3. 11. 2015
OZE – OBNOVITELNÉ ZDROJE ENERGIE A JEJICH VYUŽITÍ
Přednáška č. 10 / 2015 - UVZ
Michael Bartoš, podzim 2015
ZÁJEM O OBNOVITELNÉ ZDROJE ENERGIE JE:
1) Reakcí na globální problém změny klimatu 2) Reakcí na stále obtížnější dostupnost fosilních paliv 3) Reakcí na problematické jaderné zdroje energie
1
3. 11. 2015
Obnovitelný zdroj energie je označení některých vybraných, na Zemi přístupných forem energie, získané primárně především z jaderných přeměn v nitru Slunce. Dalšími zdroji jsou: teplo zemského nitra a setrvačnost soustavy Země-Měsíc.
Mezi obnovitelné zdroje energie(OZE) se obvykle řadí: I. sluneční energie, II. větrná energie, III. geotermální energie, IV. energie vody, V. energie z biomasy, VI. energie získaná z různých průmyslových odpadů. VII. jiné
2
3. 11. 2015
Základní obnovitelné zdroje jsou: půda, voda a sluneční záření •
Půda + voda + sluneční záření = biomasa
•
Prvotní (nenahraditelná) funkce biomasy: krmivo a potraviny
•
Druhotná (nahraditelná) funkce biomasy: materiály a energie
•
Dokud jsme byli závislí energeticky a materiálově na biomase, vyráběly se jen potřebné věci. Průmyslový rozvoj byl limitován výnosností polí a lesů.
•
Fosilní energie nás zbavila dřiny, dává nám mnohem větší sílu než je naše. Průmysl dnes vyrábí převážně zbytné zboží, které se mění rychle v odpad
•
Biomasa proto nemůže zpětně fosilní paliva nahradit
•
Jediná energie, kterou nemusíme šetřit, je sluneční
Vzácná půda
3
3. 11. 2015
Některé země již skupují půdu ve velkém, aby uživily své občany
Využití obnovitelných zdrojů •
V roce 2006 pocházelo asi 18 % celosvětově vyprodukované energie ze zdrojů, označovaných jako obnovitelné. Většina z toho (13 % celkové spotřeby) pochází z tradiční biomasy (především pálení dřeva). Vodní energie, poskytující 3 % celkové spotřeby primární energie, byla druhý největší obnovitelný zdroj. Moderní technologie, využívající geotermální energie, větrná energie, sluneční energie a oceánská energie dohromady poskytovaly asi 0,8 % z celkové výroby.
4
3. 11. 2015
V březnu roku 2007 se představitelé Evropské unie dohodli, že v roce 2020 má být 20 % energie členských států vyráběno z obnovitelných zdrojů, aby se omezily emise oxidu uhličitého, který je považován za původce globálního oteplování. Investování do obnovitelné energie si vyžádalo náklady ve výši 80 miliard US $ v roce 2005 a v následujícím roce náklady ve výši 100 miliard US $ v roce 2006.
Obnovitelné zdroje jsou reakcí na globální problém změny klimatu. • Politicky akceptovatelná řešení tohoto problému se snaží vyhnout omezení životní úrovně. • Společnost se proto snaží hledat cestu ke zvládnutí problému pomocí nových technologií.
• Kromě toho se technologie staly častým zaklínadlem ekonomické prosperity. • Společnost začíná oceňovat lokálnost a všeobecnou dostupnost obnovitelných zdrojů, protože tím odpadají čím dál složitější politické otázky závislosti na cizích či centrálních zdrojích.
5
3. 11. 2015
OBNOVITELNÉ ZDROJE ENERGIE V ČESKÉ REPUBLICE K datu 31.12. 2010 byl podíl OZE na tuzemské hrubé spotřebě elektrické energie 8,24%.
VE - vodní el. PVE - přečerp. vodní VTE - větrné FVE - fotovoltaické
• V roce 2005 byl v České republice schválen zákon o podpoře využívání obnovitelných zdrojů energie (180/2005 Sb.), který garantuje minimální výkupní ceny a umožňuje výrobcům z obnovitelných zdrojů uzavírat dlouhodobé smlouvy. Zákon byl velice kritizován, a to především zastánci jaderné energetiky a některými pravicovými politiky, přesto vstoupil v platnost.
6
3. 11. 2015
ZELENÉ ELEKTRÁRNY Obnovitelné zdroje energie jsou podporovány různými dotacemi nebo zvýhodněnými výkupními cena energie. V České republice je elektřina z obnovitelných zdrojů podporována garantovanými výhodnými výkupními cenami nebo formou tzv. zelených bonusů.
