METODICKÁ PŘÍRUČKA
Alternativní
zdroje
energie
Název projektu:
Multilaterální vzdělávání v oblasti
alternativních zdrojů energie
Registrační číslo:
CZ.1.07/1.3.49/02.0004
www.vzdelavani-meres.cz
METODICKÁ PŘÍRUČKA
Alternativní
zdroje
energie
Název projektu:
Multilaterální vzdělávání v oblasti
alternativních zdrojů energie
Registrační číslo:
CZ.1.07/1.3.49/02.0004
www.vzdelavani-meres.cz
OBSAH
OBSAH
OBSAH
OBSAH
ÚVOD1
SPOTŘEBA ENERGIE A VÝVOJ SPOLEČNOSTI
1
ÚSPORY ENERGIÍ 1
DŮVODY PROČ SE ZAMĚŘIT NA OZE
2
CO JE SKLENÍKOVÝ EFEKT?
3
VLIV ZMĚNY KLIMATU NA ZEMĚDĚLSTVÍ
4
OBLAST VYUŽÍVÁNÍ ALTERNATIVNÍCH ZDROZŮ
ENERGIE V DOPRAVĚ
6
MOŽNOSTI VZDĚLÁNÍ V OBORECH
ZAMĚŘENÝCH NA VYUŽÍVÁNÍ
ALTERNATIVNÍCH ZDROJŮ ENERGIE
NA ÚZEMÍ ČR
10
VYSOKÁ ŠKOLA CHEMICKO-TECHNOLOGICKÁ V PRAZE
10
STUDIJNÍ PROGRAM: TECHNOLOGIE PRO OCHRANU
ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ 10
STUDIJNÍ OBOR: ALTERNATIVNÍ ENERGIE A ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ 10
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
TECHNOLOGICKÉ SYSTÉMY
11
11
PŘÍRODOVĚDECKÉ FAKULTY UNIVERZITY KARLOVY V PRAZE
12
GEOTECHNOLOGIE 12
STUDIJNÍ OBOR: HOSPODAŘENÍ S PŘÍRODNÍMI ZDROJI
12
ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI 12
OBOR: ELEKTROENERGETIKA
12
OBOR: TECHNICKÁ EKOLOGIE
13
OBSAH
OBSAH
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ
OBOR: SILNOPROUDÁ ELEKTROTECHNIKA
A ELEKTROENERGETIKA (SEE)
VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ - TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA
14
14
14
OBOR: PROVOZ ENERGETICKÝCH ZAŘÍZENÍ 14
OBOR: TECHNIKA TVORBY A OCHRANY ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ
15
OBOR: TEPELNĚ ENERGETICKÁ ZAŘÍZENÍ
A PRŮMYSLOVÁ ENERGETIKA 15
OBOR: ALTERNATIVNÍ ENERGIE A TECHNIKA TVORBY PROSTŘEDÍ 15
GEOTERMÁLNÍ ENERGIE
16
POJEM GEOTERMÁLNÍ ENERGIE - DEFINICE
16
HISTORIE VYUŽÍVÁNÍ GEOTERMÁLNÍ ENERGIE.
17
VYUŽITÍ GEOTERMÁLNÍ ENERGIE VE SVĚTĚ
18
LEGISLATIVA 20
TECHNOLOGIE ZÍSKÁVÁNÍ GEOTERMÁLNÍ ENERGIE
23
PROVOZNÍ CHARAKTERISTIKA VÝROBNÍCH ZAŘÍZENÍ
23
HYDROTERMÁLNÍ SYSTÉMY 23
GEOTLAKOVÉ SYSTÉMY
24
MAGMATICKÉ SYSTÉMY
24
SYSTÉMY HORKÝCH SUCHÝCH HORNIN
24
TECHNOLOGIE VYUŽÍVÁNÍ GEOTERMÁLNÍ ENERGIE
NA ÚZEMÍ ČESKÉ REPUBLIKY
25
TEPELNÁ ČERPADLA
25
EKONOMICKÁ CHARAKTERISTIKA VYUŽÍVÁNÍ
GEOTERMÁLNÍ ENERGIE
VÝKUPNÍ CENY A ZELENÉ BONUSY
BUDOUCNOST GEOTERMÁLNÍ ENERGIE OBSAH
25
26
27
OBSAH
BUDOUCNOST SE V PRVÉ ŘADĚ ODVÍJÍ OD VÝHOD A NEVÝHOD,
KTERÉ VÝROBA TAKOVÉTO ENERGIE PŘINÁŠÍ
28
BUDOUCNOST VYUŽITÍ GEOTERMÁLNÍ ENERGIE VERZUS
VĚDA A VÝZKUM
32
SLUNEČNÍ ENERGIE POJEM SLUNEČNÍ ENERGIE - DEFINICE
HISTORIE FOTOVOLTAICKÉ ENERGIE 33
33
34
LEGISLATIVA36
PRÁVNÍ PŘEDPISY SE VZTAHEM K SOLÁRNÍ ENERGETICE 38
ÚČETNÍ A DAŇOVÉ SOUVISLOSTI 38
JAK POSTUPOVAT PŘED ZŘÍZENÍM SOLÁRNÍ ELEKTRÁRNY 40
TECHNOLOGIE ZÍSKÁVÁNÍ SOLÁRNÍ ENERGIE 40
PROVOZNÍ CHARAKTERISTIKA VÝROBNÍCH ZAŘÍZENÍ
40
SOLÁRNÍ KOLEKTORY
40
TIPY SOLÁRNÍCH KOLEKTORŮ:
40
Bazénové solární kolektory 40
Ploché solární kolektory 40
Vakuové solární kolektory 41
FOTOVOLTAICKÉ SOLÁRNÍ SYSTÉMY
41
Fotovoltaický článek 41
Fotovoltaický panel 41
ROZDĚLENÍ FOTOVOLTAICKÝCH SYSTÉMŮ
41
Ostrovní fotovoltaický solární systém
42
Solární systémy zapojené do sítě
42
Sluneční elektrárny
42
Palivové články 43
OBSAH
OBSAH
EKONOMICKÁ CHARAKTERISTIKA VYUŽÍVÁNÍ
SOLÁRNÍ ENERGIE
43
FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ KALKULACI NÁVRATNOSTI INVESTICE
DO FOTOVOLTAICKÉ ELEKTRÁRNY
43
ZELENÉ BONUSY 43
GARANTOVANÁ VÝKUPNÍ CENA
44
BUDOUCNOST VYUŽITÍ SLUNEČNÍHO ZÁŘENÍ VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
POJEM VODNÍ ENERGIE – DEFINICE
HISTORIE VODNÍ ENERGIE
44
49
49
49
LEGISLATIVA54
LEGISLATIVA PROVOZU
54
LEGISLATIVNÍ POSTUP PŘI VÝSTAVBĚ
MALÝCH VODNÍCH ELEKTRÁREN V NOVÉ LOKALITĚ 56
TECHNOLOGIE ZÍSKÁVÁNÍ VODNÍ ENERGIE 62
PROVOZNÍ CHARAKTERISTIKA VÝROBNÍCH ZAŘÍZENÍ
62
ROZDĚLENÍ TURBÍN
62
ROZDĚLENÍ VODNÍCH ELEKTRÁREN
64
EKONOMIKA PROVOZU MALÝCH VODNÍCH ELEKTRÁREN
PŘÍKLAD NÁVRATNOSTI INVESTICE NA MALOU VODNÍ ELEKTRÁRNU BUDOUCNOST VYUŽITÍ VODNÍ ENERGIE
68
69
69
VÝHODY PRO SPOTŘEBITELE A ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ
69
MOŽNÁ RIZIKA A NEVÝHODY
72
VODNÍ ELEKTRÁRNY V ČR 74
SLAPOVÁ SÍLA 75
SLAPOVÉ SÍLY ZPŮSOBENÉ GRAVITAČNÍMI ODCHYLKAMI
OBSAH
76
OBSAH
ENERGIE MOŘÍ A OCEÁNŮ
77
ELEKTRÁRNY PRO VYUŽITÍ MOŘSKÉHO PŘÍBOJE
77
ENERGIE MOŘSKÝCH PROUDŮ
78
PŘÍLIVOVÉ ELEKTRÁRNY
79
ENERGIE BIOMASY
CHARAKTERISTIKA BIOMASY – DEFINICE
81
81
SPECIÁLNÍ BIOMASA
81
ODPADNÍ BIOMASA
82
CÍLENĚ PĚSTOVANÁ BIOMASA
82
RYCHLE ROSTOUCÍ DŘEVINY
83
ENERGETICKÉ BYLINY
83
ENERGETICKÉ VYUŽÍVÁNÍ BIOPLYNU
85
BIOPALIVA V DOPRAVĚ
86
LEGISLATIVA94
TECHNOLOGIE ZÍSKÁVÁNÍ ENERGIE Z BIOMASY
95
PROVOZNÍ CHARAKTERISTIKA VÝROBNÍCH ZAŘÍZENÍ
95
ENERGETICKÉ VYUŽÍVÁNÍ RYCHLE ROSTOUCÍCH DŘEVIN
95
VYUŽÍVÁNÍ BYLIN PRO ENERGETICKÉ ÚČELY
97
SPALOVÁNÍ SUCHÉ BIOMASY
99
SPALOVÁNÍ SE ZPLYŇOVÁNÍM
99
KOTLE NA BIOMASU
100
KOMBINOVANÝ ZDROJ
103
KOTLE NA SLÁMU 103
TECHNOLOGIE ENERGETICKÉHO VYUŽÍVÁNÍ BIOPLYNU
ZAŘÍZENÍ NA VÝROBU BIOPLYNU
OBSAH
105
106
OBSAH
DRUHY ORGANICKÉ HMOTY
107
PROCES METANOGENNÍ FERMENTACE
107
MOŽNOSTI VYUŽITÍ BIOPLYNU
110
EKONOMICKÁ CHARAKTERISTIKA ENERGETICKÉHO VYUŽÍVÁNÍ
BIOMASY111
BUDOUCNOST VYUŽÍVÁNÍ ENERGIE BIOMASY
111
VĚTRNÁ ENERGIE
113
CHARAKTERISTIKA VĚTRNÉ ENERGIE - DEFINICE
113
HISTORIE VĚTRNÉ ENERGETIKY
114
Z HISTORIE VYUŽÍVÁNÍ ENERGIE VĚTRU V ČESKÝCH ZEMÍCH
114
LEGISLATIVA115
TECHNOLOGIE ZÍSKÁVÁNÍ ENERGIE VĚTRU 120
PROVOZNÍ CHARAKTERISTIKA VÝROBNÍCH ZAŘÍZENÍ
120
TECHNICKÉ PODMÍNKY
120
BEAUFORTOVA STUPNICE SÍLY VĚTRU
121
PŘÍRODNÍ PODMÍNKY
123
DALŠÍ OMEZENÍ
123
MALÉ VĚTRNÉ ELEKTRÁRNY 123
DALŠÍ VYUŽITÍ
123
ENERGIE VĚTRU V ČR
125
EKONOMICKÁ CHARAKTERISTIKA VYUŽÍVÁNÍ
ENERGIE VĚTRU
KONKRÉTNÍ OPATŘENÍ TÝKAJÍCÍ SE OZE A ÚSPOR ENERGIÍ,
KTERÁ JSOU SOUČÁSTÍ ČESKÉHO PROTIKRIZOVÉHO PLÁNU
BUDOUCNOST VYUŽÍVÁNÍ VĚTRNÉ ENERGIE
125
126
126
PŘÍLOHY129
OBSAH
OBSAH
PŘEHLEDY JEDNOTEK
129
VÝKLADOVÝ SLOVNÍK ODBORNÝCH POJMŮ
130
PŘEHLED DOPORUČENÉ LITERATURY
(I POUŽITÉ)
131
SEZNAM DOPORUČENÉ LITERATURY 136
UKÁZKA AKTIVITY PRO STUDENTY
NA TÉMA ALTERNATIVNÍ
ZDROJE ENERGIE
Název programu: Nejvíce morální, energie solární!
UKÁZKA AKTIVITY PRO STUDENTY
NA TÉMA ALTERNATIVNÍ
ZDROJE ENERGIE
Název programu: Nejvíce morální, energie solární!
OBSAH
139
139
142
142
ÚVOD
ÚVOD
SPOTŘEBA ENERGIE A VÝVOJ SPOLEČNOSTI
Spotřeba energie na osobu roste po celou historii vývoje lidstva. Současný člověk žijící v průmyslové společnosti spotřebuje 4krát více energie než primitivní zemědělci před 7 000 lety a až 20krát
více energie než lidé, kteří se živili lovem a sběrem. Lidstvo nejprve využívalo vlastních sil a svalů,
později i síly zvířat. Nyní si většinu své práce ulehčujeme stroji, které ovšem musíme vyrobit a pak
je pohánět dalšími zdroji energie. Nerovnoměrný rozvoj společnosti zapříčinil jeden ze současných, často zmiňovaných problémů. Je jím vzájemný poměr spotřeby energie a velikosti populace
související i s emisemi skleníkových plynů a globálním oteplováním. V praxi to znamená, že cca 20
% populace využívá až 80 % všech energetických zdrojů na světě. Nejrozvinutější státy, jako např.
USA, spotřebovávají až 20 % ropy, přičemž počet jejich obyvatel tvoří jen cca 5 % světové populace. Podobné srovnání nám nabízí jiné údaje, které hovoří o tom, že obyvatelé USA spotřebují 20 až
30krát více fosilní energie na osobu než lidé v rozvojových zemích. Další výpočty upozorňují na to,
že nejbohatší miliarda lidí spotřebovává 50 % energie, zatímco ta nejchudší pouhých 5 %. Tato
čísla společně vyvolávají otázky pro řešení ekologické krize a odpovědnosti za život a blahobyt
lidstva jako celku.
S rozvojem společnosti a využíváním nových zdrojů energie souvisí fakt, že s překotným růstem
a povahou ekonomiky a související industrializací průmyslové a zemědělské výroby v minulých
dvou stoletích ubylo lidské práce a většina pracovních příležitostí je v rozvinutém světě soustředěna v sektoru služeb.
ÚSPORY ENERGIÍ
Zhoršuje se stav životního prostředí, ceny energií neustále rostou a neobnovitelné zdroje ubývají.
To jsou nejčastější důvody, které by měly vést obyvatele k zavedení nejrůznějších opatření, která
snižují spotřebu energie. Toho lze dosáhnout zvýšením efektivního využívání energie, ve spojení
se sníženou spotřebou energie a snížením spotřeby fosilních paliv.
Jedním z řešení je zavádění moderních technologií do samotné výroby. Existuje však také spousta
velmi jednoduchých řešení, která může používat každý z nás a nic nestojí. Zásadním předpokladem je šetření všemi zdroji energie bez ohledu na jejich cenu a dostupnost. Šetřit bychom měli
s teplem i elektřinou, které se vyrábějí především z fosilních paliv, ale např. i s vodou a ostatními
zdroji energie. Úspory energie lze dosáhnout prostým snížením naší vlastní spotřeby. Důležité je
např. držet se principů odpovídajících tzv. odpovědnému nakupování, snižovat svou produkci odpadů nebo více využívat obnovitelné zdroje energie. Možností je spousta. Je jen na nás, jakou
z nich si zvolíme.
Přehled možností úspor, tipy a nápady, jak ušetřit naleznete na www.energetickyporadce.cz
U šetření energie se rozeznávají následující přístupy:
•
Snižování energetické náročnosti v podobě zbavení se určitých výhod. Jedná se především
o malé ústupky odpovídající velkým energetickým úsporám.
•Zvýšit účinnost využití použité energie. Prostřednictvím zvýšené efektivity tak může být významně snížena spotřeba. (příklad: tepelná izolace, úsporná žárovka).
1
ÚVOD
•Využívání obnovitelných zdrojů energie není úspora energie v pravém slova smyslu.
Většinou se tímto termínem myslí náhrada fosilních paliv jinými druhy energie. Příklady
využití alternativních energií jsou: solární a větrné elektrárny, zdroje zpracovávající biomasu
na elektrickou nebo tepelnou energii, užití denního světla ve světlovodech namísto
elektrického osvětlení, svalová síla místo motoru, geotermální energie namísto uhlí. Vyšší
efektivity může být dosaženo využitím tepelného čerpadla nebo zemního plynu na topení
místo elektrického přímotopu.
S těmito přístupy je tak možné sledovat jednotlivé reálné možnosti, které se dají aplikovat v každodenním životě.
V současnosti lze najít v klasické domácnosti spoustu oblastí, kde je možné nalézt potenciál k šetření a k následnému snížení výdajů. Prostřednictvím vhodných informací a promyšlených investic
tak lze dosáhnout viditelné úspory energie.
•
•
•
•
Energeticky úsporná zařízení často ušetří více než 50% energie (ve srovnání s průměrným
starým nebo levným zařízením).
Zařízení, která jsou jen v pohotovostním režimu (a to nejen zařízení spotřební elektroniky),
mohou při promyšleném úplném vypínání ušetřit někdy až 1 500 Kč za rok.
Při nošení vhodného, teplejšího oblečení můžeme snížit teplotu na topení a tím snížit náklady
na vytápění.
Rozumně používat teplou vodu. Při zahřání vody na 30°C je potřeba polovina energie oproti
ohřevu na 50 °C.
Z důvodu globálních obav z oteplování se členské státy Evropské unie zavázaly, že sníží do roku
2020 spotřebu z klasických energetických zdrojů o 20 %. V roce 2013 přesto stále přetrvává mnoho překážek k dosažení zmíněných hodnot. Evropský parlament přijal tuto směrnici, která bude
vyžadovat, aby členské země splnily tři cíle do roku 2020: 1/ snížení emisí oxidu uhličitého (CO2)
o 20 %, 2/ zvýšení energetické účinnosti o 20 % a 3/ 20 % energie v Evropské unii musí být z obnovitelných zdrojů.
Obnovitelné zdroje energie mají schopnost se částečně nebo úplně obnovovat. Jsou projevem
přirozených geofyzikálních a kosmických toků energie a řídí je procesy, které nejsou závislé na člověku ani geologické historii naší planety. Mezi obnovitelné zdroje energie řadíme geotermální
energii, energii slunečního záření, energii vody, energii větru a energii biomasy.
ZDROJE:
www.setrimenergii.cz
http://eon.energieplus.cz/uspory-energie
http://cs.wikipedia.org
DŮVODY, PROČ SE ZAMĚŘIT NA OZE
Změna klimatu zvyšuje teplotu země a moří a mění množství srážek, což vede k očekávanému
zvýšení intenzity přírodních katastrof souvisejících s počasím. Změna klimatu může být příčinou
významných hospodářských a sociálních dopadů, přičemž některé regiony a odvětví nejspíše ponesou různé nepříznivé důsledky.
Správným využitím nepotravinářské zemědělské produkce pro energetiku a pochopením významu obnovitelných zdrojů energie zmírňujeme důsledky změny klimatu.
2
ÚVOD
Současné vědecké poznatky dokazují, že vliv člověka produkcí skleníkových plynů ovlivňuje klimatický systém Země. Vzhledem ke složitosti celého systému, včetně všech vzájemných vazeb, je
však zatím nesmírně obtížné podíl člověka na celkové změně klimatu kvantifikovat. Další nárůst
teploty však bude klimatický systém ještě více destabilizovat, což se bude v různých částech planety projevovat odlišně a jednotlivé složky přírodního prostředí na ni budou reagovat rozdílně.
Při posuzování globálních dopadů nárůstu antropogenních emisí skleníkových plynů je třeba si
uvědomit, že snaha snížit koncentrace skleníkových plynu na predindustriální úroveň kolem 280
ppm by znamenala snížení stávajících emisí o více než 50 %. To ale, jak ukazuje dosavadní vývoj
jednání kolem Kjótského protokolu z roku 1997, není zatím příliš realistické.
CO JE SKLENÍKOVÝ EFEKT?
Teplota naší planety je určována rovnováhou mezi energií přicházející od Slunce ve formě krátkovlnného záření a energií vyzařovanou Zemí do okolního vesmíru. Krátkovlnné sluneční záření
prochází zemskou atmosférou a ohřívá zemský povrch. Dlouhovlnné záření zemského povrchu je
z části atmosférou pohlcováno a opětovně vyzařováno. Část energie se tak vrací zpět k zemskému
povrchu, který se společně s nejspodnějšími částmi atmosféry ohřívá. Tento jev je často přirovnáván k funkci skleníku, a proto se označuje jako skleníkový efekt, plyny, které jej způsobují, jsou
nazývány skleníkovými plyny. Pokud by skleníkový efekt neexistoval, teplota zemského povrchu
by byla oproti současnému stavu asi o 33°C nižší a planeta Země by se tak stala pro život, alespoň
v dnešní podobě, zcela nepřijatelnou.
Koncentrace skleníkových plynů jsou však v současnosti vysoko nad predindustriální úrovní (kolem roku 1750) a stále narůstají. Klima je též ovlivňováno aerosolovými částicemi antropogenního
původu, které sluneční energii rozptylují, odrážejí ji zpět do vesmíru a přispívají naopak k ochlazování atmosféry.
Hlavními antropogenními skleníkovými plyny spadajícími pod mezinárodní kontrolu v rámci Kjótského protokolu jsou oxid uhličitý, metan, oxid dusný, fluorované uhlovodíky a fluorid sírový. Koncentrace oxidu uhličitého vzrostla od roku 1750 o 31% na hodnotu 367 ppm v roce 1999 a jde tak
pravděpodobně o nejvyšší hodnotu, které bylo za uplynulých 400 tisíc let dosaženo. Koncentrace
metanu vzrostly za stejné období o 151%, koncentrace oxidu dusného o 17 % a koncentrace troposférického ozónu o 35%. Fluorované uhlovodíky a fluorid sírový jsou látkami novými, které se
kolem roku 1750 vůbec nevyskytovaly.
Řešení změny klimatu si vyžaduje dva druhy reakce, jak je doporučeno v Bílé knize Rady EU. Za prvé
musíme snížit emise skleníkových plynů, tj. podniknout opatření pro zmírnění a za druhé musíme
přijmout aktivity pro přizpůsobení, abychom se vypořádali s nevyhnutelnými dopady. Nicméně
i když se podaří omezit a poté snížit světové emise skleníkových plynů, vyžádá si určitý čas, než
se naše planeta zotaví ze skleníkových plynů, které již jsou v atmosféře. Dopadům změny klimatu
tak budeme čelit nejméně příštích 50 let. Musíme proto přijmout opatření, jež nám pomohou se
přizpůsobit.
Každý z plynů má jinou schopnost klima ovlivňovat a závisí na radiačních vlastnostech, molekulové hmotnosti, obsahu a době setrvání daného plynu v atmosféře. Je vyjadřován tzv. potenciálem globálního ohřevu, definovaným jako radiační účinek daného plynu za určité časové období.
V globálním měřítku je z hlediska antropogenních látek oxid uhličitý odpovědný přibližně za 60 %
3
ÚVOD
celkového ohřevu planety, metan za 20 %, oxid dusný za 6 % a halogenované uhlovodíky za 14 %
jak je uvedeno v IPCC.
Podle měření a pozorování Mezivládního panelu pro změnu klimatu (Intergovernmental Panel on
Climate Change – IPCC) vzrostla průměrná globální teplota ve dvacátém století o 0,6 ºC. Za posledních 140 let bylo sedm z deseti nejteplejších roků zaznamenáno v poslední dekádě 20. století. Ve
20. století byl rovněž pozorován pokles rozsahu téměř všech pevninských ledovců, ve druhé polovině minulého století se i snížil rozsah oceánských ledovců o 10 až 15 % a stále se zvyšuje hladina
oceánů o 1,5 mm ročně, což v průběhu 20. století vedlo k vzestupu hladiny oceánu o 10 až 20 cm.
Srážkové úhrny ve středních a vyšších zeměpisných šířkách na kontinentech severní polokoule se
zvýšily, nárůst byl zaznamenán rovněž na kontinentech v tropických oblastech. K poklesu srážek
došlo v subtropických oblastech severní polokoule. Ve středních a vyšších zeměpisných šířkách se
ve druhé polovině 20. století zvýšila četnost výskytu extrémních srážkových situací.
Modelová simulace dalšího vývoje naznačuje nárůst průměrné teploty ke konci 21. století o dalších 1,4 až 5,8 ºC. Jednalo by se tak o nejvýznamnější nárůst za posledních 10 000 let. Globální
oteplování v takovéto míře s sebou samozřejmě přináší řadu negativních projevů v oblasti životního prostředí a fungování ekosystémů, včetně dopadů na oblasti jako je vodní režim a jeho kvalita,
zemědělství a lesní hospodářství.
VLIV ZMĚNY KLIMATU NA ZEMĚDĚLSTVÍ
V Národním programu na zmírnění dopadu změny klimatu v ČR se uvádí, že odezvy v zemědělství
lze na rozdíl od lesnictví či vodního hospodářství výrazněji ovlivnit skladbou plodin a způsobem
hospodaření. Přesné vymezení dopadu v důsledku krátkého vegetačního období u většiny zemědělských plodin povede k využívání intenzivních technologií, rychlé obměně pěstovaných odrůd
a změně druhové skladby. Současný stav zemědělských půd není s ohledem na charakter a kvalitu ploch příliš příznivý, což je dáno především značným úbytkem půdního humusu. Jeho obsah
v půdě sehrává významnou roli i pro půdní vlhkost, neboť mimo jiné omezuje rychlost prohřívání
a následně i vysychání půdy v letním období. V zimním období nižší tepelná vodivost zmenšuje
hloubku promrznutí půdy.
K pozitivním důsledkům změny klimatu patří prodloužení bezmrazového období o 20 – 30 dnů
a posunutí počátku vegetačního období v nejteplejších oblastech na začátek března a konce až
do závěru října. Vyšší teploty vzduchu prodlouží vegetační období a ovlivní růst a vývoj plodin tak,
že umožní dřívější vzcházení a nástupy dalších fenofází, takže oproti současnému stavu by období
zrání či sklizně mohlo být uspíšeno nejméně o 10 – 14 dnů.
Dalším z příznivých dopadů změny klimatu je zvýšení rychlosti fotosyntézy s nárůstem koncentrací oxidu uhličitého a zvýšení využitelnosti vody v půdě. Vyšší tvorba biomasy však bude znamenat
její zvýšenou potřebu, která může i přes zmíněnou lepší využitelnost vést v určitých oblastech
k vyčerpání vodních zásob ještě před koncem vegetačního období. Očekávaný teplotní vzestup
by měl vytvořit dostatečné teplotní zajištění pro pěstování teplomilných kultur (např. polorané
odrůdy kukuřice na zrno, rané odrůdy vinné révy).
Existuje však i vážné nebezpečí teplotního stresu spojené s častějším výskytem extrémně vysokých teplot. Při předpokládaném nárůstu výparu, a bez výraznějšího zvýšení atmosférických srážek, mohou být ve větší míře ohroženy suchem podstatné části střední a jižní Moravy, střední
a severozápadní Čechy, dolní a střední Polabí a Povltaví, což by se mohlo negativně promítnout
4
ÚVOD
na výši výnosů v našich nejproduktivnějších zemědělských oblastech. V nejteplejších podmínkách
a na extrémně vlhkých půdách lze předpokládat vznik lokalit nevhodných pro ekonomickou produkci. Výše položené oblasti, kde je zemědělská výroba v současné době limitována nižší teplotou,
by měly při předpokládané změně klimatických podmínek získávat na produktivitě, protože nedostatek srážek se jich nejspíše nedotkne. Na druhé straně lze očekávat zvýšení pravděpodobnosti
výskytu denních úhrnů srážek nad 10 mm, které mohou být erozně nebezpečné a je třeba s nimi
častěji počítat zejména v květnu, červnu a v září. Výměra půdy ohrožené erozí se zvýší minimálně
o 10 %.
Změna klimatu změní i podmínky pro větší rozšíření a plošné působení zemědělských škůdců
a chorob, doposud typických pro teplejší oblasti. Rozhodující bude průběh teploty vzduchu,
na které jsou jednoznačně závislé kritické fáze vývoje chorob, plísní a hmyzu. V případě oteplení
mohou v některých letech v důsledku urychlení nástupu jednotlivých fází nastat příznivé podmínky pro úplné ukončení druhé letní generace plísní a hmyzu. Dále je třeba počítat s rozšířením
výskytu virových chorob a s vyšším výskytem houbovitých chorob např. s plísní bramborovou
nebo chmelovou.
V roce 1990 bylo na území ČR emitováno 190,5 mil. CO (tj. včetně započtení CH4, N O, HFC, PFC
a SF). Zejména v důsledku ekonomické transformace poklesly během následujících čtyř let celkové emise skleníkových plynů přibližně o jednu čtvrtinu.
2
2
Přes pokračující ekonomický růst se s mírným meziročním kolísáním emise skleníkových plynů
udržují stále na této hodnotě. V roce 2001 činil celkový pokles v porovnání s rokem 1990 24,3 %.
Na výsledné hodnotě emisí se nyní podílí 86,1 % CO2, 7,2 % CH4, 5,8 % N2O a skupina látek HFC,
PFC a SF6 jako celek 0,9 %.
Základními národními dokumenty pro zmírnění vlivů na změnu klimatu z hlediska obnovitelných
zdrojů energie byl Národní program hospodárného nakládání s energií a využívání jejích obnovitelných a druhotných zdrojů na roky 2006 – 2009 a Státní program na podporu úspor energie
a využití obnovitelných zdrojů energie. Národní program hospodárného nakládání s energií a využívání jejích obnovitelných a druhotných zdrojů je střednědobým, čtyřletým programovým dokumentem, který zpracovává Ministerstvo průmyslu a obchodu v dohodě s Ministerstvem životního
prostředí podle zákona č. 406/2000 Sb.
Podíl spotřeby OZE na spotřebě primárních energetických zdrojů (dále PEZ) po roce 2000 stagnoval a pohyboval se mírně nad 2 %. V roce 2004 činil 2,9 %. Podíl výroby elektřiny z OZE na spotřebě
elektřiny kolísaly kolem 4 % a tento podíl byl dosažen i v roce 2004. Oba ukazatele využití OZE
ovlivňuje vysoký podíl vodní energie (zejména velkých vodních elektráren), což je velmi závislé
na klimatických podmínkách.
Hrubá výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů se podle MPO v roce 2010 podílela na tuzemské
hrubé spotřebě elektřiny 8,3 %, na hrubé výrobě elektřiny pak 6,9 % (hrubá výroba elektřiny z OZE
dosáhla celkem 5 903 GWh – meziroční nárůst oproti roku 2009 o 26,8 %).
5
ÚVOD
Plnění indikativních ukazatelů Národního programu 2002 – 2005 ve využití OZE
Jednotka
2000
2001
2002
2003
2004
Spotřeba elektřiny
GWh
63 449
65 108
64 961
67 013
68 616
Celkem výroba elektřiny z OZE
GWh
2 481
2 768
3 183
1 878
2 768
Podíl výroby elektřiny z OZE na spotřebě elektřiny
%
3,9
4,3
4,9
2,8
4,0
Spotřeba PEZ
PJ
1 655,8
1 693,1
1 704,9
1 812,8
1 829,2
Spotřeba OZE
PJ
34,0
36,5
33,6
49,3
55,6
Podíl spotřeby OZE na spotřebě PEZ
%
2,1
2,2
2,0
2,7
2,9
Zdroj: statistiky MPO
Celková energie z OZE a její podíl na primárních energetických zdrojích
Obnovitelné zdroje energie
OZE
celkem
v TJ
Podíl
na OZE
v %
Podíl
na PEZ
v %
OZE
celkem
v TJ
2009
Podíl
na OZE
v %
Podíl
na PEZ
v %
2010
Biomasa mimo domácnosti
31 912,2
30,8
1,8
34 322,4
28,8
1,8
Biomasa (domácnosti)
43 488,9
42,0
2,5
48 486,1
40,7
2,6
Vodní elektrárny
8 746,6
8,5
0,5
10 042,1
8,4
0,5
Biologicky rozložitelná část odpadu TKO
2 229,6
2,2
0,1
2 625,7
2,2
0,1
Biologicky rozložitelná část PROa ATP
1 128,1
1,1
0,1
975,1
0,8
0,1
Bioplyn
5 444,2
5,3
0,3
7 392,5
6,2
0,4
Kapalná biopaliva
7 385,7
7,1
0,4
9 807,2
8,2
0,5
Tepelná čerpadla
1 600,0
1,6
0,1
1 775,7
1,5
0,1
230,0
0,2
0,0
366,5
0,3
0,0
1 037,0
1,0
0,1
1 207,8
1,0
0,1
319,7
0,3
0,0
2 216,5
1,9
0,1
103 522,0
100,0
5,8 119 217,6
100,0
6,4
Solární termální kolektory
Větrné elektrárny
Fotovoltaické systémy
Celkem
Zdroj: Zelená zpráva MZe 2011
Vysvětlivky: TKO - tuhý komunální odpad; PRO - průmyslové odpady; ATP - alternativní paliva; PEZ primární energetické
zdroje
Největší podíl na energii z OZE v roce 2010 zaujímala biomasa: 40,7 % biomasa – domácnosti
a 28,8 % biomasa – mimo domácnosti, dohromady se tedy biomasa podílela 69,5 % na celkové
energii z OZE.
OBLAST VYUŽÍVÁNÍ ALTERNATIVNÍCH ZDROZŮ ENERGIE V DOPRAVĚ
Vyšší využití alternativních paliv, včetně užívání biopaliv a jiných obnovitelných pohonných hmot
v dopravě je novou prioritou Národního programu. Význam biopaliv je vyjádřen ve Směrnici
č. 2003/30/ES. Směrnice EU ukládá členským zemím v letech 2005 a 2010 stanovená procenta
náhrady motorových benzínů a motorové nafty biopalivy.
Podpora alternativních paliv je rovněž prioritou státní politiky životního prostředí. Dlouhodobým
cílem do roku 2020 je zvýšit podíl alternativních paliv na spotřebě pohonných hmot na 20 %, v tom
6
ÚVOD
budou polovinu tvořit biopaliva, polovinu zemní plyn. Palivové články na vodík jsou, vzhledem
k značným investicím do výroby a distribuce vodíku, časově vzdálenější alternativou. V roce 2004
byla v ČR legislativně upravena podpora biopaliv, v roce 2005 i podpora zemního plynu v dopravě.
Závazky ČR do roku 2020
V roce 2009 byla vydána nová směrnice EU 2009/28/EC o podpoře využívání energie z obnovitelných zdrojů a o změně a následném zrušení směrnic 2001/77/ES a 2003/30/ES. Dle této směrnice
jsou pro Českou republiku závazné pouze celkové cíle vztažené k roku 2020. Jedná se o závazný
cíl podílu energie z obnovitelných zdrojů na hrubé konečné spotřebě energie v České republice ve výši 13 % v roce 2020.
Součástí je i závazný cíl podílu energie z obnovitelných zdrojů ve všech druzích dopravy na hrubé
konečné spotřebě energie v dopravě v České republice ve výši 10 % v roce 2020. Směrnice zároveň
definuje celkový cíl pro Evropské společenství ve výši 20 %. Indikativní cíle jsou důležitou součástí
balíčku opatření, která jsou zapotřebí ke snižování emisí skleníkových plynů a ke splnění Kjótského protokolu k Rámcové úmluvě OSN o změně klimatu a dalších závazků týkajících se snižování
emisí skleníkových plynů po roce 2012.
Opatření, jako jsou kontrola spotřeby energie v Evropě a větší využívání energie z obnovitelných
zdrojů spolu s úsporami energie a zvýšením energetické účinnosti, by měla vést ke snižování závislosti Evropského společenství na dovážené ropě v odvětví dopravy, kde je problém zabezpečení dodávek energie nejvíce akutní. Tyto faktory hrají také důležitou roli při podpoře zabezpečení
dodávek energií, technologického vývoje a inovací a při vytváření příležitostí k zaměstnání a regionálnímu rozvoji, zejména ve venkovských a izolovaných oblastech.
Směrnice zavazuje členské státy přijmout opatření a programy podpory, které povedou ke zvyšování výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů. Konkrétní formy opatření jsou na rozhodnutí jednotlivých států. Každý členský stát však přijme národní akční plán pro energii z obnovitelných zdrojů.
Národní akční plán pro energii z obnovitelných zdrojů energie (NAP OZE) stanoví národní cíle
členských států pro podíly energie z obnovitelných zdrojů v dopravě, výrobě elektřiny, vytápění
a chlazení v roce 2020. Zohledňuje dopady jiných opatření souvisejících s energetickou účinností
na konečnou spotřebu energie. Nedílnou součástí jsou další kroky potřebné pro dosažení těchto
celkových národních cílů, včetně spolupráce mezi místními, regionálními a ústředními správními
orgány.
V České republice byl Národní akční plán pro energii z obnovitelných zdrojů schválen Usnesením vlády ČR č. 603 dne 25. srpna 2010. V rámci tohoto dokumentu si ČR stanovila cílovou
hodnotu energie z OZE na hrubé konečné spotřebě energie v roce 2020 na 13,5 %, což je o 0,5 %
více než původní požadavek. Součástí dokumentu jsou i opatření k dosažení cíle.
Národní akční plán pro energii z obnovitelných zdrojů je dostupný z: <http://www.mpo.cz/dokument79564.html>.
Indikativní cíl podílu energie z obnovitelných zdrojů na hrubé konečné spotřebě energie v České
republice v roce 2010 ve výši 8 % byl splněn. Hrubá výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů se
v roce 2010 podílela na tuzemské hrubé spotřebě elektřiny 8,32 %. Na celkové hrubé výrobě elektřiny (včetně vývozu) se hrubá výroba elektřiny z OZE podílela 6,87 %.
Nejvyšší výroba elektřiny z OZE byla v roce 2010 z vodních elektráren (2 789 GWh). Produkce realizovaná ve vodních elektrárnách oproti minulému roku výrazně stoupla o 359 GWh. Následuje
7
ÚVOD
biomasa (1 492 GWh) nárůstem o 96 GWh. Za významnější zdroj elektřiny z obnovitelných zdrojů
lze ještě považovat využívání bioplynu (635 GWh), u kterého došlo k třetinovému nárůstu a fotovoltaické elektrárny (615 GWh), které poprvé v roce 2010 vyrobily více elektřiny než větrné elektrárny (335 GWh). Spalovny odpadů (36 GWh) ztrojnásobily výrobu, ale z hlediska celkové výroby
elektřiny z OZE mají stále jen marginální význam.
Výroba elektřiny z OZE v roce 2010
Hrubá výroba
elektřiny
(MWh)
Podíl na zelené
elektřině
(%)
Podíl na hrubé
dom. spotřebě
elektřiny (%)
Podíl na hrubé
výrobě elektřiny
(%)
2 789 474,0
47,25%
3,93%
3,25%
MVE<1MW
554 754,0
9,40%
0,78%
0,65%
MVE 1 až < 10 MW
603 823,0
10,23%
0,85%
0,70%
VVE ≥ 10MW
1 630 897,0
27,63%
2,30%
1,90%
Biomasa celkem
1 492 238 ,6
25,28%
2,10%
1,74%
Štěpka apod.
641 839,9
10,87%
0,90%
0,75%
Celulózové výluhy
514 675,7
8,72%
0,73%
0,60%
Rostlinné materiály
74 151,5
1,26%
0,10%
0,09%
241 215,4
4,09%
0,34%
0,28%
20 217,0
0,34%
0,03%
0,02%
139,1
0,00%
0,00%
0,00%
Bioplyn celkem
634 662,0
10,75%
0,89%
0,74%
Komunální ČOV
85 002,1
1,44%
0,12%
0,10%
Průmyslové ČOV
4 971,0
0,08%
0,01%
0,01%
447 423,6
7,58%
0,63%
0,52%
Sládkový plyn
97 265,3
1,65%
0,14%
0,11%
TKO (BRKO)
35 586,0
0,60%
0,05%
0,04%
Větrné elektrárny
335 493,0
5,68%
0,47%
0,39%
Fotovoltaické systémy
615 702,0
10,43%
0,87%
0,72%
5 903 155,6
100,00%
8,32%
6,87%
Vodní elektrárny
Pelety, brikety
Ostatní biomasa
Kapalná biopaliva
Bioplynové stanice
Celkem
(Zdroj: MPO, ERÚ)
Časová řada výroby elektřiny z OZE v ČR
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2 019,4
2 380,9
2 550,7
2 089,6
2 024,3
2 430,0
2 789,5
MVE<1MW
286,1
343,9
333,0
520,5
492,3
560,9
554,7
MVE 1 až < 10MW
617,4
728,7
631,4
491,6
474,6
521,7
603,9
1 116,9
1 309,2
1 586,3
1 077,5
1 057,5
1 347
1 630,9
Biomasa celkem
564,5
560,2
731,0
968,1
1 170,5
1 396,2
1 492,2
Štěpka apod.
265,2
222,5
272,7
427,5
603,0
650,0
641,8
Celulózové výluhy
272,8
280,5
350,0
474,5
458,5
500,5
514,7
Rostlinné materiály
20,8
53,7
84,4
26,4
23,1
72,9
74,1
2,6
4,4
23,8
39,2
84,5
164,1
241,3
Vodní elektrárny
VVE ≥ 10MW
Pelety a brikety
8
ÚVOD
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
Ostatní biomasa
-
0
0
0
1,4
8,6
20,3
Kapalná biopaliva
-
-
0,2
0,0
0,0
0,1
0,1
Bioplyn celkem
138,7
160,8
175,8
215,2
266,9
441,3
634,6
Komunální ČOV
63,5
71,4
67,6
70,8
74,0
79,0
85,0
Průmyslové ČOV
2,0
2,8
2,1
3,3
4,0
3,6
4,9
Bioplynové stanice
7,1
8,2
19,2
43,2
91,6
262,6
447,4
Skládkový plyn
66,0
78,3
86,9
97,8
97,2
95,8
97,3
Tuhé komunální odpady
10,0
10,6
11,2
11,9
11,7
10,9
35,6
Větrné elektrárny
9,8
21,4
49,4
125,1
244,7
288,0
335,6
Fotovoltaika
0,0
0,4
0,5
2,1
12,9
89,0
615,7
2 771,7
3 133,4
3 518,8
3 412,1
3 731,0
4 654,9
5 903,2
4,0%
4,4%
4,9%
4,7%
5,1%
6,7%
8,32%
Celkem
Podíl na hrubé spotřebě
Pramen: Zpráva o plnění indikativního cíle výroby elektřiny z OZE za rok 2010, MPO 2011
9
MOŽNOSTI VZDĚLÁNÍ V OBORECH ZAMĚŘENÝCH NA VYUŽÍVÁNÍ ALTERNATIVNÍCH ZDROJŮ ENERGIE NA ÚZEMÍ ČR
MOŽNOSTI VZDĚLÁNÍ V OBORECH
ZAMĚŘENÝCH NA VYUŽÍVÁNÍ
ALTERNATIVNÍCH ZDROJŮ
ENERGIE NA ÚZEMÍ ČR
VYSOKÁ ŠKOLA CHEMICKO-TECHNOLOGICKÁ V PRAZE
STUDIJNÍ PROGRAM: TECHNOLOGIE PRO OCHRANU ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ
STUDIJNÍ OBOR: ALTERNATIVNÍ ENERGIE A ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ
Charakteristika oboru:
Studijní obor zahrnuje všechny důležité oblasti získávání energie (včetně tzv. alternativních
zdrojů) s úzkou vazbou na ochranu prostředí. Pozornost je zaměřena na fosilní paliva, jadernou
energii, ale i na obnovitelné zdroje, jako je sluneční nebo větrná energie nebo biomasa. Důležitou součástí studia je seznámit studenty se zásadami udržitelného rozvoje společnosti. Jsou
akcentovány ekologické aspekty energetického využití různých zdrojů včetně příslušné legislativy. Nedílnou součástí výuky je i výuka výpočetní techniky a student se dále seznamuje i se základy
práva, ekonomiky a řízení podniku. Absolvent se může uplatnit i v řídící a manažerské sféře.
Profil absolventa:
V bakalářském studijním oboru Alternativní energie a životní prostředí budou vychováváni odborníci se zaměřením nejenom na klasické chemické a energetické zpracování paliv, ale i na alternativní zdroje energie. Obecné a základní předměty jsou voleny tak, aby vedly k pochopení
oborových a specializačních předmětů. Absolventi studijního programu získávají znalosti o hlavních technologiích chemického a energetického zpracování, resp. využití paliv s úzkou vazbou
na ochranu prostředí. Rozebírány a porovnávány jsou různé způsoby získávání energie a jejich
dopad na životní prostředí. Důraz je kladen na obnovitelné zdroje energie, využití alternativních
energií v dopravě, výrobu energie z biomasy apod.
Bakalářský studijní obor: Alternativní energie a životní prostředí
Náplň studia
Tříleté bakalářské studium poskytuje jak všeobecné chemické vzdělání, tak specializované vzdělání
zaměřené na zpracování paliv a energetiku, s důrazem na alternativní paliva a ochranu životního prostředí. Všeobecné chemické vzdělání je dáno absolvováním předmětů chemického základu, jako jsou
např. anorganická, organická, analytická a fyzikální chemie, chemické inženýrství a biochemie. Studijní
obor zahrnuje všechny důležité oblasti získávání energie, včetně energie z tzv. alternativních zdrojů.
Pozornost je věnována i fosilním palivům, důraz je kladen na obnovitelné zdroje energie, využití alternativních energií v dopravě, výrobu energie z biomasy atd. Důležitou součástí studia je seznámení
studentů se zásadami udržitelného rozvoje společnosti. Jsou akcentovány ekologické aspekty energetického využití různých zdrojů energie včetně příslušné legislativy. Nedílnou součástí výuky je i výuka
výpočetní techniky a student se dále seznamuje i se základy práva, ekonomiky a řízení podniku.
10
MOŽNOSTI VZDĚLÁNÍ V OBORECH ZAMĚŘENÝCH NA VYUŽÍVÁNÍ ALTERNATIVNÍCH ZDROJŮ ENERGIE NA ÚZEMÍ ČR
Uplatnění absolventa
Po ukončení bakalářského studia oboru Alternativní energie a životní prostředí mají absolventi možnost pokračovat v magisterském studiu v oboru Chemie a technologie paliv a prostředí. Pokud ukončí studium na bakalářském stupni, mohou se uplatnit jako technologové, energetici a pracovníci
středního managementu výrobních podniků a organizací zabývajících se problematikou využití klasických i alternativních paliv a ochrany životního prostředí, v orgánech státní správy atd.
V navazujícím dvouletém magisterském studium oboru Chemie a technologie paliv a prostředí si
student volbou předmětů dle svého zájmu prohlubuje znalosti o zpracování a energetickém využití
fosilních uhlíkatých paliv (uhlí, ropa, zemní plyn) i paliv z obnovitelných zdrojů, dále znalosti o chemii
energetických oběhů, korozi energetických zařízení a využití technické jaderné chemie pro energetické účely. Významnou část náplně studia zaujímají ekologické aspekty dopravy, skladování, zpracování,
výroby a použití paliv a minimalizace negativního vlivu průmyslu paliv a energetiky na životní prostředí. Velký důraz je kladen na laboratorní výuku a nedílnou součástí praktické výuky je i využití moderních inženýrských informačních systémů a výpočetní techniky. Studijní obor tak vychovává inženýry
chemie s vyváženou kombinací chemicko-inženýrských a chemicko-technologických disciplin.
Absolventi magisterského studijního oboru Chemie a technologie paliv a prostředí se uplatňují
především jako technologové, energetici, projektanti, výzkumní pracovníci a pracovníci managementu v palivářských, chemických a jiných průmyslových podnicích. Dobře placené zaměstnání
nacházejí také jako odborníci na zpracování a využití paliv nebo na ochranu životního prostředí
ve státní správě, na ministerstvech, odborech životního prostředí městských a obecních úřadů
a ve firmách a institucích zabývajících se poradenskou, projekční a výzkumnou činností v oblasti zpracování paliv a v energetice. Nejlepší absolventi magisterského studia pak často na fakultě
pokračují v doktorském studiu na ústavech technologie ropy a alternativních paliv, Plynárenství,
koksochemie a ochrany prostředí nebo Energetiky.
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
TECHNOLOGICKÉ SYSTÉMY
Magisterský studijní obor, který poskytuje teoretické a praktické vzdělání v problematice elektrotechnických výrob, v problematice elektrotechnických materiálů, řízení jakosti, obnovitelných
zdrojů elektrické energie, řízení a optimalizaci technologických procesů a ekologických materiálů
a výrobních procesů.Potřeba vysokoškolsky vzdělaných odborníků v problematice elektrotechnické výroby stále roste v důsledku stále rostoucích požadavků řady národních firem, ale i zahraničních firem dislokovaných v naší republice, na vysokoškolsky vzdělané odborníky, kteří by byli
schopni zajišťovat nejen výrobu, ale i pracovat v jejich výzkumných a vývojových střediscích. Absolventi mají široké spektrum znalostí, postavených na dobrém a dostatečně širokém teoretickém
základu, zejména matematiky a fyziky. Tito odborníci musí být schopni nejen řídit sofistikované
výrobní procesy a jejich kvalitu, implementovat nové materiály a procesy do praxe, respektovat
stále rostoucí požadavky na ekologické parametry výrob a výrobků, ale musí mít také dostatečné
vzdělání pro vědecko-výzkumnou i vývojovou práci na teoretické i experimentální bázi.Žádáni jsou
dnes zejména po odbornících z oblasti aplikovaného výzkumu. Absolventi se také uplatní jako
projektanti, konstruktéři, výrobní inženýři v různých typech elektrotechnické výroby a jejího řízení,
při řízení jakosti výroby a výrobků, v oblasti řešení ekologické optimalizace materiálů a výrobních
procesů i v oblasti návrhu a optimalizace obnovitelných zdrojů elektrické energie.
11
MOŽNOSTI VZDĚLÁNÍ V OBORECH ZAMĚŘENÝCH NA VYUŽÍVÁNÍ ALTERNATIVNÍCH ZDROJŮ ENERGIE NA ÚZEMÍ ČR
PŘÍRODOVĚDECKÉ FAKULTY UNIVERZITY KARLOVY V PRAZE
GEOTECHNOLOGIE
Vznik tříletého bakalářského programu Geotechnologie souvisí s poptávkou po specialistech, schopných řešit problémy vyplývající z probíhající globální změny klimatu. Je třeba umět udržet stávající
zdroje pitné vody a především v zahraničí pomáhat hledat zdroje nové. V oblasti geotechniky rostou
požadavky na stabilitu konstrukcí v případě povodní nebo zemětřesení. V situaci, kdy využívané zdroje ropy docházejí, je třeba hledat nová ložiska a monitorováním těch současných docílit vyšší efektivnost jejich vytěžení. Budování podzemních zásobníků nebo využití geotermální energie, to jsou pro
aplikovanou geologii nové výzvy, s nimiž se seznámíte při studiu tohoto nového oboru.
