Vysoká škola ekonomická v Praze
Diplomová práce
2010
Martina Malafová
Vysoká škola ekonomická v Praze Fakulta podnikohospodářská Studijní obor: Podniková ekonomika a management
Název diplomové práce:
Instalace hybridních lamp v České republice
Autor diplomové práce:
Bc. Martina Malafová
Vedoucí diplomové práce:
prof. Ing. Jiří Dvořáček, CSc.
Prohlášení Prohlašuji, ţe jsem diplomovou práci na téma „Instalace hybridních lamp v České republice“ vypracovala samostatně s vyuţitím literatury a informací, na něţ odkazuji.
V Praze dne 10. prosince 2010
Martina Malafová
Poděkování Touto cestou bych ráda poděkovala prof. Ing. Jiřímu Dvořáčkovi, CSc. za rady, které mi při psaní diplomové práce ochotně poskytoval. Upřímně děkuji také Prof. Ing. Jiřímu Habelemu, DrSc. z FEL ČVUT, doc. Ing. Stanislavu Mišákovi, Ph.D. z VŠB-TUO a Ing. Skálovi ze společnosti Eltodo-Citelum za konzultace a poskytnutí mnoha cenných informací. Dále Ing. Davidu Suttrovi ze společnosti ČEZ a Bc. Ondřeji Pánkovi za pomoc a podnětné připomínky. Ráda bych také poděkovala Dr. Balbirovi B. Bhasinovi, Ph.D. M.I.M., Pierru Ruffimu a Aye Arakaki za prvotní seznámení s tématem, rozšíření obzorů a vřelou podporu.
„Jak vzniká vynález? To všichni vědí, že je něco nemožné, a pak se objeví nějaký blázen, který neví, že je to nemožné, a vynález udělá.“ (Albert Einstein) „Pokrok? Ano - po kroku, po kroku...“ (Gabriel Laub)
5
Název diplomové práce: Instalace hybridních lamp v České republice
Abstrakt: Diplomová práce „Instalace hybridních lamp v České republice“ následuje současný celosvětový trend vyuţívání obnovitelných zdrojů energie. Práce se konkrétně zaměřuje na vyuţití těchto zdrojů ve veřejně prospěšných sluţbách ve formě pouličního osvětlení. Hybridní lampy jsou specifické pro svou kombinaci větrné a solární energie, kterou produkují díky větrné turbíně a fotovoltaickým panelům, které nesou. Pro zhodnocení jejich moţné instalace v České republice se dívám na problematiku tohoto podnikatelského záměru ve čtyřech rovinách – technologické, ekonomické, ekologické a právní.
Klíčová slova: hybridní lampy; obnovitelné zdroje; solární energie; větrná energie; pouliční osvětlení
6
Title of the Master´s Thesis: Hybrid Lamps Installation in the Czech Republic
Abstract: The aim of the paper “Instalace hybridních lamp v České republice” is to reflect on the worldwide phenomenon of renewable energy and its usage in everyday life in the form of a street lighting. Hybrid lamps are particular for the combination of the wind and solar power they generate thanks to the wind turbine and photovoltaic panels they carry. In order to evaluate their possible installation in the Czech Republic the business plan is viewed from four different perspectives - technological, economic, ecological and legal.
Key words: hybrid lamps; renewable energy; wind energy; solar energy; street lamps
7
Obsah 1
Úvod ................................................................................................................................. 10
2
Obnovitelné zdroje energie ............................................................................................... 12 2.1
Sluneční energie ......................................................................................................... 14
2.1.1 2.2
3
4
Větrná energie ............................................................................................................ 16
2.2.1
Technické řešení větrné turbíny ......................................................................... 16
2.2.2
Druhy a rozdělení běţných větrných elektráren ................................................. 18
2.2.3
Druhy větrných turbín ........................................................................................ 19
Pouliční osvětlení ............................................................................................................. 24 3.1
Historie pouličního osvětlení v Evropě ..................................................................... 24
3.2
Současné pouliční osvětlení hlavního města.............................................................. 24
3.3
Moderní instalace pouličních lamp ve světě .............................................................. 26
Hybridní lampy ................................................................................................................. 28 4.1
Loopwing ................................................................................................................... 28
4.1.1 4.2
5
Fotovoltaický článek .......................................................................................... 14
Produktová specifikace lampy TRONC ............................................................. 29
Konkurenční výrobci hybridních lamp ...................................................................... 37
4.2.1
Panasonic ............................................................................................................ 37
4.2.2
EGL Energy ........................................................................................................ 37
4.2.3
Urban Green Energy ........................................................................................... 38
4.2.4
Konkurenční srovnání ........................................................................................ 38
Kritéria instalace hybridních lamp v České republice ...................................................... 41 5.1
Ekologická kritéria ..................................................................................................... 41
5.1.1
Přírodní podmínky .............................................................................................. 41
5.1.2
Sezónnost ............................................................................................................ 44
5.1.3
Ptactvo ................................................................................................................ 45
5.2
Ekonomická kritéria ................................................................................................... 46
5.2.1
Moţné umístění TRONC .................................................................................... 46
5.2.2
Finanční náročnost investice .............................................................................. 47
5.2.3
Ekonomická návratnost investice ....................................................................... 48
5.2.4
Testování hybridních lamp VŠB v Ostravě ........................................................ 52
5.3
Technologická kritéria ............................................................................................... 57
5.3.1
Výkon ................................................................................................................. 57
5.3.2
Ţivotnost a poruchovost lampy .......................................................................... 57
5.3.3
Ovládání lampy .................................................................................................. 58
5.3.4
Specifický design ................................................................................................ 58
5.3.5
Minimální hluk ................................................................................................... 58 8
5.3.6
Jednotlivá instalace ............................................................................................. 61
5.3.7
Multifunkční vyuţití ........................................................................................... 61
5.3.8
SWOT analýza instalace TRONC v České republice ........................................ 63
5.4
Právní kritéria ............................................................................................................ 63
5.5
Zhodnocení kritérií pro instalaci v ČR ...................................................................... 65
5.6
Instalace v dalších lokalitách ..................................................................................... 67
6
Závěr ................................................................................................................................. 70
7
Přílohy .............................................................................................................................. 71
8
Pouţité zdroje ................................................................................................................... 84
9
1 Úvod Jedenadvacáté století je turbulentní dobou, která se stejně jako století minulá odehrává ve znamení velkých změn. V jednom se ale od předchozích zásadně liší a tím je důraz na jednotlivce, coby uţivatele a zároveň „třídiče“ dostupných informací. Kdyţ v 90. letech minulého století vydává americký historik Joel Mokyr svou knihu The Lever of Riches (Mokyr, 1992) popisuje jako nejvýznamnější kritérium ekonomického pokroku právě technologickou kreativitu, která se odráţí v růstu produktivity společnosti. Za minulých 50 let se také od počítače zabírajícího celou místnost vědeckých pracovišť, posunuli k vlastnění domácího osobního počítače, po přenosný „poznámkový blok“ neboli notebook, aţ po nejnovější počítač tabletového typu. Vzhledem k rozšíření uţívání např. mobilních telefonů se stali uţivateli technologií i obyvatelé zemí třetího světa a technologie se vyvíjí dál, nepředstavitelnou rychlostí. Stejně tak rychle, jak se vyvíjí, tak ale i stárne. Zároveň s technologií se ale společnosti dnes více neţ dříve orientují na to pomyslné něco navíc, které bylo v minulosti opomíjeno. Společnosti zavádějí Corporate Social Responsibility praktiky, kterými dokazují svou odpovědnost za dění na této planetě a prosazují snahu o lepší kvalitu ţivota. A bylo tomu na čase, po stoletích páry a elektřiny (coby stoletích ekonomického růstu s negativním dopadem na ţivotní prostředí) a zároveň při nárůstu průměrné teploty zemské atmosféry a oceánů na kterém mají velký vliv skleníkové plyny, tedy jev, který nazýváme globálním oteplováním. Přestoţe se názory vědců na vliv člověka na tyto klimatické změny různí, roste obecné povědomí o nutnosti podnikat kroky brzdící negativní klimatické vlivy a tedy zavádění opatření pro uchování přírodního bohatství. Vedle toho stojí i nutnost objevovat nové zdroje energie, které nahradí ty stávající a vyčerpatelné. To je předmětem diskuzí vyspělých států v celosvětovém měřítku, které je na našem kontinentě ještě umocněno institucí Evropské unie a tedy environmentální politikou „evropské 27“. Média jsou dnes přehlcena informacemi o větrných, vodních a solárních elektrárnách a energii z biomasy, coţ vede v důsledku k tomu, ţe si běţný spotřebitel energie často ani neuvědomí, ţe solární panely mohou i ve své nejmenší velikostní verzi značně ušetřit práci i jemu a ţe větrné turbíny mohou být k nalezení i jinde, neţ v zástupech na polích. 10
Tato práce se zaměřuje právě na jeden z těch výrobků, který vyuţívá energií obnovitelných zdrojů, tedy energie větrné a solární, nicméně prozatím se s ním u nás běţně nesetkáme. Jedná se o hybridní pouliční lampy, které si pro svou energetickou nezávislost, funkčnost, ale i moderní design začaly získávat oblibu, při tom se o nich stále ještě příliš neví. Práce vyhodnocuje především moţnosti ekonomického vyuţití těchto lamp v našich zeměpisných šířkách. Problematiku obnovitelných zdrojů energie, potaţmo i hybridního pouličního osvětlení jsem zkoumala ve čtyřech základních rovinách - technologické (zabývající se produktem a jeho technologickou specifikací), ekologické (tedy dopadovost na ţivotní prostředí, která je často dementována jako ne tak výhodná, jak by se mohlo na první pohled zdát), ekonomické (zkoumající nákladovost, ale i výhodnost celého podnikatelského záměru s důrazem na jeho investiční návratnost) a v neposlední řadě i legislativní (zabývající se normami, vyhláškami a zákony atd.). Cílem této práce je zhodnotit zejména ekonomickou výhodnost instalace hybridních lamp ve vybraných lokalitách s přihlédnutím k ekologické stránce stejně jako k technologii produktu a legislativě jako faktorům nezbytným pro úspěšnost realizace podnikatelského záměru. Vzhledem k omezenému rozsahu práce a nemoţnosti získat všechny potřebné informace je práce zaměřena na nejvýznamnější aspekty instalace těchto lamp. Technologická část je vypracována ve spolupráci s fakultou elektrotechniky Českého vysokého učení technického v Praze a v případě realizace podnikatelského záměru by bylo vhodné zejména tuto část podloţit mnoţstvím dalších analýz a kvalifikovaným světelně technickým návrhem obsahujícím mj. i fotometrická data svítidel, nebo-li tzv. eulumdata. Ekonomická část je částečně podepřena daty Vysoké školy báňské v Ostravě a jejím testováním.
11
2 Obnovitelné zdroje energie Obnovitelné zdroje energie se v posledních letech staly jedním z nejdiskutovanějších témat na národní i celosvětové úrovni. Česká republika disponuje omezeným mnoţstvím tzv. fosilních nebo-li neobnovitelných zdrojů, kterými jsou uhlí, ropa a zemní plyn. A právě tato relativní vzácnost a vyčerpatelnost těchto zdrojů vede k nutnosti nalézat do budoucna zdroje další. Tyto další, neboli obnovitelné jsou tak kromě své relativní nevyčerpatelnosti a dalších faktorů atraktivní tím, ţe nevytvářejí dnes často diskutované emise CO2 a další skleníkové plyny. Česká republika ve smyslu obnovitelných zdrojů rozumí v největší míře sluneční záření a v niţší míře také geotermální energii. Obnovitelné zdroje „jsou člověku v přírodě volně k dispozici a jejich zásoba je z lidského pohledu nevyčerpatelná, nebo se obnovuje v časových měřítcích srovnatelných s jejich vyuţíváním – na rozdíl od tradičních fosilních či jaderných energetických zdrojů, které se vytvářely v rozpětí několika geologických období, ale mohou být vyčerpány během několika desetiletí aţ staletí“. (Jakubes, Pikálek, & Prouza, 2006, str. 4) Nutné je uvědomit si, ţe abychom získali energii, musíme energii vynaloţit. V neposlední řadě je na našem území zavádění elektráren těţících z obnovitelných zdrojů doprovázeno problémy nedostatku volných kapacit elektrických distribučních sítí, zajištěním servisních sluţeb a problémy se zpětnými vlivy na distribuční soustavu. To je způsobeno zejména rozmachem fotovoltaických elektráren. „Na nutnosti zvyšování podílu obnovitelných zdrojů na celkové spotřebě široká názorová shoda, vyjádřená jak ve světovém měřítku (např. Světová konference o změnách klimatu Kjóto 1997), tak i v České republice (např. „Energetická politika“ – usnesení vlády ČR č: 50/2000 o zvýšení podílu obnovitelných zdrojů na celkové spotřebě primárních energetických zdrojů na 6% do roku 2010 a 8% do roku 2020).“ (Fiedler, 2008) „Celkový energetický potenciál OZE byl v ČR odhadnut asi na 25 % současné spotřeby. Pokud by nehrály roli ekonomické a jiné vlivy, je tento potenciál dostatečný pro zajištění chodu společnosti bez výrazného omezení ţivotního komfortu. Do roku 2020 se předpokládá vyuţití zhruba 50 % teoretického potenciálu OZE. Dominantním zdrojem bude i nadále biomasa...Energetický potenciál vodních elektráren je v podstatě vyčerpán. Elektrárny v nevyuţívaných lokalitách mohou přidat nejvýš 10 % k současné produkci. Další mírný nárůst 12
mohou přinést rekonstrukce stávajících elektráren. U větrných elektráren se předpokládá, ţe do roku 2020 by produkce elektřiny mohla dosáhnout úrovně vodních elektráren a pak by dále rostla na více neţ dvojnásobek. Ještě rychlejší růst je očekáván u fotovoltaiky, přesto v roce 2020 bude její podíl na výrobě elektřiny asi poloviční ve srovnání s větrem.“ (Bechník, Historie a perspektivy OZE, 2009) „Výstavba ostrovních systémů se proto jeví jako vhodný doplněk k naplnění kvót pro podíly obnovitelných zdrojů na výrobě elektrické energie dané nařízením EU bez výše zmíněných negativních důsledků na elektrizační soustavu.“ (Mišák & Prokop, 2010) Ostrovními systémy jsou hybridní lampy nazývány pro svou samostatnost a tedy nezávislost na síti lamp. Přestoţe, jak bude prezentováno v dalším textu, existují výrobci, kteří tuto nezávislost hybridním lampám odebírají a propojují je s cílem naakumulovat energii pouţitelnou pro přídavná elektrická zařízení. Historicky byla jedním z přímých impulzů pro „rozvoj větrné energetiky energetická krize r. 1973, vyvolaná embargem zemí OPEC na vývoz ropy do hospodářsky vyspělých států. Pod tlakem prudkého zvýšení světových cen veškeré energie si tehdy tyto státy uvědomily omezenost energetických zdrojů a začaly ověřovat moţnosti obnovitelných zdrojů energie pro vyuţití v širším měřítku.“ (Štekl & Hošek, 2005) Tato krize také „přinesla mnoţství inovací v automobilismu, stejně jako spustila vlnu výzkumů a pokusů pro získávání energie z obnovitelných zdrojů.“ (Košturiak, 2008) V dnešní době je kladen důraz na ekologický charakter obnovitelných zdrojů, nelze opomenout ani fakt, ţe vyuţití OZE do velké míry souvisí s politickou a ekonomickou situací dané země. Podpora OZE bohatých států je zajištěna nemalými částkami ze státního rozpočtu. Při hodnocení konkurenceschopnosti ale musíme být opatrní, podpora ve formě pevných výkupních cen se projevuje ve vyšších cenách elektřiny a tedy vyšších finančních úhradách všech spotřebitelů a tyto zdroje jsou tak dotovány s tím, ţe v nich není zahrnuta škoda na ţivotním prostředí. S růstem počtu instalací a zlepšováním technologií ve smyslu růstu jejich účinnosti, ale pomalu klesá jejich cena. Do budoucna lze tedy předpokládat další růst technologického pokroku následovaný poklesem cen elektřiny, zatímco u fosilních paliv se cena energie bude zvyšovat, tudíţ můţeme trend prohlásit za správný. (Bursík, 2006) Jak jiţ bylo naznačeno výše, tato práce se nevěnuje větrným a solárním elektrárnám jako takovým, nýbrţ hybridním lampám, přesto jsou pro souvislosti elektrárny v oddílu 2 nejednou zmíněny. Odborná literatura hojně uţívá výrazu elektrárna, coby zařízení, které je schopné 13
samo vyprodukovat elektrickou energii, je jím tedy i hybridní lampa, kterou elektrárnou v dalším textu nejednou nazvu.
2.1 Sluneční energie Energie Slunce je základem ţivota na Zemi. Slunce je hvězdnou koulí ţhavých plynů (zejm. vodíku a hélia) existující jiţ 5 miliard roků a milionkrát větší neţ planeta Země. Slunce září do všech směrů stejně, Zemi daruje asi jen 180 tisíc terawattů (terawatt je bilion wattů, tj. milion megawattů), coţ je malá část jeho zářivosti, ale významně velký příval zářivé energie. (Slunce a jeho energie, 2004) Síla Slunce je tak velká, ţe se mluví o tom, ţe dodává 20 000násobek mnoţství, které bychom opravdu potřebovali. Slunce nám poskytuje energii od nepaměti (rozlišujeme dvě formy sluneční energie v atmosféře – teplo a pohybovou energii větru), přesto jsme se jí dosud nenaučili vyuţívat a v porovnání s ostatními zdroji se ani nedá mluvit o významném pokroku oproti dobám minulým. Příkladem můţe být fakt, ţe účinnost fotovoltaických článků je 12 - 15 %, coţ by přeneseně na vodní energii znamenalo podobnou účinnost jakou měli Římané a jejich vodní kola před dvěma tisíci lety. (Jak funguje solární článek) „Celosvětová spotřeba energie je dnes asi 13 TW. Slunce dává zadarmo Zemi neustále 180 000 TW čisté, nevyčerpatelné a nejkvalitnější energie. Dává spravedlivě hojnost energie všem lidem bez rozdílu a všemu ţivému na planetě Zemi vůbec. Bez něho by byla Země mrtvou planetou bloudící bez cíle černým mrazivým vesmírem. Slunce je přirozeným dokonalým naprosto bezpečným termonukleárním zdrojem.“ (Slunce a jeho energie, 2004) Kdybychom dokázali tuto nezměrnou energii vyuţít, vyřešili bychom tak veškeré hrozby nedostatků energie z vyčerpatelných zdrojů.
