min. 100 mm. Obvyklé je hubení plevelů před sázením kombinací mechanických způsobů s chemickým. Vysazují se sazenice z odkopků, nebo vypěstované in vitro, nejlépe takové, které již přezimovaly. Rostliny jsou zpočátku po výsadbě náchylné k vymrzání, než se vytvoří dostatečná vrstva mulče. Proto je vhodné založený porost přikrýt na zimu slámou (3 t na ha) do výšky 10 – 15 cm, nebo je možný i přísev hořčice bílé do meziřádků (na konci července – začátkem srpna). K vlastní výsadbě se přistoupí při teplotě půdy nad 10 °C tj. od poloviny kv ětna do poloviny června. Potřeba sazenic je 10 – 20 000 na 1 ha, sází se i s kořenovými baly, které je třeba udržovat vlhké, po výsadbě je vhodná závlaha. K výsadbě je možno použít modifikovaných sazečů na cibuli nebo lesnickou techniku pro výsadbu stromů. V případě výsadby kořenových oddenků se postupuje tak, že se nejlépe na jaře (není třeba zimního uskladnění) sklidí pomocí sklízeče na brambory a poté ručně rozkrájí a roztřídí. Výsadba je i v tomto případě s použitím mechanizace. Dobře živinami zásobené půdy, po dobrých předplodinách, není nutno v prvním roce po výsadbě hnojit, pouze slabší zásoba živin vyžaduje jednorázové přihnojení do 50 kg N.ha-1 pro podporu přezimování, avšak nejpozději do poloviny června. V dalších letech se doporučuje aplikovat 50 – 100 kg N, 40 kg P a 70 kg K, P a K na jaře a N od jara do poloviny července. Podle rozboru půdy se doporučuje přihnojení mikroelementy (Cu, Zn, B, Mn).
59
Ošetřování porostu během vegetace V prvním roce po založení porostu, do jeho zapojení lze využít mechanické prostředky (př. prutové brány) k potlačování plevelů, nebo aplikovat herbicidy dle druhového spektra plevelů. Zpravidla až od třetího roku, kdy z posklizňových zbytků a odpadových listů se vytvoří na fondu půdy mulč potlačující plevele, nejsou plevelohubná opatření nutná. Pouze ve druhém roce, při pozdějším termínu výsadby, může nastat potřeba plečkování, které je však v dalších letech vyloučeno kvůli trvalé tvorbě oddenků, z nichž vyrůstají další rostliny. Chemická ochrana proti chorobám a škůdcům je méně častá. V některých oblastech Evropy se vyskytlo napadení stébel houbou Rhizoctonia sp. a kořenů Pythium sp. Na zamokřených pozemcích se může projevit napadení houbami ze skupiny bazidiomycet. V USA se vyskytlo napadení listů miscanthu houbou Leptoshaeria, jejím konidiálním stavem Stagonospora, známé u cukrové třtiny. Sklizeň a likvidace porostu Ke sklizni je možné využít samojízdné řezačky ke sklizni kukuřice, v termínu od listopadu do března. Sklízí se porosty od druhého roku po založení. Ve druhém roce poskytne výnos do 10 tun, v dalších 20 – 25 t.ha-1 sušiny i více podle intenzity ošetřování. Sklizeň po zimě (únor – březen) je vhodnější, protože odpadá případné dosoušení. Sklizňové ztráty v takovém případě však představují přibližně 30 – 40 %. Sklizenou slámu je možno balíkovat (pro stavební účely), nebo upravovat na pelety lisováním (hmotnost 1 m3 je cca 500 kg). Při konečné likvidaci porostu lze postupovat rozdílnými metodami. Při chemické likvidaci se nově rašící výhonky hubí na jaře, kdy pak mohou následovat jiné plodiny, nebo na podzim mechanicky s použitím rotavátorů, při kterém kořenové výhonky na povrchu půdy zmrznou. Spalné teplo celých rostlin je 19,06 kJ.g-1.
5.2 Křídlatka (Reynoutria) Botanická charakteristika Křídlatka patří k rostlinám dvoudomým z čeledě rdesnovité (Polygonaceae). Má dlouhé, silné, bohatě větvené oddenky. Lodyhy jsou vzpřímené, mohutné, větvené, duté. Listy řapíkaté, celokrajné, dvouřadě do plochy rozmístěné, s vyniklou žilnatinou, záhy rozdřípené. Květenství úžlabní nebo koncové uspořádané do laty, složené do různě dlouhých lichoklasů. Květy jsou jednopohlavné, okvětí na bázi srostlé, s pěti bělavě až zelenavě zbarvenými cípy. Samčí květy s 8 tyčinkami, samičí se 3 čnělkami zakončenými třásnitými bliznami, vnější okvětní lístky jsou na plodech výrazně křídlaté. Plodem je 3hranná nažka uzavřená ve zveličelém okvětí. Má několik forem a kříženců. V ČR se rozlišují formy křídlatky japonské (Reynoutria japonica) a křídlatka sachalinská (R. sachalinensis). Obě křídlatky jsou schopny křížení, proto vznikl mezidruhový hybrid křídlatky české (R. bohemica), je sterilní. Křídlatka je rostlinou typu C3. Původ, rozšíření, vlastnosti Je vhodná pro mírné pásmo, odolná proti vymrznutí. Pochází z východní Asie, do Evropy se dostala jako okrasná zahradní rostlina. Byla vyzkoušena i její schopnost akumulovat těžké kovy (Pb, Cd)) při fytoremediaci kontaminovaných půd s pozitivním výsledkem. Listový extrakt je účinný proti různým druhům padlí. Zkoušelo se také její využití k pícninářským účelům, neboť rychle roste, rostliny dosahují podle odrůdy 2 až 5 metrů, z kořenového krčku vyrůstá až 20 lodyh, které jsou na bázi ztlustlé (až 50 mm), duté. Používá se také ke zpevnění a ochraně břehů vodních nádrží, řek a písečných dun. Je rostlinou medonosnou. Oddenky se využívají v tradiční čínské a japonské medicíně při léčení zánětů kůže, chronických onemocnění a kapavky. Mladé výhonky lze využít k přípravě salátů, listy jako náhražka tabáku. S rostlinami křídlatky se můžeme setkat i jako dekorativní trvalkou v parcích. Vzhledem k vysoké produkci sušiny je křídlatka ověřována jako energetická rostlina. Je však v současnosti považována za problematickou plodinu a to vzhledem k možnosti zplanění a nekontrolovatelnému šíření, případně až úplného potlačení ostatních rostlinných druhů. V důsledku toho patří k několika nejobtížnějším invazním plevelům v Evropě, v několika zemích je dokonce uváděna jako karanténní druh. U nás je proto sledována možnost šíření pomocí zralých semen, což je vzhledem k pozdní tvorbě květů (srpen – říjen) méně pravděpodobné. V opačném případě by i přes vysokou produkci biomasy, pěstování křídlatky k energetickým účelům bylo nezodpovědné.
60
Nároky na stanoviště Planě se vyskytuje křídlatka od nížin do podhorských oblastí, na rumištích, v křovinách, podél vodních toků a nádrží, a to na živných ale i kyselých a kamenitých půdách s dobrou zásobou vody. Nejlépe roste na neutrální půdě, ale snáší poměrně dobře i rozsah pH 4 – 8. Mladé rostliny jsou citlivé jednak na mráz (jarní, podzimní), ale i na letní sucho. Délka vegetační doby je asi 8 měsíců. Prýty vyrážejí koncem dubna a v květnu se prodlužují v průměru o 46 mm za den, což je srovnatelné s bambusem. Vývojová perioda je většinou ukončena prvními mrazíky, kdy uhynou nadzemní části. Zimní období křídlatka přežívá díky podzemním oddenkům, sahajícím do hloubky i přes 2 m, z nichž na jaře raší nové prýty. Agrotechnika Pěstování křídlatky má mnohé společné s ozdobnicí. Vzhledem k obtížím při dozrávání semen v našich podmínkách, se porosty mohou zakládat pomocí kořenových oddenků a to v počtu 1 – 3 na m2. Při rozmnožování semeny se křídlatka vysévá do kontejnerů s kompostovým substrátem, ve kterých se za denní teploty 20 °C nejd říve předpěstují rostlinky do výšky cca 5 cm, které jsou pak přesazovány do skleníku. Vysazují se na pozemek na začátku května při výšce okolo 60 cm, 1 rostlina na 1 m2. Vysazování pomocí kořenových oddenků je méně úspěšné, oddenky nejsou vyrovnané a často odumírají. Půdu před výsadbou je třeba odplevelit, dobře připravit, obdobně jako u ozdobnice. Na počátku vegetace je vhodné i mulčování, aby se potlačily plevele, později křídlatka již sama svou konkurenční schopností nedovolí zaplevelování. Pokud je přesto nutno prvním rokem porost odplevelit, musí se tak stát ruční okopávkou nebo vytrháním, protože mladé křehké rostliny jsou velmi citlivé na poškozování kultivačními mechanizmy. Přihnojování během vegetace je prospěšné. Zkoušky hnojení potvrdily zvláště potřebu dusíku. Dávky hnojiv v prvním roce pěstování 250 kg P, 50 kg K a 200 kg N.ha-1 zajistily přírůstky výšky 75 cm a výnos sušiny 3,4 t.ha-1, dávka pouze 100 kg N.ha -1 snížila přírůstek na výšku 65 cm a výnos sušiny 2,8 t/ha. Křídlatka poskytuje v podmínkách mírného pásma nejvyšší výnosy ze všech energetických rostlin od 3. roku vegetace. Při sklizni na podzim (s neopadlými listy) dosahuje maximálního výnosu sušiny 30 – 40 t.ha-1. V zimě a předjaří je sklizeň mírně nižší, je však vyšší sušina biomasy. Sklizeň musí být šetrná vůči kořenům, zvláště po prvním roce vegetace. Používají se obdobné mechanizmy, jako při sklizni silážní kukuřice. Pro dlouhodobější skladování by vlhkost sklizené biomasy neměla být vyšší než 12 – 16 %. Tohoto stavu lze dosáhnout sklizní na konci zimy a v předjaří. Při vyšší vlhkosti je nutné její dosušení, zpravidla postačí uskladnění pod střechou ve formě delší „štěpky“ (5 – 10 cm) v průvanu. Při vlhkosti nad 20 % musí být zajištěno umělé provětrávání a rychlé vysušení v zájmu eliminace fermentace a odbourávání energeticky významných složek. Dostatečně vysušenou štěpku je lépe ihned slisovat do briket, nebo delší řezanku do balíků. Pak je ji možno trvale uskladnit, nebo racionálně přepravovat. Výhřevnost sušiny je 17,2 MJ.kg-1. V přepočtu na užitné teplo lze z 1 ha získat až 580 GJ = spotřeba k vytápění až 6 rod. domů.
5.3 Chrastice rákosovitá (Phalaris arundinacea) Původ, rozšíření, vlastnosti Chrastice je rozšířená téměř po celé Evropě, Asii (kromě jižní části) a v Severní Americe. U nás je autochtonním (původním) druhem, rozšířeným na celém území našeho státu, značně náročným na vláhu a živiny. Je jednou z alternativních plodin, uvažovanou v některých vyspělých zemích západ. Evropy (SRN, Dánsko, Švédsko), ale i v severním Finsku. Nově se rozšiřuje i v pobaltských zemích, kde je upřednostňována před rychle rostoucími dřevinami. Má perspektivu jako surovina pro výrobu buničiny (obsah celulózy 30 – 36 %, ligninu okolo 14 %). Nejnověji je považována za potenciální energetický zdroj se spalným teplem celých rostlin okolo 17,5 MJ.kg-1. V ČR není registrována žádná odrůda. V zemích EU je standardní odrůdou Palaton (původ USA) a rozšířeny jsou i další odrůdy: Luba syn. Motycka (POL), Molterwizer (D), Pervenec (SUN), Peti, Szarvasi 50 a 60, Kesthelyi 52 (H), Lara (N), Vantage, Venture (USA), Belevue, Rival (CAN). Pro průmyslové účely se šlechtí nové odrůdy se změněnými morfologickými znaky (vysoký podíl stébel oproti listům) a chemickým složením (nižší obsah popele, Si, K, Cl – chlór při spalování zvyšuje korozi kovových částí topenišť a popel se při vysokém obsahu uvedených prvků za nízkých teplot taví a spéká).
61
Nároky na stanoviště V přírodě se vyskytuje nejvíce v okolí vodních zdrojů. Snese i drsnější klima o čemž svědčí její rozšíření i v horských oblastech. Nejlepší podmínky poskytují těžší půdy s bohatou zásobou živin. Optimum půdní reakce je okolo pH 5. Jinak je na půdní reakci nenáročná, snese rozpětí pH 4,0 – 7,5. Po dobrém zakořenění snese i delší přísušek, rovněž polomrazy a pozdní jarní mrazíky jí neuškodí, stejně jako zastínění a krátkodobé zaplavení. Agrotechnika Způsob pěstování vychází z účelu využití (semeno, píce, průmyslová – energetická plodina). Je vhodné zařadit chrastici na nezaplevelený pozemek, na předplodinu je nenáročná. Vhodnou předplodinou jsou obilniny nebo luskovinoobilné směsky, zařazené po řepce nebo po pícninách (jetelovinách). Porosty určené na energetické využití se zakládají obdobně jako na píci a vydrží na stanovišti několik let. Seje se do užších řádků na rozteč 12,5 – 30 cm s výsevkem 20 – 25 kg semene na 1 ha. Podle zahraniční literatury je chrastice náročná na živiny. Ve Švédsku se používá při jejím pěstování ke sklizni na jaře 80 kg N, 30 kg K a 10 kg P na ha. Osvědčilo se i přihnojování čistírenskými kaly. Z pokusů VÚRV Ruzyně vyplývá doporučení hnojit od druhého roku pěstování dávkou 50 – 80 kg N.ha-1, nejlépe na jaře po sklizni před obnovením vegetace. Sklízet se doporučuje velmi brzo po zimě, kdy mají rostliny nízký obsah vody (12 – 20 %). Důvodem je i poloviční obsah popelovin v rostlinách, v porovnání např. se srpnovou sklizní, v důsledku jejich translokace do podzemních orgánů i jejich částečného vyluhování z nadzemní biomasy během zimy. Sklízecí mechanizmy nejdříve posekají porost na řádky, pak následuje sběr a lisování, pomocí lisů se sběracím zařízením, do obřích balíků. Doporučuje se snížit otáčky řezaček, jednak v zájmu zvýšení průchodnosti biomasy a snížení odrolu listů. Zpravidla není nutné při dosušování pokosené řádky před sběrem obracet. Pro energetické využití lze také použít lisy na výrobu briket nebo pelet. Švédské zdroje uvádí průměrný výnos sušiny za 5 let pěstování (od druhého roku) při hnojení 100 kg N.ha-1 8 tun sušiny biomasy na konci vegetační sezóny a 7,5 t.ha-1 při sklizni na jaře. Ztráty sušiny přes zimu se uvádějí okolo 25 %. Průměrný výnos v okolních zemích dosahuje 4,5 až 9,0 t.ha-1. V pokusech VÚRV Ruzyně bylo dosaženo v závislosti na půdně-klimatických podmínkách a agrotechnice v tříletých pokusech výnosu sušiny nadzemní biomasy od 5,3 do 12,6 t.ha-1.
5.4 Šťovík krmný (Rumex) Botanická charakteristika, vlastnosti, využití Tento šťovík byl původně vyšlechtěn pro krmivářské účely. Je to kulturní plodina vyšlechtěná na Ukrajině křížením šťovíku zahradního a ťjanšanského, označeného původně Rumex OK 2, pod názvem odrůdy Uteuša (podle jména šlechtitele). Je vytrvalá samosprašná bylina, na stanovišti může setrvat 15 až 20 let, což je z hlediska fytoenergetiky nesporně výhodné. Ve druhém roce po založení porostu dorůstá výšky 1,50 až 2,00 m, takže spolehlivě dosahuje výnosu 10 t suché hmoty z 1 ha (šlechtitel uvádí možnosti 15 – 2 t.ha-1). Jedná se o velmi raný hybrid, vhodný jako krmivo, zelenina, léčivá a technická (energetická) rostlina. Není vhodný pro pěstování ve směsích s jinými rostlinnými druhy, tudíž nemá schopnost samostatného šíření v přírodních podmínkách. Dlouholetá sledování prokázala, že ve směsi s vojtěškou a s chrasticí rákosovitou, ve druhém či třetím roce z porostů vymizel. V lokalitách, kde se pěstuje na množení se rovněž do okolí nešíří. To vyvrací obavy z jeho šíření jako plevele. Plodem je tříhranná nažka, s HTS 4 – 5 g. Semena nemají dormanci, vzchází bezprostředně po nabobtnání, nehromadí se v půdě a proto nepřispívají ani k potenciálnímu zaplevelování. Šťovík hybridní má kůlový kořen, který se rozdvojuje. Nevytváří kořenové oddenky a není tudíž schopen se v kultuře ani v přírodě množit vegetativně. Víceleté plantáže šťovíku hybridního se snadno mechanicky likvidují během jednoho vegetačního roku, nebo jednorázovým použitím herbicidů. Je dobrou předplodinoupro obilniny a jiné zrniny, neboť po jeho likvidaci, zůstává v půdě až 60 tun.ha-1 lehce mineralizovatelných organických zbytků. Nároky na stanoviště Šťovík je odolný proti vymrzání a nemá vyhraněné nároky na stanovištní podmínky. Pouze zamokření půdy s vysokou hladinou spodní vody mu nesvědčí z důvodů zahnívání kořenů a následného odumírání celých rostlin. Daří se mu v nížinách i ve vyšších polohách. Snáší dobře i chudší kamenité půdy a není náročný na hnojení.
