Trvale udržitelný rozvoj a jeho aspekty v podnikatelské praxi. Alternativní zdroje energie

Soubor pracovních listů pro žáky

CZ.1.07/1.1.34/02.0014 Trvale udržitelný rozvoj a jeho aspekty v podnikatelské praxi

Alternativní zdroje energie

Alternativní zdroje energie Soubor pracovních listů pro žáky

2013

Realizátor: Seductus, s.r.o. Vladimíra Majakovského 2092/7 434 01 Most IČ: 25489411

Projekt Trvale udržitelný rozvoj a jeho aspekty v podnikatelské praxi reg. č. CZ.1.07/1.1.34/02.0014 je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Zhotovitel: IMPOWER ENERGY, s.r.o. Sadová 15 434 01 Most IČ: 25489399

Úvod


Úvod Předmětem souboru je komplexní příprava vzdělávacího materiálu pro volitelný předmět určený pro 2. stupeň základních škol (7.–8. ročník). Komplexní příprava vzdělávacího materiálu obsahuje následující oblasti:

modul „Ovzduší“

modul „Voda“

modul „Alternativní zdroje energie“

Cílem vytvořeného vzdělávacího programu pro žáky 2. stupně základních škol je stimulace ekologického myšlení a jednání žáků a uvědomění si spoluzodpovědnosti člověka za stav životního prostředí a to prostřednictvím interaktivních, tvořivých nebo kooperativních metod. Vytvořený vzdělávací program zahrnuje ekologický, environmentální, biologický a ochranářský prvek.

Podstatným prvkem programu je návaznost a respektování školních výukových osnov, které vedou ke stimulaci zájmů cílových skupin, dále také k rozvoji tvořivosti a podpoře vzájemné spolupráce mezi žáky. Velký důraz je kladen na maximální míru popularizace a srozumitelnosti celého programu. Soubor pracovních listů pro žáky, kromě tematického zaměření z daných oblastí, obsahuje ekonomický aspekt, který upozorní žáky s potřebou dodržování objektivních limitů s ohledem na zabezpečení kvality života budoucích generací. Je žádoucí, aby žáci byli obeznámeni s ekonomickými souvislostmi plynoucími z podnikání v souladu s principy udržitelného rozvoje.

3

Obsah


Obsah Úvod ......................................................................................................................................................................................................3 Pracovní list 1 – Energie, význam pro společnost ..........................................................................................................................6 Pracovní list 2 – Trvale udržitelný rozvoj ...................................................................................................................................... 12 Pracovní list 3 – Ekologická stopa .................................................................................................................................................. 16 Pracovní list 4 – Spotřeba energie, svět a EU............................................................................................................................... 21 Pracovní list 5 a 6 – Zdroje energie ................................................................................................................................................25 Pracovní list 7 – Energie a životní prostředí ................................................................................................................................ 30 Pracovní list 8 – Energie a uhlí ........................................................................................................................................................35 Pracovní list 9 – Energie a ropa ......................................................................................................................................................39 Pracovní list 10 – Energie a zemní plyn ........................................................................................................................................ 44 Pracovní list 11 – Energie a atom ................................................................................................................................................... 48 Pracovní list 12 – Energie a voda ....................................................................................................................................................53 Pracovní list 13 a 14 – Energie a vítr............................................................................................................................................... 57 Pracovní list 15 a 16 – Energie a Slunce .........................................................................................................................................62 Pracovní list 17 – Energie a biomasa .............................................................................................................................................. 67 Pracovní list 18 – Energie a země ................................................................................................................................................... 73 Pracovní list 19 – Energie a oceány ................................................................................................................................................ 76 Pracovní list 20 – Energie a legislativa, koncepce, efektivita, úspory..................................................................................... 80 Pracovní list 21 – Vyber tu správnou energii................................................................................................................................ 88

5


Energie, význam pro společnost

Pracovní list 1


1.1. Úvod Rozvoj společnosti by bez energie nebyl možný. Bylo tomu tak v minulosti a není tomu jinak ani v současnosti a nebude v budoucnosti. Dnešní společnost je na energii závislá. Od přístupu k energii se odvozuje lidský, sociální i ekonomický rozvoj. Energie mají zásadní vliv na produktivitu, zdraví, vzdělávání, klimatickou změnu i lidskou komunikaci. Přesto, anebo právě proto, se ve vyspělých zemích energie používají až příliš. V dnešním moderním světě jsou téměř všechny věci, které nám ulehčují život poháněny energii. Když přijdete domů, rozsvítíte si, zapnete rádio, televizi nebo si ohřejete jídlo v mikrovlnné troubě. Do těchto různých spotřebičů přichází energie. My si už neuvědomujeme, jak těžké bylo přijít na zdroje energie pro nás již samozřejmé, a kolik let to trvalo. Dnes víme, že rozvod energie je nám zajištěn až domů, my se už nemusíme o nic starat, jen zasednout a odpočívat. Ale kdo nám umožnil užívat si tohoto pohodlí, kterého se nám denně dostává.

A kde se všechna ta energie bere? Poptávka po energiích neustále stoupá, ve vyspělých zemích i v těch rozvojových. I přes vysokou cenu, kterou za energie platíme přímo (v penězích) i nepřímo (poškozováním životního prostředí), mnohdy dochází ke zbytečnému plýtvání s energií.

1.2. Teoretická část 1.2.1. Slunce a energie Zdrojem téměř veškeré energie, kterou přijímá Země je Slunce. Nebýt energie přicházející na Zemi z vesmíru, nebylo by zde rostlin ani živočichů. Energie z většiny alternativních zdrojů např. větrná energie, má také svůj původ na Slunci. Spalování fosilních paliv rovněž uvolňuje sluneční energii nahromaděnou v rostlinách před miliony let. Na Zemi přitom přichází jen pouhý zlomek z obrovského množství energie uvolňované Sluncem. Tato energie pochází z jaderné syntézy probíhající hluboko v jeho středu. Slunce vyzařuje tak obrovské množství energie, že je každou sekundu lehčí o miliony tun své hmoty. Energie se k Zemi dostává ve formě elektromagnetické energie, což je jediná energie, která se může šířit vesmírem. Přichází ve formě infračerveného a ultrafialového záření a viditelného světla. Slunce je středem Sluneční soustavy, jejíž součástí je i Země. Je drobnou hvězdou v galaxii obsahující 100 000 milionů hvězd a nazývané Mléčná dráha. Ve vesmíru jsou miliony milionů jiných galaxií oddělených vesmírnými vzdálenostmi v jinak skoro prázdném prostoru. Vesmír není pravděpodob-

6

ně nekonečně velký. Veškeré záření a veškerá hmota ve vesmíru jsou podobami energie. Ve středu hvězd hmoty ubývá, zatímco odpovídající množství energie se vždy v důsledku toho uvolní. Vývoj vesmíru začal „Velkým třeskem“, kdy určité množství energie vzniklo z ničeho. Podle teorie velkého třesku vznikl veškerý prostor a čas v jediném bodě, mnohem menším než je atom. Tento bod musel obsahovat veškerou energii celého vesmíru. Vzhledem k tomu, že celý prosto byl tak malý, musel být neuvěřitelně horký. Za tak vysokých teplot byly zřejmě dnes známé síly, jakou je například gravitace, velmi odlišné. Nejspíš vůbec neexistovala hmota, ale pouze tepelná energie. Z pozorování hvězd a galaxií tvořících vesmír vyplývá, že se od sebe vzdalují. To znamená, že velký prostor tvořící vesmír se rozpíná podobně, jako se roztahuje pružný obal nějakého obrovského balónu. Pokud by to byla pravda a vesmír se bude nadále rozpínat, pak toto pevně dané množství energie bude existovat jen po určitou dobu, a tedy jednoho dne vesmír ukončí svou existenci „Velkým krachem“. Avšak my už nyní víme, že Slunce vyhasne již za 5 miliard let.


1.2.2. Člověk a energie Člověk využíval energii odjakživa, ještě dřív, než si to byl vůbec schopen uvědomit. V době kamenné lidé používali energii svých vlastních svalů k takové práci, jako bylo získávání potravy nebo stavba příbytků. Energie z ohně byla používána pro tepelnou úpravu jídla už před 500 000 roky. Ačkoliv okamžik objevení ohně není přesně znám, lidské bytosti jej používají po tisíce let. Obyvatelé jeskyň z pozdní doby kamenné udržovali v nich teplo pomocí ohně nepřetržitě po měsíce a roky. Od té doby se lidé naučili ještě účinněji využívat služeb ohně, ať při vytápění a osvětlování příbytků, tak i pro odlévání zlata, výrobu keramiky a skla. Největší část energie v ohni je teplo uvolňované při hoření paliva. Prvním palivem bylo dřevo, avšak dřevěné uhlí vyrobené zahříváním dřeva bez přítomnosti vzduchu hoří plamenem o vyšší teplotě. Kromě tepla má oheň i svou energii v podobě světla a zvuku, takže může být viděn, cítěn a slyšen. Naši předkové na rozdíl od nás dokázali žít v trvalé harmonii s přírodou, používali pouze obnovitelné zdroje energie a užívali v podstatě bezodpadové technologie. Předali nám až do 19. století nezdevastovanou přírodu.

1.2.3. První vodní a větrná energie Již staré národy mohli pozorovat, jaká obrovská síla se skrývá v pohybující se vodě a větru. Ačkoli neměli vůbec vědecké cítění, uvědomili si, že je možné tyto živly přinutit dělat nějakou užitečnou práci. Dávné civilizace užívaly „mechanické energie“ k práci, jakou bylo zvedání, mletí zrní, stavitelství, doprava lidí a nákladů. Tato mechanická energie mohla být získána z větru a pohybující se vody. Vítr a tekoucí voda jsou nejpatrnějšími projevy přírodní energie na Zemi, avšak tato energie má svůj původ na Slunci. Vítr byl jednou z prvních přírodních sil, kterou se lidé učili využívat k tomu, aby už 3500 let př. n. l. uvedli do pohybu lodě s plátěnými plachtami. Na pevnině se začal vítr využívat, když se v Persii kolem roku 700 n. l. objevily první větrné mlýny. Lopatky se otáčely vodorovně a byly spojeny přímo s mlýnskými kameny, které drtily zrno. Síla větru byla také využívána k zavlažování suché půdy a k odvodňování mokřin. Větrná energie představuje energii proudění vzduchu vůči zemskému povrchu - větru, který vzniká díky teplotním rozdílům různých oblastí atmosféry. Větrné elektrárny využívají tento druh energie k její přeměně na elektrickou energii. Energie větru je na rozdíl od vody snadno dostupná všude a měla by být využívána mnohem více. Ale opak je pravdou. I když je také využívána odpradávna, až na výjimky sloužila především v lodní dopravě.


Výhodnost plachet poznal člověk rovněž ještě v době kamenné. Vítr nejen nefouká stále, ale často i mění směr. Proto se ve velkých námořních bitvách starověku plachty zásadně skasávaly, aby rozmar počasí nemohl ovlivnit výsledek boje. I ve středověku znala Evropa dlouho jen tzv. latinskou plachtu tj. v podstatě obdélník vytažený na stěžeň, který dovoloval využít především zadní vítr ve směru plavby a jen částečně i boční. A tak teprve pod vlivem Arabů (a ti zase pod vlivem Číny) se přechází i k dalšímu druhu plachtoví a otočnému ráhnu, které dovoluje naplno využít nejen silu bočního větru, ale při manévrování i proti větru. I tak znamenalo při dlouhých plavbách oceánem bezvětří těžko odstranitelnou hrozbu. Ano, v lodní dopravě vítr sehrál důležitou roli, ale později byl vystřídán parním strojem a poté ještě dalšími druhy pohonů. Velkým průkopníkem ve využívání energie větru byla Čína. Svými vynálezy ovlivnila nejen vodní dopravu, ale také stála u zrodu větrných mlýnů. Snad vůbec první větrný mlýn se objevil v Seistanu, bezřeké části dnešního západního Afghanistánu, patrně počátkem 7. stol. př. K. Mlýny stávaly na účelově budovaných pahorcích, hradních věžích či vrcholcích kopců. V jejich horní komoře spočíval mlýnský kámen, zatímco v dolní se otáčel rotor se šesti či dvanácti lopatkami pokrytými dvojitou vrstvou tkaniny. Otvory ve tvaru dovnitř se zužujícího trychtýře v dolní komoře urychlovaly proudění vzduchu opírajícího se do plachet. Uspořádání se svislým rotorem se rozšířilo takřka po celé Asii. Ve středověkém Egyptě sloužily tyto mlýny k drcení cukrové třtiny, ale jinak vesměs k mletí obilí. Celá staletí bývaly větrné mlýny víceméně hříčkami větru, který je nechával na holičkách, když často měnil směr. Pak přišel Angličan Edmund Lee a v roce 1745 vymyslel stabilizační „ocasní plochy“ a podružné větrné kolo, tedy soustavu, jež rotor samočinně nastavovala proti větru. U nás jsou první větrné mlýny doloženy ve 12. století. Jejich domovem se staly především jihomoravské roviny. V minulém století jejich charakteristická křídla zmizela, i když ne beze zbytku, někde ještě dominuje krajině kamenná věž. V zásadě se jednalo o dva druhy staveb. U tzv. sloupového mlýna se za větrem otáčela celá budova (musela ovšem být dřevěná a spočívala na silném centrálním nosném sloupu). Vyspělejší typ představovala pevná budova s otočnou hlavicí střechy. Také původní plátěná křídla, kopírující v podstatě plachty, nahradily dřevěné lištové lopatky. Energie proudící vody patří spolu s energií větru mezi nejstarší využívané druhy energie. Používání vodních kol různých typů a velikostí se datuje již od nejstarších civilizací. Vodní kola byla poprvé využívána pro zavlažování před rokem 600 př. n. l., ale pro mletí zrní byla vodní energie použita v různých částech světa někdy kolem roku 100 př. n. l. Vynálezem vodního kola se zrodil první motor.

7



1.2.4. Energie pro člověka

V půdě se tak např. postupně vytváří humus. Vodní a půdní bakterie pak přispívají k postupnému převodu zbytků organických látek v minerální částice rozpustné ve vodě, které opět mohou rostliny přijímat svými kořeny.

Zdrojem energie pro životní funkce člověka a pro jeho pohyb je potrava - stejně jako u ostatních organismů. Základem potravy jsou organické látky, které mlýny se vyznačují tím, žehříčkami je v nich větru, který je nechával na holičkách, když často Celá staletí bývaly větrné víceméně probíhá v přírodě neustálý oběh látek umožněný jedutajená energie (jsou to jakési energetické konzervy) - a tato měnil směr. Pak přišel Angličan Edmund Lee a v roceTak1745 vymyslel stabilizační "ocasní plochy" a nostranným tokem energie, tj. od příjmu slunečního záenergie má svůj původ ve slunečním záření. podružné větrné kolo, tedy soustavu, jež rotor samočinně nastavovala proti větru. ření k „uskladnění energie“ ve formě organických látek až po uvolňování pro život, kterépředevším se vždy část enerEnergetické konzervy U nás jsou první větrné mlýny doloženy ve 12. století. Jejichenergie domovem se přistaly gie mění v teplo. (Zcela v souladu s termodynamickými jihomoravské roviny. V minulém století jejich charakteristická křídla zmizela, i když ne beze zbytku, zákony…) Protože život se řekne latinsky bios – označujeme látky Organické látky, které jsou základem veškeré potravy, vyněkde ještě dominuje krajině kamenná věž. V zásadě se jednalo o dva druhy staveb. U tzv. vytvářené živými organismy slovem biomasa. tvářejí rostliny při velmi složité reakci fotosyntéze. Tato resloupového mlýna se za větrem otáčela celá budova (musela ovšem být dřevěná a spočívala na akce probíhá pouze v zelených rostlinách, v jejichž buňkách silném centrálním nosném sloupu). Uvolňování energie potřebné k životním dějům probíhá jsou složitě uspořádané části (organely) obsahující chlorofyl. v buňkách pozvolnaTaké a postupně buďplátěná za nepřístupu vzduchu Při Vyspělejší ní energie slunečního záření rozloží vodu a kyslík uniká typ představovala pevná budova s otočnou hlavicí střechy. původní křídla, (různými formami kvašení – anaerobně), nebo za využívádo kopírující okolí. Přijatá energie umožňuje řadu následujících reakv podstatě plachty, nahradily dřevěné lištové lopatky. ní kyslíku ze vzduchu (aerobně) při buněčném dýchání. Při cí, při nichž vodík reaguje s oxidem uhličitým přijímaným ze Energie proudící vody spolu s energií větru mezianaerobních nejstarší využívané druhy energie. pochodech se uvolňuje menšíPoužívání množství energie vzduchu a vzniká glukóza jakopatří základní organická látka. látkycivilizací. ještě na energii (např.poprvé alkohol, či růzvodních kol různých typů a velikostí se datuje již od– a zbývají nejstarších Vodníbohaté kola byla né plyny). Při aerobním způsobu uvolňování energie V mnoha dalších různých reakcích za přítomnosti minerálvyužívána pro zavlažování před rokem 600 př. n. l., ale pro mletí zrní byla vodní energie použita vse uvolní daleko více energiekola – a uvolňuje až oxid uhličitý a voda. ních látek přijímaných ve vodných roztocích z půdy různých částech světa někdy kolem roku 100 vzniká př. n. l. Vynálezem vodního se zrodilse,první motor. Je to jakýsi opak fotosyntézy, i když probíhá v jiných reakcích. v rostlině mnoho složitých organických látek, které tvoří její 1.2.4 pro člověka tělo. ČástEnergie vytvořených organických látek rostliny využívají jako zdroj energie pro pro svůj životní život – pro růst, člověka vývoj a reakce Zdrojem energie funkce a pro jeho pohyb je potrava - stejně jako u ostatních na organismů. změny prostředí. Následně organické látky vytvořené 1.2.5. Uvolňování Základem potravy jsou organické látky, které se vyznačují tím, že jeenergie v nich utajená energie rostlinami postupně využívají živočichové (nejprve býložrav(jsou to jakési energetické konzervy) - a tato energie má svůj původ ve slunečním záření. ci, potom všežravci a masožravci), kteří je ve svých tělech Energie se ovšem organických látek může uvolňovat také Energetické konzervy přetvářejí a uvolňují z nich energii potřebnou pro svůj život. rychle – hořením. Když organická látka (např. dřevo) hoří, energie se z ní uvolňuje světla a teplareakci – a do ovzduOrganické látky, které jsou základem veškeré potravy, vytvářejí rostlinyv podobě při velmi složité Organické látky jsou i v opadalých listech, ve výkalech živočiší přitom uniká oxid uhličitý, vodní páry a podle toho, které fotosyntéze. Tato reakce probíhá pouze v zelených rostlinách, v jejichž buňkách jsou složitě uspořádané chů, v tělech všech uhynulých organismů. Tuto energii využísložité látky tvořily tělo organismu, unikají i některé další plyčásti (organely) obsahující chlorofyl. Při ní energie slunečního záření rozloží vodu a kyslík uniká do okolí. vají ke svému životu někteří vodní a půdní živočichové (např. ny a minerální látky zůstávají v podobě popela. Přijatá energie umožňuje řadu následujících reakcí, při nichž vodík reaguje s oxidem uhličitým žížala, stinka), většina hub i někteří prvoci, tzv. rozkladači.

přijímaným ze vzduchu a vzniká glukóza jako základní organická látka.

Zdroj: KEV ČR

Obrázek: Fotosyntéza - poutání energie pro život Fotosyntéza – poutání energie pro život (KEV ČR)

V mnoha dalších různých reakcích za přítomnosti minerálních látek přijímaných ve vodných roztocích

8 z půdy vzniká v rostlině mnoho složitých organických látek, které tvoří její tělo. Část vytvořených

organických látek rostliny využívají jako zdroj energie pro svůj život - pro růst, vývoj a reakce na změny prostředí. Následně organické látky vytvořené rostlinami postupně využívají živočichové (nejprve


Oxid uhličitý Množství oxidu uhličitého v ovzduší se po značně dlouhou dobu téměř neměnilo, protože rostliny spotřebovávají k fotosyntéze přibližně stejné množství oxidu uhličitého, jako se do ovzduší uvolňuje při dýchání i při rozkladu látek v přírodě – tlením, hnitím nebo hořením. Oxid uhličitý se také rozpouští ve vodě a naopak z ní uniká, účastní se reakcí v půdě (při zvětrávání, při vytváření krasových útvarů apod.), uniká ze sopek apod.


1.2.6. Jednotka energie Energie je fyzikální veličina, která bývá charakterizována jako schopnost hmoty (látky nebo pole) konat práci. Jako symbol energie se používá písmeno E. Hlavní jednotka energie i práce v soustavě SI je joule, značka jednotky: J. Je definován jako práce, kterou vykoná síla 1 N působící po dráze 1 m.

Sluneční energie dopadající na Zemi je využívaná při fotosyntéze poměrně málo – pouze asi 1% z dopadajícího sluneční záření Další používané mimo soustavové jednotky jsou: je využito k vytváření biomasy. Daleko více energie ohřívá zemOrganické látky jsou i v opadalých listech, ve výkalech živočichů, v tělech všech uhynulých organismů. ský povrch (přibližně 42 %) a přispívá k vypařování vody (okolo kalorie (cal, rovná se 4,185 J), používala se ve fyzice Tuto energii využívají ke svému životu někteří vodní a půdní živočichové (např. žížala, stinka), většina 23 %). Toto sluneční záření je zdrojem energie pro oběh vody před zavedením metrické jednotky hub i někteří prvoci, rozkladači. tak např. postupně vytváří humus. Vodní a půdní bakterie (hydrologický cyklus) a pro tzv. proudění ovzdušíV–půdě vznik se větrů. pak přispívají k postupnému převodu zbytků organických látek v minerální částice ve zhruba vodě, množ kilokalorie (kcal, rovná rozpustné se 4185 J, tedy které opětvývoji mohou rostliny svými kořeny. Lidé ve svém nejprve propřijímat svůj život využívali energii ství energii potřebné pro ohřátí litru vody o jeden z rostlinné a živočišné potravy – podobně jako ostatní živostupeň Celsia), dodnes se občas používá při výpočtu Tak probíhá v přírodě neustálý oběh látek umožněný jednostranným tokem energie, tj. od příjmu čichové. Později se naučili využívat oheň a zdrojem energie energetické hodnoty potravin slunečního záření k „uskladnění energie“ ve formě organických látek až po uvolňování energie pro život, bylo hlavně dřevo. A ještě daleko později pak po staletí i tisípřipřikteré se vždy část energie měnírůzných v teplo.nástrojů, (Zcela v souladu termodynamickými zákony….) Protože ciletí zajišťování tepla, světla, pro výrobu selektronvolt (eV, je to přibližně 1,602 × 10-19 J, tedy se řekne latinsky bios – energii označujeme látky vytvářené živýmienergie, organismy slovemzíská biomasa. při život dopravě atd. využívali sluneční - buď přímo, nebo již elektron proběhnutím elektrického v podobě větru, vody a dřeva. pole s potenciálem jednoho voltu), používá se přeUvolňování energie potřebné k životním dějům probíhá v buňkách pozvolna a postupně buď za devším v částicové fyzice nepřístupu vzduchu (různými formami kvašení - anaerobně), nebo za využívání kyslíku ze vzduchu Asi před dvěma sty lety (v počátcích tzv. průmyslové revolupři buněčném dýchání. Při anaerobních se uvolňuje energie -a ce)(aerobně) lidé přišli na to, že k získávání energie mohou použít také pochodech tuna měrnéhomenší paliva –množství používá se v energetice zbývají látky ještě na energii bohaté (např. alkohol, či různé plyny). Při aerobním způsobu uvolňování látky, získávané zpod zemského povrchu. Zpočátku začali vyenergie se uvolní dalekopozději více stále energie - a uvolňuje uhličitý a–voda. Jesetov jakýsi opaka silové užívat především uhlí a o něco více i ropu a zem- se, až oxid kilowatthodina používá energetice ní plyn – fosilní paliva. na spotřebu energie rostly. elektrotechnice fotosyntézy, i kdyžNároky probíhá v jiných reakcích.

Zdroj: KEV ČR

Obrázek: Uvolňování energie pro život Uvolňování energie pro život (KEV ČR)

1.2.5 Uvolňování energie Energie se ovšem organických látek může uvolňovat také rychle - hořením. Když organická látka (např. dřevo) hoří, energie se z ní uvolňuje v podobě světla a tepla – a do ovzduší přitom uniká oxid uhličitý,

9



rgetice a silové elektrotechnice Spotřeba energie roste Z následující tabulky a grafu je patrné, jak rostla osobní spotřeba člověka od minulosti po současnost a především odhad dalšího růstu.

sobní spotřeba člověka od minulosti po současnost a

Odhady růstu spotřeby energie v historii až po současnost (kJ/osobu/den) Historické období

v historii až po současnost (kJ/osobu/den) První formy člověka

é zařazení .let př.n.l.

0 let př.n.l

Prehistorický člověk (využívání ohně atd.) Denní spotřeba/osoba

Primitivní zemědělství 8 000 kJ (množství v Středověk

20 000 kJ

Používání uhlí

0 let př.n.l. 50 000kJ Používání ropy 1400 n.l. 110 000 kJ

c 19.stol.

21.stol

Předpoklad za 100 let

300 000 kJ

potravě)

Časové zařazení

Denní spotřeba/osoba

…1 mil.let př.n.l.

8 000 kJ (množství v potravě)

100 000 let př.n.l

20 000 kJ

okolo 500 let př.n.l.

50 000kJ

okolo 1400 n.l.

110 000 kJ

konec 19.stol.

300 000 kJ

poč. 21.stol

1 mil kJ

+100 let

7x zvýšení ???

Počet lidí roste 1 mil kJ spotřeba energie, ale také počet lidí, Roste ale nejen osobní spotřebovávajících tuto energii – viz graf na následující straně. 7x zvýšení ??????

lávacích programů, příspěvek k Mezinárodnímu roku Kde vzít pro tolik lidí energii? Milada Švecová, Kvasničková, Eva Jiříková,zdraEnergetickéDanuše služby mají rozsáhlý dopad na produktivitu, ví, vzdělávání, klimatické změny bezpečnost potravin a bezologické výchovy

ramy rok.

Proč roste spotřeba energie? Zatímco dříve si člověk vystačil denně s pár kilogramy dřeva na topení, v současné době je průměrná např. osobní spotřeba energie v ČR 6100 kWh za rok.

pečnost v zásobování vodou i v komunikačních službách. Právě proto absence přístupu k čisté, přístupné a spolehlivé energii brzdí ekonomický, sociálnídobě i lidskýje rozvoj a představudřeva na topení, v současné průměrná je velkou překážku v realizaci rozvojových cílů tisíciletí.

Následky neexistujícího nebo ztíženého přístupu k energiím mají dopad na zdraví osob i na ekonomiku. Pokud například nemocnice nebo školy nemají řádný přístup k energiím, nemohou plně fungovat. I přístup k pitné vodě závisí na efektivní činnosti přečerpávajících stanic.

Správně fungující energetický systém umožňuje zvyšovat produktivitu, zlepšovat konkurenceschopnost, podporovat ekonomiku a hospodářský růst. Organizace spojených národů (OSN) poukazuje na negativní následky využívání energie, která není udržitelná. Emise z pevných paliv jsou příčinou klimatických změn, způsobují znečišťování ovzduší ve městech, okyselení (acidifikace) půdy i vody. Proto snižování uhlíkových emisí zůstává prioritou v problematice spotřeby energie. Pod záštitou generálního tajemníka Pan Ki-muna přišla OSN s novou iniciativou, „Trvale udržitelnou energií pro všechny“, v jejímž rámci si stanovila do roku 2030 tři hlavní cíle: 1.

univerzální přístup k moderním energetickým službám

2.

snížení světové energetické náročnosti o 40 %

3.

zvýšení využívání trvale udržitelné energie ve světě o 30 %

Energie je potřebná pro veškerý život lidí: pro život a pohyb člověka, pro výrobu, pro svícení, pro dopravu, pro udržování potřebné teploty v místnostech, pro veškerou práci.

10



Růst lidské populace v průběhu historie s výhledem do roku 2025 (mld.)

Zdroj: http://phys.org/news196489543.html

Kde vzít pro tolik lidí energii? Energetické služby mají rozsáhlý dopad na produktivitu, zdraví, vzdělávání, klimatické změny bezpečnost potravin a bezpečnost 1.3. Praktická část v zásobování vodou i v komunikačních službách. Právě proto absence přístupu k čisté, přístupné a spolehlivé energii brzdí ekonomický, sociální i lidský rozvoj a představuje velkou překážku v realizaci rozvojových cílů tisíciletí. 1.

Zdroje

Co je energie a k čemu ji člověk potřebuje?

Následky neexistujícího nebo ztíženého přístupu k energiím mají dopad na zdraví osob i na ekonomiku. Pokud napříkladjak nemocnice nebo nemají řádný přístup k energiím, nemohou plně fungovat. I 2. Porovnejte, se dříve a dnesškoly energie získává Energie jako průřezové téma školních vzdělávacích přístup k pitnék životnímu vodě závisíprostředí. na efektivní činnosti přečerpávajících programů, stanic. příspěvek k Mezinárodnímu roku obnovive vztahu telných zdrojů energií pro všechny, Milada Švecová,

Správně fungující energetický systém umožňuje zvyšovat produktivitu, zlepšovat konkurenceschopnost, Danuše Kvasničková, Eva Jiříková, Kamila Sásiková, 3. Proč se tak prudce s průmyslovou revolucí zvýšila podporovat ekonomiku a hospodářský růst. Šárka Fandovská, Klub ekologické výchovy, 2012 spotřeba energie? Organizace spojených národů (OSN) poukazuje na negativní následky využívání energie, která není udržitelná. Emise z pevných jsou– příčinou klimatických způsobují znečišťování ovzduší ve změn, www.odmaturuj.cz/fyzika/historie-energie/ 4. Představte si váš 1 den bezpaliv energie jak by od vaměstech, okyseleníaž(acidifikace) i vody. Proto snižování uhlíkových emisí zůstává prioritou v šeho probuzení do uložení sepůdy k spánku vypadal? www.energia.sk/clanok/obnovitelne-zdroje/osnproblematice spotřeby energie. 5.

Pokuste se odhadnout vaši denní spotřebu energie.

6.

phys.org/news196489543.html Proč OSN přišla s iniciativou „Trvale udržitelná ener1. univerzální přístup k moderním energetickým službám gie pro všechny“? 2. snížení světové energetické náročnosti o 40% cs.wikipedia.org/wiki/Energie

-+vyhlasila-rok-2012-za-medzinarodny-rok-trvalo-

Pod záštitou generálního s novou iniciativou, „Trvale udržitelnou Porovnejte s ostatními. tajemníka Pan Ki-muna přišla OSN -udrzatelnej-energie-pre-vsetkych/5509/ energií pro všechny“, v jejímž rámci si stanovila do roku 2030 tři hlavní cíle:

3.

zvýšení využívání trvale udržitelné energie ve světě o 30%.

phys.org/news196489543.html Energie je potřebná pro veškerý život lidí: pro život a pohyb člověka, pro výrobu, prosvícení, prodopravu, pro udržování potřebné teploty v místnostech, pro veškerou práci.

1.3

Praktická část

proatom.luksoft.cz/view.php?cisloclanku=2006030401

1) Co je energie a k čemu ji člověk potřebuje? 2) Porovnejte, jak se dříve a dnes energie získává ve vztahu k životnímu prostředí. 3) Proč se tak prudce s průmyslovou revolucí zvýšila spotřeba energie? 4) Představte si váš 1 den bez energie – jak by od vašeho probuzení až do uložení se k spánku vypadal? 5) Pokuste se odhadnout vaši denní spotřebu energie. Porovnejte s ostatními. 6) Proč OSN přišla s iniciativou „Trvale udržitelná energie pro všechny“? 13

11


Trvale udržitelný rozvoj

Pracovní list 2


2.1. Úvod Právo člověka na příznivé životní prostředí je obsaženo v zákoně o životním prostředí z 5. 12. 1991 (č. 17/1992 Sb.). Zákon definuje v § 6 trvale udržitelný rozvoj jako rozvoj, který současným i budoucím generacím zachovává možnost uspokojovat jejich základní životní potřeby a přitom nesnižuje rozmanitost přírody a zachovává přirozené funkce ekosystémů. V České republice byla první Strategie udržitelného rozvoje schválena v r. 2004, aktuálně platný dokument byl jako Strategický rámec udržitelného rozvoje České republiky (SRUR ČR) schválen usnesením vlády ČR č. 37 ze dne 11. ledna 2010. Tento dokument tvoří dlouhodobý rámec pro politická rozhodování v kontextu mezinárodních závazků, které ČR přijala

v souvislosti s členstvím v Evropské unii (EU), Organizaci pro hospodářskou spolupráci a rozvoj (zkráceně OECD z angl. Organisation for Economic Co-operation and Development) a Organizaci spojených národů (OSN), respektující zároveň specifické podmínky České republiky.

2.2. Teoretická část 2.2.1. Definice trvale udržitelného rozvoje Snad nejznámější a také nejjednodušší definice trvale udržitelného rozvoje pochází ze právy Naše společná budoucnost, kterou vydala Světová komise pro životní prostředí a rozvoj OSN (UN WCED) v roce 1987:

Trvale udržitelný rozvoj je takovým rozvojem, který naplňuje potřeby přítomných generací, aniž by ohrozil schopnost budoucích generací naplňovat potřeby své.

Od té doby je pojem rozpracováván a jsou identifikovány jednotlivé dimenze a principy. V každém případě je koncept trvale udržitelného rozvoje mnohem širší než ochrana životního prostředí. Trvale udržitelný rozvoj je často chápán jako sestávající ze tří pilířů, a to z environmentální udržitelnosti, ekonomické udržitelnosti a sociální udržitelnosti.