Srovnání výkupních cen elektrické energie z obnovitelných zdrojů v ČR v CZK/kWh Zdroj
Cena Cena Cena 2007 2008 2009
Cena Cena Cena Cena Cena Cena 2010 2011 2012 2013 2014 2015
FOTOVOLTAIKA
13,46 13,46 12,79
12,15 5,5
6,16
2,83 0
0
VĚTRNÉ ELEKTRÁ 2,46 RNY
2,46
2,34
2,23
2,23
2,23
2,12
2,014 1,980
MALÉ VODNÍ ELE 2,39 KTRÁRNY
2,6
2,70
3,00
3,00
3,19
3,23
3,23
BIOMASA
3,37
4,21
4,49
4,58
4,58
4,58
3,73
3,335 3,263
BIOPLYN Z BPS
3,04
3,9
4,12
4,12
4,12
4,12
3,55
0
3,23
0
7
3. 11. 2015
Léto 2009 Podnikání se solární energií se stalo „hitem“. Přestože do celkového množství vyrobené energie přispívá fotovoltaika jen zlomkem procenta, její význam poroste se snižujícími se výrobními a nulovými provozními náklady. Sluneční elektrárny zabírají sice obrovskou plochu, jsou ale šetrné k životnímu prostředí, bezodpadové a ceny jimi vyrobené elektrické energie jsou po dvacet let garantovány státem. Každoroční pětiprocentní pokles výkupní ceny vede ke zběsilému tempu jejich výstavby.
… se snižujícími se výrobními a nulovými provozními náklady (?)
8
3. 11. 2015
Provozování solární elektrárny – ekonomicky výhodné využití zemědělské půdy
9
3. 11. 2015
Praha (9.11.2010) - Poslanci podle očekávání souhlasili s vládním návrhem, že na proud ze solárních elektráren uvedených do provozu loni a letos uvalí stát novou 26procentní srážkovou daň. Energetický regulační úřad chce od roku 2014 zcela zastavit podporu nově instalovaných výroben elektřiny z obnovitelných zdrojů. Argumentuje, že tím omezí růst ceny elektřiny pro koncové odběratele.
Novinkou je, že daň se bude platit jen tři roky - v rozmezí let 2011 až 2013.
Daň se vyhne pouze malým elektrárnám do výkonu 30 kilowattů na střechách domů.
10
3. 11. 2015
Obnovitelné zdroje energie I.
sluneční energie,
II. větrná energie, III. geotermální energie, IV. energie vody, V. energie z biomasy,
VI. energie získaná z různých průmyslových odpadů. VII. jiné
I. SLUNEČNÍ (SOLÁRNÍ) ENERGIE
11
3. 11. 2015
Sluneční energie Využívání slunečního záření se realizuje přeměnou na využitelnou formu energie: a) Tepelnou - vytápění bytů, zásobování teplou užitkovou vodou, sluneční vařiče, destilační zařízení , tavící pece i k její přeměně na elektrickou energii. b) Chemickou - při pěstování řasových kultur nebo rozkladu vody. c) Elektrickou - s využitím fotovoltaických článků nebo solárně termickou přeměnou.
V porovnání s energií ukrytou ve fosilních palivech je solární energie málo koncentrovaná, dopadá na obrovskou plochu celé planety Země; Sluneční záření – solární konstanta = 1390 W/m² (na hranici zemské atmosféry) Konkrétní množství sluneční energie dopadající v daném místě a čase na povrch je ovlivněno stavem atmosféry, zeměpisnou šířkou a ročním obdobím. (tzv. insolace – oslunění) rovna přibližně jedné čtvrtině sluneční konstanty – kolem 342 W/m² Fotovoltaika je díky závislosti na slunečním svitu nestabilní zdroj, který při nominálním výkonu 1kW (tzv.1kWp) vyrobí za rok v průměru 970 kWh, což je jako kdyby vyráběl 40 dní v roce 24 hodin denně. Důvodem je relativně slabý výkon při zataženém počasí.
12
3. 11. 2015
Rozdílné údaje …
13
3. 11. 2015
Střední Evropa nemůže vážněji konkurovat sluneční elektřině z oblasti Středomoří
14
3. 11. 2015
Ad a) Tepelná energie - vytápění bytů, zásobování teplou užitkovou vodou, sluneční vařiče, destilační zařízení, tavící pece (i k její přeměně na elektrickou energii).
Všeobecná výstava v Paříži v r. 1878 Augustin Mouchot (April 2, 1825 - October 4, 1912) was a 19th-century French inventor of the earliest solar-powered engine, converting solar energy into mechanical steam power.
15
3. 11. 2015
Projekt pro Afriku
Parabolických zrcadel používají některé solární elektrárny
16
3. 11. 2015
Solární termické systémy
Ohřev užitkové vody – nejběžnější použití solární energie
Ad c) Fotovoltaika – výroba elektrické energie
17
3. 11. 2015
•
Elektřina ze solární elektrárny způsobuje asi pětinové emise CO2 oproti konvenčním zdrojům.
•
Při volné instalaci je zábor půdy na 1000 kWp zhruba 2 hektary.
•
Elektrárna o výkonu 1 kWp ušetří za svůj život minimálně 10 tun CO2.
•
Střízlivý odhad produkce elektřiny z jednoho hektaru (pro reálné rozmístění solárních panelů na ploše) je v ČR přibližně 0.5GWh elektrické energie za rok. Spotřeba elektrické energie je cca 63 TWh.
•
Na pokrytí spotřeby ČR by bylo třeba řádově 100 000 ha, přičemž například zastavěná plocha budovami a nádvořími v ČR 130 000 ha.