STUDIJNÍ OBOR: HOSPODAŘENÍ S PŘÍRODNÍMI ZDROJI
V prvním ročníku se posluchač seznamuje především s neživou přírodou. V přednáškách z mineralogie pozná minerály jako základní stavební jednotky hornin, o nichž pak v letním semestru
pojednává petrologie. Zároveň se přednáší o Zemi a jejích procesech (stavba zemského tělesa
a procesy probíhajícími uvnitř i na povrchu). Na tyto předměty pak v letním semestru navazuje
terénní exkurze. Na poznatky z geologie navazují přednášky z meteorologie a klimatologie, úvod
do studia životního prostředí a užité ekologie. Mimoto si posluchač rozšíří své znalosti z chemie
a získá nezbytný základ z matematiky a ze zpracování dat.Ve druhém ročníku se ve dvousemestrové přednášce představí slibované surovinové zdroje (obnovitelné i neobnovitelné) a posluchač se
také seznámí s geochemií a se základy oborů aplikované geologie - hydrogeologií, inženýrskou
geologií a užitou geofyzikou. Prohloubí se i znalosti o vodě a ovzduší, tentokráte z hlediska jejich
využívání a ochrany. K tomu ještě přistupuje filosofie, angličtina a tělesná výchova.Ve třetím ročníku dochází ke skloubení poznatků z přírodních věd s ekonomií, legislativou a administrativou.
Je zde také atraktivní přednáška o posuzování vlivů na životní prostředí. V tomto ročníku, zejména
v letním semestru, student vypracovává bakalářskou práci. Celé studium je pak ukončeno státní
bakalářskou zkouškou a obhajobou bakalářské práce.
Uplatnění absolventa
Smyslem studia je příprava odborníků seznámených s přírodními procesy mezi litosférou, hydrosférou, biosférou a atmosférou a procesy vyvolané činností člověka, s důrazem na problematiku
využívání přírodních zdrojů a jejich ochrany.
ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ MAGISTERSKÉ (INŽENÝRSKÉ) STUDIUM
OBOR: ELEKTROENERGETIKA
Elektroenergetika patří mezi studijní obory s dlouholetou tradicí. O tom, že dokáže oslovit i dnešní
studenty svědčí skutečnost, že patří mezi nejžádanější obory na Fakultě elektrotechnické.
Cílem studijního oboru je připravit odborníky, kteří budou schopni řešit inženýrské problémy
v oblasti výroby, přenosu, rozvodu a užití elektrické energie, to vše s ohledem na zásady ochrany
životního prostředí a využívání obnovitelných zdrojů energie.
12
MOŽNOSTI VZDĚLÁNÍ V OBORECH ZAMĚŘENÝCH NA VYUŽÍVÁNÍ ALTERNATIVNÍCH ZDROJŮ ENERGIE NA ÚZEMÍ ČR
Základní přehled o výrobě a distribuci elektrické energie získávají studenti v bakalářském
oboru Elektrotechnika a energetika. V tomto navazujícím magisterském studijním oboru si
studenti prohloubí znalosti v těchto oblastech:
• výroba elektrické a tepelné energie (klasické elektrárny, jaderné elektrárny, vodní elektrárny,
teplárny, kogenerační jednotky, alternativní zdroje energie)
• přenos a distribuce elektrické energie (elektrická vedení a stanice, provoz a řízení ES)
• teoretická elektrotechnika (teorie elektromagnetického pole, elektrické obvody s ohledem na řešení teoretických problémů energetických soustav, modelování energetických soustav a dějů)
• užití elektrické energie (elektrotepelná s světelná technika, zvyšování efektivnosti elektrotepelných zařízení a světelných soustav s ohledem na řešení problematiky pracovního a životního prostředí)
• technika vysokých napětí a elektromagnetická kompatibilita (ochrana proti přepětí, analýza
částečných výbojů, impulsní rušení)
• elektrické přístroje (návrhy a provoz základních typů přístrojů)
• management a ekonomiky v energetickém průmyslu, a ochrana životního prostředí.
Studium je strukturováno do tří studijních zaměření:
• elektrárenství a teplárenství
• přenos a rozvod elektrické energie
• průmyslová energetika a užití elektrické energie v průmyslu.
V průběhu studia student získá vědomostní základ ze všech tří zaměření formou povinných předmětů. Dále si formou povinně volitelných předmětů prohlubuje znalosti jedné ze specializací
a tyto znalosti aplikuje při řešení diplomové práce.
Uplatnění absolventů:
Absolventi jsou schopni vykonávat funkce v celém rozsahu inženýrské kvalifikace v oblasti elektroenergetiky, jsou připraveni pro řízení, projektování, provoz, údržbu a výzkum v procesu výroby, přenosu a rozvodu elektrické energie a jejího užití v pohonech, elektrotepelných a osvětlovacích zařízeních.
Absolventi oboru naleznou uplatnění v provozních, řídících a investičních útvarech elektráren
a tepláren, distribučních společností, v řídících dispečerských orgánech, v projekčních a dodavatelských firmách, dále pak ve zkušebnách, technické kontrole či odborném školství.
OBOR: TECHNICKÁ EKOLOGIE
Technická ekologie patří mezi poměrně mladé, avšak rychle se rozvíjející obory. V současnosti je
šetrné zacházení s životním prostředím neodmyslitelnou součástí každého technického oboru,
elektroenergetiky především.
Cílem studijního oboru je připravit odborníky nejen se všeobecně technickými znalostmi o výrobě,
distribucí a užití elektrické a tepelné energie, ale i se znalostmi environmentálních technologií, zásad ochrany životního prostředí a dopadu energetického průmyslu na životní a pracovní prostředí.
Interdisciplinární charakter tohoto oboru se promítá do skladby vyučovaných předmětů. Studenti získají znalosti zaměřené na biologii, ekologii, využívání obnovitelných zdrojů energie, rozvod
a užití elektrické energie. Dále získají základní znalosti o zdravotní problematice, ochraně a tvorbě životního prostředí a měření fyzikálních veličin životního i pracovního prostředí. Podstatná
část odborné přípravy je pak zaměřena na oblast optimalizace provozu energetických výroben
z hlediska vlivu na životní prostředí, techniky ochrany ovzduší, techniky ochrany vod a technologii
13
MOŽNOSTI VZDĚLÁNÍ V OBORECH ZAMĚŘENÝCH NA VYUŽÍVÁNÍ ALTERNATIVNÍCH ZDROJŮ ENERGIE NA ÚZEMÍ ČR
odpadového hospodářství, kde studenti získají přehled o konstrukci a možnostech využití technických zařízení, o měřicích a diagnostických metodách a příslušné legislativě.
Uplatnění absolventů:
Absolventi oboru naleznou uplatnění v energetickém a zpracovatelském průmyslu, v komunálních službách, v institucích státní správy a samosprávy, v kontrolních a inspekčních orgánech životního prostředí nebo v poradenských firmách.
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ
V rámci jednotlivých fakult ( Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, Fakulta strojního inženýrství) jsou studentům nabízeny předměty na téma obnovitelné zdroje energie
STUDIUM NA UEEN VUT FEKT V BRNĚ
Bakalářské studium
OBOR: SILNOPROUDÁ ELEKTROTECHNIKA A ELEKTROENERGETIKA (SEE)
Tříletý bakalářský studijní obor silnoproudá elektrotechnika a elektroenergetika (SEE) na Fakultě elektrotechniky a komunikačních technologií (FEKT) VUT v Brně je zaměřen na výchovu vysokoškolsky vzdělaného provozního odborníka se širokým základem znalostí teorie, navrhování,
konstruování a aplikačního využití elektrotechnických součástí i celků v nejrůznějších oblastech
průmyslové i spotřební elektrotechniky. Odbornou výuku v oboru zajišťuje především Ústav elektroenergetiky (UEEN) a Ústav výkonové elektrotechniky a elektroniky (UVEE).
Řešená témata Např. problematika projektování elektroinstalací, návrh vhodného osvětlení, problematika vytápění, využití tepelných čerpadel, projekty malé vodní elektrárny, využití alternativních zdrojů
energie jako jsou sluneční a větrné elektrárny apod.
VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ - TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA
KATEDRA ENERGETIKY, FAKULTA STROJNÍ
Bakalářský studijní program
OBOR: PROVOZ ENERGETICKÝCH ZAŘÍZENÍ
Studium tohoto oboru je zaměřené na problematiku optimálního provozu a řízení energetických
zařízení v průmyslových, chemických, potravinářských a dopravních podnicích. Studenti po společném přírodovědném a strojírenském základě jsou seznámeni s problematikou provozu energetických zařízení, energetického managementu, ekonomiky a marketingu v energetice, poznatků
z informatiky a výpočetních systémů a rozvíjení speciálních schopností tvořivé a týmové práce,
potřebné pro uplatnění v managementu podniků. Studium je zaměřeno na řešení energetických
technologií z hlediska jejich funkce v životním prostředí, průmyslové energetiky, plynárenství,
vodního hospodářství a obnovitelných zdrojů energie. Důraz je kladen na uplatňování energetické
14
MOŽNOSTI VZDĚLÁNÍ V OBORECH ZAMĚŘENÝCH NA VYUŽÍVÁNÍ ALTERNATIVNÍCH ZDROJŮ ENERGIE NA ÚZEMÍ ČR
legislativy ve vztahu k Evropské unii jako je energetický zákon s legislativou energetického hospodářství, nová cenová a daňová politika, vztah k jaderné energetice a životnímu prostředí, zákon
o hospodaření s energií se získáním uceleného obrazu o způsobech využívání energie. Vše je zaměřeno na dosažení energetických úspor rozvojem nových energetických technologií v průmyslu, stavebnictví, zemědělství, dopravě s využitím obnovitelných a druhotných zdrojů energie.
Ve studiu je kladen důraz také na energetický management a systém řízení jakosti v energetice
a na cílevědomé ovlivňování spotřeby energie ve společnosti snižováním energetické náročnosti. Uplatnění v praxi najdou absolventi jako provozní, projekční a řídicí pracovníci v elektrárnách
a teplárnách, v útvarech energetiky ve všech typech průmyslových podniků, v dopravních organizacích a v nevýrobní sféře také v útvarech státní správy a jako projektanti energetických rozvodů,
topenářských firem, systémů zásobování teplem, úpraven a čistíren odpadních vod a revizní a zkušební technici. Studenti po ukončení bakalářského studia mohou pokračovat ve studiu navazujícího magisterského studijního programu „Strojní inženýrství“ v oboru „Energetické stroje a zařízení“.
OBOR: TECHNIKA TVORBY A OCHRANY ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ
Studenti po společném přírodovědném a strojírenském základě jsou hlouběji seznámeni s problematikou vlivu moderních průmyslových a energetických technologií na životní prostředí, zpracování
průmyslových odpadů, strojů a zařízení pro techniku prostředí, obnovitelných zdrojů energie, monitorování stavu životního prostředí, ochrany vodních zdrojů, optimalizace provozu energetických zařízení a legislativy.Studium je dále zaměřeno na řešení staveb a strojů z hlediska jejich funkce v životním prostředí, hlavně na úpravu stavu prostředí pomocí technických zařízení – větrací a klimatizační
techniky, vytápění, chladící techniky, odlučovacích zařízení, čištění odpadních vod, vodního a odpadového hospodářství, zařízení na snižování hluku aj.Ve studiu je kladen důraz na trvale udržitelný rozvoj společnosti, minimalizaci využívání přírodních zdrojů a maximalizaci ochrany životního prostředí.
Nezanedbatelnou částí studia je znalost uplatňování související legislativy.V praxi najdou absolventi
uplatnění jako provozní, projekční a kontrolní pracovníci v útvarech tvorby a ochrany životního prostředí ve všech typech průmyslových, chemických a energetických podniků, organizací zabývajících
se odpadovým hospodářstvím, monitorováním a vyhodnocováním stavu životního prostředí a také
v útvarech státní správy např. ve funkcích inspektorů státních orgánů. Studenti po ukončení bakalářského studia mohou pokračovat ve studiu navazujícího magisterského studijního programu „Strojní
inženýrství“ v oboru „Energetické stroje a zařízení“.magisterský studijní program
OBOR: TEPELNĚ ENERGETICKÁ ZAŘÍZENÍ A PRŮMYSLOVÁ ENERGETIKA
Studium je zaměřeno na konstrukci, provoz a technologii výroby tepelně energetických centrál,
výrobních energetických komplexů, palivového hospodářství, parních generátorů a vodního hospodářství. Absolventi se uplatní jako projektanti a provozní inženýři v elektrárnách a teplárnách,
ve výzkumu a vývoji parních kotlů a zařízení pro spalování paliv a zařízení pro snižování škodlivých
emisí, jako energetici průmyslových závodů, okresních úřadů, jako projektanti rozvodů a topenářských firem, jako revizní technici a zkušební technici, provozní technici energetických výroben
průmyslových závodů, systémů CZT, provozní technici úpraven a čistíren vod.
OBOR: ALTERNATIVNÍ ENERGIE A TECHNIKA TVORBY PROSTŘEDÍ
Studium je zaměřeno na řešení strojů a staveb z hlediska jejich funkce v životním prostředí
a hlavně na úpravu stavu prostředí pomocí technických zařízení (větrací a odlučovací zařízení,
čištění vod, zařízení na snižování hluku apod.) a dále na využití a uplatňování obnovitelných zdrojů
energie. Absolventi se uplatní jako projekční, provozní, a kontrolní pracovníci jak v průmyslu tak i v
orgánech státní správy, v projekci a konstrukci těchto zařízení a jako provozní technici.
15
GEOTERMÁLNÍ ENERGIE
GEOTERMÁLNÍ ENERGIE
POJEM GEOTERMÁLNÍ ENERGIE - DEFINICE
Zdrojem geotermální energie jsou termální vody, které slouží např. k vytápění domů, skleníků
apod. Lze-li vrty zachytit vody nebo horké páry s teplotou nad 150 °C, lze je přímo využít v geotermálních elektrárnách.
Dalším důležitým pojmem je geotermika, která patří do odvětví geofyziky. Geotermikou se zkráceně rozumí nauka o tepelných procesech uvnitř Země. Zkoumání těchto tepelných procesů lze
následně využít při studiu využití geotermální energie. Geotermika je odvětví geofyziky zaměřené
na poznání tepelného stavu Země (zvláště jejího tepelného toku). Její praktický význam spočívá v možnosti využití tepelné energie Země (geotermální energie) pro výrobu elektrické energie. Teplota Země se mění hloubkou. Bývá vyjadřována buď jako geotermický stupeň (hloubka
v metrech, při které se teplota zvýší o 1°C, obvykle to bývá 15 až 50 metrů, v průměru 30 až 33 m)
nebo jeho převrácená hodnota, nazývaná geotermický neboli teplotní gradient (udává se buď
v mK.m-1 nebo v stupních Celsia x km-1). Uvnitř Země geotermický gradient s rostoucí hloubkou
postupně klesá.
Od pojmů, které ještě budou důležité v dalších částech publikace, se však opět vrátíme k původnímu, a to Geotermální energii. Jedním z našich největších odborníků na tento druh energie je Ing.
Vlastimil Myslil, CSc., který tuto energii definoval takto:
První využití geotermální energie k výrobě elektřiny v roce 1904
16
Zdroj: PP prezentace Odbor ŽP Města Litoměřice
GEOTERMÁLNÍ ENERGIE
„Geotermální energie je „trvalý“ tok geotermálního tepla z hloubky naší Země, který probíhá několik miliard let, prakticky již od jejího vzniku. Zájem o geotermální teplo souvisí především se snahou omezit emise oxidu uhličitého využíváním čisté ekologické energie v souvislosti s globálním
oteplováním a s dalším úsilím o trvale udržitelný rozvoj naší planety. Podnětem zvýšeného zájmu
o geotermální energii bylo i několik stadií ropné krize v druhé polovině 20. století a obavy z vyčerpávání klasických energetických zdrojů. Toto teplo se však lidstvo zatím nenaučilo dostatečně
intenzivně využívat.“ Tato definice byla uvedena v článku Geotermální energie – zdroje a jejich
současné využívání, čísle 4/09 časopisu Energie 21.
HISTORIE VYUŽÍVÁNÍ GEOTERMÁLNÍ ENERGIE.
Využívání geotermální energie znali lidé už odpradávna. Její využívání však bylo limitováno jejich technickými možnostmi a dovednostmi. Obyvatelé starověkého Říma využívali geotermální
energii v podobě horkých pramenů k vytápění lázní. Tento způsob se však neomezoval pouze
na samotný Řím, ale praktikoval se i v jeho koloniích, např. na území dnešního Řecka, Turecka, Německa, Španělska, Francie, ale i Anglie. Využívání termálních pramenů se však neomezuje pouze
na Evropu, ale také na oblasti Asie. Příklady najdeme zejména v Číně a Japonsku.
Zmínky o zaznamenání geotermální energie nalezneme i ve středověkých kronikách. Zde se dočteme, že v kutnohorských stříbrných dolech, několik set metrů pod povrchem, byly teploty mnohem vyšší než na povrchu.
Měření teplot a zkoumání jejich zvyšování v souvislosti s hloubkou se pak vyskytují v souvislosti
s rozvojem hornictví. V příbramském dole Vojtěch, kde se poprvé na světě horníci v roce 1873 prorubali hlouběji než 1000 m pod povrch, byly zaznamenány teploty padesátistupňové. V literatuře
Islandská elektrárna Nesjavellir zásobuje islandskou elektrosíť 120 MWe a teplárenskou síť 1800 litry vody 83 °C horké za sekundu
Zdroj: http://technik.ihned.cz
Autor: Jan Tůma
17
GEOTERMÁLNÍ ENERGIE
km
0
Nagra
5
Soultz
Los
Alamos
Camborne
10
Bertha
Rodgers
Litomerice
Habanero Basel
Cornwall
Gravberg
Austria
KTB
Kola
HDR or HFR geothermal systems
Ve výstavbě 2010-2012
čas
Historie vrtných projektů ve světě Zdroj: PP prezentace Odbor ŽP Města Litoměřice
se můžeme dočíst, že první evidovanou zmínkou o vědeckém měření teploty pod povrchem je
od J. J. D. Maurama, který se snažil přesně zaznamenat teploty v anglických dolech v roce 1733.
Asi samozřejmostí je využívání geotermálního potenciálu na Islandu. Nás ovšem spíše zajímá jeho
využití, které má už technický charakter a je určen pro další využití. V 19. století se začíná ve větší
míře používat geotermální voda k vytápění skleníků. Postupně od roku 1928 je hlavní město Rejkjavík zásobováno teplem z geotermálních zdrojů.
Za stát průkopnický v průmyslovém využívání geotermální energie je však Itálie. Francesco Lardelel v roce 1827 navrhuje využití přehřáté páry z fumarol v Toskáně na výrobu kyseliny borité, což
je počítáno jako první, opravdu průmyslové, využití geotermální energie. V roce 1904 na stejném
místě Ital Pierro Ginori Conti rozsvítil přírodní tepelnou energií 5 žárovek. V roce 1912 je již v provozu generátor o kapacitě 250 kW elektrické energie.
VYUŽITÍ GEOTERMÁLNÍ ENERGIE VE SVĚTĚ
Jak již bylo psáno v kapitole týkající se historie využívání geotermální energie, nejvíce byl tento
obnovitelný zdroj využíván na Islandu. To je ovšem logické s přihlédnutím k naprosto specifickým
geologickým podmínkám tohoto ostrova a k ohromnému geotermálnímu potenciálu, který lze
získávat bez větších technických problémů. Díky tomu jsou geotermálně vytápěny v Reykjavíku
všechny větší budovy a uvádí se, že toto teplo je využíváno zhruba 89% rodin.
18
GEOTERMÁLNÍ ENERGIE
Největší geotermální elektrárnou na Islandu je obrovské zařízení Nesjavellir. Obdobně jako další
dvě geotermální elektrárny na území Islandu využívá horkou vodu z až tři kilometry hlubokých
geotermálních vrtů. Stavba elektrárny byla dokončena v roce 1990. Prameny zde mají teplotu kolem 200 stupňů a vodu z nich čerpá celkem čtyřiadvacet vrtů. Proud horké vody a páry následně
roztáčí obrovské turbíny, které produkují 90 MW elektrické energie. Elektrárna navíc produkuje
i teplo, které je vedeno přes 27 kilometrů dlouhým teplovodem do hlavního města Reykjavík, kde
slouží k vytápění.
Island ve využití geotermální energie určitě vede, ale je možno na další využití narazit i v dalších
státech, například v USA, Japonsku a na Filipínách. Ze států Evropy se pak s využitím geotermální
energie setkáme v Itálii a Maďarsku, kde se jedná především o akcent na zemědělství, konkrétně
vytápění skleníků.
Pro naše účely ale bude určitě mnohem více zajímavé využití geotermálního potenciálu pro výrobu elektrické energie, případně kombinace zdroje tepla a elektřiny. Už jsme se zmínili o tom, že
průkopnicky si počínala ve využívání geotermální energie Itálie. První plnohodnotná geotermální elektrárna s výkonem 250 kW byla dobudována v roce 1913. V tu dobu se jednalo o jedinou
geotermální elektrárnu na světě, a to bezmála po dobu dalších 50-ti let. Zajímavé určitě je, že
funguje do dnešní doby, byť se dočkala mnoha vylepšení. Její výkon činí 5000 GWh a jedná se
zhruba o 10% světové výrovy elektřiny z geotermální energie. V principu se jednalo o vhánění
vody do horniny o vysoké teplotě, které se však nachází v relativní blízkosti povrchu. Ven voda
První ropná krize byla v roce 1974 podnětem k zahájení prací na metodě HDR (teplo suchých hornin)
Zdroj: PP prezentace Odbor ŽP Města Litoměřice
19
GEOTERMÁLNÍ ENERGIE
vychází už ve skupenství plynném, jako vodní pára o teplotě 200 °C a vyšší. Tlak páry pohyboval
rotory generátorů. Zajímavostí je, že produkce této vůbec první geotermální elektrárny vystačí
na pokrytí potřeby elektřinou asi jednoho milionu domácností v regionu.
V Severní Americe se začalo s vrtným průzkumem za účelem zjištění geotermálního potenciálu
v roce 1920. Jednalo se o oblast geotermálního pole The Geysers v údolí Napa, které se nachází
na severu Kalifornie, poblíž San Francisca. Výrobu elektřiny v této oblasti se podařilo spustit v roce
1960. V současnosti se jedná o oblast produkující nejvíce elektrické energie vyrobené pomocí
geotermální energie.
S využíváním geotermální energie mají zkušenost také v Japonsku, kde byla zprovozněna první
elektrárna využívající tento druh energie v roce 1966 (poblíž města Matsukawa). Nyní je v Japonsku využíváno 8 geotermálních elektráren o výkonu od 1 MW až do 50 MW. Jedná se o systémy
vulkanické, ale i hydrotermální. V současnosti se začíná i s využitím HDR. Za největší geotermální
elektrárnu je v současnosti považována elektrárna na Novém Zélendu ve městě Wairakei.
LEGISLATIVA
Zákon č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií. V rámci této zákonné normy je pro geotermální
energii důležitá především Hlava III. Jedná se o: STÁTNÍ PROGRAM NA PODPORU ÚSPOR ENERGIE
A VYUŽITÍ OBNOVITELNÝCH A DRUHOTNÝCH ZDROJŮ ENERGIE
Ke geotermální energii se pak výslovně vztahuje § 5, odst. (4) - K uskutečnění programu mohou
být poskytovány dotace ze státního rozpočtu na:
b) rozvoj využívání kombinované výroby elektřiny a tepla
e) rozvoj využívání obnovitelných a druhotných zdrojů energie
h) vědu, výzkum a vývoj v oblasti nakládání s energií, energetických úspor a využití obnovitelných
a druhotných zdrojů energie
Všechna písmena § 5 lze vztáhnout právě ke geotermální energii. Z tohoto je patrné, že právě toto
využití energie v sobě skrývá značný potenciál ve využití dotačních možností.
Zákon č. 165/2012 Sb., o podporovaných zdrojích energie (nahradil zákon č. 180/2005 Sb.). Vzhledem k tomu, že tato publikace nemá ambici podrobně rozebírat jednotlivé zákony, jsou zde vyzdviženy nejdůležitější paragrafy, týkají se jednotlivých druhů energií. V plánu legislativních prací
vlády, z něhož nový zákon vzešel, bylo původně počítáno jen s novelizací dosavadního zákona č.
180/2005 Sb., o podpoře využívání obnovitelných zdrojů. Jelikož však bylo potřeba provést rozsáhlé úpravy vyplývající především z transpozice směrnice EP a Rady č. 2009/28/ES ze dne 23.
dubna 2009 o podpoře využívání energie z obnovitelných zdrojů, bylo rozhodnuto namísto novelizace stávajícího zákona zpracovat a předložit návrh zákona nového. Dosavadní právní úprava
prezentovaná zákonem č. 180/2005 Sb. a jeho novelami se tak s účinností nového zákona zrušuje.
Dle důvodové zprávy zákon zejména přináší změnu modelu výkupu elektřiny z obnovitelných
zdrojů a nový způsob výplaty podpory elektřiny z těchto zdrojů. Nově upravuje také podporu tepla z obnovitelných zdrojů, ale i z druhotných energetických zdrojů, a kombinované výroby elektřiny a tepla, tedy problematiku, která byla prozatím soustředěna v energetickém zákoně. Podpora
elektřiny z obnovitelných zdrojů má být nově orientována více tržně, přičemž je patrná tendence
přesměrovat ji z formy pevných výkupních cen na systém zelených bonusů.
20
GEOTERMÁLNÍ ENERGIE
Prezident republiky k zákonu uplatnil své výhrady, když využil svého práva suspenzivního veta,
zákon nepodepsal a dne 14. 3. 2012 vrátil Poslanecké sněmovně k dalšímu projednání. Poslanecká
sněmovna však svým usnesením ze dne 9. 5. 2012 na zákonu setrvala.
Vedle nové právní úpravy, kterou zákon přináší, také novelizuje zákon o hospodaření energií, energetický zákon, zákon o odpadech a s účinností od 30. 5. 2012 také zákon o podpoře využívání
obnovitelných zdrojů. Zákon nabyl účinnosti dnem 1. 1. 2013, obsahuje však mnoho ustanovení,
která mají jiná data účinnosti.
Důležité § zákona ve vztahu ke geotermální energii:
V § 1 jsou uvedena obecná ustanovení týkající se účelu zákona.
(1) Účelem tohoto zákona je v zájmu ochrany klimatu a ochrany životního prostředí
a) podpořit využití obnovitelných zdrojů, druhotných zdrojů, vysokoúčinné kombinované výroby
elektřiny a tepla, biometanu a decentrální výroby elektřiny,
b) zajistit zvyšování podílu obnovitelných zdrojů na spotřebě primárních energetických zdrojů k dosažení stanovených cílů,
c) přispět k šetrnému využívání přírodních zdrojů a k trvale udržitelnému rozvoji společnosti,
d) vytvořit podmínky pro naplnění závazného cíle podílu energie z obnovitelných zdrojů na hrubé
konečné spotřebě energie v České republice při současném zohlednění zájmů zákazníků
na minimalizaci dopadů podpory na ceny energií pro zákazníky v České republice.
§ 2 Základní pojmy
Pro účely tohoto zákona se rozumí
a) obnovitelnými zdroji obnovitelné nefosilní přírodní zdroje energie, jimiž jsou energie větru, energie
slunečního záření, geotermální energie, energie vody, energie půdy, energie vzduchu, energie
biomasy, energie skládkového plynu, energie kalového plynu z čistíren odpadních vod a energie
bioplynu,
g) kombinovanou výrobou elektřiny a tepla přeměna primární energie na energii elektrickou a užitečné
teplo ve společném současně probíhajícím procesu v jednom výrobním zařízení.
Ke geotermální energii se vztahuje dále:
§ 6 Podpora elektřiny z vysokoúčinné kombinované výroby elektřiny a tepla
Vzhledem k tomu, že geotermální energie je ideálně využívána jako zdroj tepla s kombinací výroby elektřiny, vztahuje se na tento typ energie Hlava VI - Financování podpory elektřiny a tepla.
Zákon č. 183/2006 Sb., o územním plánování a stavebním řádu (stavební zákon), ve znění pozdějších předpisů. Pokud chceme realizovat geotermální vrt, je nutné mít také územní rozhodnutí
vydané příslušným stavebním úřadem podle § 76 – 94. Stavební úřad na základě žádosti, kterou
podává ten, kdo chce geotermální vrt využívat, posoudí případné střety zájmů a vydá územní
rozhodnutí, ve kterém lokalizuje geotermální vrt jako stavbu nebo vodní dílo na konkrétní místo
a konkrétní pozemek a stanoví podmínky pro jeho realizaci ve vztahu k ochraně zákonem chráněných zájmů.
Zákon č. 164/2001 Sb., lázeňský zákon, se dotýká geotermálních vrtů, při způsobu využívání termální energie přírodního léčivého zdroje a zde je povolovacím orgánem Ministerstvo zdravotnictví. Toto jsou ovšem spíše ojedinělé případy, které se nebudou vztahovat na výrobu elektrické
energie, ale pouze využití tepelné.
21
GEOTERMÁLNÍ ENERGIE
Další zákonné normy, které se týkají podporovaných zdrojů energie, tedy i té geotermální:
Zákon č. 458/2000 Sb., o podmínkách podnikání a výkonu státní správy v energetických odvětvích a o změně některých zákonů (energetický zákon) ve znění pozdějších předpisů, dále jen energetický zákon.
Vyhláška ERÚ č. 347/2012 Sb., kterou se stanoví technicko - ekonomické parametry obnovitelných zdrojů pro výrobu elektřiny a doba životnosti výroben elektřiny z podporovaných zdrojů,
dále jen vyhláška č. 347/2012 Sb.
Vyhláška ERÚ č. 541/2005 Sb., o pravidlech trhu s elektřinou, zásadách tvorby cen za činnosti
operátora trhu s elektřinou a provedení některých dalších ustanovení energetického zákona, ve
znění pozdějších právních předpisů, dále jen vyhláška č. 541/2005 Sb.
Vyhláška ERÚ č. 140/2009 Sb., o způsobu regulace cen v energetických odvětvích a postupech
pro regulaci cen, ve znění pozdějších právních předpisů, dále jen vyhláška č. 140/2008 Sb.
Vyhláška ERÚ č. 439/2012 Sb., o stanovení způsobu a termínů účtování a hrazení složky ceny
za přenos elektřiny, přepravu plynu, distribuci elektřiny a plynu na krytí nákladů spojených s podporou elektřiny, decentrální výroby elektřiny a biometanu a o provedení některých dalších ustanovení zákona o podporovaných zdrojích energie (vyhláška o zúčtování).
Vyhláška ERÚ č. 346/2012 Sb., o termínech a postupech výběru formy podpory, postupech registrace podpor u operátora trhu, termínech a postupech výběrů a změn režimů zeleného bonusu
na elektřinu a termínu nabídnutí elektřiny povinně vykupujícímu (registrační vyhláška), dále jen
vyhláška č. 346/2012 Sb.
Vyhláška ERÚ č. 51/2006 Sb., o podmínkách připojení k elektrizační soustavě, ve znění pozdějších předpisů.
Vyhláška MPO č. 478/2012 Sb., o vykazování a evidenci elektřiny a tepla z podporovaných zdrojů a biometanu, množství a kvality skutečně nabytých a využitých zdrojů a k provedení některých
dalších ustanovení zákona o podporovaných zdrojích energie, dále jen vyhláška č. 478/2012 Sb.
Vyhláška MPO č. 477/2012 Sb., o stanovení druhů a parametrů podporovaných obnovitelných
zdrojů, způsob využití obnovitelných zdrojů energie pro výrobu elektřiny, tepla nebo biometanu a uchovávání dokumentů o použitém palivu, biologicky rozložitelná část komunálního odpadu, požadavky na kvalitu biometanu a kritéria udržitelnosti pro biokapaliny, dále jen vyhláška č.
477/2012 Sb.
Vyhláška MPO č. 453/2012 Sb., o elektřině z vysokoúčinné kombinované výroby elektřiny a tepla a elektřině z druhotných zdrojů, dále jen vyhláška č. 453/2012 Sb.
Vyhláška MPO č. 441/2012 Sb., o stanovení minimální účinnosti užití energie při výrobě elektřiny
nebo tepelné energie.
Vyhláška MPO č. 82/2011 Sb., o měření elektřiny a o způsobu stanovení náhrady škody při neoprávněném odběru, neoprávněné dodávce, neoprávněném přenosu nebo neoprávněné distribuci elektřiny, ve znění novely č. 476/2012 Sb. (DOC, 276 kB), dále jen vyhláška č. 82/2011 Sb.
22
GEOTERMÁLNÍ ENERGIE
TECHNOLOGIE ZÍSKÁVÁNÍ GEOTERMÁLNÍ ENERGIE
PROVOZNÍ CHARAKTERISTIKA VÝROBNÍCH ZAŘÍZENÍ
Slovo geotermální vzniklo sloučením dvou slov řeckého původu geo (země) a therme (teplo).
Obecně lze tedy geotermální energii charakterizovat jako tepelnou energii země. Tepelný tok,
uvolňovaný z nitra k povrchu Země, má průměrnou hodnotu 57 mW / m2. Celkový geotermální
výkon Země pak přesahuje 4 x 1013 W (40 000 GW). Tato hodnota přesahuje více než 4x současnou
celosvětovou spotřebu energie (Motlík, 2007). Výše uvedené hodnoty dávají tušit obrovský potenciál v možnostech využívání geotermální energie. Pokud k vysokým výkonovým parametrům
připočteme další výhody (dostupnost, stabilita dodávek a minimální dopady na životní prostředí),
má do budoucna geotermální energie nejlepší pozici pro uplatnění mezi všemi obnovitelnými
zdroji energie.
Schéma využívání geotermální energie systémem Hot – Dry – Rock
Zdroj: PP prezentace Odbor ŽP Města Litoměřice
GEOTERMÁLNÍ SYSTÉMY:
Geotermální systémy lze dělit na základě fyzikálních a chemických vlastností na čtyři druhy:
HYDROTERMÁLNÍ SYSTÉMY
Vodičem zemského tepla je suchá pára nebo horká voda. Tyto systémy jsou vázané na geologické
či hydrogeologické struktury, které tvoří zvodně s teplou vodou. Jímacími vrty je teplá podzemní
voda čerpána a její teplo je prostřednictvím výměníků na povrchu využíváno pro vytápění nebo
při vysokých teplotách zvodní i pro energetické využití. Hydrotermální systémy jsou v současné
23
GEOTERMÁLNÍ ENERGIE
době nejčastěji využívanou alternativou geotermální energie pro výrobu elektřiny. Na území České republiky však nejsou pro tyto systémy vhodné podmínky a využívají se u nás pouze pro získávání tepla.
GEOTLAKOVÉ SYSTÉMY
Pánevní struktury s mocnou sedimentární výplní a s existencí řady napjatých termálních zvodní.
MAGMATICKÉ SYSTÉMY
Prostřednictvím makroseizmických pohybů, vlivem mělce uložených roztavených magmatických
těles.
SYSTÉMY HORKÝCH SUCHÝCH HORNIN
Tyto systémy dále někteří odborníci člení na systémy s přídavným teplem a bez přídavného tepla. Přídavné teplo bývá realizováno teplem nukleárního původu. Využívání systémů horké suché
horniny se v současné době jeví v geologických podmínkách České republiky jako nejvhodnější
(pokud ne jedinou možnou) alternativou pro výrobu elektrické energie a velkokapacitní geotermální výtopny. Z tohoto důvodu bude systému horkých suchých hornin věnováno více prostoru
v následujícím textu.
Zjednodušené technologické schéma geotermálního systému Hot – Dry – Rock
Zdroj: PP prezentace Odbor ŽP Města Litoměřice
24
GEOTERMÁLNÍ ENERGIE
TECHNOLOGIE VYUŽÍVÁNÍ GEOTERMÁLNÍ ENERGIE NA ÚZEMÍ ČESKÉ
REPUBLIKY
HDR – Hot – Dry - Rock
Systém tzv. Hot – Dry - Rock (dále jen HDR) lze volně přeložit jako koncept suché horké horniny.
Tuto metodu je možné realizovat v pevných horninových vrstvách, ve kterých je konzervován velký tepelný potenciál, přičemž je horninové prostředí v určitých hloubkách (nejčastěji okolo 5000
m) prakticky suché a nepropustné pro kapaliny. Princip metody HDR spočívá ve vysokotlaké injektáži vody do horninového prostředí speciálním hloubkovým vrtem (tzv. injektážím vrtem). V horké
kompaktní hornině dochází k hydraulickému štěpení horniny či rozšiřování stávajících puklin (tzv.
hydraulické stimulaci). Síť puklin, ve kterých při provozu zařízení dochází k předávání tepla mezi
horkou horninou a vodou, nazýváme podzemním tepelným výměníkem. Ohřátá voda je poté
odváděna dvěma postranními (jímacími) vrty zpět na povrch. Povrchovým výměníkem se pak
za nízkého tlaku voda mění na přehřátou páru, která se dále využívá pro výrobu elektrické energie
prostřednictvím turbíny či soustavy turbín. Geotermální energii lze využívat také v geotermálních
výtopnách k vytápění a ohřevu teplé užitkové vody. Třetí alternativou je využití geotermální energie v teplárnách, které jsou kombinací obou předchozích alternativ. V tomto případě je zbytkové
teplo z výroby elektrické energie využíváno k vytápění a ohřevu teplé užitkové vody.
Systémy HDR lze klasifikovat podle jejich průměrného teplotního gradientu na nízké (grad T ≤
40°C/km), střední (grad T 40 – 60°C/km) a vysoké (grad T ≥ 60°C/km).
Na velmi podobném principu jako HDR je založen systém Fractured – Hot – Rock (FDR), který
však na rozdíl od HDR využívá horninových prostředí, která jsou již rozpukána nebo drcena v tektonických pásmech
TEPELNÁ ČERPADLA
Tepelná čerpadla jsou zařízení, která čerpají teplo z jednoho místa na jiné, přičemž využívají vnější
práce. V souvislosti s geotermální energií hovoříme o tepelných čerpadlech odebírajících teplo
svrchní z vrchní vrstvy zemské kůry, které dále převádí do vnitřních prostor budov. Zde je teplo
využíváno k vytápění či ohřevu vody. Energie, kterou využíváme prostřednictvím tepelných čerpadel, je v zemské kůře koncentrována ze slunečního záření. K transportu tepla se využívá kompresorového okruhu s nemrznoucím teplonosným mediem, které cirkuluje v plastovém potrubí
zemního kolektoru. U tepelných čerpadel jsou využívány především elektromotory a výjimečně
benzinové, dieselové či plynové motory. Obecně platí, že teplo získané tepelnými čerpadly je třikrát až pětkrát větší než energie potřebná pro fungování samotného zařízení. Uložení kolektoru
v zemi je možné horizontálním způsobem v hloubce okolo 150 až 200 cm (levnější ale velmi náročné na prostor) nebo do zemních vrtů, dosahujících do hloubky 50 až 120 m. Pro posouzení
efektivity tepelného čerpadla se zavádí tzv. topný faktor, který znamená poměr celkové získané
tepelné energie na výstupu z tepelného čerpadla k dodané elektrické energii. Topný faktor se obvykle pohybuje v rozmezí od 2 do 6.
EKONOMICKÁ CHARAKTERISTIKA VYUŽÍVÁNÍ GEOTERMÁLNÍ ENERGIE
Ve většině případů je základní motivací investorů, kteří se rozhodnou realizovat jakýkoliv projekt, maximální ekonomický efekt. Výpočet efektivnosti je tedy důležitou součástí procesu, který předchází
i realizaci projektů v oblasti obnovitelných zdrojů energie.
25
GEOTERMÁLNÍ ENERGIE
Princip tepelného čerpadla. (1 – výparník, 2 – škrtící ventil, 3 – kondenzátor a 4 – kompresor s motorem)
Zdroj: http://sk.wikipedia.org/wiki/Tepeln%C3%A9_%C4%8Derpadlo
Využívání systémů HDR, které jsou v našich podmínkách jedinou alternativou pro výrobu elektřiny
prostřednictvím geotermální energie, je limitováno v prvé řadě výslednou cenou této elektrické energie. Výsledná cena nesmí být vyšší než náklady vynaložené na čerpání tepla z hlubin. Důležitým faktorem, který limituje ekonomickou rentabilitu, jsou geologické podmínky a v neposlední řadě také
dostupnost užitkové vody v lokalitě plánované realizace projektu.
Významným parametrem, který je třeba vyhodnotit před realizací každého projektu na výrobu
elektrické energie prostřednictví energie geotermální je tzv. geotermální teplotní gradient. Tento
parametr stanovuje nárůst teploty s hloubkou pod zemským povrchem a za ustáleného stavu při
konstantním tepelném toku k povrchu, se mění podle tepelné vodivosti vrstev hornin. Při plánování realizace geotermálních projektů systémů HDR hodnotíme v našich podmínkách jako ekonomicky rentabilní gradient 30 K/km a hloubkou vrtu 5000 m (Motlík, 2007).
Ze specializovaných studií a modelových návrhů k technologii HDR vyplývá, že pokud má být
systém efektivní a ekonomicky výhodný, musí produkovat od 10 – 100 MW po dobu delší než 20
let. Podobná systémová dimenze představuje tepelný výměník s povrchem 3 – 10 km2 a rychlost
cirkulace 50 – 100 l/s. Kritický tlak kapaliny proudící pod zemský povrch závisí především na napěťovém poli v dané hloubce, což se na různých lokalitách liší. Pro rezervoáry v hloubce 5 km je
nutný tlak minimálně 40 MPa.
VÝKUPNÍ CENY A ZELENÉ BONUSY
Velmi významnými ekonomickými faktory při plánování všech projektů na využívání obnovitelných zdrojů pro výrobu elektrické energie na území České republiky jsou pro investory tzv. zelené
bonusy a garantované výkupní ceny.
Jedná se o dvě formy podpory, jimiž stát v současné době dotuje tento způsob výroby elektrické
energie. Podle směrnice Evropské unie 77/2001 EC se Česká republika zavázala získat v roce 2012
26
GEOTERMÁLNÍ ENERGIE
alespoň 12% veškeré elektřiny z obnovitelných zdrojů. Náklady na tuto výrobu jsou však v současné době vyšší než náklady na výrobu energie konvenčním způsobem, tedy z fosilních paliv.
Prostřednictvím Zelených bonusů a garantované výkupní ceny stát tento rozdíl výrobcům energie
z obnovitelných zdrojů kompenzuje.
Podle § 2c zákona č. 265/1991 Sb., o působnosti orgánů České republiky v oblasti cen, ve znění
pozdějších předpisů, § 17 odst. 6 písm. d) zákona č. 458/2000 Sb., o podmínkách podnikání a o
výkonu státní správy v energetických odvětvích a o změně některých zákonů (energetický zákon),
ve znění pozdějších předpisů, a podle § 4, § 5, § 6, § 12, § 24, § 30 zákona č. 165/2012 Sb., o podporovaných zdrojích energie a o změně některých zákonů, vydává cenové rozhodnutí, kterým se stanoví výkupní ceny a zelené bonusy pro podporované zdroje energie, Energetický regulační úřad.
Výkupní ceny a roční zelené bonusy na elektřinu pro výrobu elektřiny využitím geotermální energie
(zdroj: http://www.eru.cz/)
Druh podporovaného zdroje (výrobny)
Datum uvedení výrobny
do provozu
Jednotarifní pásmo
provozování
od (včetně) do (včetně)
Výkupní ceny
[Kč/MWh]
Zelené bonusy
[Kč/MWh]
Výroba elektřiny využitím geotermální Energie
31. 12. 2012
4500
3500
Výroba elektřiny využitím geotermální Energie
1. 1. 2013 31. 12. 2013
3290
2290
BUDOUCNOST GEOTERMÁLNÍ ENERGIE
V současnosti je celosvětově v geotermálních elektrárnách instalováno více než 10 000 MW, což je
stále jen nepatrný zlomek celkového potenciálu. Přitom celkový potenciál tepla zemské kůry (v tři
až pětikilometrové hloubce) se odhaduje na pokrytí spotřeby lidstva na nejméně 100 000 let. Jaká
je tedy budoucnost takto získané energie?
600
500
400
2010
300
2020
200
100
0
TZL
SO2
NOx
CO
Organické
látky
Porovnání exhalací města Litoměřice před a po realizaci geotermálního zdroje (t/rok)
Zdroj: PP prezentace Odbor ŽP Města Litoměřice
27
GEOTERMÁLNÍ ENERGIE
Zastavěná oblast v Altheim, Rakousko 2005
Zdroj: PP prezentace Odbor ŽP Města Litoměřice
BUDOUCNOST SE V PRVÉ ŘADĚ ODVÍJÍ OD VÝHOD A NEVÝHOD,
KTERÉ VÝROBA TAKOVÉTO ENERGIE PŘINÁŠÍ
VÝHODY:
1. Výroba geotermální energie má vzhledem k vysokým výkonovým parametrům, značné
dostupnosti (stálá dodávka energie nezávislé na klimatických podmínkách oproti sluneční
a větrné energii) a nízkým emisím (oproti biomase), nejlepší výhled ovlivňovat hladinu emisí
skleníkových plynů. Příznivé parametry má především technologie HDR, která je bez emisí
skleníkových plynů a má nejmenší uhlíkovou stopu.
2. Výroba elektřiny tímto způsobem zásadně nenaráží na problémy z titulu ochrany přírody. Získávání geotermální energie nevyžaduje fyzickou těžbu surovin z podzemí ani zásadní zásahy
na zemském povrchu (v porovnání s těžbou uranu, atd.)
3. Potenciál geotermální energie je ohromný, je jí 50 000 krát více než energie, kterou lze získat
z ložisek ropy a plynu na celém světě.
4. Rozvoj geotermální energie snižuje závislost na dovážených fosilních palivech.
5. Oproti ostatním druhům obnovitelných zdrojů má geotermální energie velký tepelný výkon.
6. Provoz téměř bez nutnosti obsluhy ve srovnání s jinými zdroji energie.
7. Pro zajištění efektivity využití geotermální energie je ideální kombinované využití tepla a elektřiny. Kombinovaný systém výroby tepla a elektřiny je nejefektivnější pro produkci 10 až 100
MW. Nutností pro kombinovaný systém je, že teplo musí být využito v blízkosti elektrárny.
8. Technologie HDR nabízí možnost vytvoření tepelného výměníku na opuštěných ropných polích, kde jsou vrty již vyvrtané, tudíž existují i ověřené geotermální a geologické podmínky.
9. Geotermální elektrárny je možné provozovat v nezastavěných i přímo v zastavěných oblastech podobně jako jiné elektrárny, například vodní nebo větrné.
10. Předpokládá se, že životnost tepla využitelného k výrobě elektřiny je mezi 20 až 30 lety. Pro
vytápění je tato doba delší, jelikož není potřeba tak vysokých teplot a množství čerpané
geotermální vody je možné snížit. Je tedy možné využití elektrárny poté, co již ukončila
výrobu elektřiny. To se řadí mezi další výhody v porovnání s elektrárnami, které pracují se
zdroji neobnovitelnými. Po nějaké době lze opět počítat s obnovením výroby elektřiny, poté
co se příslušná část podzemí opět ohřeje.
28
GEOTERMÁLNÍ ENERGIE
NEVÝHODY:
1. Velké vstupní investice. Využití potenciálu geotermální energie v současné době předpokládá
o něco vyšší investiční náklady, než u jiných zdrojů tepelné energie. Tyto investice mohou mít
návratnost úsporami provozu za 5 až 7 let. Za předpokladu stálého zvyšování cen energie se
návratnost takovéto investice může ještě zkrátit.
2. Nejistoty v geologických podmínkách. Geotermální energie se získává z geologických
formací, které mají horké vody s plyny a bývají silně mineralizované. Z rozpuštěných látek
ve vodě jsou to sodík a draslík ve formě chloridů, síranů i karbonátů, spolu s menším
množstvím křemičitanů a těžkých kovů. Využívání chladnější vody pod 60 °C je spjato
s nižšími obsahy plynů i minerálních látek, přičemž ovšem takové složky mohou být
v balneologii využívány pro léčebné účely. Vody teplejší než 70 °C, získávané z hloubek
1–2 km mají naproti tomu často více než 100 g rozpuštěných minerálních látek v litru.
Taková voda pak může intenzivně inkrustovat potrubí, případně je korodovat. Úprava
takových vod vyžaduje značná množství chemikálií. Na lokalitách, jež využívají pro
výrobu elektrické energie horké vody, nebo přehřáté páry o teplotě nad 150 °C, se někdy
produkuje velké množství odpadu. Např. v geotermální elektrárně The Geysers v Kalifornii
připadlo v roce 1989 na výrobu 1000 MW energie 10 000 t odpadu. Srovnáváme-li však
geotermální a uhelné elektrárny z hlediska produkce oxidu uhličitého, vyznívá výsledek
ve prospěch elektráren geotermálních. V nich připadá jen 50 g oxidu uhličitého na 1
kWh, zatímco uhelná elektrárna jej produkuje dvacetkrát tolik. Systém Hot – Dry – Rock
je v tomto ohledu ještě příznivější, jelikož neprodukuje prakticky žádný plyn. (Myslil,
2007)
Současné analýzy rizika definuje směrnice o posuzování vlivů některých projektů na životní
prostředí - „směrnice EIA“ (č. 85/337/EEC), „ riziková analýza veřejných projektů, které mají vliv
Studie dosažené teploty pro projekt v Litoměřicích
Zdroj: PP prezentace Odbor ŽP Města Litoměřice
29
GEOTERMÁLNÍ ENERGIE
Budoucnost využití geotermální energie - ukázka zkušebního vrtu v Litoměřicích
Zdroj: PP prezentace Odbor ŽP Města Litoměřice
Budoucnost využití geotermální energie - Studie vzhledu připravované geotermální teplárny a elektrárny v Litoměřicích
Zdroj: PP prezentace Odbor ŽP Města Litoměřice
30
GEOTERMÁLNÍ ENERGIE
První pokusy s navrtáním bazální horniny až k lávovému poli.
Zdroj: http://technik.ihned.cz
Autor: Jan Tůma
na životní prostředí“, přičemž článek l, oddíl 2 tohoto standardu definuje, že těžba minerálních
zdrojů a tedy i geotermální energie spadá do tohoto okruhu.
Riziková analýza zahrnuje popis procesu a hodnocení jeho vlivu na zájmy obyvatel a okolního prostředí se všemi složkami. Musí být doloženo, že projektant a provozovatel mají zkušenosti s projektem využití geotermálních zdrojů. Ekonomické, environmentální a politické složky projektu musejí
být srovnány s jinými zdroji energie a rozdíly specifikovány z hlediska technických parametrů, jednotlivých složek a druhotných rizik.