12

Pokud v z hlediska sociální udržitelnosti rozlišíme rovinu politiky a rovinu společnosti, můžeme říci, že udržitelný rozvoj vyžaduje současný a vyrovnaný pokrok ve čtyřech oblastech, které jsou relativně nezávislé:

sociální

ekonomické

ekologické

politické

Časoprostorové souvislosti Tři kruhy, vysvětlující pojem trvale udržitelného rozvoje, představují vzájemný poměr životního prostředí, hospodářství a společnosti. Výzvy trvale udržitelného rozvoje znamenají nový vztah k budoucnosti (osa času) a změnu vztahů bohatého světového Severu a chudého Jihu (prostorové hledisko). Takové pochopení časoprostorových souvislostí vede k několika důležitým závěrům:

Ekonomické, společenské a ekologické procesy jsou vzájemně závislé. Soukromí i veřejní aktéři nemohou nikdy jednat izolovaně a jednostranně; navíc musí


vždy brát v úvahu vzájemný vliv uvedených tří dimenzí: životního prostředí, společnosti a ekonomie.

Od této strategické vize jsou odvozeny globální cíle: a)

Koncept trvale udržitelného rozvoje má mnohem více globální rozměr, než ochrana životního prostředí.

Dlouhodobé důsledky našich současných zásahů je třeba vzít v úvahu pro zajištění budoucnosti příštích generací (mezigenerační rozměr).

Trvale udržitelný rozvoj předpokládá v delším časovém měřítku změnu našeho hospodářského systému a naší společnosti, snížení naší spotřeby zdrojů a zároveň zachování výkonné ekonomiky a posun směrem k solidárnější společnosti. Jiná struktura vztahů mezi Severem a Jihem: z ekologického hlediska není možné přesadit způsob života našich průmyslových společností do zemí Jihu. Dlouhodobým cílem trvale udržitelného rozvoje je zlepšit kvalitu života v těchto zemích, které se dnes potýkají s podmínkami extrémní chudoby.

2.2.2. Milníky trvale udržitelného rozvoje Základními milníky rozvíjení trvale udržitelného rozvoje jsou světové summity jako Konference OSN o životním prostředí a rozvoji (Rio de Janeiro, 1992), Summit tisíciletí a Světový summit o udržitelném rozvoji (Johannesburg, 2002). Strategie udržitelného rozvoje EU Evropská rada přijala v roce 2001 v Göteborgu první Strategii udržitelného rozvoje EU. Ta byla doplněna v roce 2002 vzhledem ke Světovému summitu OSN (Johannesburg, 2002) a v roce 2006 pak přijata jako obnovená Strategie udržitelného rozvoje EU 2. Dokument identifikuje přetrvávající neudržitelné trendy ve vztahu ke změně klimatu, užití energie, veřejnému zdraví, chudobě a sociálnímu vyloučení, demografickým tlakům a stárnutí společnosti, nakládání s přírodními zdroji, ztrátě biodiverzity, dopravě a užití území. Tyto trendy musí být změněny, aby bylo dosaženo udržitelného rozvoje. Globálním cílem obnovené Strategie je zlepšení života současné generace i generací budoucích cestou vytvoření udržitelných komunit schopných efektivně užívat zdroje a odblokovat ekologický a sociální inovační potenciál nutný k zajištění ekonomické prosperity, ochrany životního prostředí a sociální soudržnosti.


Ochrana životního prostředí (ekosystémy, biodiverzita, zdroje, udržitelná výroba a spotřeba),

b) Sociální soudržnost (sociální soudržnost, zdraví, bezpečnost, práva, rovné příležitosti, kulturní diverzita), c)

Ekonomická prosperita (prosperita, inovace, znalosti, eko-efektivita, životní standard, zaměstnanost),

d)

Mezinárodní odpovědnost (stabilní demokratické instituce, mír, bezpečnost, svoboda, globální udržitelnost, mezinárodní závazky).

Obnovená Strategie udržitelného rozvoje EU uvádí základní principy tvorby strategie. Dokument dále obsahuje následující klíčové výzvy (témata udržitelnéhorozvoje): 1.

Globální změna klimatu a čistší energie (obecný cíl: Zmírnit změnu klimatu, související náklady a nepříznivé důsledky pro společnost a životní prostředí).

2.

Udržitelná doprava (obecný cíl: Zajistit, aby naše dopravní systémy byly v souladu s hospodářskými, sociálními a environmentálními potřebami společnosti a současně měly co nejmenší nežádoucí dopady na hospodářství, společnost a životní prostředí).

3.

Udržitelná výroba a spotřeba (obecný cíl: Podporovat udržitelné modely spotřeby a výroby).

4.

Ochrana a management přírodních zdrojů (obecný cíl: Zlepšit péči o přírodní zdroje a zabránit jejich nadměrnému využívání s oceněním hodnoty schopností ekosystémů).

5.

Veřejné zdraví (obecný cíl: Podpora dobrého veřejného zdraví s rovnými podmínkami a zlepšení ochrany před zdravotními hrozbami).

6.

Sociální inkluze, demografie a migrace (obecný cíl: Zohledněním mezigenerační solidarity a solidarity uvnitř generací vytvořit společnost podporující sociální začlenění a zajistit a zlepšit kvalitu života občanů jako předpoklad trvalého individuálního blahobytu).

7.

Globální chudoba a výzvy udržitelného rozvoje (obecný cíl: Aktivně podporovat udržitelný rozvoj na celém světě a zajistit, aby vnitřní a vnější politiky Evropské unie byly v souladu s globálním udržitelným rozvojem a jejími mezinárodními závazky).

13



2.2.3. Strategický rámec udržitelného rozvoje ČR Dne 11. ledna 2010 schválila vláda ČR svým usnesením č. 37 Strategický rámec udržitelného rozvoje České republiky, který určuje dlouhodobé cíle pro tři základní oblasti rozvoje moderní společnosti – ekonomickou, sociální a environmentální. Priority a cíle udržitelného rozvoje jsou řazeny do následujících pěti prioritních os:

Prioritní osa 1: Společnost, člověk a zdraví

Prioritní osa 2: Ekonomika a inovace

Prioritní osa 3: Rozvoj území

Prioritní osa 4: Krajina, ekosystémy a biodiverzita

Prioritní osa 5: Stabilní a bezpečná společnost

V rámci prioritní osy 1 byl mimo jiné stanoven Cíl 2: Snížit dopady spotřeby obyvatel ČR na ekonomickou, sociální a environmentální oblast. Cílem je snížit dopady spotřeby domácností jak na environmentální, tak i sociální a ekonomickou oblast prostřednictvím osvětových a výchovných prostředků působení na širokou veřejnost. V současnosti jsou domácnosti klíčovým přispěvatelem k problémům v daných oblastech a odhaduje se,že by se spotřeba domácností měla do roku 2030 zdvojnásobit; jako oblasti spotřeby domácností s největším dopadem jak na životní prostředí, tak na ekonomickou a sociální oblast byly stanoveny konzumace jídla a pití, dopady spojené s užíváním budov (tj. spotřeba energií a zdrojů jako je voda) a individuální automobilová doprava.

zákon o životním prostředí (č. 17/1992 Sb.), který obsahuje mj. i definici trvale udržitelného rozvoje (podobnou definici Světové komise pro životní prostředí a rozvoj, angl. World Comission on Environment and Development - WCED): Zákon zdůrazňuje též právo člověka na příznivé životní prostředí. 90. léta byla ve znamení restrukturalizace průmyslu a omezení znečišťování ovzduší i vody. Narůstá podíl tříděného i recyklovaného odpadu. Přesto však energetická náročnost výroby v ČR zůstává vysoká, výrazně nad průměrem EU. V roce 2005 byl schválen zákon o podpoře využívání obnovitelných zdrojů energie (č. 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. Alternativním postupem, vhodným z hlediska trvale udržitelného rozvoje, není garance minimálních výkupních cen, ale započtení tzv. externalit do výrobních cen. Tyto externality by zvýšily výrobní ceny v těch elektrárnách, které výrazně narušují životní prostředí a převedly by tak náklady, které platí společnost, přímo na výrobce. Současný stav běžný v tržní ekonomice, kdy výrobce platí jen přímé náklady na výrobu elektřiny, odvozené z tržní ceny suroviny, není pro trvale udržitelný rozvoj žádoucí.

2.2.4. Budoucnost rozvoje energetiky – výroby energie Za udržitelnou energii lze pokládat energii, jejíž výroba nebo spotřeba má jen minimální negativní dopad na životní prostředí.

Trvale udržitelný rozvoj v ČR Před rokem 1989 nebyly u nás principy trvale udržitelného rozvoje nijak zohledňovány. V roce 1991 byl schválen první

Rozvoj, který současným i budoucím generacím zachovává možnost uspokojovat jejich základní životní potřeby a přitom nesnižuje rozmanitost přírody a zachovává přirozené funkce ekosystémů.

14

Využívání obnovitelných zdrojů energie, zvyšování energetické účinnosti spolu s úsporami energie jsou 3 základní pilíře udržitelné energetiky.



2.3. Praktická část 1.

Vysvětlete vlastními slovy co je to trvale udržitelný rozvoj (TUR).

2.

Proč je celosvětová snaha o prosazení TUR tak důležitá?

Zdroje

www.mzp.cz/cz/strategie_udrzitelneho_rozvoje

www.mzp.cz/C1257458002F0DC7/cz/strategie_udrzitelneho_rozvoje/$FILE/KM-SRUR_CZ20100602.pdf

4. Vysvětlete vlastními slovy 3 pilíře TUR.

cs.wikipedia.org/wiki/Inkluze_(sociologie)

5.

Proč je součástí Strategického rámce udržitelného rozvoje ČR i omezení spotřeby domácností?

cs.wikipedia.org/wiki/Trvale_udr%C5%BEiteln%C3%BD_rozvoj

6.

Jaký máte názor na udržitelnost vaší domácnosti?

www.enviwiki.cz/wiki/Co_trvale_udr%C5%BEiteln%C3%BD_rozvoj_je

7.

Jaký je vztah TUR a energie?

www.mzp.cz/cz/udrzitelny_rozvoj

8.

Jak může být energie udržitelná?

9.

Proč před rokem 1989 nebyly v ČR principy trvale udržitelného rozvoje nijak zohledňovány?

3.

Proč je současný stav neudržitelný?

Vysvětlivky Summit (z anglického summit – vrcholek) je setkání hlav států a vlád na nejvyšší úrovni, obvykle se značnou pozorností médií, které doprovázejí přísná bezpečnostní opatření a předem připravený program. Sociální inkluze je v sociologii „vyšší stupeň integrace postižených nebo znevýhodněných jedinců do společnosti a jejích institucí“. Externalita je označení pro vnější účinek nějakého ekonomického rozhodnutí, resp. činnosti, tzn. část dopadů činnosti, kterou nese někdo jiný než její původce. Jako externality se označují náklady či výnosy jiných subjektů, za které se neplatí: původce si tyto výnosy (tzv. pozitivní externality) nemůže přivlastnit, příp. tyto náklady (tzv. negativní externality) od něj nelze vymáhat. Příkladem negativních externalit je např. znečištění životního prostředí způsobené ekonomickou aktivitou; příkladem pozitivní externality je např. vzdělání nebo mimoprodukční užitečné funkce lesů.

15


Ekologická stopa

Pracovní list 3

Ekologická stopa

3.1. Úvod Koncept ekologické stopy můžeme považovat za účetní nástroj pro počítání ekologických zdrojů. Různé kategorie lidské spotřeby jsou převedeny na plochy biologicky produktivních ploch, nezbytné k zajištění zdrojů a asimilaci odpadních produktů. Jeden ze spoluautorů ekologické stopy, Kanaďan William Rees, ekologickou stopu přibližuje takto (viz zelený obdélník): Neříká nám tedy, co máme dělat, ale „pouze“ jakou stopu (vyjádřenou v globálních hektarech na osobu) zanechává náš životní styl a související spotřeba zdrojů v globálním měřítku.

Kolik plochy (země a vodních ekosystémů) je třeba k souvislému zajišťování všech zdrojů, které potřebuji ke svému současnému životnímu stylu a k zneškodnění všech odpadů, které při tom produkuji? Ekologická stopa je přesně tím, co jsme dosud postrádali – měřítkem toho, jak udržitelné jsou naše životní styly.

3.2. Teoretická část Lidé žijících v různých koutech Země vytváří rozdílné ekologické stopy. Pokud by se dala jedním slovem charakterizovat dnešní globální ekonomika a společnost, je to nerovnováha. Tomu odpovídá i velmi nerovnovážné tempo čerpání přírodních zdrojů v různých zemích světa.

Jak se ekologická stopa počítá? Existují dva základní způsoby výpočtu ekologické stopy:

jeden zkoumá zdroje odebrané z přírody (například dřevo nebo obilí), ze kterých se vyrábějí předměty spotřeby (jídlo, oblečení, atd.)

druhý je zaměřen na jednotlivé kategorie spotřeby ve formě hotových výrobků.

Distribuce prospěchu a rizik spojených se spotřebou přírodních zdrojů a depozicí odpadů je nerovnoměrně rozmístěná. Zatímco populace v rozvinutých zemích každoročně zvyšují své nároky na přísun potravin, pohonných hmot, přírodních materiálů i depozici odpadů, které produkují, lidé v rozvojových zemích dále chudnou a jejich životní prostředí se zhoršuje. Ekologická stopa všech rozvinutých států překračuje produkci jejich vlastního území – kryjí svou spotřebu ze zdrojů jiných zemí. Negativní průvodní jevy výroby i spotřeby se ovšem projevují nejvíce v rozvojových, protože se často „nejšpinavější“ část výrobního procesu odbývá díky nízké legislativní ochraně právě zde. Důsledky klimatických změn se rovněž nejhůře podepisují na chudých zemích.

16

Oba mají samozřejmě stejný cíl – převést lidskou spotřebu na velikost používané plochy. Záleží na tom, co a na jaké úrovni se počítá. Způsoby jsou trochu odlišné proto, že na různých úrovních (regionálních, národních, globální) jsou dostupná jinak podrobná data.

Ekologická stopa

3.2.1. Jednotky měření ekologické stopy Ekologická stopa je vyjádřena v globálních hektarech. Každá jednotka odpovídá jednomu hektaru biologicky produktivních ploch s globálně průměrnou produktivitou. Kolik planet potřebujeme?


Z grafu vyplývá, že lidstvo jako celek se díky prudkému ekonomickému rozvoji a populačnímu růstu posledních 40 let dostalo od využívání zhruba poloviny biologické kapacity planety v roce 1961 na 1,2 biokapacity Země v roce 2002. Znamená to, že v současné době vytváříme globální ekologický deficit 0,2 Země (potřebovali bychom o „pětinu větší“ planetu). Tento deficit odpovídá globálnímu ekologickému „přestřelení“.

Výhodou ekologické stopy je, že jí můžeme porovnávat s tzv. Národní statistiky udávající, kolik národ jako celek spotřebuje dostupnou biologickou kapacitou. Ta vyjadřuje celkovou například obilnin, existují, u konkrétního člověka můžeme biologickou produktivitu biologicky produktivního prostoru vzít chléb. Při výpočtu ekostopy celé země, je nejvhodnější v rámci určitého celku, např. státu či celé Země. Vzhledem použít metodu zaměřenou na zdroje, u odhadu stopy jedince k tomu, že ekologickou stopu i biologickou kapacitu měříme Výhodou ekologické stopy je, že jí můžeme porovnávat s tzv. dostupnou biologickou kapacitou. Ta je pak vhodnější se zaměřit na jeho spotřebu, ze které se ve stejných jednotkách (globálních hektarech), můžeme je vyjadřuje celkovou biologickou produktivitu biologicky produktivního prostoru dále odvodí množství zdrojů, kterévbylyrámci použityurčitého na její zajišnavzájem porovnávat. Populace (např. státu či jiného území), celku, např. státu či celé Země. Vzhledem k tomu, že ekologickou stopu i biologickou kapacitu měříme tění – tedy začít z druhé strany. jejichž ekologická stopa překračuje biologickou kapacitu, vyve stejných jednotkách (globálních hektarech), můžeme je navzájem porovnávat. Populace (např. státu tváří ekologický deficit. Nárůst ekologické stopy v období 1961–2002 či jiného území), jejichž ekologická stopa překračuje biologickou kapacitu, vytváří ekologický deficit. Celkový nárůst ekologické stopy v období 1961–2002 je 155%. Situaci v globálním měřítku ukazuje následující graf, který Situaci v globálním měřítku ukazujekapacitou následující V období graf, který znázorňuje mezi využívanou 1991–2001, tedy 10 letvztah po Konferenci OSN o životním znázorňuje vztah mezi využívanou biologickou biologickou kapacitou (oranžová křivka) a její nabídkou (modrá křivka), vyjádřenou jako prostředí a rozvoji v Rio de Janeiro, vzrostla "počet ekostopaZemí". 27 ekono(oranžová křivka) a její nabídkou (modrá křivka), vyjádřenou Je zřejmé, takto vyjádřená nabídkanabídka biologické zůstává konstantní - 1.% Zemi máme, alespoň micky nejvyspělejších států o 8 na osobu, zatímco ve zbytjako „počet Zemí“. že Je zřejmé, že takto vyjádřená biokapacity ku světa se zmenšila o stejný podíl (8 %). Ve stejném období se logicképrozatím, kapacity zůstává konstantní, a sice 1. Zemi máme, k dispozici pouze jednu. dostupná biologická kapacita zmenšila o 12 % na osobu. alespoň prozatím, k dispozici pouze jednu.

Graf: Globální nabídka a poptávka

Zdroj: http://www.footprintnetwork.org/

Globální nabídka a poptávka

Z grafu vyplývá, že lidstvo jako celek se díky prudkému ekonomickému rozvoji a populačnímu růstu posledních 40 let dostalo od využívání zhruba poloviny biologické kapacity planety v roce 1961 na 1,2 17 biokapacity Země v roce 2002. Znamená to, že v současné době vytváříme globální ekologický deficit 0,2 Země (potřebovali bychom


Ekologická stopa

Mapy - intenzita využívání ekologických zdrojů Mapy - intenzita využívání ekologických zdrojů

Zdroj: http://www.footprintnetwork.org/ Zdroj: http://www.footprintnetwork.org/

Zdroj: http://www.footprintnetwork.org/ Zdroj: http://www.footprintnetwork.org/ Mapy - intenzita využívání ekologických zdrojů Tyto dvě mapy ilustrují globální nárůst ekologické stopy mezi lety 1961 a 2001. Čím tmavší odstín, tím větší a produkce odpadů astopy tím větší globálních hektarech Tytointenzita dvě mapyspotřeby ilustrují zdrojů globální nárůst ekologické meziekologická lety 1961 astopa 2001.(vČím tmavší odstín, tím na hektar). větší intenzita spotřeby zdrojů a produkce odpadů a tím větší ekologická stopa (v globálních hektarech Vysoká intenzita ekologické stopy může mít různé příčiny – Tyto dvě mapy ilustrují globální nárůst ekologické stopy mezi na hektar). vysokou hustotu obyvatel a Čína), vysokou spotřebu lety Vysoká 1961 a 2001. Čím tmavší odstín, stopy tím větší intenzita spo- příčiny intenzita ekologické může mít různé - vysokou hustotu(Indie obyvatel (Indie a Čína), zdrojů (Severní Amerika) nebo je oboje příčiny (Evropa). Z mapy třebyvysokou zdrojů a produkce a tím většíAmerika) stopa spotřebu zdrojů (Severní nebo oboje příčiny Z mapy také zřejmý Vysoká intenzita odpadů ekologické stopyekologická může mít různé příčiny - (Evropa). vysokou hustotu obyvatel (Indie anárůst Čína), je také zřejmý nárůst lidské spotřeby a tím i ekologické stopy. (v globálních hektarech na hektar). lidské spotřeby a tím i ekologické Zvětšení ekostopy 2,5x za 40 let přeměnilo vysokou spotřebu zdrojů (Severnístopy. Amerika) nebo globální oboje příčiny (Evropa). Z posledních mapy je také zřejmý nárůst Zvětšení globální ekostopy 2,5x za posledních 40 let přeměvětšinu zemského povrchu. lidské spotřeby a tím i ekologické stopy. Zvětšení globální ekostopy 2,5x za posledních 40 let přeměnilo nilo většinu zemského povrchu.

většinu zemského Ekologická stopa ČRpovrchu. Ekologická stopa ČR

22 22 18

Nizozemsko. Ve srovnání s dostupnou biokapacitou však Češi větší stopu než tyto státy nemají. Důvody lze tedy hledat zejména v nižší hustotě zalidnění a relativně vysoké míře soběstačnosti. Všechny zmiňované státy mají průměrnou hustotu zalidnění výrazně vyšší než Česko, což souvisí i s vyšším podílem obyvatelstva žijícího v městských aglomeracích. V případěEkologická ČR je ekologický deficit způsoben Alternativní zejména emisemi CO2.zdroje stopa

energie

Graf: Ekologická stopa české republiky v roce 2008

3.2.2. Ekologická stopa ČR Pokud vezmeme v potaz globální průměrnou produkci při nárocích průměrného obyvatele ČR, nárokovalo by si v současnosti lidstvo biokapacitu odpovídající 2,65 planetám místo stávajících 1,3. Aktuální ekologická stopa obyvatele ČR dosahuje 5,24 globálních hektarů (viz následující graf), zatímco dostupná biokapacita je pouze 2,47. V současnosti tedy přesahuje stopa obyvatel České republiky dostupnou biokapacitu zhruba dvakrát. To je dáno zejména strukturou průmyslu, který je Zdroj: značně energeticky náročný a otevřeností české ekonomiky http://wwf.panda.org/about_our_earth/all_publications/living_planet_report/living_planet_report_gr pro dovozy z jiných zemí. Dovozem zboží a služeb se ekoEkologická stopa české republiky v roce 2008 aphics/footprint_interactive/ logická stopa zvyšuje, naopak jejich vývozem se ekologická A jak jsou na tom jiné státy světa? To ukazuje následující graf z roku 2008, kde je Česká republika na stopa snižuje. 18 místě hned před Slovenskem. Průměrná globální stopa na obyvatele je 2,7 globálních hektarů a průměrná biokapacita nepatrně přesahuje 2 globální hektary. Průměrný obyvatel ČR tak potřebuje ke svému životnímu stylu dvakrát více plochy než průměrný globální obyvatel. V hodnotách přepočtených na obyvatele předstihla ČR i vyspělé státy jako Německo, Itálie nebo Nizozemsko. Ve srovnání s dostupnou biokapacitou však Češi větší stopu než tyto státy nemají. Důvody lze tedy hledat zejména v nižší hustotě zalidnění a relativně vysoké míře soběstačnosti. Všechny zmiňované státy mají průměrnou hustotu zalidnění výrazně

vyšší než Česko, což souvisí i s vyšším podílem obyvatelstva žijícího v městských aglomeracích. V případě ČR je ekologický deficit způsoben zejména emisemi CO2. 23 To ukazuje následující graf A jak jsou na tom jiné státy světa? z roku 2008, kde je Česká republika na 18 místě hned před Slovenskem.

Index ekologické stopy V roce 2008, lidé používali ekvivalent 1,5 planety, jak je patrné z grafu na další straně.

Graf: Přehled výše ekologický stop států světa v roce 2008

Zdroj: http://wwf.panda.org/about_our_earth/all_publications/living_planet_report/living_planet_report_gr Přehled výše ekologický stop států světa v roce 2008 aphics/footprint_interactive/ Index ekologické stopy V roce 2008, lidé používali ekvivalent 1,5 planety, jak je patrné z následujícího 19 grafu. Graf: indexu ekologické stopy Země v roce 2008


Ekologická stopa

Jaká je vaše ekologická stopa? V rámci praktické části výuky si spočítejte svou ekologickou stopu a poté se podrobně seznamte s její kalkulací:

V kalkulaci se dozvíte veškeré souvislosti ohledně způsobu dopravy do školy, provádění hygieny, svícení v domácnosti, nákupu ovoce ze zahraničí namísto z domácích zdrojů atd.

www.hraozemi.cz//swf/ekostopa2.php


Co je to ekologická stopa?

2.

Porovnejte ekologické stopy jednotlivých států světa a vysvětlete rozdíly – viz odkaz wwf.panda.org/about_our_earth/ all_publications/living_planet_report/living_planet_report_graphics/ footprint_interactive/

Zdroje

www.hraozemi.cz/ekostopa.html

www.footprintnetwork.org/en/index.php/GFN/ page/earth_overshoot_day/

www.enviwiki.cz/wiki/Ekologick%C3%A1_stopa _%C4%8Cesk%C3%A9_republiky

3.

Jakou roli hraje způsob a spotřeba energie ve výši ekologické stopy?

www.footprintnetwork.org/en/index.php/GFN/ page/world_footprint/

4.

Spočítejte si svou ekologickou stopu, srovnejte s ostatními a navrhněte, jak její hodnotu zlepšit:

www.footprintnetwork.org/

www.hraozemi.cz//files/ekostopa/ekostopa.php

20

Zdroj: http://www.footprintnetwork.org/en/index.php/GFN/page/world_footprint/ Index ekologické stopy Země v roce 2008 Jaká je vaše ekologická stopa? V rámci praktické části výuky si spočítejte svou ekologickou stopu a poté se podrobně seznamte s její kalkulací: http://www.hraozemi.cz//swf/ekostopa2.php V kalkulaci se dozvíte veškeré souvislosti ohledně způsobu dopravy do školy, provádění hygieny, svícení v domácnosti, nákupu ovoce ze zahraničí namísto z domácích zdrojů atd.

Spotřeba energie, svět a EU


Pracovní list 4


4.1. Úvod Nároky na množství energie rostly velmi rychle v minulém století a rostou stále. Dochází k rychlému čerpání zásob fosilních paliv a k velkému zatížení životního prostředí emisemi. Je nutné hledat a využívat alternativní, obnovitelné zdroje energie.

4.2. Teoretická část 4.2.1. Proč roste spotřeba energie?

Zvyšující se doprava. Rozvoj ekologické hromadné dopravy, především železniční (elektrifikace nových úseků), rozšiřování metra, tramvajových linek. Zvyšující se rychlost těchto prostředků (vlaků) přináší zvýšenou spotřebu.

Substituce jiných energií. Elektrická energie může nahradit a bude nahrazovat zemní plyn, uhlí (k vaření, vytápění), ropu (doprava, viz.předcházející bod).

Vyšší hygienické a zdravotní standardy. Vlivem dramaticky zpřísněných norem v potravinářství a ve zdravotnictví velmi razantně narůstá spotřeba el. energie (a jiných energií). Zvláště na chlazení a mražení, ve zdravotnictví na sterilizaci a klimatizaci. Např. nové operační sály mají o 35-40 % vyšší spotřebu elektrické energie, než původní. Mezi další příklady může patřit kratší doba skladování výrobků (restaurace, obchody), výrobky namísto konzumace se musí likvidovat a vyrábět nové - toto nutné „plýtvání“ přináší další energetické nároky.

Ekologické projekty. Sanace starých ekologických zátěží, modernizace nevyhovujících provozů, přesun kamionů na železnici, výstavba silničních a dálničních obchvatů, výstavba tunelů… To vše je energeticky náročné.

V posledních letech spotřeba prudce narůstá a to nejen díky zvyšujícímu se počtu obyvatel na světě, ale z několika důvodů:

Vyšší životní standard znamená větší vybavení domácností, nové, větší, výkonnější přístroje a zařízení, které mají vyšší spotřebu energie oproti dřívějším přístrojům. Větší byty, domy, bazény, letecké dovolené, atd.

Vyšší aktivita průmyslu souvisí s předcházejícím bodem. Toto zařízení, větší, nové byty, domy, to vše se musí někde vyrobit a spotřebuje se na to velké množství energie.

Zvyšování bezpečnostních standardů znamená robustnější automobily (vyšší hmotnost, odolnější materiály), záložní zdroje pro výpočetní techniku, zdvojené linky, obvody, osvětlené dálnice, výstražná světla na přejezdech, apod. Opět kromě vlastní spotřeby (která nemusí být zase tak příliš velká) tyto věci musíme někde vyrobit.

Rozšíření ITC technologií. Stále je velký prostor pro rozšiřování sítí (bezdrátových i klasických), klasické informační tabule jsou nahrazovány digitálními, mechanické poklady digitálními, placení penězmi placením elektronickými kartami, atd.

21

původní. Mezi další příklady může patřit kratší doba skladování výrobků (restaurace, obchody), výrobky namísto konzumace se musí likvidovat a vyrábět nové - toto nutné "plýtvání" přináší další energetické nároky


o


Ekologické projekty. Sanace starých ekologických zátěží, modernizace nevyhovujících provozů, přesun kamionů na železnici, výstavba silničních a dálničních obchvatů, výstavba tunelů… To vše je energeticky náročné.

Od roku 2006 do roku 2011 převládají tepelné zdroje výroby 4.2.2. Výroba 4.2.1 Výrobaelektřiny elektřiny v Evropě a ve světě elektřiny, poté jaderné, vodní a v malé míře jsou zastoupený v Evropě a ve světě Výroba elektrické energie v zemích OECD v listopadu roku 2012 vzrostla meziročně o 0,7 % na 819,1

ostatní zdroje, jak je patrné z druhého grafu. TWh. Za celý rok 2011 pak země OECD vyprodukovaly 10 262 TWh elektřiny. V porovnání s rokem Výroba elektrické energie v zemích OECD v listopadu roku 2010 jde o 0,4% pokles. porovnání rokem jde tedy onásledujícím pokles, neboť výroba elektrické grafu je pak zobrazeno porov2012 vzrostla meziročně o 0,7 % Vna 819,1 TWh.sZa celý rok2010V následujícím energie v zemích OECD v prosinci vzrostlanání meziročně 3,1 %elektřiny na 927 v zemích TWh. ZaOECD celý rok 20102005 strukturyovýroby v letech 2011 pak země OECD vyprodukovaly 10 262 roku TWh 2010 elektřiny. pak země OECD vyprodukovaly 10 180 elektřiny. V porovnání se stejným obdobím rokustoupl 2009podíl jde výa 2010. Z grafu vyplývá, že oproti roku 2005 V porovnání s rokem 2010 jde o 0,4% pokles. V TWh porovnání roby elektřiny z ostatních zdrojů z 1,3 % na 4,3 %, podíl výros rokem 2010 nárůst. jde tedy o pokles, neboť výroba elektrické o 3,4% byaelektřiny zdrojů zůstal téměř shodný, klesl ale energie v zemích OECD v prosinci 2010elektřiny vzrostla meziGraf:roku Výroba v Evropě ve světěz vodních rok 2006 - 2011 z 22,5 na 19,9 % podíl výroby z jaderných zdrojů a také podíl ročně o 3,1 % na 927 TWh. Za celý rok 2010 pak země OECD zdroj: IEA výroby z tepelných zdrojů ze 63,0 % na 61,9 %. vyprodukovaly 10 180 TWh elektřiny. V porovnání se stejným Zdroj: http://www.cez.cz/cs/pro-media/cisla-a-statistiky/energetika-ve-svete.html obdobím roku 2009 jde o 3,4% nárůst.

Od roku 2006 do roku 2011 převládají tepelné zdroje výroby elektřiny, poté jaderné, vodní a v malé elektřiny v Evropě a ve světě (2006–2011) míře jsou zastoupený ostatníVýroba zdroje, jak je patrné z následujícího grafu. Graf: Světová výroby v zemích OECD dle typu zdroje, 2006-2011

30 V následujícím obrázku je zobrazeno porovnání struktury výroby elektřiny v zemích OECD v letech 2005 a 2010. Z grafu vyplývá, že oproti roku 2005 stoupl podíl výroby elektřiny z ostatních zdrojů z 1,3 % na 4,3 %, podíl výroby elektřiny z vodních zdrojů zůstal téměř shodný, klesl ale z 22,5 na 19,9 % podíl výroby z jaderných zdrojů a také podíl výroby z tepelných zdrojů ze 63,0 % na 61,9 %. Graf: Srovnání struktury světové výroby elektřiny v zemích OECD v letech 2005 a 2010 zdroj: IEA Světová výroby v zemích OECD dle typu zdroje (2006–2011)

V následujícím obrázku je zobrazeno porovnání struktury výroby elektřiny v zemích OECD v letech 2005 a 2010. Z grafu vyplývá, že oproti roku 2005 stoupl podíl výroby elektřiny z ostatních zdrojů z 1,3 % na 4,3 %, podíl výroby elektřiny z vodních zdrojů zůstal téměř shodný, klesl ale z 22,5 na 19,9 % podíl výroby z jaderných zdrojů a také podíl výroby z tepelných zdrojů ze 63,0 % na 61,9 %. Graf: Srovnání struktury světové výroby elektřiny v zemích OECD v letech 2005 a 2010 zdroj: IEA

Zdroj: http://www.cez.cz/cs/pro-media/cisla-a-statistiky/energetika-ve-svete.html Srovnání struktury světové výroby elektřiny v zemích OECD v letech 2005 a 2010

Graf: Růst světové spotřeby energie v minulém století, 1900-1990

22

4.2.2 Výroba elektřiny v ČR V následujících grafech je uveden přehled vývoje spotřeby elektřiny od roku 1919, dále pak vývoj v letech 1993-2012 a také predikce vývoje spotřeby rokua EU 2050. Alternativní zdroje energie Spotřeba energie,dosvět Graf: Spotřeba elektřiny v ČR - dlouhodobý vývoj (1919-2012) Zdroj: ECM 4.2.2 Výroba elektřiny v ČR V následujících grafech je uveden přehled vývoje spotřeby elektřiny od roku 1919, dále pak vývoj 4.2.3. Výroba elektřiny v ČR v letech 1993-2012 a také predikce vývoje spotřeby do roku 2050. Ze všech grafů spotřeby elektrické energie v ČesV následujících grafech je uveden přehledelektřiny vývoje spotřeby Graf: Spotřeba v ČR - dlouhodobý vývoji prognózy (1919-2012) ké republice do roku 2050 naznačuje zvyšující se spotřebu. elektřiny od roku 1919, dále pak vývoj v letech 1993–2012 a také predikce vývoje spotřeby do roku 2050.