62
Agrotechnika Kultura šťovíku se zakládá na jaře. Termín lze posunout až do května, příp. do 1. poloviny června (při dobrých srážkových poměrech až do poloviny července). Standardní výsev osiva se pohybuje okolo 5 kg.ha-1. Vysévá se do hloubky 1,5 – 2,0 cm. Vzcházení a zakořeňování probíhá v 1. roce pozvolna, proto je třeba dbát na řádné odplevelení pozemku, nejlépe herbicidním ošetřením před zasetím. Mechanickou regulaci zaplevelení v prvním roce po založení porostu lze provádět odplevelovací sečí, neboť dosud nejsou známy selektivní herbicidy pro tento kulturní šťovík. V průběhu vegetace jej lze přihnojit N, podle stavu porostu a diagnostiky potřeby hnojení. V prvém roce porost vytváří pouze přízemní růžice sytě zelených listů, pro účely energetické se tudíž nesklízí. Dobře pak přezimovává. Ve druhém roce rychle obrůstá a během krátkého období, od dubna do konce května dorůstá výšky 1,5 až 2 m. Ve druhém roce u zapojených porostů již není problém se zaplevelováním. Koncem května je zpravidla v plném květu a začátkem července dozrávají semena šťovíku. Sklizeň Ke sklizni šťovíku pro energetické využití biomasy je nutné přistoupit před plným dozráním semen, aby se zabránilo jejich výdrolu při plné zralosti. Dozrává přede žněmi obilnin, což nevytváří pracovní špičku v podniku a neklade zvýšené nároky na techniku. Sklízí se žacími stroji, po posečení a proschnutí na pokose se sběracími řezačkami pořeže a odveze k dalšímu proschnutí v krytých skladech. Po hlavní sklizni biomasy šťovík vytváří velmi rychle hustý porost sytě zelených listů, obdobně jak v prvém roce. Pokud jej nesklízíme (koncem srpna až v září) na zelené krmení či do siláže, lze tuto zelenou hmotu s úspěchem zužitkovat jako přídavek biomasy do fermentoru v bioplynové stanici, pokud je takové zařízení v blízkosti pěstitelské plochy. Tento způsob výroby bioplynu ze zelených rostlin se již v praxi dobře uplatňuje zvláště v Rakousku. Stav porostu se touto sklizní na zeleno nezhorší, na jaře příštího roku rychle obrůstá a vytváří plodné lodyhy, vhodné ke sklizni energetické biomasy.
6 Jednoleté energetické rostliny 6.1 Konopí seté pro průmyslové a energetické využití (Cannabis sativa) Původ a rozšíření Konopí je prastarou kulturní rostlinou. Počátky pěstování konopí sahají do oblastí Střední Asie, Číny a Indie, kde se pěstovalo již od 3. tisíciletí před naším letopočtem. Nejprve to bylo pro výrobu vlákna, později i na výrobu konopného oleje. Do Evropy se dostává přibližně v 7. století před n. l. Celosvětová plocha konopí je odhadována na 70 000 ha. Mezi významné pěstitelské země patří Chile (4 200 ha), Čína (11 000 ha), Severní Korea (18 000 ha), Ruská federace (17 000 ha). Z evropských států je to pak zejména Francie (7 700 ha), Španělsko (6 100 ha), Německo (3 000 ha), Velká Británie (2 200 ha), Holandsko (800 ha). Po lnu je konopí druhou nejrozšířenější přadnou rostlinou mírného pásma. Na našem území nastává rozmach pěstování konopí od konce 18. století. Od počátku 20. století pak dochází postupně k poklesu ploch způsobenému dovozem levnějšího bavlněného vlákna. Podle statistických údajů činila plocha na území součané České republiky a Slovenska v r. 1920 – 12 000 ha, v r. 1936 – 7 400 ha, v období let 1948 – 1955 – 6 150 ha, v r. 1960 – 6 120 ha (pouze na území Slovenska). Na území České republiky se konopí pěstovalo až do r. 1956. V dalším období se pak konopí pěstovalo již jen na Slovensku (v jižních částech), plocha postupně klesala a pěstování bylo ukončeno v r. 1988. Hlavním důvodem byla velká náročnost na ruční práci při sklizni a posklizňové úpravě stonku (viz dále), nedostatečné mechanizační vybavení, nebylo ekonomicky únosné investovat do strojového vybavení při tak malé pěstební ploše. Potřeba konopného vlákna pro náš textilní průmysl byla řešena dovozem, zejména z Maďarska. Přibližně po r. 1995 zaznamenává konopí v České republice renesanci svého pěstování, své uplatnění by mělo sehrát v souvislosti s „přebytkem půdy“, při využití této půdy pro nepotravinářské účely, tj. pěstování konopí pro technické účely (vlákno, semeno) a ve fytoenergetice. Novou technologií sklizně a posklizňové úpravy (viz dále) se již nezískává dlouhé vlákno, ale jednotné vlákno kratší. To by mělo najít uplatnění částečně v textilním průmyslu, ale zejména u netextilních výrobků. Konopí je považováno za perspektivní obnovitelnou surovinu, skoro všechny její části jsou využitelné. Rostlina je
63
snadno biologicky rozložitelná, nestaví nás před problém likvidace odpadu, hlubší kořenový systém kypří půdu a brání erozi na svazích. Dovede též absorbovat těžké kovy z kontaminovaných půd. Listy konopí odpadlé při dozrávání podporují rozvoj bakterií v půdě. Výrazným zastíněním povrchu půdy omezuje rozvoj plevelů, téměř nevyžaduje zásahy během vegetace. Biologická charakteristika Konopí náleží do čeledi konopovitých rostlin (Cannabaceae). Rod konopí dle Žukovského zahrnuje 3 samostatné druhy: Konopí indické (Cannabis indica Lam) Je jednoletá dvoudomá rostlina, jejíž stonek dorůstá 1,5 m a značně se větví. Listy jsou dlanitě dělené, 9 – 12četné, lístky čárkovitě kopinaté. Plodem je tmavá, lesklá, mramorovitě zbarvená nažka. Tento druh se pěstuje pro omamné látky obsažené v zelených částech rostliny, především však v pryskyřici samičího květenství (obsah THC 8 – 12 %) a následnou výrobu hašiše (až 40 % THC) v Indii, Iránu, Turecku, Sýrii, v Severní Americe. Ve většině zemí je pěstování zakázáno, neboť napomáhá k rozvoji toxikomanie. Konopí plané (Cannabis ruderalis) Je jednoletý plevel s nízkým stonkem silně rozvětveným, krátkými internodii. Konopí seté – kulturní (Cannabis sativa, ssp. culta Žuk.) Je jednoleté, je nejrozšířenějším druhem konopí. Vyznačuje se vyšším vzrůstem, méně se větvícím stonkem, většími listy. Má větší nároky na pěstování a menší odolnost chorobám. Z hlediska výrobní praxe má zemědělský význam zejména konopí jižní a středoruské, které reprezentuje více než 90 % všech světových pěstitelských ploch. Nároky konopí na prostředí Konopí je teplomilnější plodina, vegetační termická konstanta při pěstování na vlákno je 1 800 – 2 000 °C, na semeno 2 200 – 2 500 °C. Semeno za číná klíčit již při teplotě 2 – 3 °C, v dob ě setí by však teplota půdy měla být 10 °C. V dob ě vzcházení je odolné krátkotrvajícím jarním mrazíkům až do – 6 °C. P ři optimální teplotě během vegetace mohou denní přírůstky rostlin činit až 12 – 14 cm. Konopí je poměrně náročné na vláhu. Pro klíčení potřebuje přibližně 50 % vody z hmotnosti semene. Na vytvoření 1 kg sušiny nadzemní části rostliny spotřebuje 600 – 700 l vody. Největší požadavek na vodu spadá do období před a v období květu, s procesem dozrávání potřeba vody klesá. Krátkodobě dovede odolávat i přísuškům. Celoroční úhrn srážek v oblasti pěstování by neměl klesnout pod 500 mm. V průběhu vegetačního období (120 – 130 dnů) potřebuje konopí 250 – 300 mm srážek. Konopí pěstované u nás je rostlina krátkodenní, vývojová stádia probíhají rychleji v oblastech s kratším dnem než 14 hodin. Konopí severní je rostlinou dlouhého dne, se zkracováním délky dne se snižuje výška rostliny. Optimální světelný režim v porostu je zajištěn odpovídající hustotou setí. Pro konopí jsou vhodné půdy hlubší, úrodné, hlinité, hlinitopísčité, s dobrou zásobou pohotových živin, půdy neutrální až slabě zásadité (pH 7 – 7,6). Relativně dobrých výsledků bylo dosaženo i na rekultivovaných půdách při pěstování na biomasu pro energetické účely. Konopí citlivě reaguje na kvalitu půdy, slouží jako indikátor vyrovnanosti půdy. Konopí lze pěstovat s úspěchem až do 450 m nadmořské výšky. Půdy by měly mít dobrou zásobu dusíku a fosforu. Výživa a hnojení Slabě vyvinutý kořenový systém vyžaduje přítomnost pohotových živin, což příznivě napomáhá k rozvoji kořenové mikroflóry. Dusík výrazně ovlivňuje rychlost růstu, štíhlost stonku, tvorbu jemného vlákna. Přehnojení dusíkem pak snižuje výtěžnost dlouhého vlákna a jeho kvalitu. Fosfor působí na množství a jakost semene, urychluje dozrávání, v kombinaci s dusíkem zvyšuje množství a kvalitu vlákna. Draslík pozitivně ovlivňuje pevnost vlákna, zlepšuje rovněž odolnost proti chorobám. Dobrá zásoba hořčíku v půdě podporuje příjem fosforu z půdy. Pro efektivní využití průmyslových hnojiv konopím je důležitý poměr živin N : P : K. Pro konopí pěstované na vlákno 1 : 0,5 – 0,6 : 1,2 – 1,4, pro pěstované na semeno 1 : 0,7 : 1 – 1,2. Převážnou část P, K a Mg hnojiv je vhodné aplikovat již na podzim (se zapravením do půdy) z důvodu delšího potřebného období pro jejich rozklad a větší využitelnosti živin rostlinou z přímého hnojení v průběhu vegetace. Zbytek pak aplikovat na jaře před setím. Dusíkatá hnojiva aplikujeme na jaře před setím, podle potřeby a stavu porostu je možné provést přihnojení po vzejití ledkem amonovápenatým při výšce porostu do 15 cm. Celková dávka N činí přibližně 80 – 100 kg.ha-1.
64
Pěstování konopí předpokládá dobré vyhnojení půdy průmyslovými i organickými hnojivy. Pod konopí lze aplikovat na podzim i chlévský hnůj v dávce 30 t.ha-1. Nedostatek organických hnojiv můžeme s úspěchem doplňovat i zeleným hnojením. Zařazení do osevního postupu Konopí je poměrně nenáročné na zařazení v osevním postupu. Snáší i pěstování po sobě, avšak z hlediska šíření chorob a škůdců, jednostranného odčerpávání živin a následného poklesu výnosu není vhodné. Nejlepšími předplodinami pro konopí by byly okopaniny, kukuřice, luskoviny, jeteloviny – tj. plodiny zanechávající půdy v dobrém fyzikálním stavu a s dobrou zásobou živin, zejména dusíku. Ty však v současné pěstitelské praxi využíváme pro intenzivní obilniny. Proto v praxi bude zpravidla ve většině případů přicházet řazení mezi dvě obilniny a doplnění zásoby živin vyšší dávkou průmyslových hnojiv. Předseťová příprava Po sklizni předplodiny (obilniny) provedeme podmítku, v podzimním období likvidujeme mechanicky nebo chemicky vytrvalé plevele, dlouhého meziporostového období využijeme pro zelené hnojení a doplnění organické hmoty do půdy. Podzimní orba bude hlubší. Je vhodné částečné urovnání povrchu oranice, což sníží počet pojezdů při jarní přípravě půdy. Zásadou jarní přípravy musí být omezení počtu pojezdů po pozemku, šetření zimní vláhy, co nejmenší utužení půdy. Pro přípravu rovnoměrného seťového lůžka jsou vhodné stroje na přípravu seťového lože (kompaktory) nebo přímo společně se setím s použitím secích kombinací. Setí K setí přistupujeme v době, kdy teplota půdy v hloubce setí dosáhla alespoň 8 – 9 °C, což kalendá řně připadá v nižších oblastech na druhou dekádu dubna, ve vyšších oblastech (BVT) na třetí dekádu dubna. Konopí pěstované na vlákno sejeme do užších (obilných) řádků 10 – 15 cm, na semeno pak do širokých řádků (dle půdních podmínek 50 – 70 cm), aby stonek více větvil a poskytl více semen. Hloubka setí 4 – 5 cm dle vlhkosti půdy, příliš mělké setí zvyšuje nebezpečí poškození rostlin ptactvem při klíčení a vzcházení. Vysévá se mořené osivo proti dřepčíkům a chorobám napadajícím vzcházející rostliny. Výsevek závisí na kvalitě použitého osiva a účelu pěstování (Šmirous 1999): 1 – 1,5 MKS.ha-1 při pěstování pro semeno, 2 – 3 MKS.ha-1 při pěstování pro biomasu k energetickému využití, 3 – 5 KS.ha-1 při pěstování pro vlákno. Při použití přeskladněného osiva je nutné před setím stanovit klíčivost, neboť ta se při delším skladování výrazněji snižuje. Při setí do sušší půdy je nutné pozemek uválet Cambridge válci.
Zásahy během vegetace Plevele U úzkořádkově setých porostů dochází po vzejití k hustému zapojení porostu, rozvoj plevelů je silně potlačen a zpravidla není nutné provést herbicidní zásah. Vytrvalé a trávovité plevele je nutné likvidovat již v předvegetačním období. Porosty založené v širších řádcích vyžadují zpravidla herbicidní zásah jako preventivní opatření proti zaplevelení bezprostředně po vzejití. Provede se aplikace půdního herbicidu do 3 dnů po zasetí (Afalon 50 WP 1,25 kg.ha-1 ve 400 l vody). Choroby a škůdci Konopí je poměrně odolné proti chorobám a škůdcům a ochranářské zásahy se běžně neprovádí. Teprve při silném výskytu se provede odpovídající fungicidní nebo insekticidní ošetření. Nejčastější škody způsobuje plíseň šedá (Botrytis cinerae Pers.), na děložních lístcích tvoří tmavé skvrny s šedavými houbovými vlákny. Napadené klíční rostliny obvykle hynou. V období květu a dozrávání se objevují na stoncích vybělené prstence pokryté povlakem šedé plísně. Ve vlhčích letech se vyskytuje i plíseň konopí (Pseudoperenospora cannabina Otth.) a fuzarioza konopí (Giberela pulicares Fr.). Hlízenka obecná (Sclerotinia sclerotiorum) způsobuje bílou hnilobu – rozklad pletiv stonku, rostlina žloutne a usychá. živočišných škůdců může na konopí působit škody mšice konopná (Diphorodon cannabis Schz.), dřepčík chmelový (Psylliodes attenuata Koch.), můra gama (Plusia gama L.), zaviječ kukuřičný (Pyrausta nubilalis Hb.)