•
Zhruba to odpovídá případu Švýcarska, kde by údajně pokrytím všech jižně orientovaných střech fotovoltaikou získali polovinu jejich spotřeby.
18
3. 11. 2015
Tzv. krakery
19
3. 11. 2015
Tzv. krakery
Spotřebu jedné domácnosti pokryje střešní instalace o velikosti přibližně 30m2 a pokrytí celé zastavěné plochy ČR fotovoltaikou by zhruba uspokojilo veškerou naší spotřebu elektřiny.
Fotovoltaika integrovaná na budovy (4,6 kWp)
20
3. 11. 2015
II. VĚTRNÁ ENERGIE
Větrný mlýn je zařízení, jehož hlavní součástí je větrná turbína, která dokáže přeměňovat větrnou energii na kinetickou energii. V mnoha zemích světa se používal k mletí mouky a pumpování vody. V ČR jsou větrné mlýny obvyklejší na Moravě (v Čechách byly hojnější mlýny vodní, které byly energeticky výhodnější a umožňovaly semlít až pětinásobek obilí za stejnou dobu). V současnosti jsou větrné mlýny typické pro Nizozemsko, kde jsou uchovávány spíše z tradičních důvodů.
První zmínka o větrných mlýnech spadá do 1. století n. l. Hérón z Alexandrie v té době pravděpodobně zaznamenal historicky první užití větrného mlýnu. Vertikální větrné mlýny se poprvé používaly ve východní Persii. Dnes běžně používané horizontální větrné mlýny byly vynalezeny v severovýchodní Evropě kolem roku 1180.
21
3. 11. 2015
První písemné zmínky o větrných mlýnech u nás z 13.stol. (Matoušek, 2010)
22
3. 11. 2015
Větrná energie •
Obecně označuje zařízení, které je určeno k přeměně energie větru v jiný druh energie (mechanickou, popř. elektrickou).
•
Největším typem zařízení jsou elektrárny s vodorovnou osou otáčení, pracující na vztlakovém principu, kde vítr obtéká lopatky.
•
Možnosti využití větrné energie na území ČR nelze v žádném případě srovnávat s možnostmi přímořských zemí. Přesto se nedá jednoznačně říci, že na území naší republiky nelze využívat energii větru. V každém případě by měla být instalována zařízení, která budou brát ohled na dané podmínky, tedy zejména menší převládající rychlost větrů a jejich menší četnost a pravidelnost. Předcházet stavbě by měl, důkladný průzkum a rozbor větrných podmínek. V ČR je několik výrobců malých větrných turbín pro domácí použití. Velké turbíny se až na vyjímky dovážejí.
23
3. 11. 2015
Často diskutované otázky: Hlučnost Konstrukce moderních větrných elektráren pokročila natolik, že ve vzdálenosti cca 500 m od stožáru větrné elektrárny o výkonu 2 MW hladina hluku splňuje hygienické limity, tj. 40 dB. Negativní zkušenosti s hlukem se vztahují zejména k větrným elektrárnám starší konstrukce z první poloviny 90. let minulého století.
Ohrožení ptáků a plašení zvěře
Dle výzkumu britské Královské společnosti pro ochranu ptáků na základě měření ve Walesu připadá na každých deset tisíc ptáků pouze jedna smrtelná kolize. Větší problém pro ptactvo představuje automobilový provoz nebo vedení vysokého napětí. Dle výzkumu, který prováděl Ústav pro výzkum divoce žijících zvířat na veterinární univerzitě v Hannoveru, se provádělo srovnání území s větrnými elektrárnami a bez větrných elektráren. Výzkum nepotvrdil obavy, že by větrné elektrárny zapříčinily stěhování divoce žijící zvěře (zajíci, srnčí, lišky a další zvěř).
24
3. 11. 2015
Vliv na příjem televize a rádia Tento problém by se mohl vyskytnout tehdy, kdyby byly stožáry větrných elektráren umístěné v bezprostřední blízkosti antény vysílače. Běžný provoz příjmu rozhlasu, televize a sítě mobilních operátoru sítě GSM neruší. Vliv stínu rotující vrtule (tzv. diskoefekt) Tento jev se projeví pouze za slunečného počasí, je-li slunce nízko nad obzorem ráno nebo večer. Při umísťování větrných elektráren se již ve fázi projektu dbá na to, aby rušivý vliv jejich stínů zasahoval lidská obydlí co nejméně.