Zdroj: EGU Brno, ERÚ Zdroj: http://www.cez.cz/cs/pro-media/cisla-a-statistiky/energetika-v-cr.html Graf: Spotřeba elektřiny v ČR – období 1993 - 2012 Zdroj:v ČR EGU Brno, ERÚ vývoj (1919–2012) Spotřeba elektřiny – dlouhodobý

Zdroj: http://www.cez.cz/cs/pro-media/cisla-a-statistiky/energetika-v-cr.html

Graf: Spotřeba elektřiny v ČR – období 1993 - 2012

Zdroj: EGU Brno, ERÚ Zdroj: http://www.cez.cz/edee/content/img/o-spolecnosti/cisla-statistiky/spotreba-elektriny-cr.png Ze všech grafů i prognózy spotřeby elektrické energie v České republice do roku 2050 naznačuje zvyšující se spotřebu. Graf: Predikce brutto spotřeby elektrické energie v ČR do r. 2050

32

Spotřeba elektřiny v ČR – období 1993–2012

32

Zdroj: EGÚ, prosinec 2009 Predikce brutto spotřeby elektrické energie v ČR do r. 2050 Zdroj: http://www.cez.cz/cs/pro-media/cisla-a-statistiky/energetika-v-cr.html

4.3

Praktická část 1. Proč roste spotřeba energie?

23




Proč roste spotřeba energie?

2.

Vyhledejte na webových stránkách Geografického portálu ZEMEPIS.COM tabulku s přehledem států dle počtu obyvatel a dle množství spotřebované elektřiny.

www.zemepis.com/obyv.php

www.zemepis.com/elsp.php

Vysvětlivky OECD Organization for Economic Cooperation and Development - Organizace pro hospodářskou spolupráci a rozvoj. Každoročně vydává ekonomickou analýzu a hodnocení hospodářských výsledků jednotlivých zemí. Zdroje

www.zemepis.com/obyv.php

www.zemepis.com/elsp.php

www.cez.cz/edee/content/img/o-spolecnosti/cisla-statistiky/spotreba-elektriny-cr.png

www.cez.cz/cs/pro-media/cisla-a-statistiky/energetika-ve-svete.html

5. Vysvětlete, co je tepelný, jaderný, vodní a ostatní zdroj energie.

proatom.luksoft.cz/view.php?cisloclanku=2006030401

6.

www.dnesni-svet.cz/podklady-pro-dum/environmentalni-vychova/

Meadowsová, Meadows, Randers: Překročení mezí, Praha 1995

3.

4.

Vypočtěte průměrnou spotřebu na 1 obyvatele prvních 10 států na čele tabulky a posledních 10 v tabulce. Seřaďte státy dle spotřeby elektřiny na 1 obyvatele, porovnejte a komentujte důvody. Prohlédněte si grafy v pracovním listě a vysvětlete, jaké zdroje energie se ve světě a EU používají a co to znamená pro životní prostředí.

Dle statistických údajů na webu společnosti ČEZ a.s. za celý rok 2011 země OECD vyprodukovaly 10 262 TWh elektřiny. Zjistěte, kolik elektřiny vyprodukuje jaderná Elektrárna Temelín za rok a vypočtěte, kolik je to jaderných elektráren o tomto výkonu.

7.

www.cez.cz/cs/pro-media/cisla-a-statistiky/ energetika-ve-svete.html

Dle prognózy uvedené v grafu bude spotřeba elektřiny v ČR do roku 2050 stoupat. Proč? Tabulka pro úkol č. 1

Stát

24

Počet obyvatel

spotřeba elektřiny celkem (mil. kWh)

na 1 obyv. (kWh)

Zdroje energie


Pracovní list 5 a 6

Zdroje energie

5.1. Úvod Rozvoj společnosti by bez energie nebyl možný. Dnešní společnost je na energii závislá. Čím více se společnost rozvíjí a čím více lidí přibývá, stoupá i spotřeba energie. Pro získávání energie se v současnosti využívají zdroje energie, které především dle jejich možnosti vyčerpání zásob a rychlosti obnovy dělíme na obnovitelné (alternativní) a neobnovitelné.

5.2. Teoretická část 5.2.1. Neobnovitelné zdroje energie Neobnovitelnými zdroji energie nazýváme takové zdroje, které nejsou nekonečné. Setkáme se také s jejich označením „klasické zdroje energie“. To je základní a charakteristický rozdíl mezi obnovitelnými zdroji energie. Charakteristických znakem neobnovitelných zdrojů je, že se rychleji spotřebovávají, než obnovují (obnova je možná v geologickém časovém měřítku, tj. desítky a stovky miliónů let). Znamená to, že v budoucnosti se vyčerpají. S tím je nutné počítat. Měli bychom se stále více soustředit na obnovitelné zdroje energie (alternativní zdroje energie), kterých je možné využívat neustále. Nelze zatím přesně odhadnout, kdy budou neobnovitelné zdroje energie vyčerpané. Do určité míry to záleží na tom, jak efektivně těchto zdrojů budeme využívat a zda se více zaměříme na obnovitelné zdroje energie. Co řadíme mezi neobnovitelné zdroje? Fosilní paliva Fosilní paliva představují nerostné suroviny, které vznikly z odumřelých rostlin i živočichů bez působení vzduchu. Na fosilních palivech byl založen technický pokrok v posledních dvou století vývoje lidské civilizace. Fosilní paliva jsou nenávratná, a proto spadají do neobnovitelných zdrojů energie. Základními fosilními palivy jsou uhlí, ropa a zemní plyn. V současné době je snaha dávat přednost z neobnovitelných zdrojů spíše jaderné energii před fosilním palivem. Je to z ekologických, ale i ekonomických důvodů.

Uhlí Uhlí představuje sedimentární horninu rostlinného původu. Má tmavě hnědou až černou barvu. Vznikla z odumřelých stromů a dalších rostlin. Postupně tyto odumřelé rostliny byly překrývané vrstvami bahna a díky vysokým teplotám a nepřístupnosti vzduchu se vytvořilo uhlí. Spalováním uhlí vzniká oxid uhličitý a oxid siřičitý. Jeho podíl záleží na kvalitě uhlí. Oxid siřičitý je škodlivý a dostane-li se do atmosféry, může se vracet v podobě kyselých dešťů. Spalování uhlí také přispívá ke globálnímu oteplování. Ropa Ropa je tekutou viskózní horninou, která se vytvořila rozkladem drobných mořských živočichů a rostlin. Má hnědou až nazelenalou barvu a je tvořená směsí uhlovodíků. Nejčastěji se vyskytuje v oblasti kontinentálních šelfů. Ropa tvoří základ petrochemického průmyslu. Ropa se dále zpracovává a má velké využití. Nejvíce ropy se těží v Rusku, Saudské Arábii, USA a Mexiku. U nás se těží na jižní Moravě. Těžba ropy a její zpracování mají negativní vliv na životní prostředí. Nejhorší jsou havárie tankerů s následným únikem ropy do moře. Zemní plyn Zemní plyn se nejčastěji těží v místě těžby ropy. Je více teorií toho, jak zemí plyn vznikal. Jde o přírodní bezbarvý hořlavý plyn, jehož hlavní složkou je metan. Nemá vůni ani chuť. Při zpracování je o pach obohacován, aby mohl být zaznamenán jeho případný unik. Zemní plyn je využíván jako zdroj energie, ale své uplatnění má i v chemickém a palivovém průmyslu. Jeho význam roste díky četným výhodám, které má. Využívá se i zkapalněný či stlačený zemní plyn.

25


Zdroje energie

Rašelina I rašelinu po jejím usušení řadíme mezi fosilní paliva. Má přes polovinu spalitelných látek. Rašelina je významná především v zemích, ve kterých jsou menší možnosti pro využití jiných paliv.

díly v atmosféře, které se vyrovnávají prouděním vzduchu. Energie větru je v dnešní době využívána především k výrobě elektřiny. Existují dva základní druhy větrných elektráren: systémy dodávající elektřinu do rozvodné sítě (grid-on) a systémy nezávislé na rozvodné síti (grid-off).

Jaderná energie Vznik elektřiny probíhá na základě štěpení jader a v posledních letech je jaderná energie upřednostňovaná před fosilními palivy. Jejich hlavní výhodou je, že řeší reprodukci energie, má nízké náklady, stabilitu dodávek a dochází k minimálním emisím skleníkových plynů. I výroba jaderné energie má však své nevýhody. Je třeba zajistit ukládání jaderného odpadu a musí se neustále dbát na bezpečnost. Případná havárie by způsobila mnohé škody. Zabezpečení jaderných elektráren se však neustále zlepšuje.

Pro využívání větrné energie je nejdůležitější veličinou rychlost větru. Lokalita vhodná pro výstavbu větrné elektrárny by měla mít průměrnou rychlost větru minimálně cca 5 m/s. V České republice jsou pro výstavbu větrných elektráren vhodné horské lokality a podle propočtů by 3–4 % celkové roční spotřeby elektřiny mohly být pokryty elektřinou vyrobenou ve větrných elektrárnách. Provoz větrných elektráren se, ale setkává s negativními názory, kdy jejich odpůrci argumentují především narušením krajinného rázu.

5.2.2. Obnovitelné zdroje energie Obnovitelné zdroje energie jsou přírodní energetické zdroje, které mají schopnost částečné nebo úplné obnovy (např. voda prakticky ihned, biomasa obvykle jeden rok, dřevo desítky let). Patří mezi ně především sluneční, větrná a vodní energie a biomasa. V některých částech světa lze využít také energii mořského přílivu nebo geotermální energii (energie pocházející z nitra Země). V našich podmínkách má největší potenciál biomasa, potenciál velkých vodních elektráren je v České republice prakticky vyčerpán (malé vodní elektrárny lze ale stále stavět). Sluneční energii i větrnou energii využíváme v České republice zatím jen částečně, ale díky dotacím a podpoře ze strany státu i Evropské unie se situace postupně mění. Sluneční energie Slunce předává Zemi svou energii ve formě záření. Sluneční záření je základním obnovitelným zdrojem energie a většina energie ostatních obnovitelných zdrojů má svůj původ v energii Slunce. Solární energii lze pomocí solárních, resp. termických a fotovoltaických kolektorů přeměňovat na teplo nebo elektřinu. Sluneční záření využíváme i pasivními metodami bez použití technických zařízení (tzv. solární architektura). Efektivní využití sluneční energie ovlivňují dva hlavní faktory: intenzita slunečního záření (v tuzemsku je průměrná intenzita slunečního záření 950–1 340 kWh na m2 za rok) a doba slunečního záření (v ČR je to v průměru 1 300–1 800 hodin ročně). V našich podmínkách je rozdíl mezi množstvím slunečního záření v jednotlivých ročních obdobích podstatný, a proto zasahuje výrazně do hodnocení ekonomické efektivity solárního systému. Větrná energie Větrná energie je formou sluneční energie. Vzniká při nerovnoměrném ohřívání Země, což způsobuje tlakové roz-

26

Vodní energie Vodní energie vzniká při koloběhu vody na Zemi působením sluneční energie a gravitační síly Země. Vodní energie je využívána pro výrobu elektřiny ve vodních elektrárnách. Pro výrobu elektřiny se využívá proudění vody (kinetická energie – rychlost a spád toku) a tlaku (potenciální energie – gravitace a výškový rozdíl hladin), popř. spolupůsobení těchto veličin. Podle výkonu rozlišujeme tzv. velké vodní elektrárny a malé vodní elektrárny. V České republice se za malou vodní elektrárnu považuje zdroj s instalovaným výkonem do 10 MW, v Evropské unii do 5 MW). Potenciál velkých vodních elektráren je v ČR prakticky vyčerpán. Síť malých vodních elektráren je možné rozšiřovat zejména v místě bývalých mlýnů, jezů, popř. pil. Vodní elektrárny jsou v tuzemsku v současnosti mezi obnovitelnými zdroji dominantním zdrojem elektřiny. Významný podíl na tom mají především velké zdroje na tzv. vltavské kaskádě (tři největší elektrárny – Orlík, Slapy a Lipno). Malých vodních elektráren je v současnosti na našem území více než 500, potenciál těchto zařízení není vyčerpán, ale zprovoznění nových malých elektráren je omezeno ekonomickou nevýhodností projektů a dlouhou návratností vložených financí. Situaci zlepšuje možnost využití dotačních programů. Energie biomasy Biomasa je hmota organického původu (rostlinná i živočišná). Energie biomasy má původ ve slunečním záření, proto bývá řazena mezi obnovitelné zdroje energie. Pro energetické účely se využívá cíleně pěstovaná rostlinná biomasa (tzv. energetické plodiny) a odpady zemědělské, lesní, popř. potravinářské produkce. Biomasa může být využita pro výrobu elektřiny a může sloužit k pohonu vozidel. Energii z biomasy lze získat chemickými, popř. bio-chemickými procesy. Základní technologií je spalování. Doplňují ho další technologie, jako jsou zplyňování, pyrolýza, zkapalňování, esterifikace, fermentace, lisování, kvašení aj.

Zdroje energie

Geotermální energie a energie prostředí Geotermální energie je tepelnou energií jádra Země. Využívá se ve své základní formě pro vytápění nebo je v geotermálních elektrárnách transformována na energii elektrickou. Geotermální elektrárny fungují na principu suché páry (pára ze země pohání turbínu), mokré páry (voda je přeměněna na páru a ta pohání turbínu) a dále existuje horkovodní systém (zapojení výměníku – voda s nízkou teplotou předá teplo organické kapalině). Řada států využívá geotermální energii k různým účelům, v České republice se geotermální energie používá na vytápění a projekty geotermálních elektráren jsou ve fázi příprav. Mezi obnovitelné zdroje energie je zvykem zařazovat i energii okolního prostředí (vzduch, voda, půda), kterou lze využívat pomocí tepelného čerpadla. Tepelná čerpadla mohou být součástí ústředního vytápění, teplovzdušného vytápění a klimatizace. Běžně tepelné čerpadlo spotřebuje třetinu až čtvrtinu energie, kterou do systému dodá, což je rozhodující faktor pro úsporný provoz.

5.2.3. Energetický mix Současný trend v energetické politice prosazuje vyrovnaný „energetický mix“ jednotlivých druhů zdrojů energie. Jejich role je přímo závislá jak na hodnocení z hlediska trvale udržitelného rozvoje, tak z hlediska ekonomických ukazatelů. Kromě klasických zdrojů (fosilní paliva, tj. uhelné elektrárny, uran, tedy JE Temelín, JE Dukovany), to platí i pro tzv. obnovitelné zdroje. V měřítku existence lidstva a jeho potřeb jde o nevyčerpatelné formy energie Slunce a Země. Požadavek na maximální využívání obnovitelných zdrojů je i jedním z klíčových bodů energetické politiky Evropské unie. Podle výsledků průzkumu provedeného statistickým úřadem EU Eurostat považuje zvyšování podílu obnovitelných zdrojů energie na bilanci spotřeby energie za jeden z prioritních úkolů svých vlád 90 % občanů členských zemí. Při vstupu ČR do EU se ČR zavázala, že podíl výroby elektrické energie v roce 2020 by mělo jít o 13,5 % výroby z obnovitelných zdrojů energie na celkové hrubé spotřebě energií. Největší producent elektrické energie v ČR, ČEZ, a s., a. s., vyprodukoval v roce 2012 v obnovitelných energetických zdrojích (vodní elektrárny kromě přečerpávacích, biomasa, větrné a solární elektrárny) 1,9 TWh.


5.2.4. Podpora obnovitelných zdrojů energie ve světě a u nás Obnovitelné zdroje energie jsou v civilizovaném světě v současnosti zvýhodňovány vůči převládajícím tradičním fosilním zdrojům energie (uhlí, ropa). Podporou obnovitelných zdrojů energie má dojít v blízké budoucnosti ke snížení emisí skleníkových plynů, a tím ke zmírnění globálního oteplování. Také Česká republika přistoupila na opatření podporující obnovitelné zdroje energie, a to jednak garantovanou výkupní cenou elektřiny, dále pomocí tzv. zelených bonusů a dotacemi na úrovni mezinárodní i národní.

5.2.5. Výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů v ČR v roce 2012 Vodní energetika Všechny vodní elektrárny v ČR vyrobily v roce 2012 celkem 2 822 GWh elektřiny, z toho přečerpávací 697 GWh. Výstavba dalších velkých vodních elektráren v ČR je málo pravděpodobná – kapacita velkých vodních toků je takřka vyčerpaná. Celkový instalovaný výkon všech vodních elektráren v ČR v roce 2012 představoval 1 055 MWe. Současný evropský trend výstavby vodních elektráren oproti předpokladům uvedeným v Bílé knize o obnovitelných zdrojích v EU zaostává. Větrná energetika V případě větrné energetiky jsme na počátku jejího rozvoje. Geografické a meteorologické podmínky v ČR nejsou pro masivní rozvoj větrné energetiky příliš vhodné. V současné době pracují větrné elektrárny na cca 50 lokalitách, jejich celkový instalovaný výkon představuje 260 MWe. Biomasa Z biomasy se u nás v roce 2011 vyrobilo celkem 1683 GWh elektřiny. Zkouší se i využití bioplynu a skládkového plynu. Z těchto zdrojů se vyrobilo ve stejném roce 933 GWh elektřiny. V EU byl u elektřiny předpoklad zvýšení ze 22 TWh na 230 TWh. 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. Sluneční elektrárny a geotermální energetika Fotovoltaické elektrárny, které díky významným státním dotacím zaznamenávají mohutný rozvoj, vyrobily v roce 2012 2 118 GWh elektřiny, což je v celostátním měřítku asi 2,4 % celkové hrubé výroby elektřiny. V EU se počítalo s nárůstem výkonu z 30 GW na 3000 GW a u výroby z 0,03 TWh na 3 TWh. Skutečný vývoj je pomalejší, ale nabírá na tempu.

27


Zdroje energie


Jaké zdroje energie se dnes ve světě využívají k výrobě energie?

6.

Využijte mapku Regionálního rozložení nerostného bohatství, která znázorňuje nevyrovnané rozložení nerostných surovin na Zemi. Mapka je také v odkaze:

www.dnesni-svet.cz/docs/cms/podklady%20 pro%20dum/environmentalni-vychova/regionalni_rozlozeni_nerostneho_bohatstvi.png 2.

Jak se zdroje energie dělí a proč?

3.

Co jsou fosilní paliva? Proč se nazývají fosilní?

4. Vyhledejte na webových stránkách společnosti ČEZ a.s. mapy jednotlivých energetických zdrojů dle druhu zdroje energie (větrná, uhelná, jaderná, sluneční, biomasa, vodní). Získejte přehled, kolik a jakých energetických zdrojů je v Ústeckém kraji. 5.

28

Jaký má závazek ČR vůči EU ve věci využívání obnovitelných zdrojů a do kdy jej musí splnit?

Dělení obnovitelných a neobnovitelných zdrojů energie. Zařaďte do následující tabulky následující zdroje energie:

uhlí, vítr, rostliny (biomasa), Slunce, voda, dřevo, uranová ruda, zemní plyn, ropa

Obnovitelné zdroje

7.

Neobnovitelné zdroje

Zdroj při vytápění domácnosti. Proveďte průzkum ve třídě i mezi pedagogy a obyvateli města. Zaměřte se na zdroj při vytápění domácnosti. Výsledek průzkumu se pokuste písemně zformulovat.

Zdroje energie

Zdroje vytápění

Počet domácností


Zdroje

ŠVECOVÁ, M., KVASNIČKOVÁ, D., JIŘÍKOVÁ, E., SÁSIKOVÁ, K. Energie jako průřezové téma školních vzdělávacích programů. Praha: KEV, o.s., 2012, 55 s.

plyn

www.alternativni-zdroje.cz/

energie Slunce (solární panely)

uhlí elektřina

geotermální energie

www.snizujeme.cz/slovnik/neobnovitelne-zdroje-energie

dřevo

www.nazeleno.cz/obnovitelne-zdroje-energie.dic

jiné

www.ekostrazce.cz/texty/obnovitelne-zdroje

Výsledky výzkumu:

8. Zjistěte energetické zdroje vašeho města/obce. Který ze zdrojů nejvíce znečišťuje město a má největší dopad na životní prostředí? Zapište. 9.

Šetření energiemi ve škole. Porozhlédněte se po škole, zda se zde šetří energiemi. Prohlédněte osvětlení, vytápění, zateplení budovy… Sepište poznatky.

10. Šetření energiemi doma. Obdobně jako ve škole se porozhlédněte doma, zda se zde šetří energiemi. Prohlédněte osvětlení, vytápění, zateplení budovy… Sepište poznatky. S poznatky a výsledky úkolů č. 6–10 seznamte ostatní a pedagoga.

29


Energie a životní prostředí

Pracovní list 7


7.1. Úvod Výroba a spotřeba energie patří mezi aktivity s nejvážnějšími dopady na životní prostředí a je také největším zdrojem emisí tzv. skleníkových plynů. V České republice je využívání energie odpovědné za více něž 80 % emisí oxidu uhličitého, který je hlavním skleníkovým plynem.

7.2. Teoretická část 7.2.1. Fosilní paliva Spalovaní fosilních paliv (zejména uhlí) je jedním z dominantních způsobů získávání energie. Světová roční těžba uhlí v posledních deseti letech dosahuje 4,5 až 4,7 miliardy tun, přičemž nejvýraznější úloha uhlí je právě při světové výrobě elektrické energie, kde jeho podíl dosahuje 38,1 %. V České republice se spalování uhlí podílí na výrobě energie asi 60%. Vzhledem k tomu, že celosvětové zásoby uhlí se odhadují na cca 250 let (zatímco u ropy či zemního plynu se odhaduje 50 resp. 60 let), je v dlouhodobém horizontu používání uhlí v energetice velmi perspektivní. Tomu nasvědčuje i skutečnost, že většímu rozšíření jaderné energetiky brání negativní pohled veřejnosti na tuto oblast. Nicméně ani spalovaní uhlí se neobejde bez celé řady vážných enviromentálních problémů.

Při spalování jakéhokoliv paliva (tedy i uhlí) se kromě žádoucího tepla uvolňuje i celá řada škodlivých látek. Tyto škodliviny lze rozdělit do tří skupin:

do první skupiny patří zejména oxidy síry, pevné částice, halogeny a těžké kovy.

do druhé skupiny bývají zařazovány oxidy dusíku a oxid uhelnatý.

třetí skupinu reprezentuje oxid uhličitý, jenž je hlavním produktem dokonalého spálení uhlí.

Množství oxidu uhličitého se v posledních letech značně výrazně zvýšilo. Mnozí vědci na celém světě to pokládají za jednu z významných příčin klimatických změn a to z následujících důvodů:

Protože uhlí, ropa i zemní plyn patří mezi tzv. fosilní paliva (naakumulován je v nich pradávný rostlinný a živočišný uhlík), dochází jejich spalováním k uvolňování CO2 do atmosféry. Spalování fosilních paliv je tak nejvýznamnějším zdrojem znečišťování ovzduší.

Oxid uhličitý patří mezi nejvýznamnější tzv. skleníkové plyny, které u povrchu Země zadržují tepelné záření odražené od zemského povrchu (podobně jako stěny skleníku) a jsou tak příčinou zvýšení teploty na Zemi.

Hmotnostní podíl uhlíku (C): Uhlí = 70 až 90 % Ropa = 85 % => spalováním uhlíku s kyslíkem vzniká oxid uhličitý (CO2)

Skleníkové plyny jsou velmi důležité pro život a byly v ovzduší již před průmyslovou revolucí; bez jejich vlivu by všude na naši Zemi byl led a mráz a udržují tedy na Zemi teplotu pro život příznivou. Ale všeho moc škodí.

Rostoucí spotřebu fosilních paliv provází i růst množství skleníkových plynů v ovzduší, nejen oxidu uhličitého, ale také metanu a ozonu. To zřejmě přispívá ke zvyšování teploty na zemském povrchu

Hmotnostní podíl metanu (CH4): Zemní plyn = 95 až 98 % => spalováním metanu (1 atom uhlíku + 4 atomy vodíku) s kyslíkem vzniká oxid uhličitý (CO2) + voda (H2O)

30



Obrázek: Skleníkový efekt

a ke klimatickým změnám - k tání ledovců, stoupáni hladiny světových oceánů, k prudkým výkyvům počasí a k dalším jevům, které mohou mít dalekosáhlé následky.

Obrázek: Skleníkový efekt

Nejškodlivější je z tohoto pohledu spalování uhlí v tepelných elektrárnách (produkce 1 000 kg CO2/1 MWh získané energie), na druhém místě je ropa (produkce 800 kg CO2/1 MWh získané energie), zemní plyn patří jak je již patrno z chemického vzorce metanu k nejméně škodlivému fosilnímu palivu (produkce cca 400 kg CO2/1 MWh získané energie).

Proto se lidé na celém světě začínají zajímat o to, jak tomuto celosvětovému nebezpečí předcházet a snížit ho. Ukazuje se, že množství využívaných fosilních paliv bude nezbytné v ce– dlouhodobá tepelná rovnováha – bez vlivů člověka lém světě velmi výrazně a co nejrychleji omezit – Aa musí se B – zvyšování množství skleníkových plynů Skleníkový efekt tedy hledat jiné zdroje energie, naučit se jinak a lépe s enerA – dlouhodobá tepelná rovnováha – bez vlivů člověka ŠVECOVÁ, M., KVASNIČKOVÁ, D., JIŘÍKOVÁ, E., SÁSIKOVÁ, K. Energie jako průřezové téma gií hospodařit, nechceme-li se vzdát vymožeností Zdroj: našíBcivili– zvyšování množství skleníkových tepelná plynů A –programů. dlouhodobá rovnováha školních vzdělávacích Praha: KEV, o.s., 2012, 55 s.– bez vlivů člověka zace a chceme-li se uživit. B –M.,zvyšování množství skleníkových plynůK. Energie jako průřezové téma Zdroj: ŠVECOVÁ, KVASNIČKOVÁ, D., JIŘÍKOVÁ, E., SÁSIKOVÁ, školních vzdělávacích programů. Praha: KEV, o.s., 2012, 55 s.

Obrovské množství energie lidé objevili v atomu – a naučili se tuto energii využívat k výrobě elektrické energie. Místo fosilních paliv se v atomových elektrárnách k ohřívání vody využívá štěpení uranu (dosud izotopu 235), při kterém se uvolňuje velké množství energie. Místo 1 tuny uhlí se spotřebuje jen přibližně 10g gramů jaderného paliva.

Zdálo by se tedy, že je vše vyřešeno – vždyť z atomových elektráren žádný oxid uhličitý, ani jiné plyny neunikají. Bylo by to výborné, kdyby však s těmito elektrárnami nebyly spojeny obavy z jejich havárií a nejistota, že by při jejich rozsáhlém využívání mohlo docházet i k celkovému zvyšování radioaktivity v prostředí vzhledem k dosud nevyřešenému způsobu nakládání s vyhořelým jaderným odpadem.

Růst Růst koncentrace oxidu uhličitého v letech upravenoz zknihy knihyMoldan: Moldan: Příroda koncentrace oxidu uhličitého v letech1985-2000 1985-2000(převzato (převzato aa upraveno Příroda a a

civilizace–podle IPPC). civilizace–podle IPPC). 7.2.2. Proč obnovitelné zdroje energie? Růst koncentrace oxidu uhličitého v letech 1985–2000

Nejškodlivější je z je tohoto pohledu spalování (produkce1 1 000 000 Nejškodlivější z tohoto pohledu spalováníuhlí uhlívvtepelných tepelných elektrárnách elektrárnách (produkce kg kg COCO 2 /1 2 /1

získané energie), na druhém místě ropa(produkce (produkce 800 800 kg CO MWhMWh získané energie), na druhém místě jejeropa CO22// 11 MWh MWh získané získané energie), energie), Důsledky klimatických změn, rostoucí závislost na fosilních jak již patrno z chemického vzorcemetanu metanu k nejméně fosilnímu palivu zemní plyn plyn patřípatří jak jižjepatrno z chemického nejméněškodlivému škodlivému fosilnímu palivu Jakje snížit emise CO2? vzorce palivech a rostoucí ceny energií jsou důvodem, proč sezemní dnes 1 MWh získanéenergie). energie). (produkce cca 400 kg 2CO 2 /MWh / 1 získané (produkce cca 400 kg CO Domácnosti se na české spotřebě energie podílejí více než dostává do popředí oblast obnovitelných zdrojů energie. se na lidécelém na celém světě začínají zajímato oto, to,jak jaktomuto tomuto celosvětovému celosvětovému nebezpečí ProtoProto se lidé světě začínají zajímat nebezpečí předcházet jednou čtvrtinou, příspěvek k exhalacím oxidu uhličitého je předcházet a snížit ho. Ukazuje se, že množství využívaných fosilních paliv bude nezbytné v celém světě velmi a snížit ho. Ukazuje se, že množství využívaných fosilních paliv bude nezbytné v celém světě velmi tedy docela významný. Číslo se ještě zvýší, pokud do něj zaPřínos obnovitelných zdrojů energie spočívá především v jevýrazně a co nejrychleji omezit – a musí se tedy hledat jiné zdroje energie, naučit se jinak a lépe a co nejrychleji omezit – a musí se tedy hledat jiné zdroje energie, naučit se jinak a lépe počítáme osobnísedopravu, způsob naší stravování naše naklájich schopnosti snižovat emise skleníkových plynůvýrazně a úroveň s energií hospodařit, nechceme-li vzdát vymožeností civilizace a a chceme-li se uživit.………. s energií hospodařit, nechceme-li se vzdát vymožeností naší civilizace a chceme-li se uživit.………. dání s odpady. Nejvíce energie v domácnosti spotřebujeme znečištění, zvyšovat bezpečnost dodávek, podporovat prů42 42 než polovina účtů za energii na vytápění, padne na ni více myslový rozvoj založený na znalostech, vytvářet pracovní a proto v této oblasti můžeme zároveň nejvíce ušetřit. Další příležitosti a posilovat hospodářský růst, jakož i konkurencečtvrtinou energie si zajišťujeme stálou dostupnost teplé vody schopnost a regionální rozvoj. a zbytek spotřebujeme v ostatních spotřebičích – na chlazení a vaření potravin, praní, žehlení, svícení aj. Auta, letadla, Obnovitelné zdroje energie jsou většinou domácího původu, vlaky či autobusy spotřebují rovněž velké množství energie: nespoléhají se na dostupnost konvenčních energetických doprava se na českých exhalacích oxidu uhličitého podílí zdrojů v budoucnosti a díky jejich převážně decentralizovacca 10 %. Je tedy velice žádoucí, aby se každý jedinec,kažnému charakteru přispívají ke zmírnění energetické závislosti dá domácnost snažili snížit svůj příspěvek k exhalacím oxidu na dodávkách energie ze zahraničí. uhličitého.

31

na vytápění, padne na ni více než polovina účtů za energii a proto v této oblasti můžeme zároveň nejvíce ušetřit. Další čtvrtinou energie si zajišťujeme stálou dostupnost teplé vody a zbytek spotřebujeme v ostatních spotřebičích – na chlazení a vaření potravin, praní, žehlení, svícení aj. Auta, Alternativní energie Energie a životní prostředíenergie: doprava se na českých exhalacích letadla, vlakyzdroje či autobusy spotřebují rovněž velké množství oxidu uhličitého podílí cca 10 procenty. Je tedy velice žádoucí, aby se každý jedinec,každá domácnost snažili snížit svůj příspěvek k exhalacím oxidu uhličitého. Graf: Rozdělení spotřeby energie v průměrné české domácnosti

Zdroj: http://kalkulacka.zmenaklimatu.cz/kategorie/jak-snizit-emise.html Rozdělení spotřeby energie v průměrné české domácnosti

6.2.3 Uhlíková stopa O uhlíkové stopě se nemluví dlouho, teprve posledních pár let v souvislosti s veřejnou diskusí o klimatických změnách. po jídlo uvolňuje přímo nebo nepřímo opracování jídla, které sníme například v restauraci nebo 7.2.3. Uhlíková stopaTéměř každá aktivita od dopravy skleníkové plyny. Uhlíková stopa je množství těchto plynů. Je to nástroj k měření lidskýchapod. spotřeba energie na balicí lince, kdedopadů se balí potraviny O uhlíkové stopě se nemluví dlouho, teprve posledních pár let v souvislosti s veřejnou diskusí o klimatických změnách.43 Téměř každá aktivita od dopravy po jídlo uvolňuje přímo nebo nepřímo skleníkové plyny. Uhlíková stopa je množství těchto plynů. Je to nástroj k měření dopadů lidských aktivit na životní prostředí vyjadřovaný v ekvivalentech oxidu uhličitého CO2. Toto množství se udává v jednotkách hmotnosti: gramech, kilogramech či tunách. Jednoduše řečeno, uhlíková stopa je množství uvolněného oxidu uhličitého a ostatních skleníkových plynů uvolněných během životního cyklu produktu či služby, našeho života nebo jedné cesty apod. Uhlíková stopa se skládá ze dvou částí z:

přímé/primární stopy

nepřímé/sekundární stopy.