65
Sklizeň konopí 1. Sklizeň stonku konopí na vlákno Připomeňme si nejprve skutečně dřívější (tradiční) technologii sklizně a posklizňové úpravy stonku konopí, používanou v České republice (obdobně i v zahraničí), abychom poznali, v čem se nová technologie od této odlišuje. V minulosti se u nás pěstovaly odrůdy konopí setého dvoudomého přechodného typu konopí středoruského a jižního s délkou stonku 200 – 250 cm. Ke sklizni se přistupovalo v době, kdy u 75 – 100 % samčích rostlin bylo květenství v polovině až dvou třetinách v plném květu (prasklé prašníky). V tomto stupni zralosti, tzv. technologická zralost je dosahováno nejvyššího výnosu vlákna při jeho nejvyšší kvalitě. Horní listy začínají žloutnout, spodní jsou částečně zaschlé a opadávají, stonek v dolní části se žlutozeleně zbarvuje. Konopí bylo sečeno žacím strojem přibližně 10 cm nad zemí, stonky ponechány na strništi několik dnů proschnout, ručně svazovány na 2 místech do snopů (později byl používán konopný samovaz – sečení se současným vázáním do snopů). Snopy byly stavěny do panáků k dokonalému zaschnutí stonku a listů, aby suché listy při další manipulaci co nejvíce odpadly. Dále ruční nakládka a odvoz do zpracovatelského závodu (tírna). Následovalo nejprve máčení stonku – ukládání snopů do betonových prostorných bazénů napuštěných vodou. Máčení je anaerobní proces, kdy mikroorganismy za sníženého přístupu vzduchu rozkládají škrobový parenchym ve stonku a uvolňují vlákno od dřevní části. Po skončení máčení byl stonek vysušen. Následuje zpracování stonku na tírenských strojích – tj. mechanické oddělení vláken od ostatních částí stonku, obdobně jako při zpracování stonku lnu. Získalo se tak dlouhé vlákno. 2. Sklizeň konopí na semeno Ke sklizni přistupujeme v době, kdy semena ve střední části květenství dosáhla plné zralosti. Předčasná sklizeň vede ke snížení klíčivosti semene i obsahu oleje, k větší energetické náročnosti při dosoušení semene. Opožděná sklizeň způsobuje pak výdrol semene, větší ztráty při sklizni, zejména nejkvalitnějšího semene ze spodní části květenství, větší napadení a poškození porostu ptactvem. Proti poškození ptactvem můžeme do určité míry předcházet setím na pozemky vzdálenější od hospodářského centra podniku a osévat větší plochy, čímž se poškození porostu relativně sníží. Uplatňuje se přímá sklizeň, pro sklizeň se používá sklízecí mlátička, vhodnější je mlátička s jednobubnovým mlátícím systémem. Seče se se zvednutou žací lištou (vyšší strniště) těsně pod nasazeným květenstvím. U přezrálého porostu můžeme sklizňové ztráty snížit sklizní v dopoledních hodinách nebo při částečně vyšší jeho vlhkosti. Vodítkem pro zahájení sklizně semene je i vlhkost semene s ohledem na možnosti jeho následujícího dosušení v podniku. Protože v době sklizně semene je stonek již značně zaschlý a tvrdý, pro kvalitní sečení je nutné použít sklízecí mlátičku s lištou v dobrém technickém stavu (žabky, vložky prstů). Přímá sklizeň porostu v téměř plné zralosti předpokládá, že porost je minimálně zaplevelen, zejména rovnoměrně zralý, nepolehlý. V opačném případě by bylo vhodné provést předsklizňovou úpravu porostu (desikaci), použít desikant nebo regulátor dozrávání (sladit dozrávání). Vzhledem k výšce porostu je pozemní způsob prakticky neproveditelný. Takto ošetřený porost umožňuje větší průchodnost a výkon sklízecí mlátičky, semeno má nižší vlhkost. Sklizené semeno ihned vyčistíme a podle potřeby dosušíme na vlhkost 8 – 9 %, musíme zabránit zapaření nebo naplesnivění semen (viz vysoký obsah bílkovin). Dosahovaný výnos semene:
0,8 – 1,0 t.ha-1.
Využití produktů rostliny konopí Využití sklízených produktů je mnohostranné. Semeno, lze využít: - v potravinářství – rostlinný olej, v kosmetice, - v chemickém průmyslu – mýdla, barvy, laky, mazadla, - k výrobě konopného oleje i bio oleje, - krmivo především pro ptáky, ryby, - v lékařství a veterinární medicíně. Vlákno jeho předností je navlhavost, trvanlivost, prodyšnost, tepelně izolační vlastnosti. Lze jej využít: - v klasické výrobě textilních materiálů (džínsovina, dekorační a potahové látky),
66
- zejména při výrobě speciálních textilií a výrobků určených pro průmyslové využití (lana, motouzy, plachtovina, pytle), - jako součást stavebních materiálů s dobrými tepelnými a izolačními vlastnostmi (izolační rohože, dřevovláknité desky), - v papírenském průmyslu při výrobě cigaretového papíru a papíru pro technické využití. Pazdeří, lze využít: - pro výrobu desek, - briketovat (granulovat) jej a použít jako ekologické palivo, jako podestýlku pro zvířata. Celou rostlinu lze využít k pěstování na biomasu a využití k energetickým účelům pro spalování.
7 Ekonomika pěstování Náklady na výrobu a zpracování se musí kalkulovat na jednotlivé konkrétní případy, neboť cena suroviny bude záviset na mnoha okolnostech, jako jsou způsob zakládání a sklizně jednotlivých plodin, délka pěstebního období, vzdálenosti přepravy, způsobu naskladnění a skladování. Náklady a zisky budou záviset také na dosahované velikosti výnosů komodit. Z dosavadních výsledků pěstování je patrné, že v současné době bez úvahy o dodatečné podpoře v podstatě žádná z uvedených plodin, pěstovaných pouze pro energetické účely, nemůže cenově konkurovat běžným palivům, zejména uhlí. Produkce fytomasy všech sledovaných plodin je statisticky průkazně závislá na průběhu klimatických podmínek v jednotlivých letech a daných stanovištích. Modelové náklady na pěstování vybraných plodin (Kč)
Plodina Saflor Konopí Chrastice (5) Chrastice (10) Ozdobnice (10) Ozdobnice (20) Topinambur Šťovík (10) Průměr
Přímé náklady (ha/rok) 7 740 12 357 4 674 4 147 19 430 13 590 65 000 6 601
Celkové náklady (ha/rok) 10 890 15 452 7 824 7 197 23 180 17 210 68 500 9 751
Výnosy sušiny fytomasy podzim (t/ha) 6,0 10,0 8,0 8,0 15,0 15,0 30,0 10,0 11,8
Celkové náklady (Kč/t/rok) 1815 1 545 978 900 1 545 1 147 2 285 975 1 095
Výnos sušiny fytomasy jaro (t/ha) 7,0 5,8 5,8 11,7 11,7 25,0
Kalkulace nákladů na založení produkčního porostu RRD o rozloze 1 ha Položky Řízky nákup 10 000 ks Doprava řízků Výsadba řízků Příprava pozemku Projekt Hnůj včetně rozmetání Ošetřování proti buření Správní režie Celkem
Náklady na 1 ha v Kč 30 000 2 600 10 500 7 500 3 000 7 800 38 400 8 000 107 800
67
8,16
Celkové náklady (Kč/t/rok) 2 207 1 349 1 240 1 981 1 471 2 242 1 567
Podpora pěstování energetických plodin: Program rozvoje venkova České republiky na období 2007-2013 (EAFRD), www.mze.cz Podpora pěstování energetických plodin pro rok 2008,www.mze.cz Vymezení dalších energetických plodin, jež může žadatel použít na vlastním hospodářství:
Laskavec Konopí seté Světlice barvířská - saflor Slézy Komonice bílá Hořčice sareptská Čirok Ředkev olejná Mužák prorostlý Jestřabina východní Čičorka pestrá Šťovík krmný Sléz vytrvalý Sveřep bezbranný Sveřep horský (samužníkovitý) Psineček veliký Lesknice (chrastice) rákosovitá Kostřava rákosovitá Ovsík vyvýšený Srha laločnatá Proso vytrvalé Ozdobnice Cukrová řepa Brambor Řepice olejná Ostatní trávy Ostatní jeteloviny
Amaranthus Cannabis sativa Carthamus tinctorius Malva Melilotus alba Brassica juncea Sorghum Raphanus sativus Silpihium perfoliatum Galega orientalis Coronilla varia Rumex tianshanicusxRumex patientia Kitaibelia vitifolia Bromus inermis Bromus cartharticus Agrostis gigantea Phalaris arundinacea Festuca arundinacea Arrehenatherum elatius Dactilis glomerata Panicum virgatum Miscanthus Beta vulgarit Solanum tuberosum Brassica rapa Poaceae Fabaceae
Využití: a) palivo pro vytápění vlastního hospodářství b) výroba bioplynu, energie
8 Pěstování energetických plodin a dřevin na VOŠ a SOŠ v Bystřici nad Pernštejnem S ověřováním pěstování energetických plodin jsme na naší škole začali v roce 1999 ve spolupráci s CZ Biom – s Českým sdružením pro biomasu. Charakteristika stanoviště Pokusný pozemek se nachází na školní zahradě VOŠ a SOŠ v Bystřici nad Pernštejnem v nadmořské výšce 554 m n. m. Území je součástí vrchoviny Žďárské vrchy, výrobní oblast bramborářská, subtyp bramborářsko-žitná. Expozice pozemku je mírný svah jihovýchodní. Půda pozemku je antropogenní, poněvadž vznikla navážkou v souvislosti s výstavbou objektu školy.
68
Výsledky AZP: půdní druh – střední pH/KCl – 7,0 zásobenost živinami: P – 45 mg K – 240 mg Mg – 222 mg Ca – 3060 mg
8.1 Klimatické podmínky Vystihují drsnější podmínky Českomoravské vysočiny. Podnebí je charakterizováno průměrnou roční teplotou 6,5°C, za vegeta ční období IV – IX 12,8°C. Celsia, průměrné roční srážky za rok činí 651 mm a v období vegetace 396 mm. Značná část srážek připadá na chladné období. Vývoj teplot v našich podmínkách je v mezích normálu: maximum teplot je v červenci a minimum v lednu.
8.2 Hodnocení pokusu založeného v roce 1999 V roce 1999 byl pokus založen opožděně 25.5. 1999. Celkem bylo zaseto 14 parcel 1,5 x 2,0 m. Byly vysety následující plodiny: Chrastice (Lesknice) rákosovitá, Šťovík krmný Uteuša, Quizotia, Sveřep samužníkovitý, Sveřep bezbranný, Sléz krmný Meljuka, Sléz krmný kadeřavý, Sléz krmný Dolina, Artyčok kardový, Čičorka pestrá Eroza, Mužák prorostlý, Metlice trsnatá, Boryt barvířský, Šťovík krmný tjanšanský, Sléz vytrvalý. Posledních pět jmenovaných druhů nevzešlo. Nejvyšší výnos biomasy dosáhly v našich podmínkách jak v čerstvém, tak suchém stavu tři energetické plodiny: 1) Artyčok kardový + 69,4 % 2) Quizotia + 49,8 % 3) Sléz krmný Dolina + 10,3 % nad průměr všech hodnocených energetických plodin v pokusu, který činil 8,46 t/ha v suchém stavu.
Výnosové výsledky pokusu s pěstováním energetických plodin (1999) Název plodiny
Výnos biomasy -čerstvý stav t/ha
Výnos biomasy -suchý stav t/ha
Obsah sušiny %
Procento na suchý stav průměru pokusu
Quizotia
58,33
12,67
21,71
149,8
Sveřep samužníkovitý
25,00
7,67
30,67
90,7
69
Sveřep bezbranný
15,33
5,33
34,77
63,0
Sléz krmný Meljuka
30,00
8,00
26,67
94,6
Sléz krmný - Dolina
46,67
9,33
20,00
110,3
Artyčok kardový
103,67
14,33
13,82
169,4
Čičorka pestrá Eroza
19,67
4,33
22,03
51,2
Rychlerostoucí dřeviny V roce 2000 byla nově založena malá výzkumná plocha rychlerostoucích dřevin, topolu a vrby. Celkem je zkoušeno 18 klonů těchto druhů dřevin. 7.4. 2000 byly vysázeny 3 řady klonu JAP-105 a pro srovnání řízky topolu pod označením By-1, který pochází z volně rostoucího topolu v Bystřici. Ke dni 23.6., tj asi za 10 týdnů po výsadbě byl u klonu JAP 105 dosažen průměrný přírůstek 42 cm, % uhynulých řízků 15. U řízků topolu By 1 byl dosažen přírůstek 18 cm a % uhynulých řízků činí 18. U všech zkoušených klonů bylo zjišťováno % úhynu po založení pokusu, dále při prvním měření 6.12 2000 a při druhém měření 25.10. 2001.
Výsledky pokusu s pěstováním RRD na VOŠ a SOŠ Bystřice nad Pernštejnem (2000,2001) Název klonu
% úhynu
Výška (cm)
Tloušťka (cm)
SVIM 337
11,1/14,8/0
125/225
8,44/11,9
SMITH 218
15,6/21,9/0
117/238
8,56/14,9
SVIM 519
27,6/31,0/34,48
120/222
7,25/11,8
P 494
5,3/0/0
91/92,5
9,89/12,7
P 046
5,3/10,2/0
155/287
12,20/20,1
JAP 105
12,7/15,87/0
203/379
16,3/28
BY 1
18,8/0/0
126/307
12,5/31,4
9 Přehled použité literatury 1. Kolektiv autorů(2006): Energetické plodiny, Praha 2006. ISBN 80-86726-13-4 2. Prof. Ing. Vladimír Simanov, CSc., RNDr. Ing. Vladimír Čížek, Pěstování dřevin a energetické využití dřeva, MZLU Brno 2004 3. Elemír Slaninka, Pěstování a využití energetických plodin v podmínkách Bystřicka, Bystřice nad Pernštejnem 2001 4. Internetový odkaz: www.vuzt.cz 5. Internetový odkaz: www.biom.cz
70
71
Modul OE 04 - Financování AZE a dotační politika ČR a EU Ing. Zbyněk Bouda Energetická agentura Vysočiny z.s.p.o. Jiráskova 65, 586 01 Jihlava
[email protected] www.eav.cz
Obsah: 1
Energetická politika ČR a EU - záměry 73 1.1 Státní energetická politika, Státní energetická koncepce .................................................... 73 1.1.1 Státní energetická politika ................................................................................................ 73 1.1.2 Státní energetická koncepce ČR ..................................................................................... 74 1.1.3 Komplexní energetický scénář......................................................................................... 76 1.1.4 Současný stav cen energií v České republice ................................................................. 78 1.1.5 Vývoj a dostupnost nových energetických technologií .................................................... 79 2 Zákon o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů (Zák. č. 180, ze dne 31. března 2005) 86 2.1 Indikativní cíl a úloha zákona ............................................................................................... 87 2.2 Jistota návratnosti, systém výkupních cen a zelený bonus ................................................. 88 2.3 Voda, vítr, důlní plyn a spoluspalování ................................................................................ 88 3 Využitelné dotační tituly 89 3.1 Národní program .................................................................................................................. 89 3.2 Operační program Životní prostředí (OPŽP) ........................................................................ 89 3.2.1 Podporované oblasti ........................................................................................................ 89 3.2.2 Výše podpory ................................................................................................................... 89 3.2.3 Kdo může žádat o dotaci ................................................................................................. 90 3.2.4 Kdy se může žádat o dotaci ............................................................................................. 90 3.2.5 Specifická kritéria přijatelnosti projektů:........................................................................... 91 3.2.6 Příjemce podpory ............................................................................................................. 92 3.3 Operační program Podnikání a inovace (OPPI) .................................................................. 92 3.3.1 Efektivní energie .............................................................................................................. 92 3.3.2 Základní ustanovení ........................................................................................................ 92 3.3.3 Základní pojmy programu ................................................................................................ 93 3.3.4 Podporované aktivity ....................................................................................................... 93 3.3.5 Příjemce podpory ............................................................................................................. 94 3.3.6 Podmínky programu......................................................................................................... 94 3.3.7 Způsobilé výdaje .............................................................................................................. 94 3.3.8 Odvětvové vymezení ....................................................................................................... 95 3.3.9 Forma a výše podpory ..................................................................................................... 95 3.4 Program Inteligentní energie Evropa ................................................................................... 96
72
Energetická politika ČR a EU - záměry Státní energetická politika, Státní energetická koncepce Státní energetická politika Státní energetická politika je základní dokument vyjadřující cíle v energetickém hospodářství v souladu s potřebami hospodářského a společenského rozvoje včetně ochrany životního prostředí. Státní energetickou politiku zpracovává Ministerstvo průmyslu a obchodu (MPO) jako otevřený dokument s výhledem na 30 let a předkládá ji ke schválení vládě. Tento dokument byl vládou schválen dne 12. ledna 2000. Naplňování státní energetické politiky je Ministerstvem průmyslu a obchodu vyhodnocováno v minimálně dvouletých intervalech, o výsledcích vyhodnocení informuje vládu a navrhuje případné změny. Za hlavní strategické cíle státní energetické politiky je nutno považovat stanovení základní koncepce dlouhodobého rozvoje energetického sektoru a stanovení nezbytného legislativního a ekonomického prostředí, které by motivovalo výrobce, distributory a spotřebitele energie k ekologicky šetrnému chování. Ve spotřebitelské oblasti patří k dlouhodobým strategickým cílům státní energetické politiky snížení energetické a surovinové náročnosti celého národního hospodářství na úroveň vyspělých průmyslových států. Tohoto cíle by mělo být dosaženo zejména podporou nových výrobních technologií s minimální energetickou a surovinovou náročností a s maximálním zhodnocením použité energie a surovin národní prací. V terciární sféře by mělo být dosaženo snížení energetické náročnosti především podporou programů, vedoucích k úsporám energie a vyššímu využívání alternativních energetických a surovinových zdrojů při zásobování obyvatelstva energií. Energetika tvoří páteř naší ekonomiky, její efektivní fungování je proto nezbytným předpokladem dalšího rozvoje a růstu životní úrovně obyvatel. Energetická politika je úzce provázána se surovinovou politikou i se Státní politiku životního prostředí a vychází tedy z dlouhodobých záměrů vlády na zajištění udržitelného rozvoje. Energetická politika ČR je založena na stejných základech jako energetická politika EU, to znamená, že se soustředí na: •
ochranu životního prostředí a respektování zásad udržitelného rozvoje;
•
bezpečnost dodávek energie;
•
podporu konkurenční schopnosti ekonomiky.