2.1.1 Fotovoltaický článek Fotovoltaika je termín, který vznik spojením řeckého výrazu pro světlo (φώς [phos]) a jména italského fyzika Alessandra Volty. Mezníkem ve fotovoltaice je rok 1839, kdy devatenáctiletý francouzský fyzik Alexandre Edmond Becquerel definuje fotovoltaický jev na základě zjištění, ţe napětí ve dvou kovových elektrodách vzroste při osvícení. Fotovoltaický jev definujeme jako přímou přeměnu světla na elektrickou energii. Na první selenový polovodivý fotočlánek potaţený tenkou vrstvou zlata si ale lidstvo muselo počkat aţ do roku 1883, 14
přestoţe jeho účinnost byla jen 1%, Charles Fritts posunul výzkum o krok dál. Následoval ho Russel Ohl, který si v roce 1946 nechal patentovat svou verzi solárního článku. O 8 let později se jiţ články vyrobené z krystalického křemíku vyrobené v Bellových laboratořích podobaly těm dnešním, aţ na účinnost o 6-i procentech. V šedesátých letech pak nastává boom fotovoltaických článků v kosmonautickém průmyslu. (Česká agentura pro obnovitelné zdroje energie, 2009) Rozlišujeme tři druhy fotovoltaických článků – monokrystalické, polykrystalické a amorfní. Fotovoltaika je způsobem jak přímo přeměnit energii záření slunce na energii elektrickou prostřednictvím fotovoltaických článků. Nejuţívanějšími slunečními články jsou ty z křemíku, tedy asi milimetrové desky z krystalu křemíku, které se spojí a vytvoří panel. „Na slunečním panelu o ploše 1m2 se v letní poledne získá 150 wattů výkonu stejnosměrného proudu z článků (případně při 0,5 V na článku 60 W na m2 při hodnotě 12mA na cm2) a nebo 120 A proudu z článku, samozřejmě po přepočtení na m2.“ (Jak funguje solární článek) Přeměna zářivé energie na elektrický proud probíhá následujícím způsobem. Nejdříve křemík absorbuje dopadající sluneční záření a jeho zahřátím dojde ke zvýšení jeho vodivosti. „Při absorpci fotonu ze záření dojde k přenosu jeho energie na elektron ve valenční sféře některého atomu křemíku. Sluneční paprsky (fotony) rozkmitají elektrony v tzv. PN přechodové vrstvě a elektrony přecházejí z vrstvy s jejich větším počtem do vrstvy kde jich je méně. V důsledku toho se objeví na PN přechodu elektrické pole, které odděluje elektrony a díry vzniklé absorpcí fotonu. Elektrony usměrní do N-polovodiče a díry do Ppolovodiče. Vzájemným působením slunečního záření a hmoty dochází k pohlcování fotonů a uvolňování elektronů, v polovodiči pak vznikají volné elektrické náboje, elektron-díra, které jsou uţ jako elektrická energie odváděny ze solárního článku přes regulátor dobíjení do akumulátoru, ke spotřebiči nebo přes měnič do sítě. Velikost vyrobeného výkonu je přímo úměrná mnoţství dopadajícího světla a účinnosti článků.“ (Fotovoltaické elektrárny s přímou dodávkou do sítě, 2010) Fotovoltaika je tak právem nazývána nejčistším zdrojem energie. Stejný zdroj ale informuje o jedné z největších nevýhod, za kterou můţeme povaţovat sníţení výkonu celého panelu v momentě, kdy je zastíněn jeden jeho článek, protoţe v rámci modulu jsou solární články zapojeny do série. Tzn. všemi články zde protéká stejný proud. Kdyţ ale články nezískávají stejnou energii z dopadajících paprsků, vyrábějí různé proudy, díky jiţ zmíněnému sériovému zapojení je ale celý modul je ale jen tak energeticky efektivní jako jeho nejhorší článek. 15
„Od roku 1975 do roku 2006 se energetická návratnost fotovoltaických systémů zkrátila na 1/10. Uvedená skutečnost má zásadní vliv na pokles ceny i environmentální dopady výroby elektřiny z fotovoltaických systémů. V uvedeném období vzrostla roční produkce fotovoltaických systémů 25 000krát, přičemţ cena poklesla na 1/20. Největší podíl na trhu mají krystalické křemíkové články.“ (Bechník, Historie a perspektivy OZE - fotovoltaika, technologie krystalického křemíku, 2009) Ţivotnost panelů se uvádí na více jak 20 let.
2.2 Větrná energie Větrná energie je formou energie sluneční, kdy díky rozdílným teplotám vzduchu v atmosféře (rozdílné síle slunečního záření) vznikají tlakové rozdíly a dochází k vyrovnávání teplot horizontálním prouděním vzduchu, který je nazýván větrem. Na rozdíl od jiných zdrojů obnovitelné energie, jako je např. Biomasa, je výhodou větru, ţe lze relativně snadno přeměnit na energii. (Beranovský, Jiří; Kašparová, Monika; Macho, František, 2007) Vyuţití větrné energie má dlouhou historii a není tomu jinak ani na našem území. V minulosti nebyla energie větru vyuţívána na výrobu elektrické energie jako dnes, ale na práci. „Toho se vyuţívalo například v mlýnech1 při mletí obilí. Vítr roztočil vrtuli na střeše mlýna a ta otáčela tyčí, na které by umístění kámen, který drtil obilí. Větrná energie se pouţívala také v námořní dopravě u plachetnic. “ (Vše o větrných elektrárnách, 2010) "Potenciál větrné energie v ČR se odhaduje na 4.000 GWh ročně, coţ by pokrylo cca 4 % naší celkové spotřeby elektřiny." (Energie větru|Obnovitelné zdroje, 2008)
2.2.1 Technické řešení větrné turbíny Větrné turbíny mění energii kinetickou na mechanickou. Větrný motor dle svého typu buď vyuţívá odlišných odporů příslušně tvarovaných těles (tím je např. anemometr měřící rychlost) nebo vztlakové síly na lopatkách. Proudící vítr tedy působí silou na lopatky vrtule a předává jim část své energie. („Německý fyzik Albert Betz v roce 1919 odvodil, ţe na rotoru větrného zařízení nelze z proudícího vzduchu získat veškerou pohybovou energii, ale ţe lze přeměnit maximálně asi 59% této energie.“ (Ţelezný)) Doplňme, ţe častější elektrárny 1
Interaktivní mapa větrných mlýnů v ČR http://www.povetrnik.cz/rs/view.php?cisloclanku=2006040401
16
s vodorovnou osou otáčení většinou vyuţívají vztlakového principu, ty se svislou osou mohou vyuţívat buď odporového nebo vztlakového. Generátor je na tuto vrtuli napojený a díky ní se roztáčí a vzniká elektrická energie. „Poměr výstupní vyuţitelné energie ze zařízení k primární vstupní energii se nazývá celková účinnost. Vyjadřuje kvalitu přeměny energie a je důleţitým technickým a ekonomickým ukazatelem vyuţití primárního zdroje. Je ovšem vţdy limitována fyzikálními zákony.“ (Fiedler, 2008) Obecně je turbína definována jako „mechanický rotační stroj, skládající se z jednoho nebo více pohyblivých lopatkových kol umístěných na společné hřídeli, mezi nimiţ aktivně prochází kapalina nebo plyn. Kinetická, tepelná a tlaková energie proudícího plynu nebo kapaliny je v turbíně přeměňována na rotační pohyb hřídele stroje. Turbína je roztáčena pracovní látkou proudící přes lopatky turbíny. Mechanická energie se můţe vyuţívat přímo na pohon jiného stroje.“ (Tomášek, 2007) Obrázek 1: Větrná elektrárna s horizontální osou (EnviWeb, 2009)
I přes obecnost této definice, v tuto chvíli chápeme základní funkci větrných turbín a to přeměňovat kinetickou energii přes lopatky proudícího vzduchu na mechanickou energii hřídele. Turbína se nachází na společné hřídeli s elektrickým generátorem. Na obrázku číslo 1 vidíme skladbu větrné turbíny. Základem je stoţár, který je nosným sloupem celé elektrárny. Stoţár tubusového tvaru vychází z betonového armovaného základu elektrárny a svou výškou 17
můţe dosahovat od zhruba 5-i metrů aţ po více jak 100 m, u těchto stometrových je pak průměr vrtulového rotoru 40-80 m. Větrný motor na který působí síly větru tak musí být umístěn na pevném stoţáru schopném odolat vysoké tlakové síle větru. Stoţár dále přechází v několikadílnou věţ elektrárny počínaje loţiskem točny, tedy systémem natáčení gondoly (Gondolou je kryt vrtulové hlavy, převodovky a generátoru). Vrtulová hlava má obvykle 1 aţ 4 listy, Dale E. Berg popisuje, proč mají vrtule větrných elektráren, které potkáváme na polích většinou listy 3. Hnací ústrojí větrné turbíny, která má vyuţít rychlého proudění větru pro účinnou výrobu elektrické energie, má zachycovat energii rychle proudícího vzduchu a otáčet se vysokou rychlostí. (Pomalý pohyb by zvyšoval kroutící moment a znamenal by tak pevnější a zejména výrazně draţší konstrukci hnacího ústrojí.) To souvisí s tvarem profilu listu, který vytváří za větru rozdíly tlaku (vyšší tlak na jedné straně a niţší na druhé) na svém povrchu a tím působí jejich otáčení. Zuţující se 3 listy se ukazují pro většinu turbín větrných elektráren jako nejvhodnější řešení (1 nebo 2 listy by byly příliš konstrukčně náročné a více neţ tři můţe naráţet na problém uchycení k hlavě turbíny a zároveň vysokou cenu). (Berg & Brinkema, 2010) Jak jiţ bylo zmíněno, generátor je učen k přeměně kinetické energie větru a my můţeme definovat následující 3 druhy: stejnosměrné, které slouţí pouze mikroelektrárnám a produkují stejnosměrné napětí 12 nebo 24 V, asynchronní – připojené k síti a produkující střídavý proud a napětí a synchronní, které mají velkou účinnost a jsou vhodné pro malé, střední i velké větrné elektrárny. Jako ochrana generátoru slouţí regulace kontrolující výkon v závislostí na rychlosti větru, která roztáčí rotor. Převodovka realizuje mechanický převod, tedy zvyšuje výkon co do otáček. (Vojáček, 2006) (Beranovský, Jiří; Kašparová, Monika; Macho, František, 2007) (Tomášek, 2007)
2.2.2 Druhy a rozdělení běţných větrných elektráren Druhy a rozdělení větrných elektráren, jak je definuje Antonín Vojáček (Vojáček, 2006): mikroelektrárny - pro napájení jednotlivých zařízení - nedodávají energii do sítě výkon do cca 1 kW malé elektrárny - pro napájení velkých zařízení nebo stavení - obvykle nedodávají energii do sítě - výkon do cca 15 kW středně velké elektrárny - pro napájení několik stavení - obvykle dodávají energii do el. sítě - výkon do cca 100 kW 18
velké elektrárny - pro napájení vesnic a měst - vţdy dodávají energii do sítě - výkon stovky kW aţ jednotky MW
2.2.3 Druhy větrných turbín Následující tabulky představuje základní druhy větrných rotorů, počínaje rotory s horizontální osou otáčení. Těmi jsou mnoholopatkový rotor a klasická vrtule, která je v současnosti stále nejpouţívanější. Vrtule pracuje na vztlakovém principu a má jednu aţ čtyři lopatky. Průměrem rotoru vrtule stejně jako elektrickým výkonem bezkonkurenčně vítězí nad ostatními typy. Je vybaven čidlem, které ho natáčí dle směru větru. Protipólem prvního typu jsou turbíny s vertikální osou otáčení zobrazené v pravé části tabulky, konkrétně se jedná o Savoniúv a Darieův rotor (nebo turbína). Savoniova turbína pracuje na principu odporu. I přes pomalý pohyb rotoru, dosahuje turbína vysokého točivého momentu. Pro výrobu elektrické energie nemá tato turbína dostatečnou účinnost, coţ potvrzují i hodnoty maximálního elektrického výkonu v tabulce. Darieova turbína o dvou aţ třech lopatkách pracující na vztlakovém principu se můţe pyšnit snadnou údrţbou (pro umístění převodovky a ovládacích prvků blízko země), nicméně vyţaduje pomoc při náběhu, roztočit ji musí vnější zdroj. (Tomášek, 2007)
19
Tabulka 1: Přehled větrných rotorů (Katedra obecné fyziky Západočeské univerzity v Plzni, 1996)
„Klasickou“ větrnou turbínu s horizontální osou otáčení si dnes jiţ dokáţe představit kaţdý, nicméně turbíny s osou vertikální (angl. Vertical Axis Wind Turbines – VAWT) se nám zatím do povědomí nedostaly. Tyto mají oproti původním horizontálním hned několik výhod. Primárně jsou nezávislé na směru, odkud vítr vane, to společně s faktem, ţe se sami roztáčí a to uţ při rychlosti větru 3 m/s, značně ovlivňuje jejich efektivnost. Dále jsou také tišší a mají oproti lopatkovým rotorům větrných elektráren niţší nároky na údrţbu. „Jako kaţdé zařízení mají i tyto turbíny nevýhodu. V dnešní době se vyrábí pouze do výkonu 20–30kW. Rovněţ náš Energetický regulační úřad na tyto malé turbíny zatím nemyslí při stanovování výkupních cen jako tomu je například ve Velké Británii. Turbínám o malém výkonu se nevěnuje ani Česká společnost pro větrnou energii.“ (Hlavní výhody turbín VAWT, 2010) Další porovnání turbín s horizontální a vertikální osou uvádím v tabulce.