Přímá stopa jsou skleníkové plyny, které se uvolňují bezprostředně z některé naší činnosti. Například ze spalování benzínu. Jsou to emise, které působíme, jedeme-li autem či letíme letadlem. Dále z topení a vaření: pálíme li plyn či uhlí); patří sem rovněž spotřeba elektrické energie (která se v naší zemi vyrábí především spalováním hnědého uhlí). Spotřebou energie jdou emise oxidu uhličitého uvolněného při její výrobě na náš účet. Nepřímá stopa je množství nepřímých emisí CO2 z celého životního cyklu výrobku, který používáme, emise spojené s jejich zpracováním, to znamená ze spotřeby energie například nadvýrobu automobilu či jiného výrobku, na tepelné

32

Jak se uhlíková stopa počítá? Uhlíková stopa (například jedince, instituce, státu, ekonomického odvětví, aktivity či města nebo regionu) se spočítá, sečteme-li množství vyprodukovaných skleníkových plynů ze všech aktivit. Skleníkové plyny se odvodí od množství spotřebované energie (například z množství spáleného benzínu či uhlí). Proč ji počítat? Jak již bylo v textu uvedeno, lidský vliv na přírodu narůstá a v současnosti se často mluví o změnách klimatu, které způsobuje přibývající množství skleníkových plynů v atmosféře. Ty se tam dostávají zejména spalováním fosilních paliv. Ropa, zemní plyn nebo uhlí je vázaná organická hmota obsahující uhlík starý miliony let. I přesto, že spalováním uvolněný uhlík zpět vážou rostliny do své biomasy, nestačí to tak rychle a je otázkou, zda je na planetě dostatek místa pro tolik lesů a zelených ploch, které by emise pocházející z fosilních paliv zabudovaly do svých rostlinných „těl”. Fosilní uhlík je totiž starý a jeho uvolňováním do atmosféry se narušuje rovnováha obsahu plynů v ovzduší. Je proto potřeba přejít na alternativní zdroje, které uvolňují málo nebo žádné skleníkové plyny. Dále se snažit současné emise co nejvíce redukovat a jak je to jen možné. Například zvětšovat zelené plochy, které oxidy uhlíku vstřebají, nebo omezit emise na jiném místě planety. K tomu je potřeba množství emisí znát. Nejjednodušší cestou pro jednotlivce, jak odhadnout svoji uhlíkovou stopu, je použít některé z mnoha internetových on-line počitadel uhlíkové stopy, např.:

www.carbonfootprint.com/calculator.aspx kalkulacka.zmenaklimatu.cz/kalkulacka.html


Jak snížit svoji uhlíkovou stopu? Snižovat svoji uhlíkovou stopu můžeme mnoha různými způsoby. Základem je omezování plýtvání všeho druhu, neboli odpovědná spotřeba, což jednoduše znamená více přemýšlet o věcech, které spotřebováváme, používáme apod. Čím bude naše chování šetrnější k přírodě, tím méně budeme přispívat ke změnám klimatu. Více informací o odpovědné spotřebě obsahuje pracovní list pro učitele, který zpracoval Zelený kruh v roce 2006. Jak už bylo naznačeno v předchozím odstavci, je možné svoje emise uhlíku takzvaně „vyrovnat” (v angličtině se používá termín „offseting“). Například vysazením stromů nebo zakoupením uhlíkových „odpustků”, které se týkají například vašich emisí skleníkových plynů z letecké dopravy. Zatímco zaplacení uhlíkových „odpustků“ v České republice momentálně není možné, zasadit strom je jednoduché. K tomu, abychom kompenzovali emise CO2 za celý náš život je třeba zhruba čtyř stromů. Další tipy, jak snižovat svoji uhlíkovou stopu naleznete v uhlíkové kalkulačce na stránkách Evropské unie. Kalkulačka vám přímo spočítá, kolik uhlíku můžete uspořit, pokud budete provádět pravidelně některá jednoduchá opatření například při praní, svícení, dopravě, apod.


V poslední době se často objevuje také pojem „cabon neutral“. Český pojem se zatím neujal, řekněme tedy, že překlad zní „uhlíkově neutrální“. Znamená to aktivitu či produkt, jehož uhlíková stopa je rovna nule, je vyrovnána nějakou vyrovnávací aktivitou zmíněnou výše. Dokonce jsou již země, které se snaží o uhlíkově neutrální ekonomiku. Kalkulačka uhlíkové stopy V našem životě každý z nás přispívá k emisím skleníkových plynů, které jsou považovány za hlavní příčinu globální klimatické změny. Jak velké tyto emise budou, ale můžeme ovlivnit sami. Záleží na rozhodnutích, která děláme v našich domech, při cestování, způsobem stravování, při nakládání s odpady a dalšími. Existuje mnoho věcí, které každý z nás může udělat pro zmenšení své uhlíkové stopy ve snaze pomoci zajistit stabilní prostředí pro budoucí generace. Kalkulačka uhlíkové stopy vám pomůže spočítat vaši produkci skleníkových plynů v oblastech, které výrazně emise ovlivňují – při spotřebě energie v domech a bytech, v dopravě, uložené v materiálech, které považujeme za odpady a také emisemi souvisejícími s naším jídlem. Výsledek si budete moci porovnat s českým průměrem, ale také s uhlíkovou stopou běžného Evropana či obyvatele Země.


Proč spalování fosilních paliv škodí životnímu prostředí?

2.

Jaká škodlivina škodí nejvíce a proč?

3.

Proč je vhodné používat obnovitelné zdroje energie?

4.

Spočítejte si prostřednictvím kalkulačky svou uhlíkovou stopu:

V následujících odkazech naleznete rady, jak své emise snižovat. Co mohu udělat?

Vytápění kalkulacka.zmenaklimatu.cz/jak-snizit-emise/ vytapeni.html

http://kalkulacka.zmenaklimatu.cz/kalkulacka.html

Kalkulačka uhlíkové stopy se snaží postihnout všechny hlavní zdroje emisí skleníkových plynů v běžném životě. Pracuje s českými daty, proto se výsledky mohou lišit od obdobných zahraničních kalkulátorů.

Žehlení kalkulacka.zmenaklimatu.cz/jak-snizit-emise/ zehleni.html

Praní a sušení prádla kalkulacka.zmenaklimatu.cz/jak-snizit-emise/ prani-a-suseni-pradla.html

Než se pustíte do práce, vezměte si k ruce roční zúčtování elektřiny, tepla, plynu, prostě informace o roční spotřebě energie ve vaší domácnosti.

Ohřev a spotřeba teplé vody kalkulacka.zmenaklimatu.cz/jak-snizit-emise/ ohrev-a-spotreba-teple-vody.html

5. Výsledky své uhlíkové stopy porovnejte s ostatními. Seznamte se s možnými opatřeními ve vaší domácnosti a navrhněte, co pro snížení své uhlíkové stopy uděláte. I drobná opatření mají svůj smysl a objeví se v závěrečném uhlíkovém účtu.

Vaření kalkulacka.zmenaklimatu.cz/jak-snizit-emise/ vareni.html

33


34


Osvětlení kalkulacka.zmenaklimatu.cz/jak-snizit-emise/ osvetleni.html Chladničky a mrazáky kalkulacka.zmenaklimatu.cz/jak-snizit-emise/ chladnicky-a-mrazaky.html

Zdroje

Kompendium Ochrany kvality ovzduší, kolektiv autorů, Vodní zdroje Ekomonitor spol. s.r.o., 2008

Obnovitelné zdroje energie, Přehled druhů technologií, MŽP, 2009 ŠVECOVÁ, M., KVASNIČKOVÁ, D., JIŘÍKOVÁ, E., SÁSIKOVÁ, K. Energie jako průřezové téma školních vzdělávacích programů. Praha: KEV, o.s., 2012, 55 s.

Ostatní elektrospotřebiče kalkulacka.zmenaklimatu.cz/jak-snizit-emise/ ostatni-elektrospotrebice.html

Doprava kalkulacka.zmenaklimatu.cz/jak-snizit-emise/ doprava.html

www.cenyenergie.cz/obnovitelne-zdroje-energie-oze.dic

Potraviny kalkulacka.zmenaklimatu.cz/jak-snizit-emise/ potraviny.html

kalkulacka.zmenaklimatu.cz/kategorie/jak-snizit-emise.html

Odpady kalkulacka.zmenaklimatu.cz/jak-snizit-emise/ odpady.html

Energie a uhlí


Pracovní list 8

Energie a uhlí

8.1. Úvod Uhlí patří mezi neobnovitelné zdroj energie. Dle BP Statistical Rewiew 2011 existuje přes 860 ml. tun prokázaných uhelných zásob; tzn., že existuje dost uhlí, aby pokrylo spotřebu po asi 118 let při současném tempu těžby. Na rozdíl od životnosti zásob uhlí, životnost prokázaných zásob ropy a zemního plynu je asi 46,2 a 58,6 let při současné úrovni využití.

8.2. Teoretická část 8.2.1. Vznik uhlí Uhlí vznikalo z velkých stromovitých rostlin v době před mnoha miliony roky. Tehdy bylo podnebí teplé a vlhké. Odumřelé či vichřicemi vyvrácené kmeny padaly do bahnité vody, kde nemohly tlít. Časem přibývaly stále nové vrstvy a dřevo se dostávalo hluboko pod povrch. Pod tlakem a za zvýšené teploty se dřevo po miliony roků měnilo v uhlí. Většina světových zásob uhlí se začala tvořit v období karbonu (prvohory), geologické epoše, která začala před 360 milióny let a skončila před 286 milióny let. Hnědé uhlí je o něco mladší, vznikalo před 250 mil. lety na počátku druhohor.

Karbonský prales

Uhlí je hnědá, černá nebo hnědočerná hořlavá hornina. Získává se těžbou z povrchových nebo hlubinných dolů. Uhlí je složeno především z uhlíku, vodíku a kyslíku, obsahuje však také další chemické prvky především síru a příměsi radioaktivní (uran a thorium). Uhlí je nejčastěji používané pro výrobu tepla a elektřiny. Velká část světové výroby elektřiny (42 %) využívá spalování uhlí, které probíhá v klasických uhelných respektive v tepelných elektrárnách. Uhlí Druhy uhlí

Lignit – také označovaný jako hnědé uhlí je nejméně kvalitní druh uhlí. Užívá se výhradně pro výrobu elektřiny nebo výrobu technologického tepla. Je třetihorního původu.

Hnědé uhlí – používá se k vytápění domácností nebo k výrobě tepla a elektřiny

Černé uhlí – má vysokou hustotu, jeho barva je obvykle černá až hnědočerná. Je prvohorního a druhohorního původu.

Antracit – jde o nejkvalitnější uhlí, používá se na vytápění a k výrobě chemikálií.

35


Energie a uhlí

Uhelné zásoby Uhelné zásoby jsou celosvětově dostupné v téměř každé zemi, s těžitelnými zásobami v asi 70 zemích. Největší zásoby jsou v USA, Rusku, Číně a Indii. Odhady zásob uhlí na světě se pohybují od 1004 bilionů t (zásoba na 130 let) po 861 bilionů t (zásoby na 112 let). Největší producenti uhlí v roce 2011

společnosti ČEZ, a.s. Velcí nezávislí výrobci elektrické energie a tepla (instalovaný výkon vyšší než 20 MWe, případně spotřeba uhlí vyšší než 30 000 tun za rok) odebrali 13,535 milionů tun (30,7 %). Ostatní dodávky včetně maloodběratelů a domácností představovaly 2,802 milionů tun (6,4 %). Nepatrné množství z celkového objemu bylo též exportováno - 1,160 milionu tun (2,6 %).

Čína

3471 Mt

USA

1004 Mt

Nejvíce hnědého uhlí bylo v roce 2010 spotřebováno k výrobě elektřiny (83 %) – 62 % zdroje ČEZ, 21 % ostatní nezávislí. Výroba tepla spotřebovala 17 % uhlí (15 % nezávislí výrobci, 2 % ČEZ). Na výrobě elektřiny v ČR se hnědé uhlí podílí zhruba jednou polovinou. Jeho podíl na centrální výrobě tepla v ČR pak představuje cca 43 %.

Indie

585 Mt

Spalování uhlí

Austrálie

414 Mt

Indonésie

376 Mt

Země

Produkce

Kolem ¾ uhlí vytěženého na světě je použito na výrobu elektrické energie a přes 20 % je využito železářským průmyslem. Uhlí poskytuje 41 % světové elektřiny a zůstalo klíčovým přírodním zdrojem pro výrobu elektřiny během posledních čtyř desetiletí. Uhlí je také užívané jako zdroj energie pro produkci 64 % oceli a 30 % hliníku světa.

8.2.2. Uhlí v ČR ČR patří k zemím, jež těží černé i hnědé uhlí. Podle České geologické služby je v těžebních lokalitách 206 mil. t vytěžitelných zásob černého uhlí a 863 mil. t vytěžitelných zásob hnědého uhlí. V roce 2011 Česko vytěžilo 11,3 mil. tun černého a 46,6 mil. tun hnědého uhlí. Za hranicemi tzv. ekologických limitů se potom v rámci zmíněných podkrušnohorských pánví nachází ještě cca 3,8 miliard tun v současnosti využitelného hnědého uhlí. Ekologické limity - územní limity těžby hnědého uhlí byly stanoveny usnesením vlády České republiky č. 444 z roku 1991. Usnesení definuje dobývací prostory a oblasti, které by měly zůstat nevytěženy. Hlavním důvodem byla ochrana životního prostředí a krajiny v oblasti severních Čech. Celkem bylo dosud historicky v ČR do konce roku 2010 vytěženo 5,168 miliard tun hnědého uhlí. Na sokolovskou hnědouhelnou pánev připadalo 1,119 miliard tun a severočeskou hnědouhelnou pánev potom 4,049 miliardy tun. Ze statistik Českého statistického úřadu (ČSU), uhelných společností a expertních výpočtů vyplynulo, že v roce 2010 bylo pro oblast energetiky a teplárenství celkem dodáno 44,025 milionů tun hnědého uhlí. Nejvíce z toho – 60,3 % tj. 26,530 milionů tun – směřovalo do energetických zařízení

36

Spalování uhlí je zdrojem největší škály emisí, při spalování ropy vznikají prakticky shodné škodliviny ovšem bez popílku, při spalování zemního plynu vzniká více oxidů dusíku, méně oxidu uhličitého a tvoří se saze. Uhelné elektrárny životní prostředí zatěžují emisemi, které lze rozdělit na plynné a pevné. Z plynných emisí je nejzávažnější koncentrace oxidu siřičitého (SO2), oxidů dusíku (oxid dusičitý: NO2, oxid dusnatý: NO), uhlovodíků (CxHy) a oxidu uhelnatého (CO). Pevné škodliviny představují prašné částice, které známe jako popílek a saze, dále je nezanedbatelný úlet těžkých kovů. Porovnání emisí škodlivin různých druhů paliv na 1 GJ

Palivo

emise (kg/GJ) SO2

CO2

NOX

Hnědé uhlí

1,0

95,6

0,219

Černé uhlí

0,4

92,7

0,25

Zemní plyn

0,0

56,3

0,17

Dřevěné brikety, pelety, štěpky, palivové dřevo

0,0

102,3

0,027

Uhelná elektrárna 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

Energie a uhlí


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. Naprostou většinu výrobních bloků uhelných elektráren Skupiny ČEZ tvoří bloky o instalovaném výkonu 200 MW (elektrárny Tušimice II, Počerady, Prunéřov II, Chvaletice a Dětmarovice). Do portfolia výrobních kapacit patří i několik bloků o instalovaném výkonu 110 MW (Mělník II, Prunéřov I, Led-

Elektrárna Počerady

vice, Tisová); bloky o nižším instalovaném výkonu jsou spíše výjimkou. Blokem s největším instalovaným výkonem je 500MW blok v Elektrárně Mělník (Mělník III). Schéma uhelné elektrárny lze i s popisem shlédnout v interaktivním provedení na webových stránkách např.:

Energy web www.energyweb.cz/web/schemata/tepelna/index.htm

ČEZ a.s. www.cez.cz/cs/vyroba-elektriny/uhelne-elektrarny/ flash-model-jak-funguje-uhelna-elektrarna.html


CCo je uhlí? Jak a z čeho vzniklo?

2.

Jak se liší různé druhy uhlí?

3.

Kde se uhlí nalézá? U nás, ve světě?

4.

Odkdy se uhlí využívá? K čemu?

5.

Proč uhlí hoří? Co přitom vzniká?

6.

Kde, jak a k čemu se uhlí začalo používat?

7.

Jak se uhlí získává? Která povolání jsou s tím spojena?

8.

K čemu se uhlí používá v současnosti?

9.

Jak využívání uhlí ovlivnilo společenský vývoj ve světě?

10. Jak využívání uhlí souvisí s vědeckým a technickým pokrokem? 11. Jak využívání uhlí ovlivnilo způsob života lidí? 12. V jaké míře se zvyšovalo využívání uhlí – a jaké to mělo a má vlivy na prostředí? 13. Proč je uhlí neobnovitelný přírodní zdroj, jak se má s takovými zdroji nakládat a proč? 14. Odkud se získává uhlí pro domácnosti? Kolik stojí? Kde se může spalovat? Co přitom vzniká? Jaké zásady je třeba dodržovat a proč? 15. Kolik lidí nyní v okolí uhlí využívá přímo ve svých domácnostech?

37


Energie a uhlí

16. Jaká různá zařízení pro spalování uhlí jsou – a jaká byla v minulosti?

Zdroje


18. Jaká opatření jsou důležitá pro využívání uhlí v elektrárnách?

www.vesmir.cz/files/obr/nazev/2010_436_05:jpg/ type/html

19. Jak a k čemu se energie z elektráren rozvádí?

www.radio.cz/cz/rubrika/tisk/prehled-tisku-2011-09-12

20. Kde je nejbližší uhelná elektrárna a co o ní víte? Odkud se do ní získává uhlí?

www.vcelari.cz/old/brikety/emise.html

www.cez.cz

17. K čemu a jak se uhlí používá v elektrárnách? Jak elektrárny ovlivňují prostředí?

21. Které problémy jsou v současnosti spojeny se získáváním a využíváním uhlí ve světě? Jaká opatření se k tomu přijímají v rámci mezinárodní spolupráce, v rámci Evropy? 22. Které problémy jsou nyní u nás spojeny se získáváním uhlí a s uhelnými elektrárnami? 23. Jaký je tvůj názor na tyto problémy ve světovém měřítku a u nás?

38

Energie a ropa


Pracovní list 9

Energie a ropa

9.1. Úvod Ropa patří mezi neobnovitelné zdroje energie. Ropa je pro současnou civilizaci především zdrojem energie. Ropa je také jednou z nejdůležitějších surovin pro chemický průmysl. Na rozdíl od životnosti zásob uhlí, životnost prokázaných zásob ropy a zemního plynu je asi 46,2 a 58,6 let při současné úrovni využití.

9.2. Teoretická část Vznik ropy

Produkce ropy

Ropa je směsí přírodních látek, která vznikla fyzikálně chemickými procesy během mnoha milionů let. Původ ropy je převážně organický a přepokládá, že ropa je tvořena rozloženými zbytky malých organismů, jež žily v oceánech před miliony let. Po svém uhynutí byly překryty vrstvou sedimentů. Časem tíha těchto vrstev přeměnila těla mrtvých organismů a dala vzniknout surové ropě. Ropa je tekutou viskózní horninou, má hnědou až nazelenalou barvu a je tvořená směsí uhlovodíků. Nejčastěji se vyskytuje v oblasti kontinentálních šelfů. Ropa tvoří základ petrochemického průmyslu. Ropa se dále zpracovává a má velké využití.

Celková produkce ropy je více než 80 tis. barelů ropy denně. 1 barel ropy v závislosti na druhu ropy váží od 96,972 kg do 166,92 kg.

Dobývání ropy Ropa se dobývá čerpáním z hloubkových vrtů provedených různými postupy a zařízeními. Těžba a přeprava ropy s sebou nesou ekologická rizika v podobě možné havárie a zamoření velkých území.

Největší producenti ropy v roce 2011 Země

Podíl na světové produkci

Saudská Arábie

13%

Rusko

12%

Irák

3,9%

Írán

3,2%

Čína

4,6%

Odhady světových zásob se velmi liší, nejvíce ověřených zásob ropy se předpokládá ve Venezuele, Saudské Arábii, Íránu, Iráku a Kuvajtu. V ČR se v současné době pohybuje těžba ropy mezi 300– 400 tis. m3. Ložiska se nachází na Moravě v převaze na jihu. Mapa na následující straně schematicky znázorňuje objem obchodované ropy mezi nejdůležitějšími hráči na světovém ropném trhu.

Největší vývozci ropy v roce 2011

39


Energie a ropa

Zpracování a využití ropy Produkty zpracování ropy jsou základními palivy v dopravě, nejdůležitějšími surovinami pro výrobu plastů, hnojiv a další chemickou výrobu. Pouze malé množství se využívá přímo pro spalování s cílem vyrobit elektrickou energii a teplo. Základem zpracování surové ropy je primární atmosférická destilace (tj. za atmosférického tlaku) v rafineriích, kterou se ropa rozdělí na jednotlivé skupiny uhlovodíků, které se liší bodem varu – viz tabulka. Destilační frakce nejsou ještě jednotlivé chemické látky, ale jejich směsi s blízkými vlastnostmi (hustotou a počtem atomů uhlíku):

40

Plynné alkany vzniklé při zpracování ropy lze využít pro další petrochemické výroby, většina z nich je ale přímo spalována nebo prodávána jako LPG (viz Zpracování a využití zemního plynu). Benzín je jedním z nejdůležitějších produktů zpracování ropy. V rámci destilace ropy se tato frakce dělí na tři podskupiny: lehký benzín (C5–C7), střední benzín (C6–C8) a těžký benzín (C7–C10). Z lehkého

Základní frakce uhlovodíků získaných atmosférickou destilací ropy, destilační rozmezí a příklady jejich využití. Podle Wiseman (1988) a Hrdina, Machalický (2002) destilační rozmezí

produkt

plyny

pod 30 °C

topné plyny a zkapalněné uhlovodíkové plyny

benzín

30–200 °C

složky automobilového benzínu

petrolej

180–270 °C

palivo leteckých motorů

plynový olej

250–360 °C

motorová nafta

destilační zbytek

topný olej, těžký olej, asfalt

frakce

mazut

a středního benzínu se obvykle pyrolýzou vyrábí ethylen, těžký se pro použití ve spalovacích motorech upravuje reformováním. Směs do spalovacích motorů musí mít vhodné vypařovací vlastnosti

Energie a ropa


a spalovací charakteristiky – viz oktanové číslo. Kromě pohonu motorů se část benzínů používá jako polární rozpouštědla – tzv. technický benzín.

Plynové oleje jsou podobně jako benzíny směsi alkanů, cykloalkanů a aromatických uhlovodíků, mají však vyšší molekulární hmotnost. Používají se pro výrobu etylenu, propylenu a butenů.

Petrolej je cenným palivem pro letecké motory, omezeně se využívá pro výrobu etylenu a jiných organických sloučenin.

Mazut tvoří v závislosti na zpracovávané ropě až polovinu produktů. Dříve býval hojně využíván jako palivo elektráren a tepláren, vzhledem k obsahu síry ovšem ne příliš kvalitní. Je možné zpracovat ho znovu destilací ve vakuu, díky kterému se sníží bod varu uhlovodíků a oddělí se ještě asi 40 až 60 % olejových frakcí. Ty lze snáze odsířit a používat jako palivo, vyrábět z nich mazací oleje a parafin. Destilační zbytek vakuové destilace je asfalt, využívaný na povrchy vozovek, podlahy, nátěrové a izolační hmoty (Wiseman 1988; Hrdina, Machalický 2002). Podobnou, byť daleko časově náročnější cestou vzniká i přírodní asfalt, konečný produkt oxidace ropy, která se přirozenou cestou dostala na zemský povrch. Tyto přírodní výskyty už dnes ztratily průmyslové využití vzhledem k malým zásobám a odlehlosti ložisek, zcela je nahradil umělý asfalt ze zpracování ropy. Jen naše rafinerie ropy Paramo a.s. měla v roce 2006 produkci asfaltu zhruba poloviční velikosti, než je celosvětová produkce přírodní suroviny (Ney, Smakowski et al. 2005; Jolevová 2007).

Doprava ropy v ČR MERO ČR, a. s. (mezinárodní ropovody) je vlastník a provozovatel české části ropovodu Družba a ropovodu IKL a je jediným přepravcem ropy do České republiky a nejvýznamnější společností zajišťující skladování nouzových strategických zásob ropy. Oba ropovody vstupují do Centrálního tankoviště ropy Nelahozeves, kde společnost vybudovala celkem 16 ropných nádrží s celkovou skladovací kapacitou 1 550 000 m3. Budoucnost ropy Je skutečností, že těžba, nejenom, ropy se blíží svému vrcholu. Se vzrůstající cenou výrazně ovlivněnou rostoucí poptávkou, se hledají zásoby ve stále složitějších oblastech (ať již hloubkou, přístupností nebo vydatností ložisek) a také se hledají způsoby jak těžbu z existujících ložisek prodloužit a optimalizovat.

Ropovodní síť ČR

Ekologické havárie související s ropou 20. dubna 2010 v důsledku nedbalosti explodovala Ropná plošina Deepwater Horizon v Mexickém zálivu a krátce nato se potopila. Výbuch zabil 11 lidí a od toho dne až do 4. srpna uniklo z poškozeného nově vyhloubeného vrtu v hloubce 1 500 m do moře téměř 800 milionů litrů ropy. Poškozeno bylo pobřeží pěti amerických států, v délce asi 650 km, včetně ekologicky citlivých mokřadů v deltě Mississippi. Podle Amerického centra pro biodiverzitu zahynulo na 6 tisíc mořských želv, 26 tisíc delfínů a velryb, 82 tisíc ptáků a nespočetné množství ryb a bezobratlých živočichů. Ekologická katastrofa, kterou únik ropy způsobil, je největší v dějinách USA. Název Exxon Valdez nesl ropný tanker společnosti Exxon Mobil, jehož havárie je považována za jednu z největších ekologických katastrof způsobenou člověkem. 24. 3. 1989 loď ztroskotala po najetí na útes v zálivu prince Williama u pobřeží Aljašky. Z vraku uniklo 42 000 t ropy, které zamořili jak oceán (28 000 km2), tak pobřeží (v délce 2 100 km) a především tisíce živočichů zde žijících. Příčinou byla především vina kapitána lodi. Na odstraňování následků se podílelo více než 11 000 dobrovolníků. Moře a pobřeží od Španělska až po Skotsko znečistilo cca 63 000 t topného oleje z havárie tankeru Prestige, který se dostal do problémů v bouři 13. listopadu 2002. Běžná tekutá ropa by nenadělala tolik škody jako těžký topný olej – mazut. Na pobřeží se z něj utvořil tuhý asfalt, obsahující polyfenily, těžké kovy a další toxické prvky, z nichž velké množství snadno proniká do živých buněk a je karcinogenních. Většina mořských měkkýšů se pod nánosem mazutu udusila, zahynuly desítky malých delfínů a vodních želv. Údajně zahynulo až 250 000 ptáků, což by byla největší ekologická katastrofa svého druhu v Evropě. Mapa na následující straně zobrazuje největší ekologické katastrofy spojené s únikem ropy a s jadernými haváriemi.

41


Energie a ropa


Co je ropa? Jak a z čeho vznikla?

11. Jak využívání ropy ovlivnilo způsob života lidí?

2.

Kde se ropa nalézá ? U nás, ve světě?

12. V jaké míře se zvyšovalo využívání ropy – a jaké to mělo a má vlivy na prostředí?

3.

Od kdy se ropa využívá? K čemu a jak?

4.

Proč ropa hoří? Co přitom vzniká?

5.

Kde, jak a k čemu se ropa začala používat?

6.

Jak se ropa těží a dopravuje ve světě, v Evropě a u nás?

7.

Co je to barel?

8.

K čemu se ropa používá v současnosti?

9.

Jak využívání ropy ovlivnilo společenský vývoj ve světě?

13. Proč je ropa neobnovitelný přírodní zdroj? 14. Na jaké palivo létají letadla? 15. Které problémy jsou v současnosti spojeny se získáváním a využíváním ropy ve světě? Jaká opatření se k tomu přijímají v rámci mezinárodní spolupráce, v rámci Evropy? 16. Jaký je tvůj názor na tyto problémy ve světovém měřítku a u nás? 17. Zahrajte si hru „Jak se ekologicky dopravovat?“ 10. Jak využívání ropy souvisí s vědeckým a technickým pokrokem?

42

Energie a ropa


Vysvětlivky Oktanové číslo U spalování ve válcích motorů je žádoucí omezit klepání a detonace – proto je zavedeno oktanové číslo motorových benzinů, které vyjadřuje míru detonací při spalování v motoru. Většina současných spalovacích motorů je stavěna na benziny s oktanovým číslem 90–98. Barel Barel je název několika různých jednotek objemu. Název vznikl z anglického slova barrel, které znamená sud (mimo jiné). Nejčastěji se používá barel ve spojitosti s dopravou ropy. Barel ropy (nebo jiné obdobné látky) se značí bbl, 1 bbl = 158,987294928 litrů = 42 US galonů. Protože se hustota ropy v závislosti na obsahu rozpuštěných látek pohybuje v rozmezí od 0,61–1,05 a víc g/cm³ váží 1 barel ropy v závislosti na druhu ropy od 96,972 kg do 166,92 kg. Množství ropy se taky někdy udává v tunách, jedna tuna ropy tak odpovídá přibližně 6–10,32 barelu.

Zdroje

www.dnesni-svet.cz/podklady-pro-dum/environmentalni-vychova/

www.dnesni-svet.cz/docs/cms/podklady%20 pro%20dum/environmentalni-vychova/ekologicke_katastrofy.png

geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/vyuziti_ropy.html

www.mero.cz/provoz/preprava-ropy/

cs.wikipedia.org/wiki/Barel

43


Energie a zemní plyn

Pracovní list 10


10.1. Úvod Zemní plyn patří mezi neobnovitelné zdroj energie. Díky tomu, že obsahuje především metan, má v porovnání s ostatními fosilními palivy při spalování nejmenší podíl CO2 na jednotku uvolněné energie. Je proto považován za ekologické palivo. Na rozdíl od životnosti zásob uhlí, životnost prokázaných zásob ropy a zemního plynu je asi 46,2 a 58,6 let při současné úrovni využití.

10.2. Teoretická část Zemní plyn je přírodní hořlavý plyn. Jeho hlavní složkou je methan (obvykle přes 90 %) a ethan (1–6 %). Je to směs plynných a těkavých n-alkanů CH4–C4H10 (vzácně C7H16) s příměsí plynů (H2, N2, CO2, H2S, He aj.), ropy, vody a písku. Suchý zemní plyn je metan s obsahem etanu a dalších uhlovodíků pod 1 %. Vlhký (žírný) zemní plyn je metan s obsahem etanu a dalších uhlovodíků. Kyselý zemní plyn má zvýšený obsah H2S (Dopita, Havlena, Pešek 1985). Přeprava zemního plynu Přeprava samotného zemního plynu je vysoce nákladná a nebezpečná záležitost. Probíhá totiž na takřka nepředstavitelné dálky, například pokud vezmeme v potaz zemní plyn dodávaný z Ruské federace na naše území, někde jsou tyto vzdálenosti ještě o něco delší. Co tedy můžeme vlastně říct o této dálkové přepravě? Zemní plyn můžeme po úpravě (sušení, zbavování prachu, odstranění vyšších uhlovodíků a tak podobně) distribuovat jednak pomocí potrubí, jednak ve zkapalněném stavu pomocí tankerů. Zbavit zemní plyn vody nebo sirných látek je rovněž velmi důležité, potrubí pak může při přepravě díky vysoké vlhkosti korodovat nebo se dokonce ucpat, což může dovést potrubí až k výbuchu. Zvolená technologie samotného čištění je obvykle přímo odvislá od složení plynu. V Evropě dnes najdeme poměrně hustou síť plynovodů, které jsou vedeny nejen na souši, ale také po mořském dně. Bez takového využití vodní plochy by se totiž zemní plyn jen těžko dostával z nalezišť například v severní části Afriky.

44

Potrubní přeprava je v rámci Evropy zdaleka nejrozšířenější a neustále jsou ve výstavbě potrubí nová, průměr takových plynovodů často přesahuje jeden metr. Přepravními tankery se transportuje plyn na velké vzdálenosti. Samotný proces zkapalnění probíhající v takzvané zkapalňovací stanici, pomůže výrazně snížit objem zemního plynu, někdy až šestsetinásobně a je tak možné snadno obrovské množství zemního plynu přepravovat pomocí poměrně malého tankeru. Zkapalněný zemní plyn je častěji znám pod zkratkou LPG a využívá se hlavně jako pohonná hmota pro některé specializované druhy automobilů. Do Evropy se dostává hlavně z Alžírska, ale také z Austrálie. Pomocí následné vnitrostátní přepravy je pak zemní plyn dodáván koncovým uživatelům, tedy nejrůznějším odběratelským firmám a hlavně domácnostem. Díky takzvaným vysokotlakým plynovodům je zemní plyn rozdělován do jednotlivých obcí, které pomocí svých regulačních stanic upravují tlak plynu. Tyto rozvody, které rozdělují zemní plyn dále, jsou buď nízkotlaké, nebo středotlaké. Nízkotlaké se hodí zejména pro domácnosti, kde se používají pouze plynové spotřebiče, středotlaké pak mají vyšší kapacitu a jejich síť je pružnější, hodí se tak do velkých provozoven. Zpracování zemního plynu Konečné využití většiny zemního plynu není v chemické výrobě, ale spaluje se pro získání energie. Vzhledem k tomu není zpracováván v rafineriích jako ropa, pouze se kvůli přepravě zbavuje už v oblasti těžby nežádoucích příměsí. Technologické schéma úpravy a možného zpracování zemního plynu včetně jednotlivých produktů je znázorněno na následujícím obrázku.