Pokud budeme tedy budoucnost využívání geotermální energie odhadovat z odečtu výhod a nevýhod, tak jednoznačně získávání energie z hornin patří ve srovnání s kritérii ostatních OZE k těm
výhodnějším. Samozřejmě využívání v ČR v budoucnu závisí na mnoha ukazatelích. Pokud se budeme zabývat technologií HDR, tak nejrozpracovanější projekt je na území města Litoměřic. Ve
světě se vedle konceptu HDR využívá ještě tzv. EGS [Enhanced Geothermal Systems]. Oba každopádně zaručují stálost výkonu po 24 hodin denně.
Podle reportu geotermální asociace IGA je v současné době v 63 zemích světa v provozu na 320
elektráren a tepláren využívajících zemského tepla s celkovým elektrickým výkonem kolem 15
GWe. Do budoucnosti hodně odvážný americko-islandský projekt IDDP (Island Deep Drilling Project) se pokouší zlepšit jejich účinnost hlubinnými vrty až k samotnému magmatu. Projekt pod patronátem energetické společnosti Landvirkjun Power Comp. budí obrovský zájem průmyslových
i vědeckých organizací, neboť slibuje prakticky nejméně ztrojnásobení výkonu dosavadních
31
GEOTERMÁLNÍ ENERGIE
geotermálních studní, pokud leží v oblasti vulkánů. V tisku se již objevily (možná předčasně) úvahy,
že Island by rekonstrukcí dosavadních a výstavbou nových „lávových“ geotermálních elektráren
mohl kapacitou elektrické produkce, odhadovanou na 5000 MWe, zásobovat norskou, skotskou,
později i nizozemskou a německou energetickou síť prostřednictvím podmořských silových kabelů.
Na v září 2012 v Reykjavíku proběhnutém kongresu Global Energy Summit oznámili experti z IDDP,
že první geotermální elektrárnu na superkritickou vodu plánují na rok 2020.
BUDOUCNOST VYUŽITÍ GEOTERMÁLNÍ ENERGIE VERZUS VĚDA A VÝZKUM
Projekt využití geotermální energie v Litoměřicích bude mít zcela zásadní přínos pro českou vědeckovýzkumnou sféru v mnoha oborech. Zároveň bude sloužit jako klíčový stavební kámen pro
vznik vědeckovýzkumného centra se zaměřením na rozvoj geotermálních zdrojů energie, geologie, hlubinné vrtání a navazující technologie a technické obory.
V Evropě i v zámoří existuje již řada center zaměřených na rozvoj geotermální energie i centra
se širším záběrem, tzv. vědecko - výzkumné a byznys parky - STBP (Scientific, Technological and
Bussiness Parks), které podporují základní a aplikovaný výzkum s výrobní sférou. Jedná se o kombinaci byznys parků, podnikových inkubátorů, vědeckých výzkumných a technologických parků
a center inovací na jednom místě (dle klasifikace IASP- Mezinárodní asociace vědeckých a technologických parků). Postupné vytvoření tohoto širšího modelu V&V centra podporujícího místní ekonomiku bude dlouhodobým cílem, na jehož počátku bude stát realizace geotermálního projektu.
Takové V&V centrum bude mít klíčový význam nejen pro vědeckou sféru, ale rovněž pro rozvoj
místní ekonomiky postavené na službách a výrobcích s vysokou přidanou hodnotou s přesahem
do sousedních regionů, České republiky i zahraničí.
NEJVÝZNAMNĚJŠÍ SOUČÁSTI VĚDECKOVÝZKUMNÉHO BYZNYS PARKU-STBP
Výzkum a vývoj
Inkubátory & laboratoře
Mezinárodní spolupráce
Vzdělávání a osvěta
veřejnosti
Vývoj technologií
Testování nových
technologií a výrobků
Spolupráce s městy
Praktické ukázky funkčních
technologií-technopark
Teoretická výuka studentů
z různých univerzit, včetně
zahraničních
Zavádění nových
technologií a výrobků
na trh
Spolupráce s univerzitami
Středisko vzdělávání pro
děti, mládež a dospělé
Vznik univerzitních
pracovišť
Spolupráce V&V
a výrobních podniků
Spolupráce se soukromým
sektorem
Vznik vědeckovýzkumných klastrů
Rozvoj finančních
produktů s bankovním
sektorem
Participace/vedení
mezinárodních projektů
32
SLUNEČNÍ ENERGIE
SLUNEČNÍ ENERGIE
POJEM SLUNEČNÍ ENERGIE - DEFINICE
Většina obnovitelných zdrojů má svůj původ v energii slunečního záření. Největší potenciál (ve
smyslu množství energie, které nám může poskytnout) má přímé využití slunečního záření k výrobě tepla nebo elektřiny.
Sluneční energii můžeme považovat za efektivní a bezpečný zdroj energie pro naši planetu. S jeho
využitím můžeme počítat zhruba ještě sedm tisíc miliónů let. A k čemu můžeme sluneční záření
použít? Přímo například k výrobě tepla, chladu a elektřiny. Ovšem existuje ještě nepřímé využití,
a to jako energie větru, mořských vln, tepelnou energii prostředí a energii živé hmoty (biomasy).
Sluneční záření vzniká jadernými přeměnami v nitru slunce. V jádru slunce dosahuje teplota hodnoty 14 000 000 °C a tlaku přibližně 20.1010 MPa. Za těchto podmínek jsou všechny atomy zcela
ionizovány a vodíková jádra se slučují na jádra hélia. V nitru Slunce probíhá termonukleární reakce,
při které se každou sekundu přemění 560 milionů tun vodíku na hélium, uvolní se 3,8.1026 J energie, převážně ve formě krátkovlnného elektromagnetického záření a hmotnost Slunce se zmenší
o 4 miliony tun. Vzhledem k faktu, že vyčerpání zásob vodíku na Slunci je očekáváno až v řádu
miliard let, je sluneční energie označována jako obnovitelný zdroj. Sluneční záření představuje
drtivou většinu energie, která se na Zemi nachází a využívá.
Ze Slunce je energie předávána na Zemi ve formě záření. Co se týká vzdálenosti, tak nejbližší hvězdou od Země je Slunce. Jedná se zhruba o 150 milionů kilometrů. Energetický příkon ze Slunce je
ve vzdálenosti, v níž se nachází Země, přibližně 1300 W/m2. Tento výkon se označuje jako solární
konstanta.
Sluneční záření dopadající na zemský povrch se skládá ze dvou složek. Jedná se o přímé sluneční
záření (to je tvořeno prakticky rovnoběžnými svazky paprsků, které dorazí ze Slunce). Pak je zde
druhá složka – rozptýlené sluneční záření. To vzniká v důsledku rozptylu na částicích atmosféry. Projevuje se jako světlo oblohy. Globální sluneční záření je součet všech složek dopadajících
na horizontální zemský povrch. V ČR dopadá za rok průměrně 1100 kWh/m². Pokud se budeme
zabývat územím České republiky z pohledu využitelnosti slunečního záření, tak musíme konstatovat, že ho lze dobře využít. Celková doba slunečního svitu je od 1 400 do 1 700 hodin. Ovšem
nepočítáme do toho náhodnou oblačnost. Na základě výše napsaných čísel vidíme, že při dobré
účinnosti solárního systému můžeme získat z relativně nevelké plochy slušný výkon.
Rozdělení slunečního záření
Obrovský význam má sluneční záření především v biosféře, kde je základním předpokladem pro
koloběh a transformaci energie.
Z fyzikálního hlediska je sluneční záření elektromagnetické vlnění obsahující několik složek, které
mají různý biologický účinek. Hovoříme o složeném záření skládajícím se z fotonů, které se pohybují na různých vlnových délkách v rámci celé škály vyzařované Sluncem.
Z hlediska využívání sluneční energie nás bude zajímat z celého slunečního spektra oblast infračerveného záření a oblast viditelného záření.
•
Infračervené záření je záření o dlouhé vlnové délce 0,1 mm - 790 nm, jehož podíl na celkovém slunečním spektru činí 50 - 79 %. Infračervené záření je významné především v tepelné
33
SLUNEČNÍ ENERGIE
oblasti. Jeho suma je dána přímým vstupem do atmosféry se slunečním zářením a tepelným
vyzařováním objektů, jež přijaly energii jiných vlnových délek.
Viditelné záření je záření o vlnové délce 380 - 790 nm, jehož podíl na celkovém slunečním
spektru činí 21-46 %. Tento druh záření má krom velmi významného účinku fotosyntetického
významný účinek i v oblasti tepelné.
Všechny druhy elektromagnetického záření se mohou šířit i ve vakuu, a to rychlostí 300 000 km/s.
Energie přenášená elektromagnetickým zářením se proto může obrovskou rychlostí šířit i vesmírným prostorem - například ze Slunce k naší Zemi.
Energie se využívá přímo, nebo přeměněná na jinou formu.
Pokud se tato energie přeměňuje nějakým technickým zařízením (sluneční kolektor, fotovoltaický
článek) přímo, mluvíme obvykle o sluneční energii.
Sluneční (fotovoltaická) elektrárna je technické zařízení, kterým se přeměňuje energie ze slunečního záření na energii elektrickou. Fotovoltaická elektrárna využívá sluneční světlo. Solární panely
mohou být různých typů, od klasických křemíkových, až k těm složeným z tenkovrstvých solárních
článků.
Druhým typem sluneční elektrárny je tepelná elektrárna, která využívá teplo ze slunečních sběračů nebo heliostatů. Jde o soustředění slunečních paprsků z velké plochy do co nejmenší plochy
absorbéru, ve kterém dojde k ohřevu teplonosné kapaliny. Další část elektrárny již funguje totožně
s elektrárnou tepelnou. Někdy se také označuje jako „koncentrační solární elektrárna“ nebo „solární termální elektrárna“.
Fotovolotaika je přeměna světla na elektrickou energii. Prapůvod slova pochází ze dvou řeckých
slov „foto“ - světlo a „volt“ - jednotka elektrického napětí.
HISTORIE FOTOVOLTAICKÉ ENERGIE
Prvotní fotosyntetizující organismy začaly využívat energii slunečního záření už před 3,2 miliardami let, tedy ve starohorách. Ovšem lidská historie využívání sluneční energie je o poznání kratší. Je
pravdou, že sluneční energie se využívala člověkem od pradávna. Ovšem sofistikovanější využití
spočívající v další přeměně sluneční energie můžeme datovat k roku 1839. Tehdy francouzský
fyzik Edmund Becquerela zjistil, že při osvícení dvou kovových elektrod v roztoku na nich vrůstá
napětí. Uvolňování elektronů působením světla – tzv. fotovoltaický jev - bylo popsáno o dalších
38 let později. Mezníkem v historii využívání sluneční energie se stalo objevení fotovoltaických vlastností křemíku v roce 1918 a sestavení prvních křemíkových článků s účinností 4,5 - 6% v roce 1954. Stejný
mechanismus se ve zdokonalené podobě využívá dodnes, i když účinnost využití světelné energie
je stále relativně nízká.
První fotovoltaické články
První funkční solární článek sestrojil v roce 1884 americký vynálezce Charles Fritts, tedy celých 45
let po Becquerelově objevu fotovoltaického jevu. Frittsův článek byl vyroben ze seleniového polovodiče, který byl potažen velmi tenkou vrstvou zlata a měl účinnost přibližně 1%. Tyto seleniové
články neměly vzhledem k nízké účinnosti a vysoké ceně žádnou šanci na uplatnění při výrobě
elektřiny, nicméně se začaly využívat jako světelný senzor pro určování času expozice snímku ve
fotoaparátech. Frittsův vynález se takto používal až do roku 1960.
34
SLUNEČNÍ ENERGIE
Vynálezcem solárního článku, takového jak ho známe dnes, je Russell Ohl (1898-1987). Tento americký inženýr pracoval ve 30. letech 20. století na výzkumu materiálů pro telekomunikační firmu
AT&T Bell Labs. V roce 1939 objevil tzv. „P-N přechod“, což je oblast na rozhraní polovodiče typu
P a polovodiče typu N. Přechod P-N se chová jako hradlo, tzn. propouští elektrický proud pouze
jedním směrem. P-N přechodů se využívá v polovodičových součástkách, jako jsou diody nebo
tranzistory. Právě při vývoji materiálů pro výrobu tranzistoru vznikl jako vedlejší produkt solární
článek, v té době nazvaný jako „světlocitlivé zařízení“ s konverzní účinností okolo 5%. Vynález si
Russell Ohl nechal patentovat v roce 1946. Na Ohlových objevech jsou založeny například dnešní
LED diody a dále také významně přispěl k vývoji tranzistorů.
Křemíkové solární články byly pak v 50. letech 20. století vylepšeny v Bell Laboratories, kde se
náhodou přišlo na skutečnost, že křemíkový polovodič s některými příměsemi výrazně reaguje
na světlo. Prvním využitím solárních modulů pro účely dobývání vesmíru bylo na družici Vanguard
1, která byla vypuštěná v březnu 1958. Pro výrobu elektřiny v pozemských podmínkách začaly být
solární články používány přibližně od druhé poloviny 80. let 20. století. Problémem této tzv. první generace solárních křemíkových článků je však nízká účinnost (teoreticky max. 31%) a vysoké
výrobní náklady. Proto se dnešní úsilí vědců soustředilo na další (2. a 3.) generace článků, které by
měly do budoucna oba tyto problémy vyřešit.
Historie využívání solární energie v ČR a SR
V bývalém Československu se začalo se s vývojem toho, co tu doposud nebylo, tj. klasického (zaskleného) slunečního kolektoru a samostatného nezaskleného absorbéru (venkovní bazény u rodinných domů byly věcí téměř neznámou). U absorbérů se cesty ubíraly vývojem textilních absorbérů, umělohmotných hadic, gumových hadiček až po současné využívání umělohmotných
tuhých průtočných desek.
U kolektorů se začínalo zasklíváním deskových radiátorů, druhá cesta, která trvá prakticky dodnes,
je vývoj nových typů kolektorů. Od obyčejných deskových a lineárních Fresnelových čoček se vývoj rozšířil na koncentrační, deskové vakuové, trubicové vakuové průtočné, trubicové vakuové
s tepelnou trubicí atd.
Rámy kolektorů byly nejčastěji kovové, dřevěné, i z desek tvrdého PVC. Zachoval se i kolektor, který tvoří dvě po obvodu spojená silná skla, kdy je povrch vnitřního spodního skla natřen černou
barvou. Voda protékala plným profilem mezi skly.
Velkým zklamáním byl poznatek, že sluneční energie nám ohřeje vodu o pár desítek a nikoliv stovek stupňů. V té době byly totiž publikovány výsledky francouzského výzkumného solárního centra v Odeilo, kde velký koncentrační kolektor zajišťoval teploty několik tisíc stupňů Celsia.
První „velcí“ oficiální výrobci slunečních kolektorů byli Okresní podnik služeb Kroměříž, Závod Slovenského národního povstání ve Žiaru nad Hronom a Elektrosvit Nové Zámky. Každý výrobce přišel na trh s vlastním slunečním kolektorem:
• Kroměříž měděný plech s měděným lyrovým absorbérem
• Žiar nad Hronom absorbér z hliníkových průtočných lamel
• Nové Zámky ocelový absorbér svařený ze dvou desek systém roll-bond
• Slovenské závody technického skla v Bratislavě vakuové trubicové průtočné kolektory o průměru trubice 100 mm
• Sklotas Duchcov lineární Fresnelova čočka
35
SLUNEČNÍ ENERGIE
Jedna z nejstarších československých solárních soustav z roku 1976,závod VŽKG v Kojetíně na Přerovsku, podrobnosti
v textu, dodnes funkční
Zdroj: http://www.topeni-bernatik.cz/cz/solarni-historie-v-cr-a-sr.html Foto: J. Baloun
Pokud se týká „solárních“ lokalit, největší iniciativy vycházely z Kroměříže a Žiaru nad Hronom,
dalšími byly Praha, Hradec Králové, Liberec, Bratislava a další. Dokonce se v jedné době hovořilo
o „solární ose“ Liberec - Kroměříž - Bratislava.
Mezi první významné velké solární akce pro přípravu TUV lze zařadit dodnes pracující solární systém s kroměřížskými kolektory v Kojetíně z roku 1976 (140 ks, 120 m2, ohřev 2 x 4000 l) a koupaliště Rusava u Holešova, dnes již rekonstruované s novými kolektory. Slovenské žiarské kolektory
byly zkušebně realizovány poprvé kolem roku 1980 v podnikovém rekreačním středisku Borovice
ve stejném okrese a v roce 1984 byl zprovozněn první systém v Pliešovciach okres Zvolen (48 ks,
96 m2, ohřev 2 x 2500 l). Bylo by velmi žádoucí sestavit seznam všech velkých solárních akcí, zhodnotit jejich koncepci, historii, technický i energetický přínos.
LEGISLATIVA
Instalace fotovoltaických elektráren je v České republice upravena a podporována zákonem č.
180/2005 Sb. o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie. Tento zákon garantuje
podporu pro provozování fotovoltaických elektráren po dobu 20-ti let od jejich spuštění.
Dle zákona č. 180/2005 Sb.:
Lokální distributoři mají primární povinnost připojovat nové zdroje vyrábějící elektřinu z obnovitelných zdrojů do své sítě. Odmítnout mohou jen výjimečně, a musí toto odmítnutí zdůvodnit.
Plošné odmítání připojování nových slunečních elektráren, zejména pokud se jedná o zařízení
36
SLUNEČNÍ ENERGIE
Jeden z prvních československých koncentračních kolektorů v chropyňském závoděStátního statku Kroměříž v den exkurze, realizace před rokem 1984. Ohříval 2500 l TUV denně, návratnost investice spočítána na 8 let
Zdroj: http://www.topeni-bernatik.cz/cz/solarni-historie-v-cr-a-sr.html Foto: J. Baloun
První velká československá solární soustava z celohliníkových kolektorů SALK 200 z roku 1984,farma Vojenské lesy a majetky Pliešovce okr. Zvolen. Firemní prospekt Zdroj: http://www.topeni-bernatik.cz/cz/solarni-historie-v-cr-a-sr.html
37
SLUNEČNÍ ENERGIE
přistupujících do sítě na úrovni nízkého napětí (typicky rodinné domy), není v souladu se zákonem, a lze si na něj stěžovat.
Distributoři elektrické energie mají povinnost prioritně vykupovat elektřinu vyrobenou z obnovitelných zdrojů energie.
Výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů je licencovaná činnost. V České republice licenci uděluje
Energetický regulační úřad.
PRÁVNÍ PŘEDPISY SE VZTAHEM K SOLÁRNÍ ENERGETICE
Zákon č. 180/2005 Sb., o podpoře využívání obnovitelných zdrojů.
Novela zákona č. 1820/2005 Sb., o podpoře využívání obnovitelných zdrojů. Tato novela omezuje
podporu pouze na fotovoltaické elektrárny s instalovaným výkonem do 30 kWp, které jsou umístěny na střešních konstrukcích nebo na obvodových zdech budov.
Cenové rozhodnutí ERÚ č. 7/2013 - stanoví podporu pro rok 2013.
Zákon č. 458/2000 Sb., o podmínkách podnikání a o výkonu státní správy v energetických odvětvích a o změně některých zákonů (Energetický zákon).
Vyhláška č. 426/2005 Sb., o podrobnostech udělování licencí pro podnikání v energetických odvětvích.
Vyhláška č. 363/2007 Sb., kterou se mění vyhláška č. 426/2005 Sb., o podrobnostech udělování
licencí pro podnikání v energetických odvětvích.
Vyhláška č. 475/2005 Sb., kterou se provádějí některá ustanovení zákona o podpoře využívání obnovitelných zdrojů.
Vyhláška č. 364/2007 Sb., kterou se mění vyhláška č.475/2005 Sb., kterou se provádějí některá
ustanovení zákona o podpoře využívání obnovitelných zdrojů.
Vyhláška č. 51/2006 Sb., o podmínkách připojení k elektrizační soustavě.
ÚČETNÍ A DAŇOVÉ SOUVISLOSTI
Při provozování fotovoltaické elektrárny jste vždy podnikateli, a to i v případě, že provozujete elektrárnu v režimu „zeleného bonusu“ na rodinném domku. Provozování fotovoltaické elektrárny je
považováno za podnikání podle Energetického zákona (Zákon č. 91/2005 Sb.) a každý provozovatel elektrárny je proto považován za osobu samostatně výdělečně činnou. Proto musí mít licenci od Energetického regulačního úřadu (ERÚ), která je obdobou živnostenského listu. Licence
od Energetického regulačního úřadu nahrazuje živnostenský list.
Z příjmů z provozování fotovoltaické elektrárny musíte platit zálohy na sociální a zdravotní pojištění. Pro placení sociálního pojištění je rozhodující, zda podnikatel vykonává provozování elektrárny
jako hlavní nebo vedlejší činnost. Podnikatel, který vykonává provozování střešní elektrárny jako
hlavní samostatnou výdělečnou činnost (tedy podnikání je pro něj zpravidla jediným zdrojem příjmů), má povinnost platit pojistné na sociální pojištění vždy, a to formou pravidelných měsíčních
38
SLUNEČNÍ ENERGIE
záloh a případně doplatku po podání přehledu o příjmech a výdajích, je-li stanovené pojistné
vyšší než úhrn zaplacených záloh. U vedlejší samostatné výdělečné činnosti je účast na pojištění
závislá na výši dosažených příjmů po odpočtu výdajů, na výši dosaženého tzv. daňového základu.
Pokud daňový základ dosáhl rozhodné částky podle § 10 odst. 2 zákona o důchodovém pojištění,
je osoba samostatně výdělečně činná povinna platit pojistné na sociální pojištění. Vyměřovacím
základem pro pojistné je pak částka, kterou si určí, ne však méně než 50 % daňového základu. Při
stanovení vyměřovacího základu pro pojistné se u dosažených příjmů z provozování solárních
elektráren, které jsou naposledy v roce 2010 osvobozeny, se postupuje tak, jako by osvobozeny
nebyly.
Při provozování elektrárny musí vést právnická osoba podvojné účetnictví (na druhou stranu pak
můžete elektrárnu odpisovat). S platností od 1. ledna 2011 fyzická osoba provozující fotovoltaickou elektrárnu nemusí vést podvojné účetnictví, dostačující je daňová evidence. Povinnost vést
podvojné účetnictví byla zrušena Zákonem č.155/2010 Sb.
Rozhodným rokem z hlediska legislativy vůči solárním elektrárnám lze považovat rok 2010
V průběhu tohoto roku přijala česká vláda tyto tři novely zákona o podpoře obnovitelných zdrojů:
1) zákon č. 137/2010 Sb. přijatý 21. dubna 2010 s účinností od 20. května 2010
2) zákon č. 330/2010 Sb. („druhá novela“), přijatý 3. listopadu 2010 s účinností od 1. ledna 2011
3) zákon č. 402/2010 Sb. („třetí novela“), přijatý 14. prosince 2010 s účinností od 28. prosince
2010, resp. 1. ledna 2011
První novela zrušila s účinností od roku 2011 takzvanou „pětiprocentní brzdu“ pro všechny elektrárny s dobou návratnosti investic kratší než 11 let. To způsobilo, že ERÚ zavedl výkupní cenu pro
tato zařízení připojená k distribuční soustavě v roce 2011 přibližně poloviční, než jaká byla výkupní cena pro zařízení připojená v roce 2010.
Druhá novela úplně zrušila jakoukoli podporu pro fotovoltaické elektrárny, které nebyly připojeny
k distribuční soustavě do konce února 2011. (Výjimku tvoří malé elektrárny s výkonem do 30 kW
na střechách nebo obvodových zdech jedné budovy.)
Třetí novela pak zavedla tyto významné změny:
• odvod uvalený na elektrickou energii vyráběnou ve fotovoltaických elektrárnách uvedených
do provozu mezi 1. lednem 2009 a 31. prosincem 2010;
• státní dotace pro provozovatele sítí pokrývající tzv. vícenáklady, které vznikly v důsledku podpory výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů;
• zvýšení poplatků za vynětí půdy ze zemědělského půdního fondu, které je potřebné k výstavbě
většiny elektráren.
Sazba odvodu činí v případě uplatňování výkupní ceny 26 % a v případě zeleného bonusu 28 %.
Srážku odvodu provádí příslušný provozovatel sítě z plateb za elektřinu vyrobenou od 1. ledna
2011 do 31. prosince 2013.
Novela týkající se daně z příjmu:
12. listopadu 2010 byl přijat zákon č. 346/2010 Sb., kterým se mění zákon o daních z příjmů. Tímto
došlo ke zrušení „daňových prázdnin“, které platily pro všechny výrobce energie z obnovitelných
zdrojů již od roku 1993, a potom také prodloužil lhůtu pro odepisování hmotného majetku využívaného k výrobě elektřiny ze sluneční energie.
39
SLUNEČNÍ ENERGIE
JAK POSTUPOVAT PŘED ZŘÍZENÍM SOLÁRNÍ ELEKTRÁRNY
Nejprve je třeba získat licenci Energetického regulačního úřadu (ERÚ). Licence funguje podobně
jako živnostenský list – opravňuje svého držitele k podnikání podle pravidel energetického zákona. Pro získání licence na FVE do výkonu 20 kW nepotřebujete žádné specializované vzdělání ani
zkušenosti.
K udělení licence je třeba:
• vyplnit žádost o licenci
• vyplnit formuláře Energetického regulačního úřadu.
• mít revizní zprávu elektrárny
Žádosti o připojení FVE je možno podávat na jednotlivé distribuční společnosti (např. ČEZ, EON).
Podmínkou získání zeleného bonusu nebo povinného výkupu je, aby fotovoltaická elektrárna byla
o velikosti max. 30kW. a byla umístěna maximálně jedna na jedné střeše nebo obvodovém plášti
objektu - stavby registrované v Katastru nemovitostí. Nyní je možno na jednu střechu umístit pouze 1 fotovoltaickou elektrárnu.
Po obdržení licence na výrobu elektřiny se musí majitel zaregistrovat:
• do 30 dnů na finančním úřadě
• do 8 dnů na okresní správě sociálního zabezpečení
• do 8 dnů na zdravotní pojišťovně
TECHNOLOGIE ZÍSKÁVÁNÍ SOLÁRNÍ ENERGIE
PROVOZNÍ CHARAKTERISTIKA VÝROBNÍCH ZAŘÍZENÍ
Solární energii lze aktivně využívat dvěma způsoby za použití přídavných zařízení, tzv. kolektorů.
SOLÁRNÍ KOLEKTORY
Tato zařízení slouží především k výrobě tepelné energie. Termické kolektory jsou často využívány
nekomerčním způsobem v domácnostech (ohřev užitkové vody, ohřev vody v bazénech, vytápění), nicméně jich lze využít i průmyslově k výrobě páry či technologického tepla. Základním komponentem termického kolektoru je absorbér, tvořený deskou či trubicí, uvnitř kolektoru. Sluneční
paprsky, které dopadají na povrch absorbéru, se proměňujína tepelnou energii.
TIPY SOLÁRNÍCH KOLEKTORŮ:
Bazénové solární kolektory
Jsou tvořeny absorbérem černé barvy a nejsou vybaveny skříní a skleněnou deskou.
Ploché solární kolektory
Zachycují teplo v absorbéru. Tepelná energie je posléze pomocí teplonosné kapaliny odvedena
do výměníku, kde je teplo využito k přípravě teplé užitkové vody, pro vytápění, případně je teplo
uskladněno k pozdějšímu využití. Teplonosnou kapalinou je obvykle voda s příměsí ekologicky
nezávadné nemrznoucí kapaliny. Výkonnější variantou jsou ploché solární kolektory vybavené
40
SLUNEČNÍ ENERGIE
selektivní absorpční vrstvou, která zachytí i difuzní záření rozptýlené v atmosféře. Tyto kolektory
lze pro jejich vyšší účinnost použít i k vytápění.
Vakuové solární kolektory
Jsou nejvýkonnější alternativou mezi solárními kolektory, díky odstranění vzduchu v trubicích, při
kterém se minimalizují ztráty energie. Solární kolektory prostřednictvím vakuované trubice zachycují sluneční záření a přeměňují jej na tepelnou energii. Působením tepelné energie dochází
k výparu kapaliny (vody při sníženém tlaku, nebo alkoholu), která poté přechází jako pára do kondenzátoru. V kondenzátoru dochází k předání tepla mezi párou a topnou vodou, nebo teplou
užitkovou vodou. Po ochlazení páry dochází k jejímu zkapalnění a vrací se zpět do kolektoru.
FOTOVOLTAICKÉ SOLÁRNÍ SYSTÉMY
Fotovoltaický jev a jeho využití při získávání energie
Termínem fotoelektrický jev je nazýván fyzikální jev, při němž jsou elektrony uvolňovány (vyzařovány) z látky v důsledku absorpce elektromagnetického záření. Jev je spojen např. s absorpcí rentgenového záření či záření viditelného světla. Vyzářené elektrony nazýváme fotoelektrony a jejich
uvolňování se označuje také jako fotoelektrická emise.
Pokud tento jev probíhá uvnitř pevné látky, kdy uvolněné elektrony v látce zůstávají jako vodivostní elektrony hovoříme o tzv. vnitřním fotovoltaickém jevu. Tento jev může nastat v některých
polovodičích (např. v křemíku, germaniu) a lze jej poté využít k získávání elektrické energie prostřednictvím fotovoltaických článků.
Fotovoltaický článek
Je tvořen nejčastěji tenkou destičkou z monokrystalu křemíku či polykrystalického materiálu. Destička je z jedné strany obohacena atomy trojmocného prvku (např. bóru), z druhé strany atomy
pětimocného prvku (např. arzenu). Při dopadu fotonů na takto upravený článek, se uvolní záporně
nabité elektrony. Ve fotovoltaickém článku tedy vznikají volné elektrické náboje, které jsou již jako
elektrická energie odváděny přes regulátor do akumulátoru ke spotřebiči nebo do rozvodné sítě.
Fotovoltaický panel
Je pak sestavou fotovoltaických článků, které jsou na sebe napojeny letovanými spoji.
ROZDĚLENÍ FOTOVOLTAICKÝCH SYSTÉMŮ
Názvem fotovoltaický systém označujeme sestavu fotovoltaických panelů, podpůrných zařízení
(regulátor dobíjení, napěťový střídač, indikační a měřicí přístroje, akumulátorová baterie apod.),
spotřebičů a případných dalších prvků.
Solární systémy lze dále dělit na:
• Ostrovní solární systémy (nezávislé na rozvodné síti),
• Solární systémy zapojené do sítě
41
SLUNEČNÍ ENERGIE
Ostrovní fotovoltaický solární systém
Tento druh solárních systémů bývá obvykle instalován na lokalitách, kde nelze nebo není ekonomicky rentabilní vybudovat elektrickou přípojku. Problematickým aspektem využívání ostrovních
solárních systémů je akumulace a uchovávání vyprodukované elektrické energie pro období, kdy
nejsou pro výrobu vhodné podmínky. Problém uchování elektrické energie je obvykle řešen prostřednictvím akumulátorové baterie s elektronickým regulátorem optimálního dobíjení a vybíjení
(Buřinka, Klimek 2007). V případě ostrovních solárních systémů je nezbytné používání maximálně
úsporných spotřebičů.
Solární systémy zapojené do sítě
Vyprodukovaná elektrická energie je přes síťový měnič napětí (potřeba změny jednosměrného
napětí na napětí střídavé) dodávána do rozvodné sítě. Solární systémy zapojené do veřejné sítě
mají tu výhodu, že v době, kdy vyrábí fotovoltaický systém přebytek energie, může ji dodávat
do sítě. Naopak v době nedostatku vlastního výkonu lze energii odebírat z rozvodné sítě.
Sluneční elektrárny
Rozlišujeme dva základní druhy solárních elektráren na základě způsobu získávání energie:
Elektrárny s přímou přeměnou, které ke své činnosti využívají výše popsaný princip fotovoltaického jevu prostřednictvím solárních článků propojených do solárních panelů. Tyto solární elektrárny se pak liší především svým výkonem.
Elektrárny s nepřímou přeměnou jsou založeny na principu získávání tepla pomocí slunečních
sběračů. Ze sběračů je sluneční energie dále přenášena do termoelektrického článku, ve kterém je
na základě Seebeckova jevu přeměněna na elektrickou energii. Termoelektrický článek je zařízení
z drátů ze dvou různých kovů, spojených na koncích. V obvodu z těchto drátů vzniká elektrický
proud, pokud mají jejich spojení různou teplotu. Účinnost zařízení závisí na vlastnostech obou
kovů a na rozdílu jejich teplot. Termoelektrické články jsou zapojovány do sestav, které nazýváme
termoelektrické generátory. Velkými komerčními alternativami elektráren s nepřímou přeměnou
Sluneční elektrárna v USA
Zdroj: http://earthobservatory.nasa.gov/Features/RenewableEnergy/Images/solar_two.jpg
42
SLUNEČNÍ ENERGIE
jsou solární tepelné elektrárny. V těchto elektrárnách je absorbér umístěn na věži, v ohnisku velkého fokusačního (ohniskového) sběrače. Sluneční záření se na něj soustřeďuje pomocí mnoha
otáčivých rovinných zrcadel - tzv. heliostatů. Absorbér, je zároveň kotlem, ve kterém se ohřívá kapalina. Kapalina se ve výměníku mění na páru, která pak pohání prostřednictvím turbín generátor.
Palivové články
Palivové články využívají princip přeměny sluneční energie na energii chemickou. Pomocí slunečního záření je voda rozkládána na vodík a kyslík. Nahromaděná chemická energie ve formě plynu je poté využita prostřednictvím palivového článku na energii elektrickou. Obrovskou výhodou
přeměny sluneční energie na energii chemickou je možnost jejího dlouhodobého uchovávání
a snadného transportu. Výhodou výroby elektrické energie v palivových článcích je jejich vysoká
účinnost, která dosahuje až 90%, oproti 35% účinnosti elektráren na fosilní paliva.
EKONOMICKÁ CHARAKTERISTIKA VYUŽÍVÁNÍ SOLÁRNÍ ENERGIE
V případě investičního záměru na vybudování solární elektrárny je třeba vycházet z aktuální situace.
FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ KALKULACI NÁVRATNOSTI INVESTICE
DO FOTOVOLTAICKÉ ELEKTRÁRNY
• Pořizovací náklady na fotovoltaickou elektrárnu
• Výkon v elektrárny (kWp)
• Postupné snižování výkonu instalovaných solárních panelů
• Průměrná roční výroba (kWh) na 1 kWp instalované plochy pro danou lokalitu
• Garantovaná výše výkupní ceny a její každoroční vývoj
•Daň
Důležitým faktorem v posuzování ekonomické rentability v současné době budovaných fotovoltaických elektráren je zrušení či snížení většiny v minulosti poskytovaných dotací a státní podpory.
Naproti tomu dochází k výraznému poklesu cen technologií. Oproti situaci před pěti lety, kdy se
cena solárního panelu pro koncového zákazníka pohybovala okolo 150 Kč za 1 Wp špičkového
výkonu, v současné době lze obdobný solární panel zakoupit za cenu pod hranicí 40 Kč za 1 Wp.
Přes značné snížení cen technologií na využívání solární energie jsou však v současné době náklady na její výrobu stále vyšší než náklady na výrobu energie konvenčním způsobem, tedy z fosilních paliv. Zelený bonus a garantovaná výkupní cena tento rozdíl výrobcům solární energie
stále ještě vyrovnávají a napomáhají tak rozvoji ekologičtější výroby energie.
ZELENÉ BONUSY
Při spotřebovávání elektrické energie, získané z obnovitelných zdrojů, může provozovatel solární
elektrárny přebytek vzniklé energie prodat provozovateli regionální distribuční společnosti nebo
provozovateli přenosové soustavy, od kterého následně dostanete finanční prémii. Tato prémie se
nazývá zelený bonus a získává ji výrobce elektřiny z obnovitelných zdrojů, pokud elektřinu generovanou z obnovitelných zdrojů využívá pro svou osobní potřebu a případné přebytky odevzdá
do sítě.
43
SLUNEČNÍ ENERGIE
GARANTOVANÁ VÝKUPNÍ CENA
Provozovatel regionální distribuční soustavy (nebo provozovatel přenosové soustavy) je povinen odkoupit od výrobce veškerou elektřinu, kterou z daného obnovitelného zdroje vyrobí, a to
za cenu platnou v době připojení zařízení na výrobu elektrické energie do sítě. K výkupní ceně se
připočítává tzv. „inflační doložka“, která je stanovena na 2 – 4 % ročně.
Výše zeleného bonusu v případě solární energie činí pro rok první polovinu roku 2013
2,86 Kč/kWh pro instalace do 5 kWp a 2,28 Kč/kWh pro instalace od 5 do 30 kWp. Výkupní
cena byla stanovena zhruba o 55 haléřů vyšší.
Pokud zvažujeme ekonomickou návratnost malé solární elektrárny s kapacitou okolo 5 kWh
za současných investičních nákladů (technologií, dopravy a práce techniků) a za současné výše
zelených bonusů či garantovaných cen, pohybuje se v rozmezí 10 – 11 let. Tento odhad ekonomické návratnosti je však platný pouze za ideálního stavu bez vlivu mnoha, do značné míry reálných,
rizik (změna politické situace, zvyšování daní, nepříznivý vývoj cen energií apod.). Výrobci kvalitních solárních panelů uvádějí jejich životnost okolo 30 let, přičemž po 12 letech provozu garantují
účinnost solárních panelů 90% a po 25 letech účinnost 80%.
BUDOUCNOST VYUŽITÍ SLUNEČNÍHO ZÁŘENÍ
Fotovoltaické elektrárny, které díky významným státním dotacím zaznamenávají mohutný rozvoj,
vyrobily v roce 2012 2118 GWh elektřiny, což je v celostátním měřítku asi 2,4 % celkové hrubé
výroby elektřiny. V EU se počítalo s nárůstem výkonu z 30 GW na 3000 GW a u výroby z 0,03 TWh
na 3 TWh. Skutečný vývoj je pomalejší, ale nabírá na tempu.
Využívání sluneční energie i v budoucnu podporuje několik faktorů:
• Slunce je nevyčerpatelným zdrojem energie.
Sluneční energie je totiž jediný obnovitelný zdroj, který má dostatečný potenciál na dlouhodobé
pokrytí energetických potřeb lidstva bez negativních vedlejších následků. Na většinu domů dopadne za rok ze slunce více energie, než kolik činí jejich roční spotřeba tepla a elektřiny. Je to také
jediný zdroj, který je dostupný všude (snad s výjimkou polárních oblastí). Možnosti využití - přeměna solárního záření na teplo (fototermální přeměna) či na elektrickou
energii (fotovoltaická přeměna).
•
•
•
Výhodou využití sluneční energie jsou nízké provozní náklady (sluneční energie je zdarma).
Zařízení mají vysokou životnost 15 - 20 let a jejich obsluha není náročná.
Energie vyrobená ze slunečního záření může nahradit 20 - 50% potřeby tepla k vytápění a 50
- 70% potřeby tepla k ohřevu vody v domácnosti.
Jak je již zmíněno v předchozích kapitolách, fototermální přeměna může být pasivní (pomocí
pasivních solárních prvků budov - prosklené fasády, zimní zahrady) nebo aktivní (pomocí přídavných technických zařízení - sluneční sběrače - kolektory).
Teplo pro vytápění budov nejsnáze získáme tak, že vpustíme jižními okny slunce do interiéru. Aby
zase rychle neuteklo, potřebujeme dobře izolující okno a ještě mnohem lépe izolující stěny, strop
a podlahu. Na tomto principu fungují tzv. pasivní domy, které jsou z větší části vytápěny právě
sluncem. Tyto tzv. pasivní zisky se využívají i jinde v architektuře.
44
SLUNEČNÍ ENERGIE
Podrobné rozdělení možností ukazuje obrázek
Zdroj: informační letáky EkoWATT
Pro teplo na ohřev vody (na mytí i do radiátorů) je nutno použít tzv. aktivní systémy. Primitivní, ale
v létě dostatečně účinný, je i sud s vodou natřený načerno. Pro celoroční provoz nebo pro vyšší
teploty je nutné složitější zařízení - solární termální systém.
Aktivní systémy je téměř vždy možné dodatečně instalovat na již stojící budovu. Využívají se
zejména k celoroční přípravě teplé vody, ohřevu bazénové vody a k přitápění budov pomocí teplovodního či teplovzdušného vytápění.
Fotovoltaické panely
Fotovoltaická zařízení představují jednoduchý a elegantní způsob, jak sluneční paprsky přeměnit
na elektřinu. Pracují na principu fotoelektrického jevu: částice světla - fotony - dopadají na článek
a svou energií z něho „vyráží“ elektrony. Polovodičová struktura článku pak uspořádává pohyb
elektronů na využitelný stejnosměrný elektrický proud. Se stejnými základními stavebními prvky, solárními články, je možné realizovat aplikace s nepatrným výkonem (napájení kalkulačky) až
po velké elektrárny s výkony v MW.
45
SLUNEČNÍ ENERGIE
Zdroj: informační letáky EkoWATT
Zdroj: informační letáky EkoWATT
46
SLUNEČNÍ ENERGIE
Zdroj: informační letáky EkoWATT
Zdroj: informační letáky EkoWATT
47
SLUNEČNÍ ENERGIE
V obci Hrádek na Znojemsku je uvedena do provozu elektrárna na sluneční energii o instalovaném výkonu 1,2 MW. To je prozatím největší výkon v tuzemsku, postačující na krytí roční spotřeby
elektřiny asi sedmi stovek rodin.
•
Významným přínosem je i úspora fosilních paliv, jejichž spalováním znečišťujeme přírodu
emisemi SO2 , CO2 , NOx a prachovými částicemi.
Sluneční energii nelze využít jako samostatný zdroj tepla. Pro celoroční využití je nutný doplňkový
zdroj energie (zemní plyn, elektrická energie, kapalná paliva atd.), který pokrývá zvýšenou potřebu v době, kdy je slunečního záření nedostatek.
Pro plně funkční systém je nutné dodržet několik zásad:
• Účinnost kolektorů závisí zejména na rozdílu teplot absorbéru (resp. teplonosné kapaliny)
a okolního vzduchu. Čím vyšší teplotu požadujeme (např. 55 °C pro přípravu TV), tím horší bude 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
• Orientace na jih. Správná orientace je velmi důležitá, nejvyšší výkon se dosáhne nasměrováním s odchylkou mírně na západ (asi o 8° až 15°), kdy lze lépe využít i energii zapadajícího
Slunce. Některé systémy mají kolektory s natáčecím zařízením, ale moderní ploché kolektory
mají dobrý výkon i bez natáčení.
• Celodenní osvit kolektorů Sluncem je velmi důležitý. Krátkodobé zastínění kolektorů budovami či zelení je přípustné spíše dopoledne, protože maximum výkonu nastává kolem 14 hodiny.
• Možnost umístění kolektorů s požadovaným sklonem, tedy 25° až 50° k vodorovné rovině.
Optimální sklon pro celoroční provoz je kolem 45°. Kolektory je možné dát i na svislou stěnu,
ovšem tím se značně zhoršuje účinnost (zejména v létě).
• Co nejkratší rozvody mezi kolektorem a zásobníkem s kvalitní tepelnou izolací - snižují se
tepelné ztráty.
POUŽITÉ ZDROJE:
http://cs.wikipedia.org/wiki/Obnoviteln%C3%A1_energie
http://cs.wikipedia.org/wiki/Slune%C4%8Dn%C3%AD_elektr%C3%A1rna
http://www.solarenvi.cz/slunecni-elektrarny/technicke-informace/historie-fotovoltaiky/
Článek Solární historie v ČR a SR, ze dne 20. 4. 2004, autor: Ing. Jaroslav Peterka, CSc.
48
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
POJEM VODNÍ ENERGIE – DEFINICE
Energii z vody lze získat využitím jejího proudění a jejího tlaku. V případě proudění pak hovoříme
o energii pohybové či kinetické, v případě tlaku o energii tlakové, neboli potenciální.
Kinetická energie - ve vodních tocích je dána rychlostí proudění, rychlost je závislá na spádu toku.
Využití této energie je možné rovnotlakými stroji založenými na rotačním principu (vodní kola,
Bánkiho a Peltnovy turbíny).
Potenciální energie - vzniká v důsledku gravitace, využívá se v přetlakových strojích (Kaplanovy,
Francisovy a Reiffensteinovy turbíny, různé typy vrtulových turbín).
Dále lze operovat i s následující definicí:
Vodní energie je technicky využitelná potenciální, kinetická nebo tepelná energie veškerého vodstva na Zemi. Jedná se hned po biomase o druhý nejvyužívanější obnovitelný zdroj energie. Nejvíce se v dnešní době využívá přeměny ve vodních elektrárnách na elektrickou energii.
HISTORIE VODNÍ ENERGIE
S využíváním energie tekoucí vody k pohonu jednoduchých strojů a k zavodňování půdy se setkáváme už v antice. Vodní kola s vertikální hřídelí pro pohon mlýnských kamenů se vyskytují kolem
2. století př. n. l. se v Ilyrii. V pozdější době se začal používat zlepšený způsob vodního kola s horizontální osou a přenosem otáčení na vertikálně uspořádané mlýnské kameny. V následujícím období dochází k zavádění „plovoucího mlýna“. Ve středověku je využívána vodní energie k ulehčení
lidské práce. Například je vyvíjeno vodní kolo, které se používá k různým účelům. Zejména nachází
uplatnění při mletí obilí. Zajímavostí je, že na našem území byl v roce 718, jako první ve střední
Evropě, vybudován na řece Ohři u Žatce mlýn poháněný vodní energií.
Pokud bychom měli mlýn definovat, tak se jedná o soubor strojů určených k rozmělňování materiálů. Obecně je ale mlýnem myšlena hlavní budova s příslušenstvím, ve které se stroje nachází.
Mlýnů známe hodně druhů, nejenom ty obilní. Najít můžeme (zejména ve světě) mlýny užívané
pro průmysl papírenský, lakýrnický. Známe i mlýny na suroviny keramické, mlýny grafitové, solné,
cukerné a další. Setkat se můžeme ale i s využitím vodní energie pro vodní pily a vodní pumpy
u dolů. Vodní energie sloužila k drcení nerostů, k usnadnění zpracování kůží v koželužnictví, existovaly i vodou poháněné valchy.
S využitím vodní energie se můžeme setkat v souvislosti s hamry. Hamr je spojen s výrobou a zpracováním železa. Pojem „hamr“ je název jak pro budovu, tak i kovací stroj. Ten dnes nazýváme kruhoběžným padacím bucharem. S hamry jsme se v minulosti mohli potkat blízko hutí. Hamry byly
vlastně velké strojní kovárny, vybavení bylo obdobné jako u kovárny - výheň, měchy, kovadliny,
svěráky, kladiva, atd. Navíc zde ale byly vodou poháněné buchary. Podle systému pohonu se dělily
na chvostové (švanchamry) a bočně nadhazované. Byla použita velká kladiva o váze mezi 180 až
300 kg, ta byla upevněná na dřevěné páce.
U chvostového hamru je páka opřená uprostřed a zadní konec páky stlačován dolů kolíky usazenými v otáčející se hřídeli vodního kola. Tím docházelo ke zdvižení kladiva. Dalším otáčením
se kolík z páky vysmekl a kladivo dopadalo vlastní vahou dolů. Jeho dráha nebyla přímková, ale
49
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
do oblouku. Počet úderů se pohyboval v rozmezí mezi 120 až 150 za minutu. Bočně nadhazovaný
hamr byl v podstatě identický, pouze hřídel vodního kola byla rovnoběžná s pákou kladiva.
Také historie vodních pil je dlouhá. První zmínky se datují už od 4. století, kdy se objevují na řece
Ruře a setkat se s nimi můžeme i v Římě, kde je poháněla vodou z městských vodovodů. V Čechách
se jejich historie píše od středověku a je spojena s rozvojem měst a související s potřebou rychle
získávat materiál pro stavby.
Nejstarší pily bývaly vybaveny pouze jediným strojem, a to výhradně pilou rámovou jednolistou,
která prováděla podélné rozřezání vlastního kmenu. Postupem času došlo k doplnění ještě o pilu
kotoučovou (cirkulárku) s dlouhým pojízdným stolem. Následně docházelo k dalším inovacím,
které spočívaly v doplnění dalších pilových listů do rámu, ovšem systém se zásadně neměnil. Oba
typy těchto strojů mohly být poháněny mechanickým pohonem od vodního motoru. Proto byly
pily stavěny hlavně v blízkosti vodních mlýnů. Tyto malé provozy udržely dost dlouho. Dřevo se
k nim dopravovalo z úbočí kopců dřevěnými skluzy, na vozech či koňským potahem. Ve vhodné
krajině bylo možné vybudovat plavební kanál. Voda potom byla využita dvojnásobně, jak pro pohon strojů, tak i dopravu kulatiny.
Pokud se týká historie a vodních pohonů jako takových, jednoznačně byly nejvíce rozšířeny mlýny
obilní. Proto je mlynářství velmi staré řemeslo. Bylo to způsobeno jednak všudypřítomnou zemědělskou výrobou a současně obtížnou dopravou zrna na větší vzdálenosti v dobách, kdy ještě
nebyla dostatečně provázaná železniční a silniční síť. Mlýn stával snad u každé větší vsi. Pokud to
hydrologické poměry dovolovaly, byl v obci postaven vodní mlýn. Kde ne, vystavěli naši předci
mlýn větrný nebo soustrojí poháněli zvířecí silou - žentourem. V chudých krajích nebylo ani to,
a pak musela nastoupit síla lidských svalů a prostý ruční mlýnek.
Ve 14. století se objevují konstrukce tzv. „korečníků“. To jsou vodní kola se svrchním nátokem. Jejich použití umožnilo zvýšení výkonu až na dvojnásobek. V 16. století se konstruují vodní kola
o průměru až 12 m. Ve století 17. se kromě klasického řešení používají i vodní kola využívajícího
dynamického účinku vodního paprsku, která jsou určitou předetapou vývoje rovnotlaké vodní
turbíny. Soustavný výzkum ve vztahu k vodním kolům můžeme zaznamenat v století 18. Jedná se
také o století, kdy dochází k vrcholu využití vodní energie právě pomocí vodních kol.
Následuje období, kdy vodní kola začínají nahrazovat sofistikovanější řešení, spočívající v konstrukci vodních motorů pracujících na reakčním principu. Objevit je bylo možné v roce 1745 na Barkerově mlýně. Tzv. Segnerovo kolo bylo uvedeno do provozu v roce 1750. Jednalo se o zařízení, které
už předcházelo vývoji vodní turbíny. V dalších letech dochází k novým objevům a zdokonalování
strojů k efektivnímu využívání vodní energie. Jedná se třeba o Eulerův stroj z roku 1754, který
měl účinnosti až 70%. V roce 1826 navrhl Claudie Burduj řešení vodního motoru, který se nazýval
„turbinens“ a stal se opravdovým předchůdcem současných přetlakových turbín. Negativem však
bylo špatné řešení lopatkování, které vedlo k relativně malé účinnosti. Díky tomu se stroj v praxi
nerozšířil a neuplatnil.