Za základní problémy v energetice lze dle tohoto dokumentu považovat: •
dokončení procesu nápravy cen a tarifní struktury energetických komodit a služeb, včetně úpravy odpisových sazeb a valorizace odpisových základů pro energetická zařízení pro účely tvorby cen;
•
efektivní privatizace státních podílů v klíčových energetických společnostech při zachování přiměřené míry vlivu státu na zacházení s energetickými zdroji a příslušnou energetickou infrastrukturou s kombinováním vlastnických práv a legislativních nástrojů;
•
stanovení jasného regulačního rámce pro jednotlivá energetická odvětví, včetně definování a legislativního zakotvení závazků, které mohou být uloženy podnikatelským subjektům činným v energetice ve veřejném a všeobecně ekonomickém zájmu (např. spolehlivost a bezpečnost dodávek, nediskriminační podmínky dodávek, standardy kvality výrobků a služeb, využívání obnovitelných zdrojů, ochrana životního prostředí apod.);
•
umožnění vzniku konkurence v oblasti výroby a dodávek energie, s postupným otevíráním možnosti volby dodavatele pro jednotlivé skupiny odběratelů ve vazbě na vývoj v EU a v kandidátských zemích, při současném respektování stavu a vývoje obchodní bilance státu;
•
vytvoření funkčního, nediskriminačního, průhledného a motivujícího systému podpory úspor energie, využívání obnovitelných zdrojů energie a kombinované výroby elektřiny a tepla;
73
•
podpora únosné těžby domácích energetických nerostných surovin s přihlédnutím na sociální aspekty a udržení zaměstnanosti v těžebních regionech, na schopnost zahlazovat následky těžby a s ohledem na pravidla Evropské unie o státní pomoci, rozvoje energetické koncepce ČR, zejména ve vazbě na dostupnost ostatních primárních energetických zdrojů v ČR.
Právní úprava energetiky EU směřuje k podpoře tří hlavních principů a to k : •
podpoře konkurenceschopnosti;
•
bezpečné zajištění energetických dodávek;
•
ochraně životního prostředí.
Základním nástrojem pro dosažení výše uvedených cílů EU je dokončení tzv. vnitřního trhu, jako nejvyššího stupně liberalizace a integrace mezi členskými státy EU. Lisabonský proces stanovil v oblasti energetiky cíl nazvaný Evropský prostor energií, který obsahuje dílčí úkoly: •
Liberalizace trhů s energií (elektřina a plyn);
•
Vybudování transevropských energetických sítí;
•
Aplikace jednotné energetické daně;
•
Vytvoření sazebníku pro přeshraniční přenos elektrické energie;
•
Stanovení finančních pravidel na Trans European Energy Networks.
Státní energetická koncepce ČR Státní energetická koncepce (SEK) byla schválena dne 10. 3. 2004. Státní energetická koncepce patří k základním součástem hospodářské politiky České republiky. Je výrazem státní odpovědnosti za vytváření podmínek pro spolehlivé a dlouhodobě bezpečné dodávky energie za přijatelné ceny a za vytváření podmínek pro její efektivní využití, které nebudou ohrožovat životní prostředí a budou v souladu se zásadami udržitelného rozvoje. Takto je Státní energetická koncepce definována v usnesení vlády č. 211/2004. Státní energetická koncepce konkretizuje vize dané státní energetickou politikou, stanovuje cíle, kterých chce stát dosáhnout při vývoji energetiky ve výhledu příštích 30 let. Státní energetická koncepce stanovuje soubor cílů, které bude ČR sledovat v rámci udržitelného rozvoje. K jejich naplnění byly navrženy odpovídající nástroje. Naplňování priorit a cílů bude kontrolovat a vyhodnocovat Ministerstvo průmyslu a obchodu, o výsledcích bude toto ministerstvo informovat vládu a v případě potřeby bude vládě předkládat návrhy na změny ve Státní energetické politice. Základní priority Státní energetické koncepce jsou maximální: •
nezávislost;
•
bezpečnost;
•
udržitelný rozvoj.
Cíle Státní energetické koncepce směřují k naplnění vize a rozpracovávají základní principy. Hlavní cíle jsou čtyři a obsahují několik dílčích cílů, tyto cíle jsou řazeny dle své důležitosti: 1. Na prvním místě je maximalizace energetické efektivnosti. Tímto cílem jsou naplňovány požadavky nezávislosti, bezpečnosti i udržitelného rozvoje. Souhrnným vyjádřením energetické efektivnosti je ukazatel zhodnocení spotřeby primárních energetických zdrojů, resp. spotřeby elektrické energie v závislosti na vytvořeném hrubém domácím produktu. 2. Druhým cílem dle významu je zajištění efektivní výše a struktury spotřeby prvotních energetických zdrojů. Tímto cílem jsou opět naplňovány všechny hlavní priority, včetně dostatečně diverzifikované a dlouhodobě bezpečné spotřeby primárních energetických zdrojů a výroby elektřiny. 3. Cílem číslo tři je maximální šetrnost k životnímu prostředí. Tímto cílem jsou naplňovány priority bezpečnosti a udržitelného rozvoje. Tento cíl bude dosahován
74
pomocí efektivní a k životnímu prostředí šetrné spotřebě primárních energetických zdrojů a šetrnou výrobou elektrické a tepelné energie. 4. Čtvrtým cílem je dokončení transformace a liberalizace energetického hospodářství. Tímto cílem jsou rovněž naplňovány priority bezpečnosti a udržitelného rozvoje. Ve Státní energetické koncepci ČR jsou vymezeny jednotlivé nástroje pro dosažení stanovených cílů. Nástroje v rámci cíle 1 SEK: Prvním z cílů je maximalizace energetické efektivnosti. Energetická efektivnost je podmínkou pro rozvoj naší ekonomiky a je podmínkou udržitelného rozvoje. Je konstatováno, že dosažení energetické efektivnosti je nejlevnější, nejbezpečnější a nejrychlejší cestou k dosažení všech priorit a cílů stanovených SEK. Pokud se totiž podaří snížit energetickou náročnost tvorby HDP, dojde ke snížení poptávky po energii a ke snížení emisí, vzroste konkurenceschopnosti ekonomiky a sníží se závislost na zahraničním dovozu energií. Mezi hlavní priority v rámci prvního cíle patří: •
pokles energetické náročnosti tvorby HDP v intervalu 3 až 3,5 % ročně;
•
nezvyšování absolutní výše spotřeby primárních zdrojů energie;
•
pokles elektroenergetické náročnosti tvorby HDP.
Nástroje v rámci cíle 2 SEK: ČR již v současné době významně diverzifikovala druhovou spotřebu primárních energetických zdrojů, závislost na dovozu je nyní asi 32 %. Ve struktuře dovozu je samozřejmě nevyváženost, 100 % závislost je na dovozu ropy a zemního plynu. Ke snížení energetické závislosti ČR může přispět růst energetické efektivnosti, podpora obnovitelných zdrojů energie, růst disponibility a prodloužení životnosti domácího potenciálu zásob tuhých paliv, především hnědého uhlí. V rámci tohoto cíle jde i o zajištění funkčnosti energetického hospodářství za různých krizí. Zvládnutí mimořádných situací řeší zákon č. 458/2000 Sb., formou vyhlášení stavů nouze. Krizové řízení je dále upraveno zákony č. 240/2000 Sb., (krizový zákon) a č. 241/2000 Sb., o opatřeních pro krizové stavy. Mezi hlavní priority v rámci druhého cíle patří: V časovém horizontu do roku 2030 naplnit tuto strukturu spotřeby primárních energetických zdrojů: •
Tuhá paliva: 30-32 %;
•
Plynná paliva: 20-22 %;
•
Kapalná paliva: 11-12 %;
•
Jaderné palivo: 20-22 %;
•
Obnovitelné zdroje: 15-16 %.
Nepřekročit mezní limity dovozní energetické závislosti: •
v roce 2010 maximálně: 45%;
•
v roce 2020 maximálně: 50 %;
•
v roce 2030 maximálně: 60%.
Nástroje v rámci cíle 3 SEK: Mezi hlavní priority v rámci třetího cíle patří: •
splnění závazných emisních stropů EU v roce 2010;
•
splnění mezinárodních závazků vyplývajících z Kjótského protokolu;
•
vytvoření podmínek pro vyšší uplatnění obnovitelných zdrojů energie a dosažení jejich podílu na celkové spotřebě energie 15-16 % v roce 2030;
•
příprava na využití obchodu s emisemi skleníkových plynů.
75
Nástroje v rámci cíle 4 SEK: Konečně čtvrtým cílem je dokončení transformace a liberalizace energetického hospodářství. Tento cíl, byl hlavní prioritou obou dosavadních Státních energetických koncepcí. Cílem bylo, aby ČR byla připravena na konkurenční prostředí v EU. Tento proces musí být uspořádán tak, aby byl přijatelný z hlediska sociálních dopadů na zaměstnance v energetickém sektoru i na obyvatele. Hlavní prioritou v rámci čtvrtého cíle je: přizpůsobení transformačních opatření v energetickém hospodářství modelu v EU.
Komplexní energetický scénář Soubor komplexních energetických scénářů byl podkladovým materiálem pro přípravu Státní energetické koncepce. Scénáře obsahovaly stěžejní energetické, ekologické, a ekonomické a sociální parametry možných směrů vývoje energetického hospodářství do roku 2030, v závislosti na variantách tempa růstu HDP a opatřeních státu k ovlivnění vývoje energetického hospodářství. Pro vypracování scénářů byl požit model EFFOM/ENV (Energy Flow Optimization ModelENVironment). Jde o lineární dynamizovaný optimalizační model, zaměřený na ekonomiku, energetiku a životní prostředí. Byl již použit v celé řadě zemí. Cílem modelu je nalezení rovnováhy mezi nabídkou a poptávkou při vynaložení minimálních nákladů po celé zkoumané období. V souvislosti s odhadem budoucího vývoje bylo vypracováno 41 scénářů a citlivostních analýz. Scénáře byly specifikovány z národohospodářského i čistě energetického hlediska. Z hlediska národohospodářského byly zpracovány tři projekce vývoje velikosti a struktury HDP a demografického vývoje : nízký, referenční a vysoký scénář. Z hlediska energetiky byly uvažovány některé klíčové momenty: •
prodloužení či neprodloužení životnosti Jaderné elektrárny Dukovany;
•
obnova a rozšíření stávajících jaderných elektráren;
•
možnost výstavby nových jaderných elektráren;
•
racionální přehodnocení územních ekologických limitů těžby hnědého uhlí;
•
ceny a dostupnost paliv na světovém trhu;
•
zpřísnění národních limitů na emise skleníkových plynů.
Bylo vytvořeno několik základních variant scénářů, kromě tohoto byly pro referenční scénář pro variantu „setrvačnost“ počítány citlivostní analýzy na: •
investiční náklady jaderných elektráren;
•
cenu dováženého černého uhlí;
•
cenu dováženého zemního plynu.
Součástí závěrečného hodnocení navržených scénářů byla i vícekriteriální analýza. Zpracované scénáře byly hodnoceny dle kritérií: •
energetické náročnosti tvorby HDP;
•
emisí CO2;
•
dovozní energetické náročnosti;
•
dopadů na zaměstnanost podle výše diskontovaných investičních nákladů.
Byla použita vážená i nevážená kritéria a další způsoby hodnocení.
76
Konečnou volbu preferovaného scénáře mělo Ministerstvo průmyslu a obchodu, resp. Vláda ČR, protože výběr vhodné varianty je věcí politicko- strategického výběru. MPO doporučilo a vláda schválila „ Zelený scénář“. Výběr této varianty byl poveden na základě těchto skutečností: •
administrativně neblokuje žádný zdroj primární energie;
•
poskytuje subjektům nejširší nabídku zdrojů;
•
má nejnižší dovozní náročnost a nejmenší dopady na snižování zaměstnanosti;
•
díky využití uhlí pro nové hnědouhelné elektrárny umožňuje nejvíce nahlédnout za rok 2030;
•
je to nejvíce odolný scénář vůči kolísání cen paliv na světových trzích;
•
nejvíce odpovídá historickým tradicím ČR;
•
byl nejčastěji doporučovanou variantou i v rámci veřejné diskuse.
V červnu roku 2003 byl tento scénář vývoje dán k veřejné diskusi. Vývoj nových poznatků a hlavně podněty vzešlé z veřejné diskuse donutily provést nový propočet. Tento scénář byl označen jako „Zelený scénář - U“ I tento scénář vychází ze základních předpokladů, jako jsou: růst disponibility domácích energetických zdrojů (hnědé uhlí), růst energetické efektivnosti, vyšší podpora OZE, možnosti výstavby nových jaderných zdrojů energie. Nový scénář přiblížil „Zelený scénář“ více realitě roku 2004. Reagoval hlavně na vyšší podporu obnovitelným zdrojů energie, sjednocení DPH u tepla z CZT výší, kterou jsou zatíženy i ostatní komodity od roku 2007, uvažuje nové využití biomasy ve výrobnách elektřiny s výkonem vyšším jak 50 MW a počítá jen se dvěmi jadernými bloky na místo uvažovaných tří. Tyto provedené změny ovlivnily výstupy z původního „Zeleného scénáře“. V novém scénáři došlo k částečnému posílení role úspor a vyššímu využití OZE. Jednalo se vesměs o pozitivní změny, jež příznivě ovlivňují vize a cíle Státní energetické koncepce. A jaké jsou výstupy plynoucího z toho schváleného scénáře budoucího vývoje? V následujících letech by měl být zajištěn ekonomický a sociální rozvoj ČR při velmi malém růstu potřeby zdrojů energie. K tomuto růstu by mělo dojít v důsledku růstu zhodnocení energie při plnění kritérií udržitelného rozvoje. Mělo by dojít k poklesu energetické náročnosti z 1,212 na 0,454 MJ/Kč. Tímto vývojem bychom se měli přiblížit parametrům v zemích EU. Snížení zátěže životního prostředí by se mělo projevit v dodržení všech ekologických limitů. Mělo by dojít k poklesu spotřeby hnědého uhlí o 40 %, ale uhlí by se mělo dále využívat v nových čistých uhelných technologiích. V roce 2030 by mělo dojít k růstu dovozu černého uhlí na 55 %, spotřeba koksu by měla být celá kryta dovozem, na polovinu by měla poklesnout spotřeba ropy. Spotřeba zemního plynu by v roce 2030 měla vzrůst o jednu pětinu, jaderného paliva by se mělo spotřebovat 2,5krát více než v roce 2000, Spotřeba OZE by měla vzrůst asi 6,4krát oproti roku 2000. Spotřeba elektřiny by měla růst, ale průměrné tempo růstu by mělo poklesnout. Do roku 2010 by měl mít trh s elektřinou exportní charakter, poté by mělo dojít k rekonstrukci uhelných elektráren, z tohoto důvodu by měl mít trh s elektřinou dovozní charakter. V letech 2020 až 2025 by mělo dojít k výstavbě nového jaderného bloku o výkonu 600 MW. V letech 2025 až 2030 by se měl postavit další blok o stejném výkonu. Po roce 2025 by se jaderná energie měla stát technologií, která se na výrobě elektřiny podílí nejvíce. S růstem podílu výroby z OZE by ČR neměla mít problém se splněním cíle výroby elektřiny a tepla z OZE. V roce 2030 by mělo dojít k obnově všech elektráren na hnědé uhlí, černé uhlí a zemní plyn, instalováno by mělo být 1200 MW výkonu v jaderných elektrárnách. Dovoz elektřiny by však měl stále převažovat. ČR by v roce 2030 měla být plně závislá na dovozu zemního plynu, ropy a jaderného paliva. Vysoká závislost by měla být na černém uhlí, a to asi 55 %. Dovozní energetická náročnost v roce 2030 by měla vzrůst asi dvakrát. Ve zprávě k SEK se v kapitole "IV.1 Energetika" oceňují dosažené výsledky ve snižování energetické náročnosti. Zatímco meziroční tempa energetické náročnosti byla zvláště v období let 2000 až 2003 velmi nízká, nestálá a rozkolísaná, od roku 2004 se situace podstatně zlepšila a energetická náročnost klesá razantním tempem. Za rok 2004 klesla o 2,6 %, za rok 2005 o 2,8 % a za rok 2006 dokonce o 6,5 %. Kromě současného období hospodářského růstu má na tuto skutečnost nemalý vliv rovněž realizace nástrojů Státní energetické koncepce. V důsledku těchto opatření se tuzemská spotřeba energie na jednotku HDP trvale snižuje. V současnosti již není 2—3x vyšší, ale jen cca o
77
50% vyšší ve srovnání s vyspělými státy Evropské unie. Trend jejího dalšího snižování povede k vyrovnání v dohledné budoucnosti. Je skutečností, že například celková spotřeba energie na hlavu je v České republice nižší než u řady států Evropské unie a nedosahuje průměru států OECD. Zvyšování energetické efektivnosti je bezesporu nejvýznamnější cesta ke snižování poptávky po energii, snižování emisí škodlivin do životního prostředí, snižování růstu dovozní energetické závislosti a zvyšování konkurenceschopnosti energetického odvětví i celého hospodářství České republiky.