20
Tabulka 2: Klady a zápory elektráren s horizontální a vertikální osou otáčení (Vše o větrných elektrárnách, 2010)
větrné elektrárny s horizontální osou otáčení
větrné elektrárny s vertikální osou otáčení
+
+
• vysoká účinnost • výška konstrukce - využití i silnějších větrů • na dálkové ovládání ji lze natáčet pro toto vyšší využití
• turbína nemusí být nasměrována k větru
-
-
• vysoká konstrukce - složitá instalace
• narušení rázu krajiny • rušení zvěře • rušení televizního signálu • větší hlučnost
• umístění generátoru a převodů blízko k zemi- snadná oprava • vyrábí elektřinu již při nízkých rychlostech větru • menší hlučnost
• instalace níže k zemi-horší větrné podmínky • nižší výkonnnost v porovnání s elektrárnou s horizontální osou otáčení • problém s vyšším dynamickým namáháním, nižší životností už částečně odstraněn
Obrázek 2: Rotory větrných elektráren se svislou osou: 1a 2 - typ Darieus, 3 typ Savonius (Katedra obecné fyziky Západočeské univerzity v Plzni, 1996)
Vývoj v technologii a designu vertikálních větrných turbín se za poslední 2 dekády významně posunul, zatímco výše uvedený obrázek zobrazuje klasické rotory větrných elektráren, níţe uvedené obrázky zobrazují tzv. novou generaci ve větrných elektrárnách. Na obrázku vlevo vidíme turbínu revolučního designu, která se dle svého autora Bena Storana pyšní lepší stabilitou, díky lehkým materiálům snadné instalaci a vyšší výkonnosti těchto „osobních“ turbín měnících tvar (oficiální angl. název „Shape-shifting personal wind turbine“). Oproti klasickým turbínám pro soukromé vyuţití, které uvádějí moţnost vygenerovat 1kW při rychlosti větru o 12m/s, nicméně v reálu tato jejich výkonnost padá aţ na 40%, se tato 21
revoluční turbína vyšplhává aţ na trojnásobek, tedy 1,2kW produkce. (New wind turbine spins success for winning student, 2007) Turbína vpravo nese název Quiet Revolution 5 a její hlavní výhodou je právě její bezhlučnost, oproti předchozí zmíněné je navrţena pro umístění na veřejných prostranstvích a generuje také významně vyšší výkon – při průměrné rychlosti asi 5,8m/s se uvaţuje roční výkon o 10 tisících kWh a 15leté návratnosti investice. (Harper, 2006) Obrázek 3: Vertikální větrné turbíny nové generace - měnící tvar (vlevo) a neslyšné QuietRevolution5 (vpravo) (Green, 2007) (Harper, 2006)
Dalším z nejmodernějších tvarů větrných turbín pro komerční i domácí vyuţití jsou ty ve tvaru amplionů, popř. květin, vyráběné společností WindTamer. Přes svou relativně malou velikost mají vynikající výkon, pracují při rychlostech větru od 3,2 do 110 km/h a vyrábějí se ve výkonech od 1,5 do 30 kW. Lze je umístit buď na plochou střechu nebo volné prostranství. (Horčík, Malé větrné turbíny ve tvaru květin?, 2009) Obrázek 4: Větrná turbína WinTamer (vlevo) a větrné turbíny instalované v USA (vpravo) (Horčík, Malé větrné turbíny ve tvaru květin?, 2009) (Moderní větrné turbíny, 2010)
Tyto obrázky zobrazují moderní větrné turbíny současnosti, ale vývoj a plánování jde v této oblasti tak rychle dál, ţe dřív neţ dojde k masivní instalaci některé z těchto, jsou jiţ navrhovány jejich následovníci. (Mišák & Prokop, 2010) 22
Asi nejvíce popustili uzdu fantazii kanadští výrobci se svým konceptem MARS (Magenn Air Rotor System), kdy představují horizontální větrnou turbínu lehčí neţ vzduch. Jan Horčík2 ji komentuje jako „vzducholoď převlečenou za větrnou elektrárnu. Statický balon naplněný heliem je připojený dlouhými dráty přímo k rozvodné síti, případně k bateriím, kde skladuje energii pro pozdější vyuţití. Turbína MARS je projektována pro výšky mezi 200 aţ 300 metrů...Dokáţe se udrţet ve vzduchu aţ do rychlosti větru kolem 100 km/h. Její výkon se přitom můţe pohybovat od 10 do 1000 kW“ (Horčík, Alternativní alternativy, 2009) Tyto parametry při nulovém hluku a naprosté bezpečnosti pro ptactvo, jak ukazuje prostřední obrázek, elektrárna je navíc kompletně mobilní. Větrné elektrárny na obrázcích vpravo a vlevo jsou inspirovány leteckým průmyslem (např. u pravé turbíny to byla inspirace proudovým motorem, který je u letadel výkonnější neţ klasický vrtulový) a obě vyrábí massachusettská společnost FloDesign. Podstata pravé turbíny spočívá ve větším počtu menších listů rotoru, tedy technologii MEWT (angl. Mixer/Ejector Wind Turbine), kdy „mohou být tyto turbíny aţ o 50 % menší neţ klasické třílisté, a přitom generovat o 50 % více energie při nákladech o 25–35 % niţších.Výhodou je, ţe je moţné je stavět na volné ploše právě mezi velkými větrníky, případně na dalších méně obvyklých místech“ (Horčík, Alternativní alternativy, 2009) Obrázek 5: Vize větrných elektráren budoucnosti (Horčík, Alternativní alternativy, 2009)
2
Autor se aktivně věnuje problematice obnovitelných zdrojů a ekologickému bydlení a dopravě - http://hybrid.cz/
23
3 Pouliční osvětlení 3.1 Historie pouličního osvětlení v Evropě Historie pouličního osvětlení sahá do druhé poloviny 19. století, kdy se uţívaly elektrické obloukové výbojky. V této době se kvůli nedostatku výkonných zdrojů elektrického proudu inţenýři soustředí zejména na zdokonalování jednopólového generátoru. První pouliční osvětlovací instalace jsou tak zrealizovány v anglickém Londýně v roce 1881, v německém Norimberku v roce 1882 a za další rok je městská elektrická síť pouličního osvětlení i v Polsku. Následující vývoj je ovlivněn pokrokem prvních let 20. století ve formě vakuové ţárovky se spirálově vinutým wolframovým drátem, které se masivně vyrábějí ve Spojených státech amerických. Tato ţárovka je účinnějším zdrojem světla a proto brzy začne slavit úspěchy i na tzv. starém kontinentu. Ve 30. letech 20. století nastupují nízkotlaké sodíkové, vysokotlaké rtuťové a nízkotlaké fluorescentní výbojky. Vysokotlaké rtuťové výbojky se vyrábějí s luminoforem a i přes čirou baňku produkují světlo, které je modrozelené barvy, náběhová doba pro start provozu je u nich asi 5 minut. Předchozí zmíněné pak v roce 1966 následuje vysokotlaká sodíková výbojka, která znamená opravdovou revoluci v pouličním osvětlení. (Pieniążek) Vysokotlaké sodíkové výbojky jsou charakteristické svým ţlutým světlem, ale i větším světelným výkonem a významně širšími moţnostmi vyuţití. Sodíkové výbojky obecně pak zvýšily ostrost vidění v prachu a mlze a proto se staly ideálním zdrojem světla pro osvětlení komunikací – tedy silnic, dálnic a parkovišť, osvětlení budov, parků atd. Vysoký index reprodukce barev je typický i pro jejich nástupce - vysokotlaké metalhalogenidové výbojky a jejich bílé světlo, které se prosadilo nejen ve vnějších prostorách, ale zejména v rámci osvětlení interiérů. (Bystřický & Kaňka, 1997)
3.2 Současné pouliční osvětlení hlavního města Dnes je praţské Staré město po letech znovu osvětleno září plynových lamp. V roce 2006 se byly na Karlově mostě rozsvíceny hned 3 typy lamp: sodíkové, halogenové a plynové a „hlas lidu“ měl rozhodnout, která z nich halí dominantu města do nejlepšího světla. Bylo rozhodnuto. „V Praze se začal pouţívat svítiplyn k veřejnému osvětlení roku 1847, po zprovoznění Karlínské plynárny. Tehdy se v praţských ulicích a na náměstích rozsvítilo poprvé dvě stě plynových lamp.“ (Nováková, Jenerálová, & Urbanová, 2010) Za dob první 24
republiky uţ byla Praha „osázena“ na deseti tisíci plynových lamp, tyto se opět objevily v historickém jádru města v roce 2006. Pro navození atmosféry minulých století slouţí ale i kandelábry umístěné na Hradčanském a na Loretánském náměstí a v obou případech plynové lampy. Mezi architektonickými skvosty právem patří i kubistická lampa Emila Králíčka na Jungmannově náměstí přiléhající ke kostelu Panny Marie Sněţné. (Oppelt, 2010) Praţské osvětlení spravuje Technická správa komunikací, repliky původních luceren napájených zemním plynem vyrábí společnost ELTODO. Obrázek 6: Pouliční osvětlení v centru Prahy (Oppelt, 2010)
Periferii Prahy naopak zdobí moderní diodové lampy, příkladem je Smíchov, kde osvětluje šest moderních diodových lamp (přezdívaných kobra) prostranství před vchodem do metra stanice Anděl a několik okolních ulic. (Oppelt, 2010) Jedná se o prostřední lampu na obrázku 7 – viz níţe. Pořizovací náklady kaţdé z těchto lamp se dají vyčíslit na 150 tisíc korun. (Skála, 2010) Modernizace pouličního osvětlení tak můţe být definována ve dvou rovinách, kdy v prvním případě je cílem technický stav osvětlení a v druhém lepší viditelnost. (Pieniążek) Obrázek 7: Moderní typy diodových lamp (Maixner & Skála, 2009)
25
Osvětlení LED („Světlo emitující diodu“) začalo být populární před několika lety, kdy se jeho měrný výkon přiblíţil výkonu výbojových zdrojů. „V současné době lze z hlediska spotřeby elektrické energie kvalitními LED svítidly konkurovat vysokotlakým sodíkovým výbojkám s příkonem 50W. Problematické jsou však investiční a provozní náklady, které stále spíše hovoří pro klasická svítidla.“ (Maixner & Skála, 2009) Kvality LED svítidel se projeví aţ praxí, která u LED zatím není dostatečná, přesto odborníci věří, ţe v momentě, kdy se vymaní z „ideálních a umělých podmínek“ laboratoří, budou hojně uţívané, a jiţ dnes je můţeme povaţovat za světla budoucnosti. S tím se ztotoţňuje i Jiří Skála ze společnosti EltodoCitelum, který uvádí v grafu 6 v příloze zjednodušený vývoj světelných zdrojů.
3.3 Moderní instalace pouličních lamp ve světě Praha není jediná, kterou dnes osvětlují LED lampy. Kompletním diodovým veřejným osvětlením se před několika lety proslavilo americké městečko Ann Arbor, západně od Detroitu, které tak dle starosty Johna Hieftje ročně ušetří aţ 100 tisíc amerických dolarů. K podobnému kroku se odhodlal i New York, který v roce 2009 začal diodové lampy testovat s výhledem na budoucí instalaci jejich 300 000 kusů. Fotografie těchto lamp nabízím v příloze. Igor Tureček popisuje výhody těchto lamp následovně: „Diody neobsahují olovo ani rtuť a lze je po dosaţení hranice jejich ţivotnosti ekologicky recyklovat. Neprodukuje ultrafialové a infračervené záření. Jejich jas je moţné regulovat. Tradiční sodíkové a zářivkové lampy jsou charakteristické širokým úhlem vyzařování a ve většině případů osvětlují místa, která svit nevyţadují. Naproti tomu LED osvětlení uvolňují světlo pod úhlem 100°. Nízkopříkonová LED svítidla lze bez dalších nákladů napojit na solární jednotkou nebo na stávající elektrickou síť 100 aţ 240 V střídavého proudu a dosáhnout výrazných úspor na kabeláţi.“ (Tureček, 2009) Raritou v Evropě jsou i solární stromy, které byly instalované před rakouským Muzeem uţitého umění ve Vídni v létě roku 2008. Christina Werner, která celý projekt instalace vedla, se o lampách vyjádřila jako o budoucím osvětlení celé Evropy a dodala, ţe jen v roce 2006 tvořilo pouliční osvětlení 10% celkové spotřeby elektřiny v Evropě (2000 miliard KWh) a způsobilo emisi CO2 o 2900 miliónech tun. Příkladem vyuţití obnovitelných zdrojů pro veřejné osvětlení můţe být další rakouské město Graz, které díky energeticky efektivnímu osvětlení v roce 2005 ušetřilo 524 tisíc KWh elektřiny, to se promítlo částkou více jak 67 tisíc €. (Justin, 2007) 26
Obrázek 8: Solární stromy instalované ve Vídni (Justin, 2007)
Solární stromy tohoto typu jsou tvořeny deseti „větvemi“, kdy na kaţdé jednotlivé je umístěn solární panel akumulující energii do baterie. LED osvětlení je umístěno na kratších „větvích“, lampa disponuje spínačem pro aktivaci či desaktivaci světel. Vzhled tohoto stromu je dílem produktového designéra Rosse Lovegrova, který se proslavil zejména svou prací na iPodu, Walkmanu pro Sony nebo pro Airbus.3
3
Oficiální stránky designéra - http://www.rosslovegrove.com/
27
4 Hybridní lampy Hybridní lampou je ta, která kombinuje různé obnovitelné zdroje energie, V našem případě se jedná o systémy generující energii díky větrné elektrárně a fotovoltaickým zdrojem. Tato kombinace se jeví jako obzvláště výhodná v geomorfologických a meteorologických podmínkách České republiky, která je typická pro sezónní výkyvy síly větru a intenzity slunečního záření, jak bude popsáno v následujících kapitolách. V souvislosti s hybridními lampami definujme také tzv. ostrovní systém (angl. Off-grid), coţ je systém fungující nezávisle na vnější elektrické síti. Samozřejmostí je baterie, coby úloţiště energie v době bezvětří nebo nedostatku slunečního svitu.
4.1 Loopwing Loopwing je akciovou společností se sídlem v japonském Tokiu zaloţenou v roce 2003. Zakladatelem společnosti je Minoru Yeshida, který se po celou dobu své kariéry věnuje vývoji a výrobě větrných a vodních turbín, které původně navrhoval pro japonské ministerstvo obrany. Vysoká koncentrace společnosti na výzkum a vývoj udává z velmi malého počtu zaměstnanců většinu na pozicích vývojářů a techniků. Samozřejmě s postupem času, kdy se společnost prosazuje na zahraniční trhy, pomalu nabývá také zaměstnanců administrativy, ať uţ jde o přímé zaměstnance firmy nebo provizní prodejce. Subdodavatelskou smlouvou společnost spolupracuje s výrobní továrnou v japonské Okayamě. Veškerá doprava produktů je potom zajišťována silniční nebo lodní dopravou. Loopwing do budoucna nevylučuje moţné rozšíření výroby do dalších lokací s ohledem na niţší ceny pracovních sil a zároveň i moţné ušetření distribučních nákladů. Vzhledem ke stále relativně malému počtu vyrobených produktů není společnost v současné době schopna vyrábět za niţší ceny. Jejím cílem zůstává prosadit se v mezinárodním měřítku a být tak schopni těţit úspor z rozsahu. V rámci propagace svého produktu v zahraničí, je nejaktuálnější konferencí a zároveň přehlídkou hybridních lamp Renewable Energy World 2010 (Renewable Energy World, 2010) v severoamerickém Texasu, kde Loopwing vystavila svou lampu TRONC. Společnost se v roce 2010 dále představila na konferenci CleanEquity v Monaku (Hugin, 2010) 28
4.1.1 Produktová specifikace lampy TRONC TRONC je hybridní pouliční osvětlení poháněné větrnou a solární energií, jedná se tedy o lampu zcela samostatnou na externích energetických zdrojích ale i zároveň na dalších lampách v rámci pouličního systému osvětlení. Unikátnost technologie Loopwing a tedy důvod, proč jsem zvolila její produkt hlavním zástupcem hybridních lamp, spočívá v nezaměnitelném smyčkovém tvaru turbíny vyvinuté společností a v unikátních vlastnostech, které turbína má. Jedná se o její odhlučnění, výkonnost a zabezpečovací systém prodluţující její ţivotnost.
4.1.1.1 Nezávislý zdroj energie TRONC generuje energii naprosto samostatně pomocí solárních panelů a větrné turbíny smyčkovitého tvaru. Získaná energie je částečně pouţita na hlavní funkci lampy, coby pouličního osvětlení. Další uţití energie je k dobití baterie, která energii nejen uchovává, ale dále ji přes zásuvku (umístěnou na stoţáru lampy) poskytuje k dobíjení malých elektronických zařízení - mobilních telefonů, laptopů atd. Tento zdroj energie můţe být uţitečný v případě přírodních katastrof nebo výpadků energie. TRONC je kompletně samostatná a nezávislá pouliční lampa, která není nijak napojena na elektrickou síť ani na okolní lampy. TRONC tak významně šetří, vzhledem k tomu, ţe toto síťové připojení je pořizovacích nákladech často nejvyšším výdajem. Vice o tom v kapitole kritéria instalace.
4.1.1.2 Čtyři nezávislé bezpečnostní systémy 1
Elektromagnetická brzda (na obrázku níţe číslo 1 – Electromagnetic Brake)
Elektromagnetická brzda se aktivuje v momentě, kdy systém rozpozná odchylku od normální chování turbíny. Jde například o přehřátí, vysoké napětí, či přepětí, kdy elektromagnetická brzda automaticky turbínu zastaví. Mimo to je lampa vybavena vypínačem pro manuální ovládání.
29
2
Vychýlení při tlaku vzduchu (na obrázku níţe číslo 2 – Deflection)
Kdyţ vane silný vítr, jedna z bočních lopatek ustoupí po směru větru, poté jde větrná turbína bokem proti větru a pohyb lopatek se zpomalí. Kdyţ se rychlost větru opět zpomalí,vychýlená deska se vrátí zpět na původní pozici stejně jako turbína, která se vrátí do "běţného" chodu. Takto turbína zabrání přetočení. Situaci ve dvou krocích zobrazuje následující nákres. Obrázek 9: Reakce turbíny na závan silného větru (TRONC Product features)
3
Samo-blokovací systém (na obrázku níţe číslo 3 – Self-Stalling)
Originální lopatky smyčkového tvaru dosahují vysoké efektivnosti ve smyslu generování elektrické energie za běţné rychlosti rotace, vzhledem k tomu, ţe reagují na vítr vanoucí jak zepředu tak zezadu. V případě silného větru vítr z přední části rotoru interferuje s větrem v zadní části a zabrání tak turbíně v přetáčení.
4
Aerodynamická brzda
Kdyţ rychlost rotace turbíny dosáhne určité hodnoty, aerodynamická deska brzdy se vychýlí odstředivou silou a zabrání tak přetáčení se. Kdyţ se vítr uklidní odstředivé síly se umírní a deska se vrátí automaticky zpět.
30
Obrázek 10: Bezpečnostní systémy lampy TRONC (TRONC Product features)
4.1.1.3 Symbolická přítomnost hybridní lampy Unikátní tvar větrné turbíny a potaţmo i vzhled celé hybridní lampy TRONC si snadno získá pozornost nejen kolemjdoucích, ale i médií. Díky svému designu podtrţenému pomalými pohyby smyčkové turbíny je vytvářen dojem, ţe snad ani nejde o větrnou turbínu jako takovou, ale větrák nebo větrník. Společnost Loopwing vyrábí TRONC v několika barevných provedeních. TRONC slouţí kromě svého hlavního účelu jako symbol technického pokroku, moderního designu a svým umístěním na veřejných prostranstvích, zejména v oblastech podnikatelských center a sídel nadnárodních společností, je i velmi působivou reklamou.
4.1.1.4 Produktové charakteristiky Hybridní lampa TRONC měří 8,7 metrů a váţí zhruba 450kg. Nejširší částí (2,3m) lampy je větrná turbína na vrcholu lampy, celkově ale lampa zabírá velmi malou plochu.
31
Obrázek 11: Specifikace produktu - lampa TRONC, výrobce Loopwing (TRONC Product features)
4.1.1.5 Větrná turbína a solární panel Větrná turbína se skládá ze tří rotorů smyčkového tvaru celkem o průměru 1,5 metru. Rotující části jsou vytvořeny z hliníkové slitiny. Turbína se automaticky uvede do chodu v momentě, kdy fouká vítr o rychlosti vyšší neţ 1,6 metrů za sekundu a na rozdíl od většiny větrných turbín tato nepotřebuje ţádnou spouštěcí energii. Kdyţ vane vítr o rychlosti vyšší neţ 20 metrů za sekundu, turbína se automaticky zpomalí nebo zastaví pomocí výše uvedených zabezpečovacích systémů. Při rychlosti větru 4m/s turbína vygeneruje 11 wattů, při 8m/s je to 168 wattů a při 12m/s je to 438 wattů, coţ je její maximum. Solární panel je vysoký 0,99 m, široký 1,2m a nakloněný o 45 stupních. Maximální výstup panelu je 142 wattů. Maximální kombinovaný výstup větrné turbíny a solárního panelu je 580 wattů, coţ by stačilo na nabití např. 4 laptopů a 8 mobilních telefonů.
32
Obrázek 12: Parametry TRONC (TRONC Product features)
4.1.1.6 Světla Hybridní lampa se skládá ze 2 LED světel o spotřebě 13,8 wattů na kaţdé světlo se svítivostí 230 luxů. Ţivotnost lampy TRONC je 70 000 hodin.
4.1.1.7 Generátor TRONC je vybaven střídavým motorem DC, který je vysoce efektivní a má dlouhou dobu ţivotnosti, navíc je odolný proti vodě.