https://www.stream.cz/banat-cz/10007109-hlucne-vetrniky-nauzemi-narodniho-parku#nejnovejsi
Vliv na turistický ruch Údaje z britské studie vlivu větrných farem na turistický ruch prováděné britskou parlamentní komisí z května 2006 nezaznamenaly pokles návštěvnosti míst, kde jsou postavené větrné elektrárny. Skutečnost je taková, že se návštěvnost takových míst naopak zvýšila (?). Zkušenosti z České republiky tuto situaci potvrzují – ať se jedná o větrné elektrárny v Jindřichovicích pod Smrkem na Liberecku nebo Pavlova na Jihlavsku (?). Vliv na krajinný ráz (visual polution)
25
3. 11. 2015
Vliv na krajinný ráz (visual polution)
Vliv na mořskou faunu Chvění stožárů je přenášeno mořskou vodou a to způsobuje problémy některým mořským živočichům
26
3. 11. 2015
PRO:
PROTI:
Zdroj: Frantál, B. a kol. (2008): Vliv větrných elektráren na percepci krajiny a životního prostředí. Život. Prostr., Vol. 42, No.6, p. 307-312
III. GEOTERMÁLNÍ ENERGIE Geotermální energie a energie mělkého horninového prostředí Využitelný potenciál geotermální energie je nesrovnatelně menší než energie slunečního záření dopadajícího na Zemi. Zdroje geotermální energie mohou být: sopky, gejzíry, horké prameny, parní výrony. V ČR je několik regionů, kde je tento zdroj dobře využitelný (viz. vytápění Děčína). V mnoha případech je také efektivní využít energii mělkého horninového prostředí například pomocí tepelných čerpadel. Ty fungují jako obrácená chladnička. Výměník tepla na zadní straně chladničky hřeje, vytápí naši kuchyni. Zbavuje se tak tepla, které převedla z nižší hladiny (+5 až +10 C uvnitř chladničky) na hladinu vyšší (asi +30 C na povrchu tepelného výměníku). Tepelné čerpadlo na místo potravin ochlazuje jiné médium. Tím může být např. vzduch v okolí domu, na půdě nebo ve sklepě, podzemní voda (v hlubinných vrtech), povrchová voda (v řece, v rybníku), pramen geotermální vody, půda na zahradě nebo v okolí domu.
27
3. 11. 2015
Technický princip tepelného čerpadla Základní části chladícího okruhu: výparník, kompresor, kondenzátor a expanzní ventil. Teplo odebrané venkovnímu prostředí se ve výparníku předává pracovní látce (kapalnému chladivu) při relativně nízké teplotě. Zahřátím chladiva dojde k jeho odpaření a páry jsou následně stlačeny v kompresoru na vysoký tlak. Stlačené chladivo je přiváděno do kondenzátoru, kde při kondenzaci předává teplo do topné vody za vyšší teploty než bylo teplo ve výparníku odebráno. V expanzním ventilu se cyklus uzavírá a dochází ke snížení tlaku chladiva na původní hodnotu ve výparníku.
Tepelné čerpadlo
28
3. 11. 2015
Otázky: • Jak využívat pozemky nad výparníkem? • ...
HDR technologie - Hot Dry Rock
V České republice je nejméně 60 lokalit vhodných pro technologii Hot Dry Rock (HDR), neboli „suchá skála“, přičemž dostupný potenciál je asi 320MW. Geotermální energii u nás využívají například v Ústí nad Labem, kde slouží k vytápění plaveckých bazénů a od května 2006 také k vytápění zoologické zahrady. Také v Děčíně je od roku 2002 v provozu výtopna, která využívá geotermální energii pro zásobování poloviny města teplem. V Litoměřicích provedli zkušební vrty do hloubky přes 2.000m. V plánu jsou další tři vrty do hloubky 5 km, přičemž teplota na dně vrtu by měla dosahovat 178 stupňů Celsia. Jená se o nejhlubší vrty na území České republiky. EkoDotace, MŽP ČR, SFŽP ČR, srpen 2010
29
3. 11. 2015
IV. ENERGIE VODY
Vodní energie Voda je v přírodě nositelem energie mechanické, tepelné a chemické. Největší význam má, z hlediska technického využití, mechanická energie vodních toků neustále obnovována koloběhem vody v přírodě. Jejím původem je energie slunečního záření. Energie vodních toků se projevuje ve formě potenciální (polohové a tlakové) a ve formě energie kinetické (rychlostní). Základní prvky malé vodní elektrárny jsou vodní dílo, vodní stroj a generátor elektrické energie. Vývoj vodních turbín vedl k využití několika typů. V zásadě existují turbíny přetlakové, kdy tlak vody se mění při průchodu turbínou a rovnotlaké, kdy voda vstupuje do turbíny se stejným tlakem, s kterým z ní vychází. Vodní energie má příznivou energetickou návratnost (ERoEI)
30
3. 11. 2015
Tzv. lodní mlýn na řece Sávě (Slovinsko, 2009)
Na území Čech první zmínka o vodním mlýně na Ohři u Žatce (Němec, Hladný, 2006) Matoušek (2010) datuje první zmínku o vodním mlýně do 12.stol.
Horní Poříčí / Otava
31
3. 11. 2015
čerpání důlních vod a pitné vody drcení surovin (stoupy) hamry dřevozpracující (pily, soustružení dřeva) - výroba elektřiny -
Kolo Drtkol, 12m průměr, horní voda, výkon 16HP, čerpání důlní vody (Březové Hory, PB)
Vodní elektrárna na Štvanici v Praze byla vybudována v letech 1913 až 1914
32
3. 11. 2015
Malá vodní elektrárna (MVE) je označení pro vodní elektrárny s instalovaným výkonem maximálně do 10 MW včetně. Evropská unie však považuje za MVE vodní elektrárny do výkonu 5 MW. Velká většina výkonu vodních elektráren (cca 90 %) je z elektráren o výkonu větším než 5 MW a zbylých cca 10 % je z MVE podle evropského řazení. Malé vodní elektrárny se většinou budují v místě bývalých mlýnů a jezů. Pro konstrukci malých vodních elektráren se často používá Bánkiho turbína, která je konstrukčně velmi jednoduchá a tím i ekonomicky výhodná na pořízení.