Schematický diagram zpracování surového zemního plynu

Využití zemního plynu Komerční využívání zemního plynu se datuje do konce 18. století, konkrétně k roku 1785. Tehdy se ve Velké Británii začal zemní plyn používat jako osvětlení do pouličních lamp. Plynárenství prošlo dvěma zásadními směry vývoje, tím prvním je etapa takzvaného svítiplynu, který byl vyráběn z uhlí či kapalných uhlovodíků a kterým se také začalo koncem 18. století s veřejným osvětlením. Na svítiplyn jezdily v první polovině dvacátého století i osobní automobily a používal se i pro vaření v domácnostech a vytápění obytných prostor. Postupně byl ale svítiplyn nahrazen zemním plynem či elektřinou, jejichž provoz byl mnohem bezpečnější a ekonomičtější. Zemní plyn se samozřejmě využívá i v domácnostech celého světa, kde platí jako ekologická a nepříliš drahá surovina určená k vytápění či vaření. Jak se zemní plyn dělí? Za prvé podle složení, za druhé podle energetického obsahu. Podle složení rozlišuje suchý (chudý) zemní plyn, který obsahuje velké procento metanu a malé množství vyšších uhlovodíků a vlhký (nebo též bohatý) zemní plyn, kde je bohatých uhlovodíků mnohem více. V neposled-

ní řadě existuje i takzvaný kyselý zemní plyn, který obsahuje vysoké množství sulfanu, jenž se musí před hospodářským využitím plynu odstranit. Čtvrtá kategorie pak je zemní plyn s vyšším obsahem inertů. Podle energetického obsahu rozlišujeme jen dvě kategorie zemního plynu, plyn H a L. Zemní plyn s označením H má malý obsah nehořlavých složek, zemní plyn typu „L“ pak obsahuje velké množství dusíku a jiných intertních složek. Zemní plyn je z největší části využíván jako „čisté“ palivo. Jeho dokonalým spalováním vzniká jen vodní pára a oxid uhličitý. Z hlediska emisí skleníkových plynů při spalování jde o nejvýhodnější ze všech fosilních paliv. Použití zemního plynu v této oblasti je široké – od elektráren a tepláren až po vaření, vytápění ohřev užitkové vody v domácnostech a svícení. V současné době se opět vrací plyn jako pohonná hmota automobilu, LPG či CNG jsou ale příliš málo využívané oproti benzínu či naftě, možná tento trend ale změní už blízká budoucnost, protože jde o levná paliva s minimálním produktem exhalací.

45



Zemní plyn lze využívat v klasických spalovacích motorech (nutná úprava vstřikovacího systému a montáž zásobníku plynu) i ve speciálních plynových motorech. Komerčně je dostupný v několika formách:

CNG (Compressed Natural Gas – stlačený zemní plyn) při tlaku 20–27 MPa a běžných teplotách

LNG (Liquefied Natural Gas – zkapalněný zemní plyn) při tlaku 25 kPa a teplotě okolo -163 °C

LPG (Liquefied Petroleum Gas – zkapalněný ropný plyn), zkapalněná směs propanu a butanu vyráběná při zpracování ropy

Přebudovat motor našeho auta například z benzínového na ten spotřebovávající pro svůj provoz LPG není navíc tak finančně náročné, abychom o tom nemuseli alespoň uvažovat a čerpací stanice nabízející i LPG rostou doslova jako houby po dešti.

Zemní plyn a ekologie Zemní plyn a ekologie je v současném světě často diskutované slovní spojení. Zemní plyn je totiž i přes to, že je netoxický, stále jen jedním z řady fosilních paliv a jeho využívání je tedy poměrně nehospodárné, v současnosti ale tvoří obnovitelné zdroje energie jen minimální část spotřeby energií. Zemní plyn je však i přesto poměrně ekologický. Plynovody potřebné pro jeho transport na větší vzdálenost totiž zaberou jen minimum půdy a většinou je možné po výstavbě opět např. pěstovat v dané lokalitě nejrůznější zemědělské plodiny. Kromě toho, plynovody se nacházejí hluboko v zemi a nenarušují ráz krajiny (pokud nepočítáme s alternativou možného výbuchu, ale to není příliš pravděpodobná varianta budoucího vývoje).

Kromě výše uvedeného použití je zemní plyn výchozí surovinou pro získávání vodíku metodou parního reformování.

A to stále není všechno, ve srovnání s takovým uhlím nebo benzínem či naftou při spalování zemního plynu vzniká naprosté minimum škodlivých exhalací. Jediným znepokojivým faktorem při využívání plynu je vznik oxidů dusíku, tento druh emisí ale lze výrazně potlačit například konstrukční úpravou hořáků na našich spotřebičích.

Ve vozidlech se využívá ve stlačené (CNG) nebo zkapalněné podobě (LNG). Jelikož se zemní plyn vyskytuje velice často spolu s ropou (naftový zemní plyn) nebo s uhlím (karbonský zemní plyn), přiklánějí se teorie jeho vzniku nejčastěji k tomu, že se postupně uvolňoval při vzniku uhlí nebo ropy jako důsledek postupného rozkladu organického materiálu.

Spalováním zemního plynu vzniká pochopitelně i CO2 (oxid uhličitý), který podle klimatologů přispívá ke skleníkovému efektu. Ovšem pozor, pokud srovnáme zemní plyn s některými tuhými palivy, jeho spalováním vzniká až o polovinu méně emisí. Takže i v tomto směru jde o poměrně velmi hospodárné palivo.

Těží se ze země nebo z mořského dna, obvykle z mnohasetmetrových hloubek.

I přes tyto značné výhody nejsou bohužel zásoby zemního plynu nekonečné a naše společnost se bude muset v horizontu několika příštích desetiletí přeorientovat na jiné surovinové zdroje, ideální by bylo získávat energii z některých obnovitelných zdrojů.

Největší producenti zemního plynu v roce 2010 Země

Produkce

USA

611 mld. m3

Rusko

588 mld. m3

EU

182 mld. m3

Kanada

152 mld. m3

Írán

138 mld. m3

Prokázané (prověřené) zásoby zemního plynu, které jsou ekonomicky těžitelné při současné technické úrovni, dosahují 164 tisíc miliard m3 a vydrží při současné těžbě cca do roku 2060. Největšími zásobami se mohou chlubit Rusko, Írán, Katar, Saudská Arábie a USA.

46

Jak spočítat spotřebu plynu domácnosti? Výdaje za plyn neustále rostou, rok od roku vidíme na složenkách stále vyšší a vyšší sumy. Jak ušetřit? Především si musíme lépe hlídat naši spotřebu energií, evidencí celkové spotřeby plynu v domácnosti můžeme hospodařit mnohem efektivněji. Jak tedy spočítat naši celkovou spotřebu plynu? Spotřebu plynu si plynárna účtuje v takzvaných megawatthodinách (MWh), ale domácí plynoměr vše změří v metrech krychlových. Hodnotu, kterou ukazuje plynoměr v naší domácnosti, vynásobíme koeficientem 10,5, jenž je sice jen orientační, ale lépe to asi nepůjde. Po vynásobení počtu spotřebovaných metrů krychlových pomocí zmíněného koeficientu (jinými slovy – 100 metrů krychlových zemního plynu se rovná asi 1,05 megawatthodiny – neboli samozřejmě také 1050 kilowatthodin) dostaneme přibližný počet spotřebovaných megawatthodin. Do roku 2001 plynárny obvykle účto-



valy spotřebu jen v metrech krychlových, už jedenáct let ale vídáme na fakturách plynárenských koncernů pouze počet megawatthodin.

megawatthodin, ale můžeme snadno na jednom papíře porovnat, jestli se pro naši domácnost vyplatí spíše používat plyn nebo přejít kompletně např. na elektřinu.

Pokud se nechceme zdržovat s přepočtem, vězme, že přibližná cena za jeden metr krychlový zemního plynu se pohybovala alespoň v roce 2011 v rozmezí od třinácti dopatnácti korun českých. Pomocí přepočtu na jednotlivé

A jak snížit výdaje za spotřebu plynu? Používat tuto surovinu jen pro vaření, ohřev teplé vody může zajistit například kotel s vytápěním na uhlí nebo dřevo.


Co je to zemní plyn? Jak a z čeho vznikla?

Vysvětlivky

2.

Kde se nalézá? K čemu se používá?

3.

Proč je zemní plyn neobnovitelný přírodní zdroj?

4.

Odkud se do Evropy dostává zemní plyn a jakým způsobem?

5.

Používá se zemní plyn jako palivo v dopravě?

Odorizace Aby byla zvýšena bezpečnost používání zemního plynu, přidává se do něj při jeho distribuci několik zapáchajících plynů (proces takzvané odorizace), aby již pouhým čichem bylo možné zjistit jeho vysokou koncentraci ve vzduchu. Zabraňuje se tím tomu, aby se jeho koncoví uživatelé v domácnostech nešťastnou náhodou udusili nebo tomu, aby v nevětraných podzemních garážích docházelo k pravidelným silným výbuchům a případně i ztrátám na životech.

6. Vysvětli zkratky LPG a CNG. Zdroje 7.

Proč je zemní plyn nazýván ekologickým palivem?

8.

Kde a jak ve vaší domácnosti používáte plyn?

9.

Jak velká je vaše spotřeba a náklady? (Přineste z domova roční vyúčtování plynu, pokud jej doma využíváte). Porovnejte s ostatními. Navrhněte opatření.

geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/vyuziti_ropy.html

zemniplyn.info/category/zemni-plyn/

10. Co je to odorizace a proč se provádí?

47


Energie a atom

Pracovní list 11

Energie a atom

11.1. Úvod Obrovské množství energie lidé objevili v atomu – a naučili se tuto energii využívat výrobě elektrické energie. Místo fosilních paliv se v atomových elektrárnách k ohřívání vody využívá štěpení uranu (dosud izotopu 235), při kterém se uvolňuje velké množství energie. Svět má v současnosti v oblasti energetiky dva hlavní globální problémy – přístup k energetickým zdrojům a negativní vliv emisí na změny klimatu na Zemi. Oba řeší jaderná energetika; ta neprodukuje prakticky žádné tzv. skleníkové plyny (CO2) a naopak přispívá významným způsobem ke snížení globálních emisí těchto plynů do ovzduší. Jaderné zdroje současně patří všude ve světě mezi nejlevnější energetické zdroje. Ve výhodné ceně elektřiny vyrobené v jaderných zdrojích – srovnatelné nebo nižší než jaké jsou ceny z uhelných a plynových elektráren – se odráží nízký vliv

palivových nákladů. Na rozdíl od ostatních zdrojů v sobě tato cena zahrnuje také externí náklady (nakládání s odpady, vyřazování zařízení z provozu, zdravotní a environmentální vlivy). Pro perspektivu jaderné energetiky hovoří i dostatek surovin pro výrobu paliva. Světové zásoby ekonomicky dostupných jaderných paliv mohou bez recyklace paliva vystačit na 85 let a pokud by se nasadily rychlé reaktory, pak by s recyklací mohly vystačit na 2,5 tisíce let. Zásoby lithia pro další generaci fúzních reaktorů by vystačily dokonce na 46 milionů let.

11.2. Teoretická část Energie v atomu

Jaderná energie

Jaderná energie je energie, která existuje a uvolňuje se z jaderných reakcí v atomovém jádře. Jaderné zdroje mají nyní přibližně 17% podíl na světové výrobě elektřiny a přibližně 7% podíl na spotřebě energie celkově.

Namísto 1 tuny uhlí se spotřebuje jen přibližně 10g gramů jaderného paliva. Zdálo by se tedy, že je vše vyřešeno – vždyť z atomových elektráren žádný oxid uhličitý, ani jiné plyny neunikají. Bylo by to výborné, kdyby však s těmito elektrárnami nebyly spojeny obrovské obavy z jejich havárií a nejistota, že by při jejich rozsáhlém využívání mohlo docházet i k celkovému zvyšování radioaktivity v prostředí vzhledem k dosud nevyřešenému způsobu nakládání s vyhořelým jaderným odpadem.

V současnosti se průmyslově využívá štěpná reakce uranu nebo plutonia, uvažuje se rovněž o využití thoria. Předmětem intenzivního výzkumu je praktické využití termonukleární syntézy (především přeměna vodíku na hélium). Uran je radioaktivní chemický prvek, kov, patří mezi aktinoidy. Prvek objevil v roce 1789 Martin Heinrich Klaproth, v čisté formě byl uran izolován roku 1841 Eugene-Melchior Peligotem. Prvek byl pojmenován podle tehdy nově objevené planety Uran, která dostala jméno podle boha Urana v řecké mytologii (otec Titánů a první bůh nebes, manžel bytosti Gaia). Uran se tak stal prvním prvkem pojmenovaným podle planety – později následovaly ještě neptunium a plutonium.

48

Jaderné reaktory se také používají k pohonu lodí a ponorek, k výrobě izotopů pro další využití a k výzkumu, ojediněle k odsolování mořské vody, zároveň se (většinou jako vedlejší produkt při výrobě elektřiny) využívají k vytápění či ohřevu vody. V souvislosti s obavami z globálního oteplování se význam jaderných elektráren neustále zvyšuje. Jde totiž o elektrárny, které vyrábějí elektřinu v základním zatížení, a přitom neemitují skleníkové plyny.

Energie a atom


V současné době provoz jaderných elektráren ve světě snižuje emise CO2 o 2,6 mld. tun a mnoho milionů tun SO2, NOx a prachových částic ročně. Např. německé jaderné elektrárny zamezily jen v roce 1997 emisím 160 mil. tun CO2 (za léta 1961 až 1997 emisím 2,6 mld. tun tohoto „skleníkového“ plynu). V případě USA jde za rok o 5 mil. tun SO2 a 2,5 mil. tun NOx. V USA se v roce 1998 na snižování emisí CO2 podílely jaderné elektrárny z 47,2 %, ostatní typy elektráren z 28,5 % (alternativní zdroje energie z 17,5 % a ostatní průmysl z 4,7 %). Zvýšení výroby elektřiny v jaderných elektrárnách je tedy nejjistější a nejrychlejší cestou ke snižování emisí CO2. Bez jaderné energie nelze dosáhnou ani cílů obsažených v Kjótském protokolu. Jaderná energetika a ekologie Jaderná energetika může přispět ke snížení ekologického zatížení i jinak, např. spoluprací s uhelným průmyslem. Jednou z možností je zplyňování uhlí pro výrobu čistějšího paliva využitelného ekonomičtějším způsobem. Pro zplyňování je nutné dodat 50 % další energie. Pokud by touto energií bylo zase uhlí, byl by proces neefektivní a nadále neekologický (uvolňoval by se CO2). Synergické využití jaderné energie a energie z fosilních paliv je již dnes proveditelné a efektivní. Nelze opomenout ani fakt, že přinese omezení závislosti zemí EU na dovozu ropy a zemního plynu (značná část dovozu prochází z regionů, které jsou považovány za politicky a ekonomicky nestabilní). Evropská komise odhaduje, že v roce 2020 bude EU muset dovážet asi 70 % uhlí (oproti dnešním 50 %) a závislost na dovážené ropě a zemním plynu bude v tomtéž roce dosahovat 80 až 90 %. Výskyt uranu v ČR Český masiv je velmi bohatý na výskyt uranu. Uranová ruda (dříve smolinec) zde byla těžena již od roku 1840, konkrétně v Jáchymově a využívala se pro získávání rádia a polonia. Během let 1907 až 1939 byla zdejší roční produkce 2,5–5,5 g rádia. Objev jaderných zbraní znamenal start ohromného drancování našich uranových ložisek. První sovětská atomová bomba byla vyrobena z jáchymovského uranu. Až později přibyla těžba pro účely získávání jaderného paliva do atomových elektráren. V České republice se uran dobýval v Jáchymově (do r. 1967), v okolí Příbrami (1948–1991), v Okrouhlé Radouni v jižních Čechách (1972–1990) u Vítkova v západních Čechách do roku 1991), v Zadním Chodově (do roku 1992), na Dyleni (do roku

1994), v Hamru a Křižanech poblíž Stráže pod Ralskem (do roku 1990), v Zálesí v Rychlebských horách a na dalších lokalitách. Do roku 1989 se celkem vytěžilo 96 000 tun uranu, hornickým způsobem plných 85 000 tun. Dnes pokračuje těžba již jen v Dolní Rožínce. Jinou metodou získávání uranu je chemické loužení, které u nás probíhalo ve Stráži pod Ralskem v severních Čechách (do r. 1996), kde v současnosti probíhá sanace, při níž se rovněž získává uran v množství 300 tun ročně. Kromě zmíněných lokalit se provozovala tzv. průzkumná těžba na řadě jiných míst, o nichž je velmi obtížné získat celkový přehled – např. Nahošín v okrese Strakonice (1977 až 1987), Pucov v okrese Třebíč, Brzkov v okrese Žďár nad Sázavou (1984 až 1990) atd. Uranová ruda se upravovala v předúpravnách (Příbram, Jáchymov) a úpravnách (MAPE Mydlovary – do roku 1991, Dolní Rožínka a Stráž pod Ralskem). Ještě v roce 1989 v nich bylo vyprodukováno 2.400 tun uranového koncentrátu proti nynějším 600 tunám. K 1. 1. 2012 byly ověřené zásoby na našem posledním dole v Rožné ve výši 338 tun, přičemž v roce 2011 se vytěžilo 224 tun. Vzhledem ke stále horší kovnatosti a tedy nutnosti těžit a na povrchu uložit více hlušiny a rmutu se zhoršují i dopady na životní prostředí a ekonomická rentabilita. I v případě, že množství těžitelného uranu v Rožné vzhledem k investicím do průzkumů drobně vzroste, posune definitivní konec těžby maximálně o několik let. S koncem dolování uranové rudy v Česku počítá i dosud platná Surovinová politika.

49


Energie a atom

Těžba uranové rudy a její následky Uran netvoří souvislá ložiska, většinou se v horninách nachází rozptýlen. Těžba uranu dává ekonomicky smysl pouze v nalezištích s koncentraci dosahující minimálně 1000 g/t (0,1 %). Prakticky to znamená, že z jedné tuny vytěžené uranové rudy získáme přibližně jeden kilogram uranu. Například v uranovém dole v Rožné je koncentrace uranu v hornině menší než 0,2 procenta. Z důvodů nízkého obsahu uranu v rudě navazuje na těžbu nákladné zpracování za účelem jeho zkoncentrování. Značné množství balastní hlušiny se musí oddělit od vlastní rudy. Typické pro provozy těžby a zpracování uranu jsou velké haldy odvalů, hlušiny a kalů po chemickém zpracování, v nichž se nacházejí zbytky uranu a další radioaktivní látky z jeho rozpadové řady, zejména thorium a radium. Riziko vážných dopadů na životní prostředí souvisí zejména s těmito částmi získávání uranové rudy:

Během těžby se z dolů musí odčerpat velké množství kontaminované vody, která se vypouští do řek a jezer.

Odvětrávaní dolů nutné pro snížení ohrožení zdraví horníků znamená uvolňování radioaktivního prachu a radonu do okolí, čímž narůstá riziko rakoviny plic u okolního obyvatelstva.

Haldy hlušiny obsahuji v porovnání s běžnou horninou zvýšené množství radionuklidů. Tyto haldy ohrožuji zdraví lidí i životní prostředí ještě dlouho po uzavření dolu, neboť se z nich uvolňuje radon a dešťová voda vymývá radioaktivní a toxické materiály. V případě, že se uran nevyplatí těžit hornickým způsobem nebo to neumožňují geologické podmínky, může nastoupit technologie chemického loužení. Loužidlo (například kyselina sírová nebo louhy) se pumpuje do podzemí, postupně rozpouští rudu a uranový roztok se vyčerpává pro další zpracování. Při procesu hrozí rozsáhlé zamoření podzemních vod, které zůstává i po skončení „těžby“.

Na našem území zůstává 67 velkých hlušinových odvalů (Jáchymovsko, Tachovsko, Příbramsko, Stráž pod Ralskem, Dolní Rožínka atd.) o celkovém objemu 16 milionů m3 na ploše 2,5 milionu m2. V 19 odkalištích na 587 hektarech je 51 milionů tun radioaktivních kalů. V okolí Stráže pod Ralskem došlo vedle toho při tzv. hydrochemické těžbě uranu k největším kontaminacím podzemních pitných vod v české historii. Do podzemí zde byly vtlačeny více než 4 miliony tun kyseliny sírové a dalších chemických látek. Kyselý uranový výluh byl poté čerpán na povrch, uran z něj chemicky separován a loužicí medium se zpětně vtlačovalo pod zem. Dnes plocha zamoření dosahuje 24 km2. Náklady na sanaci chemické těžby přijdou státní rozpočet každoročně na 2 miliardy korun a potrvají nejméně do roku 2030. Spotřeba uranu České jaderné elektrárny jsou zcela závislé na dováženém jaderném palivu a tuzemská produkce uranu je výrazně menší než spotřeba. Současné bloky v Temelíně a Dukovanech potřebují ekvivalent 610 tun uranu ročně, což končící těžba v Rožné nedokáže pokrýt. Dovoz jaderného paliva již dnes zvyšuje naši dovozní energetickou závislost o více než 50 procent. K podzemním zásobám uranu na Liberecku (115 tisíc tun) se bez obnovení chemické těžby, která by znamenala závažné poškození životního prostředí, nelze dostat. Návrh nové Surovinové politiky ale plánuje těžbu nových ložisek. V první řadě Brzkova Horní Věžnicev blízkosti Polné na Jihlavsku. Podle návrhu tu má být celkem 3 100 tun uranu, což by však zajistilo pouhých pět let provozu jaderné elektrárny Temelín a Dukovany. Uvažováno je ale také o těžbě větších uranových zásob na Liberecku v oblasti rozsáhlých podzemních zásob pitné vody. Vzhledem ke geologickým podmínkám bude taková těžba možná prakticky jen pomocí chemického loužení. Jaderná elektrárna Interaktivní schéma jaderné elektrárny je možné shlédnout na webových stránkách:

Energy web www.energyweb.cz/web/schemata/jaderna/index.htm

50

Při dalším zpracování se uranová ruda rozemílá na prach. Odpad z uranových mlýnů má formu kalu, který se hromadí v usazovacích nádržích. Průsaky z kalových nádrží představují další významné riziko, zejména kvůli možně kontaminaci podzemních i povrchových vod. Rovněž hrozí, že se prvky jako uran a arsen dostanou do zásob pitné vody a do masa ryb.

ČEZ a.s. www.cez.cz/cs/vyroba-elektriny/jaderna-energetika/interaktivni-model-je-jak-funguje-jaderka.html

Energie a atom


Jaderné elektrárny ve světě

Jaderné elektrárny v ČR

K 1. lednu 2013 bylo ve 29 státech světa podle statistik WNA (World Nuclear Association – Světová jaderná asociace) v provozu 435 jaderných reaktorů s celkovou instalovanou kapacitou 374 108 MWe. Celosvětově tyto reaktory vyrábějí asi 13,5 % světové elektřiny. Ve výstavbě je jich 65 ve 13 zemích. Plánuje se výstavba 167 reaktorů. Celkem se ve světě předběžně uvažuje o vybudování dalších 317 reaktorů, jejichž instalovaný výkon by měl dosáhnout asi 366 000 MW.

V České republice jsou v provozu dvě jaderné elektrárny.

Využití jádra hraje významnou roli i v EU – z jaderných elektráren zde pochází přibližně jedna třetina vyrobené elektřiny. V rámci celé Evropy se jaderné elektrárny staví ve Finsku, ve Francii, v Rusku a na Slovensku, výstavba se připravuje v Bělorusku, Bulharsku, České republice, Francii, Litvě, Polsku, Rumunsku, Rusku, Ukrajině a Spojeném království. Nejvíce jaderných zdrojů stojí v USA (104), ve Francii (58), Japonsku (50), Rusku (33), Jižní Koreji (23), Indii (20), Kanadě (19), Číně a Velké Británii (obě 16). V zemích EU se většinou používají tlakovodní reaktory PWR (65 %), co do četnosti jsou na druhém místě varné reaktory BWR (22 %). Využívány jsou také reaktory těžkovodní, grafitové, plynem chlazené, rychlé a další typy.

JE Dukovany

Jaderná elektrárna Temelín Jaderná elektrárna Temelín leží přibližně 24 km od Českých Budějovic a 5 km od Týna nad Vltavou. Elektřinu vyrábí ve dvou výrobních blocích s tlakovodními reaktory VVER 1000 typu V 320. Od jara 2003 je temelínská elektrárna s instalovaným elektrickým výkonem 2000 MW největším energetickým zdrojem České republiky. Technologie elektrárny odpovídá moderním světovým parametrům. Od konstrukce kontejnmentu až po optimalizaci využití paliva. Jaderná elektrárna Dukovany Jaderná elektrárna Dukovany se nachází 30 km jihovýchodně od Třebíče. V elektrárně jsou ve dvou dvojblocích instalovány celkem čtyři tlakovodní reaktory typu VVER 440 model V 213. Všechny bloky mají elektrický výkon 510 MW. Jaderná elektrárna Dukovany je první provozovanou jadernou elektrárnou v České republice a patří mezi největší, vysoce spolehlivé a ekonomicky výhodné energetické zdroje ČEZ, a. s. Roční výroba elektrické energie se pohybuje okolo 14 TWh, což představuje asi 20 % z celkové spotřeby elektřiny v České republice. V porovnání s ostatními významnými výrobci vyrábí elektřinu s nejnižšími měrnými náklady.

JE Temelín

51


Energie a atom


Štěpných reakcí jakých prvků se využívá v jaderné energetice?

2.

Porovnejte uhelnou a jadernou energetiku, vysvětlete jejich klady i zápory.

3.

Může uhelná a jaderná energetika spolupracovat v zájmu zlepšení životního prostředí? A pokud ano, jak?

Zdroje

www.cez.cz/cs/vyroba-elektriny/jaderna-energetika/interaktivni-model-je-jak-funguje-jaderka.html

www.cez.cz/cs/vyroba-elektriny/jaderna-energetika.html

www.temelin.cz/index.php?option=com_content&view=article&id=146&Itemid=108

www.geofond.cz/cz/o-nas/dokumenty/rocenka-surovinove-zdroje-cr-nerostne-suroviny

4. Ve kterém státě je nejvíce jaderných elektráren? 5.

Kolik jaderných elektráren má ČR a kde a s jakým výkonem?

6.

Který je největší jaderná elektrárna na světě a jaký má výkon?

7.

Proč se veřejnost obává jaderné energetiky a ne energetiky uhelné?

8.

Na kolik let postačí světové zásoby jaderného paliva?

9.

Má i ČR také zásoby jaderného paliva, které ji postačují na provoz 2 jaderných elektráren?

10. Pro povrchovou těžbu uhlí jsou typické velké a hluboké lomy, které změní tvář krajiny. Co je typické pro těžbu a zpracovávání uranu? 11. Co způsobuje životnímu prostředí těžba uranu a proč?

52

Energie a voda


Pracovní list 12

Energie a voda

12.1. Úvod Energie proudící vody patří spolu s energií větru mezi nejstarší využívané druhy energie. V současnosti se jedná hned po biomase o druhý nejvyužívanější obnovitelný zdroj energie. Energie vody neboli vodní energie vzniká při koloběhu vody na Zemi působením sluneční energie a gravitační síly Země. Vodní energie je využívána pro výrobu elektřiny ve vodních

elektrárnách na základě jejího proudění (kinetická energie – rychlost a spád toku) a tlaku (potenciální energie – gravitace a výškový rozdíl hladin), popř. spolupůsobením těchto veličin.

12.2. Teoretická část Vodní kolo jako zdroj energie, kolo jako motor Tekoucí proud vody, ale i poklidně se čeřící jezero v sobě skrývají obrovskou a nevyčerpatelnou zásobu energie. Vodní „síla“ je tím větší, čím větší je množství vody a u proudící vody také čím větší je spád vodního toku. Velkou výhodou energie skryté ve vodních tocích je její velmi snadná přeměna na energii mechanickou, kterou už přímo můžeme využít při nejrůznějších lidských činnostech. A právě k tomu nám již tisíciletí slouží vodní kolo, které je úžasným technickým vynálezem, dílem neznámého tvůrčího génia. Vynálezem vodního kola se zrodil první motor, který spolehlivě sloužil lidem po tisíce let. Vodní kola se využívala pro pohon nejrůznějších mechanismů. Poháněla pily, valchy, hamry, využívala se pro čerpání vody, nejčastěji se s nimi však setkáváme u mlýnů na obilí. A tak se tomuto ve skutečnosti univerzálnímu vodnímu motoru začalo říkat obecně mlýnské kolo.

na výrobu elektrického proudu v hydroelektrárnách. Druh vodního kola závisel na tom, jaká byla rychlost vodního proudu. Jejich konstrukce se s časem zdokonalovala a v 19. století předznamenala nástup průmyslové éry. Teprve s příchodem elektřiny se však mohly uplatnit velké hydroelektrárny s různými typy vodních turbín. Z hlediska působení vodního proudu rozlišujeme tři typy vodních kol:

kola na spodní vodu mají rovné lopatky a jsou do vodního toku ponořena svou spodní částí. Pokud voda v potoku nebo řece poklesla, často se kola dostala celým obvodem nad vodní hladinu a zastavila se. Směr otáčení těchto kol byl opačný než směr proudu vody.

kola na svrchní vodu mají místo lopatek jakési dřevěné „truhlíčky“ (říká se jim korečky). Voda se na kolo přivádí svrchu, pomocí dřevěného náhonu. Kola se otáčejí stejným směrem, jako plyne proud. Mají až dvakrát vyšší účinnost, nejsou tak závislá na stavu vody v toku, stavba náhonu však vyžaduje poměrně náročná technická řešení.

kolo na střední vodu, které je jakýmsi kompromisem mezi oběma typy (nazývalo se „na půl kříže“).

Používání vodních kol různých typů a velikostí se datuje již od nejstarších civilizací. Vodní kola byla poprvé využívána pro zavlažování před rokem 600 př. n. l., ale pro mletí zrní byla vodní energie použita v různých částech světa někdy kolem roku 100 př. n. l. Vodní turbina Moderní vědecké výzkumy a výpočty přivedly pak na svět vodní turbínu, mnohem účinnější než klasické kolo. Vodní turbíny se staly výhradním zdrojem energie pro generátory

Volba typu kola závisela na přírodních podmínkách, na množství vody, jejím spádu a také na zkušenosti stavitele mlýna - mlynáře.

53


Energie a voda

Vodní turbíny

Vodní elektrárny ve světě

Jen zdánlivě se vývoj vodního kola zastavil až do 19. století, kdy se objevují přehrady a s nimi i dokonalejší a účinnější vodní motory - turbíny. Princip turbíny byl totiž znám mnohem dříve a aplikován, především k čerpání vody, nejpozději v 16. století. Rozmach však nastal až na přelomu 19. a 20. století spolu s využitím tří základních typů turbín – Peltonovy, Francisovy a Kaplanovy. Ta poslední se zrodila za Kaplanova působení na technice v Brně, a její autor dlouho bojoval o uznání svých patentů.

Velký podíl celkové produkce elektřiny vykazují vodní elektrárny např. v Norsku, Švýcarsku nebo v Kanadě. Kanada je 3. největší producent elektřiny z vodních elektráren na světě po Číně a Brazílii. Z celkové produkce elektřiny připadá nejvíce na provincii Quebec (33 %) a Ontario (25 %). V provincii Quebec vyrábějí 97 % elektřiny vodní elektrárny a v provincii Ontario 56 % elektřiny jaderné elektrárny.

Vodní elektrárny Výroba elektrické energie se uskutečňuje v elektrárnách. Ve vodní elektrárně dochází k přeměně polohové (potenciální) energie vody na mechanickou práci rotoru turbogenerátoru a posléze na elektrickou energii. Voda z přehrady se vede tlakovým přivaděčem k turbínám a roztáčí rotor turbíny. Rotor je na společné hřídeli s elektrickým generátorem. Turbosoustrojí METAZ MT 3 je uváděno do provozu pomocí vlastního elektromotoru. Po zapnutí sítě pracuje turbína jako čerpadlo a po zaplnění násosky vodou soustrojí přechází automaticky na turbínový provoz, v němž motor pracuje jako generátor. Rekonstrukce malé vodní elektrárny může být velmi jednoduchá. Vodní elektrárna se podle spádu se dělí na:

nízkotlaké – do výše spádu 25 m bez přívodního potrubí,

středotlaké – výše spádu 25 m až 100 m s přívodním potrubím,

vysokotlaké – výše spádu nad 100 m.

Vodní kolo bylo dlouho hlavním motorem evropské civilizace. Vystřídal je až na sklonku 18. století parní stroj a v 19. století nahradil plachty.

Tři soutěsky

54

Vodní elektrárna Tři soutěsky, Čína Největší (nejen vodní) elektrárna světa se začala budovat na konci roku 1994 na řece Jang-c‘-ťiang u města I-čchang v provincii Chu-pej v Číně. O devět let později se začala napouštět vodou a v roce 2006 byla kompletně dostavěna přehradní hráz. V současnosti se instaluje ještě dalších šest generátorů. Kvůli rozsáhlosti projektu stát přestěhoval 1,3 milionu lidí, pod vodou zmizelo 13 velkoměst, 140 měst a přes 1 300 vesnic. Přehradní hráz je 185 metrů vysoká a 2 309 metrů dlouhá. Vzniklý vodní rezervoár je dlouhý 660 kilometrů, široký průměrně 1,1 kilometru a hluboký kolem 170 metrů. Tři soutěsky dokáží pojmout až 39 miliard krychlových metrů vody, což je asi 54krát více než pojme největší česká přehrada Orlík. Vodní elektrárna Itaipu, Brazílie/Paraguay Druhá největší hydroelektrárna na světě byla spuštěna v roce 1984 na řece Paraná, jež tvoří hranici mezi Brazílií a Paraguayí. Přehradní hráz dosahuje výšky 196 metrů, jezero za ní má hloubku až 100 metrů a rozkládá se do vzdálenosti 170 kilometrů. Hráz spojuje obě země, které Itaipu využívají k získání velkého množství energie - v Paraguayi pokryje až 91 % a v Brazílii asi 25 % veškeré spotřeby. O celkový výkon 14 000 MW se stará 20 obrovských turbogenerátorů, které ročně vyrobí zhruba 94,7 miliard kWh (94,7 TWh) elektřiny. Takové množství přesahuje roční spotřebu České republiky asi o 20 miliard kWh.