4.1.1.8 Baterie Baterie můţe shromaţďovat energii pro provoz dvou světel aţ 35 hodin.
4.1.1.9 Průměrný výkon Maximální výkon generovaný TRONCem je 1,453 kWh a roční sníţení CO2 je o objemu 1,002 kg. Tabulka 3: Roční výkon a sníţení emisí CO2 u větrné (A) a fotovoltaické (B) energie (Arakaki, 2010)
Roční výkon
Sníţení CO2
(v kWh)
(v kg)
4 m/s
261
180
6 m/s
794
548
8 m/s
1316
908
A větrná
33
B
137
94
1453
1002
fotovoltaická A+B (max)
4.1.1.10
Moţnosti lampy - nejen pouliční osvětlením
V dnešní době dochází ke sbliţování a integraci odvětví a stírání rozdílů mezi funkcionalitou produktů. Nejjednodušším příkladem tak můţe být mobilní telefon, který se vyvinul z ryze komunikačního prostředku aţ na dnešní "smart phone" umoţňující svému uţivateli internetové připojení, ale i hry, fotoaparát, video-nahrávání, GPS navigaci, hudbu a další. TRONC je určen pro veřejná prostranství jako moderní pouliční osvětlení hybridního typu a je těmto poţadavkům moderní doby uzpůsoben. Kromě rotoru a solárních panelů můţe nosný sloup nést i hodiny, bezpečnostní kamery nebo další zařízení. Mimo to je jeho nosný sloup doplněn o zásuvku pro dobíjení drobných elektronických přístrojů. Tímto způsobem lampa reaguje na technologický vývoj a poţadavky "moderního člověka". S umístěním lampy se navíc počítá v oblastech tzv. business parků, kde sídlí většina podnikatelských subjektů a právě jejich zaměstnanci jsou bezesporu těmi největšími uţivateli drobné elektroniky.
4.1.1.11
Tichý provoz
U běţných turbín zaznamenáváme tzv. hluk víru na špičce listu („tip vortex formation noise na konci listu se vytváří vír jako důsledek přechodu proudu vzduchu z přetlakové strany profilu na stranu podtlakovou, hluk je způsoben interakcí tohoto víru a odtokové hrany, závisí na geometrii špičky listu“ (Jiráska, 2004, revize 2009))
34
Obrázek 13: Geometrie listu klasické turbíny a turbíny Loopwing (Incomparably Quiet, 2010)
Příval vzduchu a jeho dopad na list dokáţe vynést hladinu zvuku aţ na 30 decibelů, coţ je zvuk podobný šelestění. Mnoho výzkumů prokazuje, ţe lidé si často stěţují na tento hluk a na bolest hlavy, kterou jim turbíny přináší, přestoţe takto vysoká frekvence není lidským uchem slyšitelná. Smyčkovité turbíny Loopwing tento neduh odstraňují, jak ukazuje obrázek 14 níţe. Zatímco běţné turbíny hlučí přibliţně při rychlosti větru přesahující 50 m/s, smyčkovitá turbína se pohybuje pomaleji a má velký točivý moment, coţ ji zabraňuje v přetáčení. Je navrţena k nepřesaţení obvodové rychlosti o 40 m/s, i kdyţ je rychlost větru 12 m/s s nulovým zatíţením generátoru. Pro srovnání některé turbíny pracují o tak vysoké obvodové rychlosti (angl. tip speed) jako je 150 m/s (540 km/h). Testování ukázalo, ţe TRONC nehlučí ani při rychlosti větru o 22 m/s, která se jiţ dá přirovnat k tajfunu. Obrázek 14: Hluk - porovnání Loopwing a ostatních turbín (Incomparably Quiet, 2010)
35
4.1.1.12
Mnohonásobný bezpečnostní systém
Jak jiţ bylo zmíněno výše, TRONC se pyšní čtyřmi ochrannými systémy, které jsou nezávislé na elektrické kontrole. Kaţdý z nich se aktivuje při výpadku energie naprosto nezávisle na ostatních, coţ znamená, ţe i kdyby 1 nefungoval, ostatní 3 jsou stále schopny zajistit bezpečný chod. Jako důsledek sériových poruch větrných turbín byly Mezinárodní energetickou agenturou (IEA - "International Energy Agency") celosvětově zavedeny přísné bezpečnostní standardy, které společnost dodrţuje. Smyčkovitá turbína Loopwing se liší od běţných turbín i menší odstředivou silou a nestabilitou v rámci točivého momentu. Kaţdý list a kaţdá osa jsou spojeny na obou koncích, coţ zaručuje malou vibraci a vysokou míru bezpečnosti.
4.1.1.13
Výkonnost
Při běţné rychlosti rotace TRONC zachytí vítr z obou přední i zadní strany listu, coţ znamená stejný výkon jako má šesti-listý rotor, přestoţe TRONC disponuje pouze třemi. Spolu s vlastním neozubeným DC generátorem se turbína začíná točit jiţ při rychlosti 1,6 m/s aniţ by spotřebovávala záloţní energii pro dotovaný rozjezd. V souvislosti s tím je nutné zmínit, ţe 3dimenzionální rotor je schopen zachytit různé druhy větru. Větrná turbína zaznamenala asi 40% koeficient síly při testování v tunelu o síle větru 8 m/s.
4.1.1.14
Dlouhá ţivotnost
Mnoho běţných turbín je vybaveno neuzavřenými loţisky, které obvykle nevydrţí déle jak 2 aţ 3 roky v prostředí vystavenému dešti a nadměrné tvorbě prachu. TRONC vyuţívá loţiska, která se běţně pouţívají v námořnictví a která jsou napuštěná mazivem, a tedy voděodolná. Běţné turbíny ale tato voděodolná loţiska pouţívat nemohou, protoţe jejich rotory vytváří příliš velkou odstředivou sílu a vyţadují tak tlustou podstavu.
36
Obrázek 15: Umístění voděodolných loţisek (Practically Efficient, 2010)
4.2 Konkurenční výrobci hybridních lamp V této kapitole jmenuji tři další výrobce hybridních lamp s obdobnými produktovými vlastnostmi a výkonem.
4.2.1 Panasonic Konkurenční lampa Kaze Kamome (Wind Seagull), kterou vyrábí japonská společnost Panasonic je další z hybridních lamp vyuţívající větrné a solární energie. Hlavní kostru této lampy tvoří rámec z nerezové oceli, solární panely, spirálovitou větrnou turbínou, jejíţ aerodynamický tvar má sniţovat hluk a jejíţ tři lopatky mají zajistit bezpečný chod i při vysokých rychlostech větru. Energie je zde zálohována obdobně jako u lampy TRONC a to včetně pohotovostního reţimu lampy při nedostatku denního světla a větru. Samotné světlo je pak navrţeno tak, aby osvětlilo okruh lampy po celém svém obvodu ve své dostatečné síle. Stoţár lampy můţe opět nést kameru, hodiny a další zařízení.
4.2.2 EGL Energy Lampa společnosti EGL Energy má jiţ tradičně jednu větrnou turbínu (vrtulového typu), 2 fotovoltaické moduly, 2 nízkotlaké sodíkové ţárovky, netradičně je dostupná ve 4 velikostních verzích - 6, 8, 10 a 12 metrů. Lampa je vybavena senzorem pro zapnutí/vypnutí lampy. Dobíjení baterie je kontrolováno a vyhodnocováno v různých obdobích během 37
prvního roku po instalaci pro prodlouţení její ţivotnosti a dále je ještě kontrolována teplota světla. Lampa má funkci automatického restartu a její větrná turbína je chráněna proti přetáčení, v porovnání s lampou TRONC je tato ochrana niţší. Společnost LGE představuje své větro-sluneční hybridy v mnoha modifikacích, coţ by mohlo být potenciální hrozbou pro TRONC, který je představuje v jedné základní verzi a přestoţe nabízí modifikace, potenciální zákazník se vzhledem k ceně produktu mnohdy raději obrátí tam, kde má usnadněnou moţnost volby. V základní verzi je to hybridní lampa „Wind-Solar Hybrid Light“. Dále ale společnost specifikuje modifikace lampy – např. „Wind-Solar Hybrid CCTV“ umoţňuje uţití bezdrátové IP technologie k ţivému přenosu videa v reálném čase aţ do vzdálenosti 5km. Přenášený obraz by se tak mohl nahrávat na PC za pouţití MPEG4 technologie a operátor by byl schopen ovládat funkce kamery (svislý nebo vodorovný pohyb kamerou, přiblíţení si poţadovaného objektu/zoom). Tyto 3 modifikace lampy naleznete v příloze na obrázku 35.
4.2.3 Urban Green Energy Dalším výrobcem hybridní lampy obdobného typu je společnost Urban Green Energy se svou lampou SANYA. Stoţár zde kromě LED lampy nese i horizontální či vertikální větrné turbíny a solární panely. Tato desetimetrová lampa z nerezové oceli je opět zcela samostatná, nicméně výrobce ji doporučuje pro spojení do systému lamp, kdy je schopna dodávat energii blízkým zařízením větších rozměrů.
4.2.4 Konkurenční srovnání Následující tabulka informuje o cenách jednotlivých produktů.
Prodejní cena
Loopwing
EGL Energy
Panasonic
Urban Green Energy
19 771€
5 000€
17 000€
20 000€
38
Tato cena je pouze cenou pořizovací, výrobci si ve většině případů účtují ještě náklady na instalaci a na údrţbu, poslední zmíněné jsou jiţ ve většině případů minimální (jedná se řádově o stovky € na období aţ dvou dekád). Z tabulky je na první pohled zřejmé, ţe cenově nejpříznivější je lampa společnosti EGL Energy, nicméně je to právě ona, která je svou technologickou vyspělostí nejníţe ze 4 zmíněných. Vzhledem k tomu, ţe náplní této práce není dokonalé zhodnocení všech produktových vlastností, ponechám detailnější zhodnocení technologických vlastností lampy odborníkům a omezím se v této části na vyzdvihnutí funkcionality větrných turbín Loopwing a Urban Green Energy, které svým novým designem a vysokou výkonností znamenají novou éru v městském pouličním osvětlení. Hybridní lampy všech 4 společností jsou tak vhodné zejména pro umístění v rámci městské zástavby na náměstí, do parků, ale i podél silnic a dálnic. Jejich omezení plynou obecně spíše z přírodních podmínek lokace, do které mají být umístěny. Na konkrétní lokální úrovni můţeme zase zmínit např. typologii parků včetně druhů našich stromů, které by hybridním lampám mohly clonit (obecně, je-li moţné lampy umístit do japonský parků, v České republice to můţe být kvůli odlišným stromům problém).
39
Obrázek 16: Kaze Kamone, EGL Energy, SANYA (,http://panasonic.net/olympic/behind_the_scenes/2004s_01.html, http://egl-energy.com/hybridlight.htm, http://www.azocleantech.com/details.asp?newsID=10473)
40
5 Kritéria instalace hybridních lamp v České republice 5.1 Ekologická kritéria Mezi tato kritéria řadím zejména meteorologické podmínky našeho území s ohledem na sezónní výkyvy, které zaznamenáváme, a krátce se zmiňuji i o často diskutovaném vlivu na ptactvo.
5.1.1 Přírodní podmínky Česká republika poloţená v „srdci“ Evropy je vnitrozemským státem s kontinentálním klimatem typickým teplotními výkyvy – teplota v noci a ve dne, ale i horké léto se sráţkami a chladná suchá zima. Pro pevninské klima je dále charakteristické kolísání rychlostí a směru větru způsobené zejména severo- a středo-evropským globálním vzdušným prouděním. Vyuţití větrné energie je závislé zejména na rychlosti větru. Rychlost je závislá i např. na geomorfologických faktorech jako je členitost terénu (kopce, hory, budovy...) a jeho povrchu (sníh, vodní hladina...), ty mohou vítr zpomalovat. Dále se na rychlosti větru projevuje nadmořská výška, zejména nad 40 m nad zemským povrchem lze mluvit o zaručeně efektivním vyuţití energie větru, nicméně v případě hybridních lamp nepůjdeme výše neţ do 10-i metrů. (Energie větru|Obnovitelné zdroje, 2008) Rozloţení výkonu větru ve výšce 40 m nad zemí vidíme na obrázku 18. Z obrázku plyne, ţe největšího výkonu dosahuje vítr v Krušných horách, Krkonoších a Jeseníkách. Průměrná rychlost větru na podzim roku 2008 ukazuje zvýrazněné podobné oblasti a dále Vysočinu, Beskydy a Český les. Praha v tomto směru zaznamenává niţší hodnoty. Historicky se na území našeho státu vyuţívala větrná energie ve větrných mlýnech. V poslední době u nás roste větrných elektráren „jako hub po dešti“. Důvodů je hned několik, v první řadě jsou to relativně vysoké výkupní ceny energie a garance trvání těchto cen po dobu 20-i let po spuštění elektrárny, dále můţeme mluvit o dotacích a příspěvcích na úrovni lokálních úřadů, které ročně přispívají na provoz elektrárny.
41
Obrázek 17: Průměrný roční úhrn globálního slunečního záření (Solární záření v ČR)
Obrázek 18: Prostorové rozloţení hustoty výkonu větru [Wm–2] nad územím ČR ve výšce 40 m nad povrchem (Štekl & Hošek, 2005)
Obrázek 19: Průměrná sezónní rychlost větru na podzim [m/s] (Energie větru|Obnovitelné zdroje, 2008)
42
Obrázek 20: Větrný potenciál krajiny (Noskievič & Kaminský, 2003)
Výše uvedené obrázky zobrazují 4 kategorie krajiny s rozdílným energetickým potenciálem, jak je definovali Dánové. Česká krajina podle této kategorizace patří převáţně do skupiny D, coţ ji nepřisuzuje zrovna ideální podmínky - energetický potenciál jen asi 30%. Nejvhodnější větrné podmínky se u nás vyskytují na jiţ zmíněných hřebenech hor, kam taky v rámci ČR míří největší investice do větrné energie. Stejně tak je i funkčnost hybridních lamp je ovlivněna i geomorfologickými podmínkami České republiky, nebo-li tvarem a stářím povrchu. Instalace lamp se ale předpokládá v nitru největších měst, proto zde tento faktor mírně ustupuje do pozadí. V momentě kdybychom uvaţovali o instalaci lamp do odlehlých oblastí, ať uţ obytného typu nebo meteorologických stanic, které zmiňuji v kapitole 5.2.1. Moţné umístění TRONC. Obrázek číslo 17 zobrazuje roční hodnoty dopadajícího slunečního záření na území ČR. Rozdíly úhrnu slunečního záření jsou patrné, zmínit ale musíme i klimatické podmínky ve smyslu teploty a síly větru, které venkovní solární systémy významně ovlivňují ve formě ztrát na získané energii. „Proto pro efektivní funkci slunečního zařízení je rozhodující pouţití kvalitních kolektorů a celého solárního systému, které zajistí maximální účinnost.“ (Solární záření v ČR) Obecně rozlišujeme tři formy záření: 43
1. Přímé, které dopadne přímo na povrch Země, po tom, co prolétne zemskou atmosférou a rozptýlí se na prachových částečkách vzduchu. 2. Difuzní, které je nepřímé, tedy odraţené či rozptýlené. 3. Všesměrové odraţené, které nabývá nízkých hodnot a je proto zanedbatelné. (VSolar, 2008) Součet přímého a difúzního záření nazýváme globální záření. „Ve střední Evropě v závislosti na ročním období a stavu atmosféry můţe intenzita globálního záření v poledních hodinách kolísat od 100 do 1 000 Wm-2....intenzita tohoto záření v poledních hodinách kolísá od 100 do 1000 W/m2. Roční sumy globálního záření dopadajícího na 1 m2 vodorovné plochy v ČR kolísají od 950 do 1250 kWh/m2 energie.“ (Solární záření v ČR) „Roční mnoţství slunečních hodin se pohybuje v rozmezí 1331–1844 hod (ČHMÚ), odborná literatura uvádí jako průměrné rozmezí 1600–2100 hod. Z hlediska praktického vyuţití pak platí, ţe z jedné instalované kilowaty běţného systému (FV články z monokrystalického, popř. multikrystalického křemíku, běţná účinnost střídačů apod.) lze za rok získat v průměru 800– 1100 kWh elektrické energie.“ (Česká agentura pro obnovitelné zdroje energie, 2009)
5.1.2 Sezónnost Obnovitelné zdroje mají v našich zeměpisných šířkách obecně jeden zásadní nedostatek, kterým jsou jejich sezónní výkyvy. Zaměříme-li se na solární a větrnou energii, můţeme i bez odborné znalosti pouze na základě vlastní zkušenosti odhadovat nestálost přírodních vlivů v jednotlivých obdobích. Ta v důsledku způsobí nárůst měrných výrobních nákladů způsobený tzv. malou roční dobou vyuţití zdroje, pod kterou Fiedler zařazuje například střídání ročních období, den/noc, průměrnou dobu přímého slunečního záření, atmosférickou cirkulaci vzduchu, vegetační období atd. (Fiedler, 2008) Efektivní vyuţití sluneční energie na našem území je moţné pouze sezónně, to je značně nepříznivé pro instalaci hybridních lamp, které by tak měly energetický problém v období zimy. Tento problém by se dal řešit speciálním akumulátorem, který by energii shromáţdil v měsících příznivého počasí a uchoval na měsíce počasí nepříznivého, toto řešení ale naráţí na otázku financí a tedy efektivnosti takto vynaloţené investice. U větrné energie je „dle dlouhodobého měření na 300 meteorologických stanicích ČHMÚ pouze u 6 stanic průměrná roční rychlost větru vyšší neţ 6 m/s“ (Fiedler, 2008) to pro 44
hybridní lampy znamená velký problém vzhledem k faktu, ţe tato místa budou přímo vystavena větru, zatímco lampy mají být instalovány v zástavbě měst, popř. podél dálnic. V momentě kdy kombinujeme větrný a solární zdroj energie, docházíme k zajímavým výsledkům, tyto dva jako by se doplňovali. To znamená, ţe v letních měsících, kdy je síla větru nízká, je intenzita slunečního záření vysoká a naopak v zimních měsících sledujeme nízkou intenzitu slunečného záření, tedy fotovoltaický zdroj získává méně energie, nicméně síla větru je na ročních maximech. Tento argument, který činí vţdy z jednoho zdroje hlavní a z druhého doplňkový v závislosti na ročním období mluví ve prospěch hybridních lamp.
