Obnovitelné zdroje: Historie a využití

Přesto je využíváme jen velmi málo a jsme závislí na energiích, jejichž výroba značně zatěžuje životní prostředí, a zdroje surovin pomalu, ale jistě docházejí. Obnovitelně, z pohledu lidského života nevyčerpatelně, lze využívat energie vody a větru, slunečního záření, geotermální energie, energie získávané pomocí tepelných čerpadel a z biomasy.

Požadavek na maximální využívání alternativních zdrojů je i jedním z klíčových bodů energetické politiky Evropské unie. Podle výsledků průzkumu provedeného statistickým úřadem EU Eurostat považuje zvyšování podílu alternativních zdrojů energie na bilanci spotřeby energie za jeden z prioritních úkolů svých vlád 90 % občanů členských zemí.

Obnovitelné zdroje energie (OZE) mají velmi důležitou roli ve zmenšování emisí kysličníku uhličitého (CO2) do atmosféry. Očekává se, že ve středním až dlouhém horizontu se obnovitelné zdroje energie stanou ekonomicky konkurenční zdrojům konvenčním.

Hlavní brzdou masovějšího rozšiřování využití OZE jsou momentálně investiční náklady, které tyto zdroje ekonomicky znevýhodňují. Evropská unie však zavádí řadu opatření na podporu soukromých investic.

Energie vody

Voda je v přírodě nositelem energie mechanické, tepelné a chemické. Z hlediska technického využití je nejvýhodnější mechanická energie vody, neboť je neustále obnovována přírodním koloběhem podpořeným energií slunečního záření.

Čtěte také: Kompostování krok za krokem

Vodní energie je využívána celá staletí. Vodní mlýny, pily a hamry se před I. světovou válkou postupně přeměňovaly v tisíce malých vodních elektráren (MVE). Vodní energie se dá velmi dobře a účinně přeměnit na žádanou elektřinu. Energii vody je možno získat využitím jejího proudění (energie pohybová, kinetická), tlaku (energie tlaková, potenciální) nebo obou těchto energií současně.

Kinetickou energii lze u nás získávat z vodních toků, přičemž její velikost je dána rychlostí proudění, a tedy spádem toku. Původně využívaná vodní kola nahradila turbíny typu Bánki a Pelton. Energie potenciální závisí na výškovém rozdílu hladin, neboť využívá jejich gravitační síly.

Výstavba hrází velkých vodních elektráren, zatopení rozsáhlých oblastí i změny vodního režimu představují výrazný zásah do životního prostředí a jejich potenciál na území ČR je už téměř vyčerpán. Naproti tomu míst vhodných k výstavbě MVE je stále dost a doposud nejsou využity ani veškeré zbytky bývalých vodních děl, především náhony, odtokové kanály a jezy, které mohou výrazně snížit náklady na výstavbu. S pomocí moderních mikroturbín je možné využít i toky s velmi malým energetickým potenciálem či dokonce vodovodních řadů. Naopak výkon původních MVE lze zvyšovat instalací účinnějších turbín. Vždyť některé současné už pracují i 100 let.

MVE jsou rozptýleny po celé republice, a díky tomu energii není potřeba přenášet na dlouhé vzdálenosti a nedochází tak ke zbytečně velkým ztrátám v rozvodech. Nehrozí ani narušení chodu přenosové soustavy v důsledku výpadku tak, jako je tomu u velkého centrálního zdroje.

Energie větru

Také historie využití energie větru má hluboké kořeny, i když možnosti jejího využití na území ČR nelze srovnávat s přímořskými státy. Převaha větrů s nižší rychlostí a jejich malá četnost a pravidelnost vyžaduje důkladný průzkum a rozbor větrných podmínek.

Čtěte také: Akce a sportoviště

Také ve větrné energii se odráží energie sluneční, protože vzniká nerovnoměrným ohřevem zemského povrchu prostřednictvím slunečního záření. Mezi oblastmi s různou teplotou vzduchu vznikají tlakové rozdíly a ty se vyrovnávají prouděním, tedy větry.

Potenciál větrné energie v ČR se odhaduje na 4 000 GWh ročně. To je asi 4 % naší celkové spotřeby elektřiny.