Současný stav cen energií v České republice Tak jako byl pro celý svět i země Evropské unie předělem rok 1974 - rok první ropné krize (a v důsledcích světové energetické krize), byl pro Českou republiku předělem rok 1989 - rok politických změn, které odstartovaly transformaci hospodářství z ústředně státem řízené ekonomiky na ekonomiku tržní. Další předěly souvisí s liberalizací dle směrnic EU, tj. únor 1999 pro elektřinu a srpen 2000 pro zemní plyn. V transformaci českého hospodářství je nutné rozlišit 3 pohyby cen energie, které lze ještě očekávat: •
omezení (případně zrušení) regulace cen a jejich ustálení na tržní hodnotě podle pravidel v duchu liberalizačních směrnic EU;
•
internalizace externích nákladů souvisejících se spotřebou energie, tj. zejména zavedení environmentálních daní souvisejících s globálními vlivy na životní prostředí - tento proces již v zemích OECD započal;
•
možné flexibilní mechanismy, např. obchodování s emisemi či certifikovanou „zelenou“ elektřinou.
V současnosti již prakticky žádná energie není dotována - cena se nepohybuje pod jejími výrobními náklady. Promítnutí směrnic EU do energetické politiky státu bylo v České republice kontinuálně zajištěno novým energetickým zákonem č. 458/2000 Sb., který odpovídá oběma liberalizačním směrnicím EU. Zavádění environmentálních daní spočívá v současné době na dobrovolnosti jednotlivých států a bude zřejmě koordinováno směrnicemi v rámci EU.
Shrnutí současného stavu: Nesíťové energie (kapalná paliva, uhlí) Nesíťové energie (kapalná paliva a uhlí) dnes již v podstatě deformovány nejsou. Ceny kapalných paliv v ČR jsou tržní, liší se od cenové úrovně EU prakticky jen v důsledku daní. Cena uhlí v ČR je tržní a je oproti EU nižší, zejména cena uhlí hnědého. Důvodem je, že převážná část spotřeby uhlí je z domácích zdrojů, kde převažuje levnější hnědé uhlí. Cena uhlí bude proto pravděpodobně do vyčerpání domácích zdrojů i nadále levnější oproti EU. Síťové energie (zemní plyn, elektřina, centralizované teplo) Ceny síťových energií (zemního plynu, elektřiny a centralizovaného tepla) pro velkoodběratele a komerční maloodběratele se více či méně blíží cenám EU. Ceny zemního plynu a elektřiny pro obyvatelstvo již nejsou dotovány a cenové deformace od tržní ceny jsou způsobovány pouze direktivním stanovením cenových tarifů Energetickým regulačním úřadem. Cena tepla odpovídá již ceně tržní, neboť se musí přizpůsobovat místním podmínkám (ceně substituční energie) a přetrvávající cenová regulace je proto zbytečná. U zemního plynu nejsou důvody pro zachování rozdílu cen v ČR oproti cenám v EU pro obě kategorie odběratelů. U elektřiny je předpoklad zachování rozdílu cen oproti EU jak pro průmysl, tak pro obyvatelstvo z důvodu využívání domácího levnějšího uhlí pro její výrobu. Rozdíl však bude redukován vlivem společného liberalizovaného trhu.
78
Vývoj a dostupnost nových energetických technologií
Hlavní faktory ovlivňující další vývoj energetiky Optimální struktura a funkce systému dodávky energie je v každém státě nebo regionu důležitým předpokladem ekonomického a sociálního rozvoje. Stále větší počet odborných studií se však v poslední době zabývá problémem nadměrného využívání a vyčerpávání fosilních zdrojů primární energie a primární energie vůbec. Tyto studie dospívají k závěru, že současný stav vývoje celosvětové energetiky neodpovídá požadavkům na udržitelný rozvoj z ekonomického, sociálního, environmentálního i bezpečnostního hlediska. Pokud by se v nejbližší době nezměnil charakter vývoje energetiky, další vývoj by stál před těžko řešitelnými problémy vyplývajícími z brzkého vyčerpání primárních fosilních zdrojů energie, stále zhoršujícího se životního prostředí a následně vznikajících sociálních problémů. Žádoucí změny příštího vývoje globální i regionální energetiky jsou však značně komplexní a mohou mít v různých regionech odlišný charakter. Hlavní faktory, které budou v příštích letech působit na vývoj energetiky, a které bude nutno respektovat, jsou: Vydatnost zdrojů primární energie. Je málo pravděpodobné, že vyčerpání zásob neobnovitelné primární energie ovlivní ještě v první polovině tohoto století podstatným způsobem vývoj lidské společnosti. Je však možné očekávat, že nesoulad mezi vzrůstající spotřebou energie, ubývajícími zásobami a stoupajícími cenami fosilních paliv urychlí využití nových zdrojů energie a technologií. Uhlí nebude zřejmě vyčerpáno ještě v tomto století, avšak jeho zásoby jsou ve světě umístěny nerovnoměrně a jsou často vzdáleny od těžiště spotřeby. Náklady na těžbu uhlí a dopravu budou stoupat a lze očekávat, že zesílí konkurenční boj na trhu. V České republice budou zásoby hlavního druhu energetického uhlí – hnědého uhlí – patrně vyčerpány kolem roku 2030 pokud budou dodrženy územní limity těžby, popř. kolem roku 2050 při jejich nedodržení. Po této době bude nutno přeorientovat hnědouhelné technologie v České republice na černé uhlí (dovoz černého uhlí je ekonomicky výhodnější než hnědého uhlí), popř. na jiná paliva. Ropa - vydatnost jejích zásob je již dlouho předmětem diskusí, které vedly k názoru, že těžba ropy bude klesat. Podle některých studií se však zdá, že těžba ropy právě nyní vrcholí. Nedostatek ropy se však pravděpodobně neprojeví dříve než před rokem 2025. Při současném úsilí průmyslu o snížení spotřeby pohonných hmot v dopravě by se mohl nedostatek kapalných paliv objevit až kolem roku 2040. Zemní plyn. Nejistota v odhadu zásob je u zemního plynu největší. Dle současných odhadů by se mohl objevit nedostatek zemního plynu nejdříve kolem roku 2030, ale spíše po roce 2050. Zásoby zemního plynu jsou pravděpodobně menší než ropy (vztaženo na tepelný obsah), ale rozhodující pro jejich využití zřejmě bude vývoj infrastruktury dopravy plynu do těžišť spotřeby a jeho těžba s přijatelnými ekonomickými charakteristikami. Jaderná energetika – výstavba nových zdrojů je v současnosti v zemích OECD omezena. Lze předpokládat, že se jedná o přechodný stav. Vývoj a výzkum nových technologií je na vysoké úrovni. Důvodem útlumu jsou společensko-ekonomická hlediska. Lze očekávat, že nové jaderné technologie, které jsou v současné době vyvíjeny (reaktory IV. generace, které by měly jít do provozu kolem roku 2030, využití velkého palivového cyklu) umožní po této době zajistit konkurenceschopnost jaderných elektráren vůči elektrárnám na klasická paliva a vyšší jadernou bezpečnost. Alternativní energetické zdroje jsou schopny částečně pokrýt požadavky na stoupající spotřebu energie i přes nutná omezení způsobená relativně vysokými náklady, požadavky na využití půdy a přes vznikající konkurenci využití půdy pro pěstování potravinářských a technických plodin. Využití obnovitelných zdrojů energie má nezpochybnitelný význam pro dosažení udržitelného rozvoje společnosti. Díky využívání alternativních zdrojů energie se: •
snižují emise toxických a zdraví škodlivých látek;
•
omezuje tvorba CO2 a tím i skleníkový efekt;
•
snižuje se závislost na dovozu energetických surovin;
•
zmenšuje se riziko globální politické nestability v důsledku zmenšování zásob ropy a zemního plynu a koncentrace těchto zásob na několika málo místech na světě.
79
Světový vývoj energetických technologií je v poslední době zaměřen velkou měrou na malé decentralizované zdroje (mikrokogenerace, palivové články aj.), což je vyvoláno liberalizací a konkurenčními tlaky (úspora nákladů na systémové služby, zvýšení spolehlivosti dodávky). Vývoj technologie velkých klasických elektrárenských a teplárenských zařízení zřejmě již dosahuje svého technického vrcholu. Nejvyšší hodnoty účinnosti uhelných kondenzačních elektráren pravděpodobně nepřestoupí o mnoho účinnost 50 %, v případě elektráren s kombinovaným paroplynovým oběhem 60 %. Opětovný nástup nové generace jaderné technologie nelze očekávat dříve než za 20 či spíše za 30 let, kdy budou již vyvinuty jaderné technologie dalších generací se zvýšenou pasivní bezpečností a kdy vzrůstající ceny primární energie opodstatní také ekonomicky tuto technologii.
Pravděpodobný vývoj a uplatnění nových energetických technologií Budoucí vývoj, uplatnění a komerční dostupnost nových technologií pro energetické přeměny primární energie v ušlechtilejší formy lze v hrubých rysech odhadnout takto: 1. Na základě cen energií a primárních zdrojů paliva začíná být velice pravděpodobné, že v příštích 20 letech bude postaven v České republice nový velký centralizovaný energetický zdroj (včetně rozšíření jaderné elektrárny Temelín o původně projektované bloky č. 3 a 4). Bude však nutné řešit problémy s dožívající technologii velkých elektráren. 2. Výstavba nových energetických zdrojů bude zaměřena na decentralizované zdroje tepla, jako např. na kogenerační jednotky pro potřeby průmyslových závodů nebo veřejné potřeby.
3. Zatím nedostatečně oceněný přínos alternativních zdrojů primární energie bude v budoucnosti zřejmě přehodnocen. Též lze očekávat, že budoucí opatření vlády v oblasti energetiky povedou k podpoře přesunu těžiště spotřeby od současných primárních energetických zdrojů k alternativním zdrojům.
Technologie zajišťující dodávku tepla V plynofikovaných oblastech patrně převáží použití kotelen a lokálních topidel spalujících zemní plyn. Plynové kotle na zemní plyn lze konstruovat jako kondenzační (s využitím kondenzačního tepla spalin), jejichž energetická účinnost je přibližně o 10 % vyšší než u plynových kotlů bez kondenzace, což přispěje ke kompenzaci vyšší ceny zemního plynu. Je pravděpodobné, že využívání a výroba kondenzačních kotlů se v budoucnu v ČR rozšíří, což přispěje k nižší ceně těchto kotlů a umožní jejich větší rozšíření v ČR, i jako exportní komodity. V neplynofikovaných oblastech bude patrně postupně docházet k náhradě spalování uhlí spalováním biomasy (dřevo, dřevěné pelety, balíková sláma, atd.). Zatím je energetické využíváni biomasy omezováno ekonomickými důvody, pokud se nevyužívá vysloveně jako odpadní palivo. Je pravděpodobné, že s rozšířením poptávky po biomase bude její cena stoupat. Rozšíření energetického využíváni biomasy závisí na přístupu a legislativních opatřeních vlády. Dostupnost kotlů na biomasu je poměrně dobrá, neboť řada typů se již dnes vyrábí v ČR, včetně moderních konstrukcí se zplyňováním a dvoustupňovým spalováním paliva, které dosáhly komerční zralosti, jsou provozně ověřené a mají jednoduchou obsluhu. Tato zařízení dosáhla též konkurenceschopnosti na mezinárodních trzích. Z kotlů na biomasu se v budoucnu rozšíří pravděpodobně především kotle na pelety, které jsou určeny pro individuální vytápění. Tyto kotle mají v porovnání s ostatními typy kotlů spalujících tuhá paliva řadu výhod - jsou provozně komfortnější a lze je lépe automatizovat. Přikládání paliva do spalovacího prostoru se děje většinou šnekovým podavačem ze zásobníku paliva. Zásobník se doplňuje palivem v rozmezí několika dní dle velikosti zásobníku. To je významná provozní výhoda oproti kotlům, do kterých se přikládá několikrát denně. Šnekový podavač též poměrně snadno umožňuje řízení množství vyráběného tepla. Tak je možné automaticky řídit tepelný výkon kotle a docílit úspory paliva. Zajištění paliva (pelet) je většinou bezproblémové. V České republice pracuje již několik peletizačních linek. Distribuce může být realizována prostřednictvím velkoobchodních řetězců, ale v tomto případě konečná cena pelet bude dvakrát až třikrát větší než při nákupu pelet přímo od výrobce. V některých obcích jsou pelety nakupovány od výrobce hromadně pro celou obec a poté v obci distribuovány k jednotlivým spotřebitelům. Tak lze cenu pelet pro konečné spotřebitele významně snížit. Nevýhodou kotlů na pelety je poměrně vysoká pořizovací cena oproti uhelným a dřevo zplyňujícím kotlům odpovídajícího výkonu. Cena pelet je vyšší než u uhlí, kusového a odpadního dřeva. Z ostatních alternativních zdrojů energie se stane v průběhu příštích let patrně nejrozšířenějším využití energie slunečního záření pomocí slunečních kolektorů. Jejich výroba je již poměrně rozšířena i v ČR
80
a zkušenosti s využitím kolektorů vyráběných v ČR jsou velmi dobré, takže čeští výrobci se již uplatňují na mezinárodním trhu. Kolektory jsou přednostně používány k ohřevu TUV. Další technologií, která byla v minulých desetiletích v zahraničí ověřena, jsou tepelná čerpadla. Jejich využití bude komerčně dostupné především v oblastech neplynofikovaných a s poměrně drahou biomasou (např. v důsledku vzdálené dopravy). Tab. 1.1: Nové technologie pro výrobu tepla Technologická Existence vyspělost dodavatelů ČR
Konkurence v schopnost
- Komerční použitelnost
Sluneční kolektory
+++
+++
++
++
Dřevo zplyňující kotle
+++
+++
+++
+++
Kotle na pelety
+++
+++
+++
+++
Kondenzační kotle
+++
+++
+++
+++
Tepelná čerpadla
+++
+++
+++
+++
Zdroj: CityPlan spol.s.r.o. Legenda: + nízká ++ střední +++ vysoká Vývoj uvedených technoloií zajišťujících dodávku tepla je většinou prakticky dokončen a jejich komerční zralost je přijatelná. U slunečních kolektorů a tepelných čerpadel je rozšíření těchto zařízení zatím omezeno delší dobou návratnosti investičních nákladů.
Technologie zajišťující dodávku elektřiny Nová zařízení umožňující přeměnu větrné, vodní a sluneční energie přímo na elektřinu vyžadují většinou doplnění akumulátory, neboť výroba elektřiny v těchto zařízeních je závislá na přírodních podmínkách. Další nevýhodou využití těchto obnovitelných zdrojů je jejich malá prostorová hustota, zejména u větrných elektráren. Složitější systémová skladba těchto technologií proto většinou nepříznivě ovlivňuje investiční a výrobní náklady. Tab.1. 2: Zařízení pro výrobu elektrické energie Technologická Existence vyspělost dodavatelů
Konkurence schopnost
Fotovoltaické články
++
++
+
+++
Větrné elektrárny
+++
+++
++
+++
Malé vodní elektrárny
+++
+++
++
+++
- Komerční použitelnost
Zdroj: CityPlan spol.s.r.o. Legenda: + nízká ++ střední +++ vysoká Investiční náklady na vybudování zařízení pro zásobování elektrickou energií z obnovitelných zdrojů jsou poměrně vysoké. Cenovým rozhodnutím ERÚ jsou stanoveny minimální výkupní ceny elektrické energie z obnovitelných zdrojů energie.
81
Tab. 1.3: Minimální výkupní ceny elektrické energie z obnovitelných zdrojů Malé vodní elektrárny Min. výkupní cena [Kč/kWh] MVE uvedená do provozu v nových lokalitách 2,6 po 1. lednu 2008 včetně MVE uvedená do provozu v nových lokalitách 2,45 od 1. ledna 2006 do 31. prosince 2007 MVE uvedená do provozu po 1. lednu 2005 2,22 včetně a rekonstruovaná MVE MVE uvedená do provozu před 1. lednem 2005 1,73 Min. výkupní cena [Kč/kWh]
Výroba el. energie z biomasy Výroba elektřiny spalováním čisté biomasy kategorie O1 v nových lokalitách po 1.1.2008 včetně Výroba elektřiny spalováním čisté biomasy kategorie O2 v nových lokalitách po 1.1.2008 včetně Výroba elektřiny spalováním čisté biomasy kategorie O3 v nových lokalitách po 1.1.2008 včetně Výroba elektřiny spalováním čisté biomasy kategorie O1 před 1.1.2008 Výroba elektřiny spalováním čisté biomasy kategorie O2 před 1.1.2008 Výroba elektřiny spalováním čisté biomasy kategorie O3 před 1.1.2008 Výroba elektřiny společným spalováním palivových směsí biomasy kategorie S1 a fosilních paliv Výroba elektřiny společným spalováním palivových směsí biomasy kategorie S2 a fosilních paliv Výroba elektřiny společným spalováním palivových směsí biomasy kategorie S3 a fosilních pali Výroba elektřiny paralelním spalováním biomasy kategorie P1 a fosilních paliv Výroba elektřiny paralelním spalováním biomasy kategorie P2 a fosilních paliv Výroba elektřiny paralelním spalováním biomasy kategorie P3 a fosilních paliv Výroba el. energie z bioplynu,skládkového kalového a důlního plynu z uzavřených dolů
bioplynu,
Výroba elektřiny spalováním bioplynu v bioplynových stanicích pro zdroj uvedený do provozu po 1. lednu 2008 včetně využívající určenou biomasu Výroba elektřiny spalováním bioplynu v bioplynových stanicích pro zdroj uvedený do provozu po 1. lednu 2008 včetně využívající ostatní biomasu Výroba elektřiny spalováním bioplynu v bioplynových stanicích pro zdroj uvedený do provozu od 1. ledna 2006 do 31. prosince 2007 Výroba elektřiny spalováním bioplynu ve výrobně uvedené do provozu od 1. ledna 2004 do 31. prosince 2005 Výroba elektřiny spalováním bioplynu ve výrobně uvedené do provozu před 1. lednem 2004 Výroba elektřiny spalováním skládkového plynu pro zdroj
82
Zelené bonusy v [Kč/kwh]
4,21
2,93
3,27
1,99
2,52
1,24
3,54
2,26
2,94
1,66
2,43
1,15
-
1,39
-
0,79
-
0,24
-
1,65
-
1,05
-
0,5
Min. výkupní cena [Kč/kWh]
Zelené bonusy v [Kč/kWh]
3,9
2,62
3,3
2,02
3,3
2,02
2,63
1,35
2,74
1,46
2,33
1,05
uvedený do provozu po 1. lednu 2006 včetně Výroba elektřiny spalováním kalového plynu pro zdroj uvedený do provozu po 1. lednu 2006 včetně Výroba elektřiny spalováním důlního plynu z uzavřených dolů
2,33
1,05
2,33
1,05
Min. výkupní cena [Kč/kWh]
Výroba el. energie z větrných elektráren Větrná elektrárna uvedená do provozu po 1. lednu 2008 včetně Větrná elektrárna uvedená do provozu od 1. ledna 2007 do prosince 2007 Větrná elektrárna uvedená do provozu od 1. ledna 2006 do prosince 2006 Větrná elektrárna uvedená do provozu od 1. ledna 2005 do prosince 2005 Větrná elektrárna uvedená do provozu od 1. ledna 2004 do prosince 2004 Větrná elektrárna uvedená do provozu před 1. lednem 2004
31. 31. 31. 31.