K průlomu došlo v roce 1827, kdy řešení zdokonalil Bendit Fourneyron. Došlo k sestrojení první
vodní přetlakové turbíny. Tato už doznala využití v praxi. Tyto turbíny měly maximální výkon až
40 kW. K vynálezům strojů a principů využití vodní energie dochází od r. 1840. Došlo ke zvětšení
rozmezí provozních parametrů a lepším konstrukčním řešením, které měly za následek snížení
hmotnosti vodních motorů.
50
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
K využití malých vodních elektráren za účelem osvětlení došlo v roce 1881 v Anglii a USA. Problém
byl ovšem jejich malý výkon.
Rozhodující pro rozvoj byl vznik a vývoj vodních turbin jako základní součástí malých vodních
elektráren. V letech 1848 – 1849 vyvinul první turbinu vhodnou pro velké výrobní série Američan
Francis. Tato turbina se začala uplatňovat v Evropě po roce 1870.
Na principu vstřiku tlakové vody do miskových lopatek vyvinul v roce 1877 Američan Pelton svoji
turbínu.
Spirálová Francisova turbína byla dořešena v roce 1886.
V roce 1912 vyvinul prof. Viktor Kaplan v Brně první vrtulovou turbínu (propeler) a v roce 1913
turbínu s natáčivými oběžnými lopatkami.
V letech 1912 až 1919 prof. D. Bánki (Maďarsko) vypracoval teorii řešení specifického typu rovnotlakých turbin s dvojnásobným průtokem.
Uvedené typy vodních turbin jsou základní i v současné době, i když jsou samozřejmě různě modifikovány a řešeny na soudobé technické úrovni.
Vodní motory se v českých zemích začaly vyrábět od založení blanenských železáren v roce 1698.
Nejdříve se vyráběla pouze vodní kola. Od roku 1870 se zde již vyráběly Francisovy turbiny. V roce
1870 byla založena továrna na výrobu vodních turbin Josef Prokop a synové v Pardubicích, která
se stala před druhou světovou válkou dominantní ve výrobě Francisových turbin u nás a vyvážela
je do všech států Evropy a i do některých asijských zemí.
Rozhodujícími výrobci vodních turbin v minulosti u nás byly firmy:
• Josef Prokop a synové, Pardubice (Francis)
• Ignác Storek v Brně (Kaplan)
• Českomoravská – Kolben, Praha (Francis, Pelton)
• ČKD Blansko (Francis, Kaplan, Pelton)
S počátkem průmyslové revoluce se začala zvyšovat účinnost vodních strojů. Dosud empiricky
stavěná vodní kola začala být na základě vědeckých poznatků vylepšována a jejich účinnost se
zvýšila až na 75 %. Musíme si uvědomit, že v minulosti nebylo mnoho možností, kde energii vzít
a voda se přímo nabízela. Mlynáři dosáhli značné dokonalosti ve stavbě, provozu a údržbě zařízení, která dokázala energii vody využívat. Ze začátku vhodně zpřevodovali vodní kolo a mohli
tak mlít ostatním obilí, čerpat vodu, kout železo a řezat dříví. Později lidé dokázali využít vody
k pohonu několika strojů za pomoci transmise (mechanických rozvodů - centrální řemenice - ve
výrobních halách, v živnostech a továrnách). Na konci 19. století začali za pomoci vody vyrábět
elektrickou energii a tuto dále distribuovat. Výhodou bylo, že se na obsluze a údržbě původních
malých zařízení podílela celá rodina majitele nebo personál, kteří tyto činnosti vykonávali v rámci
plnění běžných denních povinností. Nebylo tedy zapotřebí najímat další námezdné síly, které by
na provoz takových energetických zařízení dohlížely.
Jedna z vůbec prvních vodních elektráren byla postavena slavným T. A. Edisonem, a to v roce 1882
v Appletonu. Krátce nato následovala ještě hydroelektrárna pod Niagarskými vodopády.
51
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
Energie vodních toků patří k nejstarším využívaným zdrojům a hraje významnou roli i dnes. Nyní
již máme k dispozici velmi účinné vodní motory, které zajišťují ekonomickou a efektivní přeměnu
energie vody na energii mechanickou, následně pak na elektrickou.
Česká republika se zavázala ke zvýšení podílu výroby elektrické energie z obnovitelných zdrojů,
k čemuž je nasazení a nebo modernizace malých vodních elektráren vhodnou příležitostí. Existuje
mnoho vodních elektráren, kde je energetický potenciál vody využíván zastaralým nebo nevhodným zařízením, což rezultuje v malou efektivitu výroby elektrické energie. Situaci je možno zlepšit
modernizací, důležitým faktorem je však návratnost takové investice. Zde nacházíme prostor pro
různé státní dotace, které by pomohly dostátí závazku ČR k navýšení produkce elektřiny z obnovitelných zdrojů.
Vodní kolo již od středověku představovalo důležitý zdroj mechanické energie využívané ve starých provozech jako mlýny, pily, později manufaktury. Rozvoj výroby elektrické energie souvisí
především s prvním dálkovým přenosem elektrického proudu a rozvojem elektrizační soustavy.
Samotnou elektrizaci v českých zemích můžeme rozdělit do tří fází, a to zhruba na místní elektrizaci v předválečném období, oblastní v meziválečném a celostátní v poválečném období. Přenos
elektrické energie na větší vzdálenosti pak umožnil výstavbu elektráren přímo u zdrojů energie.
Rozvoj hydroenergetiky na přelomu 19. a 20. století podnítilo několik významných faktorů. V prvé
řadě již byly k dispozici vhodné a účinné vodní turbíny, možnost výroby a přenosu elektrické energie a také skutečnost stále rostoucích cen uhlí. Projevovala se též snaha vyrábět elektrickou enegii
v mlýnech, které byly dříve odstaveny (z důvodu dovozu levné mouky a zastaralému vybavení).
Hydroenergetika tak pomáhala k postupné elektrizaci obcí a dalšímu rozvoji výroby. V předválečném období se výkony významnějších vodních elektráren pohybovaly od 10 do 100 kW. Rozvoj
hydroenergetiky v tomto dokumentují následující údaje. V roce 1919 byla roční výroba vodních
elektráren 38,81 GWh, což představuje 7,5 % z celé roční produkce elektřiny. Oproti roku 1913
s jedná o zhruba desetinásobný nárůst.
Vodní dílo
Instalovaný výkon MW
Štvanice
1,42
Poděbrady
1,04
Vyšší Brod
8
Starý Kolín
0,43
Polka na Vltavě
0.42
K dalšímu výraznému uplatnění vodních zdrojů došlo v poválečném období, a to zejména díky
zahájení soustavné elektrizace, uzákoněné jako veřejný zájem. Uvedeným zákonem byla též stanovena podpora výstavby vodních elektráren z veřejných prostředků a přiznány značné výhody
pro, dnešním slovem řečeno, utility jako státní subvence - možnost vyvlastnění pozemku pro elektrické vedení a nebo monopolní dodávka pro určitou lokalitu.
Zastánci vodní energetiky již v té době uváděli, že vodní zdroje z pohledu národního hospodářství
představují značný energetický potenciál, který není možné přehlížet. Z pohledu probíhající elektrizace mohou malé vodní elektrárny zajistit elektrifikaci odlehlejších oblastí o mnoho let dřív, než
na ně přijde řada v celostátní soustavné elektrifikaci. Elektřina z malého zdroje by měla splňovat
zásady státní elektrizace (220 V, 380 V, 50 Hz). Až by elektrizační soustava dosáhla do odlehlejší
oblasti, malý vodní zdroj by k ní mohl být připojen. V případě přebytku by se nadbytek výroby
dodával do rozvodné sítě, v případě nedostatku pak síť zajišťuje dodávku energie.
52
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
Rozvoj průmyslu v meziválečném období si vyžádal stavbu dalších energetických zdrojů a díky
tomu bylo realizováno několik na tehdejší dobu větších průtočných elektráren. Z předchozí tabulky známá elektrárna Vyšší Brod byla v roce 1929 zrekonstruována a její jmenovitý výkon zvýšen
na 16,2 MW. Další významnější instalace najdete v následující tabulce:
Vodní dílo
Instalovaný výkon MW
Lomazice na Ohři
7,8
Miřejovice na Vltavě
3,5
Přelouč
1,75
Nymburk
1,31
Koncem 20. let byly postaveny též špičkové vodní elektrárny na vodních nádržích, jmenujme Želivku – 2,2 MW a Černé jezero -1,5 MW.
Hlad meziválečného hospodářství po energii dokládá skutečnost, že zatímco v roce 1920 činila
roční výroba 1400 GWh při instalovaném výkonu zdrojů 781 MW a využití instalovaného výkonu
1752 hodin ročně, v roce 1930 to bylo již 3000 GWh, při instalovaném výkonu 1465 MW a využití
instalovaného výkonu 2030 hodin ročně.
Vraťme se však k vodním elektrárnám. Jak již bylo možné dočíst se v odborných článcích zabývajících se energetikou, počet instalovaných vodních děl v meziválečném období přesahoval deset
tisíc. Je nutné si však uvědomit, že většina z těchto zařízení byla využívána k mechanickému pohonu a nebo k současné produkci elektrické energie (z 20%) a energie mechanické (z 80%).
Významnou akcí, která zmapovala využití hydroenergetických zdrojů ČSR, byla inventarizace vodních děl o výkonu nad 1,5 kW, provedená v roce 1930. Šetřením bylo zjištěno, že na území republiky se nacházelo celkem 14 882 vodních energetických zdrojů s celkovým výkonem 232 MWh.
V celkovém počtu je zahrnuto 410 vodních elektráren s instalovaným výkonem 80,5 MW s roční
výrobou více než 200 GWh. Dalších 918 instalací lokálního charakteru zahrnuje instalovaný výkon
kolem 25 MW, z čehož však 80 % představovalo využití mechanické energie, zbylých 20 % bylo používáno k produkci elektrické energie (roční výroba el. kolem 12,5 GWh). Z celkové inventarizace
vyplynulo, že roční výroba elektrické a mechanické energie představuje zhruba 583 GW, z čehož
na produkci elektrické energie připadá zhruba 215 GWh. Z celkového počtu necelých 15 000 vodních zdrojů bylo celých 80 % osazeno vodními koly, jejichž účinnost se pohybovala v rozmezí 20
až 70 %.
Ke znárodnění elektráren došlo po roce 1948 a k zároveň s tím k rušení MVE. Československé energetické státní podniky o malé vodní elektrárny neměly příliš velký zájem. Do tehdejšího ústředního ředitelství ČEZ bylo v roce 1949 převzato 152 větších malých vodních elektráren s instalovaným
výkonem cca 84 MW. Další malé vodní elektrárny zůstaly v držení Jednotných zemědělských družstev, místních národních výborů a znárodněných průmyslových podniků. Většina z nich postupně
byla zrušena nebo technicky a provozně dožila.
53
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
LEGISLATIVA
V rámci legislativy vodní energie je dobré se zaměřit zejména na problematiku malých vodních
elektráren, u kterých je předpoklad, že je mohou právnické či fyzické osoby stavět nebo provozovat. Malé vodní elektrárny jsou specifickými výrobnami energie z obnovitelných zdrojů.
LEGISLATIVA PROVOZU
Pro provoz MVE je nutno získat licenci pro podnikání v energetice (živnostenský list se nevydává).
Pokud nemá provozovatel vzdělání v oboru, je nutno absolvovat rekvalifikační kurz (pro MVE do 1
MW).
Současný vodní zákon a další předpisy vyžadují, aby provozovatel MVE zachovával tzv. minimální
zůstatkový průtok v toku. To znamená, že se nikdy nesmí veškerá voda použít pro turbínu, ale část
je nutno nechat protékat původním tokem, např. přes jez. Zůstatkový průtok se stanovuje obvykle
jako množství vody, které protéká korytem nejméně 355 dní v roce, u menších toků dokonce 330
dní. Průtok stanovuje vodoprávní úřad individuálně pro každou MVE zvlášť. Někteří provozovatelé
tento průtok nedodržují, aby zvýšili výrobu elektřiny. Nedodržování minimálního průtoku může
být pokutováno nebo dokonce sankcionováno odebráním povolení pro nakládání s vodami, což
znamená konec provozu MVE.
MVE se obvykle dimenzují na 90-ti až 180-ti denní průměrný průtok, podle technické úrovně technologie – zejména schopnosti turbíny přizpůsobit se regulací změnám průtoku. Tento průtok je
nutno vždy snížit o předepsaný zůstatkový průtok.
Také je nutné zabránit vnikání ryb do turbíny, k tomu slouží jemné česle (mezera mezi pruty česlí
může být široká max. 2 cm). Dále se používá elektronický odpuzovač na vtoku do náhonu.
Často se zdůrazňuje, že MVE okysličují vodu, a tak zvyšují její samočistící schopnost. Je třeba zdůraznit, že voda se okysličuje jen v některých turbínách (Peltonova, Bánkiho). U jiných naopak může
docházet ke snížení obsahu vzduchu ve vodě. Významným prvkem pro okysličení vody je jez, kde
se voda provzdušňuje při přepadu. Aby ovšem jez mohl vodu okysličovat, musí přes něj protékat.
I proto je důležité dodržovat předepsaný minimální průtok. Vodu mohou okysličovat i některé
typy rybích přechodů.
Další povinností provozovatelů MVE je odstraňování naplavenin vytažených z vody. Listí, dřevo,
plastové lahve a předměty zachycené na česlích je zakázáno pouštět zpět do toku.
V současnosti se při stavbě nebo rekonstrukci MVE obvykle vyžaduje vybudování tzv. rybích přechodů. Je důležité, aby MVE nevytvořila na toku překážku nepřekonatelnou pro vodní živočichy.
Rybí přechod znamená zvýšení nákladů na stavbu i údržbu MVE.
Malých vodních elektráren se může dotýkat zejména nové ustanovení § 103 odst. 1 písm. e) bod
9 zákona č. 183/2006 Sb. o územním plánování a stavebním řádu (stavební zákon), ve znění pozdějších předpisů, podle kterého od 1. ledna 2013 nevyžadují stavební povolení ani ohlášení stavebnímu úřadu stavby pro výrobu energie s celkovým instalovaným výkonem do 20 kW s výjimkou stavby vodního díla (podle důvodové zprávy k této novele1 je cílem těchto změn sjednocení
procesních postupů tak, aby u všech stavebních záměrů, které nevyžadují rozhodnutí o umístění
podle § 79 odst. 2 nebo rozhodnutí o využití území podle § 80 odst. 3, nebylo vyžadováno ani
ohlášení pro jejich provedení).
54
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
Při záměru stavby malé vodní elektrárny se lze také setkat s tzv. Plány oblastí povodí. Ty se zpracovávají ve třech etapách, které představují:
a) přípravné práce, které musí obsahovat
1. časový plán a program prací pro zpracování plánu oblasti povodí, který se musí publikovat
a zpřístupnit uživatelům vody a veřejnosti k připomínkám, a to nejméně 3 roky před začátkem období, kterého se bude plán oblasti povodí týkat
2. analýzu všeobecných a vodohospodářských charakteristik oblastí povodí, zhodnocení dopadů lidské činnosti na stav povrchových a podzemních vod, ekonomickou analýzu užívání
vody, a na jejich základě zpracovaný předběžný přehled významných problémů nakládání
s vodami zjištěných v oblasti povodí, včetně určení silně ovlivněných vodních útvarů a návrhů
zvláštních cílů ochrany vod, a to nejméně 2 roky před začátkem období, kterého se bude plán
oblasti povodí týkat
b) návrh plánu oblasti povodí, který musí být zpracován, publikován a zpřístupněn uživatelům
vody a veřejnosti k připomínkám nejméně 1 rok před začátkem období, kterého se bude plán
oblasti povodí týkat
c) konečný návrh plánu oblasti povodí.
Zpracování každé etapy plánů oblastí povodí se konzultuje s ostatními správci povodí, krajskými
úřady příslušnými k jednotlivým hlavním povodím České republiky, se správními úřady pro územní plánování a Českou inspekcí životního prostředí. Plány oblastí povodí podléhají posuzování
vlivů na životní prostředí podle zvláštních právních předpisů.
Obsah plánu oblasti povodí, postup při jeho zadání, způsob zpracování plánu, podrobnosti jeho
etap, postup při jeho projednávání a způsob zveřejnění stanoví vyhláškou Ministerstvo zemědělství ve spolupráci s Ministerstvem životního prostředí a Ministerstvem vnitra.
Etapy zpracování plánu oblasti povodí schvaluje po souhlasném stanovisku ústředních vodoprávních úřadů a ústředního správního úřadu pro územní plánování podle své územní působnosti
krajský úřad. Konečný návrh plánu oblasti povodí schvalují podle své územní působnosti kraje.
Závazné části plánu oblasti povodí pro správní obvod kraje vydá rada kraje nařízením.
Při samotné realizaci stavby se pak musí počítat se zajištěním následujících činností:
•Zaměření
• Geologický průzkum
•Studie
• Dokumentace územního řízení (DUR)
• Dokumentace pro stavební povolení (DSP)
• Dokumentace pro provádění stavby (DPS)
• Dokumentace skutečného provedení stavby
• Autorský dozor
• Koordinace projektu stavební a technologické části
Pokud už dojdeme do fáze, že máme malou vodní elektrárnu zkolaudovanou, je pro připojení
elektrárny do distribuční sítě potřeba vyplnit následující formuláře: Žádost o připojení výrobny
elektřiny k distribuční soustavě, Dotazník pro vlastní výrobnu, Žádost o uzavření smlouvy o podpoře výroby elektřiny.
Na každém malém vodním díle, tedy i u malé vodní elektrárny, musí být vybudován i rybí přechod.
Jedná se o stavbu, která zajišťuje rybám jejich přirozený pohyb během migrace. Buduje se z důvodu, že vodní dílo může znemožňovat rybám jejich migraci a ty by se nemohly dostat na svá trdliště.
55
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
Aby ryba, která plave proti směru proudu, překážku, kterou rozdíl hladin dolní a horní vody je,
v pořádku překonala, je nutno nasměrovat ji k přechodu.K tomu se používá tzv. vábící proud vytékající z přechodu. Aby ho ryba postřehla a plula v něm co nejdříve, je potřeba, aby tento vodní
proud od přechodu pronikal co nejdál do dolní vody. Hladina vody v přechodu musí celoročně
být na určité minimální výšce, kterou ryby potřebují. Výstup z přechodu do horní vody nesmí být
nijak blokován (např. česlemi, mřížemi), aby ryby nebyly dezorientovány a mohly pokračovat ve
své cestě.
Nyní bude uveden ukázkový postup, jak by se mělo postupovat při výstavbě malé vodní elektrárny. Legislativa je aktuální k únoru 2012.
LEGISLATIVNÍ POSTUP PŘI VÝSTAVBĚ MALÝCH VODNÍCH ELEKTRÁREN
V NOVÉ LOKALITĚ
A. B. C. D. E. Výběr a vyhodnocení lokality.
Územní řízení.
Stavební řízení.
Uvedení do provozu.
Provoz MVE-práva a povinnosti.
A. Výběr a vyhodnocení lokality:
A1. Pro výběr lokality z hlediska možné realizace je nutné zajistit:
Před zahájením jakýchkoliv prací a žádostí doporučuji konzultovat vybranou lokalitu s odborníkem.
A.1.1. Územně plánovací informace.
Žádost: MÚ odbor RUI,dle SZ § 76 odst.2
Tiskopis: Příloha č.1 k vyhl. 503/2006 Sb.
Tato územně plánovací informace určí podmínky pro realizaci stavby.
V případě, že lokalita není součástí územního plánu (pravděpodobně nebude), je nutné požádat
o jeho změnu.
A.1.2. Změna územního plánu.
Žádost: Obec dle SZ § 44-46
Není tiskopis.
Změna územního plánu je dlouhodobá, a může být zpoplatněna dle SZ § 45 odst. 4
A.1.3.Obce nemají územní plán
Postupujeme přímo územním řízením.
A.1.4.Majetkoprávní vztahy.
Zjistíme vlastníky dotčených pozemků, na kterých bude stavba realizována a zajistíme jejich
souhlas se stavbou (viz. Internet - nahlížení do katastru nemovitostí, zpravidla Povodí, Lesy ČR, PF
ČR, soukromé subjekty.
56
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
A.1.5. Předběžná vyjádření.
Příslušné Povodí z hlediska plánování v oblasti vod a dalších zájmů chráněných zákonem
č. 254/2001 Sb.
A2. Pro výběr lokality z ekonomického hlediska je nutné zajistit:
A.2.1. Aktuální hydrologické údaje povrchových vod
ČHMÚ
QMd - denní průtoky a QN – N-leté průtoky.
A.2.2.Nivelační měření hrubého spádu H
rozdíl hladin při odběrném a výustním objektu.
Poznámka: při přesném výpočtu je tato výška upřesněna o ztráty.
A.2.3.Výpočet maximálního výkonu (orientační)
Výpočet maximálního výkonu provedeme dle zjednodušeného vzorce:
P(kW) = Q(m³/s) . H(m) . 7
kde Q = (Q60-Q90) – Q 330
Q330 = QMZP tj. Minimální zůstatkový průtok v průběhu celého roku zpravidla požadovaný vodoprávním úřadem. Pro stanovení QMZP je vydán metodický pokyn, který vymezuje postup stanovení
a způsob kontroly dodržování hodnot MZP. O jeho výši rozhodne vodoprávní úřad.
A.2.4. Roční výroba
Roční výroba je závislá na strmosti roční odkové křivky a stanovení QMZP.
Stanovuje se dle indikativních hodnot technických a ekonomických parametrů Vyhl. 475/2005
Sb., příloha č. 3.
Doporučuji zpracovat Technicko ekonomické posouzení.
A. 2.5.Připojovací podmínky k distribučná síti.
Požádáme místně příslušného distributora o Smlouvu o uzavření budoucí smlouvy o připojení
výrobny elektřiny k distribuční soustavě do napěťové soustavy NN,VN, tzv. rezervovaný výkon.
Pokud jsou výše uvedená vyjádření, stanoviska a rozhodnutí stavebníka kladná, je možné
přistoupit k zahájení územního řízení.
B. Územní řízení.
B.1. Projektová dokumentace.
Zajistíme následující projektovou dokumentaci:
B.1.1. Projektová dokumentace DÚR
(autorizovaný inženýr v oboru)včetně rybího přechodu viz VZ §15 odst. 6 vodohospodářské stavby a požárně bezpečnostního řešení.
B.1.2. Odborné biologické hodnocení
(autorizovaná osoba k provádění biologického hodnocení)
Podklad pro:
a) Závazné stanovisko pro zásah do VKP
dle §4, odst.2 zákona 114/1992 Sb., o ochraně přírody a krajiny.
57
Žádost: MÚ odbor ŽP
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
b) c) d) Stanovisko s vyloučením významného vlivu
na lokality soustavy Natura 2000
dle § 45i odst.1 zákona 114/1992 Sb.,o ochraně přírody a krajiny.
Sdělení k podlimitnímu záměru (MVE do 10 MW)
Příloha k žádosti o Oznámení podlimitního záměru zpracovaná
dle Přílohy č.1 zákona č. 100/2001 Sb.
Rozhodnutí o výjimce dle §56 odst. 3 písm. h
výjimka z ochranných podmínek dle §50 zákona 114/1992 Sb.
Žádost: KÚ odbor ŽP
Žádost: KÚ odbor ŽP
Žádost: KÚ odbor ŽP
B.1.3. V případě,že lokalita je umístěna na ZPF je nutné vypracovat
Podklady pro odnětí ze ZPF a vyhodnocení důsledků odnětí.
Podklad pro: Souhlas o trvalém/dočasném odnětí)
B.1.4. V případě, že lokalita je umístěna na LPF je nutné vypracovat
(znalec v oboru ekonomika, ceny) Znalecký posudek škody z trvalého odnětí a odhady
pozemků, nebo trvalého omezení plnění produkční funkce lesa, lesních porostů a škod na lesních porostech.
Podklad pro: Rozhodnutí o trvalém/dočasném odnětí)
B.1.5. Posudek pro zařazení vodního díla do kategorie a návrh
podmínek provádění dohledu.
B.2. Dokladová dokumentace.
Podáme:
B.2.1. Žádost o vydání rozhodnutí o umístění stavby nebo zařízení Tiskopis: Příloha č. 1 k vyhl. 503/2006 Sb.
Přílohy k žádosti jsou uvedené v části B žádosti.
Žádost: MÚ odbor výstavby
B.2.2. Majetkoprávní vztahy.
Pro vydání územního rozhodnutí postačí souhlas vlastníka dotčeného pozemku nebo stavby,
viz. §86 odst. 3.
Vzhledem k náročnosti a složitosti zajištění dokladové dokumentace, doporučuji zajistit
u odborníka.
C. Stavební řízení.
C.1. Projektová dokumentace.
Zajistíme následující projektovou dokumentaci:
C.1.1. Projektová dokumentace DSP
PD bude rozdělena na:
- Stavební část (stavební objekty) - autorizovaný inženýr v oboru pozemní stavby
- Vodní díla - autorizovaný inženýr v oboru vodohospodářské stavby
C.1.2. Manipulační řád odsouhlasený příslušným Povodím a Českým rybářským svazem.
(k žádosti o vydání kolaudačního souhlasu)
58
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
C.2. Dokladová dokumentace.
Podáme:
C.2.1. Žádost o stavební povolení (stavební část-stavební objekty)
Žádost: MÚ odbor výstavby
Tiskopis: Příloha č. 2 k vyhl. 526/2006 Sb.
Přílohy k žádosti jsou uvedené v části B žádosti.
C.2.2. Žádost o stavební povolení k vodním dílům
Žádost: MÚ odbor Životního prostředí (vodní díla)
Tiskopis: Příloha č. 6 k vyhl. 432/2001 Sb.
Přílohy k žádosti jsou uvedené v části Přílohy žádosti.
C.2.3. Nejpozději s žádostí dle C.2.2 podáme:
Žádost o povolení k nakládání s povrchovými nebo podzemními vodami nebo jeho změnu. Žádost: MÚ odbor Životního prostředí
Tiskopis: Příloha č.1 k vyhl.432/2001 Sb.
Přílohy k žádosti jsou uvedené v části Přílohy žádosti.
C.2.4. Majetkoprávní vztahy.
Pro vydání stavebních povolení je nutné zajistit právo založené smlouvou provést stavbu, nebo
právo odpovídající věcnému břemenu k pozemku nebo stavbě, viz.§110 odst.2.a)
Vzhledem k náročnosti a složitosti zajištění dokladové dokumentace, doporučuji zajistit
u odborníka.
D. Uvedení do provozu (zkušebního provozu).
D.1. Užívání staveb z hlediska stavebního a vodního zákona.
Po dokončení stavby podáme:
D.1.1. Žádost o vydání kolaudačního souhlasu (stavební část-stavební objekty)
Žádost: MÚ odbor výstavby
Tiskopis: Příloha č. 5 k vyhl.526/2006 Sb.
včetně geodetického zaměření
Přílohy k žádosti jsou uvedené v části B žádosti.
D.1.2. Žádost o vydání kolaudačního souhlasu k užívání vodního díla
Žádost: MÚ odbor Životního prostředí (vodní díla)
Tiskopis: Příloha č. 12 k vyhl.432/2001 Sb.
Přílohy k žádosti jsou uvedené v části Přílohy žádosti.
včetně Manipulačního řádu a geodetického zaměření
D2. Uvedení do provozu z hlediska určení doby životnosti a zařazení do cenové kategorie.
U nově zřizované výrobny připojené do distribuční Cenové rozhodnutí ERÚ č.7/2011
soustavy nebo přenosové soustavy se dnem uvedení
odst.1.10.
do provozu rozumí den, kdy byly splněny obě
následující podmínky:
59
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
D.2.1. Uvedení do provozu.
a) Nabyla právní moc licence na výrobu elektřiny
b) Bylo ze strany provozovatele distribuční soustavy nebo provozovatele přenosové soustavy
provedeno paralelní připojení výrobny k distribuční nebo přenosové soustavě.
ad.a). Žádost o udělení licence.
Žádost: Energetický regulační úřad, Masarykovo náměstí 5, Jihlava 586 01
www.ERÚ.CZ licence, informace pro žadatele o licenci, metodický návod ERÚ
Tiskopis: Vyhl.426/2005Sb příloha 1- fyzické osoby, 3- právnické osoby, 6,7-odpovědný zástupce
ad.b). Žádost-smlouva o připojení výrobny ekektřiny
Žádost: ČEZ distribuce
k distribuční soustavě (nn,vn,vvn)
Tiskopis: www.cezdistribuce.cz
včetně povinných příloh a splnění všech
formuláře, výrobny elektřiny
technických podmínek ze smlouvy budoucí.
§50 odst.3 EZ 458/2000 Sb.
Poznámka: Obdobně u jiných distributorů.
D.2.2. Ostatní povinnosti.
a) Hlášení o předpokládané výrobě elektřiny
vyrobené z obnovitelných zdrojů nejméně
4 měsíce před plánovaným uvedení výrobny
do provozu.
b) Oznámení o výběru formy podpory výroby
elektřiny vyrobené z obnovitelných zdrojů
nejpozději 1 měsíc před plánovaným zahájením
výroby.
Provozovateli distribuční soustavy.
§3 odst.5 Vyhl.475/2005 Sb
Vzor hlášení: Příloha č.2
Provozovateli distribuční soustavy.
§3 odst. 1 Vyhl.475/2005 Sb
Vzor oznámení: Příloha č.1
a) V případě, že u MVE uvedených do provozu po 1.lednu 2005 budou využity technologické
výrobní celky starší 5 let, spadají tyto zdroje do kategorie MVE uvedených do provozu před
1. lednem 2005. Viz Cenové rozhodnutí ERÚ č.7/2011 odst.1.4.4.
b) Novou lokalitou se rozumí lokalita, kde nebyla v období od 1. ledna 1995 připojena výrobna
elektřiny k přenosové nebo distribuční soustavě.
E. Provoz MVE-práva a povinnosti.
E.1. Práva.
Výrobce elektřiny vyrobené z obnovitelných zdrojů má právo:
1) má právo na podporu elektřiny po dobu životnosti výrobny elektřiny stanovené prováděcím
právním předpisem ke dni uvedení výrobny do provozu tj. 30 let a to na základě:
uzavření smlouvy o podpoře výroby elektřiny
Žádost: ČEZ Distribuce,a.s.
Tiskopis: www.cezdistribuce.cz
formuláře, výrobny elektřiny
Přílohy viz. tiskopis
2) má právo zvolit podporu elektřiny
a) formou výkupních cen
Fakturace: ČEZu Distribuce dle cenových rozhodnutí ERÚ
b) formou zelených bonusů.
Fakturace: Zelený bonus ČEZu, distribuce dle cenových rozhodnutí ERÚ
60
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
3) má právo na přednostní připojení výrobny elektřiny k přenosové nebo distribuční soustavě
s vyjímkou případu prokazatelného nedostatku kapacity zařízení pro přenos nebo distribuci
nebo při ohrožení bezpečného a spolehlivého provozu elektrizační soustavy.
E.2. Povinnosti.
a) Změnu zvoleného způsobu podpory oznámí výrobce provozovateli přenosové soustavy
nebo příslušnému provozovateli regionální distribuční soustavy nejpozději do 30. listopadu
kalendářního roku, který předchází kalendářnímu roku, od kterého má ke změně dojít.
Příloha č.1 k Vyhl. 475/2005 Sb.
b) Termínem pro oznámení předpokládaného ročního množství elektřiny provozovateli regionální distribuční soustavy je vždy 31. srpen kalendářního roku.
Příloha č.2 k Vyhl. 475/2005 Sb.
c) Výrobce sdělí každý rok nejpozději do 31. ledna provozovateli přenosové soustavy nebo
provozovateli distribuční soustavy, ke které je připojena výrobna elektřiny, zařazení výrobny
elektřiny jako výrobce první nebo druhé kategorie na základě skutečnosti zjištěné v předcházejícím kalendářním roce.
Vyhl. 541/2005 Sb odst.14.
Od 01. 01. 2013 vstoupil v platnost nový zákon o podporovaných zdrojích energie, který
mění některá dosavadní ustanovení.
Zkratky:
SZ
- stavební zákon 183/2006 a jeho prováděcí předpisy.
VZ
- zákon o vodách (vodní zákon) 254/2001 Sb
EZ
- energetický zákon 458/2000 Sb
Z-OZE - zákon o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie (o podpoře
využívání obnovitelných zdrojů) 180/2005 Sb. (od 01.01.2013 byl nahrazen zákonem
o podporovaných zdrojích energie)
PD
- projektová dokumentace
DÚR - dokumentace pro územní rozhodnutí
DSP - dokumentace pro stavební povolení
ZPF
- zemědělský půdní fond
LPF
- pozemek určený k plnění funkce lesa
MÚ
- Městský úřad
KÚ
- Krajský úřad
VKP - významný krajinný prvek
Zdroj: únor 2012
Vypracoval: Ing. Zdeněk Nováček
Předseda Asociace hydroenergetiků ČR
61
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
TECHNOLOGIE ZÍSKÁVÁNÍ VODNÍ ENERGIE
PROVOZNÍ CHARAKTERISTIKA VÝROBNÍCH ZAŘÍZENÍ
Vodní elektrárny jsou technologická zařízení, která soustřeďují měrnou energii vodního toku vybudováním jezu nebo přehrady. Voda roztáčí turbínu, která se nachází na společné hřídeli s elektrickým generátorem a prostřednictvím této turbíny mění mechanickou energii proudící vody
na energii elektrickou. Soustavu turbíny s elektrickým generátorem pak nazýváme turbogenerátor. Vyrobená elektrické energie se transformuje a odvádí do míst spotřeby.
ROZDĚLENÍ TURBÍN
Pro provoz různých druhů vodních elektráren se využívají různé druhy turbín a to v závislosti
na podmínkách a účelu vodního díla. Turbíny rozdělujeme do dvou základních skupin a to na turbíny reakčního typu, které se také nazývají přetlakové a turbíny akčního typu, označované
také jako rovnotlaké.
Přetlakové turbíny:
Voda u těchto turbín vstupuje do oběžného kola s určitým přetlakem, který při průtoku klesá. Při
výstupu z turbíny má tedy voda nižší tlak než při vstupu do ní. Přetlakové turbíny jsou v našich
podmínkách využívány pro výrobu elektrické energie nejčastěji. Mezi tyto turbíny patří Francisova
a Kaplanova turbína.
•
Francisova turbína byla vyvinuta v roce 1848 anglickým inženýrem Jamesem Bicheonem
Francisem na základě již dříve vynalezených turbín Benoita Fourneyrona a Jeana-Victora Ponceleta.
Francisova turbína je typickým zástupcem přetlakových turbín, což znamená, že pracovní kapalina během své cesty strojem mění tlak a přitom odevzdává svou energii. Vstupní potrubí
má tvar spirály. Voda je pomocí věnce rozváděcího kola směřována na oběžné kolo. Lopatky po celém obvodu turbíny jsou nastavitelné, aby se turbína mohla přizpůsobit různému
vodnímu průtoku. V zakřivených mezilopatkových kanálech oběžného kola voda mění směr
i rychlost a tím předává svoji energii. Z oběžného kola vystupuje voda ve směru osy otáčení.
Po výtoku z oběžného kola se voda odvádí do odpadního kanálu a je odváděna savkou.
Francisova turbína se používá na spádech od 1,5 m do 5 m. Turbína ideálně pracuje na středních a velkých průtocích od 600 do 8000 l/s. Tento druh turbíny byl v minulosti hojně využíván
na velkých mlýnech či v průmyslových závodech. Dnes je Francisova turbína využívána především k výrobě elektrické energie a patří k nejvíce využívaným typům turbín. Velmi často je
využívána u přečerpávacích elektráren, kde lze turbínu zapojit jako pumpu.
Frencisova turbína
Zdroj: http://cs.wikipedia.org/wiki/Francisova_
turb%C3%ADna
62
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
•
Kaplanova turbína byla vyvinuta v letech 1910 – 1912 profesorem brněnské techniky Viktorem Kaplanem.
Od Francisovy turbíny se Kaplanova turbína liší menším počtem lopatek (aby nedocházelo
k víření vody, které ohrožuje hladký chod turbíny, má oběžné kolo jen čtyři lopatky), tvarem
oběžného kola, možností regulace náklonu lopatek u oběžného i rozváděcího kola a větší
účinností. Díky malé stavební výšce je Kaplanova turbína hojně využívána především v malospádových vodních elektrárnách jezových a derivačních vodních děl. Specifické technické
uspořádání turbíny umožňuje využití velmi nízkého vodního spádu již od 1,5 do cca 5,5 metrů
a průtoků od 250 do 6000 litrů za sekundu. Nejčastější použití však nalezne na spádech od 2
do 4 metrů při průtocích od 500 do 3000 litrů za sekundu.
Kaplanova turbína
Zdroj: http://cs.wikipedia.org/wiki/Kaplanova_
turb%C3%ADna
Rovnotlaké turbíny:
Tlak vody při provozu těchto turbín zůstává stále stejný, to znamená, že voda vychází z turbíny
pod stejným tlakem, pod jakým do ní vstupuje. Oběžné kolo takové turbíny musí být umístěno
nad spodní hladinou, aby nebrodilo. Tím vzniká určitá ztráta spádu, která je však pro turbíny pracující s vysokým spádem zanedbatelná. Typickou rovnotlakou turbínou jsou Peltonova a Bánkiho
turbína.
•
Peltonova turbína byla vynalezena v roce 1880 Lesterem Allenem Peltonem - synem amerického farmáře z Ohia, který řešil pohon strojů na těžbu zlata v Camptonville v Nevadě vodou
z řeky Yuby.
Tento typ turbíny je určen pro velmi vysoký spád (30 m a výše) s malým průtokem vody, například na malých horských tocích. Voda je přiváděna k turbíně potrubím kruhového průřezu.
V dýze kruhového průřezu se poté celý spád vody změní na pohybovou energii. V oběžném
kole, osazeném lžícovitými lopatkami, je proud vody rozdělen pomocí břitu uprostřed těchto
lopatek na dvě poloviny. Lopatky otáčí směr tekoucí vody zpět, přičemž předají energii oběžnému kolu. Vzájemným souběhem rychlosti vody tekoucí po lopatce při současném otáčení
oběžného kola dojde k tomu, že voda opouští lopatky na vnější straně s minimální zbytkovou
rychlostí a volně odchází do obou stran z oběžného kola ven a padá do odpadu pod turbínou. K využití Peltonovy turbíny v České republice bohužel nejsou příliš vhodné hydrologické
podmínky.
63
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
Peltonova turbína
Zdroj: http://cs.wikipedia.org/wiki/Peltonova_
turb%C3%ADna
•
Bánkiho turbína byla teoreticky vynalezena australským inženýrem A.G.M. Mitchelem v r.
1903, pro praktické použití ji dopracoval maďarský profesor D. Banki v r. 1918.
Jedná se o konstrukčně jednoduchou rovnotlakou vodní turbínu, což jí předurčuje pro využívání v malých vodních elektrárnách. Lopatky oběžného kola Bánkiho turbíny, tvořeného
dvěma kruhovými deskami, jsou obtékány vodou ve dvou směrech. Kolo je uloženo ve skříni, z níž z jedné strany přitéká usměrněný proud vody. Voda přes lopatky vtéká dovnitř kola
a odtud opět přes lopatky vytéká na druhé straně skříně ven. Při každém průtoku přes lopatky
dochází k odklonění směru tekoucí vody do středu kola k hřídeli a předání energie oběžnému
kolu.
Zdroj: http://cs.wikipedia.org/wiki/B%C3%A1nkiho_turb%C3%ADna
ROZDĚLENÍ VODNÍCH ELEKTRÁREN
Akumulační vodní elektrárny
Vedle průtočných patří mezi nejznámější typy vodních elektráren elektrárny akumulační.
Akumulační elektrárny jsou součástí vodních děl, která v sobě, krom akumulace vody pro výrobu
elektrické energie spojují více úloh. Vodní díla stabilizují průtok vody říčním korytem, působí jako
protipovodňová opatření a podporují splavnost toku. Vodní nádrže často plní funkci rekreační,
fungují jako rezervoáry pitné vody, technologické vody pro průmysl či závlahové vody pro zemědělství.
Hráze velkých vodních děl jsou technicky složité stavby často protkané sítí kontrolních chodeb
s množstvím pevných bodů, určených ke kontrole a údržbě vodního díla.
64
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
Hráz je zabezpečena proti přelití spodními výpustěmi a horními přelivovými hranami.
Zdroj: http://cs.wikipedia.org/wik
Zdroj: http://municipal.cz/turistika/prehradaorlik.htm
Akumulační vodní elektrárna Orlík.
65
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
Zdroj: http://cs.wikipedia.org/wiki
Průřez vodní elektrárnou
Popis obrázku
A - hladina přehradní nádrže
B - budova elektrárny
C - turbína, kolem ní rozváděcí kolo a pod ní odtokový kanál
D - generátor na společné ose s turbínou
E - česle a uzávěr
F - přívodní kanál
G - transformátor, napojující elektrárnu do rozvodné sítě
H - odtok
Průtočné vodní elektrárny
Průtočné vodní elektrárny využívají vodu protékající řečištěm až do úplné hltnosti vodních turbín, na něž je elektrárna dimenzována. Tyto elektrárny pracují bez akumulace vody ve velkých
vodních rezervoárech, jako je tomu u elektráren akumulačních. Zbytek průtoku nad využitelnou
mez přepadá jalově přes jez. Průtočné vodní elektrárny pracují v základní části denního elektrického zatížení. Jedná se o elektrárny s malým spádem (většinou se pohybuje v rozmezí 10 – 20m),
ale stálým průtokem. Pro průtočné elektrárny jsou většinou využívány Kaplanovy turbíny, které je
možné použít i pro velmi malé spády (již od 0,6 metrů). Umístění vlastní elektrárny může být různé
v závislosti na přírodních podmínkách (tvaru terénu, výškových a spádových možností vodnatosti
toku). Existují elektrárny zabudované přímo do tělesa hráze, jinde je elektrárna vystavěna hluboko v podzemí. Tento typ elektrárny se spouští pouze v případech nedostatku elektrické energie
v přenosové soustavě. Spouští se pouze po určitou část dne a zbytek dne se nádrž postupně opět
dopouští.
66
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
Přečerpávací vodní elektrárny
V důsledku často nepříznivých přírodních poměrů pro budování vodních děl na území České republiky, je tato situace řešena prostřednictvím takzvaných přečerpávacích vodních elektráren.
Přečerpávací elektrárna Koepchenwerk
Zdroj: http://cs.wikipedia.org/wiki
Přečerpávací elektrárna Dlouhé Stráně - nádrž
Zdroj: http://cs.wikipedia.org/wiki
67
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
Přečerpávací elektrárny mají podobnou funkci jako akumulační elektrárny doplněnou o možnost
„uskladňovat elektrickou energii“ v době jejího přebytku v přenosové soustavě.
Jedná se o soustavu dvou výškově rozdílně položených vodních nádrží. Voda, která je vypouštěná
spádem z horní nádrže vyrábí elektřinu v době její největší potřeby a mimo energetickou špičku se
voda přečerpává z dolní nádrže zpět do horní. V přečerpávacích elektrárnách je využíváno takzvaných reverzibilních turbín, které jsou schopny pracovat jako turbíny i jako čerpadla. Jako reverzní
turbíny jsou využívány Francisovy turbíny, které po změně otáček pracují jako turbočerpadla nebo
diagonální turbíny, které se stávají turbočerpadly po natáčení lopatek.
Malé vodní elektrárny
Převážná část vodní energie v České republice je rozptýlena v malých tocích. Z tohoto důvodu je
získávání energie prostřednictvím Malých vodních elektráren věnováno stále více pozornosti.
Termínem Malá vodní elektrárna označujeme vodní elektrárny s instalovaným výkonem maximálně do 10 MW, přičemž do této skupiny náleží zdroje elektrické energie od těch nejmenších kapacit
o výkonech necelých 20 kW, až po říční elektrárny o výkonech 10 MW. Podle vodnatosti, spádu
a trvání použitelných průtoků jsou pak osazovány vhodnými typy turbín. Pro menší Malé vodní
elektrárny se nejčastěji využívají Bánkiho turbíny, které jsou konstrukčně velmi jednoduché a tím
i ekonomicky výhodné na pořízení. Pro větší Malé vodní elektrárny se pak využívají Kaplanovy
turbíny, přičemž náklady na vybudování elektrárny podstatně rostou.
Členění malých vodních elektráren
Pole výkonu:
• průmyslové (od 1 MW)
• minielektrárny (do 1 MW)
• mikrozdroje (do 0,1 MW)
• domácí (do 35 kW)
Podle spádu:
• nízkotlaké (do 20 m)
• středotlaké (20 – 100 m)
• vysokotlaké (od 100 )
Dle nakládání s vodou:
•průtokové
•akumulační
•přečerpávací
EKONOMIKA PROVOZU MALÝCH VODNÍCH ELEKTRÁREN
Nároky na stavební úpravy malých vodních elektráren rostou s instalovaným výkonem. Pro malé
Bánkiho turbíny stačí pouhý dřevěný domek, jednoduché přivaděče potrubí a dřevěný hradící jízek. Instalace náročnějších typů turbín s většími a velkými výkony vyžaduje i podstatně rozsáhlejší
stavební úpravy.
„Elektřinu z Malých vodních elektráren je možno dodávat do sítě. Výkupní ceny předepisuje
Energetický regulační úřad pro každý rok zvlášť. Zákonem je garantováno, že tato cena se nezmění po dobu 30 let od uvedení Malé vodní elektrárny do provozu (resp. od její rekonstrukce).
68
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
U průtokových Malých vodních elektráren lze dodávat do sítě celý den za jednotnou cenu. Tam,
kde je možné vodu zadržet, je výhodnější dodávku rozdělit na špičku, kdy je vyšší cena (Malá vodní
elektrárna pracuje na vyšší výkon) a mimo špičku, kdy je cena nižší, výkon Malé vodní elektrárny
snížit. Je-li Malá vodní elektrárna například součástí průmyslového areálu, je obvykle výhodnější
elektřinu spotřebovat na místě a uplatnit tzv. zelené bonusy. Ty vyplácí lokální distributor elektřiny
(ČEZ, EON), stejně jako výkupní ceny. Zelené bonusy lze uplatnit i v případě, že majitel Malé vodní
elektrárny vyrobenou elektřinu spotřebuje v jiném svém objektu, musí však zaplatit za distribuci
elektřiny veřejnou sítí. Existuje i možnost prodat elektřinu z Malé vodní elektrárny třetí osobě“.
Zdroj - www.mpz.cz
PŘÍKLAD NÁVRATNOSTI INVESTICE NA MALOU VODNÍ ELEKTRÁRNU
Výkon elektrárny vybavené Kaplanovou turbínou využívající spád 3 metry může při průtoku 1 m3/s dosahovat cca 25 kW. Bude-li tato elektrárna svůj instalovaný výkon využívat v průměru na 80 %
po větší část roku (např. 5 000 hodin), vyrobí kolem 100 MWh elektrické energie, což při aktuálních
výkupních cenách při dodávce do distribuční sítě obnáší částku 300 000 Kč ročně. Ekonomická
návratnost investice do takovéto elektrárny se bude odvíjet především do výše pořizovacích nákladů (mohou se pohybovat v řádu stovek tisíc, ale i několika miliónů korun) po odečtení dotací
a stálosti podmínek na vodním toku.
Ekonomickou bilanci projektu na výstavbu nebo rekonstrukci malé vodní elektrárny může výrazně vylepšit využití dotací poskytovaných na podporu ekologických projektů v rámci Operačního
programu Životní prostředí (OPŽP). Zdroj: www. nazeleno.cz
BUDOUCNOST VYUŽITÍ VODNÍ ENERGIE
Všechny vodní elektrárny v ČR vyrobily v roce 2012 celkem 2 822 GWh elektřiny, z toho přečerpávací 697 GWh. Výstavba dalších velkých vodních elektráren v ČR je málo pravděpodobná – kapacita velkých vodních toků je takřka vyčerpaná. Celkový instalovaný výkon všech vodních elektráren
v ČR v roce 2012 představoval 1 055 MWe. Současný evropský trend výstavby vodních elektráren,
oproti předpokladům uvedeným v Bílé knize o obnovitelných zdrojích v EU, zaostává.
Podobně, jak jsme se budoucností druhů energie zabývali v předchozích kapitolách, tak zkusíme
zhodnotit budoucnost využití energie vodní. Opět se do hodnocení dostanou výhody a nevýhody
takto získané energie.
VÝHODY PRO SPOTŘEBITELE A ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ
•
Více než stoletá zkušenost
Potenciál vodní energie je u nás využíván po staletí. Provozů, kde se vodní energie využívala, byla
spousta: mlýny, pily, hamry, dmýchadla hutí, čistírny lnu, přádelny, tkalcovny, elektrárny, škrobárny, drtírny kamene, čerpadla v dolech, vodárny pitné vody, čistírny odpadních vod, brusírny skla,
papírny, hospodářské stroje na statcích a mnoho dalších. Někdy jeden vodní motor poháněl více
živností dohromady. V českých zemích jsou pro vodní pohony příznivé podmínky a vzhledem ke
zdejšímu průmyslovému zaměření tu byly vodní pohony hojně rozšířeny. Nejvíce vodních děl bylo
s výkonem do 30 kW instalovaného výkonu. Vodní energie se časem začala používat téměř výlučně k výrobě elektrické energie a tento trend stále trvá. Před I. světovou válkou zde bylo několik
69
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
Vývoj výroby elektřiny z vodních elektráren v ČR [GWh]
Zdroj: MPO
Čertovka – vodní kolo Velkopřevorského mlýna, Autor: Petr1868
70
Zdroj: www.wikipedia.cz
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
tisíc malých vodních elektráren, vesměs na místě původních vodních mlýnů, pil a hamrů. (více viz.
kapitola Historie vodní energie).
•
Čistá energie
Vodní elektrárny neznečišťují ovzduší, nedevastují krajinu a povrchové či podzemní vody těžbou
a dopravou paliv a surovin, jsou bezodpadové, nezávislé na dovozu surovin a vysoce bezpečné.
Pružným pokrýváním spotřeby a schopností akumulace energie zvyšují efektivnost elektrizační
soustavy. Vysokým stupněm automatizace přispívají k vyrovnávání změn na tocích a vytvářejí
nové možnosti pro revitalizaci prostředí (prokysličování vodního toku).