33
3. 11. 2015
http://calla.ecn.cz/atlas/list.php?type=1
Seznam 491 malých vodních elektráren v ČR Francisova horizontální kotlová turbína Union z roku 1919 (sloužila pro mechanický pohon mlýna), asynchronní generátor původně od r. 1919, zprovozněna 1987,
nyní rekonstrukce
Podevrážský mlýn u ČBu (mezi Dubným a Čakovem)
Nejstarší vodní elektrárna v Čechách – 1888 Písek V roce 1888, byla ve mlýně v Písku uvedena do provozu nová, Křižíkem vybavená elektrárna. Pět vodních kol mlýna bylo nahrazeno jedním velkým kolem Sagebienova typu. Toto kolo o průměru 8 a šířce 4 metry pohánělo 3 složení mlýnská a 3 dynama, která dodávala elektrický proud 24 obloukovkám městským a 61 žárovkám obecním i soukromým.
Elektrárna v Písku (2014)
34
3. 11. 2015
Malé vodní elektrárny v ČR vyrobí ročně v průměru 964 GWh elektřiny, velké, včetně přečerpávacích, 2.292 GWh. Výstavba dalších velkých vodních elektráren je nereálná. Celkový instalovaný výkon všech vodních elektráren v ČR představoval v roce 2006 2 175 MWe. U malých vodních elektráren se v roce 2010 počítá s dosažením 1140 GWh výroby. Současný evropský trend výstavby vodních elektráren oproti předpokladům o obnovitelných zdrojích v EU zaostává.
Velké vodní elektrárny v ČR (2007)
Negativní průvodní jevy malých vodních elektráren z hlediska ekologie krajiny: •
....
•
....
Negativní průvodní jevy velkých vodních elektráren z hlediska ekologie krajiny: •
zanášení údolních nádrží
•
zatopení velkého území včetně sídel, příp. nerostných ložisek a pod.
•
....
35
3. 11. 2015
Sociální a etické dopady výstavby údolních přehrad
V. BIOMASA
36
3. 11. 2015
BIOMASA – DEFINICE:
Biomasa je souhrn látek tvořících těla všech organismů, jak rostlin, bakterií, sinic a hub, tak i živočichů. Tímto pojmem často označujeme rostlinnou biomasu využitelnou pro energetické účely. Energie biomasy má svůj prapůvod ve slunečním záření a fotosyntéze, proto se jedná o obnovitelný zdroj energie. Organická hmota
Biomasa je definována jako substance biologického původu (pěstování rostlin v půdě nebo ve vodě, chov živočichů, produkce organického, organické odpady). Biomasa je buď záměrně získávána jako výsledek výrobní činnosti, nebo se jedná o využití odpadů ze zemědělské, potravinářské a lesní výroby, z komunálního hospodářství a z údržby krajiny a péče o ni.
Biomasa (pro potřeby fytoenergetiky): •
Biomasa je produktem fotosyntézy rostlin, při kterém nabývá různých forem. Pro energetické využití jsou vhodné hlavně dřevnatějící a vláknité tkáně a obaly (dřevo, stonky, listy a oplodí).
•
Emise z biomasy jsou výrazně nižší než z fosilních paliv: biomasa je tzv. "CO2 neutrální" (spalováním se uvolní tolik CO2, kolik je spotřebováno pro další růst rostlin); ve dřevě není síra, ve slámě je jí 0,1% (2% u hnědého uhlí); dusíku je jen 0,1-0,5% (fosilní mají až 1,4%)
•
Obsah těžkých kovů v palivech z biomasy se přibližuje nule. Některé energetické plodiny však mohou být využity k záměrné akumulaci těžkých kovů z kontaminovaných půd a při spalování je možné těžké kovy ze spalin odloučit.
•
Energie obsažená v biomase (13-18 MJ/kg - dle obsahu vody) je srovnatelná se severočeským hnědým uhlím.
37
3. 11. 2015
Biomasu lze podle typu využít buď pro spalování nebo ji biochemicky přeměnit (kvašením, esterifikací) na další ušlechtilá biopaliva jako je bioplyn , bionafta nebo etanol.
Spalování
BIOMASA
Biochemická přeměna na jiná paliva
•
V současnosti je u nás nejlépe dosažitelná tzv. zbytková biomasa, což jsou sklizňové zbytky v zemědělství a dřevní odpad v lesnictví jejichž množství je odhadováno na 8 - 10 tis tun/rok.
•
Dalším zdrojem biomasy jsou plantáže energetických plodin (topoly, vrby, příp.rostliny), které mohou být zakládány i na nevyužitých zemědělských půdách nebo na půdách devastovaných lidskou činností (skládky, výsypky, kontaminované půdy).