2,46
1,87
2,52
1,93
2,57
1,98
2,82
2,23
2,96
2,37
3,28
2,69
Min. výkupní cena [Kč/kWh]
Výroba el. energie z geotermální energie Výroba elektřiny využitím geotermální energie
4,5 Min. výkupní cena [Kč/kWh]
Výroba el. energie ze slunečního záření Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj uvedený do provozu po 1. lednu 2008 včetně Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj uvedený do provozu od 1. ledna 2006 do 31.12.2007 Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj uvedený do provozu před 1. lednem 2006
Zelené bonusy v [Kč/kWh]
Zelené bonusy v [Kč/kWh] 3,37 Zelené bonusy v [Kč/kWh]
13,46
12,65
13,8
12,990
6,57
5,76
Zdroj:Cenové rozhodnutí ERÚ č.7/2007 ze roku 2007
Kogenerační technologie Poměrně rychlý rozvoj lze patrně v budoucnosti očekávat u malých kogeneračních jednotek (s jednotkovými výkony menšími než 5 MWe, pro které již dnes stanovil ERÚ ČR výhodnější podmínky výkupu elektřiny, minimální výkupní cena elektřiny je 1130Kč/MWh). Provoz těchto jednotek je ekonomicky výhodný především tam, kde jejich provozovatel má možnost spotřebovat veškeré teplo i elektřinu sám, neboť výrobní náklady na tuto energii mohou být nižší než energie kupovaná z distribuční sítě (úspora nákladů na systémové služby a provoz sítí). Týká se to především tzv. závodních průmyslových provozů. Problém zajištění spolehlivé dodávky energie je nutno řešit buď instalací záložních jednotek což vyžaduje zvýšení investičních nákladů, nebo smluvní spoluprací s elektrizační soustavou, kdy je však nutné alespoň částečně systémové služby splácet.
83
Ekonomicky výhodné uplatnění mikrokogeneračních jednotek nové generace bude umožněno vývojem plynových mikroturbín (založených na konstrukčních zkušenostech a převzetí částí, které byly vyvinuty a jsou vyráběny pro raketovou techniku, např. turbínka Capstone) a dalších typů tepelných motorů (Stirlingův motor). S jejich použitím lze dosáhnout stejnou celkovou účinnost mikrokogenerační jednotky (i s minimálním jednotkovým výkonem, např. 10 kW), jako u velkých teplárenských zdrojů, tj. kolem 90 %. I přes vyšší měrné investiční náklady těchto zdrojů, může být jejich použití ekonomicky výhodné při dobré organizaci provozu (co největší spotřeba vlastní vyrobené elektřiny, dodávka elektřiny do sítě pouze v době špiček, akumulace tepla). V provozu mají tyto zdroje nižší provozní náklady a vyšší spolehlivost. Současně jejich schopnost autonomního provozu zvyšuje bezpečnost dodávky. Velké naděje jsou vkládány do palivových článků, jejichž vývoj pro astronautiku a vojenské účely je v USA velmi intenzívní. Pro civilní použití probíhá dosud experimentální prověřování těchto článků. Palivové články mají řadu výhod: •
vysoká účinnost výroby elektrické energie;
•
nízké emise (chemické, hlukové a tepelné);
•
spolehlivost;
•
nízké náklady na údržbu;
•
dobrá provozní přizpůsobivost;
•
i když optimálním palivem je vodík, lze s určitými úpravami použít i další paliva (zemní plyn, propan, skládkový plyn, nafta, methanol);
•
velká různorodost v možnostech umístění.
V současné době je vývoj zaměřen především na čtyři typy palivových článků: •
PEMFC (Proton exchange membrane fuel cell)
•
PAFC (Phosporic acid fuel cell)
•
MCFC (Molten carbonate fuel cell)
•
SOFC (Solid oxide fuel cell)
Vysoké provozní teploty některých typů palivových článků umožňují jejich použití i při kombinované výrobě elektřiny a tepla. Dnes jediný komerčně využívaný článkem je typ PAFC, ale jeho investiční náklady jsou stále několikanásobně vyšší než u jiných klasických technologií. Rozšíření palivových článků lze očekávat až po jejich zlevnění a dalším vývoji. Dalším významným zařízením, které umožňuje kombinovanou výrobu elektřiny a tepla je Stirlingův motor. Stirlingův motor pracuje na podobném principu jako Ottův nebo Dieselův spalovací motor. Na rozdíl od nich, ale pracuje s vnějším spalováním a uzavřeným pracovním oběhem s tepelným výměníkem. Pracovní médium (hélium, vodík, vzduch, atd.) je trvale uzavřeno v motoru a pohybuje se mezi dvěmi místy a současně dochází ke střídavému ohřívání a chlazení média při průtoku ohřívačem a chladičem. Vzniklé kolísání tlaku v důsledku změny teploty pracovního média pohybuje písty motoru. Díky uzavřenému oběhu dosahuje Stirlingův motor vysoké spolehlivosti a doby životnosti. Uzavřený oběh s tepelným výměníkem též umožňuje diverzifikaci zdrojů tepla. Je možné použít zemní plyn, kapalná paliva a v brzké době se předpokládá využití i pevných paliv včetně biomasy. Tyto výhodné vlastnosti přímo předurčují Stirlingův motor k použití při kombinované výrobě elektřiny a tepla v decentralizovaných zdrojích s elektrickým výkonem menším než 10 kWe. Tab. 1.4: Nové technologie s možností KVET Technologická Existence vyspělost dodavatelů PEMFC
Konkurence schopnost
– Komerční použitelnost
++
+
O
O
PČ PAFC
++
+
+
+
MCFC
++
+
O
O
84
SOFC
++
+
O
O
Stirlingův motor
++
+
+
+
Mikroturbiny
+++
++
++
++
Spalovací motory
+++
+++
+++
+++
Malé spalovací turbiny
+++
+++
+++
+++
Malé parní turbiny
+++
+++
++
++
Parní motory
+++
++
++
++
Zdroj: CityPlan,. Legenda: O - počáteční stádium vývoje, + nízká, ++ střední,+++ vysoká, PČ – palivové články
Technologie pro výrobu bioplynu a využití rostlinných olejů V blízké budoucnosti lze očekávat také větší rozšíření využití bioplynu. Bioplyn vzniká při anaerobní fermentaci organických látek. Mezi významnější zdroje bioplynu patří především mrva hospodářských zvířat a čistírenské kaly vzniklé při čištění odpadních vod. V menší míře mohou být využity i odpady jiného původu: jatečné odpady, piliny, lesní štěpka, travní hmota, mlékárenské odpadní vody apod. Tyto odpady často představují zátěž pro životní prostředí a to zejména na venkově, kde skladování odpadů ze zemědělství působí negativně na kvalitu spodních vod a ovzduší. Při výrobě bioplynu se kromě vzniku plynného paliva tak řeší i likvidace odpadů. Za bioplyn je obecně považována směs plynů s obsahem 60 až 70 % metanu a 40 až 30 % oxidu uhličitého. Aby bioplyn mohl vzniknout, je nutné dodržet několik podmínek. Jde především o to, že kvašení musí probíhat bez přístupu kyslíku do fermentační nádrže, protože bakterie produkující metan jsou striktními anaeroby. Další důležitou podmínkou, kterou je potřeba dodržet je teplota, jejíž rozsah by se měl pohybovat od 10 do 60°C. Teplota je jedním z hlav ních činitelů, který ovlivňuje látkovou přeměnu a tím i množení mikroorganismů produkujících bioplyn. Teplota prostředí tedy přímo ovlivňuje kvalitu a energetickou výtěžnost chemické reakce. Bioplyn je možné použit jako plynné palivo v kotlích i ke kombinované výrobě elektřiny a tepla ve spalovacích motorech, plynových turbinách a palivových článcích. To umožňuje provozovateli snížit závislost na odběru energie z rozvodů síťových energií. V následující tabulce je uvedena možná produkce bioplynu z výkalů jednotlivých druhů chovných zvířat. Tab. 1.5: Denní množství výkalů, jejich sušina a produkce bioplynu Průměrné Sušina výkalů Množství Průměrná váha včetně moče bioplynu množství [kg] [kg/den] [m3/den] výkalů [kg/den] Dojnice 550 60 6 1,7 Skot ve výkrmu 350 30 3 1,2 Jalovice 330 35 3,5 0,9 Telata 100 12-15 1,25 0,3 Prasnice 170 14 1,0 0,3 Prasnice se selaty 27 2,2 0,4 Prasata ve výkrmu 70 8,5 0,5 0,2 Selata 10 3 0,15 0,1 Selata 23 4 0,25 0,15 Kanec 250 18,5 1,3 0,3 Nosnice 2,2 0,15-0,30 0,04 0,016 Kuřice 1,1 0,025 0,009 Poznámka: uvedené denní množství výkalů je bez přídavné vody Zdroj: Trnobranský K.: Spalování bioodpadů s použitím fermentačního reaktoru a kogenerační jednotky, ČEA 1998
85
Technologie výroby bioplynu lze rozdělit na dvě základní skupiny, které se liší především způsobem provozu anaerobního reaktoru a to na diskontinuální a kontinuální. Rostlinné oleje je možné použít jako palivo pro spalovací motory, které mohou být použity k pohonu dopravních prostředků, zemědělských strojů nebo je lze použít ke kombinované výrobě elektřiny a tepla. Aby bylo možné využít rostlinné oleje jako palivo pro spalovací motory, musí se rostlinné oleje buď transformovat na bionaftu nebo se spalovací motor musí přizpůsobit ke spalování surového oleje. První způsob, tj. přizpůsobení rostlinného oleje spalovacímu motoru je již v současné době hojně využíván. V ČR je v provozu přibližně 14 malých výroben s kapacitou 500 – 2000 t bionafty / rok a dvě velké průmyslové výrobny s kapacitou 30 000 t/rok a 12 000 t/rok. Pro druhý způsob využití rostlinných olejů je třeba spalovací motor upravit. Existuje několik technických řešení na využití surových olejů, patří mezi ně např. tzv. vířivý motor, ve kterém je do vířícího vzduchu v kulovém vybrání pístu vstřikováno pomocí samočisticí čepové trysky palivo. Nebo je možné upravit motor zařazením spalovací předkomůrky. Nevýhodou těchto dvou technických řešení je nárůst vlastní spotřeby energie a to až o 15%. Jiné technické řešení využívá Německá firma Heizomat Hilponstein, která optimalizuje Elsbettův motor s přímým vstřikováním. Na následující tabulce je uvedena technologická vyspělost a komerční upotřebitelnost technologií výroby biopaliv a spalovacích motorů na rostlinné oleje. Tab. 1.6: Technologie výroby a zpracování bioplynu a rostlinných olejů Technologická Existence Konkurence vyspělost dodavatelů schopnost
Komerční použitelnost
Diskontinuální
+++
+++
++
++
Kontinuální
+++
+++
++
++
++
++
++
++
Spalovací motor rostlinné oleje Zdroj: CityPlan Legenda: + nízká ++ střední +++ vysoká
na
Zákon o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů (Zák. č. 180, ze dne 31. března 2005) Tento zákon vymezuje oblasti podpory OZE. Upravuje práva a povinnosti subjektů na trhu s elektřinou z obnovitelných zdrojů a podmínky podpory výkupu a evidence výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů. Stanoví pravidla pro tvorbu cen za elektřinu z obnovitelných zdroj Účelem zákona je podpora využití obnovitelných zdrojů energie, tj.energie větru, energie slunečního záření, geotermální energie, energie vody, energie půdy, energie vzduchu, energie biomasy, energie skládkového plynu, energie kalového plynu a energie bioplynu. Dále je účelem zákona trvalé zvyšování podílu obnovitelných zdrojů na spotřebě primárních energetických zdrojů, šetrné využívání přírodních zdrojů a naplnění indikativního cíle podílu elektřiny z obnovitelných zdrojů na hrubé spotřebě elektřiny v České republice ve výši 8 % k roku 2010. Podpora se vztahuje na výrobu elektřiny z obnovitelných zdrojů vyrobenou v zařízeních v České republice využívajících obnovitelné zdroje a je stanovena odlišně podle druhu obnovitelného zdroje, velikosti instalovaného výkonu výrobny i např. podle parametrů biomasy. Podpora se vztahuje i na výrobu elektřiny z důlního plynu z uzavřených dolů. Zákon upravuje práva a povinnosti subjektů na trhu s elektřinou z obnovitelných zdrojů, podmínky podpory, výkupu a evidence výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů, stanovení výše cen za elektřinu z obnovitelných zdrojů samostatně pro jednotlivé druhy obnovitelných zdrojů a zelených bonusů,
86
způsob pravidelného vyhodnocování podílu výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů na hrubé spotřebě elektřiny za minulý kalendářní rok a propočet očekávaných dopadů podpory na celkovou cenu elektřiny pro konečné zákazníky v nadcházejícím kalendářním roce. Dále zákon stanoví provádění kontrol prostřednictvím Státní energetické inspekce a výši jednotlivých pokut za správní delikty. Ve druhé a třetí části zákona jsou uvedeny zákony, které se návazně mění, a to zákon č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, ve znění zákon č. 359/2003 Sb. a zákona č. 694/2004 Sb. a zákon č. 86/2002 Sb., o ochraně ovzduší a o změně některých dalších zákonů, ve znění zákona č. 521/2002 Sb., zákona č. 92/2004 Sb., zákona č. 186/2004 Sb. a zákona č. 695/2004 Sb. Ve čtvrté části zákona je stanovena účinnost. Zákon nabývá účinnosti prvním dnem třetího kalendářního měsíce následujícího po dni jeho vyhlášení, tj. účinnosti nabývá od 1. srpna 2005.