5.1.3 Ptactvo Odpůrci větrných turbín prakticky jednohlasně hodnotí turbíny jako hlučné a nešetrné k přírodě, ve smyslu jejich negativního vlivu na faunu, tedy ptactvo. Tato problematika uţ byla nejednou zkoumána, jedním z výsledků průzkumů je i ten který nabízím ve zjednodušené verzi na následujícím obrázku (č. 21) a který byl vypracován Wallace P. Ericksonem (Erickson, 2005). Jak vidíme z 10 000 ptáků zabitých lidskou činností různých typů je více jak polovina objetí kolize s budovou, následují kočky, vedení vysokého napětí a vozidla, pesticidy a vysílače. Nejvýznamnější informací je zde však pouhý jeden pták, který je z tohoto vzorku deseti tisíc obětí větrných turbín. Obrázek 21: Podíl ptáků usmrcených větrnou turbínou na vzorku 10 000 ptáků usmrcených lidskou aktivitou (Erickson, 2005)
45
5.2 Ekonomická kritéria 5.2.1 Moţné umístění TRONC Jedním ze zásadních kritérií tohoto podnikatelského záměru, je právě umístění hybridní lampy. Zde se díváme na přírodní podmínky České republiky a zároveň na konkrétní umístění v rámci jejích největších měst. Hybridní lampy obecně jsou ideálním řešením zejména pro odlehlé objekty, třeba i obytného charakteru, dále se dají vyuţívat např. v meteorologických stanicích a dalších objektech tohoto typu nebo do měst. TRONC je určen pro komerční části velkých měst, které denně navštíví tisíce lidí. Česká republika je zemí na tolik malou, ţe zájem o hybridní lampy předpokládám pouze v hlavním městě. V Praze je jednou z nejfrekventovanějších „ulice Na Příkopě, kde denně projde i sto tisíc lidí“ (Novotný, 2010). Umístěním hybridních lamp blíţeji do historického jádra města je prakticky nemoţné pro zachování architektonického rázu oblasti města. K tomu se vyjadřují ústavy památkové péče, vedle nich působí řada občanských sdruţení, příkladem můţe být Klub Za starou Prahu4. Vhodná by byla i tzv. business centra, tedy lokace, kde sídlí většina mezinárodních firem. Z těchto můţeme jmenovat – Anděl Park na Smíchově, Park Centrum Chodov, Pankrác Office Corner (ten pro zajímavost čítá rozlohu o téměř 5 000 m2 kancelářských prostor), Prague Office Park v Nových Butovicích a další. Výhodou těchto business center je jejich umístění mimo centrum města, nevýhodou těchto prostor je relativní clona, kterou hybridním lampám tvoří, ve všech případech se totiţ jedná o výškové budovy a pro úspěch projektu by bylo třeba lampy umístit mezi tyto budovy, coţ by v případě konkrétní lokace bylo nutné odborně zanalyzovat. Mezi další lokace můţeme uvaţovat místa, kde se v případě summitů a konferencí scházejí státníci a podnikatelé lokálního i světového významu. Takovým místem je například
4
Klub Za starou Prahu je nepolitickým občanským sdruţením, které se od svého vzniku v roce 1900 věnuje nepřetrţitě ochraně památek v Praze. http://www.zastarouprahu.cz/
46
Kongresové centrum v Praze, které by bylo vhodné i otevřeným prostranstvím jej obklopujícím.
5.2.2 Finanční náročnost investice Ekonomicky jsou nevýznamnějšími náklady právě ty investiční, díky pokročilé technologii tenčích křemíkových desek, zvýšení jejich účinnosti a dalších faktorech, ale i tyto náklady klesají. Těmi dalšími faktory rozumějme zejm. růst objemu výroby podporovaný garantovanými výkupními cenami. (Bechník, Historie a perspektivy OZE - fotovoltaika, technologie krystalického křemíku, 2009) Primárním negativem tohoto podnikatelského záměru je vysoká pořizovací cena hybridních lamp. Předpokladem je, ţe přestoţe lampa bude fungovat samostatně, nebude umístěna osamoceně, proto je nutné její pořizovací cenu násobit po párech. Vysoká kvalita a funkčnost produktu se pozitivně projevuje ve statistikách poruchovosti. Zároveň je výrobní společností garantovaný 20 let údrţby lampy, při poplatku 100 € ročně. To částečně vyvrací fámy o zelené energii, které tvrdí, ţe je příliš drahá po všechny fáze svého působení od pořizovacích nákladů po náklady na údrţbu. Další argument, ţe v případě TRONC se platí vysoké peníze pro unikátní design a funkce má pravdivý základ, ale tento vyřeší aţ čas. Buď vzroste poptávka po TRONC a Loopwing bude moci začít vyrábět ve velkém a levněji i za předpokladu přestěhování výrobních kapacit do dalších asijských států, nebo čas přinese další výrobce s obdobně kvalitní nebo lepší technologií a tato konkurence na poli inovací poţene ceny dolů. Solární a větrné technologie tak jednou mohou přímo konkurovat ropě a uhlí. Kvůli výši pořizovacích nákladů je zatím jasné, ţe ani tak jako LED nemůţe dosáhnout ekonomické výhodnosti sodíkového svítidla, ani hybridní lampa se výhodnosti ze stejného důvodu nepřiblíţí.
47
1€ = 112.87¥
Cena v ¥
Cena v €
Cena
2 231 676
19 771
Dopravní náklady
62 082
550
Instalace
129 808
1 150
Údržba (20 let)
11 288
100
(stav k 15.11.2010)
Celkem
21 571
Společnost Loopwing dodává celosvětově TRONC za velmi srovnatelných finančních podmínek jako v Japonsku. Marţe společnosti je tradičně 34%. Pokud bychom uvaţovali o moţné zlevnění produkce hybridní lampy TRONC je třeba podotknout, ţe podle výrobce u stejného typu produktu na materiálu ušetřit nelze. Proto vezmeme-li v úvahu relativní blízkost asijských zemí s výrazně levnější pracovní silou můţeme uvaţovat hned o několika státech, kam by šlo výrobu přesunout. Jedním z těchto je bezesporu Čína. Pokud bychom ale ustoupili od poţadavku na unikátní turbínu této japonské společnosti, můţeme uvaţovat o levnějších variantách hybridních lamp jako jsou například lampy LGE Energy nebo nepatrně levnější variantám v podobě lamp, které instalovala VŠB v Ostravě a které jsou pětinou ceny lampy společnosti TRONC – viz oddíl 5.2.4. Dále se dá ušetřit například i na fotovoltaických panelech vyuţitím statického a natáčecího systému uchycení. Volba tedy spočívá ve vyšším výkonu u těch natáčecích, ale také vyšších pořizovacích nákladech. U tohoto typu je také větší náchylnost na poškození a vyšší potřeba pravidelných údrţeb. Statické naopak vyţadují mnohem niţší frekvenci údrţeb, v ideálním případě aţ nulovou, které jsou zase vykoupené niţším výkonem. (Fotovoltaika)
5.2.3 Ekonomická návratnost investice Pro výpočet ekonomické návratnosti investice musíme začít u přírodních podmínek lokace, kde má být lampa instalována. Jak jiţ bylo zmíněno, lampa je určena do center velkých měst 48
nebo k hlavním pozemním komunikacím. Jako jedny z moţných umístění výrobce navrhuje i parky, nicméně vzhledem k druhům stromů na našem území, jejichţ košaté koruny a početné větve by clonily lampám, lze tuto moţnost prakticky vyloučit. Následující tabulka zobrazuje vývoj délky dne po dobu jednoho roku, nejkratším dnem je tak 21. prosince, kdy je pro osvětlení ulic Prahy nejdelší noc (naopak nejkratší z nocí budou ty červnové). Délku dne v hodinách potom zobrazuje červená křivka na středové pozici. Graf 1: Délka dne během roku v Praze (Thorsen, 2010) 22 východ (h)
18
západ (h) 14 čas (hod)
den (h)
10
6
2 březen
květen
červenec
září měsíc
listopad
leden
březen
Výše uvedený graf č.1 vychází z následující tabulky, kterou jsem doplnila o délku nocí v hodinách. Pro upřesnění, časová data východu a západu jsou získána vţdy k 21. dni toho příslušného měsíce. Není tomu tak náhodou, jedná se o den letního a zimního slunovratu – 21. června a prosince. V níţe uvedené tabulce jsem tuto hodnotu pro kaţdý 21. den v měsíci vynásobila počtem dnů příslušného měsíce v roce 2010. Předpokladem stejné délky ostatních dnů jsem si významně zjednodušila propočet. Jak vysvětluje dodatek vpravo nad tabulkou č.4 spotřeba jednoho světla lampy TRONC je 13,8 wattů, tato světla má lampa dvě. Na základě této informace jsem vypočítala spotřebu pro kaţdý jednotlivý měsíc a sečtením získala roční spotřebu 118,369 kWh.
49
Tabulka 4: Délka noci a spotřeba na 2 světla TRONC v Praze pro jednotlivá roční období (Kusala, 2008)
den (h) 24 Tabulka východů a západů Slunce a pro délku dne východ (h) západ (h) den (h) leden 7,83 16,37 8,54 únor 7,05 17,50 10,45 březen 6,07 18,27 12,20 duben 4,97 19,08 14,11 květen 4,15 19,83 15,68 červen 3,87 20,27 16,40 červenec 4,27 20,02 15,75 srpen 5,00 19,17 14,17 září 5,77 18,07 12,30 říjen 6,55 17,00 10,45 listopad 7,40 16,20 8,80 prosinec 7,97 16,03 8,06 celkem
h 8 10 12 14 15 16 15 14 12 10 8 8
min 32 27 12 7 41 24 45 10 18 27 48 4
1 lampa spotřeba (W) 13,8
2 lampy spotřeba (W) 27,6
noc (h)
spotřeba (W/h) 13 227,58 10 471,44 10 096,08 8 188,92 7 118,59 6 292,80 7 058,70 8 410,55 9 687,60 11 593,38 12 585,60 13 638,26 118 369,50
15,46 13,55 11,80 9,89 8,32 7,60 8,25 9,83 11,70 13,55 15,20 15,94
Výpočet prosté doby návratnosti tak doplníme o roční „vlastní“ spotřebu energie, kterou jsme vyčíslili výše. Mnoţství elektřiny, které TRONC ročně vyrobí se pak bude pohybovat v intervalu od 398 do 1453MWh (viz tabulka 1: Roční výkon...) v závislosti na povětrnostních podmínkách zvolené lokace. My pro tuto chvíli uvaţujeme pesimistickou variantu, která by, jak předpokládám, věrně reflektovala reálnou situaci v „business centrech“, kde by lampa byla cloněna výškovými budovami. Vyšší výkon lze předpokládat, pokud by lampa byla umístěna přímo u pozemních komunikací – frekventovaných silnic a dálnic, kde větru a slunci nebrání ani budovy ani stromy. Při analýze výkupní ceny elektřiny zde naráţíme na hybridnost, tedy kombinaci větrného a solárního zdroje, pro ní a také pro rozdílnost od větrných elektráren instalovaných v polích a v neposlední řadě odlišné vyuţití získané energie (hybridní lampa spotřebovává energii ve formě světla a zásuvky, popř. dalších drobných zařízení, které nese stoţár, získaná energie jiţ ale není přenášena dál), není jasné jak tento výkup ohodnotit jednou cenou, proto se uchyluji k řešení ohodnotit dodávku z větrné i solární elektrárny zvlášť. K tomu mi slouţí ceny poskytnuté panem Ing. Davidem Suttrem ze společnosti ČEZ. Vzhledem k tomu, ţe hybridní lampa nedodává volnou elektřinu k odkupu do sítě, vyuţívám cen za MWh v pravém sloupci tabulky. I v tomto případě se jedná o expertní odhad cenového ohodnocení.
50
Tabulka 5: Ocenění elektřiny vyrobené hybridní lampou (Suttr, 2010)
Cena za dodavku do sítě [Kč/MWh]
Příplatek za vyrobenou, ale spotřebovanou elektřinu v odběrném místě [Kč/MWh]
dodávka z větrné elektrárny
2230
1830
dodávka ze solární elektrárny
7500
6500
Výrobu elektřiny za rok tedy předpokládám v hodnotě 398 kWh, coţ je minimální hodnotou, kterou lampa TRONC můţe vyrobit při rychlosti větru 4 m/s a maximálním výkonu fotovoltaického panelu (viz tabulka 3). To je velmi pravděpodobně stále ještě pesimistická předpověď, nicméně tato situace slouţí jako modelová, konkrétní hodnoty by musely být zjištěny přímo pro vybranou oblast umístění lampy a její specifika. Vlastní spotřebu elektřiny odečítám pro zjednodušení od obou energie zajištěné větrnou turbínou a zároveň od fotovoltaické. Kdybych se chtěla vyhnout zjednodušení, musela bych v zimních měsících pojit pouze s větrným zdrojem a naopak v letních s fotovoltaickým. Nespotřebované mnoţství energie následně násobím jiţ uvedenými cenami a v závěru ještě odečítám 5 000 Kč ročně coby provozní náklady lampy (tato částka je vztaţena k nákladům, které uvádí VŠB). Následující tabulka zobrazuje pouze případ, kdy hybridní lampa nese svítidla, nicméně uţ nenese další Podílem pořizovacích nákladů a ročního cash flow celého projektu následně drobná el. zařízení. Pro nedostatek informací o přesné spotřebě těchto případných zařízení je v tabulce neuvádím, nicméně v praxi by lampa (kromě rezervy pro neočekávaný nedostatek energie) nikdy neměla mít nespotřebovanou energii. Energie by vţdy měla být vyuţita např. na hodiny, zásuvku uváděnou společností Loopwing nebo také kamerový systém.
51
Tabulka 6: Výpočet prosté doby návratnosti ( (Svaz podnikatelů pro vyuţití energetických zdrojů))
Ukazatel
Jednotka větrná
Výroba elektřiny Vlastní spotřeba elektřiny svítidla Nespotřebovaná elektřina Cena vyrobené elektřiny Finanční ohodnocení vyrobené elektřiny Prodej elektřiny Trţby za prodej elektřiny Provozní náklady (bez odpisů)
MWh/r MWh/r
Roční Cash – Flow (C-F) projektu
tis.Kč/r
MWh/r Kč/MWh tis. Kč MWh/r tis.Kč/r tis.Kč/r
fotovoltaická celkem
0,261
0,137
0,398
0,059 0,202
0,059 0,078
0,118 0,280
1830
6500
0,370 0 0
0,507 0 0
0,877 0 0
3
2
5 -4,123
Pořizovací náklady Roční Cash-Flow projektu Prostá doba návratnosti
Jednotka hodnota 642,246 tis. Kč -4,123 tis.Kč/r -155,759 roky
Po odečtení jiţ zmíněných provozních nákladů získávám negativní roční peněţní tok. Ten při výpočtu prosté doby návratnosti vede k nesmyslné hodnotě. Investice do této instalace se za současných hodnot jeví jako nevýhodná. To je způsobena kombinací vysokých cen a zejména vysokých investičních nákladů. Výsledek výpočtu konzultuji s profesorem Habelem5 na FELu ČVUT, který vidí jako řešení sníţení výrobních nákladů díky úsporám z rozsahu spolu s tvrdší konkurencí na poli výrobců hybridních lamp. Profesor dále vylučuje vlastní elektroměr pro kaţdou lampu, důvodem je cena cca 5 000 Kč.
5.2.4 Testování hybridních lamp VŠB v Ostravě Jinou formu výpočtu ekonomické návratnosti investice nabízí doc. Ing. Stanislav Mišák, PhD. z Katedry elektroenergetiky Vysoké školy báňské.6 Projekt „Zelená energie – Osvětová činnost v oblasti vyuţití obnovitelných zdrojů energie pro napájení svítidel veřejného osvětlení“ testuje v areálu VŠB - TUO 2 ostrovní hybridní systémy. První vyuţívající jako zdroj elektrické energie klasickou malou větrnou elektrárnu s horizontální osou otáčení a 5 6
Kontakt http://k315.feld.cvut.cz/staff.php?id=habel&node=1&kod=en Kontakt http://profily.vsb.cz/MIS01/
52
fotovoltaický panel, druhá funguje obdobně aţ na větrnou elektrárnu s vertikální osou. (viz obrázek 21) Obrázek 22: Hybridní lampy testované na VŠB - TUO Ostrava (Mišák & Prokop, 2010)
Primárním předpokladem je zde fakt, ţe hybridní systém sestávající z větrné elektrárny a fotovoltaického panelu je schopen vyrobit dostatečné mnoţství energie pro svá svítidla a to po celou dobu ţivotnosti hybridního systému (i za předpokladu, ţe fotovoltaický panel v průběhu ţivotnosti ztrácí účinnost o cca 0,8% ročně). (doc. Ing. Mišák Ph.D., 2010) Technické parametry obou ostrovních systémů uvádím v příloze – tabulky 10 a 11. Cílem testování docenta Mišáka je porovnat výstavbu ostrovních hybridních systémů s vybudovanou klasickou síťovou přípojkou pro napájení veřejného osvětlení. Prvním krokem v tomto porovnání je analýza celkových nákladů (N HYBRID), které vyčíslujeme jako součet v našem případě fixních nákladů na materiál (N MAT) a nákladů na práci (N PRA) a variabilních nákladů na provoz (N PRO), které se na rozdíl od prvních dvou zmíněných i po instalaci lineárně zvyšují.