Energie větru je závislá na jeho rychlosti, ale poblíž zemského povrchu je proudění vzduchu ovlivňováno členitostí terénu. Vítr je zpomalován terénními překážkami a členitostí povrchu, ale s rostoucí výškou jeho rychlost logaritmicky stoupá. Proudění je turbulentní a jeho rychlost a směr tedy kolísá. Příhodné lokality ČR se nacházejí převážně v oblastech s nadmořskou výškou nad 500 m.

Větrná energie se dnes využívá především pro výrobu elektřiny. Největším typem zařízení jsou elektrárny s vodorovnou osou otáčení, pracující na vztlakovém principu, kde vítr obtéká lopatky. Velká zařízení dodávají elektřinu do sítě, malá mohou sloužit i pro zásobování odlehlých objektů nepřipojených k síti. Jedná se o autonomní systémy využívající zejména mikroelektrárny s výkonem od 0,1 do 5 kW. Na ty pak bývá napojen rozvod stejnosměrného proudu s nízkým napětím 12 nebo 24 V, případně střídač zajišťující dodávku střídavého napětí 230 V. Pro překlenutí období bezvětří bývají autonomní systémy doplněny fotovoltaickými články.

Energie slunce

Využití sluneční energie spočívá v jeho přeměně na energii tepelnou, především pro vytápění domů a ohřev vody, chemickou, při pěstování řasových kultur nebo rozkladu vody, a elektrickou. Pokud bychom byli schopni plně využít energii slunce dopadající na zemský povrch, postačilo by využití 350 km2 k pokrytí spotřeby primárních zdrojů energie v ČR.

Čtěte také: Odpad a česká legislativa

Pasivní systémy vytápění využívají přímého dopadu slunečního záření do interiéru a systém cirkulací zajistí distribuci teplého vzduchu z prosluněných míst do zbylých částí domu. Důležitá je také možnost krátkodobé akumulace přebytků tepla a dobrá regulace proti přehřátí. Z těchto důvodů je možné efektivní pasivní řešení aplikovat téměř výhradně u speciálně projektovaných novostaveb.

Proti tomu aktivní systémy je možné dodatečně instalovat na původní objekty a využívají se k ohřevu vody a pro teplovodní či teplovzdušné vytápění. Energii je možné i dlouhodoběji akumulovat v zásobnících. Účinnost kolektorů závisí zejména na rozdílu teplot absorbéru (resp. teplonosné kapaliny) a okolního vzduchu. S vyššími nároky na teplotu tedy klesá účinnost. U vakuových kolektorů, kde je absorbér účinně izolován vakuem, se účinnost mění jen málo, takže uspokojivě pracují i v mrazivých dnech. Naopak u jednoduchých plochých kolektorů účinnost klesá s rozdílem teplot velmi prudce, takže je téměř nemožné ohřívat v nich vodu v zimě na více než 80 °C.

K přeměně sluneční energie na elektrickou jsou využívány především fotovoltaické panely založené na polovodičových prvcích s přímou přeměnou. Jejich účinnost se podle provedení pohybuje od 10 % pro provedení s amorfním siliciumem, po 40,7 % dosazených Spektrolabem, dceřinou společností Boeningu.

Energie biomasy

Také v biomase je v zásadě uložena energie slunce. Účinnost jejího využití je poměrně malá, z hektaru pole získáme energetickou hmotu na 40 až 90 MWh, tedy méně než 1 % pohlceného slunečního záření. Zato ji lze v této formě úspěšně dlouhodobě skladovat. Biomasa je produktem fotosyntézy rostlin. Pro energetické využití jsou vhodné hlavně dřevnatějící a vláknité tkáně. Pro energetické účely se využívá cíleně pěstovaných rostlin nebo odpadů z lesní, potravinářské či zemědělské výroby.

Emise vzniklé spalováním biomasy jsou výrazně nižší než z fosilních paliv: biomasa je tzv. CO2 neutrální (spalováním se uvolní tolik CO2, kolik je spotřebováno pro další růst rostlin); ve dřevě není síra, ve slámě je jí 0,1 %; dusíku je jen 0,1-0,5 %. Pro srovnání hnědé uhlí obsahuje 2 % síry a 1-1,4 % dusíku. Také obsah těžkých kovů v biomase je téměř nulový.

Do skupiny tzv. suché biomasy, kterou lze spalovat přímo, patří dřevo, sláma a další suché zbytky z pěstování zemědělských plodin. Naproti tomu k mokré biomase řadíme tekuté odpady, tedy odpady ze živočišné výroby (např. kejdu) a tekuté komunální odpady. Protože ji nelze spalovat přímo, zpracovává se především pomocí bioplynových technologií.