Indikativní cíl a úloha zákona Obecná ustanovení zákona vymezují jeho předmět a účel, mají zde spíše deklarativní charakter a jsou jakousi preambulí celého zákona. Předmět jeho vzniku je zde výslovně uveden jako klíčové ustanovení vycházející z našeho závazku ke Společenství. "Vytvořit podmínky pro naplnění indikativního cíle podílu elektřiny z obnovitelných zdrojů na hrubé spotřebě elektřiny v České republice ve výši 8 % k roku 2010 a vytvořit podmínky pro další zvyšování tohoto podílu po roce 2010." V rámci států EU není tento cíl přehnaně vysoký, spíše průměrný až podprůměrný. Státy jako Irsko, Dánsko, Belgie či Spojené království by měly v roce 2010 dosáhnout tří až pětinásobného zvýšení tohoto podílu oproti roku 2000. Dle statistiky MPO dosáhl u nás v roce 2004 podíl hrubé výroby elektřiny na tuzemské spotřebě elektřiny 4 %. Garantem splnění tohoto nejdůležitějšího cíle zákona je Energetický regulační úřad. Zákon mu jednoznačně ukládá stanovit vždy na kalendářní rok dopředu výkupní ceny elektřiny a zelené bonusy tak, aby byl indikativní cíl v roce 2010 splněn. Ukládá mu také vždy k 30. červnu zveřejnit vyhodnocení podílu výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů na hrubé spotřebě elektřiny (Hrubá spotřeba elektřiny je statistický ukazatel elektroenergetiky, který zahrnuje celkovou výrobu elektřiny v ČR včetně vlastní spotřeby elektroenergetických provozů, bilance dovozu a vývozu, ztráty v sítích a spotřeby na přečerpávání v přečerpávacích vodních elektrárnách). Ministerstvo průmyslu a obchodu je pak následně povinno vypracovat analýzu pokroku dosaženého plnění cíle, na kterou bude ERÚ reagovat případným upravením výkupních cen a zelených bonusů pro nadcházející kalendářní rok. V případě pomalého zvyšování podílu výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů na celkové hrubé spotřebě elektřiny by měl tedy ERÚ nabídnout vyšší výkupní ceny a vyšší cenu zelených bonusů. Opačně to takto jednoduché není. Česká republika nemá vhodné podmínky pro rozvoj využití všech druhů obnovitelné energie. Přiložená tabulka vychází z aktuálního stavu a expertních propočtů. Je zřejmé, že díky přijatému zákonu, je naplnění národního směrného cíle možné. Zejména vyšším využitím malých vodních elektráren, větrných elektráren, ale především využitím biomasy a bioplynů. Tab. 2.1: Výroba elektřiny z jednotlivých druhů OZE v ČR Výroba elektřiny z jednotlivých druhů OZE v ČR Výroba [GWh]
Druh obnovitelného zdroje
2001
2004
2010
Větrné elektrárny
0,6
9,9
930,0
MVE do 10 MW
826,0
903,5
1 120,0
Velké vodní elektrárny
1 165,0
1 115,9
1 165,0
Elektrárny spalující biomasu vč. bioplynu
5,9
731,5
2 200,0
Elektrárny využívající geotermální energii
0,0
0,0
15,0
Fotovoltaické elektrárny
0,0
0,1
15,0
Celkem
1 997,5
2 760,9
5 445,0
87
Jistota návratnosti, systém výkupních cen a zelený bonus Základním pravidlem zákona je dosažení patnáctileté doby návratnosti investic. Tato zaručená doba se vztahuje na ideální běžné zařízení, vycházející z průměrných přírodních podmínek skutečně existujících na území ČR a stávající technické úrovně nových dostupných zařízení a vztahuje se k prosté (nediskontované) návratnosti. Od nich je také odvislá pevně stanovená výkupní cena. Výkupní ceny jsou diferencovány podle specifických nákladů výroby elektřiny v jednotlivých typech zařízení s ohledem na druh zdroje a velikost zařízení. Cílem každého investora tedy bude mít lepší než průměrné parametry jednotlivých projektů využité k výpočtům minimálních výkupních cen a zelených bonusů daných příslušnou vyhláškou (cenovým rozhodnutím) ERÚ. Cenové rozhodnutí bude vydáváno každoročně, vždy na konci kalendářního roku. Ceny však nikdy nesmí být nižší než 95 % hodnoty výkupních cen proti roku předcházejícímu. Ovšem patnáctiletá garance výše výnosů za jednotku elektřiny od roku uvedení zařízení do provozu včetně zohlednění indexu cen průmyslových výrobců nesmí být ovlivněna. Zákon je tedy kombinací systému pevných výkupních cen používaného např. v Německu nebo ve Francii se systémem zelených bonusů používaným ve Španělsku. Výrobce si může vybrat ze dvou na sobě nezávislých bezprostředních systémů podpory. Buď má možnost nabídnout elektřinu provozovateli distribuční soustavy systémem minimálních výkupních cen. Provozovatel soustavy má v tomto případě povinnost veškerou vyrobenou elektřinu vykoupit. V systému zelených bonusů si výrobce elektřiny musí nejprve sám na trhu najít odběratele pro svojí elektřinu za tržní cenu. Od provozovatele distribuční soustavy po té navíc obdrží prémii v podobě zeleného bonusu. Předpokládá se, že součet tržní ceny elektřiny a zeleného bonusu by měl výrobci zajistit vyšší výnos než v systému pevných výkupních cen. Výrobce, který vyrábí elektřinu pro vlastní spotřebu, má rovněž právo na úhradu zeleného bonusu. Uhradí mu ho provozovatel té distribuční soustavy, na jejímž vymezeném území se výrobce nachází. Poté, co si výrobce závazně z těchto dvou možností jednu vybral a začal ji využívat, může další změnu systému provést nejdříve za rok. A to vždy pouze k 1. lednu následujícího kalendářního roku. Aktuální výše výkupních cen a zelených bonusů je umístěna na stránkách portálu TZB-info. Výše výkupních cen a zelených bonusů.
Voda, vítr, důlní plyn a spoluspalování Velké vodní elektrárny s instalovaným výkonem nad 10 MW jsou podle zákona předmětem podpory. Dosahují však na trhu s elektřinou dostatečných výnosů, byly budovány již před desítkami let a nové zdroje takové velikosti se u nás budou budovat snad jen ve výjimečných případech. Z těchto důvodů pro ně není stanovena vyšší výkupní cena či zelený bonus. Principiálně nesprávné je zamezení 2 podpory větrných elektráren, jestliže jejich instalovaný výkon umístěných na rozloze 1 km přesáhne 20 MWe. Toto ustanovení, i když je svým způsobem neškodné (vím-li to, nebudu elektrárenské věže takto rozmísťovat), je v zásadě velmi nejednoznačné, neboť existuje nekonečné množství případů 2 vymezení ploch 1 km . Dle autorů zákona se jako nejjednodušším řešením jeví vymezení této plochy jako kružnice o poloměru 564 metrů se středem v ose jakékoliv elektrárny posuzovaného souboru větrných elektráren. Zákon dále stanoví podporu na zdroj, který nemá s obnovitelnou energií nic společného. Je jím podpora důlního plynu z uzavřených dolů. Byť je tato výstřednost jakkoliv opodstatněna, nelze se s ní jednoznačně ztotožnit. Důlní plyn byl do zákona doplněn při projednávání v Poslanecké sněmovně pravděpodobně díky skvělé lobby dotčených podnikatelských skupin. Je ale nutné říci, že důlní plyn je velmi nebezpečný z hlediska jeho úniku do objektů, kde hrozí riziko samovolných explozí, a zároveň je tvořen převážně metanem. Metan je více než dvacetkrát agresivnější skleníkový plyn než oxid uhličitý, který vznikne jeho spálením. Z těchto důvodů je žádoucí důlní plyn z uzavřených dolů kontrolovaně jímat a stimulovat jeho energetické využívání. Přesto jeho zařazení do tohoto zákona vidím jako neopodstatněné. Pro výrobu elektřiny z biomasy umožňuje zákon podporu z hlediska zdroje paliva v zásadě trojího způsobu spalování. Především a logicky s nejvyšším ohodnocením podporuje spalování výlučně biomasy. Druhým typem podpory je spalování biomasy a fosilního paliva v jednom topeništi
88
(spoluspalování). Tato podpora je opět (již jednou bylo spoluspalování vehementně preferováno a neúměrně podporováno) do jisté míry diskutabilní, minimálně v nynějším nastavení výše výkupní ceny. Masivní rozvoj spoluspalování lze očekávat především ve velkých zaběhnutých elektrárenských blocích, které jsou obdobně jako velké vodní elektrárny v provozu desítky let. Přesto i zde jsou jisté investice nutné. Třetím systémem podpory je spalování biomasy v jednom topeništi a v druhém fosilní palivo. Vzniklý nosič energie (např. pára) z obou topenišť pak proudí do společného produktovodu (např. parovodu). Obě posledně jmenované možnosti sloučené výroby elektřiny z obnovitelného a fosilního paliva lze podporovat pouze formou zeleného bonusu. Přes dokonalé prováděcí předpisy bude vždy vykazování poměru směsí paliva, skutečného nabytí biomasy, její kvalita a její skutečné využití pro účely výroby elektřiny otázkou.
Využitelné dotační tituly Národní program Národní program hospodárného nakládání s energií a využívání jejích obnovitelných a druhotných zdrojů na roky 2006-2009 umožňuje čerpání dotací v rámci aktuálních jednoletých Státních programů: - Státní program na podporu úspor energie a využití obnovitelných zdrojů energie pro rok 2008 – část A – „EFEKT“ – zaměřen na zavádění energeticky úsporných opatření v oblasti výroby, přenosu, distribuce a spotřeby energie, vyšší využívání obnovitelných a druhotných zdrojů energie a rozvoj kombinované výroby tepla, chladu a elektřiny - Státní program na podporu úspor energie a využití obnovitelných zdrojů energie pro rok 2008 – část B – podporuje investiční projekty na využívání obnovitelných zdrojů energie.
Fondy EU (Strukturální fondy) Strukturální fondy jsou nástrojem pro realizaci politiky hospodářské a sociální soudržnosti Evropské unie, která má za cíl snižování rozdílů mezi úrovní rozvoje regionů a členských států EU a míry zaostávání nejvíce znevýhodněných regionů se zaměřením na snižování energetické náročnosti společnosti. V případě ČR je pro programovací období 2007-2013 k dispozici 888 mil. €, čili více než 25 mld. Kč pro projekty týkající se oblasti energetiky. Energetické projekty mohou žádat o podporu z EU v rámci následujících operačních programů: OP Životní prostředí – Prioritní osa 3 „Udržitelné využívání zdrojů energie“ OP Podnikání a inovace – Prioritní osa 3 „Efektivní energie“
Operační program Životní prostředí (OPŽP)
Podporované oblasti 3.1 Výstavba nových zařízení a rekonstrukce stávajících zařízení s cílem zvýšit využívání obnovitelných zdrojů energie pro výrobu tepla, elektřiny a pro kombinovanou výrobu tepla a elektřiny – pro tuto oblast jsou vyčleněny téměř 363 mil. eur, což představuje 54 % prostředků určených pro prioritní osu 3. 3.2 Realizace úspor energie a využití odpadního tepla u nepodnikatelské sféry – pro tuto oblast je vyčleněno přes 310 milionů eur, což představuje 46 % prostředků určených pro prioritní osu 3.
Výše podpory Dotace maximálně do výše 90 % z celkových způsobilých veřejných výdajů projektu.
89
Minimální způsobilé výdaje na projekt jsou stanoveny ve výši 0,5 milionu korun.
Kdo může žádat o dotaci O dotaci mohou zažádat zejména obce a města, kraje, příspěvkové organizace, vysoké školy, neziskové organizace a obchodní společnosti vlastněné obcemi nebo městy. Přesný výčet subjektů, podmínky pro podání žádostí o dotace a podrobnější informace prostudujte v Implementačním dokumentu.
Kdy se může žádat o dotaci Své žádosti o dotaci můžete podávat pouze v rámci výzvy vyhlášené pro danou oblast podpory. Podle předběžného plánu bude výzva k podávání žádostí o dotace na projekty pro udržitelné využívání zdrojů energie vyhlášena na začátku roku 2009. Předběžný aktualizovaný harmonogram výzev je k dispozici na www.opzp.cz. Plán výzev je pouze orientační, skutečné termíny příjmu žádostí, stejně jako dílčí omezení oblastí podpory, budou zveřejněny vždy až s vyhlášením dané výzvy.
Tab. 3.1: oblasti podpory Oblast podpory
Název oblasti podpory
3.1
Výstavba nových zařízení a rekonstrukce stávajících zařízení s cílem zvýšení využívání OZE pro výrobu tepla, elektřiny a kombinované výroby tepla a elektřiny, např. výstavba a rekonstrukce zdrojů tepla (TČ, solární soustavy, FS biomasa) výstavba a rekonstrukce zdrojů elektřiny (MVE, FVE, VE) kombinovaná výroba elektřiny a tepla
3.2
3.3
3
Fond EU
Realizace úspor energie a využití odpadního tepla u nepodnikatelské sféry, např. zateplování obvodových plášťů, střech, výměna tvorových výplní rekonstrukce otopných soustav FS zvyšování účinnosti energetických systémů zavádění měřící a regulační techniky využití odpadního tepla (rekuperace) Environmentálně šetrné systémy vytápění a přípravy teplé vody pro fyzické osoby: solární soustavy (přitápění, TUV) FS tepelná čerpadla kotle na biomasu využití odpadního tepla (rekuperace) Udržitelné využívání zdrojů energie
FS
mil. EUR 437,431 max.
90%
výroba elektřiny max. 20%
215,351 max. 90%
20,189 max. 45% 672,971
Tab. 3.2: Výše dotace: ERDF a FS - Evropský fond regionálního rozvoje a Fond soudržnosti 85 % SFŽP ĆR - Státní fond životního prostředí ČR 4% Státní rozpočet - Ministerstvo životního prostředí 1% ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------CELKEM Maximum 90 % Čerpání maximální výše podpory je odvislé od typu projektu, typu žadatele a úspor provozních nákladů, které příjemce podpory uspoří v prvních 5 letech provozu. Rozhodný je tzv. základ pro výpočet podpory. ZÁKLAD = UZNATELNÉ INV. NÁKLADY - PROVOZNÍ ÚSPORA za 5 let
90
Maximální výše podpory je možné čerpat v případech kdy žadatelem je neziskový subjekt a veškerá vyrobená energie bude spotřebována pro vlastní spotřebu. Např.: TČ, solární soustava - škola, obecní úřad, nemocnice MAXIMÁLNÍ reálná výše dotace se pohybuje mezi 75 % až 85 % investice!
Specifická kritéria přijatelnosti projektů: Specifická kritéria přijatelnosti u oblasti podpory 3.1 jsou: - Soulad projektu se zpracovanou krajskou (místní) energetickou koncepcí. Splnění kritéria se dokládá vyjádřením příslušného krajského úřadu, odboru regionálního rozvoje. - Realizací projektu dojde k úspoře emisí CO2. - Realizací projektu dojde ke snížení emisí hlavních znečišťujících látek do ovzduší, respektive projekt nepřispěje ke zhoršení kvality ovzduší. - Projekty, kde bude realizováno pořízení OZE pro vytápění budov/y budou přijatelné v případě, že budova splňuje minimálně požadovanou hodnotu průměrného součinitele prostupu tepla obálkou budovy Uem,N,rq uvedenou v tab. č. 9 ČSN 730540-2 (znění duben 2007). Tento požadavek se netýká budov určených převážně pro skladování nebo pro výrobu včetně samostatně stojících kotelen. - Použití kotle na biomasu s garantovanými parametry spalování a minimální účinností odpovídající požadavkům na účinnost kotlů, které jsou dány Směrnicí pro ekologicky šetrný výrobek č. 13-2006, odstavec 4.4. - U projektů na využití biomasy při celkovém instalovaném výkonu nad 200 kW doložit doklad o zajištění dlouhodobé dodávky paliva. - Solární technologie s použitím systémů vhodných pro celoroční provoz. - Použití tepelných čerpadel s garantovanými parametry a minimálním ročním topným faktorem 3,0. - Použití turbíny pro malé vodní elektrárny s garantovanými parametry a účinností minimálně 85 %, měřeno na spojce. Specifická kritéria přijatelnosti u oblasti podpory 3.2 jsou: -
-
-
-
-
Předmětem podpory nemohou být úspory energie v rámci realizace novostaveb, nástaveb a přístaveb. Projekty podoblasti 3.2.1, kde budou realizovány úspory energie v budovách, budou přijatelné v případě, že hodnoty součinitele prostupu tepla jednotlivých konstrukcí objektu budou voleny tak, aby budova splňovala minimálně doporučenou hodnotu průměrného součinitele prostupu tepla obálkou budovy Uem,N,rc uvedenou v tab. č. 9 ČSN 730540-2 (znění duben 2007). Projekty podoblasti 3.2.1, kde budou realizovány úspory energie využitím odpadního tepla pro vytápění, budou přijatelné v případě, že budova splňuje minimálně požadovanou hodnotu průměrného součinitele prostupu tepla obálkou budovy Uem,N,rq uvedenou v tab. č. 9 ČSN 730540-2 (znění duben 2007). Realizací projektu dojde k úspoře emisí CO2. Realizací projektu dojde ke snížení emisí hlavních znečišťujících látek do ovzduší, respektive projekt nepřispěje ke zhoršení kvality ovzduší. Specifická kritéria přijatelnosti u oblasti podpory 3.3 jsou: Realizací projektu dojde k úspoře emisí CO2. Realizací projektu dojde ke snížení emisí hlavních znečišťujících látek do ovzduší, respektive projekt nepřispěje ke zhoršení kvality ovzduší. Projekty, kde bude realizováno pořízení OZE nebo využíváno odpadní teplo pro vytápění budovy, budou přijatelné v případě, že budova splňuje minimálně požadovanou hodnotu průměrného součinitele prostupu tepla obálkou budovy Uem,N,rq uvedenou v tab. č. 9 ČSN 730540-2 (znění duben 2007). Použití kotle na biomasu s garantovanými parametry spalování a minimální účinností odpovídající požadavkům na účinnost kotlů, které jsou dány Směrnicí pro ekologicky šetrný výrobek č. 13-2006, odstavec 4.4. Solární technologie s použitím systémů vhodných pro celoroční provoz.
91
-
Použití tepelných čerpadel s garantovanými parametry a minimálním ročním topným faktorem 3,0.
Příjemce podpory Oblast 3.1.: Neziskový sektor: Obce, města, definované typy příspěvkových organizací, svazky obcí, kraje, organizační složky státu, občanská sdružení, církve a náboženské společnosti, obecně prospěšné společnosti, obchodní společnosti (100% vlastník veřejný subjekt), družstva, společenství vlastníků jednotek Oblast 3.2.: Neziskový sektor: Obce, města, definované typy příspěvkových organizací, svazky obcí, kraje, organizační složky státu, občanská sdružení, církve a náboženské společnosti, obecně prospěšné společnosti, obchodní společnosti (100% vlastník veřejný subjekt)
Operační program Podnikání a inovace (OPPI) Operační program Podnikání a inovace je zaměřený na podporu rozvoje podnikatelského prostředí a podporu přenosu výsledků výzkumu a vývoje do podnikatelské praxe. Podporuje vznik nových a rozvoj stávajících firem, jejich inovační potenciál a využívání moderních technologií a obnovitelných zdrojů energie. Umožňuje zkvalitňování infrastruktury a služeb pro podnikání a navazování spolupráce mezi podniky a vědeckovýzkumnými institucemi.