•
•
•
•
Dostupná nonstop (s možnými výkyvy dle ročních období). Vodní elektrárny vyžadují minimální obsluhu i údržbu a lze je ovládat na dálku.
Využití lokálních zdrojů.
Malé vodní elektrárny prakticky nevytvářejí zaplavenou plochu a jsou velice levné na provoz.
Mohou startovat během několika sekund a dispečink je tak může používat jako špičkový zdroj
k pokrytí okamžitých nároků na výrobu elektrické energie.
Potenciál vodních elektráren se využívá hlavně v době špičky (čas, kdy je využíváno největší množství elektrické energie). K tomu navíc přečerpávací elektrárny umožňují účelné využití elektřiny
produkované v období nízké spotřeby.
•
•
Účinnost přeměny potenciální či kinetické energie vody na energii elektrickou je velmi vysoká, u moderních typů turbín se blíží 94%, což je mnohem vyšší výkon než těch nejlepších
spalovacích motorů.
Přehradní hráz dokáže zabránit i menším povodním, velké katastrofální povodně však
ovlivňuje velmi málo.
Využití vodních elektráren a především vodních děl z hlediska vodohospodářského významu se
projevilo v období katastrofických záplav v roce 2002. Těm se sice v povodí Vltavy nepodařilo zcela
zabránit, ale jejich důsledky by byly daleko ničivější.
•
Přehradní jezera mohou sloužit i pro jiné další účely, zejména pro rekreační účely nebo jako
zdroje pitné či užitkové vody čili pro vodohospodářské účely, často bývají vhodné i pro říční
rybolov.
Při respektování všech aspektů MVE nemůže svým provozem vážně narušit životní prostředí v lokalitě. Přispívá naopak k revitalizaci místního říčního systému a kladně ovlivňuje režim vodního
toku (čistí a provzdušňuje tok). Existují turbíny, které vodu okysličují. Pokud za přivaděčem následuje některý z druhů přímotlakých turbín (Peltonova , Turgo , Bánkiho aj.), dochází k výraznému
okysličení vody právě v turbíně. Jednak neustále se opakujícím vstupem nové vody do zavzdušněného prostoru lopatek a potom také přisáváním nového vzduchu zavzdušňovacími otvory
na odtokové straně lopatky (Bánki , Girardova , Schwamkrugova), pokud je jimi turbína vybavena.
Nezanedbatelné je i okysličení vody,které vzniká při pádu vody z oběžného kola na hladinu ve vývařišti pod turbínou. Případné nedodržování odběru, které se projevuje tím, že přes jez neprotéká
dostatečné (tzv. sanační) množství vody, by mělo být přísně postihováno.
71
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
MOŽNÁ RIZIKA A NEVÝHODY
•
Zohlednit ekologická kritéria při projektování a stavbě
Výstavba velkých vodních elektráren přináší výrazný zásah do životního prostředí (přehradní hráze, zatopené oblasti, změna vodního režimu).
Naproti tomu MVE lze stále stavět, zejména v místech bývalých mlýnů, hamrů a pil. Zbytky bývalého
vodního díla (odtokový kanál, jez apod.) mohou výrazně snížit náklady na výstavbu. Díky technologii tzv. mikroturbín lze využít i toky s velmi malým energetickým potenciálem nebo i vodovodní
Zdroj: www.jeseniky.ne
Přečerpávací vodní elektrárna Dlouhé stráně
72
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
zařízení. Další cestou je instalace moderních a účinnějších turbín a soustrojí ve stávajících MVE.
Leckdy zde totiž fungují stroje staré kolem 100 let. To sice svědčí o fortelnosti práce našich předků,
moderní technologie by ovšem umožnily využít vodní potenciál efektivněji (produkce může být
až o několik desítek procent vyšší).
Rozhodujícími ukazateli k ohodnocení konkrétní lokality jsou dva základní parametry - využitelný
spád a průtočné množství vody v daném profilu, který chceme využít.
Dále jsou důležité i následující parametry:
• možnost umístění vhodné technologie,
• vhodné geologické podmínky a dostupnost lokality pro těžké mechanismy, případně vhodnost pro vybudování potřebné zpevněné komunikace,
• vzdálenost od přípojky VN nebo VVN s dostatečnou kapacitou,
• minimalizace možného rušení obyvatel hlukem, jinak je nutno provést odhlučnění,
• míra zásahu do okolní přírody a vhodné začlenění do reliéfu lokality, zátěž při výstavbě elektrárny a budování přípojky, ohrožení vodních živočichů,
• dodržování odběru sjednaného množství vody - využitím spolehlivého automatického řízení
s hladinovou regulací se vyloučí nevhodný vliv obsluhy MVE,
• způsob odstraňování naplavenin vytažených z vody - je nutno zajistit odvoz a likvidaci,
Každé vodní dílo, které energeticky využívá určitou část toku, potřebuje pro svůj provoz vodu
náležité kvality. To se týká zejména unášených nečistot. Aby byl vodní motor ochráněn, čistí
se voda česlicemi a různými lapači. Kvalita filtrace je závislá na tom, s jak velkým předmětem
se dokáže turbína bez poškození vypořádat. Největší nečistoty projdou vodními koly (Zuppingerovým, lopatníkem s přepadem, korečníkem na horní dopad) a vrtulovými turbínami. U velkých strojů na přehradách jsou mezery mezi česlicemi limitovány zákonem na ochranu ryb.
U malých vodních elektrárniček jsou česle (vzhledem k malým průtokovým průřezům turbín)
mnohem hustší. Mezery mezi jednotlivými česlicemi jsou třeba jen 10 až 15 mm. To je také
důvod proč drobné vodní dílo zachytí mnohem více nečistot než dílo velké. Malé elektrárny
bývají také položeny výše na toku, v jeho nejčlenitějším úseku. Vzhledem k celkovému plošnému pokrytí říčních toků drobnými díly je i celkový čistící účinek efektivnější, než při jediné
velké stavbě. Pokud se na vodním toku (vesměs lemovaného álejí stromů) nachází turbínová
stanice, je podzimní listí zachyceno právě před ní. Tím se sníží riziko, že zůstane roztroušené
v níže položeném řečišti a v létě při malých průtocích začne zahnívat. Jeho odstraněním se
omezuje nebezpečí tvorby jedovatých hnilobných látek. Dnešní kontaminované a zregulované řeky mají oslabenou samočistící schopnost a tímto jim stávající MVE trošku odlehčí.
• majetkoprávní vztahy k pozemku - vlastnictví či dlouhodobý pronájem pozemku, postoj
místních úřadů.
V ČR nejsou přírodní poměry pro budování velkých vodních energetických děl ideální. Naše
toky nemají potřebný spád ani dostatečné množství vody. Proto je podíl výroby elektrické energie
ve vodních elektrárnách na celkové výrobě v ČR poměrně nízký. Významným posláním vodních
elektráren v ČR je však sloužit jako doplňkový zdroj výroby elektrické energie a využívat především
své schopnosti rychlého najetí na velký výkon a tedy operativního vyrovnání okamžité energetické bilance v elektrizační soustavě ČR.
Nevýhody:
• u přehradních nádrží značná cena a čas výstavby a nutnost zatopení velkého území
• závislost na stabilním průtoku vody
• přehradní hráze a jezy brání běžnému lodnímu provozu na řece, je nutno vybudovat systém
plavebních komor resp. zdymadel
73
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
•
•
přehradní hráze a vyšší jezy brání tahu ryb, je nutno vybudovat systém cest pro ryby
riziko havárie
VODNÍ ELEKTRÁRNY V ČR
Podle účasti na pokrývání zatížení elektrizační soustavy se vodní elektrárny dělí na:
1. Základní - pracují převážně v pásmu základního zatížení denního diagramu zatížení elektrizační soustavy (např. průtočné vodní elektrárny, které dodávají elektrickou energii nepřetržitě) - většina malých vodních elektráren (dále MVE).
2. Pološpičkové - pracují převážně v pásmu pološpičkového zatížení denního diagramu zatížení
elektrizační soustavy. Jsou to vesměs vodní elektrárny s denním řízením odtoku.
3. Špičkové - pracují převážně v pásmu špičkového zatížení denního diagramu zatížení elektrizační soustavy (jsou to např. akumulační vodní elektrárny s krátkodobou regulací nebo přečerpávací
vodní elektrárny, které dodávají elektrickou energii krátkodobě několik hodin denně).
4. Samostatné - nespolupracují s elektrizační soustavou.
Vznikem rozšířené Skupiny ČEZ se původní portfolio hydroenergetiky ČEZ, a. s., rozšířilo o 12 elektráren, z toho 11 malých vodních elektráren, o celkovém instalovaném výkonu přibližně 48 MW.
Při započtení dalších osmi malých vodních elektráren, původně začleněných do samostatné dceřiné organizace HYDROČEZ, a. s. je od roku 2006 ve Skupině ČEZ široké portfolio vodních zdrojů.
Koncem roku 2011 činil instalovaný výkon všech vodních elektráren Skupiny ČEZ v České republice 1 935,2 MW.
Z hlediska všech obnovitelných zdrojů Skupiny ČEZ mají vodní elektrárny na výrobě elektrické
energie největší podíl. Jedná se o 54 % .
Zdroj: www.cez.cz
Největší vodní elektrárna v ČR – Orlík 74
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
PŘEHLED VODNÍCH ELEKTRÁREN PROVOZOVANÝCH SKUPINOU ČEZ
Elektrárna
Instalovaný výkon (MW)
Rok uvedení do provozu
Lipno I
120
1959
Orlík
364
1961–1962
Kamýk
40
1961, 2008
Slapy
144
1954–1955
Štěchovice I
22,5
1943–1944
Vrané
13,88
1936, 2007
Střekov
19,5
1936
Lipno II
1,5
1957
Hněvkovice
9,6
1992
1,2; 0,56
1977, 1999
Dlouhé Stráně II
0,16
1996
Přelouč
2,34
1927
Spálov
2,4
1926
Hradec Králové I
0,75
1926
Práčov
9,75
1953
Pastviny
3
1938
Obříství
3,36
1995
Les Království
2,12
1923
Předměřice nad Labem
2,1
1953
Pardubice
1,96
1978
Spytihněv
2,6
1951
Brno Kníničky
3,1
1941
Brno Komín
0,21
1923
Vydra
6,4
1939
Hracholusky
2,55
1964
Čeňkova Pila
0,1
1912
Černé jezero I
1,5
1930
Černé jezero II
0,04
2004
Černé jezero III
0,37
2005
Bukovec
0,63
2007
Mělník
0,59
2010
Štěchovice II
45
1948, 1996
Dalešice
480
1978, 2008
Dlouhé Stráně I
650
1996
Akumulační a průtočné vodní elektrárny
Malé vodní elektrárny
Mohelno
Přečerpávací vodní elektrárny
SLAPOVÁ SÍLA
Slapová síla je druhotný efekt gravitační síly a jejím důsledkem jsou např. příliv a odliv. Vzniká
proto, že gravitační pole není konstantní napříč celým tělesem. Když se těleso ocitne pod vlivem
gravitace jiného tělesa, gravitační zrychlení na bližší a vzdálenější straně se může výrazně lišit.
75
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
SLAPOVÉ SÍLY ZPŮSOBENÉ GRAVITAČNÍMI ODCHYLKAMI
Pro dané gravitační pole se slapové zrychlení v daném bodě vzhledem k tělesu vyjádří vektorovým rozdílem gravitačního zrychlení v centru tělesa a aktuálního gravitačního zrychlení v tomto
bodě.
Odpovídající pojem slapová síla je známý. Slapová síla má tendenci deformovat tvar tělesa beze
změny jeho objemu. Pokud na počátku máme kulový tvar tělesa, slapová síla se jej snaží pokřivit
do elipsoidu se dvěma vybouleninami, na přivrácené a na odvrácené straně od něj.
Rotace zde není nezbytná, těleso může například padat pod vlivem gravitace po přímé dráze
volným pádem. Předpokládejme, že gravitační pole je způsobeno druhým tělesem. Linearizace
Newtonova gravitačního zákona kolem centra referenčního tělesa dává přibližně vztah založený
na obrácené třetí mocnině. Podél osy procházející centry obou těles nabývá formy
Ft = 2GMmr
R3
kde G je univerzální gravitační konstanta, M je hmotnost tělesa produkujícího gravitačního pole, m
je hmotnost tělesa, které je předmětem působení slapových sil, R je vzdálenost mezi těmito tělesy
a r << R je vzdálenost od středu referenčního tělesa podél osy. Tato slapová síla působí směrem
ven jak na přivrácené tak i na odvrácené straně tělesa a způsobuje vybouleniny na obou stranách.
Slapové jevy: A - Slunce, Země a Měsíc jsou v řadě, objevuje se skočné dmutí; B - Slunce, Země a Měsíc svírají pravý úhel,
objevuje se hluché dmutí
Zdroj: http://cs.wikipedia.org/wiki/
76
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
Slapové síly lze spočítat také mimo osu spojující obě tělesa. Ve směru kolmém na tuto osu směřují
slapové síly dovnitř a jejich velikost je po lineární aproximaci Ft /21. Slapové síly se stávají zvláště
výraznými poblíž malých těles o velké hmotnosti, jako jsou neutronové hvězdy nebo černé díry,
kde jsou zodpovědné za „špagetizaci“ hmoty padající dovnitř. Slapové síly, spolu s přídavným efektem vysvětleným v další kapitole, jsou také odpovědné za oceánský příliv a odliv, kde referenčním
tělesem je Země a voda v jejích oceánech, a ovlivňujícími tělesy jsou Měsíc a Slunce. Slapová síla
je odpovědná také za vázanou rotaci a rezonanci oběhu přirozených oběžnic.
ENERGIE MOŘÍ A OCEÁNŮ
Celá hmota světových moří a oceánů je v neustálém pohybu, a to nejen na povrchu, ale i ve značných hloubkách. Nejdůležitějším pohybem vodních částic na povrchu oceánů a moří je vlnění
způsobené větrem, slapovým působením Měsíce a Slunce, vtokem velkých řek, posunem zemských desek v důsledku podmořských zemětřesení apod. Odhaduje se, že energie, kterou vyvinou
vlny ve všech světových oceánech, dosahuje hodnoty 342 miliard MJ. V této souvislosti bylo vypočteno, že každá vlna vzdutého moře při pobřeží Velké Británie má nepřetržitě po celý rok na jeden
metr své délky výkon 50 až 80 kWh.
Zatím se energie oceánů využívá velice málo. První kroky k praktickému využití však už byly učiněny.
Jedním z mnoha řešení je návrh trojdílných pontonů plovoucích na hladině a zakotvených na dně.
Pohyb vln by se přenášel na vodní motor. Další zajímavý návrh pod názvem Ploeg se týká instalace
řady plováků, které působením vln kmitají kolem osy. Pohyb je soustavou hydraulických nebo mechanických zařízení převáděn na generátor. Jiný způsob využití energie vln byl navržen v Japonsku. Elektrárna Kalimai je podobná cisternové lodi dlouhé 80 m a široké 12 m. Mořské vlny stlačují
v komorách stanice vzduch a pohánějí 3 turbíny s generátory o výkonu 200 kW. Takto upravená
elektrárna je víceúčelová, protože plní funkci vlnolamu před přístavem a před rybími farmami.
U havajského pobřeží byly prováděny pokusy i s minielektrárnami umístěnými v mořských bójích.
Na převratnou myšlenku přišli pracovníci firmy Lockheed. Navrhli konstrukci elektrárny Dam-Atol. Jde o umělý ostrov, na kterém by byla umístěna přehrada. Vlnová elektrárna má být kruhová
o průměru 76 m. Lopatky zvláštního tvaru by přiváděly vodu z moře do středu elektrárny, kde by
se vytvářel mohutný vír, který by otáčel lopatkami turbíny. Přivaděč vody by měl průměr 20 m
a hydrogenerátor by dosahoval výkonu až 2 MW.
ELEKTRÁRNY PRO VYUŽITÍ MOŘSKÉHO PŘÍBOJE
Síla příboje při větších bouřkách je až neuvěřitelná. Například ve Francii přehazovaly příbojové
vlny přes kamenný vlnolam vysoký 7 m balvany o hmotnosti až 3,5 t a betonový blok o hmotnosti
65 t posunuly na vzdálenost 20 m. Přesto je síla příboje zatím velmi málo používána - v místech
silného příboje se nenalézají velká města a ani se nestaví žádné velké průmyslové podniky. Příbojová hydroelektrárna na pobřeží Bretaně s generátory umístěnými pod mořskou hladinou měla
jen malý úspěch.
Vodní turbína s vertikálním hřídelem využívající oba směry průtoků vody byla zkonstruována v Japonsku. Lze ji použít i pro využití příboje. Její lopatky se samy otevírají asi na polovině obvodu ve
směru proti vodnímu průtoku. Výsledná nerovnováha tvoří točivý moment. Čtyřlopatkové turbíny
mají průměr až 700 mm a výšku 150 mm.
77
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
ENERGIE MOŘSKÝCH PROUDŮ
Cirkulace vodních mas ve světových oceánech a mořích je nejen periodická, ale uchovává svůj
směr a rychlost. Stabilní proudy jsou součástí celooceánské cirkulace. Energetické využití těchto
mořských proudů zůstává zatím ve stavu úvah a studií. Jako příklad lze uvést návrh na energetické
využití části Golfského proudu mezi mysem Heterras a Floridou v USA. Průměrná rychlost proudu
je v těchto místech 3,2 km/h ve spodních vodních vrstvách a 8,8 km/h při povrchu. Každou sekundu tudy proteče 70 miliónů m3 vody. Na úrovni mysu Heterras téměř 100 km široký proud vody
se obrací k východu a směřuje k Evropě. Podle propočtů by se zde dalo získat z 1 m3 vody 0,8 kW
elektrického výkonu. Celkový energetický výkon Golfského proudu v těchto místech se odhaduje
na 25 tisíc MW.
V projektu se uvažuje o využití velkých turbín o průměru asi 170 m, se dvěma lopatkami oběžného
kola, otáčejícími se rychlostí 1 otáčka za minutu. Turbíny mají být upevněny ocelovými lany k těžkým kotvám v hloubce 30 m až 130 m pod hladinou. Jejich vzájemná vzdálenost by byla 100 m i s
propustěmi pro velké lodi. Všechny projekty využívání mořských proudů s sebou však nesou velké
riziko. Mohlo by dojít ke zpomalení Golfského proudu a možné katastrofické důsledky se dají stěží
odhadnout.
Francouz Morion navrhuje zapustit do mořského dna obrovské disky, které by se otáčely spolu
s mořským proudem. Turbína by měla průměr víc než 100 m. Tyto elektrárny navrhuje umístit
k pobřeží Francie, Japonska a Iberských ostrovů. Zkušební projekt byl zrealizován u jižního pobřeží
Sicílie. O projekt je ve světě značný zájem již také proto, že neohrožuje stabilitu proudů a nepodstupuje ekologická rizika.
Přílivová elektrárna Annapolis Royal v Novém Skotsku (Kanada)
78
Zdroj: http://cs.wikipedia.org/wiki/
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
PŘÍLIVOVÉ ELEKTRÁRNY
Příliv a odliv je důsledkem působení slapových sil Měsíce a Slunce. Na výšku přílivu a odlivu má
zásadní vliv tvar pobřeží (nejvyšší známý příliv je u Nového Skotska v USA – o plných 20 m). Chod
slapových sil, a tím přílivů a odlivů, není pravidelný. Při stavbě přílivových elektráren je třeba přihlížet ke všem vlastnostem toho či onoho místa a ke všem nepravidelnostem, které s sebou nese.
Ve Francii a Itálii jsou známy stavby přílivových mlýnů již ze 13. století. Přílivová vlna se vlévala
přímo do nádrží a při odlivu se vypouštěla na mlýnská kola. Nepravidelnosti přílivů a odlivů však
přinášely značné obtíže, a to nejen starobylým mlýnům. Potíže vznikaly i v později budovaných
přílivových elektrárnách.
Zdroj: http://cs.wikipedia.org/wiki/
Místa na světe kde je příliv větší než 4 metry
Za nejstarší přílivovou elektrárnu z roku 1913 je považována anglická Dee Hydro Station v Cheshire o výkonu 635 kW. První moderní přílivová elektrárna zahájila provoz až v roce 1966. Jde o francouzskou přílivovou elektrárnu v Bretani, v ústí řeky La Rance. V těchto místech je průměrná výška
přílivu 8,4 m. Přílivová voda pro turbíny je navíc posilována i přítokem řeky. Výkon elektrárny je
240 MW. Elektrárna je vybavena 24 reverzními turbínami, takže využívá jak přílivu, tak odlivu. Pracuje ročně 2 250 hodin a produkuje 540 milionů kWh elektrické energie. V roce 1984 byl v Kanadě
v bazénu Annapolis s výškou přílivu až 15,8 m také spuštěn první stroj přílivové elektrárny. Rotor
přímoproudé turbíny se čtyřmi lopatkami má průměr 7,6 m a výkon 17,8 MW.
K nevýhodám přílivových elektráren patří skutečnost, že jejich pracovní doba mnohdy nesouhlasí
s energetickou špičkou elektrizačních soustav, a že místa vhodná pro výstavbu těchto elektráren
jsou často značně vzdálena od míst spotřeby produkované energie. Přesto energie přílivů a odlivů
je nadějným energetickým zdrojem pro využití v budoucnosti. Ročně by se tak mohlo získat 7,2
až 11,8 biliónů MJ elektrické energie. Slapové elektrárny se zatím ukazují jako nepříliš efektivní
a navíc často ničí unikátní části pobřeží s mnoha vzácnými druhy živočichů.
V minulosti existoval ambiciózní projekt v Sovětském svazu na přehrazení úžiny mezi poloostrovem Kola a kontinentální Asií, kde měly být postaveny dvě přílivové elektrárny. Tento projekt však
nebyl realizován.
79
VODNÍ A SLAPOVÁ ENERGIE
V současné době existuje několik rozjednaných projektů na stavbu rozsáhlých přílivových elektráren, především v Jižní Koreji a dále například v indickém státu Gudžarát, ale i na dalších místech.
Jednou z oblastí, které se o energii přílivu zajímají, je také Skotsko. Podle rozhodnutí skotské vlády
z března 2011 má být první elektrárna o výkonu 10 MW, dodávaném 10 turbínami postavených
na mořském dně, vzniknout v sousedství ostrova Islay. O stavbě obrovské vodní elektrárny u ústí
řeky Severn se diskutuje rovněž v Británii (Severn Barrage). Podobnými projekty se intenzivně zabývají také Kanada a USA.
ZDROJE:
http://www.energetika.cz
http://www.alternativni-zdroje.cz
http://www.ztcenergy.com/cinnost/obnovitelne-zdroje/vodni-energie/
80
ENERGIE BIOMASY
ENERGIE BIOMASY
CHARAKTERISTIKA BIOMASY – DEFINICE
Biomasou se rozumí biologicky rozložitelná část produktů, odpadů a zbytků biologického
původu z provozování zemědělství a hospodaření v lesích a souvisejících průmyslových odvětvích, zemědělské produkty pěstované pro energetické účely a biologicky rozložitelná
část průmyslového a komunálního odpadu. Bioplynem plynné palivo vyráběné z biomasy
používané pro výrobu elektřiny, tepla nebo pro výrobu biometanu.
Z biomasy se dá získat teplo, elektřina i pohonné hmoty. Vlastní zdroj energie tak zvýší nezávislost
zemědělce, případně i jeho okolí.
Z hlediska rozvoje regionu má energie z biomasy i další výhodu: obecní výtopnu spravuje obecní
zastupitelstvo a cenu za 1 GJ stanovuje na základě nákladů a přiměřeného zisku. Zpracování lokálního paliva přináší pracovní příležitosti ve venkovském prostoru.
Jedná se o organickou hmotu, která vzniká díky dopadající sluneční energii. Pro energetické účely
se využívá buď cíleně pěstovaných rostlin, nebo odpadů ze zemědělské, potravinářské nebo lesní
produkce.
Zásadní výhodou je, že biomasa slouží jako akumulátor energie a lze ji poměrně jednoduše a dlouhodobě skladovat. Nevýhodou je nízká účinnost přeměny slunečního záření na energii. Z hektaru
pole získáme hmotu s energetickým obsahem 40 až 90 MWh, podle typu plodiny. To je méně než
1 % slunečního záření, které na tuto plochu za rok dopadne. Při zpracování biomasy a konečném
spalování získaného paliva vznikají další ztráty.
Biomasu můžeme rozlišit podle obsahu vody:
•suchá - zejména dřevo a dřevní odpady, ale také sláma a další odpady. Lze ji spalovat přímo,
případně po mírném vysušení.
•mokrá - zejména tekuté odpady – kejda a další odpady. Nelze ji spalovat přímo, využívá se
zejména v bioplynových technologiích.
SPECIÁLNÍ BIOMASA
Obiloviny, olejniny, škrobové a cukernaté plodiny. Využívají se ve speciálních technologiích k získání energetických látek – zejména směsné motorové nafty nebo lihu.
Z energetického hlediska lze energii z biomasy získávat téměř výhradně spalováním. Obsah energie, neboli výhřevnost, je dán množstvím tzv. hořlaviny (organická část bez vody a popelovin,
směs hořlavých uhlovodíků – celulózy, hemicelulózy a ligninu). Přeměna surové biomasy na palivo je různě složitá a energeticky náročná, zatímco dřevo vyžaduje minimální úpravy. Výroba směsné motorové nafty (dále i SMN) je poměrně náročná, neboť esterifikací řepkového oleje získáme
MEŘO (metylester řepkového oleje), který se přidává určitým procentem do motorové nafty.
81
ENERGIE BIOMASY
Přeměny energie z biomasy
termo-chemická přeměna
bio-chemická přeměna
pyrolýza (produkce plynu, oleje)
zplyňování (produkce plynu)
fermentace, alkoholové kvašení (produkce etanolu)
anaerobní vyhnívání, metanové kvašení (produkce bioplynu)
lisování olejů (produkce kapalných paliv, oleje)
mechanicko-chemická přeměna
esterifikace surových bio-olejů (výroba SMN a přírodních maziv)
štípání, drcení, lisování, peletace, mletí (výroba pevných paliv)
Nejvýznamnějším obnovitelným zdrojem energie v ČR je biomasa, jednak cíleně pěstovaná, jednak tzv. odpadní. Mezi cíleně pěstovanou biomasu řadíme energetické byliny a rychle rostoucí
dřeviny. Z odpadní biomasy jsou využívány zbytkové materiály ze zemědělské produkce a suroviny pro výrobu bioplynu.
ODPADNÍ BIOMASA
Energetické využití odpadů snižuje náklady na jejich likvidaci a současně zvyšuje užitek. V konečném důsledku se dá spálit téměř všechno, ale záleží na obsahu vody. Některé druhy odpadů jsou
vhodné pro výrobu bioplynu nebo jiného paliva.
Rostlinné odpady ze zemědělské prvovýroby a údržby krajiny – řepková sláma, zbytky po likvidaci keřů a náletových dřevin, odpady po řezu v ovocných sadech a vinicích, odpady z údržby
zeleně a travnatých ploch. Obilní sláma je meziproduktem a pro řadu zpracovatelských odvětví je
surovinou.
Lesní odpady (dendromasa) – po těžbě dříví zůstává v lese určitá část stromové hmoty nevyužita.
Třicet procent dřevního odpadu, zvláště větve do průměru 5 cm, kůra, jehličí a listí by měla v lese
zůstat. Obsahuje živiny a pro energetické využití jsou nevhodné vzhledem k vyššímu obsahu vody.
Pařezy, silnější větve a dřevo z prořezávek lze energeticky využít, např. ve formě štěpky.
Organické odpady z průmyslových výrob – spalitelné odpady z dřevařských provozoven (odřezky, piliny, hobliny, kůra), odpady z provozů na zpracování a skladování rostlinné produkce (cukrovary), odpady z jatek, mlékáren, lihovarů, konzerváren.
Přebytečné suroviny ze živočišné výroby – hnůj, kejda, zbytky krmiv, odpady z přidružených
zpracovatelských kapacit.
Komunální organické odpady – kaly z čistíren odpadních vod, biologická složka komunálních
odpadů.
CÍLENĚ PĚSTOVANÁ BIOMASA
Pro náhradu hnědého uhlí např. cíleně pěstovanými rychle rostoucími dřevinami, získáme z hektaru energetický ekvivalent 6,5 až 9,5 t uhlí. Takovéto množství by stačilo pro roční vytápění nezatepleného rodinného domku. Pokud bychom tuto biomasu spálili v konvenční tepelné elektrárně,
získáme zhruba 10 000 kWh, což odpovídá spotřebě elektřiny asi tří domácností.
Druh energetické plodiny je určován mnoha faktory: bonitou půd, způsobem využití a účelem, možností sklizně a dopravy, druhovou skladbou v okolí. Nejzajímavější je řepka vzhledem
82
ENERGIE BIOMASY
k produkci řepkového oleje, který se zpracovává na MEŘO a mazadla. Řepková sláma se používá
k lisování, peletizaci a briketování. Řepková sláma má vyšší výhřevnost 15–17,5 GJ/t oproti obilné
slámě, u které počítáme s výhřevností 14,0–14,4 GJ/t.
Z víceletých rostlin je často diskutovaná křídlatka sachalinská (Reynoutria sachalinensis Nakai), která dosahuje vysokých výnosů 30–40 t sušiny z hektaru. Vzhledem k zařazení mezi invazní rostliny, výrazně ovlivňuje biodiverzitu stanoviště a není doporučena pro využití v energetice. Velmi
diskutovanou energetickou rostlinou je Miscanthus sinensis. Výhodné je pěstování konopí setého
(Cannabis sativa L.).
RYCHLE ROSTOUCÍ DŘEVINY
Založení plantáží rychle rostoucích dřevin (dále RRD) a následné zhodnocení dřevní hmoty je jedním z perspektivních směrů diverzifikace činnosti zemědělců za účelem zvyšování jejich příjmů.
Diverzifikace v zemědělství je směr, který úzce souvisí s udržitelným rozvojem venkova.
Druh zemědělské kultury „porost rychle rostoucích dřevin“ je definován v § 3 písm. j) zákona č.
252/1997 Sb. o zemědělství. Pro účely zákona o zemědělství se porostem rychle rostoucích dřevin
rozumí obhospodařovaná půda, která je souvisle osázena rychle rostoucími dřevinami určenými
k produkci biomasy pro energetické využití nebo k produkci řízků jako reprodukčního porostu pro
vegetativní množení rychle rostoucích dřevin.
Plantáže rychle rostoucích dřevin plní základní cíle:
• snížení podílu zornění v ČR a bez rizika zvýšení podílu opuštěných, neobhospodařovaných
půd
• snížení produkce skleníkových plynů a snížení imisí, zejména oxidů síry
• příspěvek k ekonomické stabilitě venkovského obyvatelstva změnou struktury příjmů formou diverzifikace
• zlepšení biodiverizity kulturní krajiny a posílení ekologické stability v krajině
ENERGETICKÉ BYLINY
Podle botanické charakteristiky jsou rostliny rozděleny na skupiny energetických obilovin, travin
a ostatních dvouděložných rostlin. Pro energii lze využívat i některé rostliny planě rostoucí, okrasné, či léčivé. Největší význam mají rostliny vytvářející vysoký výnos (alespoň 10 t/ha suché hmoty)
a rostliny víceleté, nebo vytrvalé, jejichž porosty nemusí být každoročně nově zakládány. V následující tabulce není uveden rod křídlatka, neboť vzhledem k zákonu č. 114/92 Sb. o ochraně přírody
a krajiny, není vhodné pěstovat cíleně křídlatku jako rostlinu pro energetické využití.
Energetická charakteristika fytomasy
Spalné teplo (s popelovinami)
Průměrný výnos suché hmoty
MJ/kg
t/ha
Řepka -sláma
17,484
4,5
Lnička setá
18,840
3
Čirok Hyso
17,657
16
Konopí seté
18,06
12
Komonice bílá
19,892
13,5
Druh rostliny
83
ENERGIE BIOMASY
Druh rostliny
Spalné teplo (s popelovinami)
Průměrný výnos suché hmoty
MJ/kg
t/ha
Šťovík krmný1
17,751
20
Mužák prorostlý
17,941
13,5
Bělotrn kulatohlavý
19,610
15,
Boryt barvířský
18,500
10
Topolovka růžová
17,581
14,5
Pramen: Petříková, V. (1999), 1 Výsledek roku 2005 ha výnos 7 – 8 t/ha (10 t/ha)
Seznam výše uvedený je průběžně doplňován o další perspektivní plodiny, zvláště o vytrvalé rostliny jako je Miscanthus sinensis, Amaranthus, světlice barvířská, sveřep bezbranný.
Šťovík Uteuša
Jedná se o křížence šťovíku zahradního a šťovíku ťanšanského, který byl vyšlechtěn metodou víceletého výběru. Kříženec výrazně převyšuje původní rostliny výnosem nadzemní hmoty a krmivářskými vlastnostmi. V klimatických podmínkách mírného pásma je jednou z nejperspektivnějších
energetických plodin. Sklízená biomasa má vlastnosti biopaliva a svými parametry se přibližuje
dřevní štěpce. V průběhu registračních odrůdových zkoušek výnos této plodiny dosáhl 11,8 t absolutní sušiny z 1 ha.
Konopí seté
Konopí seté je perspektivní plodinou pro vyčleněnou zemědělskou půdu z výroby potravin. Předpokládá se jeho další šlechtění na vyšší výnos semene i vlákna a nižší obsah THC. Není náročné
na předplodinu a samo je dobrou předplodinou, neboť zanechává mohutný kořenový systém,
vysoké strniště a odplevelený pozemek. Snáší se také následné pěstování konopí po konopí. V Evropě dosahuje výšky výjimečně až 4 m a výnosu hmoty 6–15 t suché hmoty z hektaru.
Konopí seté je rostlina známá po celém světě svými účinky a mnohostranným využitím. Využívá
se ve farmaceutickém průmyslu, v textilním průmyslu, pro výrobu papíru a v neposlední řadě je
využitelné jako biomasa pro energetické využití. Mezi tři největší pěstitele na světě se počátkem
devadesátých let 20. století řadí Čína s 60 tis. ha, Indie s 77 tis. ha a bývalý Sovětský svaz s 58 tis. ha.
Pro porovnání v samotném Rusku v roce 1910 se konopí pěstovalo na 653 tis. ha.
Konopí je původem ze střední Asie. V Evropě dosahuje výšky až 4 m a výnosu hmoty 6 -10 - 15 t
suché hmoty z ha. Účinné látky z hlediska farmaceutického průmyslu jsou hlavně v květech samičích rostlin, v menší míře i v listech. Konopí je jednoletá rostlina, ale na stanovišti vydrží, pokud se
vysemení mnoho let - odtud název Konopiště. Zvláštností konopí bylo, že samčí květy odkvétaly
později než samičí, ale šlechtěním se rozdíly vyrovnaly, což zvýšilo výnos semene - důležité olejářské suroviny.
Jednoznačně nejcennějším produktem konopí je nesmírně pevné vlákno, kterého obsahuje 10
až 25 %. Ostatní je dřevina, pazdeří 60 % a listy, semeníky a semena. Semena obsahují 25 - 38 %
oleje s obsahem linolové kyseliny, hodící se k potravinářským účelům, výnos semene se pohybuje
do 1,2 t/ha.
Pěstování konopí setého v ČR
Konopí seté, jako významný zdroj přírodního vlákna a organické hmoty k technickému nebo energetickému využití, se v ČR začalo ověřovat v roce 1998. V letech 1997 a 1998 se jednalo pouze
o experimentální plochy s výměrou do 2 ha. Současně byly pro podmínky ČR zkoušeny vhodné
odrůdy. Od roku 1999 byly v ČR povoleny pro pěstování dvě odrůdy konopí setého: polská odrůda
84
ENERGIE BIOMASY
Beniko a ukrajinská odrůda Juso-11. Odrůda Juso-11 byla vyřazena ze seznamu odrůd zapsaných
ve Státní odrůdové knize České republiky k 1. 6. 2004 a odrůda Beniko k 1. 4. 2008, a to na žádost
udržovatele odrůdy.
Zájem o konopné vlákno má v současné době především papírenský a automobilový průmysl
a roste použití pro výrobu tepelných izolačních rohoží pro stavebnictví i nábytkářství. Od května
2009 je ve zkušebním provozu nová výrobní kapacita ve firmě CANABEST s. r. o. Břeclav. Firma
uvádí na trh izolační rohože a stavební izolační panely z konopného vlákna a konopného pazdeří, určené především pro ekologické stavby. Tato výrobní kapacita je zcela závislá na dovozu
vhodných kvalit konopného vlákna ze zahraničí, protože v tuzemsku zatím chybí výrobní kapacita
na nezbytnou prvotní úpravu surového konopného vlákna.
Konopné pazdeří je stále více poptáváno i jako stelivo pro zvířata.
Plochy a produkce konopí setého v ČR
Rok
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
Osevní plocha v ha
129
29
91
115
307
156
1155
1538
518
228
Výnos stonku v t/ha
9,0
9,0
9,5
9,0
9,0
8,6
6,0
8,0
8,0
Výnos vlákna v t/ha
2,25
2,25
2,35
1,55
1,45
1,50
1,9
1,8
1,6
1,6
Výnos hmoty pro energetické
využití v t/ha
10,0
10,0
10,5
10,0
10,0
8,5
9,5
8,5
6,5
7,0
Pramen: Situační a výhledová zpráva Len a konopí, MZe 2010, s. 49
ENERGETICKÉ VYUŽÍVÁNÍ BIOPLYNU
Mokrá biomasa jako hnůj, kejda a další zemědělské a potravinářské odpady, kaly z čističek apod.
se dá dobře využít v bioplynových stanicích. V poslední době se takto využívá i cíleně pěstovaná
biomasa, zejména kukuřice.
Zásadní výhodou bioplynové technologie je možnost přeměnit biomasu na elektřinu (suchá biomasa se obvykle jen spaluje v kotlích, bez produkce elektřiny). Bioplynová technologie se již léta
využívá v mnoha čistírnách odpadních vod.
Bioplyn vzniká při rozkladu organických látek v uzavřených nádržích bez přístupu kyslíku. Tento
proces, kdy se organická hmota štěpí na anorganické látky a plyn, vzniká díky bakteriím pracujícím bez přístupu kyslíku (anaerobně). Rozkládání víceméně odpovídá procesům probíhajícím
v přírodě, s tím rozdílem, že v přírodě probíhají i za přítomnosti kyslíku (aerobní procesy). Zbytky
vyhnívacího procesu jsou vysoce hodnotným hnojivem nebo kompostem.
Spalování bioplynu snižuje skleníkový efekt, neboť metan (který by při neřízeném vyhnívání např.
v hromadě hnoje unikl do ovzduší) se spálením přeměňuje na vodu a CO2, které z hlediska skleníkového efektu nejsou tak nebezpečné. Uvolňuje se CO2, který při svém růstu biomasa pohltila
z ovzduší, jde tedy o CO2 neutrální proces.
Charakteristika bioplynu
Patří k obnovitelným zdrojům energie a jeho výroba představuje ekologicky šetrnou technologii.
Zároveň s jeho výrobou se získá organické hnojivo, které se vrací do zemědělské výroby. Bioplyn
je plyn, který vzniká činností bakterií za nepřístupu vzduchu a skládá se především z metanu a oxidu uhličitého. Je produktem anaerobní metanogenní fermentace. Tento biochemický proces se
85
ENERGIE BIOMASY
odborně nazývá anaerobní digesce. Z nežádoucích příměsí může obsahovat především sulfan (sirovodík). Ten vzniká hlavně při zpracovávání kejdy prasat, ale i z jiných surovin obsahujících větší
množství síry. Bioplyn má energetický ekvivalent přibližně 2/3 přírodního plynu a proto má i nižší
výhřevnost. Lze zpracovávat nejrůznější organické odpady a zbytky či záměrně pěstovanou biomasu.
BIOPALIVA V DOPRAVĚ
Nejčastěji používanými pohonnými hmotami v dopravě jsou benzín a nafta. Kromě těchto tradičních paliv existují i tzv. alternativní paliva. Příkladem takového alternativního paliva může být hojně rozšířený LPG (zkapalněný ropný plyn – anglicky Liquefied Petroleum Gas) nebo CNG (stlačený
zemní plyn – anglicky Compressed Natural Gas). Benzín, nafta, LPG i CNG mají jednu společnou
vlastnost: jsou to paliva fosilní. Jsou vyráběna z nerostných surovin (ropy nebo zemního plynu),
jejichž zásoby jsou omezené a jedná se proto o neobnovitelné zdroje energie.
Existují ale i další alternativní paliva, která jsou vyráběna z obnovitelných zdrojů, tj. ze surovin,
které je možné opakovaně získávat a jejichž zásoby nejsou omezené. Typickým představitelem
těchto alternativních paliv jsou kapalná biopaliva, nebo zkráceně jen biopaliva. Biopaliva se vyrábí
ze zemědělských produktů, jsou obnovitelná a představují nejčastější náhradu benzínu a nafty.
Nejedná se však o úplné nahrazení těchto ropných paliv, ale pouze o podíl ve výši několika jednotek procent z celkové energetické spotřeby. I když se biopaliva v dopravě používají stále ve větší
míře, nelze ani do budoucna očekávat, že se stanou hlavním energetickým zdrojem pro pohon
motorů. Ropa je v současné době stále nenahraditelná.
Ačkoliv by se mohlo zdát, že biopaliva jsou ve světě pohonných hmot novinkou, opak je pravdou.
Firma Cankař, založená již v roce 1935, se původně zaměřila na výrobu zplyňovací jednotky pro
auta a lodě pod značkou DOKOGEN. V těchto vozidlech byl používán stejný princip jako u moderních zplyňovacích kotlů na dřevo a uhlí.
Již v první polovině dvacátého století byl do benzínu přimícháván líh a v prvních motorech byl
spalován rostlinný olej. Teprve v posledních letech ale zažívají biopaliva svoji renesanci a celý tento obor se významně rozvíjí.
Biopaliva se rozlišují podle způsobu získávání vstupní suroviny. Do první generace patří paliva
vyráběná z cíleně pěstovaných plodin. Může jít o etanol z obilí, bionafu a rostlinné oleje z řepky,
slunečnice a jiných zemědělských plodin. Biopaliva druhé generace se vyrábí z nepotravinářských
surovin, například ze slámy, dřeva a dřevních odpadů, papíru aj. Jejich produkce tedy nevyžaduje
zemědělskou půdu, která by se mohla využít pro pěstování potravin. Energie pro získání vstupní
suroviny je nižší. Vyžadují však náročnější technologii, proto se teprve začínají rozšiřovat.
Biopaliva jsou vyráběna z biomasy, tedy z biologicky rozložitelných a energeticky zužitkovatelných zemědělských surovin. Tyto suroviny mohou být rostlinného i živočišného původu a mohou
být získány cíleně (např. pěstováním plodin), anebo může jít o odpady a zbytky (např. zbytky při
těžbě dřeva). Biopaliva lze rozčlenit podle toho, z jakých surovin byla vyrobena, na biopaliva první
a druhé generace.
V současnosti se v praxi využívají jen biopaliva první generace. Tato biopaliva jsou vyráběna z cíleně pěstovaných plodin, kterými jsou např. řepka olejná, cukrová řepa, obilí aj. Mezi biopaliva
první generace patří bionafta a bioetanol, se kterými se lze na trhu s biopalivy setkat nejčastěji,
a to v různých podobách a různých směsích. Česká republika je ve výrobě těchto biopaliv plně
86
ENERGIE BIOMASY
soběstačná a část produkce exportuje do dalších zemí Evropy. Existují i další biopaliva první generace, která ale zatím nedosáhla tak velkého rozšíření, např. čistý rostlinný olej.
Většina států Evropské unie, Spojené státy americké i některé státy Jižní Ameriky uplatňují v dopravě biopaliva. Evropská unie stanovila povinnost biopaliva v dopravě používat, a jelikož Česká
republika je jejím členem, platí tato povinnost i pro ni. Cílem Evropské unie je uplatňovat do roku
2020 v dopravě nejméně 10 % obnovitelných zdrojů. Největší část těchto obnovitelných zdrojů
budou s největší pravděpodobností představovat právě biopaliva.
Vliv biopaliv v dopravě na životní prostředí
Přínos biopaliv z hlediska ochrany životního prostředí spočívá zejména v úspoře skleníkových plynů uvolňovaných do ovzduší. Nejrozšířenější skleníkový plyn – oxid uhličitý – vzniká při spalování
prakticky všech látek obsahujících uhlík, tedy nejen při spalování fosilních paliv (benzínu, nafty,
aj.), ale i biopaliv. Avšak v případě spalování biopaliv nedochází k dalšímu navyšování množství
oxidu uhličitého v atmosféře, neboť je tímto způsobem uvolňován uhlík, který se již v atmosféře
vyskytoval. Jedná se totiž o uhlík, který byl v podobě oxidu uhličitého pohlcen rostlinami během
fotosyntézy. Tyto rostliny pak byly použity k výrobě biopaliva.
Řepka je hlavním zdrojem pro MEŘO
Autor: Ing.Součková CSc.
Přístup státu k biopalivům
Evropská unie ukládá členským státům za cíl a za povinnost uplatňovat určitý podíl biopaliv v dopravě. Česká republika tento cíl plní dvěma způsoby: jednak ukládá povinnost distributorům
pohonných hmot, aby přimíchávali do paliv minimální podíl biopaliva (nízkoprocentní směsi),
a jednak poskytuje finanční podporu při využívání vysokoprocentních biopaliv (např. palivo E85
87
ENERGIE BIOMASY
a směsná motorová nafta B30). Výroba biopaliv je obecně dražší, než výroba fosilních paliv, a proto
by tato vysokoprocentní biopaliva nebyla bez státní podpory konkurenceschopná.
Kromě výše uvedených cílů zavedla Evropská unie také tzv. kriteria udržitelnosti biopaliv, jejichž
smyslem je prokázat příznivý vliv používaných biopaliv na životní prostředí. Toto prokazování je
založeno na poměrně komplikovaném systému certifikace a kontrol jednotlivých výrobců biopaliv.
Bionafta jako biopalivo v ČR
Bionafta je v České republice nejrozšířenějším biopalivem a představuje náhradu fosilní motorové
nafty. Je u nás vyráběna již od roku 1992 a v současnosti Česká republika disponuje roční výrobní
kapacitou několika set tisíc tun. Jedním z největších spotřebitelů bionafty v EU je Německo.
Bionaftu netvoří jen jedna chemická látka, ale může se jednat o více druhů esterů rostlinných
nebo i živočišných olejů. V ČR se vyrábí především metylester řepkového oleje (odtud známá
zkratka MEŘO), který vykazuje nejlepší chemicko-fyzikální vlastnosti. Surovinou pro výrobu MEŘO
je semeno řepky olejné, ze kterého je vylisován olej, který je dále chemicky zpracován na konečné
biopalivo. Vedlejším produktem výroby MEŘO je glycerol, který představuje důležitou chemickou
surovinu se širokým využitím, např. v kosmetickém průmyslu.
Bionafta je používána několika různými způsoby. Nejčastěji se přidává do fosilní motorové nafty,
a to ve výši do 7 %. Tato nízkoprocentní směs je v běžném prodeji na čerpacích stanicích pod názvem „nafta“ a zákazník ani nemusí vědět, že tankuje palivo s biosložkou. V ČR je také již dlouhou
dobu rozšířená směs bionafty a fosilní nafty s podílem biosložky 30 % a více. Na některých čerpacích stanicích bývá tato směs nesprávně označována jako „bionafta“, správné označení je však
„směsná motorová nafta“ (zkratka SMN30 nebo B30). Rovněž je na trhu k dispozici čistá bionafta,
která je někdy označována jako „B100“. Je třeba zdůraznit, že směsnou motorovou naftu (B30) ani
čistou bionaftu (B100) není možné používat v běžných motorech. Tato biopaliva jsou určena pro
automobily se speciálně upravenými motory.
Pod pojmem bionafta2 (Biodiesel) se v EU rozumí čisté MEŘO a další estery mastných kyselin.
Při dlouhodobém skladování bionafty v nevhodných podmínkách může dojít ke vzniku usazenin,
které zhoršují fyzikálně-chemické vlastnosti paliva a může dojít až k zanesení systému vstřikování
motoru. Při dodržení všech podmínek, které stanoví normy pro nakládání s bionaftou, ale žádné
nebezpečí poškození motoru nehrozí.
Vstupní surovinou pro výrobu bionafty je olej, který se získává lisováním většinou řepkového semene, lze ale použít i jiné olejnaté plodiny, např. slunečnici, sóju. Použít se dá i upotřebený fritovací olej, palmový olej nebo jiné rostlinné oleje. Působením katalyzátoru a vysoké teploty se řepkový
olej mění na metylester řepkového oleje (MEŘO), který se nazývá „bionafta první generace“. Protože výroba metylesteru je dražší než běžná motorová nafta, mísí se s některými lehkými ropnými
produkty, nebo s lineárními alfa-olefiny, aby jeho cena mohla konkurovat běžné motorové naftě.
Tyto produkty se nazývají „bionafty druhé generace“ a musí obsahovat alespoň 30 % metylesteru řepkového oleje. Zachovávají si svou biologickou odbouratelnost a svými vlastnostmi, jako je
např. výhřevnost, se více přibližují běžné motorové naftě.
Výhodou bionafty je, že se dá bez problémů míchat s ropnou naftou. Při nízkém podílu bionafty
není třeba upravovat motory vozidel. Při spalování bionafty první generace je obvykle nutno motor upravit (pryžové prvky). Bionafta při provozu vozidla snižuje kouřivost a motor má nižší emise.
2
Výraz bionafta v ČR znamená termín směsné palivo – bionafta o obsahu 31 % MEŘO a 69 % motorové nafty
88
ENERGIE BIOMASY
Při úniku je mnohem méně nebezpečná pro životní prostředí, mnohem lépe se biologicky odbourává. Pro využití bionafty rovněž není třeba budovat speciální čerpací stanice.
Nevýhodou bionafty první generace je nižší bod tuhnutí, nehodí se tedy pro zimní provoz. Tato
nevýhoda je u bionafty druhé generace eliminována nízkým podílem nafty rostlinného původu
ve směsi s ropnou naftou. V roce 2009 se tento podíl zvýšil na 4,5 % (z původních 2 % v roce 2007).
Cílem je, aby do roku 2020 nahradila v EU biopaliva 10 % fosilních pohonných hmot.
Použití rostlinných olejů jako paliva
Rostlinné oleje lze spalovat v upravených dieselových motorech přímo. Oproti výrobě bionafty tak
odpadá proces esterifikace. Zásadní nevýhodou je, že motor je třeba pro spalování oleje upravit.