•
Sklizená nebo zbytková biomasa je pro spalování upravována na různé typy biopaliva: štěpku, pelety, brikety, balíky.
•
Popel ze spalování biomasy použitelný jako hnojivo.
•
Produkce a využití biomasy vytváří nová pracovní místa a posiluje místní ekonomiku - peníze vynakládané za fosilní paliva jdou mimo obec a v případě biomasy zůstávají v obci nebo v regionu.
•
Plantáže vytrvalých plodin a dřevin mohou při vhodném umístění sehrát pozitivní roli i při ochraně proti vodní a větrné erozi. Tyto plochy se mohou stát i faktorem přispívajícím k ekologické stabilitě krajiny.
38
3. 11. 2015
Plantáže vytrvalých plodin a dřevin
Fytoenergetika je souhrn technologií umožňujících energetické využívání biomasy. Jde především o přímé spalování v domovních kotlících či v kotlích centrálního zásobování teplem. Rozvíjejí se však i další technologie, jako je anaerobní digesce, výroba bionafty, etanolu, apod.
39
3. 11. 2015
Způsoby využití biomasy Důležitým parametrem je vlhkost (resp. obsah sušiny v biomase) Obsah sušiny je větší než 50%
suché procesy
Obsah sušiny je menší než 50%
mokré procesy
Suché procesy -
Spalování
-
Zplynování
-
Pyrolýza
Mokré procesy -
Alkoholové kvašení
-
Metanové kvašení
40
3. 11. 2015
Vytápění, ohřev užitkové vody
Spalování biomasy
+ Výroba elektrické energie
Výroba tepelné a elektrické energie z biomasy/dřevního odpadu – Trhové Sviny
41
3. 11. 2015
Fytoenergetika má ze všech oborů využívání obnovitelných zdrojů energie největší potenciál. Většinou se uvádí okolo 80 %. Je schopna zabezpečit pevná, plynná i kapalná paliva. V současné době je z biomasy v ČR vyráběno kolem 2 % veškeré energie. Do roku 2010 mělo dojít k nárůstu na 6 % a do roku 2020 na 10 %.
Využití ladem ležící půdy
42
3. 11. 2015
Předpokládaná struktura zemědělské půdy v ČR tis. ha
%
Výměra zemědělské půdy
4 280
100
Převod do jiných kategorií
80
2
Výměra „marginálních“ oblastí
1 000
23
Půda pro produkci potravin ČR
2 700
63
500
12
„Nadbytečná“ půda Zdroj (5)
Využití pro energetické plodiny (?)
Do seznamu povolených energetických rostlin, jejichž pěstování je v České republice podporováno dotacemi, byly zařazeny následující druhy: Jednoleté: • laskavec Amaranthus L. • konopí seté Canabis sativa • sléz přeslenitý Malva verticilata L. Dvouleté: • pupalka dvouletá Oenothera hiemis L • komonice bílá Melilotus alba L.
43
3. 11. 2015
Víceleté a vytrvalé: • mužák prorostlý (Silphium perfoliatum L.) • jeřabina východní Galega orientalis • topinambur Helianthus tuberosus L. • psineček bílý Agrostis Gigantea L. • čičorka pestrá Coronilla varia L. • oman pravý Inula helenium L. • šťovík krmný Rumex tianshamicus × Rumex patientia • sveřep bezbranný Bromus inermis Leyss (odrůda Tribun) • sveřep samužníkovitý Bromus carharticus Vahl (odrůda Tacit) • lesknice rákosovitá Phalaris arundinacea L.
Nebezpečí nekontrolovatelného šíření – ekologické následky
44
3. 11. 2015
Rychlerostoucí dřeviny jsou dřeviny s krátkou obmýtní dobou a s hmotovým přírůstkem významně převyšujícím průměrný hmotový přírůstek ostatních dřevin. Z tohoto důvodu se pěstují a sklízejí pro výrobu obnovitelné energie. Rychlerostoucí dřeviny, perspektivní pro produkční plantáže v ČR, se dělí následovně: v ČR ověřené:
topoly, vrby;
v ČR ověřované:
pajasan, jilmy
v ČR perspektivní:
růže zejm. trnité, olše, lípy, lísky, jeřáby;
v ČR nerostoucí:
baobab
ALE: Biopaliva versus biodiverzita
- Rozsáhlé monokultury jsou druhově chudé - Náročnější druhy (vyžadující specifické podmínky) se neuchytí - Při zakládání energetických plantáží v místech s „původní přírodou“ – pokles biodiverzity (invazní druhy) - např. Paulovnie
45
3. 11. 2015
V.1. BIOPLYN (bioplynové stanice)
BIOPLYN Bioplyn je směs plynů, který vzniká při mikrobiálním rozkladu organické hmoty za nepřítomnosti kyslíku (anaerobnífermentace). Hlavními složkami jsou metan (CH4) a oxid uhličitý (CO2), malý podíl tvoří vodík (H2), dusík (N2), sulfan – sirovodík (H2S) a vodní pára (H2O). Výslednými produkty je bioplyn s obsahem 55 – 75% metanu a výhřevností cca 18 – 26 MJ/m3.