Efektivní energie Na prioritní osu 3 je z fondů EU vyčleněno 121,6 mil. €, tj. 4,0 % OPPI Např. výstavba a rekonstrukce zařízení na výrobu a rozvod elektrické a tepelné energie vyrobené z obnovitelných zdrojů, zavádění a modernizace systémů měření a regulace, modernizace, rekonstrukce a snižování ztrát v rozvodech elektřiny a tepla apod. 1 EKO-ENERGIE Tento program realizuje Prioritní osu 3 „Efektivní energie“ Operačního programu Podnikání a inovace 2007 – 2013. Program (a veřejná podpora) je realizován podle zákona č. 47/2002 Sb., o podpoře malého a středního podnikání, ve znění pozdějších předpisů (dále jen „Zákon č. 47/2002“), podle Nařízení Komise (ES) č. 1998/2006 ze dne 15.12.2006 o aplikaci článků 87 a 88 Smlouvy o ES na podporu de minimis (dále jen „podpora de minimis“) a podle Nařízení Komise (ES) č. 1628/2006 ze dne 24. 10. 2006 o použití článků 87 a 88 Smlouvy o ES na vnitrostátní regionální podporu. 1. Cíl programu Cílem programu je prostřednictvím dotací nebo podřízených úvěrů s finančním příspěvkem stimulovat aktivitu podnikatelů, zejména malých a středních, v oblasti snižování energetické náročnosti výroby, spotřeby primárních energetických zdrojů a vyššího využití obnovitelných a druhotných zdrojů a jejich udržitelný růst. Podpora je poskytována na projekty, jejichž cílem je: - snížit energetickou náročnost na jednotku produkce při zachování dlouhodobé stability a dostupnosti energie pro podnikatelskou sféru, - omezit závislost české ekonomiky na dovozu energetických komodit, - snížit spotřebu fosilních primárních energetických zdrojů, - zvýšit využití obnovitelných zdrojů energie (OZE), - využít významný potenciál energetických úspor a využití OZE rovněž ve velkých podnicích, - využít dostupný potenciál druhotných zdrojů energie.
Základní ustanovení a) Správcem programu je Ministerstvo průmyslu a obchodu ČR, (www.mpo.cz).
92
b) Zprostředkujícím subjektem pro tento typ podpory je Agentura pro podporu podnikání a investic CzechInvest, příspěvková organizace Ministerstva průmyslu a obchodu ČR, se sídlem Štěpánská 15, 120 00 Praha 2, (www.czechinvest.org). c) Poskytovatelem podpory ve formě podřízeného úvěru s finančním příspěvkem je Českomoravská záruční a rozvojová banka, a.s. (ČMZRB), se sídlem Jeruzalémská 964/4, 110 00 Praha 1, (www.cmzrb.cz). d) Program je realizován prostřednictvím jednotlivých výzev, které stanoví podrobnější podmínky programu. e) Poskytovatel podpory si vyhrazuje právo určit poměr poskytnuté podpory mezi MSP a velké podniky.
Základní pojmy programu -
-
-
-
-
Druhotný energetický zdroj - využitelný energetický zdroj, jehož energetický potenciál vzniká jako vedlejší produkt při přeměně a konečné spotřebě energie, při uvolňování z bituminozních hornin a uhelných pánví nebo při energetickém využívání nebo odstraňování odpadů a náhradních paliv vyrobených na bázi odpadů nebo při jiné hospodářské činnosti (zákon č. 91/2005 Sb., § 2, bod 32). Finanční příspěvek – finanční příspěvek ve smyslu zákona č. 47/2002. Malý a střední podnikatel – podnikatel splňující podmínky stanovené Nařízením Komise (ES) č. 70/2001 o použití článků 87 a 88 Smlouvy o ES na státní podpory malým a středním podnikům. Obnovitelný zdroj - obnovitelný nefosilní přírodní zdroj energie, jímž je energie větru, energie slunečního záření, geotermální energie, energie vody, energie půdy, energie vzduchu, energie biomasy, energie skládkového plynu, energie kalového plynu a energie bioplynu (zákon č. 91/2005 Sb., § 31, odst. 1). Podpora – dotace nebo podřízený úvěr s finančním příspěvkem. Podřízený úvěr – dlouhodobý úvěr s víceletým odkladem splátek jistiny úvěru, jehož poskytovatel (ČMZRB) vyslovuje ve smlouvě o úvěru souhlas s tím, že závazky příjemce podpory ke splácení jistiny podřízeného úvěru budou do data první splátky jistiny tohoto úvěru (období podřízenosti) zařazeny za jeho všechny ostatní peněžité závazky. Smlouva o úvěru – smlouva o podřízeném úvěru s finančním příspěvkem uzavřená mezi příjemcem podpory a poskytovatelem podpory. Velký podnik – podnikatel, který není malým ani středním podnikatelem. Veřejná podpora – finanční prospěch ke dni vystavení rozhodnutí o dotaci nebo ke dni uzavření smlouvy o úvěru získaný příjemcem podpory prostřednictvím dotace nebo formou podřízeného úvěru s finančním příspěvkem.
Podporované aktivity Podporovanými aktivitami jsou: - Využití obnovitelných a druhotných energetických zdrojů: - výstavba zařízení na výrobu a rozvod elektrické a tepelné energie vyrobené z obnovitelných a druhotných zdrojů energie, - rekonstrukce stávajících výrobních zařízení za účelem využití obnovitelných a druhotných zdrojů energie, - výstavba zařízení na výrobu briket a pelet z obnovitelných a druhotných zdrojů energie. - Zvyšování účinnosti při výrobě, přenosu a spotřebě energie: - modernizace stávajících zařízení na výrobu energie vedoucí ke zvýšení jejich účinnosti, - zavádění a modernizace systémů měření a regulace, - modernizace, rekonstrukce a snižování ztrát v rozvodech elektřiny a tepla, - zlepšování tepelně technických vlastností budov, s výjimkou rodinných a bytových domů, - využití odpadní energie průmyslových procesech. - zvyšování energetické účinnosti zaváděním kombinované výroby elektřiny a tepla. Podporovanými aktivitami nejsou: - výzkumné, vývojové a pilotní projekty,
93
-
výroba energeticky úsporných výrobků (kromě briket a pelet) a zařízení pro využití obnovitelných zdrojů energie, pěstování energetických rostlin, výstavba zařízení na spalování komunálních odpadů, použití alternativních paliv v dopravě, projekty v oblasti zemědělství, lesnictví či rybolovu.
Příjemce podpory Podnikatelské subjekty (malé, střední, velké podniky) ve smyslu § 2 zákona č. 513/1991 Sb.
Podmínky programu Formální podmínky přijatelnosti projektu: a) Projekt musí být realizován na území České republiky mimo území hl. m. Prahy. b) Žadatel musí jednoznačně prokázat vlastnická nebo jiná práva k nemovitostem a pozemkům, kde bude projekt realizován. Způsob a požadovaný termín prokázání těchto vlastnických nebo jiných práv specifikuje Správce programu v příslušné výzvě. c) Projekt musí obsahovat všechny povinné součásti uvedené ve výzvě k jeho předložení. d) Projekt musí plnit horizontální politiky EU, zejména: - rovné příležitosti mezi muži a ženami, - udržitelný rozvoj. Ostatní podmínky a) Dotace bude příjemci poskytnuta na základě Rozhodnutí o poskytnutí dotace vydaného Správcem programu (dále jen „Rozhodnutí“), jehož součástí jsou závazné Podmínky poskytnutí dotace (dále jen „Podmínky“). b) Úvěr bude příjemci poskytnut na základě Smlouvy o úvěru uzavřené s Českomoravskou záruční a rozvojovou bankou, a.s. c) Příjemce podpory je povinen o způsobilých výdajích projektu a použití dotace určené k financování způsobilých výdajů vést oddělenou evidenci a dokumentaci stanovenou v podmínkách Rozhodnutí nebo úvěrové smlouvě a podklady uchovat po dobu 10 let ode dne ukončení projektu, a zároveň minimálně do doby uplynutí 3 let od uzávěrky OP Podnikání a inovace (předpokládá se v roce 2020) v souladu s čl. 90 nařízení Rady (ES) č. 1083/2006. O uzávěrce OP Podnikání a inovace budou všichni příjemci dotace informováni. d) Příjemcem dotace nemůže být podnikatel, pokud je k datu podání žádosti příjemcem dotace na záchranu a restrukturalizaci podniků v obtížích podle Pokynů Společenství pro státní podporu na záchranu a restrukturalizaci podniků v obtížích, Sdělení Komise č. 2004/C 244/02; neplatí pro malé podnikatele. e) Příjemce podpory je povinen mít ve svém vlastnictví dlouhodobý hmotný a nehmotný majetek pořízený zcela nebo částečně z poskytnuté podpory po dobu pěti let, v případě MSP tří roků, ode dne ukončení projektu. f) Dotace je vyplácena příjemci zpětně po ukončení projektu nebo jeho etapy za předpokladu splnění podmínek Rozhodnutí. g) Podmínky čerpání úvěru stanoví úvěrová smlouva. h) Další povinnosti příjemce dotace jsou stanoveny v Podmínkách.
Způsobilé výdaje Způsobilé výdaje musí splňovat následující podmínky: - musí být vynaloženy v souladu s cíli programu a musí bezprostředně souviset s realizací projektu, - musí být vynaloženy nejdříve v den přijatelnosti projektu,1 - v případě podpory ve formě dotace musí být před proplacením prokazatelně zaplaceny příjemcem podpory, není-li stanoveno jinak,
94
-
musí být doloženy průkaznými doklady, uhrazeny dodavatelům, majetek nelze pořizovat aktivací. Dnem přijatelnosti projektu se rozumí datum, kdy poskytovatel či příslušná agentura žadateli písemně potvrdí, že v zásadě splňuje podmínky přijatelnosti daného programu. Způsobilými výdaji projektu jsou: - Dlouhodobý hmotný majetek (zejména inženýrské sítě, inženýrské činnosti a komunikace, rekonstrukce či modernizace staveb, novostavba, omezený nákup pozemků a staveb, stroje a zařízení včetně řídících softwarů, případně projektová dokumentace stavby a další způsobilé výdaje spojené s realizací projektu). - Dlouhodobý nehmotný majetek (zejména potřebný software atp.). - Náklady na publicitu projektu. Způsobilé výdaje projektu budou blíže vymezeny v jednotlivých výzvách. Způsobilými výdaji nejsou: - nákup použitých strojů, zařízení a náhradních dílů, - DPH, pokud je příjemce podpory plátcem DPH (v případě poskytnutí dotace), - náklady uhrazené před datem přijatelnosti projektu, - splátky půjček a úvěrů, - sankce a penále, - náklady na záruky, pojištění, úroky, bankovní poplatky, kursové ztráty, celní a správní poplatky.
Odvětvové vymezení Podporovány budou projekty žadatelů, jejichž převažující činnost nespadá do oborů: - stavba lodí - průmysl syntetických vláken - uhelný průmysl - ocelářský průmysl - zemědělství, rybolov, akvakultura - výroba, zpracování a uvádění na trh výrobků uvedených v příloze I Smlouvy o ES2 - doprava
Forma a výše podpory Formami podpory jsou podřízené úvěry s finančním příspěvkem a dotace. Obě formy nelze kombinovat. Podřízený úvěr s finančním příspěvkem Podřízený úvěr s finančním příspěvkem může být poskytnut pouze malému a střednímu podnikateli. Podřízený úvěr je poskytován ve výši až 50 mil. Kč s pevnou úrokovou sazbou 1 % p.a. Doba splatnosti podřízeného úvěru sjednaná k datu jeho poskytnutí je maximálně 15 let a odklad splátek jistiny úvěru je maximálně 8 let (období podřízenosti). Sjednanou dobu odkladu splátek nelze zkrátit a podmínky podřízenosti úvěru měnit bez předchozího souhlasu věřitele poskytujícího spolufinancování projektu. Výše podřízeného úvěru nesmí přesáhnout 75 % předpokládaných způsobilých výdajů projektu. Podřízený úvěr bude zajištěn minimálně směnkou vystavenou příjemcem podpory avalovanou nejméně jednou fyzickou nebo právnickou osobou. Finanční příspěvek k podřízenému úvěru je poskytován ve výši 30 % z vyčerpaného podřízeného úvěru, maximálně však ve výši nesplacené jistiny úvěru ke dni, kdy bylo prokázáno splnění podmínek programu platných pro jeho přiznání. Finanční příspěvek je vyplácen formou jednorázového uhrazení posledních splátek jistiny úvěru.
95
Dotace Minimální absolutní výše dotace činí 0,5 mil. Kč. Maximální výše dotace v % způsobilých výdajů je omezena regionální mapou veřejné podpory, nejvyšší absolutní částka dotace může činit 100 mil. Kč.
Program Inteligentní energie Evropa Cílem programu Inteligent Energy Europe je podporovat trvale udržitelnou výrobu a spotřebu energie a vyváženě přispívat k dosažení obecných cílů bezpečnosti dodávek energie, konkurenceschopnosti a ochrany životního prostředí. Cílem programu Inteligent Energy Europe je podporovat trvale udržitelnou výrobu a spotřebu energie a vyváženě přispívat k dosažení obecných cílů bezpečnosti dodávek energie, konkurenceschopnosti a ochrany životního prostředí. V oblasti energetické účinnosti a kombinovaných zdrojů tepla a elektřiny výrazně přispět ke: zlepšování energetické účinnosti a racionálního využívání energie, zejména ve stavebnictví a průmyslu; podpoře přípravy legislativních opatření a jejich používání; snížení energetické náročnosti o 1% ročně, tak aby do r. 2010 bylo dosaženo 2/3 z 18% potenciálu úspor energie; snížení emisí CO2 dle závazků z Kjóta; zvýšení podílu kombinované výroby elektřiny a tepla. V oblasti zavádění obnovitelných zdrojů energie (OZE): • podpořit nové a obnovitelné zdroje energie využívané pro centralizovanou i decentralizovanou výrobu elektrické a tepelné energie a energie určené k chlazení, a tím i diverzifikaci zdrojů energie; • zapojit nové a obnovitelné zdroje energie do místního životního prostředí a energetických systémů; • podpořit přípravu legislativních opatření a jejich používání; • přispět k zvýšení podílu OZE na hrubé spotřebě ze 6 na 12% do r. 2010; • přispět k zvýšení podílu elektřiny vyráběné z OZE na 22,1% do r. 2010; • vytvořit nejlepší možné podmínky pro urychlení investic, aby byla zvýšena instalovaná kapacita pro výrobu energie z OZE. Účast na projektech v jednotlivých programech je otevřená libovolné právnické osobě ("právnickou osobou" se rozumí každý subjekt založený buď podle vnitrostátního práva místa svého vzniku, práva Společenství nebo mezinárodního práva, která má právní subjektivitu a je způsobilým vlastním jménem k právům a povinnostem všeho druhu.), veřejné nebo soukromé, žijící a zaregistrovaný na území členských států EU. Program je rovněž otevřen právnickým osobám z členských států a zemí ESVO/EHP za určitých podmínek, uvedených v Globálním pracovním programu. Součástí podmínek výzvy je také požadavek na skladbu řešitelského týmu, jedná se zejména o propojení národních partnerů do společného mezinárodního týmu. Tím se dosahuje mnohem vyšších synergických efektů, zejména v přínosech pro jednotlivé účastnické země, které takto participují na projektech, jejichž řešení by bylo s ohledem na dostupnost potřebného množství odborníků a jejich financování někdy problematické. V průběhu programového období jsou zveřejňovány dílčí výzvy k předkládání projektů řešících konkrétní zadání, jejich následné zpracování je kofinancováno z evropských zdrojů. Předložené návrhy projektů jsou vyhodnocovány stanovenými procedurami. Úspěšné návrhy jsou podpořeny ve výši: Granty pro specifické cílové skupiny: do 75% celkových uznatelných nákladů Vytvoření nových energetických agentur: do 75% z celkových uznatelných nákladů Akce se standardizačními úřady: až 95% z celkových uznatelných nákladů Koordinované akce: 100% financování. Financování projektů z evropských zdrojů je v rámci IEE 2007 — 2013 vyšší než v předchozím období a činí až 75 % oproti předchozím max. 50 %. Zbývající část je nutno zajistit z národních zdrojů.
96
Použitá literatura: [1] Zákon o podpoře využívání obnovitelných zdrojů energie Datum: 28.11.2005, autor: Ing. Libor Novák (http://www.tzb-info.cz/) [2] Zákon o podpoře využívání obnovitelných zdrojů energie (zákon č. 180/2005 Sb.)Publikováno: 16.1.2006Autor: Jiří Doležel [3] ÚZEMNÍ ENERGETICKÁ KONCEPCE KRAJE VYSOČINA, EAV, 2008 kova 65, 586 01 Jihlava
Klíčová slova: Zákon 180, Inteligentní energie, OPŽP, OPPI, podpora, OZE, energie, efektivní energie, eko-energie, efekt
97