N HYBRID = N MAT + N PRA + N PRO
53
Tabulka 7: Náklady na materiál pro systém s horizontální (vlevo) a vertikální (vpravo) osou otáčení
Výše uvedené tabulky kvantifikují náklady na materiál pro obě varianty ostrovních systémů. Náklady na práci jsou 400 Kč za hodinu práce kvalifikovaného dělníka násobené počtem hodin jeho práce. Pro HYBRID I (horizontál.) činí 40 tisíc pro HYBRID II pak 48 tisíc Kč. Náklady na provoz obsahují náklady na údrţbu a kontroly fotovoltaického panelu, baterií a svítidel. Údrţba se předpokládá jedenkrát ročně a její cena pro jeden ostrovní systém je odhadnuta na 2500 Kč. Tato částka obsahuje náklady na vysokozdviţnou plošinu, práci dělníka, doplnění kapaliny do baterií. „Baterie pro tento hybridní systém byly voleny kromě elektrických parametrů také s ohledem na nízký stupeň údrţby. Zvolené baterie mají prodlouţený interval doplňování vody a jedinou náplň elektrolytu na celou dobu ţivotnosti baterie. Ţivotnost baterie udávaná výrobcem přesahuje 20 let.“ (Mišák & Prokop, 2010) S těmito hodnotami můţeme stanovit nákladové funkce pro oba systémy, kde n je doba provozu zařízení. N HYBRID I = 112 907 + 40 000 + 2500.n N HYBRID II = 100 728 + 48 000 + 2500.n Mezi těmito dvěma lampami je vybodován společný rozvaděč, ve kterém jsou umístěny baterie SAFT unica plus (celková kapacita 340 A) akumulující elektrickou energii z obou ostrovních systémů. Vedle baterie jsou v rozvaděči umístěny regulátory pro regulaci dobíjení akumulátorových baterií a střídače, z nich jsou následně napájeny světelné zdroje, a dále také jistící prvky a další elektrická výzbroj. Kromě toho bychom tam našli zařízení na měření meteorologických podmínek v lokalitě hybridních ostrovních systémů. „Tato data budou slouţit k vyhodnocení energetické bilance celého hybridního ostrovního systému a ke 54
stanovení podílu jednotlivých zdrojů na nabíjení akumulátorových baterií. Jelikoţ jsou oba hybridní ostrovní systémy v současné době ve zkušebním reţimu, není prozatím k dispozici dostatečné mnoţství dat pro detailní vyhodnocení energetické bilance kompletních ostrovních systémů.“ (Mišák & Prokop, 2010) Náklady na připojení k distribuční soustavě jsou tvořeny zejména náklady na vybudování síťové přípojky. Cena za výkopové práce a kabeláţ je zde cca 340 Kč za metr trasy (N PRI), předpokládáme-li ten nejjednodušší nezastavěný terén. Jen vybudování elektroměrového rozvaděče lze předpokládat na úrovni cca 20 tisíc Kč (N ROZ). Spotřeba el. energie ze sítě je rovná denní době provozu, která je 8 hodin. Při výkonu světelného zdroje 45W je celková roční spotřeba 131,4 kWh (N EL). N UDR jsou i nadále náklady na údrţbu, d je délka přípojky.
N NET = N PRI + N ROZ + N EL + N UDR N NET = 340.d + 20 000 + 1330,4376.n + 2 500.n V této rovnici můţeme povaţovat za variabilní buď délku časového období provozu zařízení nebo délku přípojky. Na následujících 3 situacích určíme pevnou dobu provozu a měníme doby ţivotnosti a sledujeme následující rozdíly: 1. Délka přípojky = 200 m, ţivotnost všech tří systémů = 20 let Graf 2: VŠB-TUO, testování d=200, n=20 (Mišák & Prokop, 2010)
Vertikální osa zobrazuje
náklady, horizontální je časovou osou.
55
Graf 2 zobrazuje náklady po dobu ţivotnosti 20-i let pro hybridní systémy a pro systém napájený z distribuční soustavy. 2. Délka přípojky = 300 m, ţivotnost všech tří systémů = 30 let Situace, kdy křivka nákladů pro variantu se síťovou přípojkou je nevýhodná oproti ostrovním hybridním systémům. Graf 3: VŠB-TUO, testování d=300, n=30 (Mišák & Prokop, 2010)
Ve výše uvedených situacích je v 20letém období vţdy výhodnější vyuţití systému napájeného z distribuční sítě. (poznámka: ţivotnost baterie je 20 let, v situaci 2 není s novou baterií počítáno). 3. Kdyţ ale dojde jen ke změně zeminy, vzrostou náklady na 1 m elektrické přípojky na 450 Kč. V tomto případě se výhodnější stává hybridní systém. Graf 4: VŠB-TUO, testování d=450, n=30 (Mišák & Prokop, 2010)
56
Z této analýzy plyne, ţe při instalaci lamp je velmi důleţitá samotná lokace, zároveň jsme ale ověřili, ţe existují situace, kdy je ostrovní hybridní lampa výhodnější neţ systémy připojené k distribuční síti.
5.3 Technologická kritéria Při hodnocení technologické vyspělosti osvětlení se díváme zejména na vyzařovaný světelný tok, tedy mnoţství světla, které daný zdroj produkuje, dále měrný světelný výkon zdroje, to znamená, jak kvalitně je energie transformována na výkon lampy, tedy světlo. Dále hodnotíme délku ţivotnosti lampy a to v hodinách, které si tzv. odsvítí, kvalitu světla ve formě její barvy a rozdělení toku světla do prostoru a také stabilitu toku, provozní vlastnosti (okolní vlastnosti působící na provoz lampy), dále pak vzhledové vlastnosti lampy a samozřejmě pořizovací a provozní náklady. Vzhledem k faktu, ţe tato práce si neklade za cíl být technickou analýzou produktů, zmiňuji v následujících oddílech ty nejdůleţitější charakteristiky, popř. nejvýznamnější odlišnosti TRONC od jejích konkurentů.
5.3.1 Výkon TRONC má maximální výkon o 1 453 kW/h ročně a sniţuje tak emise zhruba o 1 000 kg za stejné období. Pokud tedy lampu umístíme do lokace s vhodnými stabilní podmínkami generujeme téměř 1,5 MW/h ročně a lampa můţe nést různá přídavná zařízení různých typů. Stejně tak by v těchto téměř ideálních podmínkách připadala v úvahu zásuvka pro dobíjení drobné elektroniky, kterou jsem popsala v úvodu, v našich podmínkách by pro tuto jistě zajímavou sluţbu nebylo vyuţití.
5.3.2 Ţivotnost a poruchovost lampy Ţivotnost lampy TRONC je 70 tisíc hodin. Přibliţnou ţivotností LED lampy je asi 20 tisíc hodin. V tomto případě jde tedy o výrazně pozitivní převis lampy TRONC. Výrobce lampy hovoří o téměř bezporuchovém provozu lampy a předpokládá, ţe na 20letý provoz budou výdaje na měření správných funkcí lampy jen asi 100 €. Poruchy se 57
nepředpokládají a v momentě, kdy by nastaly poruchy prokazatelně výrobního charakteru, zavazuje se firma je v rámci těchto dvou dekád odstranit na vlastní náklady. Do jaké míry je tato výpověď realistická, nechť čtenář posoudí sám.
5.3.3 Ovládání lampy Lampa můţe být ovládána buď automatizovaným senzorickým zapínáním a vypínáním reagujícím na denní světlo nebo manuálně pomocí tlačítka umístěného na svém trupu. Výrobce taktéţ přidává funkci automatického restartu pro případ, ţe lampa začne fungovat nesprávně, tu podporují jiţ dříve zmíněné 4 zabezpečovací systémy.
5.3.4 Specifický design Moderní design hybridních lamp poutá pozornost a není jen tzv. pastvou pro oko, ale i významně přispívá k výkonu větrných turbín a potaţmo k funkčnosti lamp. Vzhledem k reprezentativnímu „hi-tech“ provedení, aerodynamickému tvaru větrné turbíny a jejím ladným a pomalým pohybům je lampy vhodné umístit do nejnovějších částí měst, parků nebo i tzv. business parků, kde se nacházejí sídla významných společností a kde tak budou ke spatření místními i zahraničními podnikateli.
5.3.5 Minimální hluk Hlasitost chodu větrných turbín je často identifikována jako jejich základní nedostatek. Následující stupnice decibelů pak na jednoduchých příkladech porovnána hlasitost různých aktivit, od letu stíhacího letadla jako nejvyššího zatíţení pro sluchové ústrojí po padající listí, které je téměř neslyšné. Zvuk větrných turbín je tu identifikován asi na 50 decibelů, coţ musíme vztáhnout k faktu, ţe v tomto případě se jedná o zvuk turbín větrných elektráren, které se navíc od námi zvolené smyčkovité turbíny technologicky významně liší. Přesto při podrobnějším prozkoumání obrázku zjišťujeme, ţe hluk v běţné domácnosti nebo kanceláři (myšlen je hluk pozadí) je vyšší neţ hluk turbíny větrné elektrárny, která je od nás vzdálená asi 250m. (Phillips, 2010)
58
Obrázek 23: Porovnání hlučnosti v decibelech (Phillips, 2010)
Díky své unikátní větrné turbíně smyčkovitého tvaru, je tvorba hluku omezena na minimum. Loopwing se tak na rozdíl od turbín ostatních typů hodí do zastavěných oblastí, protoţe ani ve večerních hodinách, kdy utichne „ruch velkoměsta“ neruší. Rozdíl spočívá v uchycení jeho lopatek z obou stran, čímţ se nejvýrazněji liší od rotorů běţného typu. Následující tabulka popisuje 5 vybraných typů rotorů a hodnotí je v 7 kategoriích: tvar lopatky, start (uvedení do chodu), maximální efektivita, obvodová rychlost, hluk, vibrace osy a vibrace stoţáru. Jmenovitě jde o vrtulový lopatkový rotor, mnoholopatkový rotor, vertikální rotor, Savoniův rotor a konečně smyčkový rotor společnosti Loopwing. Zatímco v všechny ostatní jsou lopatkového typu, rotor Loopwing má smyčkovou hlavici, sám se uvádí do chodu a je maximálně efektivní. Střední obvodová rychlost a bezhlučnost jdou ruku v ruce nulovými vibracemi a dokazují tak nejvyšší technologickou vyspělost větrné turbíny TRONC v porovnání s ostatními typy turbín. TRONC ani v jedné z kategorií významně nezaostává za ostatními.
59
Tabulka 8: Porovnání větrných turbín vybraných typů (Arakaki, 2010)
Následující graf zobrazuje porovnání turbín z hlediska jejich vysoké efektivity. U Loopwing můţeme mluvit o vysoké efektivitě pouze při nízkých rychlostech větru (obvodová rychlost větru je vynesena na horizontální ose), test ukázal, ţe při rychlosti 8m/s je koeficient síly 40%. Z toho plyne, ţe turbína Loopwing dosáhne stejné efektivity jako běţná turbína při méně jak poloviční rychlosti rotace běţné turbíny. Turbína Loopwing se uvádí běţně do chodu při větru o rychlosti 1,6m/s, aniţ by při tom čerpala elektrickou energii pro své spuštění a nepotřebuje ani citlivé anemometry k detekci řadící rychlosti. Tří-dimenzionální rotor zachycuje různé druhy větru, coţ dělá turbínu ještě efektivnější.
60
Graf 5: Porovnání efektivnosti větrných turbín různého typu (Practically Efficient, 2010)
5.3.6 Jednotlivá instalace Jednou z nejvýznamnější výhod hybridních lamp je jejich samostatnost, která přináší v důsledku velmi výrazné ušetření nákladů instalace. Oproti zabudovávání klasickému systému lamp, kdy podle inţenýra Ţáka z Fakulty elektrotechniky praţského ČVUT stojí v případě instalace větrných turbín „stojí v České republice 1m2 větrné energie v rozmezí 2000 - 4000Kč“ (Ţák & Habel, 2010). Tato informace se týká zabudování turbín pro větrné elektrárny, které se zabudovávají v systému, hybridním lampám naopak pro jejich samostatnost a jen asi metr a 40 centimetrů délky nosného sloupu, která je umístěna pod zem, tyto náklady odpadají a významně tak ulehčují celou instalaci.
5.3.7 Multifunkční vyuţití TRONC je určen pro veřejná prostranství jako moderní pouliční osvětlení hybridního typu a je těmto poţadavkům moderní doby uzpůsoben. Kromě rotoru a solárních panelů můţe nosný sloup nést i hodiny, bezpečnostní kamery nebo další zařízení. Mimo to je jeho nosný sloup doplněn o zásuvku pro dobíjení drobných elektronických přístrojů.
61
Obrázek 24: TRONC vybavená hodinami a zásuvkou pro dobíjení drobné elektroniky (TRONC Product features)
Tímto způsobem lampa reaguje na technologický vývoj a poţadavky „moderního spotřebitele". S umístěním lampy se navíc počítá v oblastech tzv. business parků, kde sídlí většina podnikatelských subjektů a právě jejich zaměstnanci jsou bezesporu těmi největšími uţivateli drobné elektroniky. S obdobnými přidanými funkcemi hybridních lamp počítají i konkurenti – níţe uvedený obrázek zobrazuje rozloţení bezdrátového telekomunikačního zařízení v rámci města či jeho části a vytvoření tak opravdového nezávislého bezdrátového připojení právě díky hybridním lampám, tentokrát společnosti LGE Energy. Obrázek 25: Opravdové bezdrátové připojení, jak je vidí společnost LGE Energy (Wind-solar hybrid, 2010)
62
5.3.8 SWOT analýza instalace TRONC v České republice
Silné stránky
Slabé stránky
• unikátní technologie • užití ve městech • levný provoz
• cena • nízké povědomí o produktu • specialisté zajišťují opravy a údržbu
Příležitosti
Hrozby
• symbolická přítomnost • podpora zelené energie ve městech
• technologická napodobitelnost • legislativa
5.4 Právní kritéria Provoz pouliční osvětlení je obyvatelstvu veřejně prospěšnou sluţbou. Osvětlení veřejných prostranství, stejně jako silnic a dálnic upravuje zákon o pozemních komunikacích č. 361/2000 Sb. Ten dále stanovuje jako správce či vlastníka obec. Mimo pozemní komunikace je to vlastník nebo provozovatel objektu, který osvětlení zajišťuje. Mezi další legislativní úpravu počítáme i Technické kvalitativní podmínky staveb pozemních komunikací, veřejné osvětlení je dále podřízeno standardům a normám ČSN EN 13201 1 aţ 4/Z 1 3/2007 (viz tabulka 9 v příloze). Co do norem v návrhovém řízení, Česká společnost pro veřejné osvětlení zmiňuje normu ČSN 73 0581 – Metoda stanovení hodnot oslunění budov a venkovních prostor. Ta by v budoucnosti mohla s hybridními lampami do určité míry souviset. (Česká společnost pro osvětlování , 2009) 63
Na tvorbě legislativy týkající se veřejného osvětlení se podílí i Česká společnosti pro osvětlování, „nezávislá odborná společnost, která sdruţuje osoby, podniky, společnosti a jiné subjekty zajímající se o světlo, vidění a osvětlování z hlediska vědeckého, hygienického, technického nebo uměleckého... ČSO je organizátorem odborných přednáškových akcí, konferencí, aktivně se podílí na vytváření právních předpisů v oboru, na spolupráci při tvorbě hygienických předpisů, technických norem, podporuje publikační činnost a spolupráci s redakcemi odborných časopisů z oboru světla a osvětlování, spolupracuje s vysokými školami v rámci výuky osvětlování, se zahraničními oborovými společnostmi, např. se Slovenskou světelně-technickou společností, a rovněţ s Národním komitétem Mezinárodní komise pro osvětlování (CIE).“7 České republice z mezinárodních smluv vyplývají povinnosti v oblasti energetického hospodářství a ţivotního prostředí a dále v roce 2004 schválila Státní energetickou koncepci respektující nejen energetické a ekologické, ale i ekonomické a sociální sloţky. Obnovitelné zdroje energie jsou horkým tématem nejen u nás, ale i ve zbytku Evropy. Základním dokumentem, který o těchto zdrojích EU vydala, je tzv. Bílá kniha o obnovitelných zdrojích energie. Dále uvádím pouze vybrané směrnice/zákony/nařízení vlády související s tématem práce8: 2001/77/ES – o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů (EU v roce 2010 22% elektřiny z OZE, Česká republika - 8%) 2002/91/ES – o energetické účinnosti budov 2003/54/ES – o společných předpisech pro vnitřní trh s elektřinou 2003/87/ES – o systému obchodu s certifikáty na emise skleníkových plynů 2004/8/ES – o podpoře kogenerace elektřiny a tepla 8.3.2006 – Evropská komise vydává novou Zelenou knihu „Evropská strategie pro udrţitelnou, konkurenceschopnou a bezpečnou energii“ 22.6.2005 – Evropská Komise vydává Zelenou knihu o energetické účinnosti 10.1. 2007– EK zveřejňuje dokument Strategický přehled pro energetiku
7 8
Česká společnost pro osvětlování - http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=40820 Legislativa EU v oblasti OZE - http://www.kis-stredocesky.cz/UserFiles/File/Legislativa%20OZE.doc.