46
3. 11. 2015
Bioplyn je v přírodě za vhodných podmínek produkován např. : v mokřadech, trávicích ústrojích přežvýkavců nebo na rýžových polích. na skládkách odpadů – skládkový plyn v čistírnách odpadních vod - kalový plyn
Jímání metanu v rybničním bahně a jeho výbušné vlastnosti – zábava venkovských chlapců
VYUŽITÍ •
Přímé spalování (topení, sušení, ohřev užitkové vody ...)
•
Výroba elektrické energie a ohřev teplonosného média (kogenerace)
•
Pohon spalovacích motorů nebo turbín pro získání mechanické energie („biogas as vehicle fuel“)
Lokalizace bioplynových stanic v České republice
47
3. 11. 2015
Schema využití biomasy pro energetické účely
Materiál vhodný pro výrobu bioplynu: •
Siláž, senáž, rostlinné zbytky, energetické plodiny, nejprodejná zemědělská produkce Kejda, hnůj, Jateční a mlékárenské a cukrovarnické bioodpady Domovní a komunální bioodpady Bioodpad ze zahrad a údržby veřejné zeleně (kromě dřeva) Jiné odpady (kaly, masokostní moučka aj.)
• • • • •
.
48
3. 11. 2015
Výhody bioplynových stanic: • • • • • •
Zdroj obnovitelné energie Využití energetických zásob z místních zdrojů Zvýšení konkurenceschopnosti zemědělského sektoru Zužitkování organické složky komunálního odpadu obcí a měst Soběstačnost v dodávce tepla a možnost prodeje přebytků Výroba stabilizovaného hnojiva
Typy bioplynových stanic: •
• • •
Zemědělské – zpracovávají pouze vstupy ze zemědělské prvovýroby Kofermantační (průmyslové) – zpracovávají často tzv. rizikové vstupy (jateční odpady, kaly z čistíren, tuky a pod. – musí splňovat nařízeníEU/hygienická pravidla) Komunální – zpracování komunálních bioodpadů (bioodpad z údržby zeleně, domácností, jídelen apod.) Součást čistíren odpadních vod
49
3. 11. 2015
VI. Využití odpadů Součást čistíren odpadních vod
ČOV České Budějovice (bioplynová stanice)
50
3. 11. 2015
Slabá místa: •
Nutnost neustálého přísunu biomasy (dovoz, nákup)
•
....
•
....
51
3. 11. 2015
Biopaliva – ekologie naruby? Biopaliva jsou paliva vzniklá cílenou výrobou či přípravou z biomasy a biologického odpadu. Představují jeden ze způsobů využití biomasy. Rozdělení dle generací: 1. generace: z polysacharidů a olejnin - mohou konkurovat výrobě potravin 2. generace: z lignocelulozových zbytků (dendromasa a zbytková biomasa) 3. generace: z řas a mikroorganismů - průběžná sklizeň Biopaliva první generace – bionafta a biolíh
52
3. 11. 2015
Důvody pro výrobu biopaliv v ČR:
využití zemědělské půdy
snižování emisí (EU požadavky)
snižování závislosti na dovozech ropy
dnes tyto tři důvody již tak neplatí. Platí jen snižování závislosti na dovozech ropy, snižování emisí je sporné, existují analýzy které to potvrzují i analýzy, které to vyvracejí, využití půdy trvá
400.000ha řepky v ČR, z toho 37% jde na biopaliva (2013); plocha řepky by se již neměla zvyšovat, podíl na biopaliva by mohl dosáhnout 50%
Bionafta vyrobená ze sójového oleje
Na základě rozhodnutí EU a schválení našimi poslanci se do paliv povinně přidává biosložka, v roce 2012 – u benzínu 4,1%, u nafty 6% Klady: biologicky odbouratelné, při výrobě další produkty – řepkové šroty, .. glycerin, produkt z domácí suroviny, nevyváží se surovina ale již produkt (glycerin) Monokultury řepky: hnojiva, chemické látky …(až 6 postřiků) – až tak „ekologické“ to zase není Pokud v Evropě se bude zvyšovat podíl bio v palivech, bude se muset dovážet např. palmový olej, tzn. Budou se kácet původní lesy a vysazovat plantáže palem. Využití zemědělské půdy pro biopaliva je tak sporné.