Úprava spočívá především v doplnění tepelného výměníku, kde se olej zahřeje na 80 °C, aby tak
klesla jeho viskozita a olej mohl vstoupit do vstřikovacího čerpadla motoru. Upravené automobily
nebo traktory startují na ropnou naftu a teprve po zahřátí motoru se přepne na provoz s olejem.
Před ukončením jízdy je nutno opět přepnout na naftu, aby olej nezůstal ve vstřikovacím čerpadle.
Existují i systémy, kde se nafta nepoužívá vůbec a olej je ohříván elektricky. U některých motorů se
doporučuje míchat olej s naftou nebo bionaftou, aby se snížila viskozita.
Výkon motoru se přechodem na olej mění jen málo nebo vůbec, taktéž i jeho spotřeba. Nutno je
však častěji měnit motorový olej, jinak hrozí poškození motoru. Palivový olej totiž proniká do motorového oleje a zhoršuje jeho vlastnosti. Krátce po přestavbě vozidla na olej se také doporučuje
vyměnit palivový filtr, protože olej rozpouští usazeniny z nádrže a palivového systému.
Z hlediska provozovatele vozidla je důležitým důvodem přechodu na olej jeho nižší cena oproti
motorové naftě. Rostlinné oleje pro pohon motorů (pěstované trvale udržitelným způsobem) jsou
osvobozeny od spotřební daně, která je u nafty 9,95 Kč/l. Náklady na přestavbu osobního automobilu jsou běžně do 30 tis. Kč. Při rozdílu ceny 8 až 10 Kč/l je návratnost přestavby okolo 40 až
60 tis. km.
Pro zemědělce a větší spotřebitele pohonných hmot může být zajímavá výroba oleje pro vlastní
potřebu. Z hektaru řepky lze získat asi 1200 litrů oleje. Jako palivo lze použít i upotřebený fritovací
olej z restaurací. Vždy je však důležité, aby olej byl dobře přefiltrován a neobsahoval vodu.
Porovnání parametrů u paliv
Rostlinný olej
Bionafta (MEŘO)
Nafta
35,1
32,7
35,9
Viskozita při 20 °C [mm /s]
78,7
19
3,08
Viskozita při 70°C [mm2/s]
7
5
3,2
< 0,001
< 0,02
< 0,035
Výhřevnost [MJ/l]
2
Obsah síry [%]
Zdroj: europecon, s. r. o.
Historie užití bionafty v dopravě v roce 1992 – 2005
V roce 1992 byla v rámci dotační politiky MZe zahájena realizace programu využití řepky k výrobě
paliva pro vznětové motory a biologicky odbouratelných maziv tzv. Oleoprogram.
V roce 1993 byl příslušný dotační titul rozšířen na podporu technického využívání obnovitelných
zdrojů v zemědělství, lesním a vodním hospodářství.
89
ENERGIE BIOMASY
V roce 1995 byla ukončena práce na normě jakosti pro bionaftu. Začaly se uplatňovat řepkové výlisky, představující vedlejší produkt při výrobě řepkového oleje, jako hodnotné bílkovinné palivo.
Od začátku realizace Oleoprogramu se uvažuje se zhodnocením odpadního surového glycerinu.
V roce 1995 byl zdůrazněn význam rentability výroby bionafty, která je výrazně závislá na ceně
řepkového semene na vstupu a na cenách vedlejších produktů výroby jako jsou řepkové výlisky.
Cena řepkových výlisků se v roce 1995 pohybovala v rozmezí 3 600 – 4 400 Kč/t. Existuje i možnost
dalšího zhodnocení odpadního glycerinu rafinací.
Vývoj kapacit na výrobu bionafty v letech 1993 – 2010
Roční kapacita v tis. t
1993
1994
1995
2010
4,0
45,35
72,6
425,0
7
23
Počet výroben
Pramen: Zpráva o stavu českého zemědělství za rok 1994 - 2010
Dokončením nových výroben bionafty došlo v roce 1996 ke zvýšení celkových kapacit zpracování
na 63,1 tis. t MEŘO ročně. Pro plné využití kapacity bylo zapotřebí přes 180 tis. t řepkového semene. V nepříznivém roce 1996 však hektarový výnos řepky poklesl na 2,32 t/ha a celková produkce
využitelná k energetickým účelům dosáhla jen 105 tis. t., což způsobilo snížení výroby MEŘO.
V roce 1997 bylo vybudováno sedmnáct provozoven s celkovou kapacitou zpracování 184 tis. t
řepky ročně při produkci 63 tis. t metylesteru řepkového oleje (MEŘO). V roce 1997 se podařilo
vytvořit nový segment trhu pohonných hmot: spotřebovalo se 168 tis. t směsného paliva obsahujícího přes 30 % MEŘO, což představovalo asi 7% podíl na celkové spotřebě paliv pro vznětové
motory. Z použitých 48 tis. t MEŘO bylo na výrobu směsného paliva dodáno 28 tis. t z tuzemské
produkce a přibližně 20 tis. t z dovozu. V roce 1997 bylo využití kapacit na výrobu MEŘO asi poloviční. Nevyužívání kapacit na zpracování řepky na MEŘO bylo v roce 1997 způsobeno především
obtížným přístupem výrobců MEŘO k provozním úvěrům na nákup řepky a rostoucím dovozem
MEŘO i hotového směsného paliva, jejichž ceny byly zpravidla nižší proti tuzemské výrobě. V roce
1998 se tyto tendence prohloubily.
V roce 1998 byla přesně definována a zpřísněna úroveň kvalitativních parametrů paliv na bázi MEŘO
vydáním ČSN, které jsou na úrovni evropských vzorů (ČSN 65 6507/Z1 pro MEŘO, ČSN 65 6508 pro
směsné palivo s více než 30% obsahem MEŘO. Intervenčním fondem bylo nakoupeno 171 tis. t
semene řepky. Její cena byla stanovena na 4 830 Kč/t včetně DPH.
Pokračování podpory se předpokládalo realizovat jako národní podporu v působnosti SZIF v návaznosti na státní podporu NV č. 206/2004 z 30. 6. 2004, kterou schválil ČR Generální direktoriát
pro konkurenci (hospodářskou soutěž) Evropské komise. Navržený systém přistupuje při rozdělení
podpory na část:
řešenou úlevou spotřební daně - zde je úleva realizována po uvedení paliva výrobním subjektem
na trh (spotřební daň na motorovou naftu je 9,95 Kč/l a 6,866 Kč/l u směsného paliva - bionafty);
řešenou dotací, která je realizována výrobcem MEŘO po prokázání, že MEŘO zapracoval do směsného paliva a uvedl na trh, a nebo prodal výrobci směsného paliva, který se čestným prohlášením
zavázal, že uvede MEŘO ve směsném palivu na trh;
zvolena dotace pro výrobce MEŘO, neboť stále zůstává zásadní podmínkou dotace MEŘO zpracování semene řepky olejné co nejvíce z tuzemských zdrojů.
90
ENERGIE BIOMASY
Prodej motorové nafty a bionafty na českém trhu v tis. t
Položka
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
Motorová nafta
2 232
2 334
2 668
2 660
3 046
3 487
3722,9
159
220
161
228
219
145
9,85
Směsné palivo – bionafta
Pramen: ČAPPO, Sdružení výrobců bionafty
Výrobní kapacita na výrobu MEŘO dle požadovaných kvalitativních parametrů, tj. ČSN EN 14214
činila 190 tis. t. Celková kapacita výroby MEŘO v ČR se do roku 2008 zvýšila až na úroveň 320 tis. t
a v roce 2010 dosáhla 425 tis. t MEŘO.
Zákonem č. 172/2010 ze dne 29.4.2010, kterým se měnil zákon č. 86/2002 Sb., o ochraně ovzduší
a o změně některých dalších zákonů (zákon o ochraně ovzduší), ve znění pozdějších předpisů se
od 1.6.2010 zvýšil ze 3,5 % na 4,1 % objemových podíl biopaliv, konkrétně bioethanolu v motorových benzinech a ze 4,5 % na 6 % objemových podíl biopaliv, konkrétně FAME - MEŘO v motorové
naftě.
Užití biopaliv v České republice je v současné době určováno především legislativní povinností - jejich přimíchávání k minerálním pohonným hmotám. Tato povinnost byla poprvé zavedena
od září 2007 pro přídavek FAME v motorové naftě (2 % objemová), od roku 2008 i pro přídavek
bioetanolu do benzinu.
Zákon č. 221/2011 Sb. z 21. 6. 2011, kterým se změnil zákon č. 86/2002 Sb., o ochraně ovzduší, zavádí povinnost snižování emisí CO2eq z pohonných hmot v jejich úplném životním cyklu tak, aby
se dosáhlo ve srovnání se základní hodnotou produkce emisí CO2eq pro referenční palivo snížení
o 2 % do 31. 12. 2014, o 4 % do 31. 12. 2017 a o 6 % do 31. 12. 2020.
Z vysokoprocentních biopaliv je u nás k dispozici směsná nafta motorová (SNM30), která musí
obsahovat více než 30 % (objemových) biosložky (FAME). Dalším vysokoprocentním palivem je
palivo E85, které obsahuje 85 % bioetanolu, zbytek je tvořen benzinem (a přísadami). Přes počáteční pomalejší zavádění tohoto paliva na čerpací stanice (v roce 2009) došlo v následujících
letech k výraznějšímu nárůstu jejich počtu v rámci celé České republiky, a to přesto, že toto palivo
je určeno jen pro motory, které jsou na něj konstruovány (tzv. FFV – flexible fuel vehicle).
V marketingovém roce 2010/11 bylo na výrobu FAME spotřebováno cca 458,8 tis. t řepky olejné,
což činilo cca 44,01 % celkové produkce řepky. Toto množství reprezentovalo výrobu 179,9 t FAME.
Při průměrném výnosu řepky 2,83 t/ha by tak sklizňová plocha řepky využité pro výrobu FAME
dosáhla přibližně 163 tis. ha (celková sklizňová plocha řepky byla v tomto období 368,8 ha).
Využití bioetanolu
Zatímco bionafta je ve střední Evropě dostupná již delší dobu, bioetanol (nebo také správněji biolíh) je v ČR využíván v dopravě teprve od roku 2006. Jedním z největších světových výrobců a spotřebitelů bioetanolu je Brazílie, kde je toto biopalivo využíváno už několik desítek let. V Evropě je
největším spotřebitelem Švédsko.
Předpona „bio“ ve slově bioetanol označuje nejen to, že jde o výrobek z biomasy, ale především
říká, že jde primárně o palivo pro pohon motorů. Bioetanol (coby biopalivo první generace) je
vyráběn kvašením cukrů, které jsou obsaženy v použitých surovinách, např. cukrové řepě, obilí,
kukuřici, cukrové třtině, atd. Bioetanol je po chemické stránce tvořen velmi čistým bezvodým etanolem – kvasným lihem.
91
ENERGIE BIOMASY
Bioetanol je využíván jako náhrada benzínu, do kterého se běžně přimíchává do výše 5 %. Stejně
jako u nízkoprocentní směsi bionafty a nafty, ani u nízkoprocentní směsi bioetanolu s benzínem
není běžný spotřebitel výslovně upozorněn na přítomnost biosložky. Každý,kdo natankuje např.
Natural 95, tak kupuje i malé množství bioetanolu. Dalším druhem pohonné hmoty, která obsahuje bioetanol, je tzv. palivo E85. To obsahuje 70 až 85 % bioetanolu, zbytek tvoří benzín a další
aditiva. Palivo E85 je možné spalovat pouze v motorech, které jsou k tomuto účelu upraveny. Stále
častěji jsou v nabídkách výrobců automobilů zastoupeny modely vozů schopné spalovat benzín
i palivo E85 v libovolném poměru. To umožňuje natankovat jednou palivo E85 a podruhé benzín
bez jakýchkoliv problémů. Tyto vozy se označují zkratkou FFV (z anglického termínu Flexi-Fuel
Vehicle).
V blízké budoucnosti se uvažuje o rozšíření dalších druhů paliv založených na bioetanolu. Půjde
o paliva E10 a E95, která obsahují 10 %, resp. 95 % bioetanolu. Palivo E95 je výjimečné tím, že je
určeno pro vznětové motory a není tedy náhradou benzínu, ale nafty.
Rovněž u bioetanolu hrozí určitá rizika, je-li palivo dlouhodobě skladováno. Bioetanol je schopen
na sebe vázat vzdušnou vlhkost a pokud ve směsi bioetanol-benzín dojde k překročení hraniční
koncentrace vody, pak se palivo rozdělí na dvě kapalné fáze, tzn. v nádrži se od vrstvy benzínu
oddělí vrstva etanolu s vodou. Do palivového systému se tak dostane pouze etanol s vodou, což
může způsobit nesprávný chod motoru nebo i jeho poškození.
Bioetanol (biolíh) lze získat z mnoha zemědělských plodin: z obilí, brambor, cukrové řepy, kukuřice
a dalších. Čím více sacharidů nebo škrobu rostlina obsahuje, tím je výnos etanolu vyšší. Etanol lze
získat i ze slámy a dalších rostlinných zbytků, dřeva a celulózových odpadů, dokonce i ze starého
papíru. Výhodou je, že jejich výroba nekonkuruje produkci potravin a nezvyšuje jejich ceny
Etanol se získává destilací zkvašených cukernatých roztoků. Kvašením se glukóza rozkládá na etanol a CO2. Cukernaté plodiny se kvasí přímo, v případě škrobnatých plodin (brambory) je nutno
škroby nejprve enzymaticky rozložit na cukry a vodu. Při použití lignocelulózových surovin (dřevo,
sláma, papír), je enzymatický rozklad technologicky složitější, a zatím poměrně drahý. Teoreticky
lze z 1 kg cukru získat 0,65 l čistého etanolu a prakticky z jednoho hektaru obilovin lze v podmínkách ČR získat asi 1600 l etanolu.
Historie programu BIOETANOL
Pro řešení problematiky uplatnění bioetanolu v pohonných hmotách máme usnesení vlády ČR č.
125 ze 14. 12. 1996, které uložilo vytvořit legislativní a technologické podmínky. Biologické pohonné hmoty jsou kyslíkaté sloučeniny, které přidáním do klasických pohonných látek zlepšují
jejich oktanové číslo a spalování, což vede ke snížení obsahu některých škodlivých látek ve výfukových plynech. Příměs ETBE (etyl-terc-butyl-eter), který by ve složení benzínu nahradil fosilní MTBE
(metyl-terc-butyl-eter), je příležitostí pro zemědělce.
Uplatnění bioetanolu v pohonných hmotách bylo podpořeno dále usnesením vlády ČR č. 420
ze 17. 6. 1998, které podnítilo zřízení mezirezortní odborné skupiny pro zpracování právních
norem a organizačních předpokladů použití bioetanolu v pohonných směsích. Podle zákona
č. 61/1997 Sb., o lihu, líh používaný jako obnovitelný zdroj energie v pohonných hmotách může
být vyroben pouze ze zemědělských surovin vyrobených na území ČR a musí být pro tyto účely
denaturován.
Uplatnění bioetanolu je významnou příležitostí odbytu jak pro zemědělce, tak i pro lihovarský průmysl. Potřeba orné půdy při roční výrobě 650 - 800 tis. hl lihu činí 45 - 55 tis. ha obilovin a cukrovky.
92
ENERGIE BIOMASY
Úspěšnost programu výroby bioetanolu podpoří nejen nové odrůdy obilovin, ale i modernizace
technologií v lihovarech.
Program Bioetanol je rozpracován na léta 2004 ‑ 2020 a jeho cílem je do roku 2020 zajistit náhradu 20 % fosilních paliv v sektoru silniční dopravy palivy alternativními. Program je svým rozsahem považován za průřezový a tedy i jeho realizace spadá do působnosti více rezortů. V roce
2004 byl vytvořen a vládou ČR schválen legislativní rámec související s realizací „Programu“. V roce
2005 se předpokládá dokončení základních právních norem nutných k úspěšné realizaci „Programu“ a dále také schválení postupu jeho realizace Evropskou komisí. Plné fungování „Programu“
se předpokládá od 1. 1. 2007, což pro tuzemské zemědělství znamená, že počínaje tímto datem
dojde každoročně k využití více než 600 tis. t obilovin v nepotravinářské sféře. Z hlediska nároku
na státní rozpočet je „Program“ založen pouze na aplikování nároku na vrácení spotřební daně
na bioetanol zapracovaný do motorových paliv.
Výroba bioetanolu byla v roce 2005 omezena pouze na současné kapacity lihovarnického průmyslu, které jsou využity především pro potřeby potravinářského průmyslu. V současných lihovarnických kapacitách je možno vyrobit zhruba 800 tis. hl lihu ročně. Z tohoto množství je pro výrobu
bioetanolu možné využít pouze 200 až 300 tis. hl, neboť zbývající kapacity je zapotřebí pro výrobu
potravinářského lihu. Množství určené pro výrobu bioetanolu odpovídá nepotravinářskému využití přibližně 65 až 100 tis. t obilovin. Vzhledem k vysoké nákladovosti při produkci bioetanolu
v současných lihovarech je nutné vystavět nové výrobní závody.
Hodnocení využívání biopaliv
Cílem biopaliv není plně nahradit ropu ani definitivně vyřešit problémy životního prostředí, ale jde
o jednu z cest využití zemědělské produkce a také o příležitost pro domácí zemědělství.
Ve sdělovacích prostředcích jsou často biopaliva kritizována, protože pěstováním surovin pro jejich výrobu je zabírána orná půda, která by jinak sloužila pro pěstování plodin určených pro lidskou
spotřebu. K tomu je třeba poznamenat, že vždy je zajištěna potravinová bezpečnost. To znamená,
že přednostně jsou vypěstované suroviny využívány pro výrobu potravin a teprve potom k výrobě
biopaliv. Důležité je nalézt rovnováhu ve využití surovin pro potravinové i energetické využití.
První opatření datovaná v letech 1990 se týkala pěstování nepotravinářských plodin na půdě v klidu a osvobození biopaliv od daní při respektování konkurenceschopných cen. V roce 2003 byly
zpevněny podmínky vývoje v sektoru biopaliv. První byla směrnice z 8.5.2003 (směrnice 2003/30/
CE), která měla za cíl propagaci biopaliv v dopravě. Před červencem 2004 každá země oznámila cíl,
podle kterého slíbila dosáhnout s minimálním prahem 2 % do roku 2005 a 5,75 % do roku 2010.
Vzhledem k rozdílným postupům ve vazbě na rozvoj biopaliv v dopravě z hlediska zemědělství,
energetiky a výzkumu je v závěru vyzdviženo několik bodů:
• Biopaliva poskytnutá jako alternativa k fosilní energii – současné ceny MEŘO jsou 1,5 – 3 krát
vyšší než ceny motorové nafty.
• MEŘO představuje čisté environmentální výhody redukcí emisí, zvláště CO2 a oxidy síry. MEŘO
není toxické a je rychle odbouratelné. Rizika při dopravě, manipulaci a skladování jsou u MEŘO
redukována.
• Konkurenceschopnost MEŘO podstatně ovlivňuje cena suroviny a cena vedlejších produktů
(cena glycerolu a moučky).
• Konkurenceschopnost MEŘO je velmi závislá na míře daní vybraných vládami.
• Možnost nárůstu nepotravinářských plodin pod závazným schématem set-aside je příležitostí pro nepotraviny, ale zdá se, že není přijatelným nástrojem k prosazení nepotravinářské
93
ENERGIE BIOMASY
•
•
•
•
•
•
produkce. Musíme si na druhé straně uvědomit, že set-aside řeší situaci s přebytkem obilovin
a nejistá budoucnost této politiky znemožňuje dlouhodobé investice.
Hlavní bariérou rozvoje biopaliv je nejistota kolem dlouhodobých termínů dodávek surovin.
Trvale udržitelný rozvoj biopaliv nemůže být zajištěn výhradně nástrojem ze strany zemědělské nabídky. Možnost růstu nepotravinářské produkce pod schématem set – aside je příležitostí pro rozvoj MEŘO, ale není přijatelná pro propagaci nepotravinářské produkce.
Fiskální nástroje jsou podnětem pro rozvoj metylesterového průmyslu a osvobození od daní
má být založeno na efektivním přiblížení. Jiné aktivity by měly být zváženy z hlediska poptávky jako např. specifikace kvality paliv.
Směsi esterů s motorovou naftou jsou reálnou možností rozvoje alternativních paliv, zajišťují
přiměřené příjmy zemědělcům, konkurenceschopné ceny pro konečné spotřebitele.
Zdanění a legislativní závazky spojené s mezinárodním společenstvím členských států EU
jsou klíčovým problémem.
V ČR jsme nevyužili předvstupní fondy pro pilotní projekty spolufinancované z EU pro vyšší
rozvoj alternativních tekutých paliv. Přes Českou republiku po dokončení D 8 bude zvýšena
nákladní doprava ze severu na jih Evropy a záměry pilotního projektu s pohonem vznětových
motorů na biopaliva v silně znečištěném sídle jako je Praha nebo Ústí nad Labem by jistě
nalezly odezvu.
LEGISLATIVA
Hlavním cílem energetiky je zajištění energetických potřeb České republiky v dlouhodobém horizontu. Současná Státní energetická koncepce, jejímiž hlavními prioritami jsou bezpečnost, nezávislost a udržitelný rozvoj předpokládá, že bezpečné dodávky energie za přijatelnou cenu budou
garantovány přednostním využitím všech dostupných tuzemských energetických zdrojů při využití nejlepších dostupných světových technologií a způsobem maximálně šetrným životnímu prostředí. Část tuzemských energetických zdrojů tvoří obnovitelné zdroje energie a je předpokládáno
s jejich reálným rozvojem, který bude plně respektovat rozlohu, klimatické podmínky a parametry
energetických sítí České republiky, s postupným omezováním podpor v souladu s technologickým rozvojem a naplňováním plánovaných cílových hodnot NAP.
•
Zákon č. 180/2005 Sb., o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie a o změně některých zákonů, ve znění pozdějších předpisů (zrušen a nahrazen novým zákonem č.
165/2012 Sb., o podporovaných zdrojích energie)
Prováděcí předpisy k zákonu č. 180/2005 Sb.:
• Vyhláška č. 140/2009 Sb., o způsobu regulace cen v energetických odvětvích a postupech pro
regulaci cen
• Vyhláška č. 343/2008 Sb., kterou se stanoví vzor žádosti o vydání záruky původu elektřiny z obnovitelných zdrojů energie a vzor záruky původu elektřiny z obnovitelných zdrojů energie
• Vyhláška č. 502/2005 Sb., o stanovení způsobu vykazování množství elektřiny při společném
spalování biomasy a neobnovitelného zdroje
• Vyhláška č. 482/2005 Sb., o stanovení druhů, způsobů využití a parametrů biomasy při podpoře výroby elektřiny z biomasy, ve znění pozdějších předpisů
• Vyhláška č. 475/2005 Sb., kterou se provádějí některá ustanovení zákona o podpoře využívání
obnovitelných zdrojů, ve znění pozdějších předpisů
Zákon č. 165/2012 Sb., o podporovaných zdrojích energie
94
ENERGIE BIOMASY
Zákon č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů
Prováděcí předpisy k zákonu č. 406/2000 Sb. ve vztahu na obnovitelné zdroje:
• Vyhláška č. 195/2007 Sb., kterou se stanoví rozsah stanovisek k politice územního rozvoje
a územně plánovací dokumentaci, závazných stanovisek při ochraně zájmů chráněných zákonem č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů, a podmínky pro
určení energetických zařízení
• Vyhláška č. 148/2007 Sb., o energetické náročnosti budov
• Nařízení vlády č. 195/2001 Sb., kterým se stanoví podrobnosti obsahu územní energetické
koncepce
• Vyhláška č. 349/2010 Sb. o stanovení minimální účinnosti užití energie při výrobě elektřiny
a tepelné energie
• Národní akční plán pro energii z obnovitelných zdrojů
Směrnice EU
Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2009/28/ES ze dne 23. dubna 2009 o podpoře využívání
energie z obnovitelných zdrojů
Aktuální normy související s problematikou obnovitelných zdrojů energie najdeme na:
• webových stránkách Ministerstva zemědělství ČR wwww.mze.cz
• webových stránkách Státního zemědělského intervenčního fondu tj. www.szif.cz
• webových stránkách Energetického regulačního úřadu tj. www.eru.cz
• http://eur-ex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=CELEX:32009L0028:CS:NOT
TECHNOLOGIE ZÍSKÁVÁNÍ ENERGIE Z BIOMASY
PROVOZNÍ CHARAKTERISTIKA VÝROBNÍCH ZAŘÍZENÍ
ENERGETICKÉ VYUŽÍVÁNÍ RYCHLE ROSTOUCÍCH DŘEVIN
V současné praxi se nové výmladkové plantáže RRD zakládají nejčastěji z řízků. Přesné určení doby
výsadby závisí na místních půdních podmínkách a průběhu počasí v jarních měsících. Obvykle
jsou řízky topolů a vrb sázeny od poloviny března do konce dubna, jakmile půdní vlhkost dovolí
přístup sazečů nebo sázecích strojů na plochu.
VÚKOZ Průhonice doporučuje dvě schémata výsadby výmladkových plantáží:
• do jednořádků ve sponech (0,5–0,3 m) × (1,5 – 2,5 m – mezi jednořádky)
• do dvouřádků ve sponech (0,5–0,7 m) × (0,5-0,7 m) a (1,5–3 m mezi dvojřádky)
Pro matečnice je používán téměř výhradně jednořádkový spon:
• (0,5–0,2 m) × (1,5–2,5 m – mezi jednořádky)
Přesné určení sponu závisí na dostupné mechanizaci, která bude používána k výsadbě a zejména
k odplevelování.
Seznam druhů RRD a jejich kříženců doporučovaných a pěstovaných ve výmladkových plantážích
v ČR s uvedením doporučené maximální délky jejich sklizňového cyklu (rok 2010) uvádí následující tabulka. Tento seznam je uveřejněn ve Věstníku ministerstva zemědělství ČR, popř. i v Příručce
pro žadatele od SZIF a může být v průběhu času aktualizován.
95
ENERGIE BIOMASY
Přehled rychle rostoucích dřevin
Doporučená maximální
délka obmýtí
Pojmenování dřeviny
Topoly (Populus sp.) a jejich kříženci
8 let
Topol Maximovičův a jeho kříženci (P. maximowiczii Henry)
8 let
Topol chlupatoplodý a jeho kříženci (P. trichocarpa Torr. et Gray)
8 let
Topol kanadský (P.x canadensis Mönch)
5 let
Topol Simonův a jeho kříženci (P. simonii Carrière)
8 let
Topol balzámový a jeho kříženci (P. balsamifera L.)
8 let
Topol černý (P. nigra L.)
10 let
Topol osika (P. tremula L.)
8 let
Vrby (Salix sp.) a jejich kříženci
Vrba bílá a její kříženci (S. alba L.)
8 let
Vrba košíkářská a její kříženci (S. viminalis L.)
5 let
Kříženci vrby jívy (S. caprea L. hybrids)
5 let
Vrba lýkovcová (S. daphnoides L.)
5 let
Ostatní dřeviny
Jasan ztepilý (Fraxinus exelsior L.)
8 let
Olše lepkavá (Alnus glutinosa (L.) Geartn.)
8 let
Olše šedá (Alnus incata (L.) Moench)
8 let
V Uherském Hradišti je Šlechtitelská stanice Výzkumného ústavu lesního hospodářství a myslivosti Zbraslav specializovaná na rychle rostoucí dřeviny, kde se pěstuje 600 klonů topolů a 800
klonů vrb. Dr. Čížek u dřevin doporučuje pro pěstování pro biomasu s energetickým využitím pro
stanoviště dobře zásobené vodou Populus sp., Salix sp., Betula sp., Alnus sp. a pro suchá stanoviště
Corylus sp.
Ve šlechtitelské strategii respektují tyto znaky:
• maximální produkce
• dobrý zdravotní stav
• maximální hmotnost dendromasy při nízkém obsahu vody v době sklizně
• přednost mají rostliny s užší korunou, do plantáží lépe využijí světlo.
Šlechtitelem z Uherského Hradiště je doporučeno vysazovat do nadmořských výšek 300 – 400 m
n.m. černé topoly a do vyšších poloh balzámové topoly a vrby v ČR. Výnosy předpokládáme na základě pokusných ploch v průměru 10 -12 t sušiny za rok a maximálně na vzorových plochách 20 t
sušiny z ha. Podle šetření Dr. Čížek uvádí výnos do 15 t sušiny ročně z ha u klonů Blanc du Poitou,
I - 214, I -45-51, NE - 42. U klonu I-214 upozorňuje na zhoršený zdravotní stav. Maximální množství
biomasy 16 t sušiny z ha bylo docíleno u klonu P 351 tj. P. x euroamericana Guin. U vrb bylo maximum dosaženo 29 t sušiny z ha u klonu vrby bílé Salix alba L. x win. U žádné vrby nebyla nižší
produkce jak 10 t z ha.
Sklizeň biomasy z RRD
Výmladkové plantáže RRD se sklízejí v tzv. velmi krátkém obmýtí, které se v našich podmínkách
pohybuje mezi 3. – 6. rokem. Pokud bude tedy celková doba existence plantáže 15–25 let tak
jak se předpokládá, znamená to, že bude sklizena 4–8 krát. Doporučovaný 3–4 letý cyklus u nás
je minimum, které by z uvedených hledisek nemělo být snižováno. Spíše je možné uvažovat
96
ENERGIE BIOMASY
na některých lokalitách o variantě prodloužení cyklu. Sem patří např. mrazové kotliny, zamokřené
půdy, vyšší polohy aj. Nejvhodnějším obdobím pro sklizeň RRD na štěpku jsou zimní měsíce, kdy
je lze bez problému použít mechanizační prostředky na zamrzlé půdě.
Sklizeň RRD byla ve VÚKOZ Průhonice navržena ve třech variantách:
Pořezání a snopkování. Může být provedeno manuálně nebo mechanizovaně. V prvním případě
se provádí ruční pořezání stromů křovinořezem a manuální přesun na okraj plantáže. Při větších
plochách je pro praktickou realizovatelnost sklizně nutné použít přídavné zařízení za traktor nebo
specializovaný sklízecí stroj, který podřezává v dané výšce kmeny RRD a spojuje je do snopků.
Biomasa se buď ponechá na okraji plantáže, nebo se hned odváží na místo konečného zpracování. Po vyschnutí na vzduchu (1–3 měsíce) je sklizená biomasa štěpkována. Štěpka je dostatečně
suchá, energeticky velmi vydatná a je vhodná i pro spalování v topeništích s nižším až středním
výkonem.
Pořezání a štěpkování. Tento způsob využívá většinou samojízdné, ale i tažené sklízecí stroje
schopné okamžité výroby dřevní štěpky přímo na poli. Ta má vyšší vlhkost, ale je snadněji manipulovatelná a dopravovatelná. Pro spalování této štěpky jsou vhodná velká topeniště nad 1MW.
Pořezání, štěpkování a peletování. Tento způsob využívá velmi těžké samojízdné sklízecí stroje
BIOTRUCK schopné okamžité výroby pelet ze suchých stébelnin přímo na poli. Ty jsou snadněji
manipulovatelné a dopravovatelné. Pelety jsou vhodné pro spalování do skoro všech topenišť
od domácích kotlíků a krbů po kotle CZT.
VYUŽÍVÁNÍ BYLIN PRO ENERGETICKÉ ÚČELY
Briketování biomasy na příkladu konopí
Briketování je progresivní technologie pro zpracování nejrůznějších druhů materiálů, především
odpadů. Uvedenou technologií je materiál zhutňován vysokým tlakem bez použití pojiva do kompaktních briket. Brikety mají definovaný tvar podle použitého způsobu lisování a tvaru raznice.
Briketováním se sníží objem zpracovaného materiálu 6 - 8 krát. Omezující podmínkou vlastností
materiálu pro zpracování je především vlhkost materiálu, která nesmí přesáhnout 15 % obsahu
vody. Dále je důležitá sypkost materiálů a jejich zrnitost z důvodu dopravy materiálů šnekovými
dopravníky. Zrnitost nesmí přesáhnout rozměr 20 mm v delším směru.
Obecně se technologie briketování používá ze dvou hlavních důvodů. Nejrozšířenější použití je
zpracování dřevěných odpadů na ekologicky čisté a vysoce výhřevné palivo. Dřevěné brikety s výhřevností vyšší než má hnědé uhlí a s obsahem popela menším jak 1 % při spalování v optimálním
kotli, poskytují svému majiteli vysokou účinnost a komfort při vytápění. Stejně významným důvodem pro použití této technologie je možnost objemového zhuštění odpadních materiálů před
jejich skládkováním.
Výhody briketování
• ochrana ovzduší neřízeným spalováním
• odstranění skládek biomasy
• snížení nákladů většiny státních institucí
• srovnatelná výhřevnost jako u hnědého uhlí s minimálními nespalitelnými zbytky
• ekonomický přínos z exportu briket
• 15 krát menší obsah popelovin, maximálně 1,5 %, které je možné použít jako hnojivo
97
ENERGIE BIOMASY
•
•
•
výhřevnost biobriket 14 - 18 MJ/kg
cena energie v Kč/GJ je srovnatelná s cenou hnědého uhlí a zemního plynu
emise síry je o 95 % nižší než u uhlí a úlet popela o 80% nižší než u uhlí
Firma Britex Uničov uvádí, že dřevěné brikety jsou vyrobeny z čistého dřevního odpadu jako jsou
piliny, hobliny, štěpky, kůra, dýha a drcený dřevní odpad a jsou bez pojiva a jiných škodlivých látek. Speciálně jsou lisovány za tepla a pod vysokým tlakem s možností centrálního otvoru, který
má velký význam v méně výkonných topeništích s menším tahem. Teplotou vzniklou při lisování
dochází k zatavení povrchu brikety, která se tak stává odolnější proti jiným druhům dřevěných
briket. Výhřevnost briket BRITEX z pilin - 16 MJ/kg, brikety s 50 % obsahem kůry - 18 MJ/kg a např.
brikety z dýhy - 20 MJ/kg. Dřevěné brikety BRITEX jsou kráceny na délku 50 - 300 mm. Balení je
koncipováno jako ekologické. Brikety jsou baleny do jutových pytlů po 30kg. Dále je možné volit
mezi papírovými krabicemi 10 nebo 20kg. Balené brikety je možné expedovat na nevratné paletě
1200 x 800 mm, výška palety je 1700 mm. Celková váha je 1000 kg. Paleta je fixována ekologickou
smršťovací folií, kterou je možné použít k zapálení. Výhodou dřevěných briket je stálá teplota při
hoření až 4 hodiny. Při hoření vzniká malé množství popela, které lze používat jako hnojivo. Pro
srovnání uvádíme, že hnědé uhlí vytváří až 40 % popela, černé uhlí až 20 % popela a při spalování
dřevěných briket jen 0,5 - 3 % popela.
Technologický postup výroby briket
Biomasa je složena z dopravního prostředku na přijímací stůl, rovnoměrně dávkována na dopravník s indikátorem kovu a doplněna do drtiče. Upravená biomasa je uložena do zásobníku vlhké
suroviny.
Sušení
Vlhká podrcená biomasa je dávkována do sušícího bubnu, kde se vysouší na 12 - 15 % vlhkosti.
Sušení a optimální vlhkost biomasy pro lisování řídí mikroprocesorová jednotka. Horký vzduch
pro sušení zajišťuje teplovzdušné topeniště VernerGolem.
Usušená biomasa je od vlhké vzdušiny oddělena v multicyklonovém odlučovači a dopravou je
uložena do dávkovacího zásobníku suché suroviny.
Lisování
Podrcená a usušená biomasa je regulovaně dávkována do briketovacího lisu, kde je klikovým mechanismem za použití tlaku a teploty slisována do nekonečného válce biobrikety. Výlisek má průměr 90 mm plného průřezu a je krácen na požadovanou délku.
Význam briketování dřevního odpadu je vyzdvižen i v Směrnici č. 14 - 95 MŽP ČR v požadavcích
pro propůjčení ochranné známky EKOLOGICKY ŠETRNÝ VÝROBEK. Ve zdůvodnění se uvádí:
„Při těžbě a zpracování dřeva vzniká odpad nevhodný pro další zpracování. Jen při pilařském zpracování surové dřevní hmoty se jedná o poměrně značné množství odpadu soustředěného v místech pilařských provozů. Část uvedeného množství, odhadem ve výši 0,5 mil. t/rok, lze efektivně
a energeticky využít pro výrobu paliv. Jedním ze způsobů zušlechtění drobnozrnného a sypkého
dřevního odpadu je jeho zpracování na palivové brikety, pro které není nutné používat speciální
spalovací zařízení a které umožňuje v daleko širším rozsahu použití teplovodních kotlů i lokálních spotřebičů na tuhá paliva. Ty mohou v přechodných obdobích (jaro, podzim) nahradit např.
v rodinných domcích provoz ústředního vytápění a přispět tak ke snížení spotřeby paliva. Spalování briket z dřevního odpadu ve srovnání s fosilními palivy méně zatěžuje ovzduší oxidy síry
98
ENERGIE BIOMASY
a některými těžkými kovy. Popel vzniklý spalováním briket z čistého dřevního odpadu není nutné
ukládat na skládky, ale lze ho použít jako kompostový substrát nebo přímo aplikovat do půdy.
Pro účely uvedené směrnice je briketa palivo uměle upravené lisováním bez přídavných pojiv
do formy vhodné pro spalování.
SPALOVÁNÍ SUCHÉ BIOMASY
Přímé spalování
Jde o spalování dřeva nebo jiné biomasy v topeništi kotle. Zahřátím se z biomasy uvolňují hořlavé
plyny, které mají různé spalovací teploty. Proto je nutné, aby danému palivu odpovídala konstrukce kotle. Např. při pálení dřeva v kotlích na uhlí část hořlavin uniká do komína, protože topeniště je
konstruováno na krátký plamen z uhlí, zatímco dřevo hoří dlouhým plamenem. Klesá tak účinnost.
Pro spalování slámy jsou nutné speciální kotle, které si poradí s tím, že sláma je mnohem lehčí než
dřevo a přikládání vyžaduje speciální techniku.
Podobně je třeba dodržovat vlhkost paliva a další parametry předepsané výrobcem kotle. Jinak
bude klesat účinnost a může dojít i k poruchám, např. zanesení roštu struskou. Spalování jiného
než předepsaného paliva je také zakázáno zákonem o ochraně ovzduší.
SPALOVÁNÍ SE ZPLYŇOVÁNÍM
Při zahřívání suché biomasy se působením vysokých teplot uvolňují hořlavé plynné složky, tzv.
dřevoplyn. Jestliže je přítomen vzduch, dojde k hoření, tj. jde o prosté spalování. Pokud jde o zahřívání bez přístupu vzduchu, odvádí se vzniklý dřevoplyn do spalovacího prostoru, kde se spaluje
obdobně jako jiná plynná paliva. Část vzniklého tepla je použita na zplyňování další biomasy. Výhodou je snadná regulace výkonu, nižší emise a vyšší účinnost. Dřevoplyn lze použít i pro výrobu
elektřiny. Spaluje se v upraveném pístovém motoru, který pohání generátor. Kvalita dřevoplynu závisí na vstupní surovině a ovlivňuje životnost motoru. Motor vyžaduje dobře vyčištěný dřevoplyn,
bez vody a tuhých látek, což je obtížné zajistit. Kvůli relativně malé výhřevnosti dřevoplynu se tato
technologie nehodí pro dynamický odběr, není tedy vhodná pro ostrovní provoz. Při návrhu je třeba zvážit možnost využití „odpadního“ tepla - jednak kvůli celkové energetické efektivitě a jednak
kvůli ekonomice provozu.
Vliv vlhkosti na výhřevnost biomasy
Výhřevnost dřeva je srovnatelná s hnědým uhlím. U rostlinných paliv však kolísá podle druhu
a vlhkosti, na kterou jsou tato paliva citlivá. Čerstvě vytěžené dřevo má relativní vlhkost až 60 %,
dobře proschlé dřevo na vzduchu má relativní vlhkost cca 20 %. Pod střechou sníží svůj obsah
vody na 20 % za půl až jeden rok. Dřevěné brikety mohou mít relativní vlhkost od 3 do 10 %, podle
kvality lisování.
Pro spalování štěpek je optimální vlhkost 30–35 %. Při vlhkosti nižší má hoření explozivní charakter a mnoho energie uniká s kouřovými plyny. Při vyšší vlhkosti se mnoho energie spotřebuje
na její vypaření a spalování je nedokonalé. Pro spalování dřeva lze doporučit vlhkost cca 20 %.
V energetice se vlhkost vyjadřuje jako poměr vody obsažené v palivu k celkové hmotnosti paliva.
Tj. 1 kg dřeva s vlhkostí 20% obsahuje 0,2 kg vody. Lze se setkat s tzv. dřevařskou vlhkostí, která se
vyjadřuje jako poměr vody obsažené v palivu vůči hmotnosti zcela suchého paliva. Tj. 1 kg dřeva
s dřevařskou vlhkostí 100% obsahuje 0,5 kg vody.
99
ENERGIE BIOMASY
Porovnání vlhkosti
vlhkost energetická W
vlhkost dřevařská Wd
0%
0%
10%
11%
20%
25%
30%
43%
40%
67%
50%
100%
60%
150%
70%
230%
80%
400%
Výhřevnost biomasy
Druh paliva
Obsah vody
Výhřevnost
Měrné hmotnosti
[%]
[kWh/kg]
[MJ/kg]
[kg/m3]=[kg/plm]
[kg/prm]
[kg/prms]
Listnaté dřevo
15
4,1
14,605
678
475
278
Jehličnaté dřevo
15
4,3
15,584
486
340
199
Dřevní štěpka
30
3,4
12,18
Sláma obilovin
10
4,3
15,49
120
(balíky)
Sláma kukuřice
10
4,0
14,40
100
(balíky)
Lněné stonky
10
4,7
16,90
140
(balíky)
Sláma řepky
10
4,4
16,00
100
(balíky)
210
KOTLE NA BIOMASU
Kotle na polenové dřevo nebo brikety
Spalování dřeva v kotlích konstruovaných pro uhlí je málo efektivní (spaluje se s nižší účinností).
Kotle na kusové dřevo se vyrábí téměř výhradně jako zplyňovací, tj. spaluje se v nich dřevoplyn,
který se ze dřeva uvolní v násypce kotle. Díky tomu je účinnost spalování vysoká a emise jsou
nízké. Palivem je polenové dříví, které lze částečně míchat s pilinami a jiným drobným dřevním
odpadem. Aby kotel dobře fungoval, musí být palivo suché (vlhkost do 20%). Použít lze i dražší
brikety lisované z pilin, kůry, ale i slámy aj.
Nevýhodou je potřeba skladovacího prostoru. Syrové dřevo by mělo dva roky vysychat složené
v hranici, pokud možno chráněné před deštěm. Jestliže nezaizolovaný rodinný domek spotřebuje
za rok 15 – 25 prostorových metrů dřeva, pak potřeba prostoru okolo domu je opravdu velká.
Z konstrukčních důvodů jsou na trhu kotle s výkonem od 18 kW. To je pro dobře zateplený dům
zbytečně moc. Ale i neizolovaný dům potřebuje plný výkon kotle jen několik desítek hodin v roce.
Aby se kotel nemusel zbytečně „škrtit“, je vhodné systém ústředního vytápění doplnit akumulační
nádrží. Kotel pak pracuje určitou dobu na plný výkon a teplo se akumuluje pro pozdější spotřebu
v akumulační nádrži. Po nabití se kotel přepne do tzv. teplé rezervy, kdy palivo zvolna prohořívá
a kotel má přitom nepatrný výkon s minimální spotřebou paliva. Podle velikosti akumulační nádrže a venkovní teploty pak stačí přikládat palivo do kotle jen občas, navíc v době, kdy má majitel čas
– odpadá přikládání na noc, ranní roztápění atd. Regulace ústředního vytápění si podle potřeby
odebírá teplo z akumulační nádrže, což zvyšuje efektivitu systému a značně zlepšuje jeho regulovatelnost.Další výhodou tohoto řešení je dosažení nejvyšší účinnosti spalování při nejnižších
emisích. Kromě úspory paliva se tak prodlouží i životnost kotle. Akumulační nádrž lze také doplnit
100
ENERGIE BIOMASY
o ohřev solárním systémem nebo jiným (levným) zdrojem tepla. Nevýhodou je cena akumulační
nádrže a potřeba prostoru – pro rodinný domek je potřeba asi 1 000 l nádrž.
Kotle na peletky a obilí
Problém s přípravou dřeva a částečně i se skladovacím prostorem řeší peletky. Jsou vždy suché
(zvlhnou-li, rozpadají se), mají vysokou výhřevnost a dobře se skladují. Sklad paliva však musí být
suchý a poblíž kotle. Do kotle se peletky dopravují automaticky, šnekovým dopravníkem. Automatika kotle řídí přísun peletek podle potřeby (spalují se přímo, bez zplyňování). Konstrukce kotle
obvykle umožňuje vybírat popel i za chodu, takže může hořet nepřetržitě od podzimu do jara.
Komfort je srovnatelný s vytápěním kapalným plynem (LPG) nebo lehkým topným olejem. To je
patrně spolu s cenou a přínosem pro životní prostředí jeden z důvodů, proč jsou tak oblíbené
v Rakousku, kde nahrazují právě topný olej. U nás se peletky také pozvolna prosazují. Jejich cena
se dnes blíží ceně zemního plynu. Zůstává však poměrně vysoká cena vhodných kotlů, případně
interiérových kamen. Další nevýhodou je nutnost peletky nakupovat – doma si je nikdo nevyrobí.
Některé kotle umožňují peletky nahradit obilím nebo kukuřicí. Lze tak využít nekvalitní zrno, nevhodné pro potravinářské účely.
Kotel na dřevoplyn
Autor: Ing.Součková CSc.
101
ENERGIE BIOMASY
Kotel na spalování peletek
Autor: Ing.Součková CSc.
Kotle na štěpku
Takovéto kotle vyžadují automatické podávání paliva, což zvyšuje jejich cenu. Jejich cena je výrazně vyšší, než cena kotlů na peletky nebo kusové dřevo, takže se vyplatí jen když je k dispozici
zdroj dostatečně laciné štěpky. Štěpka by měla být suchá, ne ze syrového dřeva. Taková má jednak
nízkou výhřevnost, ale hlavně tendenci zapařovat se a plesnivět, což není pro obsluhu zdravé. Kotle se vyrábí s vyšším výkonem (od 25 kW), a to je pro dobře zateplený dům zbytečně moc. Je tedy
potřeba instalovat vyrovnávací akumulační nádrž, stejně jako u větších kotlů na kusové dřevo.
Kotle na štěpku se dobře hodí pro střední objekty (škola, bytový dům), protože umožňují automatický provoz a investiční náklady jsou relativně nízké. Tyto kotle obvykle umožňují spalování
syrové štěpky, tj. s vlhkostí až 50%. Není tedy třeba budovat kapacity na dlouhodobé skladování
štěpky, lze pálit to, co se právě přivezlo z lesa.
Lokální topidla na dřevo
Tradiční krby s otevřeným ohništěm, jaké můžeme vidět třeba někde na zámku, jsou málo účinné,
málo komfortní a trochu nebezpečné. Proto se dnes používají krbové vložky, které spalují dřevo
efektivně v uzavřeném prostoru a část tepla se může rozvádět do vedlejších místností (vzduchovým potrubím, radiátory).
Podobně existují i vložky do kachlových (ev. zděných) kamen, které se obezdívají. Podle typu vložky lze opět využívat teplo z kamen i v jiných místnostech. V malých domech se dvěma nebo třemi
vytápěnými místnostmi mohou být taková kamna i jediným zdrojem tepla. Jako palivo se používá
kusové dřevo nebo pilinové brikety.
102
ENERGIE BIOMASY
Uskladnění dřevní biomasy
Autor: Ing.Součková CSc.
KOMBINOVANÝ ZDROJ
Oblibě se těší také krbové vložky nebo interiérová kamna s teplovodní vložkou. Část jejich tepelného výkonu se odvádí do systému ústředního vytápění, resp. do akumulační nádrže. Kamna
v obýváku tak mohou fungovat jako zdroj tepla pro celý dům. To je i nevýhoda – topení dřevem
přece jen vyžaduje nosit dřevo a vynášet popel a obytná místnost je tak zatěžována prachem.
Jinou potíží je poměr výkonu do vzduchu a do vody. Obvykle jsou 2/3 tepla předávány do místnosti a 1/3 do topení. Místnost s kamny se tak poměrně snadno přehřeje, zatímco radiátory nemají
dostatečný výkon.
Ze všech těchto důvodů může být lepší používat takovýto zdroj tepla jen jako příležitostný.
KOTLE NA SLÁMU
Sláma má oproti dřevu velký objem, je tedy potřeba mít velké topeniště. Sláma je obvykle ve formě velkých kulatých nebo hranatých balíků, které se do kotle přikládají obvykle automaticky. Přikládací mechanismus musí zajistit, aby palivo nemohlo prohořet až do skladu. Z těchto důvodů
prakticky neexistují kotle vhodné pro rodinný domek. Vyrábí se však velké kotle s výkonem stovek
kW, např. pro centrální výtopny. Nevýhodou je, že obvykle vyžadují jen jeden typ paliva (např.
hranaté balíky obilné slámy), což zvyšuje závislost na dodavateli paliva. Doprava slámy zvyšuje
náklady na palivo, takže před instalací kotle je vhodné zjistit dostupnost a cenu slámy v okolí.
103
ENERGIE BIOMASY
Balíky obilní slámy před svozem
Autor: Ing.Součková CSc.
Spalování biomasy ve velkých zdrojích energie ve Finsku
Autor: Ing.Součková CSc.
104
ENERGIE BIOMASY
TECHNOLOGIE ENERGETICKÉHO VYUŽÍVÁNÍ BIOPLYNU
V reaktoru bioplynové stanice se biomasa zahřívá na provozní teplotu ve vzduchotěsném reaktoru, kde zůstává pevně stanovenou dobu zadržená (většinou experimentálně ověřenou). Přitom se
uvolňuje bioplyn, který obsahuje 40 až 70 % metanu. Bioplyn se pak odvádí do plynojemu, odkud
se odebírá podle potřeby, nejčastěji pro pohon kogenerační jednotky. Ta vyrábí elektřinu a teplo.
Část tepla se použije pro ohřev reaktoru. Pokud je potřeba pouze teplo, lze bioplyn spálit v upraveném plynovém kotli. Stlačený bioplyn je možné použít pro pohon vozidel, podobně jako propan
(LPG). Lze ho také přimíchat do zemního plynu.
Zbytky z vyhnívacího procesu, tzv. digestát, lze většinou použít jako hnojivo. Při hnojení je samozřejmě nutné dodržovat příslušné předpisy, například zákaz hnojení v pásu 3 m od vodního toku.