Itaipu

Energie a voda

Vodní elektrárny v ČR


Přehrady Vltavské kaskády:

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 roce 2012 činil pouhá 4 %. Významným posláním vodních elektráren v ČR je pracovat jako doplňkové zdroje hlavních zdrojů (uhelné elektrárny, JE Dukovany, JE Temelín). Využívá se přitom jejich schopnost rychlého najetí velkého výkonu a tedy operativního vyrovnání okamžité energetické bilance v elektrizační soustavě ČR. V ČR najdeme dva základní typy vodních elektráren a to klasické přehradní a přečerpávací. Přehradní elektrárny se dále dělí na průtočné, které využívají přirozený průtok, a akumulační, jež odebírají vodu v závislosti na momentální spotřebě energie. Přečerpávací elektrárny slouží k akumulaci elektrické energie prostřednictvím gravitační potenciální energie vody. Jedná se o dvě nádrže spojené spádovým potrubím, přičemž jedna z nich je umístěna v údolí a druhá naopak na vyšším místě. V noci se přebytečná energie používá k přečerpávání vody z dolní nádrže do horní, která je pak během energetické špičky vypouštěna dolů do dolní nádrže přes turbínu vodní elektrárny. Velké vodní elektrárny jsou v ČR především na přehradních nádržích. Celkem máme 10 velkých hydroelektráren (včetně přečerpávacích), z nichž je převážná většina situována na toku Vltavy, kde tvoří tzv. vltavskou kaskádu. Mezi naše nejstarší velké vodní elektrárny patří Vrané a Střeliv. Nejvýkonnější průtočnou elektrárnou je Orlík. V tuzemsku najdeme 3 přečerpávací hydroelektrárny. Elektrárna Štěchovice II představuje naší nejmenší a zároveň nejstarší přečerpávací elektrárnou, Dalešice je nejrychleji najíždějící elektrárnou v ČR a Dlouhé Stráně I zase vodní elektrárnou s nejvyšším instalovaným výkonem (650 MW). Dále je v současnosti v provozu pouze zhruba 1 300 malých vodních elektráren.

Lipno

Přehrada Lipno I

Přehrada Lipno II

Přehrada Hněvkovice

Kořensko

Přehrada Orlík

Přehrada Kamýk

Přehrada Slapy

Přehrada Štěchovice

Přehrada na Vrané

Vodní elektrárny a ekologie Jednoznačnou předností hydroelektráren je, že využívají obnovitelný zdroj energie, nevytvářejí odpad a jejich provoz minimálně znečišťuje okolí. Vodní elektrárny jsou nenáročné na obsluhu i údržbu. Díky rychlému zprovoznění mohou sloužit jako okamžitý zdroj energie v době energetických špiček. Zejména význam přečerpávajících vodních elektráren se zvyšuje s rozšiřováním alternativních zdrojů energie, které nelze regulovat vůbec (slunce, vítr). Provozovatelé vodních elektráren v současné době všemi dostupnými technickými a organizačními opatřeními zabraňují únikům škodlivých látek do vodních toků. Úzkou souvislost s ochranou životního prostředí má i vyrovnávání průtoků a omezování povodňových vln na řekách. Nevýhody zejména velkých vodních elektráren jsou spjaty především s nutností vybudovaní přehradní nádrže. Přehrady vyžadují zatopení velké části území, což má za následek změnu krajinného rázu a pozměnění ekosystémů.

Orlík

55


Energie a voda

Další nevýhodou je závislost na stabilním průtoku vody, což je problémem zejména u malých vodních elektráren. Ty se také potýkají s nedostatkem vhodných lokalit pro jejich výstavbu. Na většině výhodných míst mnohdy už elektrárny stojí, nicméně často se zastaralou technologií. Právě rekonstrukce starých malých vodních elektráren je jednou z cest, jak zefektivnit využitelnost potenciálu toků a podílet se na výrobě čisté elektrické energie.

Jak funguje vodní elektrárna Interaktivní schéma jaderné elektrárny je možné shlédnout na webových stránkách:

Energy web www.energyweb.cz/web/schemata/vodni/index.htm

12.3. Praktická část

56

1.

Kdy se začala využívat energie vody?

2.

Vysvětli, jak funguje vodní elektrárna.

3.

Vysvětli rozdíl mezi přehradní elektrárnou a elektrárnou přečerpávací. Která je výhodnější a proč?

4.

Je v ČR přečerpávací elektrárna? Kde?

5.

Má ČR dle vašeho názoru vhodné přírodní podmínky pro stavbu dalších vodních elektráren?

6.

Proč patří energie vody mezi obnovitelné zdroje energie?

7.

Vysvětli ekologický přínos vodních elektráren. Srovnej např. s elektrárnou uhelnou.

8.

Která je největší vodní elektrárna v ČR a která na světě?

Zdroje

www.cez.cz/cs/vyroba-elektriny/obnovitelne-zdroje/voda/flash-model-jak-funguje-vodni-elektrarna. html

www.cez.cz/cs/vyroba-elektriny/obnovitelne-zdroje/voda/slapy.html

www.enviweb.cz/clanek/vodenerg/93376/nejvetsi-vodni-elektrarny-sveta

Energie a vítr



Energie a vítr

13.1. Úvod Větrná energie má svůj původ v dopadajícím slunečním záření, jehož energie zahřívá vzduch v blízkosti povrchu země. Patří mezi obnovitelné zdroje energie. Vlivem rozdílného oslunění v různých oblastech dochází k významným teplotním rozdílům vzduchových oblastí. Důsledkem je potom horizontální proudění vzduchu, známé jako vítr. Také energie větru byla v minulosti dosti využívá-

na pro celou řadu hospodářských činností. Dnes je energie větru využívána pomocí větrných turbín téměř výhradně pro energetické účely.

13.2. Teoretická část 13.2.1.Vítr Vítr vzniká v atmosféře na základě rozdílu atmosférických tlaků jako důsledku nerovnoměrného ohřívání zemského povrchu. Teplý vzduch stoupá vzhůru, na jeho místo se tlačí vzduch studený. Zemská rotace způsobuje stáčení větrných proudů, jejich další ovlivnění způsobují morfologie krajiny, rostlinný pokryv, vodní plochy. Větrná energie Větrnou energii používá lidstvo od dávnověku. Vítr poháněl plachetnice, větrné mlýny, vodní čerpadla. S větrnými motory se setkáváme už ve starověké Číně. Ve větrných mlýnech se větrná energie využívala v minulosti i na území našeho dnešního státu. Historicky je postavení prvního větrného mlýna na území Čech, Moravy a Slezska doloženo již v roce 1277 v zahradě Strahovského kláštera v Praze. Největší rozkvět doznalo větrné mlynářství v Čechách ve 40. letech 19. století, na Moravě a ve Slezsku o něco později. Celkem bylo na území dnešní ČR evidováno a je historicky ověřeno 879 větrných mlýnů.

patřila do skupiny s nevyhovující nebo vysoce poruchovou technologií, některá z těchto zařízení byla vybudována v lokalitách s nedostatečnou zásobou větrné energie). Začátkem tohoto desetiletí byla tendence k dovozu starých vyřazených VtE, Zákon 180/2005 pak tento trend ukončil. V současné době jsou instalovány nové větrné elektrárny, které již pracují na dvou desítkách lokalit v ČR. Jejich celkový instalovaný výkon se během posledního roku zvýšil na 150 MW. Nominální výkon moderních větrných elektráren dosahuje aktuálně běžně 2 MW, sporadicky až 3 MW. Výroba VtE je převážně v zemích EU, především v Německu. Na výrobě komponent (hřídele, převodovky, ocelové věže, gondoly, atp.) se čím dál větší mírou podílí i ČR. Některé malé elektrárny se zde vyrábí kompletně, je uvažováno i s výrobou velkých strojů. Větrná elektrárna a ekologie

Větrné elektrárny

Moderní větrná elektrárna je spolehlivým zdrojem ekologicky čisté energie, jejíž výroba nezatěžuje životní prostředí žádnými odpady. Neprodukuje do ovzduší žádné plynné či tuhé emise.

Začátek výroby novodobých větrných elektráren (VtE) v ČR se datuje na konec 80. let minulého století. Jejich rozkvět proběhl v letech 1990–1995, poté však došlo ke stagnaci (třetina ze všech 24 větrných elektráren postavených do roku 1995

Pro výstavbu větných elektráren se počítá s plochami v nadmořských výškách zpravidla nad 600 m. Pro využívání větrné energie ve větrných elektrárnách je nejdůležitější veličinou rychlost větru, protože energie větru roste se třetí mocninou

57


Energie a vítr

jeho rychlosti. Lokalita vhodná pro větrnou elektrárnu by měla mít průměrnou rychlost větru minimálně 5m/s. K zefektivnění provozu a snížení nákladů na projektování a výstavbu se velké elektrárny sdružují do skupin (obvykle 5 až 30 elektráren), tzv. větrných farem. Provoz větrných elektráren je spojen s různými problémy. Odpůrcům větrných elektráren vadí především narušení rázu krajiny. Dříve právem vytýkaná hlučnost větrných elektráren byla z velké části odstraněna zdokonalením technologií. Hluk zůstává problémem u malých větrných elektráren, které jsou situovány přímo v zástavbě. Jaké jsou hlavní části větrné elektrárny Na schematickém obrázku je možno shlédnout jaké jsou hlavní části větrné elektrárny. Obrázek je v interaktivní formě umístěn na webových stránkách České společnosti pro větrnou energii

www.csve.cz/cz/kategorie/vzdelavani/13

Pro více informací je možnou kliknout na tu část elektrárny, která Vás zajímá a dozvědět se mnoho zajímavého o stavbě větrné elektrárny. Velikost větrné elektrárny a její vývoj Z obrázku je jasně patrný trend směřování vývoje k větším průměrům rotorů a vyšším stožárům VtE. Je to logické, neboť jestliže je k dispozici lokalita vhodná pro stavbu VtE, je snahou vytěžit z ní maximum energie. Toho je možné vždy lépe dosáhnout použitím menšího počtu větších stojů, než naopak, neboť vyšší stožár vynese rotor do oblasti výrazně vyšších rychlostí proudění a větší rotor sbírá energii větru z větší plochy. Přitom zvětšení průměru rotoru v řádu metrů s sebou přináší zvětšení plochy rotoru o stovky až tisíce

metrů čtverečných (v závislosti na výchozím průměru), které poskytují energii vzduchu touto navýšenou plochou proudícího a zvyšují tak výkon elektrárny. Tato situace je velice názorně patrná na následujícím obrázku, který porovnává roční produkci elektrické energie z tří typů VtE, které jsou postaveny na lokalitách s téměř totožnými větrnými podmínkami. Levý sloupec reprezentuje stroj předchozí generace s výkonem 850 kW, výškou stožáru 74 m a rotorem o průměru 52 m. Prostřední a pravý sloupec pak patří současnému typu VtE od stejného výrobce s generátorem o výkonu 2 MW a rotorem o průměru 90 m. Prostřední sloupec charakterizuje tento stroj na stožáru s výškou 80 m a pravý pak na častějším 105 m stožáru. Je možné vidět, jak dramatický nárůst produkce energie přináší zvětšení průměru rotoru při zvýšení stožáru VtE o pouhých 6 m. Závěr je tedy jasný: Potenciál lokality vhodné pro výstavbu VtE lze efektivně využít pouze použitím moderních strojů s velkými rotory a vyššími stožáry. Jejich efektivitu nelze nahradit ani použitím několikanásobně vyššího počtu malých elektráren a nové typy strojů od renomovaných výrobců tento trend jen potvrzují. Větrné elektrárny ve světě V roce 2012 bylo ve světě nainstalováno celkem 44 711 MW výkonu větrných elektráren, což představuje meziroční nárůst o 20,9 %. Celkový instalovaný výkon větrných elektráren ve světě dosáhl hodnoty 282 482 GW. Na světovém žebříčku se Čína se svými celkovými 75 564 MW instalovaného výkonu ve větrných elektrárnách umístila na prvním místě (meziroční nárůst 13 200 MW), na druhém místě je USA s celkem 60 007 MW (meziroční nárůst 13 124 MW), Španělsko (22 796 MW).

Výkon větrné elektrárny v závislosti na velikosti

58

Energie a vítr


Pořadí zemí dle nově instalovaného výkonu a celkového výkonu VtE v dané zemi v roce 2011

V nových instalacích za rok 2012 se na prvních třech pozicích TOP10 umístila Čína, USA a Německo, další rozmach pak zaznamenali v instalacích do větrné energetiky v Indii, UK, Itálii, Španělsku, ale také Brazii, Kanadě či Rumunsku. Větrné elektrárny v Evropě V EU bylo v roce 2012 nainstalováno 11.895 MW instalovaného výkonu ve větrných elektrárnách (celkové investice se pohybovaly mezi 12,8–17,2 miliardami EUR). Větrná energie představuje 26,5% z celkové instalované kapacity v roce 2012. Obnovitelné zdroje energie pak představují v souhrnu 70 % ze všech nových instalací v roce 2012, což je 31,3 GWz celkové instalace 44,9 GW. Roční instalace ve větru vzrostly za posledních 12 let z původních 3,2 GW v roce 2000, na dnešních 11,9 GW. 106 GW větrných elektráren je nyní instalováno v EU, nárůst celkové instalované kapacity je tak 12,6% v porovnání s předchozím rokem Německo, Španělsko, UK a Itálie patří mezi země

s největší instalovanou kapacitou ve větru 15 států EU má instalováno přes 1 GW ve větrné energii včetně Rumunska a Polska. Instalace v rámci offshore projektů zaznamenaly značný nárůst v roce 2012 a předpokládají se i v následujících dvou letech. Kapacita instalovaná v roce 2012 by v běžném větrném roce vyprodukovala 231 TWh, což by bylo dostačující na pokrytí spotřeby 7% elektřiny v EU. V souhrnu je EU dle prognóz z 27 Národních akčních plánů 1,6 GW (-1,5 %) za očekávanými předpoklady. 18 členských států, mezi nimi ČR, SR, Řecko, Maďarsko, Francie, Portugalsko, je pod trajektorii NAP 9 členských států pak tyto předpoklady z NAP přesáhlo. V porovnání s předpoklady na onshore instalace dle EWEA (2009) je pak celkově pozemní větrná energie o 3 GW nad tímto předpokladem, což je +3 %.

59


Energie a vítr

Větrné elektrárny v ČR

Lokality vhodné pro větrnou elektrárnu

Souhrn statistiky za rok 2011 a 2012 v ČR:

Lokalita vhodná pro větrnou elektrárnu by měla mít průměrnou rychlost větru minimálně 5 m/s. Pro výběr vhodného území jsou zpracovávány tzv. větrné mapy (viz obrázek dole).

V ČR bylo v roce 2012 nainstalováno 43,7 MW ve větrné energetice.

V roce 2011 byly v ČR instalovány pouhé 2 MW výkonu větrných elektráren!

Větrné elektrárny jsou obnovitelný zdroj s prakticky nevyčerpatelným globálním potenciálem.

V souhrnu bylo do konce roku 2012 v ČR instalováno 260 MW výkonu VtE.

Větrné elektrárny v ČR nemohou plně nahradit klasické zdroje, ale mohou být plnohodnotnou součástí energetického mixu, stejně jako ostatní zdroje.

Vědecké studie předpokládají potenciál VtE (větrných elektráren) v ČR na úrovni 800 kusů s roční výrobou 6 TWh, což odpovídá necelé polovině roční výroby elektřiny v JE Temelín.

Výroba z VtE je v EU již dostatečně dopředu předpovídána, aby nedocházelo k nestabilitě sítí.

Pro vykrývání nabídky a poptávky se dnes používají vodní a plynové elektrárny.

Jaký mají větrné elektrárny přínos?

Celková výroba v roce 2012 činila 416 GWh = pokrytí spotřeby energie ve zhruba 119 000 domácnostech.

Na interaktivní mapě větrných elektráren v ČR, umístěnou na webových stránkách České společnosti pro větrnou energii, lze vyhledat libovolný kraj a při najetí kursoru na vybranou elektrárnu se zobrazí základní údaje o této větrné elektrárně.

60

www.csve.cz/mapa-vetrnych-elektraren/ustecky

Energie a vítr

Německo a Španělsko již bylo schopno uřídit síť s více než 50 % elektřiny z VtE a slunečních elektráren. V ČR dosáhlo maximální množství elektřiny z VtE v síti úrovně 3 %. V ČR tedy VtE „ovlivňují“ síť pouze v úrovni 3 %! Instalovaný výkon VtE v ČR byl na konci roku 2012 na úrovni 260 MW, v zemích EU je to 105 000 MW a ve světě 282 000 MW, nejvíce v Číně, USA a Německu, Španělsku a Indii.

VtE pokrývají 8 % spotřeby elektřiny v EU, v ČR je to pouze 0,6 %.

Průměrná roční výroba elektřiny z jedné VtE by zásobila elektřinou 1200 domácností.

V roce 2012 bylo v ČR vyrobeno 416 GWh elektřiny ve VtE, což představuje ušetření více než 407 000 tun hnědého uhlí (téměř 8 000 vagonů uhlí), více než 500 000 tun C02 a několik tisíc tun oxidů síry a dusíku.

Obnovitelné zdroje energie v ČR vyrobily v roce 2012 dohromady 6 723 GWh elektřiny. Díky instalacím OZE bylo ušetřeno téměř 130 000 vagonů hnědého uhlí a do ovzduší uniklo o 8 milionů tun C02 méně.


V sektoru větrné energetiky dnes pracuje v EU asi 250 000 lidí, v ČR asi 2000. Značná část evropské produkce jde na vývoz mimo EU.

Větrná energetika má dnes nejnižší výrobní náklady ze všech nových zdrojů elektřiny.

Za svoji životnost VtE vyrobí 50x více energie, než je potřeba pro její výrobu a likvidaci.

VtE nepředstavují riziko pro zvěř, která si na ně zvykne, stejně jako na ostatní lidské stavby.

VtE na nevhodném místě může představovat riziko pro ptáky. Jedna VtE však v průměru zabije 2-3 ptáky ročně, což je srovnatelné s autem. V ČR je 172 VtE a 4 000 000 aut.

Aby VtE měla smysl je nutno ji stavět tam, kde fouká, a je nutno počítat s tím, že bude vidět.

Zábor půdy je malý ve srovnání s dalšími zdroji.

Příprava projektu trvá v EU 1- 4 roky, v ČR 6-10 let.


Jaká lokalita je vhodná pro výstavbu větrné elektrárny a proč?

2.

Má ČR hodně takových míst?

Nové Město – Vrch Tří pánů (celkový výkon 6 MW)

3.

Jaký vztah máte k výstavbě větrných elektráren?

Kryštofovy Hamry – Písečnice (celkový výkon 42 MW větrná farma)

4.

Na čem závisí výkon větrné elektrárny?

5.

Proč se větrné elektrárny sdružují do skupin, tzv. větrných farem?

www.czrea.org/cs/druhy-oze/vetrna-energie

6.

K čemu slouží větrné mapy?

www.ufa.cas.cz/imgs/DLouka/vetrna_mapa.gif

7.

Seznamte se se statistickými údaji o větrných elektrárnách ve světě EU a v ČR za rok 2011 a 2012 a vyslovte závěry o celkovém vývoji v jednotlivých oblastech (svět, EU, ČR).

www.chmi.cz

8.

Jsou větrné elektrárny hlučné?

9.

Kolik hnědého uhlí se ušetřilo výrobou energie z větrných elektráren v roce 2012?

Součástí výuky je návštěva větrné elektrárny a seznámení se s provozem, např.:

Zdroje

www.tzb-info.cz/4279-problematika-pripojovani-vetrnych-elektraren-do-distribucni-site www.csve.cz/mapa-vetrnych-elektraren/ustecky www.csve.cz/clanky/jaky-maji-vetrne-elektrarny-skutecne-prinos-/524

61


Energie a Slunce


Energie a Slunce

15.1. Úvod Sluneční záření je zdrojem většiny energie, kterou máme k dispozici. Energie, která dopadá na území ČR je mnohonásobně vyšší, než je veškerá naše spotřeba paliv a energií. Věděli jste, že za pouhou hodinu slunečního svitu, vyprodukuje slunce tolik energie, že stačí k pokrytí ročních potřeb celé populace na světě? Sluneční energie je nevyčerpatelným zdrojem energie, jejíž využívání nemá žádné negativní účinky na životní prostředí. Množství solární energie, které se dá využít, je závislé na klimatických podmínkách jednotlivých částí zemského povrchu. Sluneční energii lze dobře využívat nejen v oblastech s dlouhým slunečním svitem, ale i s vyšší nadmořskou výškou. Na výrobu energie stačí jen malá část slunečních paprsků. Roční sluneční radiace (oslunění) se pohybuje mezi 900

až 1300 kWh/m2. V našich krajinách za rok na vodorovně umístěnou plochu 1 m2 dopadá více než 1 000 kWh sluneční energie. Solární energie patří mezi obnovitelné zdroje energie.

15.2. Teoretická část Historie fotovoltaiky Pojem fotovoltaika pochází ze dvou slov, řeckého φώς [phos] = světlo a ze jména italského fyzika Alessandra Volty. Objev fotovoltaického jevu se pak připisuje Alexandru Edmondu Becquerelovi, který jej jako devatenáctiletý mladík odhalil při experimentech v roce 1839. V roce 1904 jej fyzikálně popsal Albert Einstein a v roce 1921 mu byla za „práce pro rozvoj teoretické fyziky, zejména objev zákona fotoelektrického efektu“ udělena Nobelova cena. Již v roce 1916 pak další držitel této ceny Robert Millikan experimentálně potvrdil platnost principu fotovoltaického jevu. Prvotní pokusy s fotočlánky spadají do sedmdesátých let 19. století, kdy byly poprvé zjištěny změny vodivosti selenu při jeho osvětlení a kolem r. 1883 byl sestrojen první selenový fotočlánek s tenkou vrstvou zlata (Charles Fritts, účinnost pod 1 %). První patent na solární článek pak byl podán v roce 1946 Russellem Ohlem, který také stál na počátku rozvoje křemíkových solárních článků (1941). První skutečný fotovoltaický článek s 6 % účinností byl vyroben z krystalického křemíku v roce 1954 v Bellových laboratořích (G. L. Pearson, Daryl Chapin, Calvin Fuller).

62

Větší rozvoj fotovoltaiky nastává v šedesátých letech s nástupem kosmického výzkumu, sluneční články slouží jako zdroj energie pro družice. Vůbec první družicí využívající k zisku energie sluneční paprsky byl ruský Sputnik 3, vypuštěný 15. května 1957. Dalším důležitým mezníkem pro rozvoj fotovoltaiky a zejména výzkumu a vývoje v této oblasti byla celosvětová ropná krize v roce 1973. Sluneční elektrárny v ČR První sluneční elektrárna o výkonu 10 kW byla uvedena do provozu v roce 1998 na vrcholu hory Mravenečník v Jeseníkách (dnes je umístěna jako demonstrační zařízení v areálu JE Dukovany coby součást informačního centra). Od roku 2000 zaváděl stát nástroje na podporu fotovoltaiky, a to jak podporou demonstračních projektů, tak podporou vývoje a výzkumu. Podpora vyvrcholila v roce 2010, kdy však bylo dosaženo nejvyšší míry disproporce mezi výší výkupní ceny elektřiny z fotovoltaických instalací a náklady na pořízení fotovoltaických panelů. To mj. zapříčinilo obrovský boom výstavby fotovoltaických zařízení domácími i zahraničními investory. Stát musel v průběhu roku podporu omezit, aby nestabilní fotovoltaické instalace nerozkolísaly elektrizační soustavu. Přesto se Česká republika stala koncem roku 2010 třetím největším provozovatelem fotovoltaických elektráren na světě.

Energie a Slunce

Princip sluneční elektrárny Elektrickou energii lze získat ze sluneční energie různými způsoby, přímo i nepřímo. 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 vodičem, 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. 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 u skladní 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). 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. 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. 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. Budoucnost je však i v jiných účinnějších organických solárních článcích založených na využívání fotosyntézy pro výrobu elektrické energie. Nové technologie přináší výzkumy v oblasti genetického inženýrství a nannotechnologií. Přímé využívání sluneční (solární) energie Přímé využívání solární energie je možné následujícími způsoby: Pasivně Vhodným architektonickým řešením a izolací je možno ušetřit značné množství energie v chladných oblastech při vytápění a v horkých oblastech naopak pro klimatizaci; v současné době se stále více pozornosti věnuje zateplování budov a výstavbě tzv. nízkoenergetických domů.

63


Energie a Slunce

Aktivně Přeměna energie slunečního záření na teplo pomocí slunečních kolektorů vyplněných kapalinou nebo vzduchem (termická cesta). Tak se nyní solární energie nejčastěji využívá k ohřívání vody a k přitápění v obytných domech. Jako teplonosné kapaliny se do kolektorů používá voda (pro sezónní provoz) nebo speciální nemrznoucí směs (pro celoroční provoz). Kolektory se směrují k jihu, někdy se ke Slunci natáčejí. Teplonosná kapalina v solárním výměníku tepla předává teplo vodě v solárním zásobníku vody. Tím může být např. přímo bazén, nebo výměník okruhu ústředního vytápění. Když Slunce nesvítí, může se voda v solárním zásobníku vody ohřívat pomocí elektrického topného tělesa. Přeměna slunečního záření v elektrickou energii pomocí fotovoltaických článků (slunečních baterií) Fotovoltaický článek je ploché polovodičové zařízení, které přeměňuje světlo na elektrickou energii na základě tzv. fotoelektrického jevu. Zatím nejčastěji používaným polovodičem bývá křemík; křemíkové články jsou přitom různě utvářeny. Fotovoltaické články propojené do solárních panelů se používají k domácí výrobě elektrického proudu, nebo ve fotovoltaických elektrárnách, které se v současné době v ČR velmi rozšířily. Využívá se také sluneční energie naakumulovaná (nahromaděná) v různých částech prostředí (ve vzduchu, ve vodě, v půdě) pomocí tzv. tepelných čerpadel. Tepelné čerpadlo Tepelné čerpadlo může využívat solární energii naakumulovanou v prostředí tím, že odnímá teplo z různého prostředí – ze vzduchu, z vody, z půdy.

Tepelná čerpadla se používají pro ohřívání vody a pro vytápění – nahrazují kotel ústředního topení nebo přímo vhánějí do místnosti teplý vzduch. Princip tepelného čerpadla je podobný jako u chladničky. Prostředí, odkud se teplo odnímá (vzduch, voda, půda) se ochlazuje a místnost se ohřívá. K činnosti tepelného čerpadla se využívá elektrická energie a získává se přibližně 4krát více tepla, než odpovídá spotřebované energii. Tepelná čerpadla někdy využívají i geotermální energii (ve vhodných místech z hlubinných vrtů), někdy také odpadní energii (z odpadních vod a vzduchu). Fotovoltaická zařízení představují jednoduchý a elegantní způsob, jak sluneční paprsky přeměnit na elektřinu. Pracují na principu fotoelektrického jevu: částice světla – fotony – dopadají na článek a svou energií z něho „vyráží“ elektrony. Polovodičová struktura článku pak uspořádává pohyb elektronů na využitelný stejnosměrný elektrický proud. Se stejnými základními stavebními prvky – solárními články – je možné realizovat aplikace s nepatrným výkonem (napájení kalkulačky) až po elektrárny s výkonem stovek MW. Vzhledem ke klimatickým podmínkám v ČR nejsou ale příliš efektivní. Fotovoltaická elektrárna a ekologie Fotovoltaická elektrárna je velmi čistou formou výroby elektrické energie, která neprodukuje emise, nevytváří hluk, zápach, nevyzařuje záření do okolí a nespotřebovává energii. Velké instalace na zemi ale zabírají mnohdy kvalitní zemědělskou půdu a narušují přirozený ráz krajiny. Cena takto vyrobené energie je nejvyšší ze všech obnovitelných zdrojů.

Obrázek: Přeměna energie slunečního záření na teplo pomocí slunečních kolektorů Přeměna energie slunečního záření na teplo droj: KEV

pomocí slunečních kolektorů

řeměnou slunečního záření v elektrickou energii pomocí fotovoltaických článků (slunečních baterií). otovoltaický článek je ploché polovodičové zařízení, které přeměňuje světlo na elektrickou energii na ákladě tzv. fotoelektrického jevu. Zatím nejčastěji používaným polovodičem bývá křemík; křemíkové 64 lánky jsou přitom různě utvářeny.

Fotovoltaická elektrárna

yužití solární energie závisí na intenzitě slunečního záření a počtu hodin slunečního svitu. ásledující mapa uvádí přehled ročního globálního slunečního záření (oslunění) v kWh/m2 ve světě. Energie a Slunce


Roční globální sluneční záření (oslunění) v kWh/m2 ve světě

Podmínky ve světě

zhruba záření okolo poledne v letních měsících, je-li jasná

Protože výkon článků závisí pochopitelně na okamžitém slu98 nečním záření, udává se jejich výkon jako tzv. špičkový, tedy 2 při dopadajícím záření s intenzitou 1000 W/m (to odpovídá

Vhodnost lokality pro instalaci fotovoltaické elektrárny vystihuje mapa globálního slunečního záření, vytvořená na základě dlouhodobých meteorologických měření. V České repub-

Intenzita slunečního svitu v ČR

Trvání slunečního svitu v ČR

odmínky v ČR obloha). Článek s účinností 17% má při ploše 1 m2 špičkový (peak)záření, výkon 170 Wp. Výkon článků výkon časem klesá, Využití solární energie závisí na intenzitě slunečního záření otože výkon článků závisí pochopitelně na okamžitém slunečním udává se jejich jako většina vý2 garantuje maximální snížení výkonu po 20 letech prorobců a počtu hodin slunečního svitu. Následující mapa uvádí přev. špičkový, tedy při dopadajícím záření s intenzitou 1000 W/m (to odpovídá zhruba záření okolo vozu o méně než 20 %. hled ročního globálního slunečního záření (oslunění) v kWh/ oledne v letních měsících, je-li jasná obloha). Článek s účinností 17% má při ploše 1 m2 špičkový m2 ve světě. eak) výkon 170 Wp. Výkon článků časem klesá, většina výrobců garantuje výkonu Mapa vlevo dolemaximální uvádí přehledsnížení globálního slunečního záření 2 roční sluneční radiace (oslunění) v kWh/m ve ČR. Podmínky v ČR o 20 letech provozu o méně než 20%.

65


Energie a Slunce

lice dopadne na 1m2 zhruba 950–1340kWh sluneční energie, z čehož největší část (asi 75%) v letním období. Dle zkušeností lze elektrárnu s úspěchem realizovat i v lokalitách se střední hodnotou slunečního záření, je však třeba počítat s posunem návratnosti investice o 1–2 roky. Podmínky pro využití sluneční energie na území České republiky jsou poměrně dobré, celková doba slunečního svitu se pohybuje od 1 400 do 1 700 hodin za rok dle lokality. Největší fotovoltaickou elektrárnou na světě se mohou chlubit Španělé. Solární park nacházející se u španělského města Olmedilla de Alarcón byl dokončen v září 2008 a má celkovou instalovanou kapacitu 60 MW.

Olmedilla de Alarcón

V současné době je v Olmedilla de Alarcón nainstalováno více než 162 000 solárních panelů, které zásobují elektřinou více než 40 000 domácností. Jedná se o běžné solární panely, které jsou vyrobeny ze silikonu, Z tohoto důvodu byla výstavba elektrárny poněkud drahá a panely jsou poměrně dost těžké.


Na čem závisí využití solární energie?

2.

Prostudujte si mapu globálního slunečního záření pro svět a pro ČR a rozhodněte, kde všude by bylo výhodné a možné budovat sluneční elektrárny.

3.

Zdroj

www.czrea.org/cs/druhy-oze/fotovoltaika

www.alternativni-zdroje.cz/slunecni-solarni-elektrarny.htm

www.enertec.cz/teorie

www.mzp.cz/cz/fotovoltaicka_zarizeni

www.vpo.cz/solarni-systemy--367.html

www.cez.cz/cs/vyroba-elektriny/uhelne-elektrarny/mapa-uhelnych-elektraren.html#!&category%5B%5D=obnovitelneslunecnielektrarny

www.czrea.org/cs/druhy-oze/fotovoltaika

Jakými způsoby lze získat energii ze slunce?

4. Vysvětlete, co je to palivový článek. 5.

Co je to nízkoenergetický dům?

6. Vysvětlete princip tepelného čerpadla. 7.

Kde je ve světě největší solární elektrárna a jde v ČR?

8.

Proč je cena solární energie je nejvyšší ze všech obnovitelných zdrojů?

Exkurze Součástí výuky je návštěva fotovoltaické elektrárny a seznámení se s provozem.

Česká společnost pro větrnou energii Novotného lávka 5, 116 68 Praha 1 www.csve.cz

66

biom.cz/cz/zpravy-z-tisku/energeticka-navratnost-fotovoltaickych-systemu-v-podminkach-cr

Energie a biomasa


Pracovní list 17

Energie a biomasa

17.1. Útok Hmotu, která má svůj původ ve fotosyntéze, a tedy rovněž ve sluneční energii, označujeme termínem biomasa. Jsou to především těla rostlin i zbytky a odpadní látky všech organismů. Je to zdroj obnovitelné energie, protože organismy jsou schopny stálé autoreprodukce. Biomasa (zejména dřevo) je zdrojem energie nejméně pro polovinu lidstva. Tradičně je dřevo využíváno jako zdroj energie v rozvojových zemích (asi 43 % energie se získává ze dřeva, tj. přibližně 14 % celosvětové potřeby energie). Nedostatek tohoto energetického zdroje v některých částech světa vede

k úplnému odlesňování a vysušování krajiny (např. v Sahelu na jihu Sahary) a k šíření pouští. I v některých rozvinutých zemích se dřevo využívá k topení. Stále častěji se využívá i dřevní odpad zbytky po těžbě, z celulózek apod.).