64
Jmenujme úvodem některé zákony a vyhlášky upravující problematiku obnovitelných zdrojů. Obnovitelným zdrojům a podpoře jejich vyuţívání se věnuje zákon č. 180/2005 (vyhláška č.364/2007 Sb. prováděcí některá ustanovení tohoto zákona a měnící vyhlášku č.475/2005 Sb.), jehoţ novela byla schválena nedávno a od března 2011 ruší podporu nově postavených elektráren s výkonem nad 30kW a dále od roku 2011 ruší podporu těm fotovoltaickým ostrovním systémům uvedeným do provozu od 2011, které nedodávají elektřinu do sítě (Zelený bonus - FVE Legislativa a financování, 2010). Jedním z programů Evropské Unie podporující jak veřejné, tak soukromé subjekty, je program GreenLight zaměřený na sniţování spotřeby elektrické energie. Tento program je konkrétně pod záštitou Evropské komise a podporuje ty subjekty podporující instalaci úsporných světelných technologií včetně soustav veřejného osvětlení. Program podporuje tam, kde zelená energie prokazatelně přináší energetické a finanční úspory a to buď rekonstrukcí či nových světelných instalací veřejného osvětlení. Za 10 let své existence programem prošlo přes 600 organizací, veřejných i soukromých, včetně velkých evropských měst. Zdroje z tohoto projektu získal náš Brandýs nad Labem pro výměnu svých 876 svítidel na vysokotlaké sodíkové zdroje pro osvětlení komunikací a moderní halogenidové výbojky pro osvětlení rezidenčních oblastí. (Ryšavý, 2010) Ze zákona rozhoduje o rozmístění lamp místní zastupitelstvo obce, ale zároveň i o časech od kdy do kdy pouliční lampa bude svítit. To samozřejmě vţdy jde ruku v ruce s financemi, kterými disponuje. Instalace lamp je dlouhodobou investicí, o které s největší pravděpodobností nebudou rozhodovat soukromé subjekty, ale spíše zástupci největších měst v republice. Podnikatelský záměr zde v tuto chvíli naráţí na chybějící právní úpravu a tedy nejistý vývoj legislativy v oblasti hybridního pouličního osvětlení. Trendem v České republice je dnes stavba elektráren a vyuţití zejména fotovoltaiky panelů v domácím prostředí.
5.5 Zhodnocení kritérií pro instalaci v ČR Hybridní lampy si díky kombinování fotovoltaického a větrného zdroje zajišťují relativně stálou produkci energie. Nicméně jedním ze základních provozních nedostatků záměru instalace hybridních lamp na území České republiky jsou stále její přírodní podmínky a to i 65
z toho důvodu, ţe výše uvedené větrné mapy zobrazují o ideálních lokacích pro instalaci větrných turbín. My si ale musíme uvědomit, ţe tyto mapy jsou primárně určeny pro instalaci turbín větrných elektráren – výšky 40 m nad zemským povrchem. V případě hybridních lamp by šlo o výšku mnohonásobně niţší – 8 metrů. Jak vysvětluje Ing. Petr Ţák Ph.D. z ČVUT, Česká republika obecně není ideální lokací ani pro samotné větrné elektrárny, natoţ pro lampy tohoto typu, které jsou svojí výškou podstatně niţší a navíc mají být instalovány v zastavěných městských oblastech. (Ţák & Habel, 2010) Aby se dalo uvaţovat o moţném okamţitém nahrazení lamp současných hybridními lampami, museli bychom mít také zajištěno, ţe při náhradě zůstane kvalita osvětlení stejná nebo se zlepší. To v současné době nejsme schopni zajistit a i přes negativní vyjádření výše uvedených zástupců Fakulty elektrotechnické ČVUT (Ţák & Habel, 2010), by bylo třeba získat chybějící informace, zanalyzovat kvalitu světelně technického návrhu a taktéţ hybridní lampy testovat. To dnes jako jediná v České republice provádí Vysoká škola Báňská – Technická univerzita v Ostravě. Ta dne 30. Dubna 2010 spustila projekt „Zelená energie – Osvětová činnost v oblasti vyuţití obnovitelných zdrojů energie pro napájení svítidel veřejného osvětlení“, kdy bylo sestaveno testovací pracoviště s fotovoltaickou a větrnou elektrárnou za účelem napájení osvětlovací soustavy. (doc. Ing. Mišák Ph.D., 2010) Jak definuje Pieniążek z ELGO Lighting Industries S.A. (Pieniążek) modernizace pouličního osvětlení se realizuje pro následující důvody: 1. zásadní sníţení spotřeby elektrické energie, 2. splnění technických poţadavků určených v normě PN-EN 13 201: 2007 (ČSN 13201 – Osvětlení pozemních komunikací), 3. zvýšení bezpečnosti silničního provozu, 4. sníţení nákladů na údrţbu, 5. dosaţení poţadovaného komfortu osvětlení pro uţivatele komunikací a zlepšení estetického dojmu, 6. splnění poţadavků v oblasti ochrany ţivotního prostředí, které jsou obsaţené v unijních nařízeních (Směrnice 2005/32/ES a 2006/32/ES). Samostatnost, dosaţení poţadovaného komfortu osvětlení a neutrální vliv na ţivotní prostředí jasně mluví pro hybridní lampy. V opozici ale stále stojí přírodní podmínky a zejména
66
zajištění provozuschopnosti lampy, kdy za současně známých informací nelze očekávat významné sníţení nákladů na údrţbu9. Instalace hybridních lamp v České republice tedy není vyloučená, technologické vlastnosti korespondují s nutnými přírodními podmínkami pro chod lampy a instalaci tak je moţné realizovat. Za těchto současných podmínek se ale investice do hybridních lamp a jejich provoz na našem území nejeví jako ekonomicky výhodné. Jmenujme zejména velmi vysoké pořizovací náklady a dále také náklady, které by byly nutné na akumulaci a uchování energie pro provoz lampy v zimní období. U větrných elektráren také není výjimkou, ţe se výkonnost liší od parametrů inzerovaných výrobcem, i proto je lampy nutné nejdříve testovat v lokálních podmínkách. Na základě vývoje cen produktů v jiných odvětvích si troufám tvrdit, ţe cena hybridních lamp je otázkou času, kdy započne jejich „masovější“ výroba a nastane v tomto odvětví tvrdší konkurence, která poţene ceny dolů.
5.6 Instalace v dalších lokalitách Jednou z nejvýznamnějších instalací hybridních lamp zrealizovala společnost Panasonic na Olympijských hrách v Athénách v roce 2004, kdy svými padesáti Kaze Kamome, jak se lampa nazývá, osadila přístupovou cestu k jednomu ze sportovnímu areálů. Nutno podotknout, ţe společnost Panasonic byla hlavním sponzorem těchto her a dále představila své lampy na Expu 2005 – viz obrázek níţe.
9
U hybridních i běţných lamp jsou nutné kontroly provozu na pravidelné bázi, dále dochází k poškození lamp při dopravních nehodách nebo nepřízni počasí, kromě toho ale hybridní lampy na rozdíl od běţných vyţadují očišťování solárních panelů, kontroly rotoru a popřípadě další průběţné opravy, proto je úspora provozních nákladů v porovnání s běţnou lampou nepravděpodobná.
67
Obrázek 26: Instalace hybridních lamp Kaze Kamone na Expu 2005 v Japonsku (Wind energy conversion in the built environment, 2005)
A právě Světová přehlídka EXPO je ideálním místem, kde hybridní lampy vystavovat. Jedná se o ideální příleţitost prezentace výrobku nejen veřejnosti, ale také příleţitostí k získání a zintenzivnění obchodních kontaktů. Následující Expo bude pořádáno v čínském Xianu, další ročník pak v jihokorejském Yeosu a konečně Expo 2015 v italském Miláně. Právě milánská výstava přitáhne díky své relativní dostupnosti velkou pozornost celé Evropy, proto je klíčové, aby se na ní výrobci jako Loopwing, Panasonic nebo EGL Energy představili. Stejně jako EXPO jsou ale důleţité i výše zmíněné olympijské hry, ať jiţ v Londýně v roce 2012, nebo letní v ruském Sochi v roce 2014. Agentura Reuters informuje, ţe Londýn jiţ vyuţívá energie z velkých větrných turbín nad městem a další plánuje instalovat právě před hrami (Reuters, 2010). Dle stejného zdroje se podobnou cestou vydává i Paříţ, která instaluje menší větrné turbíny o výkonu 15 tisíc kilowatthodin ročně a přináší tak roční úspory v emisi dioxidu uhlíku o 8 tun. Nám nedaleké město Hamburk bylo jmenováno tzv. Europe´s Green Capital pro rok 2011, pro své cíle v oblasti zelené energie, které se tomuto druhému největšímu městu Německa daří naplňovat. Příkladem budiţ sníţení emise CO2 od roku 1990 o 15% per capita, které město plánuje dále sniţovat na 40% v roce 2020, dále vysoká podpora tzv. Zelených projektů 68
promítající se také do úspěšného sníţení spotřeby energie o 46000MWh ročně. (Ansner, 2010) Není náhodou, ţe své sídlo právě do Hamburku přesunul výrobce větrných turbín Vestas původem z Dánska. Hamburk je bezesporu potenciální lokací pro instalaci hybridních lamp. Orientace na zelenou energii ve formě větrné a solární ale není záleţitostí pouze severoevropských států typu Dánska nebo Švédska, ale je zřejmá v celosvětovém měřítku. Zápis z konference zástupců patnácti světových měst (od australské Canberry a Abu Dhabi ve Spojených arabských emirátech, po Tshwane v jiţní Africe) Greening the World´s Capital Cities (National Capital Planning Commission, 2008) poukazuje na zelené aktivity dalších metropolí v celosvětovém měřítku. Z tohoto pohledu a v souladu s přírodními podmínkami se pro instalaci nabízejí nejen Spojené státy, ale zejména státy Arabského poloostrova, které mají výhodné větrnostní i sluneční podmínky prakticky po celý rok a díky svému bohatství si do výrobku tohoto typu mohou dovolit investovat. Jak jiţ bylo zmíněno výše, produkt je ideální pro instalaci v podnikatelských centrech měst, z toho důvodu se zde nabízí například Dubaj, coby finanční centrum tohoto poloostrova.
69
6 Závěr Hybridní lampy jsou dnes stále ještě neprobádanou oblastí a i přes jejich nespornou technologickou vyspělost, funkčnost a vizuální kvality se domnívám, ţe na jejich tzv. boom je stále ještě příliš brzy, minimálně na našem území. Faktory, které budou v budoucím vývoji hrát významnou roli, jsou zejména čas jako hybatel informační osvěty a zároveň odvětví a jeho vývoj. Cílem práce bylo zhodnotit instalaci hybridních lamp na našem území ve čtyřech oblastech. Po technologické stránce se hybridní lampy ukazují jako výkonné a moderní řešení výroby elektrické energie. Turbíny TRONC dále nejsou tak hlučné jako vrtulovité rotory a díky svému unikátnímu tvaru vykazují bezpečnostní funkce, které sniţují pravděpodobnost poruchy. Po stránce environmentální jsou zase šetrné k fauně i flóře. Instalace hybridních lamp TRONC by znamenala krok kupředu ve splnění energetického plánu České republiky. Instalace hybridních lamp zde není nemoţná, dokonce i kombinace získané energie z větrného a fotovoltaického zdroje mluví ve prospěch instalace, nicméně jak ukázaly argumenty pořizovací investice je stále příliš vysoká. Tato finanční úskalí by v budoucnu řešila například masová výroba lampy a vyšší konkurence v odvětví, která by sníţila její výrobní náklady a tím učinila i příznivější cenovou nabídku následovanou vyšší poptávkou po lampách. Pro zajištění výkonu hybridní lampy je klíčová volba správné lokace. Sezónnost přírodních zdrojů na našem území částečně řeší předpoklad vyuţití větrné turbíny v zimním období a fotovoltaických panelů v letním, nicméně stále je nutné akumulovat velké mnoţství energie, coţ je ekonomicky nevýhodné. V momentě kdy by se nám podařilo díky technologickému pokroku akumulovat energii i pro období nepřízně počasí (tzn. nedostatek světla a bezvětří) za pouze mírného zvýšení nákladů, byli bychom si schopni lampu představit i u nás. Jako silnou stránku této práce vidím její aktuálnost a zároveň prvenství –neexistuje publikace, která by toto téma zpracovávala, naopak slabou stránkou je nedostupnost dat a nekomplexnost některých získaných informací. Zejména na technologické úrovni a odborném porovnání jednotlivých hybridních lamp se tento faktor jeví jako vhodný pro dopracování v případě hlubší analýzy pro reálnou instalaci lampy.
70
7 Přílohy Graf 6: Vývoj světelných zdrojů (zjednodušený) (Skála, 2010)
Světelná účinnost (v Lm/W) tj. účinnost přeměny el. energie na světlo
LED
Halogen
Žárovky
NAV (Sodíková vysokotlaká výbojka)
200 150 100 50 0 1950
2000
2050 čas v letech
Obrázek 27: Beaufortova stupnice síly větru (Katedra obecné fyziky Západočeské univerzity v Plzni, 1996)
71
Tabulka 9: Lampa-názvosloví dle ČSN EN 40 (http://www.osstoplus.cz/vl_obloukove_prehled.asp)
72
Obrázek 28: Turbína s vertikální osou Quiet Revolution 5 (Harper, 2006)
Obrázek 29: Instalace solárních stromů ve Vídni (Justin, 2007)
73
Obrázek 30: Další typy diodových lamp (Tureček, 2009)
74
Obrázek 31: Instalace TRONC v Japonsku I. (TRONC Product features)
75
Obrázek 32: Instalace TRONC v Japonsku II. (TRONC Product features)
76
Obrázek 33: Popis produktu TRONC japonsky (Loopwing)
Obrázek 34: Další produkty Loopwing (Loopwing)
77
Obrázek 35: 3 modifikace lampy EGL Energy (http://egl-energy.com/hybridlight.htm)
78
Tabulka 10: VŠB-TUO: parametry větrné elektrárny s horizontální osou otáčení (Mišák & Prokop, 2010)
Tabulka 11: VŠB-TUO: parametry větrné elektrárny s vertikální osou otáčení (Mišák & Prokop, 2010)
79
Tabulka 12: ČSN normy o osvětlení pozemních komunikací (Česká společnost pro osvětlování , 2009)
80
81
Seznam obrázků Obrázek 1: Větrná elektrárna s horizontální osou (EnviWeb, 2009) ....................................... 17 Obrázek 2: Rotory větrných elektráren se svislou osou: 1a 2 - typ Darrieus, 3 typ Savonius (Katedra obecné fyziky Západočeské univerzity v Plzni, 1996) .............................................. 21 Obrázek 3: Vertikální větrné turbíny nové generace - měnící tvar (vlevo) a neslyšné QuietRevolution5 (vpravo) (Green, 2007) (Harper, 2006) ...................................................... 22 Obrázek 4: Větrná turbína WinTamer (vlevo)a větrné turbíny instalované v USA (vpravo) (Horčík, 2009) (Moderní větrné turbíny, 2010) ....................................................................... 22 Obrázek 5: Vize větrných elektráren budoucnosti (Horčík, Alternativní alternativy, 2009) ... 23 Obrázek 6: Pouliční osvětlení v centru Prahy (Oppelt, 2010) .................................................. 25 Obrázek 7: Moderní typy diodových lamp (Maixner & Skála, 2009) ..................................... 25 Obrázek 8: Solární stromy instalované ve Vídni (Justin, 2007) .............................................. 27 Obrázek 9: Reakce turbíny na závan silného větru (TRONC Product features) ...................... 30 Obrázek 10: Bezpečnostní systémy lampy TRONC (TRONC Product features) .................... 31 Obrázek 11: Specifikace produktu - lampa TRONC, výrobce Loopwing (TRONC Product features) .................................................................................................................................... 32 Obrázek 12: Parametry TRONC (TRONC Product features) .................................................. 33 Obrázek 13: Geometrie listu klasické turbíny a turbíny Loopwing (Incomparably Quiet, 2010) .................................................................................................................................................. 35 Obrázek 14: Hluk - porovnání Loopwing a ostatních turbín (Incomparably Quiet, 2010) ...... 35 Obrázek 15: Umístění voděodolných loţisek (Practically Efficient, 2010) ............................. 37 Obrázek
16:
Kaze
Kamone,
EGL
(,http://panasonic.net/olympic/behind_the_scenes/2004s_01.html,
Energy,
SANYA http://egl-
energy.com/hybridlight.htm, http://www.azocleantech.com/details.asp?newsID=10473) ...... 40 Obrázek 17: Průměrný roční úhrn globálního slunečního záření (Solární záření v ČR) ......... 42 Obrázek 18: Prostorové rozloţení hustoty výkonu větru [Wm–2] nad územím ČR ve výšce 40 m nad povrchem (Štekl & Hošek, 2005) .................................................................................. 42 Obrázek 19: Průměrná sezónní rychlost větru na podzim [m/s] (Energie větru|Obnovitelné zdroje, 2008)............................................................................................................................. 42 Obrázek 20: Větrný potenciál krajiny (Noskievič & Kaminský, 2003) ................................... 43 Obrázek 21: Podíl ptáků usmrcených větrnou turbínou na vzorku 10 000 ptáků usmrcených lidskou aktivitou (Erickson, 2005) ........................................................................................... 45 Obrázek 22: Hybridní lampy testované na VŠB - TUO Ostrava (Mišák & Prokop, 2010) .... 53
82
Obrázek 23: Porovnání hlučnosti v decibelech (Phillips, 2010) .............................................. 59 Obrázek 24: TRONC vybavená hodinami a zásuvkou pro dobíjení drobné elektroniky (TRONC Product features)....................................................................................................... 62 Obrázek 25: Opravdové bezdrátové připojení, jak je vidí společnost LGE Energy (Wind-solar hybrid, 2010) ............................................................................................................................ 62 Obrázek 26: Instalace hybridních lamp Kaze Kamone na Expu 2005 v Japonsku (Wind energy conversion in the built environment, 2005) ............................................................................. 68 Obrázek 27: Beaufortova stupnice síly větru (Katedra obecné fyziky Západočeské univerzity v Plzni, 1996) ........................................................................................................................... 71 Obrázek 28: Turbína s vertikální osou Quiet Revolution 5 (Harper, 2006) ............................. 73 Obrázek 29: Instalace solárních stromů ve Vídni (Justin, 2007) ............................................. 73 Obrázek 30: Další typy diodových lamp (Tureček, 2009) ....................................................... 74 Obrázek 31: Instalace TRONC v Japonsku I. (TRONC Product features) .............................. 75 Obrázek 32: Instalace TRONC v Japonsku II. (TRONC Product features) ............................. 76 Obrázek 33: Popis produktu TRONC japonsky (Loopwing) .................................................. 77 Obrázek 34: Další produkty Loopwing (Loopwing) ................................................................ 77 Obrázek 35: 3 modifikace lampy EGL Energy (http://egl-energy.com/hybridlight.htm) ........ 78
Seznam tabulek a grafů Tabulka 1: Přehled větrných rotorů (Katedra obecné fyziky Západočeské univerzity v Plzni, 1996)......................................................................................................................................... 20 Tabulka 2: Klady a zápory elektráren s horizontální a vertikální osou otáčení (Vše o větrných elektrárnách, 2010) ................................................................................................................... 21 Tabulka 3: Roční výkon a sníţení emisí CO2 u větrné (A) a fotovoltaické (B) energie (Arakaki, 2010) ........................................................................................................................ 33 Tabulka 4: Délka noci a spotřeba na 2 světla TRONC v Praze pro jednotlivá roční období (Kusala, 2008) .......................................................................................................................... 50 Tabulka 5: Ocenění elektřiny vyrobené hybridní lampou (Suttr, 2010) .................................. 51 Tabulka 6: Výpočet prosté doby návratnosti ( (Svaz podnikatelů pro vyuţití energetických zdrojů)) ..................................................................................................................................... 52 Tabulka 7: Náklady na materiál pro systém s horizontální (vlevo) a vertikální (vpravo) osou otáčení ...................................................................................................................................... 54 83
Tabulka 8: Porovnání větrných turbín vybraných typů (Arakaki, 2010) ................................. 60 Tabulka
9:
dle
Lampa-názvosloví
ČSN
EN
40
(http://www.osstoplus.cz/vl_obloukove_prehled.asp) ............................................................. 72 Tabulka 10: VŠB-TUO: parametry větrné elektrárny s horizontální osou otáčení (Mišák & Prokop, 2010) ........................................................................................................................... 79 Tabulka 11: VŠB-TUO: parametry větrné elektrárny s vertikální osou otáčení (Mišák & Prokop, 2010) ........................................................................................................................... 79 Tabulka 12: ČSN normy o osvětlení pozemních komunikací (Česká společnost pro osvětlování , 2009) ................................................................................................................... 80 Graf 1: Délka dne během roku v Praze (Thorsen, 2010).......................................................... 49 Graf 2: VŠB-TUO, testování d=200, n=20 (Mišák & Prokop, 2010) ...................................... 55 Graf 3: VŠB-TUO, testování d=300, n=30 (Mišák & Prokop, 2010) ...................................... 56 Graf 4: VŠB-TUO, testování d=450, n=30 (Mišák & Prokop, 2010) ...................................... 56 Graf 5: Porovnání efektivnosti větrných turbín různého typu (Practically Efficient, 2010) .... 61 Graf 6: Vývoj světelných zdrojů (zjednodušený) (Skála, 2010) .............................................. 71
8 Pouţité zdroje [1] (2010).
Získáno
9.