Speciální biomasou jsou olejniny, škrobové a cukernaté plodiny a z nich se vyrábí bionafta nebo líh.

Energie Země

Obnovitelnou energií vycházející ze zdrojů Země jsou především geotermální elektrárny. Ty na některých místech dosahují teplotního spádu přes 55 °C na kilometr hloubky. Geotermální elektrárny se staví zejména ve vulkanicky aktivních oblastech, kde využívají k pohonu turbín horkou páru stoupající pod tlakem z gejzírů a horkých pramenů, nebo teplonosné médium, které se vtlačuje do vrtů, v hloubi země ohřívá a ohřáté vyvádí na povrch.

Geotermální elektrárny nepotřebují palivo, výstavba geotermální elektrárny je až pětkrát dražší než výstavba jaderné elektrárny.

Budoucnost obnovitelných zdrojů

Od začátku vývoje lidského druhu až do doby nedávné byly využívány výhradně obnovitelné zdroje energie, jiné ani nebyly k dispozici. Teprve v posledních několika staletích se postupně prosazovaly zdroje, které dnes považujeme za konvenční: uhlí, ropa, a naposledy uran. Vezmeme-li v úvahu, že písemná historie lidstva sahá 6000 let do minulosti, je toto poslední období zanedbatelné a je příliš brzy soudit, jestli je ziskem nebo ztrátou.

Z tohoto pohledu je celkem lhostejné, jestli konvenční zdroje dojdou za 20, 50, 100 nebo třeba 1000 let. Může samozřejmě mnohem dříve nastat konec světa z vnějších příčin nebo se lidstvo může zlikvidovat v globální válce, pokud však má civilizace pokračovat, nastane s vysokou pravděpodobností situace, že obnovitelné zdroje budou opět dominovat.

Z hlediska bezpečnosti dodávek energie je významné, že OZE jsou vesměs dostupné v místě použití. Pokud bude pokračovat současný trend růstu cen konvenčních energií a poklesu cen OZE, pak ani nemusíme řešit otázku životnosti zásob konvenčních energií, obnovitelné zdroje se prosadí ekonomickou cestou.

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 životního komfortu.

Do roku 2020 se předpokládalo využití zhruba 50 % teoretického potenciálu OZE. Dominantním zdrojem byla i nadále biomasa. Pro výrobu elektřiny však bude využit jen malý podíl, většina bude tak jako dosud využívána k výrobě tepla.

Současná praxe spoluspalování biomasy ve velkých elektrárnách je sporná, z hlediska využití primárního zdroje je vhodnější kogenerační výroba elektřiny a tepla. Energetický potenciál vodních elektráren je v podstatě vyčerpán. Elektrárny v nevyužívaných lokalitách mohou přidat nejvýš 10 % k současné produkci. Další mírný nárůst mohou přinést rekonstrukce stávajících elektráren.

U větrných elektráren se předpokládá, že do roku 2020 by produkce elektřiny mohla dosáhnout úrovně vodních elektráren a pak by dále rostla na více než dvojnásobek. Ještě rychlejší růst je očekáván u fotovoltaiky, přesto v roce 2020 bude její podíl na výrobě elektřiny asi poloviční ve srovnání s větrem.

Obnovitelné zdroje, s výjimkou biomasy, mají ve srovnání s konvenčními zdroji nízké provozní náklady - "palivo" je zdarma. Rovněž emise při výrobě elektřiny jsou téměř nulové. Naopak investiční náročnost OZE a emise při jejich výrobě mohou být vyšší.

Pro porovnání různých zdrojů energie je třeba vyhodnotit celý životní cyklus elektrárny. Analýza životního cyklu (LCA) vyhodnocuje všechny fáze životního cyklu produktu takzvaně "od kolébky do hrobu". Hodnocení zdrojů energie zahrnuje těžbu a zpracování surovin, případně paliva, jejich dopravu, výrobu polotovarů a konečných výrobků, výrobu a distribuci energie a likvidaci nebo recyklaci na konci životnosti včetně nakládání s odpady.