17.2. Teoretická část Co je to biomasa 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 mechanicko-chemická přeměna (např. výroba bionafty a přírodních maziv). Biomasu jako energetický zdroj je možno využívat:

suchými procesy (termickými ději), tj. spalováním a zplynováním,

mokrými procesy (biochemickými ději), tj. fermentací a anaerobním vyhníváním při němž vzniká bioplyn; tyto procesy umožněné technickým využíváním organismů se označují termínem biotechnologie.

chemickými reakcemi s jinými látkami – např. výroba bionafty.

Vznik biomasy

67


Energie a biomasa

Spalování a zplyňování biomasy

Energetické plodiny

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.

Z našich přírodních podmínek je ale zřejmé, že pokud nezačne Česká republika biomasu cíleně pěstovat ve větším měřítku, jen těžko se podaří dostát závazků v oblasti obnovitelných zdrojů energie v rámci Evropské unie (podíl obnovitelných zdrojů energie ve výši 15,7% v roce 2030). Velké rezervy vidí odborníci v pěstování energetických plodin.

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. 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. Výhřevnost energetických dřevin

(vlhkost 20 %)

Výhřevnost [MJ/kg]

(vlhkost 25 %)

Třída tvrdosti dřeva

Vrba

16,9

12,8

velmi měkké

Olše

16,7

12,9

měkké

Akát

16,3

12,7

tvrdé

Jasan

15,7

12,7

tvrdé

Bříza

15,0

13,5

měkké

Topol

12,9

12,3

velmi měkké

Druh dřeva

68

Výhřevnost [MJ/kg]

Do seznamu „energetických rostlin“ patří celá řada jednoletých, dvouletých i vytrvalých druhů, jako je např. laskavec, konopí seté, sléz přeslenitý, pupalka dvouletá, komonice bílá, mužák prorostlý, čičorka pestrá nebo z hlediska energetického využití nejperspektivnější šťovík krmný. Využít lze i rychlerostoucí topoly, vrby, olše, akát, platan apod. Největší tradici z energetických plodin má v České republice řepka olejná, zdroj vhodný nejen k pohonu automobilů, ale i k vytápění (např. pelety). Na potenciál ostatních rostlin (jako je šťovík, lesknice, kostřava, psineček, ovsík či ozdobnice čínská) se zaměřil výzkum Ministerstva životního prostředí, jehož cílem je – vedle aspektů ekologických – určit také ekonomickou dostupnost pěstování biomasy. Důkazem toho, že energetické plodiny skutečně mohou dobře sloužit je například obec Měňany, kde je šťovík vedle dřevního odpadu zdrojem tepla pro obec. Energetický les je pro mnohé záhadný pojem, ale nejde o nic jiného než o porost, ve kterém jsou cíleně pěstovány rychlerostoucí dřeviny. Pro české podmínky jsou vhodné topoly, vrby, olše, jasany a další. Ty poskytují dostatečně rychlý růst ve spojení s dobrou výhřevností a patří mezi dřeviny odolné proti škůdcům. Prostor pro energetické lesy je ale v Česku omezen, jde tedy pouze o doplňkové řešení k rozšířenějšímu pěstování energetických plodin. Nevýhodou biomasy je právě nutnost nalézt plochy pro její pěstování. Ne všechny druhy jsou vhodné k pěstování v českých podmínkách. Špatně osázené pole nevhodnou plodinou může ztratit mj. schopnost zdržovat vodu v krajině, což může vést až k lokální povodni. Na mapě na následující straně je uveden přehled ploch ve světě vhodných pro pěstování biomasy. 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).

Nevýhodou biomasy je právě nutnost nalézt plochy pro její pěstování. Ne všechny druhy jsou vhodné k pěstování v českých podmínkách. Špatně osázené pole nevhodnou plodinou může ztratit mj. Energie a biomasa schopnost zdržovat vodu v krajině, což může vést až k lokální povodni. Alternativní zdroje energie Na následující mapě je uveden přehled ploch ve světě vhodných pro pěstování biomasy.

Přehled ploch ve světě vhodných pro pěstování biomasy

Spalování čisté biomasy a spoluspalování biomasy s ener-

ně se dřevo spaluje i v tradičních kotlích na tuhá paliva s niž-

14.2.4 Spalovací zařízení biomasy ší účinností a vyššími emisemi. Moderní kotle na biomasu getickým uhlím ve větším množství se v závislosti na případBiomasa (nejčastěji velegislativy formě jeví dřevní štěpky) se ve velkém spaluje v klasických a s nimi i ekopaliva (brikety, pelety) teprve elektrárnách český trh dobývají.ve ných změnách související jako perspektivní směr energetického zdrojů v ČR. fluidních kotlích svyužívání cirkulacíobnovitelných spalin spolu s energetickým uhlím. Pro průmyslové aplikace nebo systémy centrálního zásobování teplem se používají kotle nadVýhody 100 kW spalující také dřevní štěpku nebo balíky Kotle pro rodinné domky pracují obvykle tak, že se palivo slámy. jsou vybaveny automatickým přikládáním paliva a dokáží spalovat vysoká účinnost (až 95 % –i méně pelety) kvalitní a vlhčí nejprveČasto zplyňuje a teprve potom se plyn spaluje. Takový sysbiomasu. Někdy tato zařízení využívají kombinovanou výrobu tepla a elektřiny (kogenerace). tém umožňuje velmi dobrou regulaci srovnatelnou s plynovými kotli. Kotle spalují nejčastěji polenové dříví či pilinové

příznivá cena (kusové dřevo – nejlevnější)

a skladování.

nízký obsah popelovin a emisí (moderní kotle a krby)

manipulace s topivem a popelem (minimální u automatických kotlů)

náklady spojené s přepravou paliva

Spalování čisté biomasy spoluspalování biomasy s energetickým uhlím ve větším množství se v brikety, někdy v kombinaci se a dřevní štěpkou nebo dřevním závislosti případných související legislativy jeví jako perspektivní energetického dotace na kotle (nejvyšší prosměr automatické kotle) odpadem. na Oblibu si získávají změnách lisované pilinové pelety, které umožňují bezobslužný provoz kotle a komfortní dopravu využívání obnovitelných zdrojů v ČR. Kotle pro rodinné domky pracují obvykle tak, že se palivo nejprve zplyňuje a teprve potom se plyn Nevýhody Dřevo seTakový dále spaluje i v cihlových pecích,velmi kachlových neboregulaci spaluje. systém umožňuje dobrou srovnatelnou s plynovými kotli. Kotle spalují kovových kamnech. Výhodou kamen je, že se rychle rozehřenejčastěji polenové dříví či pilinové brikety, někdy v kombinaci se dřevní štěpkou nebo dřevním jí. Jejich účinnost závisí na konstrukci i na uživateli. Některá nároky na skladovací prostory (pelety, brikety – nižší odpadem. Oblibu si získávají lisované pilinové pelety, které umožňují bezobslužný provoz kotle a moderní kamna mají také vestavěnou topnou vložku, takže nároky) pracují zároveň i jako kotel ústředního vytápění. komfortní dopravu a skladování. Vytápění domácností biomasou Vytápění domácností biomasou není v České republice žád-104 nou novinkou. Dřevo se však častěji využívá jako doplňkový zdroj tepla, kdy je spalováno v krbech (popř. kamnech). Běž-

69


Energie a biomasa

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. 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 je 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 využití velkého množství odpadního tepla (zejména v létě). Bioplyn má průměrně výhřevnost kolem 25 MJ/kg a používá se stejně jako zemní plyn, svítiplyn nebo propan-butan k vytápění a k výrobě elektřiny. Výhodné jsou kogenerační jednotky (tj. spojení výroby tepla a elektřiny) podobně jako při zplyňování biomasy.

V USA probíhají výzkumy výroby ethanolu z celulózy pomocí speciálně vyšlechtěných mikroorganismů. Ethanol lze pak získat ze dřeva nebo trávy. Kapalná biopaliva Ve fermentačních nádobách se uloží organické materiály bez přístupu vzduchu. Ty při fermentaci produkují bioplyn (s vysokým obsahem metanu). Tento je následně využit jako Mapa bioplynových stanic na území ČR palivo k výrobě elektřiny. Kromě ní je výstupem také teplo v podobě horké vody. Samotné palivo (např. kukuřičná siláž, řepné řízky a kořínky) je uloženo ve skladech a dostatečně překryto těsnícím materiálem. Samotné fermentory (nádoby, v nichž dochází k produkci bioplynu) jsou pod střechou a tím utěsněny. Kapalná biopaliva jsou biopaliva, která se v podmínkách, při nichž jsou skladována, dopravována a připravována pro energetické využití, nachází v kapalném stavu. Alkoholová biopaliva:

Bioethanol je ethanol vyráběný z rostlin obsahujících větší množství škrobu a sacharidů, nejčastěji 14.2.7 Fermentace biomasy z kukuřice, obilí, brambor, cukrové třtiny a cukrové Fermentací roztoků cukrů je možné vyprodukovat ethanol (ethylalkohol). Vhodnými materiá řepy. Široké uplatnění má jako automobilové palivo V bioplynové stanici se z biomasy vyrábí bioplyn bohatý cukrová řepa, obilí, kukuřice, ovoce nebo brambory. Cukry mohou být vyrobeny i ze zeleniny zejména v Brazílii na methan, který se spaluje v kotlích. Vzniklým teplemcelulózy. lze Teoreticky lze z 1 kg cukru získat 0,65 l čistého ethanolu, který je vysoce hodn vytápět budovy, popř. ohřívat vodu. V provozu jsou i zařízení, kapalným palivem pro spalovací motory. Jeho přednostmi jsou ekologická čistota a antidet Biomethanol methanol z biomasy. kde dochází ke kombinované výrobě tepla a elektřiny v tzv. vlastnosti, nedostatkem je schopnostjevázat vodu avyrobený působit korozi motoru. Jeho produkce je zatím neekonomická a methanol je silně kogenerační jednotce. Bioplynové stanice jsou u nás VpřeUSA probíhají výzkumy výroby ethanolu z celulózy pomocí speciálně vyšlech jedovatý. devším zemědělské (zpracovávají živočišný odpad a zeměmikroorganismů. Ethanol lze pak získat ze dřeva nebo trávy. dělské plodiny), komunální typ převládá např. v sousedním Butanol lze vyrobit složitou fermentací biomasy. Německu. 14.2.8 Kapalnábiopaliva Může býtsepoužit přímo v materiály existujících benzínových Ve fermentačních nádobách uloží organické bez přístupu vzduchu. Ty při ferm produkují bioplyn (smotorech vysokým obsahem metanu). Tento je ethanol, následně ale využit a je méně korozivní než je jako palivo k V současnosti je v provozu v ČR více než 100 stanic (pro srov. elektřiny. Kromě ní je výstupem také teplo v podobě horké vody. také jedovatý. 2008 – cca 20 stanic, přehled bioplynových stanic najdete zde) a do roku 2015 by mohl být jejich počet cca 400.

Bioplynová stanice

Interaktivní mapu bioplynových stanic na území ČR je možné shlédnout na webových stránkách BIOM.CZ, kde se při klikmutí na vybranou lokalitu a stanici zobrazí o ní bližší údaje:

biom.cz/cz/produkty-a-sluzby/bioplynove-stanice

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.

70

106 Proces vzniku biopaliv

Energie a biomasa

Biooleje mohou být použity v naftových motorech:

Rostlinný olej

Použitý, např. fritovací olej

Bionafta získávaná transesterifikací rostlinných olejů a živočišných tuků.

Zkapalněná plynná biopaliva:

Bioplyn a dřevoplyn lze pomocí Fisher-Tropschovy syntézy přeměnit na kapalné uhlovodíky. Oproti bioethanolu a bionaftě, při jejichž výrobě se využívají pouze určité části rostlin, lze k výrobě dřevoplynu použít celou plodinu, což zvyšuje energetický výnos. Navíc je jedno, z jakých rostlin zdrojová biomasa pochází, takže není nutné pěstovat monokultury jediné plodiny.

Výroba kapalných biopaliv ze zemědělských plodin se v ČR zatím příliš nerozběhla. V rámci Evropské unie, a tedy i v ČR je podíl biopaliv na ropných pohonných hmotách stanoven procentuálně. Do roku 2020 se má zvýšit na 10 %. Zvýšení procentuálního zastoupení biopaliv bohužel znamená ve výsledku také zvýšení ceny pohonných hmot. Zdražení vyvolalo další negativní reakci, a tak biopaliva pro pohon benzínových a naftových motorů představují ve využití biomasy nadále černou ovci.


Spalování čisté biomasy a spoluspalování biomasy s energetickým uhlím ve větším množství se v závislosti na případné změny související legislativy jeví jako perspektivní směry energetického využívání obnovitelných zdrojů v ČR. Hlavní výhodou biomasy je skutečnost, že pro její využití není třeba budovat nová zařízení, nutné jsou pouze úpravy na stávajících kapacitách. Např. v elektrárně Hodonín byl v roce 2009 této souvislosti uveden do provozu zcela nový fluidní kotel na spalování biomasy. Biomasu lze spalovat v moderních fluidních kotlích, kterými je vybavena řada dnešních tepelných elektráren. Využití samotné biomasy ve fluidních kotlích není z technických důvodů reálné. Většímu rozšíření spoluspalování biomasy v elektrárnách brání v současné době nedostatek stabilních a dlouhodobých dodavatelů vhodné biomasy. Elektrárny jsou schopny využívat materiál vzniklý tzv. štěpkováním zbytků z průklestů lesa nebo při likvidaci napadených lesních porostů - tedy dřevo, které v současné době nemá jiné praktické využití než pro otop. Postupně bude možné v budoucnu využívat i cíleně pěstované energetické plodiny – jednoleté i vytrvale rostoucí.

Biomasa a ekologie Dřevo či sláma – jsou-li správně spáleny – jsou hned po vodíku ekologicky „nejpřátelštějším“ palivem. Jediným příspěvkem ke znečištění ovzduší jsou oxidy dusíku (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 skleníkových plynů. Ve dřevě není síra, stopy síry jsou ve slámě – asi 0,1 % v porovnání s minimálně 2 % v hnědém uhlí.

Biomasa použitelná v českých domácnostech

Biomasa šetří uhlí Za ekologickou výrobu elektrické energie je dnes považováno spalování a spoluspalování biomasy. Ve velkém probíhá v klasických elektrárnách, nejlépe biomasa hoří ve formě dřevní štěpky smíchané s uhlím ve fluidních kotlích s recirkulací (elektrárny Tisová, Hodonín, Poříčí, Vítkovice) a v roštových kotlích (Teplárna Dvůr Králové). Bioplynová stanice

71


Energie a biomasa


Co je to biomasa?

2.

Na čem závisí její výhřevnost?

3.

Kde se biomasa spaluje?

4. Za jakých podmínek a z čeho vzniká bioplyn? 5.

Jakou má průměrnou výhřevnost?

6.

Co je to biopalivo?

7.

Na jakou hodnotu má být do roku 2020 v rámci Evropské unie, a tedy i v ČR zvýšen podíl biopaliv na ropných pohonných hmotách?

8. Co je to energetický les? 9.

Kolik bioplynových stanic je v ČR?

10. Jaké jsou nevýhody biomasy? 11. Je dle vašeho názoru výhodné pěstovat v ČR energetické plodiny a dřeviny? 12. Šetří biomasa uhlí? Vysvětlete jak.

72

Zdroje


www.alternativni-zdroje.cz/vyroba-energie-biomasa.htm

biom.cz/cz/produkty-a-sluzby/bioplynove-stanice

www.ekostrazce.cz

www.energie21.cz/Pevna-a-kapalna-biopaliva-v-souvislostech_s303x33310.html

Energie a země


Pracovní list 18

Energie a země

18.1. Úvod Geotermální energie je jeden z mála obnovitelných zdrojů, který nemá původ ve sluneční energii. Jde o teplo z hlubin Země, které proniká na povrch. Jejími projevy jsou erupce sopek a gejzírů, horké prameny či parní výrony. Nejznámějším příkladem jsou geotermální prameny, hojně využívané na Islandu. Obvykle se řadí mezi obnovitelné zdroje energie, nemusí to však platit vždy, některé zdroje geotermální energie jsou vyčerpatelné v horizontu desítek let.

Využívá se ve formě tepelné energie (pro vytápění), či pro výrobu elektrické energie v geotermálních elektrárnách.

18.2. Teoretická část Z hlediska využití se rozlišují čtyři kategorie geotermální energie:

energie z hydrotermálních zdrojů vysoké teploty (>130 °C) pro výrobu elektrické energie

energie tepla hornin („suché zemské teplo“) vysoké teploty (>130 °C) pro výrobu elektrické energie

energie z hydrotermálních zdrojů vyšší teploty (<130 °C) pro výrobu tepla

geotermální energie pro nízkoteplotní systémy (tepelná čerpadla)

Průměrný tepelný tok (množství tepla, které projde jednotkovou plochou na zemském povrchu) na Zemi je 60 +/- 10 mW/ m2. Lokality s nejvyšší hustotou zemského tepla v ČR mají až 90 mW/m2 (např. Ostravsko, okolí obce Boží Dar v Krušných horách).

využívá přímo podzemní voda, vyžadují specifické geologické podmínky. Nevyskytuje-li se v hloubi vrtu voda, musí být vháněna pod tlakem do sousedního vrtu (metoda Hot-dry-rock nebo Fractured-dry-rock). Vrt přebírá úlohu kotle používaného v běžné elektrárně. Voda se ohřívá o horkou horninu a vzniklá pára pohání turbíny, které vyrábí elektřinu. V ČR se připravuje stavba geotermální teplárny v Litoměřicích, kde se pracuje na provedení tří vrtů s hloubkou 4 až 5 km. Instalovaný elektrický výkon bude asi 5 MW, tepelný výkon použitý pro městskou teplárenskou síť bude 47 MW. Kromě Litoměřic uvažují o výstavbě geotermálních tepláren i další města. Výhodou geotermální teplárny jsou nízké provozní náklady – teplárna nepotřebuje žádné palivo a energie z podzemí by měla vydržet nejméně 30 let. Nevýhodou jsou vysoké investiční náklady a zejména vysoké náklady na zkušební vrty, které nakonec nemusí potvrdit vhodnost výstavby v daném místě. Geotermální zdroje teplé vody

Geotermální elektrárny a teplárny V současnosti existuje po celém světě několik geotermálních elektráren s celkovým výkonem 2 300 MW. Tyto elektrárny se staví zejména ve vulkanicky aktivních oblastech, kde využívají k pohonu turbín horkou páru stoupající pod tlakem z gejzírů a horkých pramenů. Lze je ale stavět i jinde – vrty pak dosahují hloubky až 5 km, kde je teplota 150 až 180 °C. Hydrotermální zdroje, kde se

Jako geotermální zdroje se obvykle využívají podzemní vody, které se nacházejí v zemských dutinách a zemských zvodnělých vrstvách. Jsou zahřáté zemským teplem natolik, že jejich teplota po výstupu na zemský povrch je vyšší než průměrná roční teplota vzduchu v dané lokalitě. Část geotermálních vod je klasifikována jako vody lázeňské a je podrobena zvláštnímu režimu využití jejich čerpání pouze pro energetické využití není přípustné.

73


Energie a země

Jedním z příkladů v ČR je využití podzemní teplé vody v Děčíně. Voda vytéká samovolně z hloubky 550 m a má teplotu 30 °C. To je pro přímé využití nízká teplota. Pomocí tepelných čerpadel se podzemní voda ochlazuje na 10 °C a poté se používá jako pitná voda pro město. Získané teplo se využívá v městské teplárně, kde jako další zdroje tepla jsou ještě kogenerační jednotky a kotle na zemní plyn. Dalším příkladem je ZOO v Ústí nad Labem, kde je využívána podzemní voda s teplotou 32 °C z vrtu hlubokého 515 m. I zde se voda ochlazuje pomocí tepelných čerpadel. Díky relativně vysoké teplotě vstupní vody je celoroční topný faktor velmi dobrý, dosahuje hodnoty více než 6. To znamená, že pro vytápění je využito asi 84 % tepla ze země a jen 16 % elektřiny potřebné pro provoz zařízení. Tepelná čerpadla s vrty či půdním kolektorem Geotermální energii lze využívat i pomocí relativně mělkých vrtů, s hloubkou 60 až 150 m. Takovéto vrty jsou pochopitelně mnohem méně nákladné než vrty do hloubky několika km. Využívají se pro vytápění rodinných domků i větších objektů. V hloubce okolo 100 m je celoročně teplota 8 až 12 °C. Vrty tedy slouží jako zdroj nízkopotenciálního tepla pro tepelná čerpadla (TČ).

Koncept HDR, EGS V České republice připadá do úvahy využití pouze tzv. konceptu suché horniny (HDR – „hot dry rock“ - tj. teplo zakonzervované v podzemních suchých horninách), se kterým není ani v zahraničí příliš velká zkušenost. Jedním vrtem se k horké suché hornině v hloubce zhruba pět kilometrů přivede studená voda a dva boční vrty umožní ohřáté vodě cestu vzhůru. Tyto zdroje pohání turbínu generátoru a po ochlazení vody na povrchu se vrací prvním vrtem zpět do země. Vedlejším produktem produkce energie je teplo, které lze využít např. k vytápění bytů. Obecně je vhodnou lokalitou v českých podmínkách místo s již narušenou podzemní horninou. Odborníci se shodují, že takovým místem mohou být Litoměřice, příp. Lovosice, Chomutov nebo Frýdlantský výběžek. Ve světě se vedle konceptu HDR využívá ještě tzv. EGS (Enhanced Geothermal Systéme). Oba každopádně zaručují stálost výkonu po 24 denně.

Geotermální elektrárna Nesjavellir na Islandu

74

Energie a země

Užití ve světě V rozsáhlejším měřítku se tato energie využívá např. na Islandu, kde se využívá pro vyhřívání obytných domů, skleníků, veřejných budov, bazénů, pro vyhřívání chodníků, aby se v zimě nemusely příliš upravovat a dokonce i pro pěstování banánů či jiného jižního ovoce. Další země, které geotermální energii ve větším využívají, jsou USA, Velká Británie, Francie, Švýcarsko, Německo a Nový Zéland. Užití v ČR V ČR využívá geotermální energii např. město Ústí nad Labem, kde slouží k vytápění plaveckých bazénů a od května 2006 také k vytápění zoologické zahrady. Ojedinělý projekt využití geotermální energie pro výrobu tepla je v Děčíně. Od roku 2002 je zde v provozu výtopna, která jako jediná v ČR využívá geotermální energii pro zásobování poloviny


města teplem. V Litoměřicích se od listopadu 2006 hloubí zkušební vrt pro geotermální elektrárnu, který by měl skončit v hloubce 2500 m. Pokud budou výsledky měření příznivé, začnou se hloubit další dva vrty – tentokrát již produkční. Tyto vrty mají dosáhnout hloubky až 5000 m. Výhody a nevýhody geotermální energie Výhodami jsou velmi malé vlivy na životní prostředí (nezanechává po sobě téměř žádnou ekologickou stopu), nezávislost na dodávkách paliva (vydrží v provozu při plném výkonu desítky let), téměř bezobslužný provoz a ve srovnání s jinými obnovitelnými zdroji i stálost výkonu. Nevýhodami jsou nejistoty v geologických podmínkách – zda se skutečně podaří vytvořit dostatečně velký tepelný výměník.


Co je to průměrný tepelný tok a jakou má hodnotu?

2.

Kde se staví geotermální elektrárny a proč?

cs.wikipedia.org/wiki/Slapov%C3%A1_s%C3%ADla

3.

Kde v Ústeckém kraji je oblast/i s nejvyšší hustotou zemského tepla?

www.mzp.cz/cz/geotermalni_energie

4.

Kde v Ústeckém kraji se využívá podzemní teplé vody pro vytápění?

5.

Kde se v ČR připravuje výstavba geotermální teplárny?

6.

Jak hluboký je vrt pro výstavbu geotermální elektrárny?

7.

Je dle vašeho názoru výhodné pěstovat v ČR energetické plodiny a dřeviny?

Zdroje

8. Šetří biomasa uhlí? Vysvětlete jak. 9.

Jaké jsou výhody a nevýhody geotermální energie?

10. Lze geotermální energii využívat i pro vytápění rodinných domků? Jak?

75


Energie a oceány

Pracovní list 19

Energie a oceány

19.1. Úvod Mořské vlny představují poslední z prakticky nedotčených obnovitelných zdrojů energie naší planety. Přitom oceány pokrývají přes 70 % povrchu Země a nechat takovýto potenciál zahálet je problém, který lidstvu nedává dlouho spát. První patent na toto téma se objevil už roku 1799 ve Francii. Ale skutečný boom zažívají tyto projekty s nástupem nových technologií až nyní. 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 oce-

ánech, 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.

19.2. Teoretická část Energie moří a oceánů

Elektrárny pro využití mořského příboje

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 řady plováků, které působením vln kmitají kolem osy. Pohyb je soustavou hydraulických nebo mechanických zařízení převáděn na generátor.

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.

Jiný způsob využití energie vln byl navržen v Japonsku. Elektrárna Kalimai je podobná cisternové lodi dlouhé 80 a široké 12 m. Mořské vlny 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.

76

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. 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

Energie a oceány

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. 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.


verzními 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. Wawe Hub a podmořští draci K hlavním experimentátorům se systémy získávajícími energii z moře patří Velká Británie. Na pobřeží Skotska už pracuje přílivová, resp. příbojová elektrárna, na jihozápadě Británie, u pobřeží historického hrabství Cornwall, právě nyní startuje projekt Wave Hub, který bude dodávat do elektrické sítě až 20 MW energie vyrobené mořskými vlnami. Wave Hub je unikátní tím, že má demonstrovat a ověřit možnosti rozsáhlejšího pole zařízení na výrobu energie v oceánech. Celkem půjde o čtyři zařízení připojená k jednomu „rozbočovači“ (hubu) umístěného na mořském dně, k němuž jsou přivedeny kabely jednotlivých menších generátorů. Výhodou je, že k podmořskému energetickému rozbočovači bude možné připojit různé typy generátorů. Vyrobený proud je pak odváděn jedním podmořským kabelem na pevninu. Do projektu je zapojena jak místní, tak britská vláda, i Evropská unie. Zařízení, dimenzované na výkon až 50 MW by do provozu mělo být uvedeno příští rok.

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 re-

Wave Hub

77


Energie a oceány

„PowerBuoy“ Výrobu energie z moře využívá i britská společnost Ocean Power Technologies a to pomocí plovoucího zařízení „PowerBuoy“ u pobřeží Španělska. Jak už naznačuje název, jde o speciální bóji extrahující energii z moře pomocí patentované technologie využívající hydrodynamiku a systémy na konverzi energie řízené inteligentním počítačovým systémem, zajišťujícím optimální provoz v různých proměnlivých podmínkách – dokáže se přizpůsobovat a reagovat na různé druhy vln. První boje PowerBuoy byly spuštěny do moře v roce 1997 a podle výrobce prokázala svou odolnost a životaschopnost: přežila řadu hurikánů, tsunami i bouře nejrůznější intenzity v Tichém oceánu i v Atlantiku. Výrobce počítá s jejich životností 25–30 let.

PowerBuoy

První komerční elektrárna poháněná mořskými vlnami – projekt Pelamis Pár set metrů od portugalského pobřeží se na moři pohupují tři dlouhé červené housenky. Živí se energií vln a vyrábějí z ní elektřinu. Společně dosahují výkonu 2,25 MW. V září 2008 je instalovala britská firma Pelamis Wave Power, zatímco její konkurence, americká společnost Ocean Power Technologies, buduje dvě podobná zařízení u pobřeží Španělska a amerického Oregonu s výkonem 1,4 a 2 MW. Energii mořských vln lze na elektřinu převést různými způsoby. Vertikálně orientované bójky nebo ležící tubusy buď přímo pohybují magnety proti cívkám, čímž se indukuje elektrický proud, nebo (častěji) se jejich pohyb hydraulicky přenáší na turbínu rotačního elektrického generátoru. Ideální je instalace v místech, kde moře dosahuje hloubky 40 až 100 metrů – tam je energie vln největší.

Projekt Pelamis

Zařízení společnosti Pelamis Wave Power připomíná obří housenku nebo mořského hada. Trubice o průměru 3,5 metru je rozdělena na čtyři části, které se vůči sobě pohybují ve vertikálním i horizontálním směru. Tento pohyb je v kloubech pomocí pístů přenášen do hydraulických motorů napojených na elektrické generátory. Kdyby zmíněná elektrárna u Portugalska měla dosáhnout výkonu jednoho bloku jaderné elektrárny Temelín (1 000 MW), muselo by ji tvořit více než 1 300 trubic dlouhých 120 metrů. Zajistit dodávky do rozvodné sítě také není u mořské elektrárny nic jednoduchého. Společnost: Minesto, Švédsko, projekt: Deep Green, potenciální výkon: 0,5 MW. Pohyb draka pomáhá zvýšit rychlost vody turbínou. Může využít slapové proudy, které jsou příliš pomalé pro jiné turbíny. Deep Green

78

Energie a oceány



Čím je způsoben pohyb hmoty světových moří a oceánů?

2.

Jaký pohyb by bylo možné využít pro získání energie?

3.

Která země hlavním experimentátorem se systémy získávajícími energii z moře?

4. V čem je dle vás úskalí využití energie přílivu a příboje oceánů?

Zdroje

www.alternativni-zdroje.cz/energie-prilivu-priboje.htm

www.techmagazin.cz/334

www.osel.cz/index.php?clanek=6265

www.tyden.cz/rubriky/veda/technologie/morske-elektrarny-vyuzivaji-energii-vln_107881.html

3pol.cz/1188

www.osel.cz/popisek.php?popisek=19435&img=1337663276.jpg

79


Energie a legislativa, koncepce, efektivita, úspory

Pracovní list 20


20.1. Úvod Vstup do EU znamenal pro ČR novelizaci některých důležitých zákonů v oblasti energetiky tak, aby odpovídaly platné evropské legislativě (novelizace tzv. energetického zákona, k jehož dalším změnám došlo v letech 2009 a 2011; novelizace zákona o hospodaření energií, přijetí zákona o podpoře výroby energií z OZE) a též postupnou liberalizaci trhu nejen s plynem, ale také s elektřinou. Již v roce 2006 v souladu s tehdy platnou směrnicí č. 2003/30 schválila vláda Dlouhodobou strategii využití biopaliv v ČR. Po přijetí klimaticko-energetického balíku, který nahrazoval některé dosud platné předpisy, včetně směrnice č. 2003/30 o podpoře využívání biopaliv vláda ČR v roce 2010 vydala Národní akční plán ČR pro energii z obnovitelných zdrojů. Implementace předpisů EU si vyžádala vypracování nové legislativy také v jiných oblastech souvisejících s energetikou,

jedná se např. o Zákon č. 311/2006 Sb., o pohonných hmotách a další předpisy a vyhlášky. Vývoj na poli energetické politiky EU odráží také Státní energetická koncepce ČR, která definuje priority a cíle ČR v oblasti energetické politiky včetně konkrétních realizačních nástrojů, s výhledem do roku 2030. Její původní verze pochází z března 2004, projednávána je aktualizace Státní energetické koncepce s výhledem přibližně do roku 2040.

20.2. Teoretická část 20.2.1. Evropská unie Po roce 2004 zde dochází v rámci snah o rozvoj nové energetické politiky EU k poměrně dynamickému vývoji v oblasti legislativy i strategických dokumentů. Klíčové dokumenty Komise v březnu 2006 vydala zelenou knihu s názvem Evropská strategie pro udržitelnou, konkurenceschopnou a bezpečnou energii a v lednu 2007 strategický balíček dokumentů s názvem Energetická politika pro Evropu. V něm si EU vytkla jednak ekologické cíle týkající se obnovitelných zdrojů (OZE) a omezování emisí skleníkových plynů, jednak cíl v podobě dobudování vnitřního trhu s energií. Následovaly konkrétní balíčky legislativních návrhů v podobě tzv. třetího liberalizačního balíku.

80

V listopadu 2008 následovalo vydání dalšího strategického souboru dokumentů (Druhý strategický přezkum energetiky s podtitulem „Zajistit energetickou budoucnost“). Důraz kladl na bezpečnost energetických dodávek, budování energetických sítí a energetickou účinnost. V souladu s naznačenými prioritami byly schváleny další důležité nové předpisy, např. v květnu 2010 to byly směrnice č. 2010/31 o energetické náročnosti budov a směrnice č. 2010/30 o energetických štítcích a v říjnu 2010 nařízení č. 994/2010 týkající se bezpečnosti dodávek plynu. Dne 10. 11. 2010 Komise zveřejnila další klíčový strategický dokument, kterým je strategie Energie 2020, 8. 3. 2011 potom přijala plán na vybudování konkurenceschopného nízkouhlíkového hospodářství do roku 2050 a v prosinci 2011 zveřejnila energetický plán do roku 2050.


Hlavní energetické otázky

Legislativa EU

K důležitým tématům energetické politiky EU v současnosti nadále patří environmentální dimenze:


energetická účinnost

OZE, jejich podpora a spolupráce členských států za účelem této podpory

Směrnice 2009/28/ES o podpoře využívání energie z obnovitelných zdrojů Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2009/28/ES ze dne 23. dubna 2009, o podpoře využívání energie z obnovitelných zdrojů a o následném rušení směrnic 2001/77/ES a 2003/30/ES, stanovuje rámec pro dosažení cíle 20% podílu OZE na konečné spotřebě energie EU do roku 2020.

jaderná energetika, zesílená v souvislosti s havárií JE Fukušima nakládání s radioaktivním odpadem bezpečnost jaderných elektráren v EU

Cíl je rozdělen mezi jednotlivé členské státy s tím, že podíl v jednotlivých sektorech (elektřina, vytápění a chlazení) si každý členský stát stanoví sám.