Pokud digestát nelze jako hnojivo použít, je nutné zlikvidovat jej podle zákona o odpadech.
Proces tvorby metanu sestává z několika stádií:
• hydrolýza - přeměna organických látek na nižší rozpustné organické sloučeniny
• acidogeneze – přeměna jednoduchých organických sloučenin na mastné kyseliny působením acidogenních bakteríí
• acetogeneze – hlavním produktem je kyselina octová
• metanogeneze - působením metanogenních bakteríí se tvoří metan a oxid uhličitý
Anaerobní rozklad organických látek je ovlivňován celou řadou faktorů, které mění životní prostředí mikroorganismů a mají zásadní vliv na průběh celého procesu. Jedná se především o tyto
faktory:
• vlhkost prostředí – metanové bakterie mohou pracovat pouze ve vlhkém prostředí (minimálně 50 %)
• anaerobní prostředí – metanové bakterie jsou striktně anaerobní
• přítomnost světla – světlo brzdí množení bakterií
• teplota prostředí – tvorba metanu probíhá v rozmezí teplot (4 - 90 °C).
• Pro udržení stability procesu je nutné zajistit konstantní teplotu.
• hodnota pH – optimální pH pro růst metanogenních mikroorganismů je 6,5 - 7,5
• přísun živin – metanové bakterie potřebují pro svou buněčnou stavbu rozpustné dusíkaté
sloučeniny, minerální látky a stopové prvky
• velké kontaktní plochy – organické látka nerozpustné ve vodě musejí být rozdrobeny tak, aby
vznikaly velké dotykové plochy
• přítomnost toxických a inhibujících látek – jsou to látky, které nepříznivě ovlivňují biologický
proces. Nejčastější je působení mastných kyselin a amoniaku.
• rovnoměrný přísun substrátu – aby nedošlo k nadměrnému zatížení fermentoru
• odplynování substrátu – není-li plyn z vyhnívací nádrže odváděn, může v nádrži dojít
k velkému nárůstu tlaku plynu. Odplynování substrátu lze zajistit pravidelným mícháním.
Teplota velmi ovlivňuje anaerobní digesci stejně jako ostatní biochemické procesy. Se zvyšující
se teplotou vzrůstá rychlost všech probíhajících procesů. Avšak změnou teploty a tím i rychlosti probíhajících pochodů dochází k porušení dynamické rovnováhy procesu. Pro stabilní průběh
anaerobního rozkladu je nutné udržovat konstantní teplotu. Běžně se vyskytují tři typické teplotní
oblasti, které jednotlivým bakteriálním kmenům vyhovují:
• psychrofilní oblast – teploty pod 20 °C
• mezofilní oblast – teploty od 25 do 40 °C
• termofilní oblast – teploty nad 45 °C
105
ENERGIE BIOMASY
Většina v současnosti provozovaných bioplynových stanic pracuje v mezofilní teplotní oblasti.
ZAŘÍZENÍ NA VÝROBU BIOPLYNU
Zařízení na výrobu bioplynu se nazývá bioplynová stanice (BPS). V praxi najdeme celou řadu různých řešení bioplynových stanic, které můžeme zredukovat na několik typických technologických
postupů.
Tyto technologie se dělí podle:
• způsobu plnění
• konzistence substrátu
• zda je proces jedno či vícestupňový
Podle způsobu plnění fermentoru surovým materiálem se technologie dělí:
• diskontinuální (s přerušovaným provozem, cyklické, dávkové atd.) – doba jednoho pracovního cyklu odpovídá době zdržení materiálu ve fermentoru. Používá se při suché fermentaci
tuhých organických materiálů. Způsob manipulace s materiálem je náročný na obsluhu.
• semikontinuální – doba mezi jednotlivými dávkami je kratší, než je doba zdržení ve fermentoru. Je to nejpoužívanější způsob plnění fermentorů a používá se při zpracování tekutých organických materiálů. Materiál se dávkuje jedenkrát až čtyřikrát za den. Technologický proces
lze snadno automatizovat a není tedy náročný na obsluhu.
• kontinuální – používá se při zpracování tekutých organických materiálů s velmi malým
obsahem sušiny
obr. Bioplynová stanice v Kněžicích
Autor: Ing.Součková CSc.
106
ENERGIE BIOMASY
Podle konzistence substrátu se technologie dělí:
• na zpracování tuhých materiálů – vstupní substrát s podílem sušiny cca 18 až 35 %, výjimečně
i více
• na zpracování tekutých materiálů – vstupní substrát s podílem sušiny 3 až 14 %
Konzistenci vstupního materiálu často odpovídá i zvolený způsob dávkování. Tuhé materiály jsou
obvykle dávkovány diskontinuálně a naopak tekuté materiály jsou častěji dávkovány semikontinuálně či kontinuálně.
DRUHY ORGANICKÉ HMOTY
Organickou hmotu tvoří obvykle exkrementy hospodářských zvířat (kejda, trus, hnůj, močůvka,
podestýlka), fytomasa (siláže, senáže, rostlinné zbytky, energetické plodiny, neprodejná zemědělská produkce), domovní a komunální odpady, odpady zpracovatelského a potravinářského průmyslu (jatka, mlékárny) a další odpady (masokostní moučka apod.). Zpracování několika druhů
materiálu současně v jednom zařízení se nazývá kofermentace. To vše za předpokladu splnění
hygienizačních podmínek, kdy kupříkladu odpad z jatek musí projít procesem pasterizace (teplota
70 °C po dobu 60 minut). Podle obsahu sušiny zpracovávaného materiálu pak rozeznáváme fermentaci mokrou do 12 % sušiny a fermentaci suchou s obsahem sušiny od 20 do 60 %.
Schéma obvyklého uspořádání bioplynové stanice na zpracování tekutých materiálů s vyznačením jednotlivých částí i materiálu je znázorněno na obrázku.
Obr. Schéma moderní bioplynové stanice
Autor: Ing.Součková CSc.
Popis: 1-kejda ze stáje, 1a-kejda přivážená z okolních zemědělských podniků, 2-příjem jatečních odpadů, 3-příjem kuchyňských odpadů, 4-tepelná úprava rizikových substrátů 2 a 3, 5-příjmové místo zrnin, 6-mechanická úprava zrnin (mačkání, drcení, šrotování), 7-příjem a úprava zelené biomasy, 8-fermentor se střešním plynojemem 9-kogenerační jednotka,
10-hořák zbytkového plynu, 11-zásobní jímka na digestát, 12-odvoz digestátu jako hnojiva
PROCES METANOGENNÍ FERMENTACE
Vlastní metanizační proces probíhá v anaerobních reaktorech (uzavřené velkoobjemové nádoby)
různých tvarů, velikostí a způsobu míchání. Zpracovávaná kejda je dovezena do homogenizační
jímky, do které se aplikují i další odpady. Po provedené homogenizaci se vstupní substrát přečerpává přes šroubnicový výměník ohřívaný horkou vodou z kogenerační jednotky do biofermentoru.
107
ENERGIE BIOMASY
Příjem kuchyňských odpadů
Foto Plicka
Uzavřená homogenizační nádrž
Foto Plicka
Obsah biofermentoru je míchán horizontálním nebo vertikálním míchadlem, nebo ponorným kalovým čerpadlem, případně též vháněním stlačeného vyrobeného bioplynu. Procesní teplota ve
fermentoru je zajišťována buď ohřevem fermentoru, nebo pravidelnou cirkulací obsahu biofermentoru do tepelného výměníku mimo biofermentor. Zařízení pracuje při teplotách v rozmezí 37
- 43°C (mezofilní teploty), nebo při teplotách 52 - 55°C (termofilní teploty). Vznikající bioplyn je odváděn přes plynoměr a vodní uzávěr do plynojemu, kde je jímán a lze jej efektivně využít k výrobě
108
ENERGIE BIOMASY
Fermentor
Foto Plicka.
Skladovací nádrž na digestát
Foto Plicka.
109
ENERGIE BIOMASY
elektrické energie a tepla v kogeneračních jednotkách, kdy slouží k pohonu spalovacích motorů
spojených s agregátem na výrobu elektrické energie. Odpadní teplo z chlazení motoru a spalin
se využívá zpětně k ohřevu anaerobních reaktorů či k výrobě teplé vody, vytápění, sušení apod.
Elektřina je pak opět využita buď pro vlastní spotřebu anebo je dodána do sítě za výkupní cenu.
Digestát (fermentát), nebo-li zpracovaný materiál, po proběhnutí fermentace je dalším výstupem
při výrobě. Jedná se o kvalitní organické hnojivo, jehož vlastnosti závisí na druhu zpracovávaného
vstupu. Může být využito pro výrobu kompostu, pro výrobu organo-minerálních hnojiv nebo pro
přímou aplikaci. Mezi výhody patří zvýšená využitelnost živin, snížení zápachu, snížení obsahů
zvířecích patogenů a semen plevelů, pokles emisí skleníkových plynů při aplikaci atd.
MOŽNOSTI VYUŽITÍ BIOPLYNU
Produkty anaerobní digesce jsou bioplyn a biologicky stabilizovaný substrát. Bioplyn je vysoce
kvalitní obnovitelný zdroj energie (OZE), který poskytuje celou řadu možností energetického využití. Výhřevnost bioplynu významně ovlivňuje obsah metanu (CH4), který závisí především na složení vsázky a technologických parametrech bioplynové stanice. Mezi nejčastější způsoby využití
bioplynu patří:
• přímé spalování (topení, sušení, chlazení, ohřev užitkové vody apod.)
• výroba elektrické energie a ohřev teplonosného média (kogenerace)
• výroba elektrické energie, ohřev teplonosného média a výroba chladu (trigenerace)
• pohon spalovacích motorů nebo turbín pro získání mechanické energie
• využití bioplynu v palivových článcích
V praxi je nejvíce využíván bioplyn v kogeneračních jednotkách, kde tato metoda dosahuje vysoké účinnosti přeměny energie z bioplynu na elektrickou a tepelnou energii (80-90 %). Zhruba lze
počítat, že přibližně 30 % energie bioplynu se transformuje na elektrickou energii, 60 % na energii
tepelnou a zbytek jsou tepelné ztráty. Důležitou podmínkou pro hospodárný provoz BPS je možnost využití tepla produkovaného kogenerační jednotkou. Teplo se využívá k centrálnímu zásobování teplem v obcích, ohřevu teplé užitkové vody, vytápění stájí nebo sušení zemědělských
produktů či dřeva. Neméně důležité je nalézt odbytiště pro další z produktů anaerobní digesce
– tzv. digestátu. Zde se opět nabízí spojení se zemědělstvím, kde vzniká nejvíce zbytkové biomasy
a zároveň poskytuje možnost pro využití digestátu jako statkového hnojiva.
Během roku 2010, jak uvádí MPO 2011, byl zaznamenán nárůst počtu zařízení na výrobu elektřiny
z bioplynu pouze u bioplynových stanic. Oproti roku 2009 se počet těchto zařízení zvedl o 45.
Hrubá výroba elektřiny z BPS zintenzívnila o 100 %. Celkově se hrubá výroba elektřiny z bioplynu
zvýšila o 40 %. Dodávka elektřiny vyrobené z bioplynu do sítě je výrazně větší, zároveň se zesílila
i přímá dodávka takto vyrobené elektřiny třetím stranám.
Vývoj hrubé výroby elektřiny, instalovaného výkonu a dodávky elektřiny vyrobené
z bioplynu do sítě
Rok
Instalovaný výkon v MW
Hrubá výroba elektřiny v MWh
Dodávka do sítě v MWh
2003
24,9
107 856
11 868
2004
32,5
138 793
81 913
2005
36,3
160 857
93 413
2006
39,9
175 837
99 756
2007
49,9
215 223
138 485
2008
71,0
266 868
176 714
110
ENERGIE BIOMASY
Rok
Instalovaný výkon v MW
Hrubá výroba elektřiny v MWh
Dodávka do sítě v MWh
2009
95,7
441 266
329 102
2010
117,8
634 662
497 507
Pramen: Zpráva o plnění indikativního cíle výroby elektřiny z OZE za rok 2010, MPO 2011
V roce 2010 celkový instalovaný výkon je 117,8 MWe a roční výroba elektřiny přesáhla 634 GWh.
Již tak rychlý rozvoj výroby bioplynu k energetickým účelům dále akceleroval i v roce 2011.
K 15. 12. 2011 evidovala CzBA (Česká bioplynová asociace, o. s., České Budějovice) celkem 326 bioplynových elektráren (všech typů) v provozu na území České republiky s instalovaným výkonem
224,17 MW a výrobou 777,7 GWh a bylo dosaženo podílu bioplynu 10,8 % na energii OZE.
Na výstavbu/rekonstrukci zemědělských bioplynových stanic je možné využít prostředky z PRV,
kde pro tento účel bylo připraveno 3,5 mld. Kč. V období 2007 až 2010 bylo zaregistrováno 171 žádostí o dotaci z tohoto programu v částce mírně převyšující 3 mld. Kč. V roce 2011 bylo přihlášeno
105 projektů na bioplynové stanice v částce 1,6 mld. Kč.
Výkupní cena elektřiny vyrobené spalováním bioplynu a dodané do sítě v roce 2011 činila 4 120
Kč/MWh pro kategorii AF1 a 3 550 Kč/MWh pro kategorii AF2 (respektive tzv. „zelený bonus“ ve
výši 3 150 Kč/MWh a 2 580 Kč/MWh).
EKONOMICKÁ CHARAKTERISTIKA ENERGETICKÉHO VYUŽÍVÁNÍ BIOMASY
Vzhledem ke ke značné šíři způsobů energetického využití a různorodosti zdrojů biomasy, není
v obsahových možnostech této publikace jejich podrobná ekonomicko – finanční analýza. Odkazujeme tedy na „AKČNÍ PLÁN PRO BIOMASU V ČR NA OBDOBÍ 2012 – 2020“ (http://eagri.cz/
public/web/file/179051/APB_final_web.pdf). V tomto dokumentu naleznete podrobné analýzy
nákladovosti produkce, využití a zároveň ceny u jednotlivých zdrojů biomasy, přehled podpor pro
biomasu včetně odhadů nákladů na výrobu elektřiny z biomasy.
BUDOUCNOST VYUŽÍVÁNÍ ENERGIE BIOMASY
Budoucnost pro efektivní a účelné využití energetického potenciálu biomasy je v ČR podpořeno
Akčním plánem pro biomasu na období 2012 – 2020, který byl dne 12. 9. 2012 schválen vládou.
Podíl energie na hrubé domácí spotřebě by měl v roce 2020 dosáhnout 13,5 % a podíl obnovitelné
energie v dopravě 10 %.
Prioritní využití zemědělské půdy v České republice spočívá v zajištění potravinové soběstačnosti.
Na rozdíl od řady jiných zemí však disponuje naše republika dostatečnou rozlohou půdy k zajištění tohoto strategického cíle. Část půdního fondu je tak možné využít pro energetické účely.
Akční plán pro biomasu se soustřeďuje na míru a účelnost tohoto energetického využití biomasy.
Mezi energeticky využitelnou biomasu ze zemědělské produkce patří zbytková biomasa navázaná
na živočišnou výrobu (sláma, plevy, výpalky, šroty, exkrementy), cíleně pěstovaná biomasa, trvalé
travní porosty a rychle rostoucí byliny a dřeviny.
Využití biomasy pro výrobu energie má řadu příznivých ekologických, krajinářských nebo regionálně-rozvojových dopadů. Vedle diversifikace zemědělského hospodaření je to rozvoj biodiverzity
111
ENERGIE BIOMASY
české krajiny a rovněž možnost pěstování biomasy s půdoochrannými a protipovodňovými opatřeními. Pěstování některých energetických rostlin může snížit rizika eroze a zvýšit retenci půdy.
Vhodnou podporou vybraných technologií využití biomasy lze zvýšit zaměstnanost a zároveň snížit strategickou závislost (včetně výdajů) na dovážených primárních zdrojích (uhlí, zemní plyn).
Podporu má biomasa i u elektrárenské společnosti, skupiny ČEZ, která se chystá postupně zvyšovat výrobu elektřiny z tohoto zdroje. V horizontu několika let by ČEZ chtěl z biomasy vyrobit asi
1 000 GWh elektřiny.
Při posouzení výhod a nevýhod biomasy pro energetické účely je jednoznačnou výhodou, že se
jedná o obnovitelný zdroj, který je při rozumném užívání nevyčerpatelný. Biomasa je podle většiny
analýz CO2 neutrální (byť se objevují i studie s opačnými závěry). To znamená, že při (rozumném)
spalování této suroviny jsou emise CO2 rovny spotřebě tohoto plynu nově narůstajícími rostlinami. Další výhodou je, že využívání biomasy přispívá k rozvoji venkova a zemědělských oblastí.
Při pěstování biomasy můžete využít i půdy nevhodné pro pěstování potravinářských rostlin. Při
objektivním posuzování biomasy je nutné poukázat i na nevýhody. Využívání biomasy je limitováno nedostatečným technologickým a finančním zázemím. Jak se již zmiňuje v Akčním plánu
pro biomasu chybí v oblasti pro využívání biomasy plně funkční trh s biomasou k zajištění dostatečného množství biomasy na trhu a s tím související i vhodná diverzifikace zdrojů a stabilních
podmínek pro rozvoj tohoto odvětví, nedochází k dostatečně efektivnímu využití biomasy, a dále
chybí územní plánování v této oblasti, a to zejména s ohledem na očekávanou vzrůstající poptávku po zdrojích biomasy.
Další nevýhody při výrobě elektřiny z biomasy jsou, že dochází k energetickým ztrátám a výsledkem je nízká účinnost. Tento problém může být vyřešen tzv. kogenerací, kdy by docházelo současně k výrobě elektřiny a tepla.
Problémem je, že v současné době není při výrobě elektřiny spalována pouze biomasa, ale s tímto
zdrojem je v elektrárnách na biomasu v ČR spalováno i uhlí, které není tolik šetrné k životnímu
prostředí. Při spalování biomasy dochází nejen k uvolňování CO2, ale do vzduchu se dostávají také
tzv. persistentní organické látky, které jsou škodlivé vůči životnímu prostředí. Tyto látky mohou
být odstraněni pomocí aktivního uhlí nebo polokoksu.
112
VĚTRNÁ ENERGIE
VĚTRNÁ ENERGIE
CHARAKTERISTIKA VĚTRNÉ ENERGIE - DEFINICE
Větrná energie je jednou z cest, jak získat elektřinu bez nákladů na palivo. Z globálního hlediska se
díky ní snižuje spotřeba fosilních paliv a související emise. Zvyšuje se nezávislost na dodavatelích
plynu, ropy, uhlí. Velké větrné elektrárny, připojené k síti, obvykle nepřináší místním lidem přímý
prospěch. Investoři proto často nabízejí obcím dobrovolný příspěvek do obecního rozpočtu.
V lokálním měřítku může malá větrná elektrárna sloužit jako zdroj elektřiny pro místa, která nejsou
připojena k síti – třeba na odlehlé farmě.
Větrná energie je jedna z forem, do níž se transformuje sluneční záření, neustále dopadající na naši
planetu. Vzduch se v různých částech zeměkoule ohřívá různě intenzivně. Teplejší vzduch stoupá
vzhůru a na jeho místo se tlačí chladnější vzduch z okolí – tím právě vzniká vítr.
Větrná energie se dříve převáděla na mechanickou práci ve větrných mlýnech. Na území ČR jich
stávalo 900 až 1000. Kromě mletí obilí se vítr používal třeba i pro drcení kůry pro koželužny. Většina
tradičních holandských mlýnů poháněla vodní čerpadla. Dnes se z větru získává zejména elektřina. Velké elektrárny dodávají elektřinu do sítě, malé elektrárničky vyrábí elektřinu pro chaty a jiné
objekty v místech, kde není elektrická síť. Skupina větrných elektráren se někdy označuje jako
větrná farma.
V energetice České republiky nikdy nebudou větrné elektrárny hrát výraznou roli. V roce 2010
se z větru vyrobilo jen 0,4 % z celkové tuzemské výroby elektřiny. Přesto je zde potenciál čisté
energie, který by bylo škoda nevyužít. Odborné studie předpokládají, že větrné elektrárny mohou
během 10 let pokrýt 3 až 7 % spotřeby elektřiny v ČR.
Jednou z výhod větrné energie je skutečnost, že při výrobě nejsou produkovány žádné škodlivé
emise. Tím, že Česká republika není přímořskou zemí, je v našich geografických podmínkách problém s intenzitou větru a výběrem správné lokality pro výstavbu větrné elektrárny. Ve vybrané lokalitě by se průměrná roční rychlost větru měla pohybovat nad hranicí 5 ms-1. V kapitole o přírodních podmínkách je zobrazena větrná mapa České republiky, ze které je patrné, že počet větrných
lokalit vhodných k instalaci větrných elektráren je značně omezený. Dolní hranice energetického
využití větru se pohybuje okolo rychlosti 5 ms-1 a horní hranice se pohybuje okolo hodnoty 25
m ms-1. Při rychlostech větru nad 25 m ms-1 jsou obvykle větrné elektrárny z bezpečnostních
důvodů odstavovány. V následující tabulce uvádíme potenciály větrné energie podle krajů České
republiky. Nejlepší podmínky jsou v Ústeckém kraji a v kraji Vysočina.
Potenciál větrné energie v ČR
Kraj
počet VTE
výkon [MW] výroba [GWh/rok]
Středočeský
47
141
337
Jihočeský
52
156
398
Plzeňský
30
90
226
Karlovarský
33
99
254
160
480
1361
16
48
126
9
27
67
34
102
253
Ústecký
Liberecký
Královéhradecký
Pardubický
113
VĚTRNÁ ENERGIE
Kraj
počet VTE
Vysočina
výkon [MW] výroba [GWh/rok]
140
420
1088
Jihomoravský
83
249
595
Olomoucký
46
138
360
Zlínský
10
30
68
Moravskoslezský
99
297
788
759
2277
5922
ČR
Pramen: Střední scénář odhadu realizovatelného potenciálu větrné energie v České republice dle studie Ústavu fyziky
atmosféry Akademie věd ČR zpracované pro Českou společnost pro větrnou energii.
HISTORIE VĚTRNÉ ENERGETIKY
Energie větru je člověkem využívána již několik století. První zmínky o větrném motoru s vodorovnou osou jsou ze 3. století před Kristem z Egypta. Na evropském kontientu se začaly větrné mlýny
využívat od 13. století. V této době zaznamenám velký rozmach především v Holandsku, které se
ve 14. století dostalo na první pozici ve využívání větrné energie. Větrná energie byla v této době
využívána především pro mletí obilí, čerpání vody a zpracování dřeva. Pro Holandsko bylo velmi typické spojení větrného rotoru s Archimédovým šroubem, které se využívalo k odvodňování
nebo zavlažování zemědělských pozemků.
Začátkem 19. století dochází k dynamickému rozvoji využívání větrné energie v USA, kde bylo
v této době postaveno více než 6 milionů malých mnoholopatkových větrných motorů, které byly
využívány především pro čerpání vody.
Na začátku 19. století byla realizována první aplikace využívající větrnou energii pro výrobu energie elektrické (Poul la Cour 1891). Avšak vzhledem k objevení a vývoji parního stroje došlo v závěru
19. století k útlumu rozvoje využívání větrné energie.
Z HISTORIE VYUŽÍVÁNÍ ENERGIE VĚTRU V ČESKÝCH ZEMÍCH
Větrnou energii používá lidstvo od dávnověku. Vítr poháněl plachetnice, větrné mlýny, vodní
čerpadla. S větrnými motory se setkáváme už ve starověké Číně. Ve větrných mlýnech se větrná
energie využívala v minulosti i na území našeho dnešního státu. Historicky je postavení prvního
větrného mlýna na území Čech, Moravy a Slezska doloženo již v roce 1277 v zahradě Strahovského kláštera v Praze. Největší rozkvět doznalo větrné mlynářství v Čechách ve 40. letech 19. století,
na Moravě a ve Slezsku o něco později. Celkem bylo na území dnešní ČR evidováno a je historicky
ověřeno 879 větrných mlýnů. Začátek výroby novodobých větrných elektráren (VtE) v ČR se datuje na konec 80. let minulého století. Jejich rozkvět proběhl v letech 1990–1995, poté však došlo
ke stagnaci (třetina ze všech 24 větrných elektráren postavených do roku 1995 patřila do skupiny
s nevyhovující nebo vysoce poruchovou technologií, některá z těchto zařízení byla vybudována
v lokalitách s nedostatečnou zásobou větrné energie). Začátkem tohoto desetiletí byla tendence
k dovozu starých vyřazených VtE, Zákon 180/2005 pak tento trend ukončil.
V současné době jsou instalovány nové větrné elektrárny, které již pracují na dvou desítkách lokalit v ČR. Jejich celkový instalovaný výkon se během posledního roku zvýšil na 150 MW. Nominální
výkon moderních větrných elektráren dosahuje aktuálně běžně 2 MW, sporadicky až 3 MW. Výroba
VtE je převážně v zemích EU, především v Německu. Na výrobě komponent (hřídele, převodovky,
ocelové věže, gondoly, atp.) se čím dál větší mírou podílí i ČR. Některé malé elektrárny se zde vyrábí kompletně, je uvažováno i s výrobou velkých strojů.
114
VĚTRNÁ ENERGIE
Technická vyspělost dnešních větrných elektráren náš handicap z minula vyrovnala. Například
moderní stoje, které dnes využíváme, dosahují vynikajících výsledků v oblasti zvyšování využitelnosti větru. Jelikož v ČR byl rozvoj větrné energetiky zahájen ve srovnání se zeměmi západní Evropy se zpožděním, jsou v projektech u nás již rovnou plánovány nejmodernější stroje. Předstihli
jsme tak i tradičního světového lídra v této oblasti, Německo, jehož větrné elektrárny dosahují
využitelnosti přibližně 20 %. Výstavba VtE v Německu probíhá už dvě desítky let a průměrné stáří
VtE je tam proto podstatně vyšší a v souvislosti s tím je jejich průměrný výkon nižší.
LEGISLATIVA
Větrná energie má nezastupitelné místo ve výrobě elektřiny z obnovitelných zdrojů energie a její
význam v České republice i ve světě postupně stoupá.
Právní úprava obnovitelných zdrojů energie z pohledu evropského práva.
Podpora elektřiny vyrobené z OZE byla na úrovni Evropské unie poprvé vyzdvihnuta v Bílé knize
o obnovitelných zdrojích energie, která za hlavní důvody uvedla bezpečnost a diverzifikaci zásobování elektřinou, ochranu životního prostředí a sociální a hospodářskou soudržnost.7)
Tyto důvody vedly k přijetí směrnice 2001/77/ES ze dne 27. září 2001 o podpoře elektřiny vyrobené z obnovitelných zdrojů energie na vnitřním trhu s elektřinou,8) která byla prvním právním
předpisem Evropské unie, upravujícím tuto oblast, a stala se tak prvním legislativním rámcem pro
trh s obnovitelnými zdroji energie. Význam této směrnice je především v zavedení programů podpory obnovitelných zdrojů energie a stanovení prvních cílových hodnot pro podíl elektřiny z obnovitelných zdrojů pro jednotlivé členské státy.
Dalším krokem bylo přijetí směrnice 2003/54/ES,9) o společných pravidlech pro vnitřní trh s elektřinou,10) která stanovila společná pravidla pro výrobu, přenos a distribuci elektřiny a vymezila základní pravidla týkající se organizace a fungování elektroenergetiky, přístupu na trh, kritérií
a postupů pro výběrová řízení a udělování povolení, jakož i pravidla pro provozování sítí. V rámci
této směrnice pak bylo členským státům umožněno upřednostnit elektřinu z obnovitelných zdrojů energie. Tato směrnice zakotvila mimo jiné základní pravidla pro obnovitelné zdroje energie.
Klíčové bylo především zaručení přednostního přístupu a zaručeného přístupu11) pro začlenění
obnovitelných zdrojů energie do vnitřního trhu s elektřinou. Přednostní přístup k distribuční soustavě garantoval výrobcům elektřiny z obnovitelných zdrojů energie, že ji budou moci v souladu
s pravidly pro připojení prodávat a přenášet kdykoliv, kdy bude zdroj k dispozici. V případě, že
elektřina z obnovitelných zdrojů energie byla začleněna do krátkodobých trhů, platila záruka, že
veškerá prodaná a podporovaná elektřina získá přístup k distribuční soustavě, což umožní využívat maximální množství elektřiny z obnovitelných zdrojů energie ze zařízení připojených do sítě.
Toto však neznamenalo, že by členské státy měly povinnost podporovat nebo nařizovat odkup
energie z obnovitelných zdrojů. Pro elektřinu z obnovitelných zdrojů energie bylo možno stanovit
pevnou cenu, obvykle ve spojení s povinností provozovatele distribuční soustavy tuto elektřinu
odkoupit. V tomto případě byl přednostní přístup již poskytnut.
Pro případ, že nebylo možno zajistit úplný přenos a distribuci elektřiny vyrobené z obnovitelných
zdrojů, aniž by byla dotčena spolehlivost a bezpečnost distribuční soustavy, mohlo být daným
výrobcům poskytnuto finanční vyrovnání. Hlavním cílem této směrnice byl však trvalý nárůst přenosu a distribuce elektřiny vyrobené z obnovitelných zdrojů energie, aniž by byla narušena spolehlivost a bezpečnost distribuční soustavy. Evropská legislativa tak apelovala na členské státy,
115
VĚTRNÁ ENERGIE
aby přijaly vhodná opatření umožňující větší prosazení elektřiny z obnovitelných zdrojů energie,
a to při zohlednění specifičností daného odvětví, kdy není možno vyrobenou energii skladovat.
Pro dosažení cílů směrnice bylo třeba co nejdříve povolit připojení nových zařízení vyrábějících
elektřinu z obnovitelných zdrojů. V zájmu urychlení postupů pro připojení k distribuční soustavě
mohly členské státy novým zařízením vyrábějícím elektřinu z obnovitelných zdrojů energie poskytnout přednostní nebo vyhrazené připojení.
Směrnice 2003/54/ES dále stanovila, že náklady na připojení nových výrobců elektřiny z obnovitelných zdrojů energie k distribuční soustavě by měly být objektivní, transparentní a nediskriminační a měl by být zohledněn prospěch, který distribuční soustavě přinášejí natrvalo vybudovaná
zařízení pro výrobu energie z obnovitelných zdrojů a místní výrobci plynu z obnovitelných zdrojů.
Směrnice 2003/54/ES byla zrušena směrnicí 2009/72/ES o společných pravidlech pro vnitřní trh
s elektřinou, obsahově však na zrušenou směrnici 2003/54/ES navazuje směrnice 2009/28/ES.
Další významným krokem Společenství, který byl veden především snahou naplnit Kjótský protokol12) k Rámcové úmluvě OSN o změně klimatu13) a dalších mezinárodních závazků Společenství
týkajících se snižování emisí skleníkových plynů po roce 2012, bylo stanovení14) celkového cíle „2020-20“, dle kterého by do roku 2020 mělo dojít v rámci Evropské unie k poklesu primární spotřeby
energie a produkce skleníkových plynů o 20 % a zároveň by se měl zvýšit podíl energie z obnovitelných zdrojů energie o 20 %.
Poslední směrnicí reagující na aktuální vývoj je směrnice 2009/28/ES, o podpoře využívání energie z obnovitelných zdrojů, která stanovuje společný rámec pro podporu energie z obnovitelných
zdrojů v rámci Evropské unie.
Tato směrnice vhledem ke zrušení směrnice 2003/54/ES zakotvuje právo přednostního a zaručeného přístupu elektřiny vyrobené z obnovitelných zdrojů energie k distribuční soustavě.17) Neméně důležité pro rozvoj OZE je i příkaz týkající se přiměřenosti správních postupů a předpisů
pro podniky na výrobu elektřiny, tepla nebo chlazení z OZE18) a dále i stanovení záruky původu
elektřiny a energie pro vytápění a chlazení z OZE, které je nezbytné pro účely poskytnutí dokladu
konečnému spotřebiteli o podílu nebo množství energie z obnovitelných zdrojů na skladbě zdrojů
energie konkrétního dodavatele.
Hlavní význam směrnice 2009/28/ES však spočívá ve stanovení závazných národních cílů, pokud
jde o celkový podíl energie z obnovitelných zdrojů na hrubé konečné spotřebě energie a podíl
energie z obnovitelných zdrojů v dopravě.20) Směrnice ukládá členským státům povinnost zajistit,
aby se v roce 2020 podíl energie z obnovitelných zdrojů rovnal alespoň jeho celkovému národnímu cíli pro podíl energie z obnovitelných zdrojů. Tyto závazné národní cíle jsou v souladu s celkovým cílem „20-20-20“. Členské státy jsou povinny přijmout opatření, která zajistí, aby se podíl
energie z obnovitelných zdrojů rovnal podílu uvedenému v příloze této směrnice.
Dle Komise se možnosti výroby energie z obnovitelných zdrojů a skladby zdrojů energie každého
členského státu liší. Komise považuje za nezbytné převést celkový 20% cíl Společenství na jednotlivé cíle pro každý členský stát se spravedlivým a náležitým rozdělením, které zohledňuje specifika
jednotlivých členských států a jejich možnosti, a to včetně stávajícího podílu energie z obnovitelných zdrojů a skladby zdrojů energie. Komise považuje za vhodné učinit tak sdílením požadovaného celkového zvýšení využívání energie z obnovitelných zdrojů mezi členskými státy na základě rovného zvýšení podílu každého státu váženého podle jeho HDP, jenž odráží jejich výchozí
pozice, a vyjádřením cílů pomocí hrubé konečné spotřeby energie, přičemž je zapotřebí zohlednit
116
VĚTRNÁ ENERGIE
dosavadní úsilí členských států v oblasti využívání energie z obnovitelných zdrojů. Dle přílohy č. 1
směrnice 2009/28/ES by cílová hodnota podílu energie z obnovitelných zdrojů na hrubé konečné
spotřebě energie v roce 2020 měla v případě České republiky představovat 13 %. Směrnice dále
zavádí povinnost členských států přijmout národní akční plán pro energii z obnovitelných zdrojů.
Národní akční plán pro energii z obnovitelných zdrojů stanoví národní cíle členských států pro
podíly energie z obnovitelných zdrojů v dopravě a při výrobě elektřiny.
Výše uvedených cílů mohou členské státy dosáhnout i za použití režimu podpory, který je ve směrnici definován jako jakýkoli nástroj, režim či mechanismus uplatňovaný členským státem či skupinou členských států, podporující užívání energie z obnovitelných zdrojů snížením nákladů na výrobu této energie, zvýšením ceny, za kterou ji lze prodat, nebo zvýšením množství takto prodané
energie prostřednictvím povinnosti využívat energii z obnovitelných zdrojů nebo jinak. To zahrnuje mimo jiné investiční pomoc, osvobození od daně, její snížení nebo vrácení, režimy podpory pro
povinnost využívat energii z obnovitelných zdrojů, včetně režimů používajících zelené certifikáty
a režimy přímé cenové podpory, včetně tarifů výkupních cen a plateb prémií.
Národní úprava
Zákon o podpoře využívání obnovitelných zdrojů
Prvním zákonem České republiky, který samostatně upravoval problematiku výroby elektřiny
z obnovitelných zdrojů, byl zákon č. 180/2005 Sb., zákon o podpoře využívání obnovitelných zdrojů. Ten implementoval směrnici 2001/77/ES, která pro ČR stanovila indikativní cíl výroby elektřiny
z obnovitelných zdrojů ve výši 8% hrubé domácí spotřeby elektřiny do roku 2010.
Tento zákon dal rovněž Energetickému regulačnímu úřadu (dále jen „ERÚ“) pravomoc částečně
stanovit výši podpory obnovitelných zdrojů. Výrobce energie si přitom mohl vybrat ze dvou druhů
podpory: povinného výkupu za výkupní ceny stanovené ERÚ a zelených bonusů. Výkupní ceny
a zelené bonusy byly pro různé kategorie obnovitelných zdrojů diferencované, a to s ohledem
na rozdílné investiční a provozní náklady jednotlivých typů OZE.
Systém výkupních cen byl postaven na zásadách (i) zaručení prosté doby návratnosti do 15 let,
(ii) zaručení ceny po celou dobu ekonomické životnosti zdroje, (iii) u nově instalovaných výroben
se výkupní ceny mohly snížit o max. 5 % proti předchozímu roku, (iv) pro stávající výrobny bylo
zaručeno zvyšování výkupních cen v závislosti na inflaci, (v) povinný výkup nešlo uplatnit u spolu
spalování obnovitelného a neobnovitelného zdroje.
Oproti tomu byl systém zeleného bonusu postaven na tom, že: (i) vykupujícím byl obchodník
s elektřinou nebo přímo zákazník, výrobce elektřiny z OZE případně mohl uplatnit jím vyrobenou elektřinu na trzích organizovaných operátorem trhu, (ii) vykupující přebíral odpovědnost
za odchylku výrobce23), (iii) předmětem podpory byla veškerá výroba po odečtení vlastní spotřeby
zdroje, (iv) provozovatel přenosové nebo distribuční soustavy hradil výrobci elektřiny z OZE cenu
zeleného bonusu, (v) zelený bonus stanovil ERÚ na období kalendářního roku, (vi) vyrobenou
elektřinu výrobce prodal za tržní cenu a její výše nebyla nikterak regulována. Zvýhodnění podpory
formou zeleného bonusu oproti povinnému výkupu spočívalo v tom, že výrobce obdržel jak tržní
cenu za elektřinu, tak i zelený bonus, přičemž se celkově jednalo o vyšší hodnotu, než je výkupní
cena při povinném výkupu.
Důležité bylo i ustanovení, které výrobci elektřiny z OZE zaručovalo právo na přednostní připojení
výrobny do elektrizační soustavy a na přednostní právo dopravy elektřiny. Zákon dále stanovil
povinnost provozovatelům sítí elektřinu vyrobenou z OZE vykoupit za daných podmínek, přičemž
117
VĚTRNÁ ENERGIE
ti mohli používat elektřinu vykoupenou z OZE pouze na pokrytí ztrát ve svých sítích, a povinně
přebírali za výrobce zodpovědnost za odchylku.
Tento zákon byl kritizován ze strany provozovatelů sítí především z toho důvodu, že množství
povinně vykupované elektřiny z OZE mohlo být výrazně vyšší než jejich ztráty. Při tomto stavu
přebytek elektřiny znamenal odchylku, čímž v celém systému vznikaly zbytečné vícenáklady. Tento přebytek elektřiny však jednotliví provozovatelé nemohli ani uplatnit na trhu, ani s ním začít
obchodovat (stát se obchodníky).24)
Další z výtek proti zákonu směřovala k tomu, že zákon neobsahoval možnost zastavení vyplácení
podpory pro určitý druh OZE v případě dosažení limitů elektrizační soustavy absorbovat výrobu
elektřiny z OZE nebo při dosažení požadovaného podílu daného druhu OZE na celkovém mixu
OZE.
Zákon o podporovaných zdrojích energie
Zákon nově zavádí Národní akční plán,43) který je základním rámcovým dokumentem v oblasti
obnovitelných zdrojů. Při jeho tvorbě vychází MPO ze Státní energetické koncepce44) a schvaluje
jej vláda. Národní alokační plán45) obsahuje především opatření a způsob dosažení závazných cílů
podílu energie z obnovitelných zdrojů, průběžných dílčích cílů podílu energie z obnovitelných
zdrojů a předpokládané hodnoty vyrobené energie. Význam Národního akčního plánu spočívá
ve stanovení způsobu, jakým budou dosaženy závazné cíle podílu energie z obnovitelných zdrojů
na hrubé konečné spotřebě energie České republice v roce 2020, a to formou stanovení průběžných dílčích cílů podílů energie z OZE.
Dle důvodové zprávy byl hlavním motivem pro přijetí nového zákona nebývalý rozmach investic
do elektráren využívajících obnovitelné zdroje energie a z toho plynoucí nutnost změny základního principu výkupu elektřiny z obnovitelných zdrojů. Při zachování stávajícího trendu výroby
elektřiny z obnovitelných zdrojů, tzn. při nárůstu takto získané elektřiny, by nastal nepříznivý stav,
kdy by její množství převýšilo ztráty v sítích, což by vedlo k navýšení ceny za elektřinu pro zákazníky nejen z důvodů rostoucí podpory této elektřiny, ale také z důvodů nutnosti vyrovnání odchylek
způsobených provozovatelům sítí.
Zákon proto zavedl nový způsob výplaty podpory elektřiny z obnovitelných zdrojů, která je nově
vyplácena přes operátora trhu s elektřinou, kterým je v České republice OTE, a.s. Podpora elektřiny
z obnovitelných zdrojů je více tržně orientována a podpora je více přesměrována z formy pevných
výkupních cen na formu zelených bonusů. Možnost uplatnit podporu formou výkupních cen nyní
mají pouze pro výrobny elektřiny malého instalovaného výkonu.
Pro systém podpory formou výkupní ceny stanovuje zákon povinnost vykupujícího elektřinu v režimu výkupních cen vykupovat. Povinně vykupující je obchodník s elektřinou, kterého pro daný
region vybere MPO, a v případě, že nikoho neurčí, je povinně vykupujícím dodavatel poslední
instance, kterým mohou být i provozovatelé distribučních soustav nebo provozovatele přenosové
soustavy. Rozdíl mezi tržní cenou elektrické energie a pevně stanovenou výkupní cenou však provozovateli distribučních soustav a provozovateli přenosové soustavy kompenzuje operátor trhu.
U zelených bonusů nový zákon stanovuje povinnost jeho hrazení Operátorem trhu s elektřinou.
Tržní (hodinovou) cenu elektrické energie výrobcům elektřiny vyplácí vykupující, kterým je obchodník s elektřinou. Zákon nově zavádí roční a hodinové zelené bonusy. Zákon dále zavádí povinnost výrobce registrovat se u Operátora trhu s elektřinou.
118
VĚTRNÁ ENERGIE
Schéma větrné elektrárny
Zdroj: http://ekowatt.cz/uspory/vetrna-energie.shtml
Popis: 1 - rotor s rotorovou hlavicí, 2 – brzda rotoru, 3 – planetová převodovka, 4 – spojka, 5 – generátor, 6 – servo-pohon
natáčení strojovny, 7 – brzda točny strojovny, 8 – ložisko točny strojovny, 9 – čidla rychlosti a směru větru, 10 – několikadílná věž elektrárny, 11 – betonový armovaný základ elektrárny, 12 – elektrorozvaděče silnoproudého a řídícího obvodu,
13 – elektrická přípojka.
119
VĚTRNÁ ENERGIE
Finanční prostředky na podporu obnovitelných zdrojů elektřiny jsou i nadále získávány z příspěvku na podporu výroby obnovitelných zdrojů zahrnutého v ceně elektrické energie pro konečné
spotřebitele a dále z dotace finančních prostředků vybraných na podporu těchto zdrojů plynoucí
do státního rozpočtu.
Při stanovení výše jednotlivých forem podpor nový zákon setrvává na garanci patnáctileté doby
návratnosti investic. U výkupních cen zákon předpokládá jejich pravidelné roční navyšování o 2%,
s výjimkou biomasy. U zelených bonusů zákon předpokládá stanovení jejich výše tak, aby výše
ročního zeleného bonusu pokryla pro daný druh OZE alespoň rozdíl mezi výkupní cenou a očekávanou průměrnou roční hodinovou cenou. U hodinových zelených bonusů zákon stanovuje, že
výše hodinového zeleného bonusu musí pokrýt alespoň rozdíl mezi výkupní cenou a dosaženou
hodinovou cenou.
Nově zákon zavádí podporu decentrální výroby elektřiny, která se vztahuje na elektřinu vyrobenou ve výrobnách elektřiny připojených k distribuční soustavě a dodanou do distribuční soustavy.
Podpora decentrální výroby elektřiny se uskutečňuje formou bonusů na decentrální výrobu elektřiny. Výrobce elektřiny z decentrální výrobny elektřiny, ke které vzniká nárok na podporu decentrální výroby elektřiny podle tohoto zákona, je povinen registrovat přímo v systému operátora
trhu podporu bonusem na decentrální výrobu elektřiny. Bonus na decentrální výrobu elektřiny je
stanoven v Kč/MWh a je poskytován v ročním režimu.
TECHNOLOGIE ZÍSKÁVÁNÍ ENERGIE VĚTRU
PROVOZNÍ CHARAKTERISTIKA VÝROBNÍCH ZAŘÍZENÍ
Podle aerodynamického principu dělíme větrné motory na vztlakové a odporové. Nejrozšířenějším typem jsou elektrárny s vodorovnou osou otáčení, pracující na vztlakovém principu, kde vítr
obtéká lopatky s profilem podobným letecké vrtuli. Na podobném principu pracovaly již historické větrné mlýny, nebo tak pracují větrná kola vodních čerpadel (tzv. americký větrný motor).
Po experimentech s jedno-, dvou- i čtyřlistými rotory již všechny velké moderní elektrárny používají třílisté rotory.
Existují také elektrárny se svislou osou otáčení, některé pracující na odporovém principu (typ Savonius, jako misky anemometru) nebo na vztlakovém principu (typ Darrieus). Výhodou elektráren
se svislou osou pracujících na vztlakovém principu je, že mohou dosahovat vyšší rychlosti otáčení
a tím i vyšší účinnosti, není je třeba natáčet do směru převládajícího směru větru. Elektrárny se
svislou osou otáčení se v praxi příliš neuplatnily, neboť u nich dochází k mnohem vyššímu dynamickému namáhání, které značně snižuje jejich životnost. Nevýhodou je malá výška rotoru nad terénem, tj. i menší rychlost větru.
TECHNICKÉ PODMÍNKY
Vítr je vzduch, který proudí zhruba vodorovně nad terénem (stoupavé a klesající proudy vzduchu
se v energetice nevyužívají). Vítr je nad terénem různě zpomalován, zejména terénními překážkami - stavbami, kopci, dále také různým povrchem terénu (tráva, les, vodní hladina, sníh...). S rostoucí výškou se rychlost větru logaritmicky zvyšuje. Je tedy velký rozdíl mezi rychlostí větru ve
výšce 10 m a 100 m nad terénem. Rychlost větru je nejdůležitějším údajem při využívání energie větru. Měří se pomocí anemometru, udává se v m/s. Pro přepočet na km/h platí přepočet
120
VĚTRNÁ ENERGIE
1 m/s = 3,6 km/h. Protože větrné elektrárny mají osu rotoru (vrtule) ve výšce až 100 m, přepočítávají se měřené hodnoty na jinou výšku, někdy se přímo v této výšce měří.
BEAUFORTOVA STUPNICE SÍLY VĚTRU
Stupnice pro odhad rychlosti větru bez užití přístrojů, tj. podle účinku větru na různé objekty se
udává se ve stupních Beauforta. Rychlosti větru se týkají standardní výšky 10 m nad zemí ve volném terénu. Beaufortovu stupnici sestavil v letech 1805-1808 britský kontraadmirál sir Francis
Beaaufort (1774 - 1857). Beaufortova stupnice umožňuje odhad síly (rychlosti) větru podle vlnění
mořské hladiny. Slovní označení síly větru se používá také v meteorologii.
Stupeň
Vítr
Uzly
km.h-1
0
bezvětří
<1
1
vánek
2
3
Výška vln
v metrech
Na souši
Hladina moře
<1
kouř stoupá kolmo
vzhůru
zrcadlo
< 0,03
1.3
1.5
směr větru lze poznat
podle pohybu kouře.
vlnky
asi 0,03
větřík
4.6
6.11
listí stromů šelestí
světlejší hřbety vln
asi 0,13
slabý vítr
7.10
12.19
listy stromů a větvičky
jsou v trvalém pohybu
lom vln
0,3 - 0,7
4 mírný vítr
11.16
20 - 28
vítr zvedá prach a útržky
papíru
místy bílé hřebeny
0,6 - 1,2
5
čerstvý
vítr
17 - 21
29 - 39
listnaté keře se začínají
hýbat
nad vlnami vodní tříšť
1,2 - 2,4
6
silný vítr
22 - 27
40 - 49
telegrafní dráty sviští,
používání deštníků je
nesnadné
silná vodní tříšť
7
mírný
vichr
28 - 33
50 - 61
chůze proti větru je
obtížná, celé stromy se
pohybují
bílá pěna na vlnách
4.6
8
čerstvý
vichr
34 - 40
62 - 74
ulamují se větve, chůze
proti větru je normálně
nemožná
bílá pěna na vlnách
4.6
9
silný
vichr
41 - 47
strhává komíny, tašky
75 - 88 vítr a břidlice
se střech
vysoké rolující vlny
asi 6
10
plný
vichr
strhává komíny, tašky
48 - 55 89 - 102 vítr a břidlice
se střech
11
vichřice
56 - 62
103 114
vítr působí rozsáhlá
pustošení
vlny pokryté pěnou
> 14
12 - 17
orkán
> 62
> 117
ničivé účinky (vítr odnáší
střechy, hýbe těžkými
hmotami)
vlnobití, pěna ve vzduchu
> 14
přepadající hřebenatky
2,4 - 4
6.9
Dostupná měření jsou na meteorologických stanicích. Měření rychlostí a směru větru se spolu s jinými klimatickými faktory provádí v ČR sítí cca 200 meteorologických stanicích Českého
121
VĚTRNÁ ENERGIE
Vývoj velikosti VtE v čase
Zdroj: http://www.csve.cz/clanky/velikost-vetrne-elektrarny-a-jeji-vyvoj/110
hydrometeorogického ústavu. (ČHMÚ). Okamžité údaje o rychlosti větru poskytují také různé meteorologické servery. K dispozici je i tzv. větrná mapa ČR. Slouží pro hrubé ověření, že dané místo je
pro stavbu větrné elektrárny vhodné. Následuje obvykle výpočet rychlosti větru pomocí matematického modelu. Před investičním rozhodnutím o stavbě je ale je nutné provést měření rychlosti
větru přímo v místě budoucí elektrárny. Měření by mělo trvat alespoň rok, měřící přístroj by měl
být v ideálním případě umístěn ve výšce osy budoucího rotoru elektrárny (vrtule). Obecně platí,
že aby byla větrná elektrárna dostatečně efektivní, měla by stát v místě, kde je průměrná roční
rychlost větru ve výšce 100 m nejméně 6 m/s.
Současným trendem je výstavba stále větších strojů, které mají průměr vrtule až 100 m a výšku
stožáru okolo 100 m). Důvodem jsou relativně nižší investiční náklady (jedna velká elektrárna je
levnější než dvě elektrárny polovičního výkonu). Dalším důvodem je lepší využití lokalit, kterých
je omezený počet. Ve vnitrozemí se staví stroje s výkonem až 2 000 kW. Na moři (poblíž pobřeží) se
využívají turbíny s výkonem až 5 MW. Naopak starší vnitrozemské elektrárny s výkony do 200 kW
se demontují a nahrazují silnějšími, i když jsou ještě provozuschopné. V ČR se však tyto repasované
stroje nepoužívají, protože nemají nárok na výhodné výkupní ceny.