Ve všech uvedených fázích je možno kromě finančních nákladů sledovat spotřebu nebo produkci energie - indikátory EROEI (někdy též EPR) nebo EPBT, jejichž význam je vysvětlen dále. Finanční analýzy, zejména pokud jsou zaměřeny na vzdálenější časové horizonty, narážejí na problém, jak určit budoucí hodnotu investice (financí, peněz). Změna diskontní sazby může výrazně změnit hodnocení investice.

Energetické hodnocení má z tohoto pohledu jednoznačnou výhodu ve skutečnosti, že 1 kWh v současnosti se rovná přesně 1 kWh v libovolně vzdálené budoucnosti bez ohledu na cenu, která v uvedeném období může výrazně kolísat.

EROEI (Energy Returned On Energy Invested) je poměr energie získané z určitého zdroje a energie potřebné na získání tohoto zdroje (například paliva nebo elektrárny). Používají se i označení ERoEI, EROI (Energy Return On Investment). Stejný význam má EPR (Energy Payback Ratio).

Pokud průměrný EROEI v dlouhodobém horizontu klesá, cena energie musí růst, jinak nezbývají prostředky pro obnovu investic. Pro fungování vyspělé společnosti je nutno, aby tento poměr byl nejméně 10 nebo radši více. U všech konvenčních paliv EROEI s časem klesá, protože snadno dostupné zásoby jsou vyčerpány a energetická náročnost těžby postupně roste.

V současnosti je EROEI kolem hodnoty 10 jak u ropy tak u uhlí, ale například u ropných písků jen 1,5 až 3. Naproti tomu vodní elektrárny se pohybují v rozsahu 40 až 200 i více a větrné v českých podmínkách kolem 20. Fotovoltaika dosahuje v ČR hodnoty EROEI kolem 10, ale na rozdíl od konvenčních zdrojů se rychle zlepšuje.

Z energetického hlediska je tedy rozumnější investovat energii do rozvoje OZE než do konvenčních zdrojů, protože v budoucnu lze očekávat další pokles EROEI konvenčních paliv. Nejvýhodnější je však investovat do úspor energie a zvyšování efektivnosti. Řada úsporných opatření má záporné náklady, kromě úspory energie přinášejí vedlejší zisky.

EPBT (Energy PayBack Time) - energetická návratnost - je doba, za kterou elektrárna vyrobí tolik energie, kolik bylo vloženo do její výroby. Ve všech případech se porovnává spotřeba energie v současnosti s produkcí energie v budoucnosti.

Pro hodnocení environmentálních dopadů je vypracováno několik metod. V současnosti nejpoužívanější je metoda CML, která sdružuje různé dopady do několika kategorií - nároky na nerostné zdroje, potenciál globálního oteplování (emise skleníkových plynů), poškozování ozonové vrstvy, toxicita pro lidi, vodu a půdu, fotochemická oxidace, acidifikace (oxidy síry a dusíku) a eutrofizace.

Environmentální dopady jsou u všech OZE řádově nižší než při spalování fosilních paliv. Nároky na nerostné zdroje - u některých materiálů může být dostupnost surovin limitující v případě výraznějšího růstu objemu produkce. Jedná se zejména o materiály s obsahem vzácných kovů (indium, selen, telur), ale také například stříbra.

Emise CO2, SO2 a NOX - jsou jednak přímé, které souvisí s vlastním výrobním procesem, a jednak nepřímé, svázané s výrobou elektřiny použité ve výrobním procesu. Další emise mohou vznikat při výrobě pomocných materiálů spotřebovaných ve výrobním procesu nebo v aktivním provozu. Podíl nepřímých emisí dosahuje až 80 %. Nepřímé emise závisí za složení energetického mixu, při zvyšování podílu OZE budou postupně klesat.

Emise látek poškozujících ozonovou vrstvu - v tomto ukazateli je jaderná energie až o dva řády horší než obnovitelné zdroje. Obnovitelné zdroje jsou již dnes z hlediska poměru vložené a získané energie srovnatelné s konvenčními zdroji, v řadě případů i lepší. Do budoucna bude situace z pohledu OZE jen lepší. V dohledné době lze postupně očekávat i dosažení konkurenceschopnosti z finančního hlediska.

tags: #obnovitelné #zdroje #historie #využití

Oblíbené příspěvky:

• Věda o ochraně přírody
• Budoucnost třídění odpadu
• Mýty a realita Divokého západu
• Průvodce výběrem odpadkového koše
• Ohrožení kukačky obecné