V říjnu 2012 EK prostřednictvím sdělení zveřejnila výsledky zátěžových testů, která EK nařídila právě v souvislosti s havárií ve Fukušimě. Testy, kterých se zúčastnily také české JE v Dukovanech a v Temelíně, konstatovaly, že většina jaderných elektráren v EU sice splňuje vysoké standardy bezpečnosti, prakticky ve všech případech ale byla současně navržena zlepšení a úpravy s cílem zvýšení bezpečnosti. V blízké budoucnosti se očekává ze strany EK vydání návrhu směrnice o jaderné bezpečnosti. Důležitým tématem zůstává vytváření jednotného energetického trhu v EU.

Výjimkou je sektor dopravy, pro který je stanoven cíl 10 % podílu obnovitelných zdrojů na konečné spotřebě energie do roku 2020. Směrnice také definuje kritéria udržitelnosti biopaliv.

Stranou pozornosti nezůstává ani vnější dimenze energetické politiky EU, v září 2011 vydala EK sdělení týkající se dodávek energie a vnější dimenze energetické politiky EU, mj. s cílem posílit koordinaci v oblasti spolupráce mezi EU a třetími státy, dodavatelskými, ale také spotřebitelskými a tranzitními zeměmi. Poměrně novým tématem, které se v poslední době stalo předmětem zájmu institucí EU v oblasti energetiky, je otázka potenciálního využívání nekonvenčních zdrojů fosilních paliv v EU a těžby břidlicového plynu, respektive otázka možné regulace těchto aktivit na unijní úrovni. (V ČR MŽP navrhlo moratorium na průzkum možné těžby břidlicového plynu.) Postoje a pohledy České republiky Pokud jde o zmíněná klíčová témata energetické politiky EU, ČR na unijní půdě dlouhodobě vystupuje jako členský stát podporující perspektivu využívání energie z jádra. Naopak v případě OZE náleží ke státům uplatňujícím realistický, tedy spíše rezervovaný postoj (negativní zkušenost s podporou OZE ČR učinila v případě fotovoltaiky). Podporu energie z OZE nově upravuje zákon o podporovaných zdrojích energie a o změně některých zákonů z roku 2012.

Směrnice EU o omezování emisí CO2 a energetické náročnosti budov Další dvě směrnice EU a to Směrnice Rady č. 93/76/EHS ze dne 13. září 1993 o omezování emisí oxidu uhličitého prostřednictvím zvyšování energetické účinnosti a Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2010/31/EU ze dne 16. prosince 2002 o energetické náročnosti budov, jsou zapracovány do legislativy ČR, zákona č.406/2000 Sb., o hospodaření s energií ve znění pozdějších předpisů. Směrnice 2006/32/ES, o energetické účinnosti u konečného spotřebitele Ve Společenství je třeba zvýšit energetickou účinnost u konečného uživatele, řídit poptávku po energii a podporovat výrobu energie z obnovitelných zdrojů, protože v krátkodobém až střednědobém výhledu je poměrně málo prostoru pro jiné ovlivňování podmínek dodávek a distribuce energie, ať už budováním nových kapacit nebo zlepšováním přenosu a distribuce. Směrnice 2006/32/ES, o energetické účinnosti u konečného spotřebitele a o energetických službách se týká zvýšené energetické účinnosti u konečného uživatele, která přispěje ke snížení spotřeby primární energie, ke snížení emisí CO2 a dalších skleníkových plynů, a tím k prevenci nebezpečných klimatických změn.

Provedená implementace třetího liberalizačního balíku dokládá také podporu ČR liberalizaci a integraci energetických trhů v EU. Problémem z infrastrukturního hlediska je kapacita přenosových sítí, jak se ČR několikrát přesvědčila při komplikacích způsobených tuzemské přenosové soustavě přebytkovou elektřinou vyráběnou především v Německu za využití OZE.

81



20.2.2. ČR – Energetický zákon

Energetická koncepce ČR

Základním legislativním opatřením v oblasti energetiky je zákon č. 458/2000 Sb., o podmínkách podnikání a výkonu státní správy v energetických odvětvích a o změně některých zákonů. Jinak se zákona nazývá jako energetický zákon. Tento zákon vymezuje podmínky podnikání, upravuje výkon státní správy a regulaci v energetických odvětvích, kterými jsou elektroenergetika, plynárenství a teplárenství. Zároveň upravuje i práva a povinnosti fyzických a právnických osob s tím spojených.

Fungující energetický sektor je základní podmínkou bezpečnosti státu. Státní energetická koncepce (SEK) je výrazem odpovědnosti státu za vytváření podmínek pro spolehlivé a dlouhodobě bezpečné dodávky energií a pro jejich efektivní využívání za ekonomicky oprávněné a přitom přijatelné ceny způsobem, který je v souladu se zásadami udržitelného rozvoje. SEK byla schválena v roce 2004.

Výkon státní správy v energetických odvětvích náleží dle energetického zákona:

ministerstvu

Energetickému regulačnímu úřadu

Státní energetické inspekci

Zákon o hospodaření energií Dalším významným předpisem je zákon č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů. Účelem zákona je zvýšit energetickou účinnost při výrobě, přenosu, přepravě, distribuci, rozvodu, spotřeba energie a uskladňování plynu včetně souvisejících činností. K tomu zákon stanoví povinnosti fyzických a právnických osob při nakládání s energií, při provádění energetických auditů a také pravidla pro tvorbu Státní energetické koncepce, územních energetických koncepcí a Národního programu hospodárného nakládání s energií a využívání jejích obnovitelných a druhotných zdrojů. Zákon o podpoře obnovitelných zdrojů energie K podpoře rozvoje energie z obnovitelných zdrojů je zde zákon č. 180/2005 Sb., o podpoře využívání obnovitelných zdrojů energie. Dále je účelem zákona trvalé zvyšování podílu obnovitelných zdrojů na spotřebě primárních energetických zdrojů a šetrné využívání přírodních zdrojů. Podpora se vztahuje na výrobu elektřiny z obnovitelných zdrojů vyrobenou v zařízeních v ČR využívajících obnovitelné zdroje a je stanovena odlišně podle druhu obnovitelného zdroje či velikosti instalovaného výkonu výrobny. 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. Výše uvedené zákony mají mnoho dalších podzákonných předpisů – vyhlášek a nařízení. Mezi důležité předpisy patří také Cenová rozhodnutí Energetického regulačního úřadu, kterými se stanoví cena za energie či podpora výroby energie z obnovitelných zdrojů.

82

SEK je dokumentem, jež stanovuje strategické cíle státu s výhledem na 30 let. V roce 2010 byl zpracován návrh aktualizace SEK, která obsahuje scénář předpokládaných základních trendů vývoje energetiky s horizontem do roku 2050. Výhled do roku 2030 má charakter podrobné strategie, mezi roky 2030 – 50 má charakter strategické vize. Podle prezentovaného návrhu „Aktualizace státní energetické koncepce“ by v příštích 30 letech mělo dojít v oblasti primárních zdrojů k výraznému snížení potřeby energetického uhlí a naopak k nárůstu podílu jaderného paliva a obnovitelných a druhotných zdrojů. Ukazuje to následující tabulka: Primární zdroj

Stav 2010

Stav 2040

Změna

jaderné palivo

16 %

30–35 %

+103 %

tuhá paliva

40 %

12–17 %

−64 %

plynná paliva

18 %

20–25 %

+25 %

kapalná paliva

20 %

14–17 %

−23 %

obnovitelné a druhotné zdroje

6%

17–22 %

+225 %

Nejedná se o bezpodmínečně závazný dokument typu nařízení vlády, nicméně je logické, že priority státu hrají v oblasti energetiky klíčovou roli. Mezi základní priority patří: Obnovitelné zdroje Cílem je splnit závazný ukazatel podílu obnovitelných zdrojů (OZE) na konečné spotřebě energie v ČR ve výši 13 % v roce 2020. Využití obnovitelných zdrojů energie musí odpovídat potenciálu danému reálnými geografickými a klimatickými podmínkami ČR. Největší potenciál pro budoucí využití OZE je předpokládán v biomase, nicméně počítá se i s rozvojem i solární, větrné a geotermální energetiky.


Rozvoj obnovitelných zdrojů energie, zejména ve vazbě na plnění mezinárodních závazků ČR, musí být podporován tak, aby podpora jejich rozvoje byla pečlivě vyvažována s ekonomickými dopady na konečné spotřebitele a na trh s elektřinou. Snížení energetické náročnosti (úspora energie) Celková energetická náročnost ČR by měla kolem roku 2020 dosahovat průměru zemí EU-27. Koncepce rovněž počítá s poklesem elektroenergetické náročnosti české ekonomiky na jednotku hrubé přidané hodnoty (HPH) v roce 2050 až na úroveň 30 % stavu proti roku 2005. Těžba hnědého uhlí České teplárny převážně spalují hnědé uhlí. Skutečností je, že k náhradě cca 12 mil. tun hnědého uhlí využívaného v teplárnách by bylo třeba cca 17 mil. tun biomasy, což je zhruba jedenáctinásobek stávající produkce, resp. cca 5,2 mld. m3 zemního plynu, které nejsou v současnosti smluvně pokryty. Nehledě na to, že u některých zdrojů by bylo nutné vybudovat nové přípojky zemního plynu na značné vzdálenosti. Energetická koncepce doporučuje zachovat těžbu uhlí pro teplárenství i za stávající územně ekologické limity. Územní limity těžby hnědého uhlí v severních Čechách jsou závazným usnesením vlády České republiky č. 444 z roku 1991. Hlavním důvodem jejich stanovení byla ochrana životního prostředí a krajiny v oblasti severních Čech. Limity se dotýkají těžebních lokalit: lom Bílina, Lom ČSA, lom Nástup - Tušimice. Těžba v těchto lomech nemůže probíhat za vytyčenou hranicí danou usnesením. Jaderná energetika Koncepce prezentuje jadernou energetiku jako jeden z pilířů výroby elektřiny v ČR. Stanovuje následující cíle: vytvořit podmínky pro prodloužení životnosti existujících jaderných bloků na 50 až 60 let, podpořit a urychlit proces projednávání výstavby nových jaderných bloků včetně nezbytných kroků mezinárodního projednávání.


Zvýšení energetické účinnosti/účinnosti je klíčovým cílem Společenství s tím, že do roku 2020 má být dosaženo 20% zvýšení energetické účinnosti. Tento cíl spolu se stávajícími a budoucími právními předpisy, včetně směrnice Evropského parlamentu a Rady 2002/91/ ES ze dne 16. prosince 2002 o energetické náročnosti budov, hraje klíčovou úlohu při zajištění toho, aby bylo dosaženo cílů v oblasti klimatu a energetiky, a to za vynaložení co možná nejnižších nákladů, přičemž toto úsilí může rovněž poskytnout nové příležitosti pro hospodářství Evropské unie. Politiky energetické účinnosti a úspor energie jsou pro členské státy jednou z nejúčinnějších metod, jak zvýšit procentuální podíl energie z obnovitelných zdrojů, a členské státy tak snáze dosáhnout cílů stanovených touto směrnicí v oblasti obnovitelných zdrojů energie, a to jak celkových národních cílů, tak cílů v oblasti dopravy. Úspory energie Dle písm. d) § 2 energetického zákona se rozumí úsporami energie množství ušetřené energie určené měřením nebo odhadem spotřeby před provedením jednoho či více opatření ke zvýšení energetické účinnosti a po něm, při zajištění normalizace vnějších podmínek, které spotřebu energie ovlivňují. Využívání obnovitelných zdrojů energie, zvyšování energetické účinnosti spolu s úsporami energie jsou 3 základní pilíře udržitelné energetiky. Zvláště úspory energie je každý z nás schopen téměř okamžitě změnou svého chování. Energii lze ušetřit na vytápění domácností, dopravu či provoz domácích spotřebičů a elektroniky. Nejtypičtějšími příklady úspor energie jsou např.: Zateplení domů

Umožňuje nižší spotřebu energie na vytápění, ale také na ochlazování.

Průkaz energetické náročnosti budovy (PENB) je obdobou štítků, které známe z ledniček a jiných spotřebičů. Průkaz energetické náročnosti budovy není český vynález.

Vychází z evropské směrnice 2010/31/EU, o energetické náročnosti budov a je zaváděn i v ostatních státech EU.

Cílem tohoto opatření je snížit spotřebu energií a emise CO2. Sektor budov je pro tuto snahu jedním z hlavních cílů, protože budovy se na celkové konečné spotřebě energií v ČR podílí více než 30 % (průměr EU je dokonce 40 %).

Energetická efektivita a úspory energie Energetickou efektivností/účinnosti se rozumí poměr mezi energetickými výstupy a vstupy daného procesu, vyjádřený v procentech. Zvýšení energetické účinnosti u konečného uživatele se dosáhne technologickými či ekonomickými změnami nebo v důsledku změn v lidském chování. Zvýšená energetická účinnost u konečného uživatele rovněž přispěje ke snížení spotřeby primární energie. Dle písm. c) § 2 zákona č. 458/2000 Sb., o podmínkách podnikání a o výkonu státní správy v energetických odvětvích a o změně některých zákonů (energetický zákon) se zvýšením energetické účinnosti rozumí nárůst energetické účinnosti u konečného uživatele v důsledku technologických či ekonomických změn.

83



V ČR jsou průkazy energetické náročnosti budov zavedeny od 1. 1. 2009. Průkaz musí mít každá nová budova nebo budova, která je rekonstruována a jejíž celková podlahová plocha je větší než 1000 m2. To je každý větší bytový dům, škola nebo úřad. Rekonstrukcí se zde nemyslí drobné opravy, zásahy do více než 25 % pláště budovy nebo změna vytápění objektu.

Úsporné žárovky

Nová elektrozařízení

Energetickou náročnost budovy lze totiž významně ovlivnit pouze při její stavbě nebo při rekonstrukci. Jakmile je budova hotová, nese s sebou svou energetickou spotřebu po desítky let

Třída energetické náročnosti budovy

Slovní vyjádření energetické náročnosti budovy*

A

Mimořádně úsporná

B

Úsporná

C

Vyhovující

D

Nevyhovující

E

Nehospodárná

F

Velmi nehospodárná

G

Mimořádně nehospodárná

*Slovní vyjádření energetické náročnosti budovy a grafické znázornění průkazu energetické náročnosti budovy dle vyhlášky č. 148/2007 Sb.

84

Díky své technologii umožňují užívat si dostatečného světelného komfortu za mnohem nižší spotřeby, než tomu bylo u klasických žárovek, které mají i mnohem kratší životnost.

Domácí spotřebiče a elektronika také směřují ke stále nižší spotřebě. O energetické náročnosti daného spotřebiče se dozvíte t energetického štítku. Energetická náročnost je značena písmeny A–G. Mnohé spotřebiče ale dnes dosahují i hodnocení A+++ (ledničky). Dříve musely být štítkem označeny pouze domácí spotřebiče, nyní tato povinnost přejde i na elektroniku (TV, přehrávače apod.) a dokonce i domy.

Úspory energie jsou často spojeny také s úsporami finančními. Ve velkém měřítku pak také s menším poškozováním životního prostředí, ať už přímým (při těžbě či dopravě nerostných surovin) nebo nepřímým (nadměrné emise skleníkových plynů a s tím spojená klimatická změna).


Systém managementu hospodaření s energiemi Ministerstvo životního prostředí si uvědomuje význam a důležitost efektivního hospodaření se zdroji energie jak při těžbě energetických zdrojů tak při samotné spotřebě energie. V oblasti energetiky jsou vedle využívání potenciálu obnovitelných zdrojů pro MŽP zásadní prioritou energetické úspory. Podstatným problémem, je vysoká energetická náročnost českého hospodářství. Rychlý ekonomický růst ČR v období 2000 až do současnosti byl hlavním faktorem, který vedl k růstu spotřeby primárních zdrojů energie, konečné spotřeby energie a spotřeby elektřiny. Velmi významným způsobem se na spotřebě energie podílí sektor průmyslu – spotřebovává v současnosti v České republice cca 41 % konečné spotřeby energie. Jednu z cest, jak mohou průmyslové (ale i další) podniky snižovat spotřebu energie a šetřit tak i své provozní náklady, nabízí tým odborníků z Evropského výboru pro normalizaci (známého pod označením CEN). Přichází se standardem, který má motivovat organizace k lepšímu hospodaření s energiemi. Tento standard se jmenuje Systém managementu hospodaření s energiemi a nese označení EN 16001. Cílem této evropské normy je pomoci organizacím při vytváření systémů managementu a procesů nezbytných pro zvyšování energetické účinnosti. To by mělo vést ke snižování nákladů a emisí skleníkových plynů prostřednictvím systémového přístupu k managementu energií. Norma specifikuje požadavky na systém energetického managementu tak, aby bylo organizacím umožněno vytváření takových politik a cílů, které berou v úvahu legislativní požadavky a informace týkající se významných energetických aspektů. Norma je určena pro všechny druhy a velikosti organizací, bez ohledu na jejich geografické, kulturní a společenské podmínky, tzn. že ji můžeme aplikovat jak v těžkém průmyslu, tak třeba v pohostinství nebo ve státní správě. Norma EN 16001 je členěna do kapitol, přičemž jejich struktura je obdobná jako v normě ČSN EN ISO 14001. Proto pro organizace, které mají zavedený systém environmentálního managementu, představuje tato skutečnost podstatné zjednodušení při její implementaci. Zároveň však může být norma v organizaci zavedena i samostatně s jinými systémy managementů a může být použita také pro účely certifikace.


Mezi požadavky normy patří např.:

požadavky na systém energetického managementu organizací – organizace musí vytvořit, dokumentovat, implementovat a udržovat systém energetického managementu, tak aby dosahovala neustálého zvyšování své energetické účinnosti

zpracování energetické politiky, která mimo jiné musí stanovovat závazky organizace k dosahování zvýšené energetické výkonnosti.

požadavky na plánování. Plánování je prováděno na základě identifikace analýzy energetických aspektů podobně, jako je tomu v normě ČSN EN ISO 14001. Tyto aspekty musí organizace pravidelně přezkoumávat a musí je v předem stanovených intervalech aktualizovat. Toto přezkoumání energetických aspektů musí zahrnovat například:

minulou a současnou spotřebu energie a energetické faktory založené na měření;

identifikaci oblastí, ve kterých existuje významná spotřeba energie, zejména pak těch oblastí, ve kterých došlo v minulém období k významné změně využití energie;

odhad očekávané spotřeby energie v průběhu následujícího období;

identifikaci všech osob pracujících pro organizaci, nebo jejím jménem, jejichž činnosti mohou vést k významným změnám ve spotřebě energie;

identifikaci a prioritní seřazení příležitostí pro zvyšování energetické účinnosti.

Ministerstvo životního prostředí je přesvědčeno, že standard, jenž přináší norma EN 16001 – Systém managementu hospodaření s energiemi, je vhodným motivačním nástrojem, který přiměje organizace ke zvyšování energetické účinnosti a tím i k šetrnějšímu zacházení se zdroji energie. Spatřuje v ní potenciál dalšího rozvoje odpovědného přístupu firem a organizací k hospodaření s energiemi.

85




Proč musí ČR respektovat a zapracovávat do své legislativy směrnice a nařízení EU?

2.

Proč věnuje EU tak velkou pozornost energii a energetice v tak dlouhodobém časovém období, tj. do r. 2040 či do roku 2050?

3.

Jak si představujete, že má fungovat jednotný energetický trh v EU?

4.

Proč je podle vás nutné pro oblast energetiky vydávat zákony a nařízení a vyhlášky?

5.

Co je základním legislativním opatřením v oblasti energetiky v ČR?

6.

Co definuje Státní energetická koncepce ČR a proč se vlastně připravuje pro období až do roku 2040?

7.

Co má motivovat průmyslové (ale i další) podniky ke snižování spotřeby energie a šetření svých provozních nákladů, tedy lepšímu hospodaření s energiemi?

8.

Jaké jsou 3 pilíře udržitelné energetiky.

9.

Jakou úlohu má v oblasti energetiky Ministerstvo životního prostředí?

Vysvětlivky Břidlicový plyn Břidlicový plyn (shale gas) je zemní plyn (metan) vázaný hluboko v usazených horninách, které vznikly z nánosů bahna s příměsí organického materiálu (rostliné a živočišné zbytky) na dně prehistorických moří. Těmto horninám se říká břidlice. Vyznačují se velmi těsnou zrnitou a vrstevnatou strukturou, která zabraňuje přesunu plynu vzhůru. Plyn tedy zůstává zachycen mnohem hlouběji, než jsou plynové kapsy, ze kterých se až dosud zemní plyn těžil. Břidlice, které mají ekonomicky využitelné množství plynu, jsou si v mnoha ohledech podobné. Jsou bohaté na organický materiál (0,5 až 25 %) a zpravidla se jedná o olejonosné břidlice (hydrocarbon source rocks). Nacházejí se tři až šest kilometrů pod povrchem, kde je teplota natolik vysoká, že z většiny organického materiálu vznikne zemní plyn. Bývají dostatečně tvrdé a pevné, aby v nich vydržely otevřené póry. Část vytvořeného plynu se drží v přirozených zlomech, část se nachází v pórech a část se navázala na organický materiál. Plyn, který je ve zlomech, je uvolněn při těžbě okamžitě. Ten, který se navázal na organický materiál, se do vrtu uvolňuje postupně. V tomto smyslu se nijak zásadně neliší od hornin, z nichž vznikaly tradiční ložiska plynu a ropy. Břidlicový plyn je vlastně docela normální zemní plyn. Tedy metan, nejednodušší uhlovodík s chemickým vzorcem CH4. Od zemního plynu se ale liší způsobem uložení a těžby.

10. Uveďte příklady úspor energie v domácnosti. 11. Vysvětlete co je to Třída energetické náročnosti budovy a jaké má stupně a co znamenají 12. Vysvětlete co je energetický štítek a k čemu slouží 13. Co je to energetická náročnost, pro jakou oblast se používá a jakými písmeny je značena. Vysvětlete, co která písmena znamenají. 14. Co je to břidlicový plyn a proč se ekologové jeho těžby obávají?

86

Většina dosavadní světové produkce zemního plynu pochází ze snadno těžitelných nalezišť, kterými jsou bubliny plynu uvězněné pod stropem z nepropustné horniny. Tento plyn vznikl v hluboko uložených matečných horninách přeměnou organických látek živočišného a rostlinného původu. Po svém vzniku postupně migroval z hluboko uložených vrstev a pronikal propustnými horninami směrem nahoru tak dlouho, až narazil na horninu, kterou už projít nemohl a vytvořil tak bublinu, kterou lze relativně snadno těžit. Naproti tomu břidlicový plyn (shale gas) je zemní plyn vázaný v hloubkách několik tisíc metrů v téměř nepropustných usazených horninách zvaných břidlice. Ty se vyznačují velmi těsnou zrnitou strukturou, která zabraňuje přesunu plynu do dalších vrstev. Plyn tedy zůstává zachycen mnohem hlouběji. Níž, než jsou plynové kapsy, ze kterých v dnešní době pochází většina produkce.


Výhody břidlicového plynu:


Zdroje

Ložisek je hodně a nebyla dosud vytěžena.

www.euroskop.cz/9101/sekce/cr-a-eu---energetika/

Jsou i v zemích, kde se dosud plyn netěžil.

www.mojeenergie.cz/cz/energeticka-legislativa-cr

Předpokládaný relativní dostatek tohoto plynu v Evropě může výrazně napomoci ke snížení závislosti na Rusku a tím zvýšit energetickou bezpečnost našeho kontinentu.

www.mojeenergie.cz/cz/elektroenergetika-legislativa

www.nazeleno.cz/energie/energetika/kam-smeruje-evropska-energetika.aspx

www.nazeleno.cz/energie/bridlicovy-plyn-proc-se-o-nem-tolik-mluvi.aspx

Těžba břidlicového plynu:

Těžba je obtížnější a nákladnější, plyn není soustředěný na jednom místě.

Plyn se musí napřed uvolnit, což představuje výrazný zásah do geologické formace, ve které je uložen.

Při těžbě se používá ohromné množství vody s přísadou látek, které mohou být škodlivé pro životní prostředí, především pro zdroje podzemní vody.

Na povrch se dostanou spolu s plynem i různé další látky, které mohou být škodlivé.

S tímto druhem těžby není zatím tolik zkušeností.

Zásoby břidlicového plynu jsou obrovské. I v České republice jsou vytipované oblasti, kde se možná začne zkoumat. Ministerstvo životního prostředí si už v roce 2011 nechalo zpracovat studii od expertů z České geologické služby. Jedná se o oblast mezi Přerovem, Kopřivnicí a Vsetínem, dále pak Trutnovsko vč. Broumovského výběžku a dále pak moravské lokality, kde se dnes již těží plyn a ropa. Tedy např. kolem Hodonína, Břeclavi a pásmo kolem Karpat. Posledním průzkumným územím by mohla být oblast mezi Berounem a jihozápadním okrajem Prahy.

87


Vyber tu správnou energii

Pracovní list 21


21.1. Úvod V rámci modulu Alternativní zdroje energie – AZE (nebo jinak Obnovitelné zdroje energie – OZE) se žáci dozvěděli mnoho informací o energii a jejím významu pro společnost, o trvale udržitelném rozvoji, seznámili se s ekologickou i uhlíkovou stopu ČR i států světa, ale také si spočítali své vlastní stopy, dále se seznámili se spotřebou energie ve svět, EU i v ČR, s jednotlivými zdroji energie obnovitelnými i neobnovitelnými, prohlédli si v rámci exkurze energetická zařízení v praxi a také legislativou, týkající se energetiky a její koncepce v rámci EU i ČR.

21.2. Teoretická část Pracovní listy 1–20 modulu Alternativní zdroje energie.

21.3. Praktická část I. část: Výroky a správné odpovědi

Výroba elektřiny ze slunce v současnosti již není závislá na počasí.

Zaujměte postoj k následujícím výrokům a odůvodněte své stanovisko.

Běžná větrná elektrárna vyrábí množství elektrické energie, které stačí přibližně pro 5 domácností s průměrnou spotřebou.

Takzvaný energetický štítek je povolenka pro uhelnou elektrárnu, aby mohla vypouštět více emisí CO2.

Výroba tepla a elektřiny v současnosti již nezatěžuje životní prostředí.

Česká republika je jedním z největších vývozců elektřiny v Evropě.

Ačkoliv je uhlí na ústupu, bude i v dalších letech nejdůležitějším zdrojem energie v České republice.

Sestavte si své třídní a osobní „Energetické desatero“ ohledně šetření a nakládání s energií.

Uhelné elektrárny jsou v ČR hlavním zdrojem emisí oxidu uhličitého.

Třídní „Energetické desatero“ si vyvěste ve třídě a své osobní např. u sebe doma a především se ho snažte plnit.

II. část: „Energetické desatero“

88

Spotřeba energie v domácnostech tvoří více než čtvrtinu celkové spotřeby energie v ČR.


III. část: Vyber tu správnou energii


Žáci budou rozděleni do skupin, nejlépe pak na 10 skupin, protože je 10 zdrojů energie, o kterých bude hra pojednávat.

a vlivu na životní prostředí (emise, především pak skleníkových plynů), ale také, zda je zdroj energie možné využít v současnosti i v budoucnosti bez omezení (není nutný technicky či ekonomický vývoj atd.).

Každá skupina si vylosuje jeden zdroj energie; tj. uhlí, jaderná energie, ropa, voda, slunce, vítr, oceány, biomasa, geotermální energie, zemní plyn.

Po uplynutí stanoveného času pak každý zdroj energie (zastupován skupinou žáků) bude obhajovat své postavení na trhu s energiemi.

V rámci stanoveného času (cca 30 minut) si připraví na základě pracovních listů modulu AZE výhody a nevýhody „svého“ vylosovaného zdroje energie a to především z pohledu dostupnosti (světových zásob, závislost na dovozu, ceny)

Po proběhnutí prezentace každého zdroje se všichni společně dohodnou, jak daný zdroj ohodnotí a to v každém sloupci tabulky; z hlediska zásob, dostupnosti, emisí, možnosti jeho využití v současnosti i v budoucnosti.

Tabulka pro hodnocení zdrojů energií: Celý svět Energie

Zásoby

Dostupnost

Emise

Využití v současnosti

Využití v budoucnosti

Hodnocení

Pořadí

Využití v současnosti

Využití v budoucnosti

Hodnocení

Pořadí

uhlí ropa atom zemní plyn voda vítr slunce biomasa geotermální oceán, moře

Tabulka pro hodnocení zdrojů energií: Česká republika Energie

Zásoby

Dostupnost

Emise

uhlí ropa atom zemní plyn voda vítr slunce biomasa geotermální oceán, moře

89



Stupně hodnocení je následující: 1 bod

Za to, že zdroj má malé zásoby nebo za špatnou dostupnost nebo emise, poškozující životní prostředí ve velké míře nebo jeho využití není v současné době možné nebo jeho využití v budoucnosti není možné.

2 body Za to, že zdroj má přiměřené zásoby nebo za přiměřenou dostupnost nebo emise, poškozují životní prostředí malou měrou nebo jeho využití je v současné době možné, ale omezeně nebo jeho využití v budoucnosti je možné, ale je potřeba ještě rozvoj technický a ekonomický. Logo Hodiny Země 3 body Za to, že zdroj má neomezené zásoby nebo za vynikající dostupnost nebo emise, které nepoškozují životní prostředí vůbec nebo jeho využití je v současné době možné bez omezení nebo jeho využití v budoucnosti je možné bez omezení. Body v každém sloupci pedagog sečte a dle celkové výše bodů sestaví pořadí zdrojů energie od nejlepšího (nejvíce bodů) až po nejhorší (nejméně bodů). V závěrečné diskusi pedagoga se žáky pak bude provedeno shrnutí, zřejmě ve smyslu, že svět ještě není připraven technicky a ekonomicky na zcela nové zdroje energie ani pokrytí spotřeby energie lidstva pouze obnovitelnými zdroji a že je nutné využívat i neobnovitelné zdroje v přiměřené míře, efektivně a co nejvíce s ohledem na životní prostředí => bude sestaven tzv. energetický mix. Tabulky jsou dvě; jedna pro svět a druhá pro Českou republiku. Po skončení prezentace všech zdrojů energie provede pedagog závěrečné vyhodnocení a sestaví pořadí energií, které nejméně škodí životnímu prostředí, zdroje energie je na dostatek dalších let a jsou schopné pokrýt současnou i budoucí potřebu energie lidstva. Bude společně vybrána ta správná energie s tím, že si současně uvědomí, jaké jsou možnosti té nejsprávnější energie v současnosti a co je potřeba pro využití té nejsprávnější energie udělat.

90

IV. část: Zapojte se do akce “Hodina Země“ Hodina Země je každoroční mezinárodní akce, která se pořádá poslední sobotu v březnu, při které domácnosti a podniky vypnou své osvětlení a elektrické spotřebiče po dobu jedné hodiny. Symbolickým zhasnutím světel na jednu hodinu se připomíná nutnost omezování spotřeby energie vzhledem k jejím dopadům na klima Země. Vůbec poprvé se tato akce konala v roce 2007 v Austrálii a o rok později již měla celosvětovou účast. V roce 2013 proběhla Hodina Země 23. března od 20:30 do 21:30 hod. Ze 162 měst, které se připojily k Hodině země v roce 2013, je možné vyzdvihnout např. Prahu (kde potemněla např. Staroměstská radnice i Karlův most). Většina obcí v Hodině Země vypnula veřejné osvětlení či nasvícení dominant města. V mapce na následující straně jsou vyznačena místa, která se akci Hodina Země připojila v roce 2013. V následujícím odkaze si prohlédněte, které světové metropole a památky se připojily k Hodině Země v roce 2013:

zpravy.idnes.cz/foto.aspx?r=&c=A130323_212027_zahranicni_ert&foto=ERT4a0b78_1.jpg

Připojit se symbolicky může každý tím, že na onu hodinu zhasne světlo.



Místa v ČR, která se k akci Hodina Země připojila v roce 2013

V. část: Blackout

Zdroje

Jako blackout je popisován stav, který představuje poruchu elektrické rozvodné sítě spojenou s přerušením zásobování rozsáhlých území elektřinou (od slova black = černý, při blackoutu – výpadku elektrické energie – je tma/černo).

www.veronica.cz/hodinazeme/cr2013/

www.lenovoonline.sk/files/obrazky_clanky/hodina_zeme.jpg

Hlavními příčinami bývají obvykle přetížení v síti způsobené vysokou spotřebou elektřiny, nestabilita v dodávkách elektřiny z vodních, větrných či slunečních elektráren a v neposlední řadě též špatný technický stav sítě. Blackout je kritickou událostí. Zatímco ostatních strategických surovin mají státy zásoby, elektřinu skladovat nelze.

zpravy.idnes.cz/hodina-zeme-c8y-/archiv.aspx?klic=481456

fyzmatik.pise.cz/198-co-je-to-blackout.html

Metodiky pro pedagogy: TÉMA ENERGIE z projektu „HRAJ O ZEMI“, vytvářený obecně prospěšnou společností Respekt institut, hrajozemi.cz

Metodika tvorby vyučovacích hodin z projektu Tři kroky k aktivnímu vyučování, Sdružení TEREZA.

Blackout postihl např. severovýchod USA v srpnu 2003 či Evropu od Německa po Španělsko v listopadu 2006. V ČR je několik energetických zařízení, které pomáhají předcházet případnému blackoutu stabilizací přenosu elektřiny v sítích. Jedním z nich je i paroplynová elektrárna ve Vřesové. Více o příčinách blackoutu se může dočíst např. v odkaze:

fyzmatik.pise.cz/198-co-je-to-blackout.html

91


92

Poznámky

Soubor pracovních listů pro žáky

Zhotovitel: IMPOWER ENERGY, s.r.o. Sadová 15 434 01 Most IČ: 25489399

Realizátor: Seductus, s.r.o. Vladimíra Majakovského 2092/7 434 01 Most IČ: 25489411

Trvale udržitelný rozvoj a jeho aspekty v podnikatelské praxi. Alternativní zdroje energie

Recommend Documents