53
3. 11. 2015
Dovoz: Brazilie, Argentina, Indonésia (etanol, estery sojového oleje, palmového oleje) – tím logika EU postrádá smysl Biopaliva dotována do roku 2002, dnes v ČR nejsou dotována (je nižší spotřební daň) Cena bionafty nižší o 20%, zvýšení spotřeby o 5%, pokles výkonu o 5% Např. v Praze dopravní podnik polovina autobusů (520) používá 100% biopaliva (úspora 70mil Kč/ročně), v zimě konvenční nafta Benzín E 85 (bioetanol, biolíh), nutná úprava motoru – další řídící jednotka, asi 300 čerpacích stanic (2013); nebo se přidává do normálního benzínu – tzv. blendování
vyrábí se z cukrovky, vedlejší produkt – řepné řízky pro silážování, granule pro krmení – tím se část biomasy opět vrací do půdy; nebo se řízky míchají s prasečí kejdou, s kukuřicí pro výrobu bioplynu
Útlum produkce cukru v EU – výroba biolihu umožňuje pěstování řepy specializovaným zemědělcům Výroba biolihu závislá na okolních dodavatelích, nelze řepu dovážet (dopravní náklady
Jaká je energetická návratnost u výroby biolihu? (ERoI) odhad 1:3 (včetně pěstování, dopravy, zpracování aj.); u fosilních – dobrá ložiska bylo až 1:100, Obecně: biopaliva mají energetickou návratnost, avšak ta nedosahuje hodnot jako paliva klasická;
biopaliva 1,2,3 max. 4. v Brazílii z cukrové třtiny až 8
kdyby se chtěla nahradit energie z uhlí biopalivy, nestačila by zemědělská půda ČR, musel by se vzít ještě kus lesního půdního fondu (Beneš, 2013) pokud by biopaliva měla pokrýt veškerou spotřebu energie, pak by ČR musela mít dvojnásobnou rozlohu biopaliva jen jako náhradní, nouzový zdroj energie (rozvoz potravin, traktory v zemědělství apod.
54
3. 11. 2015
Postoj EU k biopalivům dnes: 10% PHM z biopaliv (široké souvislosti): půda není využívána k produkci potravin ale k výrobě biopaliv, to vede k nárůstu cen potravin; mnoho lesů se mění zemědělskou půdu – zásah do koloběhu uhlíku (sekvestrace C se sníží), dopad na globální klimatické změny, dopad na biodiverzitu
EU změnila pohled na biopaliva: 6% PHM z biopaliv a 4% z nepotravinářských zdrojů Biopaliva druhé a třetí generace – budoucnost, zatím nejsou provozy (výzkum využití řas, BÚ ČSAV Třeboň, potřebují k růstu vyšší teplotu než 20stupňů C, u nás rostou jen část roku Každá nová technologie by měla přinést minimálně trojnásobek vložené energie, energetická efektivnost u metylesteru řepky vychází dnes 1:3, použije-li se řepková sláma v energetice, pak je poměr 1:3,5 U palmy olejné je ERRoI vyšší ale vyšší negativní dopady – vypalují se lesy, vysušují močály, snižuje biodiverzita, vysoké dopravní náklady
ČR biopaliva cca 70% pokryje z vlastních zdrojů, 30% dováží z okolních zemí ale i z evropských přístavů, kam přicházejí i ze zámoří, ale okolní země EU dováží a tím se dostávají i k nám
Tzv. třetí země využily poptávky po biopalivech a jsou největší producenti biopaliv/surovin na světě na úkor vlastní produkce potravin Biopaliva v současnosti své místo mají, ale jen jako doplněk k ostatním zdrojům energie, nemohou zatím plně nahradit ta fosilní. Jediná energie, se kterou se nemusí šetřit, je sluneční energie V ČR 2 mil. ha op, na 1 mil. ha plodiny na potraviny na 1 mil. ha technické plodiny, v obilninách jsme soběstační, třetí svět se vrhl na soju, palmu olejnou, cukrovou třtinu – zvýšení cen potravin – hlad – nepokoje – sociální výbuch. Budoucnost – nové technologie výroby paliv (z odpadů aj.) – to je v horizontu 20ti let, než to bude ekonomicky výhodné, co ihned: úspory – doprava – veřejná doprava, lepší technologie využívání PHM apod., omezení zbytečných transportů
55
3. 11. 2015
BIOPALIVA - dobrá idea, která narazila na problém globalizace: regionální produkce x celosvětový obchod. Pokud se vozí biolíh z Brazílie, myšlenka úspor ztrácí smysl.
V létě 2013 schválil Výbor pro životní prostředí, veřejné zdraví a bezpečnost potravin Evropského parlamentu podíl biopaliv první generace maximálně 5,5 %.
VII. OSTATNÍ NETRADIČNÍ ZDROJE ENERGIE v ČR nedostupné •
využití energie přílivu a odlivu (slapová energie)
•
využití energie mořských vln
•
využití energie rozdílů teplot v oceánu (oceánské tepelné eletrárny)
56
3. 11. 2015
•
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).
•
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.
•
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 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.
57
3. 11. 2015
Využití energie osmotického tlaku První prototyp osmotické elektrárny mají v Norsku. Tato elektrárna pro svůj chod potřebuje slanou a sladkou vodu. Podle propočtů mohou osmotické elektrárny v budoucnu vyrobit až 1700 TWh elektřiny ročně. Předtím však bude nutné vychytat jejich nedokonalosti, jako je nedostatečná účinnost polopropustných membrán. Výhodou ale je, že jejich chod není závislý na rozmarech počasí, jako je u větrných nebo solárních elektráren.
ÚSPORY NOVÉ TECHNOLOGIE JADERNÁ ENERGETIKA …?
58
3. 11. 2015
KONEC
59