listopad
2010,
z
Renewable
Energy
World:
http://www.renewableenergyworld-events.com/index.html [2] (2010). Získáno 4. prosinec 2010, z Vše o větrných elektrárnách: http://www.vetrneelektrarny.com/ [3] Ansner, M. (listopad 2010). Hamburg - Europe's Green Capital 2011. Londýn, Velká Británie. [4] Arakaki, A. (2010, říjen 20). Loopwing. (M. Malafová, Interviewer) [5] Bechník, B. (9. březen 2009). Historie a perspektivy OZE - fotovoltaika, technologie krystalického křemíku. Získáno 10. prosinec 2010, z tzb: http://energie.tzbinfo.cz/fotovoltaika/5470-historie-a-perspektivy-oze-fotovoltaika-technologiekrystalickeho-kremiku [6] Bechník, B. (19. leden 2009). Historie a perspektivy OZE. Získáno 2. prosinec 2010, z tzbinfo:
http://energie.tzb-info.cz/energeticka-politika/5348-historie-a-perspektivy-
oze-uvod 84
[7] Beranovský, Jiří; Kašparová, Monika; Macho, František. (2007). Centrum pro obnovitelné zdroje a úspory energie. Získáno 3. listopad 2010, z EkoWatt: http://www.ekowatt.cz/cz/informace/obnovitelne-zdroje-energie/energie-vetru [8] Berg, D. E., & Brinkema, C. (2009. únor 2010). Proč má vrtule větrné elektrárny tři úzké listy... Scientific American české vydání , str. 104. [9] Bursík, R. M. (12. květen 2006). Ekologická daňová reforma sníţí náklady práce (II). (R. J. Plamínková, Tazatel) [10]
Bystřický, V., & Kaňka, J. (1997). Osvětlení. Praha: vydavatelství ČVUT.
[11]
Cetkovský, S., Frantál, B., & Štekl, J. (2010). Větrná energie v České republice
- hodnocení prostorových vztahů, enviromentálních aspektů a socioekonomických souvislostí. Brno: Ústav geoniky Akademie věd ČR, v.v.i. [12]
Česká agentura pro obnovitelné zdroje energie. (2009). Fotovoltaika pro
každého. Získáno 10. prosinec 2010, z Česká agentura pro obnovitelné zdroje energie: http://www.czrea.org/cs/druhy-oze/fotovoltaika [13]
Česká společnost pro osvětlování . (2009). Metodické pokyny pro osvětlování
přechodů pro chodce na pozemních komunikacích. Získáno 13. prosinec 2010, z Sdruţení
obcí
libereckého
kraje:
http://www.solk.cz/prezentace/seminar_18_5_2009/osvetlovani_prechodu.pdf [14]
doc. Ing. Mišák Ph.D., S. (15. květen 2010). Napájení venkovního osvětlení z
hybridních obnovitelných zdrojů. Získáno 19. listopad 2010, z Stanislav Mišák: http://www.stanislavmisak.com/index.php?option=com_content&view=article&id=102:napajenivenkovniho-osvtleni-z-hybridnich-obnovitelnych-zdroj&catid=46:uvodni&Itemid=1 [15]
Energie větru|Obnovitelné zdroje. (2008). Získáno 3. listopad 2010, z
Energetický
poradce
PRE:
http://www.energetickyporadce.cz/obnovitelne-
zdroje/energie-vetru.html [16]
EnviWeb. (15. listopad 2009). Větrné elektrárny. Získáno 11. prosinec 2010, z
EnviWeb:
Komplexní
sluţby
v
oblasti
ekologie:
http://www.enviweb.cz/clanek/energie/79312/vetrne-elektrarny [17]
Erickson, W. P. (2005). A Summary and Comparison of Bird Mortality from
Anthropogenic Causes with an Emphasis on Collisions. Získáno 2010. listopad 20, z USDA
Forest
Service
Gen.
Tech.
Report:
http://www.fs.fed.us/psw/publications/documents/psw_gtr191/psw_gtr191_10291042_erickson.pdf 85
[18]
Fiedler, J. (2008). Obnovitelné zdroje energie v České republice. Brno:
Energetický ústav, FSI VUT v Brně. [19]
Fotovoltaické elektrárny s přímou dodávkou do sítě. (2010). Získáno 10.
prosinec
2010,
z
Konex
solární
-
panely:
http://www.solarobchod.cz/cz/reseni/fotovoltaika/ [20]
Fotovoltaika. (nedatováno). Získáno 10. prosinec 2010, z Fotovoltaika - hit
současnosti:
http://www.nemakej.cz/fotovoltaicky-jev-a-idealni-podminky-pro-
solarni-elektrarny.php [21]
Green, H. (22. červen 2007). New Shape-Shifting Personal Wind Turbine.
Získáno
4.
prosinec
2010,
z
EcoGeek.org
Brains
for
the
earth:
http://ecogeek.org/wind-power/740 [22]
Harper, G. D. (8. září 2006). Vertical Axis, Urban Wind Turbine. Získáno 4.
prosinec
2010,
z
EcoGeek.org
brains
for
the
earth:
http://www.ecogeek.org/content/view/219/ [23]
Hlavní výhody turbín VAWT. (2010). Získáno 4. prosinec 2010, z IMPEL
specializovaný dovozce a distributor větrných turbín s vertikální osou otáčení : http://www.impel.cz/vetrne_elektrarny/ [24]
Horčík, J. (11. září 2009). Alternativní alternativy. Získáno 4. prosinec 2010, z
VTM - časopis o vědě a technice: http://vtm.zive.cz/clanek/alternativni-alternativy [25]
Horčík, J. (19. srpen 2009). Malé větrné turbíny ve tvaru květin? Získáno 29.
listopad 2010, z Ekologické bydlení: http://www.ekobydleni.eu/vetrna-energie/malevetrne-turbiny-ve-tvaru-kvetin [26]
Hugin. (23. únor 2010). Bourse en ligne, actualité des cours et bourse en ligne.
Získáno
14.
listopad
2010,
z
TF1
News:
http://bourse.lci.fr/bourse-en-
ligne.hts?urlAction=bourse-enligne.hts&idnews=HUG100223_00163434&numligne=0&date=100223 [27]
Incomparably Quiet. (2010). Získáno 20. listopad 2010, z Loopwing:
http://www.loopwing.co.jp/en/01wind/01silence.html [28]
Jak funguje solární článek. (nedatováno). Získáno 9. prosinec 2010, z Ray.on:
http://ray-on.cz/solarni-energie/jak-funguje-solarni-clanek/ [29]
Jakubes, J., Pikálek, J., & Prouza, L. (říjen 2006). Příručka - obnovitelné zdroje
energie. Praha, Česká republika: Hospodářská komora České republiky. [30]
Jiráska, A. (2004, revize 2009). Hluk větrných elektráren. Zdravotní ústav se
sídlem v Pardubicích, pracoviště Ústí nad Orlicí, Česká republika. 86
[31]
Justin. (23. prosinec 2007). Solar trees may light up Europe. Získáno 28.
listopad 2010, z Metaefficient: The Guide To Highly Efficient Things: http://www.metaefficient.com/leds/solar-trees-may-light-up-europe.html#more-1037 [32]
Katedra obecné fyziky Západočeské univerzity v Plzni. (1996). Získáno 29.
listopad 2010, z Školská fyzika - Větrná energie: http://sf.zcu.cz/rocnik07/cislomm/14def.html [33]
Košturiak, J. (2008). Inovace - Vaše konkurenční výhoda. Brno: Computer
Press. [34]
Kusala, J. (19. leden 2008). Délka dne během roku v Praze. Získáno 29.
listopad 2010, z Metodický portál - Rámcové vzdělávací programy ve školách: clanky.rvp.cz/wp-content/upload/.../delka_dne_behem_roku_v_praze.xls [35]
Loopwing.
(nedatováno).
Získáno
20.
listopad
2010,
z
TRONC:
listopad
2010,
z
Tamiya:
http://www.loopwing.co.jp/downloads/troncpole.pdf [36]
Loopwing.
(nedatováno).
Získáno
20.
http://www.tamiya.com/japan/products/75021loopwing/index.htm [37]
Maixner, T., & Skála, J. (2009). Svetlo-Light 2009. Jasná: Společnost pro
rozvoj veřejného osvětlení. [38]
Mišák, S., & Prokop, L. (2010). Technical - Economic Analysis of Hybrid Off-
Grid Power System. Ostrava: Vysoká škola báňská Ostrava. [39]
Moderní větrné turbíny. (2010). Získáno 4. prosinec 2010, z Ekoblog.cz:
http://ekoblog.cz/?q=napsali_za_nas&page=4&op0=NOR&filter0[0]=napsali_za_nas [40]
Mokyr, J. (1992). The Lever of Riches: Technological Creativity and
Economic Progress. V J. Mokyr, The Lever of Riches: Technological Creativity and Economic Progress (str. 368). New York: Oxford University Press, USA. [41]
National Capital Planning Commission. (2008). Greening the World´s Capital
Cities. Greening the World´s Capital Cities. Washington D.C.: National Capital Planning Commission. [42]
New wind turbine spins success for winning student. (14. červen 2007).
Získáno
4.
prosinec
2010,
z
BSI
-
The
British
Standards
Institution:
http://www.bsigroup.com/en/About-BSI/News-Room/BSI-NewsContent/Disciplines/Sustainability/Wind-turbine/ [43] České
Noskievič, P., & Kaminský, J. (2003). Reálné možnosti obnovitelných zdrojů v republice.
Získáno
15.
prosinec
2010,
z
Krajina
pod
lázkem:
http://www.krajinapodlazkem.unas.cz/dokumenty/vsb.pdf 87
[44]
Nováková, J., Jenerálová, K., & Urbanová, J. (20. listopad 2010). Zpravodaj
pro průvodce Prahou. Praha, Česká republika. [45]
Novotný, P. P. (22. září 2010). Nejvyšší nájmy na světě jsou na Páté Avenue.
Ani Praha se neztratila. Praha, Česká republika. [46]
obchodu, M. p. (2010). Aktualizace státní energetické koncepce České
republiky. Praha: Ministerstvo průmyslu a obchodu. [47]
Oppelt, R. (1. listopad 2010). Plynové lampy vracejí Prahu do romantické doby
Franze Kafky. Získáno 18. listopad 2010, z Mladá fronta Sedmička.cz: http://www.sedmicka.cz/praha/clanek?id=232862 [48]
Phillips, K. (27. květen 2010). Biggest Misconceptions about Sustainability.
Získáno 20. listopad 2010, z SSOE: http://blog.ssoe.com/sustainability/biggestmisconceptions-about-sustainability/ [49]
Pieniążek, S. (nedatováno). Modernizace pouličního osvětlení. Získáno 20.
listopad 2010, z Posvítíme.cz: http://www.posvitime.cz/modernizace-poulicnihoosvetleni [50]
Practically Efficient. (2010). Získáno 20. listopad 2010, z Loopwing:
http://www.loopwing.co.jp/en/01wind/01efficiency.html [51]
Princip funkce fotovoltaického článku. (nedatováno). Získáno 9. prosinec 2010,
z Konex: http://www.solarobchod.cz/cz/reseni/fotovoltaika/ [52]
Reuters, M. B. (1. duben 2010). Two wind turbines join the Paris skyline.
Paříţ, Francie. [53]
Ryšavý, I. (22. září 2010). Město, kde veřejné osvětlení stavějí na evropský
standard.
Získáno
13.
prosinec
2010,
z
EnviWeb:
http://www.enviweb.cz/clanek/svit/83507/mesto-kde-verejne-osvetleni-staveji-naevropsky-standard [54]
Skála, J. (24. listopad 2010). společnost Eltodo - poskytovatel veřejného
osvětlení v Praze. (M. Malafová, Tazatel) [55]
Slunce a jeho energie. (27. duben 2004). Získáno 9. prosinec 2010, z tzb info:
http://www.tzb-info.cz/1948-slunce-a-jeho-energie [56]
Solární záření v ČR. (nedatováno). Získáno 9. prosinec 2010, z SolarHit Heat
Pipe System: http://www.solarhit.cz/index.asp?menu=775 [57]
Suttr, D. (10. prosince 2010). Ceny elektřiny. (M. Malafová, Tazatel)
88
[58]
Svaz podnikatelů pro vyuţití energetických zdrojů. (nedatováno). Ekonomika
OZE. Získáno 29. listopad 2010, z Svaz podnikatelů pro vyuţití energetických zdrojů: http://www.spvez.cz/pages/ekonomika-oze.htm [59]
Štekl, J., & Hošek, J. (červen 2005). Vesmír 84. Získáno 3. listopad 2010, z
Vítr, obnovitelná energie; Větrný potenciál České republiky a moţnosti jeho vyuţití: http://www.vesmir.cz/files/file/fid/3681/aid/6340 [60]
Thorsen, S. (2010). Find sunrise and sunset for a location. Získáno 29. listopad
2010, z Timeanddate.com: http://www.timeanddate.com/worldclock/sunrise.html [61]
Tomášek, R. (26. červenec 2007). Výroba elektrické energie - Turbíny v
elektrárnách.
Získáno
11.
prosinec
2010,
z
DDWorld.cz:
http://www.ddworld.cz/clanky/clanky/vyroba-el.energie-turbiny-v-elektrarnach.html [62]
TRONC Product features. (nedatováno). Získáno 9. listopad 2010, z Loopwing
: http://www.loopwing.co.jp/en/01wind/02tronc.html [63]
Tureček, I. (22. leden 2009). Diodové pouliční lampy. Získáno 28. listopad
2010,
z
OSEL:
Objective
Source
E-Learning:
http://www.osel.cz/index.php?obsah=6&clanek=4197 [64]
Veber, J. (2000). Management : základy, prosperita, globalizace. Praha:
Management Press. [65]
Vojáček, A. (26. říjen 2006). Větrné elektrárny - mikro, malé i velké - princip,
provedení,
regulace.
Získáno
11.
prosinec
2010,
z
automatizace.hw.cz:
http://automatizace.hw.cz/clanek/2006102901 [66]
VSolar. (2008). Teorie solární techniky. Získáno 9. prosinec 2010, z VSolar:
http://www.vsolar.cz/?page=produkty/solarni-systemy/teorie-solarni-techniky [67]
Wind energy conversion in the built environment. (14. December 2005).
Získáno 9. listopad 2010, z The California Wind Energy Collaborative: http://cwec.ucdavis.edu/forum2005/proceedings/presentations/van%20Bussel%20%20CWEC%20Forum%202005.pdf [68]
Wind-solar hybrid. (2010). Získáno 20. listopad 2010, z LGE Energy: LGE
Energy [69]
Zelený bonus - FVE Legislativa a financování. (2010). Novela zákona o
podpoře OZE schválena v senátu. Získáno 13. prosinec 2010, z Zelený bonus - FVE Legislativa a financování: http://www.zeleny-bonus.eu/aktuality/novela-zakona-opodpore-oze-schvalena-v-senatu.html
89
[70]
Ţák, I. P., & Habel, P. I. (20. říjen 2010). Schůzka na Fakultě elektrotechnické
ČVUT. (M. Malafová, Tazatel) [71]
Ţelezný, V. (nedatováno). Větrné elektrárny - mnoho otazníků. Získáno 4.
prosinec
2010,
z
Český
svaz
vědeckotechnických
společností:
http://www.csvts.cz/cns/news/031210v.pdf
90