Z předchozích obrázků je jasně patrný trend směřování vývoje k větším průměrům rotorů a vyšším stožárům VtE. Je to logické, neboť jestliže je k dispozici lokalita vhodná pro stavbu VtE, je
snahou vytěžit z ní maximum energie. Toho je možné vždy lépe dosáhnout použitím menšího počtu větších stojů, než naopak, neboť vyšší stožár vynese rotor do oblasti výrazně vyšších rychlostí
122
VĚTRNÁ ENERGIE
proudění a větší rotor sbírá energii větru z větší plochy. Jak uvádí odborníci na webových stránkách České společnosti pro větrnou energii potenciál lokality vhodné pro výstavbu větrné elektrárny lze efektivně využít pouze použitím moderních strojů s velkými rotory a vyššími stožáry.
Jejich efektivitu nelze nahradit ani použitím několikanásobně vyššího počtu malých elektráren
a nové typy strojů od renomovaných výrobců tento trend jen potvrzují.
PŘÍRODNÍ PODMÍNKY
Na rozdíl od přímořských zemí, kde je vítr relativně stálý, v podmínkách ČR je třeba počítat s tím,
že směr a rychlost větru se během roku výrazně mění. Většina velkých elektráren začíná pracovat
až při rychlosti větru okolo 4 m/s a jmenovitého výkonu dosahuje při rychlosti 12 až 16 m/s (43
až 58 km/h). To znamená, že velkou část roku elektrárny nepracují na plný výkon. Při velmi silném
větru (20 m/s = 72 km/h) se pak musí vrtule zastavit – to však není v ČR často. Dalším specifikem
typickým pro vnitrozemí je vytváření námrazy na lopatkách rotoru, což v zimě často znamená
nutnost zastavení elektrárny, i když vítr fouká. Využití výkonu větrných elektráren v ČR je asi 1600
hodin ročně (tj. jako by běžely na plný výkon jen asi dva a půl měsíce v roce a zbytek času stály, ve
skutečnosti se samozřejmě točí delší dobu, ale s nižším výkonem).
DALŠÍ OMEZENÍ
Mnoho lokalit s dostatečnou rychlostí větru leží v místech, kde je chráněné přírodní území. Jinde
je možno dostat se do konfliktu s požadavky na letecký provoz apod. Dalším problémem může
být výstavba elektrického vedení mezi elektrárnou a místem připojení k síti. Prakticky pro každý projekt větrné elektrárny (se stožárem vyšším než 35 m) se provádí posouzení vlivu na životní
prostředí (tzv. EIA). Hodnotí se především vliv na krajinný ráz, ptactvo a hlučnost. Kvůli hluku se
elektrárny musí stavět v dostatečné vzdálenosti od domů. Elektrárna by také nikdy neměla stát
v místě migračního tahu ptáků. Projekt větrných elektráren zpravidla vyžaduje změnu územního
plánu obce, v jejímž katastrálním území bude umístěn.
MALÉ VĚTRNÉ ELEKTRÁRNY
Na venkově v některých odlehlých místech není k dispozici elektřina ze sítě. Pořízení vlastního
zdroje pak může být levnější vybudování elektrického vedení. Pro tento účel se používají malé
větrné elektrárny s výkonem 0,5 až 5 kW a nebo fotovoltaické panely. V objektu se pak musí vybudovat tzv. ostrovní systém výroby elektřiny, jehož součástí jsou i akumulátory a řídící elektronika.
Pro rozvod elektřiny je pak možno využít rozvod stejnosměrného proudu s nízkým napětím (12
nebo 24 V). V objektech pro bydlení je v systému zapojen ještě střídač pro dodávku střídavého
proudu 220 V, elektroinstalace je pak obdobná jako v objektech připojených k síti a lze použít
běžné elektrospotřebiče. Autonomní systémy bývají doplněny fotovoltaickými panely pro léto,
kdy je méně větru ale více slunečního záření.
DALŠÍ VYUŽITÍ
Energii větru lze použít pro pohon vodních čerpadel, např. na pastvinách nebo pro zavlažování.
Kvůli nepravidelnosti je obvykle vhodné čerpat vodu do zásobníku. Jiným využitím jsou zařízení
pro čeření hladiny rybníků – proti zamrznutí v zimě a okysličování v letních měsících. Vítr se také
používá pro pohon větracích zařízení ve skladech a podobně.
123
VĚTRNÁ ENERGIE
124
VĚTRNÁ ENERGIE
U zařízení tohoto typu se můžeme častěji setkat s rotorem se svislou osou. Odpadá tak nutnost
natáčet vrtuli podle okamžitého směru větru. Rotor typu Savonius je také konstrukčně velmi jednoduchý – lze ho vyrobit i svépomocí, např. z plechového barelu.
ENERGIE VĚTRU V ČR
Energie větru je v České republice v převážné většině využívána k výrobě elektřiny určené k dodávkám do rozvodné sítě. Elektrárny s malým instalovaným výkonem slouží též pro vlastní potřebu majitele, jedná se však o ojedinělé instalace. V roce 2010 došlo k omezení připojování nových
zdrojů do distribuční sítě. Přesto, že u větrných elektráren nedošlo k tak razantnímu nárůstu instalovaného výkonu jako u fotovoltaických, nepřipojování se týká právě i větrných elektráren. V roce
2010 byl na území ČR instalovaný výkon větrných elektráren 217,8 MW. To je o 24,6 MW více než
v roce 2009. Hrubá výroba elektrické energie z větrných elektráren činila v roce 2010 celkem 335,5
GWh, zatímco v roce předchozím to bylo 288,1 GWh.
Výkon a výroba elektřiny ve větrných elektrárnách v ČR
Rok
Instalovaný výkon
v MW
Hrubá výroba elektřiny
v MWh
2003
10,6
4 893
2004
16,5
9 871
2005
22
21 280
2006
43,5
49 400
2007
113,8
125 100
2008
150,0
244 661
2009
193,2
288 067
2010
217,8
335 493
Pramen:Zpráva o plnění indikativního cíle výroby elektřiny z OZE za rok 2010, MPO 2011
Ke konci dubna 2012 byl na území ČR ve větrných elektrárnách instalován výkon v hodnotě 224,38
MW. Česká společnost pro větrnou energii počítá ve shodě s Národní akčním plánem, že v horizontu do roku 2020 by instalovaný výkon ve větrných elektrárnách měl vystoupat na úroveň asi
740 MW.
EKONOMICKÁ CHARAKTERISTIKA VYUŽÍVÁNÍ ENERGIE VĚTRU
Cenové rozhodnutí Energetického regulačního úřadu č. 7/2011 ze dne 23. listopadu 2011, kterým
se stanovuje podpora pro výrobu elektřiny z obnovitelných zdrojů energie, kombinované výroby
elektřiny a tepla a druhotných energetických zdrojů
Výkupní ceny a zelené bonusy pro větrné elektrárny
v Kč/MWh
Zelený bonus
v Kč/MWh
Větrná elektrárna uvedená do provozu od 1. ledna 2012 do 31. prosince 2012
2230
1790
Větrná elektrárna uvedená do provozu od 1. ledna 2011 do 31. prosince 2011
2280
1840
Větrná elektrárna uvedená do provozu od 1. ledna 2010 do 31. prosince 2010
2330
1890
Datum uvedení do provozu Výkupní ceny elektřiny dodané do sítě
Pramen: Česká společnost pro větrnou energii
125
VĚTRNÁ ENERGIE
Srovnání výkupních cen el. energie podle obnovitelných zdrojů ČR
Cena 2007
Kč/kWh
Cena 2008
Kč/kWh
Cena 2009
Kč/kWh
Cena 2010
Kč/kWh
Cena 2011
Kč/kWh
Cena 2012
Kč/kWh
Cena 2013
Kč/kWh
13,46
13,46
12,79
12,15
5,5
6,16
2,83
Větrné
elektrárny
2,46
2,46
2,34
2,23
2,23
2,23
2,12
Malé vodní
elektrárny
2,39
2,6
2,70
3,00
3,00
3,19
3,23
Biomasa
3,37
4,21
4,49
4,58
4,58
4,58
3,73
Bioplyn z BPS
3,04
3,9
4,12
4,12
4,12
4,12
3,55
Zdroj
Fotovoltaika**
* v grafu jsou v případě rozmezí cen pro různé kategorie uváděna maxima (jedná se zejména o biomasu a bioplyn) **
od roku 2011 jsou podporované pouze FVE s výkonem do 30 kWp, u FVE je proto uvedena cena pro FVE s výkonem do 30 kWp
Poznámka: V tabulce jsou uvedené výkupní ceny platné pro zdroje uváděné v daném roce do provozu.
Od roku 2013 dochází ke změně systému podpory, jejíž součástí je omezení možnosti volit podporu formou výkupních cen, větší množství nových zdrojů bude muset volit roční zelené bonusy
nebo hodinové zelené bonusy. Výše obou forem zelených bonusů se však vždy odvozuje od stanovené výkupní ceny, proto budeme pro porovnání zjednodušeně i nadále používat výkupní cenu
stanovenou Energetickým regulačním úřadem
KONKRÉTNÍ OPATŘENÍ TÝKAJÍCÍ SE OZE A ÚSPOR ENERGIÍ, KTERÁ JSOU
SOUČÁSTÍ ČESKÉHO PROTIKRIZOVÉHO PLÁNU, JSOU FORMULOVÁNA TAKTO: ­•
­•
Podpora využití obnovitelných zdrojů energie při výrobě elektřiny a tepla - odstraňování bariér pro vyšší využití obnovitelných zdrojů, pomoc českému zemědělství a lesnictví jako dodavateli energetické biomasy. Obě tato opatření přinesou zároveň snížení skleníkových emisí
i znečištění ovzduší. Při 8% podílu OZE vznikne asi 11-17 tis. pracovních míst.
Podpora energeticky efektivní výstavby - výstavba nízkoenergetických domů a budov
v pasivním energetickém standardu, zateplování veřejných budov, bytů a rodinných domů,
a tím snížení nákladů domácností a veřejné správy na provoz budov. V souvislosti s tímto
opatřením vznikne 20 tisíc pracovních míst.
Restrukturalizace ekonomiky směrem k vyšší udržitelnosti se odrazí v oblasti zaměstnanosti několika způsoby; dochází k vytváření nových pracovních příležitostí (např. v důsledku zavádění nových technologií), k nahrazování pracovních pozic (např. některé pracovní pozice budou nahrazeny přechodem z neobnovitelných paliv na obnovitelná, přechodem od skládkování k recyklaci
a energetickému využití odpadu), zániku pracovních pozic (některá pracovní místa mohou být
ztracena bez přímé náhrady, např. snížení výroby energie z neobnovitelných zdrojů, snížení těžby
neobnovitelných zdrojů, ukončení výroby určitých produktů) a transformaci pracovních pozic řada běžných zaměstnání se transformuje na více environmentálně šetrné. BUDOUCNOST VYUŽÍVÁNÍ VĚTRNÉ ENERGIE
Rozvoj větrné energetiky u nás začal zpomalovat přibližně kolem roku 2008, což souviselo jednak se začátkem finanční krize, která způsobila pro investory nepříznivé změny v úvěrové politice
bank. V letech 2009 – 2010 také došlo ke snížení výkupní ceny elektřiny z větrných elektráren.
126
VĚTRNÁ ENERGIE
Zdroj: http://www.csve.cz
Překotný nárůst výstavby fotovoltaických elektráren v minulých letech, který ve svém důsledku
vedl ke zvyšování ceny elektrické energie, se negativně podepsal na přístupu veřejnosti k otázce
využití obnovitelných zdrojů obecně. Větrná energetika se již dříve musela obtížně vyrovnávat
s předsudky lidí vzniklými v souvislosti s problémy první vlny výstavby větrných elektráren. Současná negativní společenská nálada však situaci ještě více komplikuje.
Solární „boom“ přinesl tak prudký nárůst objemu elektřiny dodávané do elektrizační soustavy, že
bylo na začátku roku 2010 nutné vyhlášení stop stavu pro připojování nových fotovoltaických, ale
i větrných elektráren. Tento stop stav trval až do září 2011, kdy byl sice uvolněn, zároveň však došlo
k výraznému legislativnímu zpřísnění celého procesu rezervace kapacity v elektrizační soustavě.
Oblast větrné energetiky tak v současnosti zažívá období stagnace, přičemž oživení tohoto sektoru je zatím v nedohlednu. Větrnou energetiku čeká v příštích letech řada novinek souvisejících
s výraznými legislativními změnami. Jaký konkrétní dopad tyto změny přinesou zatím však není
zcela jasné. Mnozí odborníci vidí budoucnost větrné energetiky v ČR spíše pesimisticky. Výstavba
větrných elektráren se u nás navíc stále častěji setkává s velkým odporem veřejnosti, úředníků
i politiků. Světové trendy ve využívání síly větru jdou však zcela opačným směrem a světová větrná
energetika zažívá velký rozmach. Je proto možné, že se i u nás začne situace v budoucnu postupně
měnit k lepšímu. Česká republika má velký nevyužitý potenciál pro výrobu energie z větru, myšlenka dalšího rozvoje tohoto odvětví je proto dosti reálná.
127
VĚTRNÁ ENERGIE
Energetický mix rok 2012
Zdroj: http://www.csve.cz
Energetický mix rok 2011
Zdroj: http://www.csve.cz
128
PŘÍLOHY
PŘÍLOHY
PŘEHLEDY JEDNOTEK
Jednotky a termíny pro objemové značení dřevní hmoty
Jednotka Název
Přepočet
Význam
krychle o hraně 1 m vyplněná dřevem bez mezer, 1 m3
skutečné dřevní hmoty („bez děr“)
Plm
plnometr = m3
Prm
prostorový metr = m3 p.
o. (tedy „prostorového
objemu“)
1 prm =
0,6 až 0,7
plm
Prms
prostorový metr sypaný
1 prms =
1 m3 volně loženého sypaného (nezhutňovaného) drobného
cca 0,4 plm nebo drceného dřeva
krychle o hraně 1 m vyplněná částečně dřevem s mezerami,
čili 1 m3 složeného dřeva štípaného nebo neštípaného („s
dírami“), např. dřevo v lese složené do „metrů“
Propočet jednotek
toe
MWh
GJ
1
11,630
41,868
MWh
0,08598
1
3,6
GJ
0,02388
0,2778
1
Toe
Množstevní předpony jednotek
Předpona
Značka
Násobek
exa
E
1018
peta
P
1015
tera
T
1012
giga
G
109
mega
M
106
kilo
k
103
hekta
h
102
deka
D
101
mili
m
10-3
Často užívané jednotky v energetice
GWh = 1 000 MWh = mil. kWh
PJ = 1 000 TJ = mil. kJ
GJ = 1 000 MJ = mil. kJ
GW = 1 000 MW = mil. kW
TJ = 1 000 GJ = 109 kJ
TWh = 1 000 GWh = mld. kWh
Dříve používaná jednotka „měrné palivo“ (mp)
kgmp = 7 000 kcal/kg = 29,3076 MJ
tmp = 7 Gcal/t = 29,3076 GJ
129
PŘÍLOHY
V mezinárodních statistikách se používá termín toe = tuna olejového (ropného) ekvivalentu
1 toe = 41,868 GJ
Uhlí 1 t = 0,619 toe
Lignit 1 t =0,405 toe
Koks 1 t = 0,667 toe
Plyn 1000 kWh = 0,077 toe
Propan butan 1 t = 1,095 toe
Dřevo 1 prostorový metr = 0,6 m3 = 0,147 toe
Dřevní štěpky 45 % vlhkost 1 t = 0,214 toe
Dřevní štěpky 20 % vlhkost 1 t = 0,343 toe
1 barel = 159 litrů
VÝKLADOVÝ SLOVNÍK ODBORNÝCH POJMŮ
NUTS
Nomenclature des unités territoriales statistique
NUTS 1 území ČR
NUTS 2 oblast (tj. sdružené kraje celkem 8)
NUTS 3 kraj (tj. vyšší územně správní celek VÚSC celkem 14)
NUTS 4 okresy (celkem 76 + 15 obvodů Prahy)
NUTS 5 obec (tj. zpravidla základní územní jednotka celkem 6 244)
CO2ekv
Jednotka CO2ekv vyjadřuje agregovanou hodnotu emisí skleníkových plynu, která
je kontrolována Protokolem. Při jejím vyjádření je zohledněna i hodnota globálního
parametru vlivu na oteplování (GWP), která je např. Pro CO2 rovna 1, pro CH4 21 a pro
N2O je rovna 310; hodnoty pro látky obsahující fluór se pohybují u jednotlivých plynu
v hodnotách rádu 103.
Emisní limity
Emisní limity znečišťujících látek jsou nejvyšší přístupné koncentrace znečišťujících látek
v odpadních plynech.
Energetický
audit
Energetický audit je soubor činností, jejichž výsledkem jsou informace o způsobech
a úrovni využívání energie a návrh opatření, které je třeba realizovat pro dosažení
energetických úspor.
HDP
Hrubý domácí produkt vyjadřuje souhrn veškeré finální produkce zboží a služeb
vyrobených v dané zemi během jednoho roku a z jeho definice lze dovodit určité
energetické a materiálové závislosti. Jeho hodnota je závislá na spotřebě surovin a energie
a tudíž přeneseně ovlivňuje i celkovou produkci skleníkových plynů.
Kogenerace
Kogenerace je kombinovaná výroba tepla a elektřiny.
Otopné období trvá od 1. 9. do 31. 5., přičemž dodávka tepla se zahájí, když průměrná
teplota venkovního vzduchu v příslušném místě nebo lokalitě poklesne pod +13°C
Otopné období denní
ve dvou dnech po sobě následujících a nelze očekávat zvýšení této teploty pro následující
den.
ppm
(parts per million) vyjadřuje koncentraci plynu ve vzduchu; je to koncentrace v objemových
částech v milionu; 1 ppm je jedna částice v milionu částic částic vzduchu neboli
desetitisícina objemového procenta
ppp
power purchasing parity (parita kupní síly; ekonomický ukazatel, který ilustruje vztah mezi
dvěma měnami formou vzájemného srovnání ceny dvou spotřebních košů v rozdílných
měnách).
Pyrolýzní
spalovna
Pyrolýzní spalovna je dvoustupňový systém degradace odpadů složený ze zplyňovací
jednotky a dohořívacího vysokoteplotního reaktoru.
Účinnost
výroby tepelné
energie
Účinnost výroby tepelné energie se stanoví jako poměr tepelné energie vyrobené v kotli
a energie paliva spáleného v kotli za stejnou dobu.
Výhřevnost
Výhřevnost je teplo uvolněné úplným spálením jednotkového množství paliva
stechiometrickým množstvím kyslíku nebo vzduchu za konstantního tlaku a teploty,
přičemž všechny produkty spalování ochlazené na výchozí teplotu jsou v plynném stavu.
Výtopna
Výtopna je tepelný zdroj pro vytápění a ohřev teplé užitkové vody.
130
PŘEHLED DOPORUČENÉ LITERATURY (I POUŽITÉ)
PŘEHLED DOPORUČENÉ LITERATURY
(I POUŽITÉ)
•
AMON, T. a kol.: Biomas. Strom aus Gülle und Biomase. Landwirtschaftsverlag Münster 2002,
s. 120
•
Anonym: Sborník referátů semináře: Energetické a průmyslové rostliny III. Chomutov 1997, s.
167, ISBN 80-238-1755-8
•
Beranovský, J., Truxa, J.: Alternativní energie pro váš dům, ERA, Brno, 2004.
•
Bericht des BML Jahre Nachwachsende Rohstoffe, 1998
•
Biomass action plan. Council of the European Union. Brussels, 13 December 2005, 15741/05,
ENER 201/ENV 598, s.47
•
CROME, H.: Technika využití energie větru – svépomocná stavba větrných zařízení, HEL,
Ostrava 2002
•
ČÍŽEK, V. (1993): Šlechtění a technologie pěstování rychle rostoucích dřevin [Závěrečná zpráva
DÚ 02 projektu Hodnocení produkce biomasy jako obnovitelného zdroje energie v krajině;
depon. In: Knih. VÚKOZ Průhonice, ZZ291]
•
DOUCHA a kol: Předpokládané dopady vstupu ČR do EU na české zemědělství. VÚZE Praha
1998, studie č. 48, s. 68 ISBN 80-85898-66-7
•
ENGUIDANOS, M., SORIA, A., CHRISTIDIS, P., KAVALOV, B.: Techno – economic analysis of Biodiesel production in the EU: a short summary for decision – makers. EC JRC Report EUR 20279 EN
•
EXNAR., P. et al: Lihovarnická příručka. Agrospoj, Praha, 1998, s.217
•
FLAIG, H. - MOHR, H. (1993): Energie aus Biomasse, eine Chance für Landwirtschaft, Springer.
376 s.
•GRAF,W.:Biogas für Österreich. 1994
•
HALLENGA, U.: Malá větrná elektrárna, HEL, Ostrava 1999
•
HAVLÍČKOVÁ K. (2000): Závěrečná zpráva dílčí etapy výzkumného projektu „Zdokonalování
stávajících technologií využívání obnovitelných zdrojů a úspor energie“, Etapa: Osvěta
a informatika využívání biomasy. VÚKOZ, Průhonice.
•
HAVLÍČKOVÁ K., KNÁPEK J., VAŠÍČEK J.,: Ekonomika plantáže rychle rostoucích dřevin. In:
Lesnická práce. Roč .82, č.6, 2003 s.25 – 27
•
HAVLÍČKOVÁ K.: Možnosti využití obnovitelných zdrojů energie na konkrétním příkladě obce
Šťáhlavy. Diplomová práce, UJEP Ústí nad Labem, fakulta životního prostředí (1999)
•
HERER, J.: Hanf. Zweitausendeins Frankfurt a. Main 1995, s. 489
131
PŘEHLED DOPORUČENÉ LITERATURY (I POUŽITÉ)
•
HEVIN, Ch. (1996): French overview on biomass crops. In: 9. konference o biomase Kodaň
•
HRABÁNKOVÁ M.: Využití strukturálních fondů EU v rozvoji venkova. Acta Universitatis
Bohemiae Meridionales, 2001
•
JEVIČ, P. - ŠEDIVÁ, Z.:Orientační posouzení konkurenceschopnosti biopaliv pro vznětové
motory po vstupu ČR do EU. Svaz výrobců bionafty 2002
•
JEVIČ, P. Importance of biofuels standardisation and present state in the Czech Republic. In:
Situation and Trends in Agricultural Engineering - Renewable Energy in Agriculture. Institut
für Agrartechnik Potsdam - Bornim, 1999. s. 119 – 124
•
JEVIČ, P.- ŠEDIVÁ, Z.: Aktuální stav výroby a odbytu biopaliv na bázi řepkového oleje v České
republice. Biom.cz, 27.11.2001, http://biom.cz/index.shtml?x=49021
•
JOACHIM, H. F. - HÜBENER, E. - Eberhardt, E.: Anbau und Bewirtschaftung von Pappeln
- langjährige Erfahrungen und Ergebnisse. Herausg. : Institut für Forstwissenschaften
Eberswalde č.15/1989
•
KÁRA, J. et al.: Kvantifikace a využití obnovitelných a druhotných zdrojů energie v zemědělství.
Závěrečná zpráva VÚZT Z-2299, Praha, 1995 s.143
•
KÁRA, J. et al.:výroba a využití ethanolu ze zemědělských plodin – užití, ekonomika, legislativa.
Závěrečná zpráva VÚZT Z-2305, Praha, 1996 s.73
•
KÁRA, J., ADAMOVSKÝ, R.: Praktická příručka - obnovitelné zdroje energie, MZE ČR, Praha,
1993.
•
KÁRA, J.: Využití druhotných a obnovitelných zdrojů energie. Metodiky pro zemědělskou praxi
ÚZPI , MZE Praha, 1994, 13, s.32
•
KLOBUŠNÍK, L.: Pelety palivo budoucnosti, Sdružení Harmonie, Č. Budějovice, 2003
•
KOČ, B.: Šance pro vítr. Ekocentrum, Brno, 1996.
•
kol. autorů: Obnovitelné zdroje energie. FCC Public, Praha, 1994, druhé upravené a doplněné
vydání 2001.
•
kol. MMR: Abeceda fondů Evropské unie 2007 – 2013, s.29
•
kol.: Energie – kde ji vzít? EkoWATT, Praha, 1993
•kol.: Holzpellets in Europa. BMVIT St. Polten 9/2000, 93 s.
•
kol.: Možnosti výroby a využití bioplynu v zemědělství. Sborník z konference Třeboň 2001
•
Kol.: Obnovitelné zdroje energie, MŽP ČR, Praha 2009
•
kol.: Plán rozvoje venkova a zemědělství ČR pro období 2000 – 2006, MZe a MMR,
132
PŘEHLED DOPORUČENÉ LITERATURY (I POUŽITÉ)
•
kol.: Průvodce fondy Evropské unie. MMR ČR, odbor vnějších vztahů Praha 2006, s. 237
•
kol.: Zemědělství 2010, MZe 2011
•
kol.:Situační a výhledová zpráva Len a konopí, MZe 2010, s. 49
•
kolektiv: Analýza možností využití bioplynu v podmínkách České republiky, Praha 2001
•
kolektiv: Návrh programu na podporu využití bioplynu v zemědělství a potravinářském
a zpracovatelském průmyslu. MZe 2000
•
kolektiv: sborník konference „Možnosti výroby a využití bioplynu v České republice.ČOV
Třeboň 2002, s. 98
•
KOM(2009) 147 v konečném znění BÍLÁ KNIHA Přizpůsobení se změně klimatu: směřování
k evropskému akčnímu rámci, Komise Evropských společenství 2009
•
KOVALOV, B.; PETEVES, S.D.: Impacts of the increasing automotive diesel consumption in the
EU. EC 2004, 38 s. ISBN 92-894-6088-1
•
KOVÁŘOVÁ, M. ABRHAM, Z. JEVIČ, P. ŠEDIVÁ, Z. KOCÁNOVÁ, V. (2002): Pěstování
a využití energetických a průmyslových plodin. Biom.cz, 10.7.2002, http://biom.cz/index.
shtml?x=95502
•
MATĚJOVSKÝ, V: Automobilová paliva. Grada Publishing, 2004 s.218, ISBN 80-247-0350-5
•
MOTTL, J.: Topoly a jejich uplatnění v zeleni. Aktuality VŠUOZ Průhonice 1989, s.164
•MOUDRÝ, J. – KALINOVÁ, J. - CELJAK, I.(2004): Výzkum možností nepotravinářské zemědělské
produkce v Jihočeském kraji. JČU. Podprojekt č.11 projektu 1-A 4/1
•
MOUDRÝ,J.; STRAŠIL, Z.“ Energetické plodiny v ekologickém zemědělství. Press Hradec
Králové 1998. s.56
•
MURTINGER, K., BERANOVSKÝ, J.: Energie z biomasy, ERA, Brno, 2006.
•
Národní program na zmírnění dopadů změny klimatu v ČR, MŽP
•
NTB to the development of liquid biofuels in Europe ADEME, 1999
•
Operační program Horizontální program rozvoje venkova MZe 2003 Operační program
Infrastruktura MŽP 2003
•
Operační program Rozvoj venkova a multifunkční zemědělství MZe 2003 a příručky pro
žadatele
•
PASTOREK, Z. – KÁRA, J. – JEVIČ, P.: Biomasa. Praha FCC PUBLIC 2004, s.286, ISBN 80-86534-06-5
•
PASTOREK, Z.: Využití biomasy k energetickým účelům. Obnovitelné zdroje energie FCC
Public, s.r.o. Praha 1994, s. 127
133
PŘEHLED DOPORUČENÉ LITERATURY (I POUŽITÉ)
•
PAŽOUT, F., HUTLA, P.: Praktická příručka obnovitelné zdroje energie 3/1993. MZE ČR, Praha,
1993.
•
PETR, J. – STEHNO, J.: Pěstování a využití triticale. Metodiky pro zemědělskou praxi ÚZPI , MZE
Praha, 1997, 6, s.34
•
PETŘÍKOVÁ, V.: Rostliny pro energetické využití. Česká energetická agentura Praha 1999, s.34
•
RYCHETNÍK, V., PAVELKA, J., JANOUŠEK, J.: Větrné motory a elektrárny. ČVUT, Praha, 1997.
•
SIMANOV, V.: Dříví jako energetická surovina. MZE ČR, Praha, 1993.
•
SIMANOV, Vladimír: Energetické využívání dříví. Terrapolis 1995 s. 115
•
SLÁDEK, I., RYCHETNÍK, V.: Větrná situace v ČR. Praha, 1989.
•
SLADKÝ, V.: Produkce a využití biomasy jako obnovitelného zdroje v krajině. VÚOZ Průhonice
1995, s. 102
•SOUČKOVÁ, H. – KALINOVÁ, J.: Renewable source of energy in the transport in the Czech
Republic. (Obnovitelné zdroje energie v dopravě v ČR). In: 14th European Conference and
Technology Exhibition on Biomass for Energy, Industry and Climate Protection. Paris, France
2005, pp. 1629 – 1631, ISBN 888900442–5-x, 20.10.2005,
•
SOUČKOVÁ, H. a kol.: Vyšší využití nepotravinářské zemědělské produkce v průmyslu.
Výzkumná zpráva. Praha: VÚZE, 2004. 52 s. Príl. 3.
•
SOUČKOVÁ, H. -SLADKÝ, V. – BERANOVSKÝ, J.:Úspory energie v zemědělství. Česká energetická
agentura 1999, s. 105
•
SOUČKOVÁ, H.,: Možnosti tekutých alternativních paliv v oblastech s antropogenní zátěží.
In: Studia Oecologica X. Antropogenní zátěže a revitalizace devastované krajiny UJEP Ústí n.
L.2000 s. 37 – 40, ISBN 80-7044-331-6
•SOUČKOVÁ, H.: Ekonomika pěstování rychle rostoucích dřevin v ČR. Sborník: CZ Biom z česko
- rakouského semináře. České Budějovice, Biomasa pro energii, 1996 s. 35 – 40
•SOUČKOVÁ, H.: Hodnocení obnovitelných zdrojů energie s pomocí programu GEMIS. In:
sborník Využití fytomasy pro energetické účely. JU České Budějovice 2005, s. 100 – 105, ISBN
80-7040-833-2
•SOUČKOVÁ, H.: Increase of renewable source of energy in the Czech Republic. (Nárůst
obnovitelných zdrojů energie v ČR). In: 12th European Conference and Technology Exhibition
on Biomass for Energy, Industry and Climate Protection. Amsterdam, the Netherlands 2002,
pp. 177 – 179, ISBN 888900442–5-x, 18. 6.2002
•SOUČKOVÁ, H.: Obnova malého a středního podnikání na venkově. VÚZE Praha, JČU České
Budějovice 2005, s. 62 ISBN 80-7040-856-1
134
PŘEHLED DOPORUČENÉ LITERATURY (I POUŽITÉ)
•SOUČKOVÁ, H.: Potenciál biomasy z rezortu zemědělství pro energetické využití. In:
Obnovitelné zdroje energie. Kroměříž, 1998, s. 57-60
•SOUČKOVÁ, H.: Přínosy prosperujícího zemědělství k sociálně ekonomickému rozvoji regionu.
In: Sborník z mezinárodní konference Občanská společnost a regionální politika EU. UJEP Ústí
n. L.2000 s. 120-125, ISBN 80‑7044‑309‑X.
•SOUČKOVÁ, H.: Rape methyl-ester as renewable energy resource in transport (Methylester
řepkového oleje jako obnovitelný zdroj energie v dopravě). AGRIC.ECON.-CZECH, 52, 2006
(5):244-249, ISSN 0139-570X
•SOUČKOVÁ, H.: Využití bioplynu v zemědělství. Česká energetická agentura 2001, s. 45
(publikace+CD)
•SOUČKOVÁ, H.: Využití nepotravinářské zemědělské produkce v ČR. Ekonomika
poľnohospodárstva, V., 2005 č.3., s. 41 – 48
•
SOUČKOVÁ, H.: Závěrečné zprávy VÚOZ Průhonice 1993 - 1995 výzkumného úkolu Hodnocení
produkce biomasy jako obnovitelného zdroje energie v krajině.
•
STRAKA, F.; KAJAN, M.;KUNČAROVÁ,M.: Databáze výrobců a uživatelů bioplynu v ČR. Ústav
pro výzkum a využití paliv a.s. Praha Běchovice 2004 s.114 + příloha
•
ŠINDELÁŘ, J. (1994): Zalesňování nelesních půd. Planeta č. 6, s.38 - 40
•
VINŠ, B. a kol.: Dopady možné změny klimatu na lesy v ČR. ČHMÚ 1996 s. 135, ISBN 80-85813-29-7
•VRÁBLÍKOVÁ, J. a kol.: Ekologické a ekonomické aspekty vlivu imisí na rostlinu a výši produkce
zemědělských plodin. Dílčí zpráva R-329-098. 11 s. ÚŽP Ústí n. L.
•VRÁBLÍKOVÁ, J.: Využití agroekosystému jako zdroje surovin pro energetiku a průmysl. Projekt
FRVŠ 0699/96. Dílčí zpráva. 29 s. FŽP UJEP Ústí n. L. 1996
•
VRÁBLÍKOVÁ, J.: Zavedení specializace revitalizace krajiny do výuky na FŽP UJEP. Projekt FRVŚ
0043 Závěrečná zpráva , 106 s. FŽP UJEP Ústí n. L. 1997
•
ZIMOVÁ, D.: Energetické plodiny (studie VTR). Rostlinná výroba. ÚZPI, Praha ,1991, 3, s.42
•
Zpráva o plnění indikativního cíle výroby elektřiny z OZE za rok 2010, MPO 2011, s.42
•
Zpráva o stavu českého zemědělství za roky 1994 – 2010, MZe
•
WWebové stránky Czech RE Agency – http://www.czrea.org
•www.eru.cz
•www.mze.cz
135
SEZNAM DOPORUČENÉ LITERATURY:
SEZNAM DOPORUČENÉ LITERATURY:
Solární zařízení
Ladener, Heinz
Původci: Späte, Franký
Vydáno: Praha : Grada Publishing, 2003
Rozsah: 267 s
Jazyk: čeština
ISBN: 80-247-0362-9
Biomasa
Pastorek, Zdeněk
Původci: Kára, Jaroslav; Jevič, Petr
Vydáno: Praha : FCC Public, 2004
Rozsah: 286 s
Jazyk: čeština
Udržitelné technologie pro rozvoj
Tožička, Tomáš, 1966Původci: Tožička, Tomáš, 1966Vydáno: Praha : Adra, 2009
Rozsah: 123 s.: il
Jazyk: čeština
ISBN: 978-80-254-6105-1
Malá větrná elektrárna
Hallenga, Uwe, 1960Původci: Mieszczak, E.
Vydáno: Ostrava : HEL, 1998
Rozsah: 63 s., 57 obr
Jazyk: čeština
ISBN: 80-86167-00-3
Malé vodní elektrárny
Část: 1.
Pažout, František, 1909Vydáno: Praha : Nakladatelství technické literatury, 1990
Rozsah: 504 s., 76 obr., 21 tb
Jazyk: čeština
Malé vodní elektrárny
Část: 2.
Bednář, Josef
Vydáno: Praha : Nakladatelství technické literatury, 1989
Rozsah: 237 s
Jazyk: čeština
136
SEZNAM DOPORUČENÉ LITERATURY:
Sluneční strategie
Scheer, Hermann
Původci: Smrž, Milan
Vydáno: [S. l.] : Nová Země, 1999
Rozsah: 284 s. : il
Jazyk: čeština
ISBN: 80-902535-0-4
Solární energie
Haller, Andreas
Vydáno: Praha : Grada Publishing, 2001
Rozsah: 177 s. : il
Jazyk: čeština
ISBN: 80-7169-580-7
Solární systémy
Themessl, Armin
Původci: Weiss, Werner
Vydáno: Praha : Grada Publishing, 2005
Rozsah: 116 s
Jazyk: čeština
ISBN: 80-247-0589-3
Zařízení se slunečními kolektory
Mittermair, Franz
Sauer, Werner; Weisse, Gerhard
Původci: Weniger, Jiří
Vydáno: Ostrava : HEL, 1995
Rozsah: 88 s. : il
Jazyk: čeština
ISBN: 80-86167-02-X
Obnovitelné zdroje energií
Quaschning, Volker, 1969Původci: Bartoš, Václav
Vydáno: Praha : Grada, 2010
Rozsah: 296 s.: barev. il
Jazyk: čeština
ISBN: 978-80-247-3250-3
Elektrický proud ze slunce
Henze, Andreas, 1967Původci: Hillebrand, Werner, 1969-; Losík, Václav, 1912Vydáno: Ostrava : HEL, 2000
Rozsah: 136 s
Jazyk: čeština
ISBN: 80-86167-12-7
137
SEZNAM DOPORUČENÉ LITERATURY:
Hlavní záhlaví Název Vydání Naklad.údaje ISBN Beranovský, Jiří, 1968Alternativní energie pro váš dům / Jiří Beranovský, Jan Truxa a kolektiv
1. vyd.
Praha : EkoWATT ; Šlapanice : ERA, 2003
ISBN 80-86517-59-4
Hlavní záhlaví Název Vydání Naklad.údaje ISBN Polák, Martin, 1975Bezlopatková miniturbína : cesta k energetickému využití nejmenších
vodních zdrojů / Martin Polák a kolektiv
1. vyd.
Praha : Česká technika - nakladatelství ČVUT, 2013
ISBN 978-80-01-05233-4
Hlavní záhlaví Název Vydání Naklad.údaje Fanchi, John R.
Energy in the 21st century / John R. Fanchi with Christopher J. Fanchi
2nd ed.
Singapore : World Scientific, c2011
Hlavní záhlaví Název Název originálu ISBN Quaschning, Volker, 1969Obnovitelné zdroje energií / Volker Quaschning
Erneuerbare Energien und Klimaschutz
ISBN 978-80-247-3250-3
Hlavní záhlaví Název Zdrojový dokument
Hlavní záhlaví Název Zdrojový dokument Tůma, Jan Podzemní vodní elektrárny / Jan Tůma Technik 1210-616X Roč. 18, č. 11 (listopad 2010),
s. 28-29 18:11 201011 Kaminský, Jaroslav, 1930Fakta o obnovitelných zdrojích / Jaroslav Kaminský
Uhlí rudy geologický průzkum 1210-7697 15, 8 (2008), s. 14-19 15:8 2008
Hlavní záhlaví Název Cvačka, Karel Připojování obnovitelných zdrojů elektrické energie k distribuční
a přenosové síti provozovatele distribuční a přenosové soustavy: disertační práce / Karel Cvačka Hlavní záhlaví Název Popis (rozsah) Zdrojový dokument Šobr, Miroslav
Využití mořské energie
= Utilization of Sea and Ocean Energy / Miroslav Šobr
2 il.
Geografické rozhledy 1210-3004 Roč. 20, č. 5 (2010/2011),
s. 26-27 20:5 2010/2011
138
UKÁZKA AKTIVITY PRO STUDENTY NA TÉMA ALTERNATIVNÍ ZDROJE ENERGIE
UKÁZKA AKTIVITY PRO STUDENTY NA
TÉMA ALTERNATIVNÍ ZDROJE ENERGIE
Název programu: Nejvíce morální, energie solární!
Anotace programu:
Víte, jakou rychlostí lidstvo spotřebovává zdroje energie? Dokážete porovnat jednotlivé druhy
energií, zjistit jejich výhody a nevýhody? Jsou některé druhy energií čistší než ty ostatní? Kolik
energie nám dává Slunce a jak ji dokážeme využít dnes, zítra nebo za 50 let? Jaká je situace v ČR
a dokážeme najít způsoby, jak energii ušetřit?
Všechny tyto otázky žáci v průběhu výukového programu řeší, a to aktivní formou samostatného
vyhledávání, zpracování a prezentování informací.
Aktivity v programu: simulační hra, řízená diskuse, porovnávání zdrojů energie, informace o spotřebě a úspoře energie, využití solární energie
Průřezová témata, která program naplňuje:
Environmentální výchova • porovnání obnovitelných a neobnovitelných zdrojů energie
• vztah člověk k životnímu prostředí
• globální problémy – nedostatek zdrojů
• udržitelný a neudržitelný způsob života
• budoucnost obnovitelných a neobnovitelných zdrojů energie
• těžba a devastace krajiny
Výchova k myšlení v evropských a globálních souvislostech
• řešení globálních problémů
• energie v ČR a ve světě
• světové zásoby energie, náhled do budoucnosti
Osobnostní a sociální výchova
• řešení problémů
• konfrontace s názory ostatních
• diskuze na dané téma
Klíčové kompetence, které program naplňuje:
K výuce – žáci se učí zpracovávat informace, které si přečtou, nebo uslyší. Učí se nové pojmy, termíny používat v souvislostech
K řešení problémů – žáci se učí přemýšlet o možnostech využití obnovitelných zdrojů energie,
z debaty vyvozují možnosti, jak energií šetřit
Komunikativní – žáci naslouchají výkladu i názorům ostatních a zapojují se do diskuze. Učí se prezentovat napsaný text a obhájit svůj názor před ostatními
Sociální a personální – žáci se učí spolupracovat v náhodně nebo v účelně vytvořených skupinách.
Společně hledají řešení situace. Ale mají i prostor na vytvoření vlastního názoru a vyjádřit ho postavením pod nepravdivý výrok o energii, či náhledem do budoucnosti.
139
UKÁZKA AKTIVITY PRO STUDENTY NA TÉMA ALTERNATIVNÍ ZDROJE ENERGIE
Občanské – žáci se učí k odpovědnému jednání při využívání a úsporám energií, dozví se informace o ČR v porovnání se situací v jiných částech světa.
Délka trvání: 90 – 135 min
Cílová skupina: 2. stupeň, střední škola
Cíle programu:
1. Seznámit žáky s různými druhy energie, procvičit schopnost formulovat jejich výhody, nevýhody a objektivně porovnávat jednotlivé alternativy mezi sebou. Předat žákům informace
o možnostech využívání různých zdrojů energie ve světě i v ČR.
2. Dovést žáky k přemýšlení nad energetickou spotřebou lidstva v minulosti, přítomnosti i budoucnosti v ČR i ve světě. Je dnešní spotřeba trvale udržitelná?
3. Ukázat žákům možnosti šetření energie v domácnostech.
Pomůcky: rozstříhané mapky ČR (mapa vodní E, větrné E, solární E, biomasy, jaderné E a E z tepelných elektráren), plakáty s informacemi o OZE a NEOZE, zpětný projektor, průsvitky se spotřebou
energie v domácnosti, výroky o solární E, nůžky, novinový arch, psací potřeby, papíry
Průběh programu:
1) Uvedení do tématu – stříhání novin (viz ČAP)
2) OZE a NEOZE. Vedoucí hry se zeptá: Jaký zdroj mohly noviny představovat – obnovitelný či
neobnovitelný? Společně si vysvětlíme, jaký je rozdíl mezi OZE a NEOZE. Lektor rozdělí tabuli
na dvě poloviny. Na jednu stranu zapisuje OZE na druhou NEOZE, podle toho, jak tyto zdroje
žáci formulují. Vyvěsíme plakáty s informacemi o obnovitelných a neobnovitelných zdrojích
energie.
3) Porovnávání druhů energie
Každý účastník si vylosuje kousek mapy s vyznačením rozšíření různých energetických zařízení na území ČR a hledá k sobě patřící členy tak, aby z mozaiky vznikly ucelené mapy. Když
jsou utvořeny skupinky po 4-5 žácích, zjišťuje vedoucí hry, jaký druh energie má skupinka
na starosti. Každá skupinka dostane velký papír a fixy a jejich úkolem je sepsat výhody a nevýhody jejich energetických zdrojů. Do jednoho sloupce žáci zapisují klady, do druhého zápory.
Úkolem každé skupiny je zamyslet se nad samotným druhem energie, jak ji lze získat, jak využívat, jak je finančně nákladná, ale i jaké výhody a nevýhody představuje samotná stavba
elektrárny. Žáci mohou použít informace z vyvěšených plakátů. Vedoucí hry by měl zjistit, zda
jednotlivé skupinky mají dostatečné informace o energetických zdrojích, podle potřeby tyto
informace doplnit.
Následně každá ze skupin prezentuje výsledky své práce a následně diskutuje nad klady a zápory jednotlivých druhů energie. Po zhodnocení následuje otázka, který druh energie se žákům jeví jako nejlepší (dlouhodobě udržitelný, ekonomicky příznivý, šetrný k životnímu prostředí apod.)
4) Diskuse o energii solární.
Lektor položí otázku, jak v průběhu času využívalo lidstvo solární energii – primárně?
Účastníci odpovídají – sušení masa, vaření na rozpálených kamenech, sušení hliněných destiček apod.. Energii, kterou nám dává Slunce, využívá lidstvo po věky věků. Bez Slunce by
na Zemi nebyl život.
Doplňující informace a ukázky přístrojů na solární energii.
140
UKÁZKA AKTIVITY PRO STUDENTY NA TÉMA ALTERNATIVNÍ ZDROJE ENERGIE
5)Přestávka
6) Pravdivost výroků. Během přestávky vyvěsíme ve třídě 5 – 6 výroků o solární energii nebo
o zdrojích energie. Jeden z výroků je nepravdivý. Úkolem každého žáka je výroky přečíst a postavit se pod ten, o kterém si myslí, že je nepravdivý. Po rozdělení všech účastníků vyhodnocuje vedoucí hry, který výrok je nepravdivý a proč, používá informace a podobné související
výroky (viz informace k výrokům). Cílem je dozvědět se zajímavé informace o možnostech
využití solární energie.
1.Celková energetická spotřeba České republiky je pokryta z 10% energií solární
Nepravdivý výrok.
2. Ve slunečním vařiči se voda na kávu uvaří asi za 10 min
(zrcadlo ze sklolaminátu se polepí hliníkem, vařič se otáčí kolem své osy).
Pravdivý výrok (ekodům)
3. Na Zemi je 22 milionů km2 pouští. Pro Evropu je nejblíže Sahara, která má rozlohu
7 milionů km2. Z jedné desetiny Sahary bychom dnešní technikou získávali asi
50 terawattů, což je 5 x více než lidstvo potřebuje. Elektrická energie
ze solárních panelů by se mohla převádět přes Gibraltar do Evropy.
Pravdivý výrok
4.Kdybychom naráz spálili všechny lesy, zásoby uhlí, rašeliny a ropy, neuvolní se
při tom více energie, než kolik obdrží Země od Slunce za 3 dny.
Pravdivý výrok
5. 90% světové spotřeby energie pochází z neobnovitelných zdrojů.
Pravdivý výrok
6. 13 milionů m2 solárních panelů v Evropě ušetří 500 000 tun ropy.
Pravdivý výrok
7.Budoucnost.
Účastníci se libovolně rozdělí do dvojic a pokusí se formulovat, jak si myslí, že to za 50 let bude vypadat s energií, se zdroji či se spotřebou. Všechny úvahy se dají do losovací ošatky tak, aby nebylo vidět co je na nich napsané. Postupně si každá dvojice vytáhne jednu
úvahu, přečte ji nahlas a odpoví, zda souhlasí, či ne a proč. Na závěr aktivity lektor žáky seznámí se skutečnou prognózou energetické situace za 50 let.
141
UKÁZKA AKTIVITY PRO STUDENTY NA TÉMA ALTERNATIVNÍ ZDROJE ENERGIE
UKÁZKA AKTIVITY PRO STUDENTY NA
TÉMA ALTERNATIVNÍ ZDROJE ENERGIE
Název programu: Nejvíce morální, energie solární!
Anotace programu:
Víte, jakou rychlostí lidstvo spotřebovává zdroje energie? Dokážete porovnat jednotlivé druhy
energií, zjistit jejich výhody a nevýhody? Jsou některé druhy energií čistší než ty ostatní? Kolik
energie nám dává Slunce a jak ji dokážeme využít dnes, zítra nebo za 50 let? Jaká je situace v ČR
a dokážeme najít způsoby, jak energii ušetřit?
Všechny tyto otázky žáci v průběhu výukového programu řeší, a to aktivní formou samostatného
vyhledávání, zpracování a prezentování informací.
Aktivity v programu: simulační hra, řízená diskuse, porovnávání zdrojů energie, informace o spotřebě a úspoře energie, využití solární energie
Průřezová témata, která program naplňuje:
Environmentální výchova • porovnání obnovitelných a neobnovitelných zdrojů energie
• vztah člověk k životnímu prostředí
• globální problémy – nedostatek zdrojů
• udržitelný a neudržitelný způsob života
• budoucnost obnovitelných a neobnovitelných zdrojů energie
• těžba a devastace krajiny
Výchova k myšlení v evropských a globálních souvislostech
• řešení globálních problémů
• energie v ČR a ve světě
• světové zásoby energie, náhled do budoucnosti
Osobnostní a sociální výchova
• řešení problémů
• konfrontace s názory ostatních
• diskuze na dané téma
Klíčové kompetence, které program naplňuje:
K výuce – žáci se učí zpracovávat informace, které si přečtou, nebo uslyší. Učí se nové pojmy, termíny používat v souvislostech
K řešení problémů – žáci se učí přemýšlet o možnostech využití obnovitelných zdrojů energie,
z debaty vyvozují možnosti, jak energií šetřit
Komunikativní – žáci naslouchají výkladu i názorům ostatních a zapojují se do diskuze. Učí se prezentovat napsaný text a obhájit svůj názor před ostatními
Sociální a personální – žáci se učí spolupracovat v náhodně nebo v účelně vytvořených skupinách.
Společně hledají řešení situace. Ale mají i prostor na vytvoření vlastního názoru a vyjádřit ho postavením pod nepravdivý výrok o energii, či náhledem do budoucnosti.
142
UKÁZKA AKTIVITY PRO STUDENTY NA TÉMA ALTERNATIVNÍ ZDROJE ENERGIE
Občanské – žáci se učí k odpovědnému jednání při využívání a úsporám energií, dozví se informace o ČR v porovnání se situací v jiných částech světa.
Délka trvání: 90 – 135 min
Cílová skupina: 2. stupeň, střední škola
Cíle programu:
1. Seznámit žáky s různými druhy energie, procvičit schopnost formulovat jejich výhody, nevýhody a objektivně porovnávat jednotlivé alternativy mezi sebou. Předat žákům informace
o možnostech využívání různých zdrojů energie ve světě i v ČR.
2. Dovést žáky k přemýšlení nad energetickou spotřebou lidstva v minulosti, přítomnosti i budoucnosti v ČR i ve světě. Je dnešní spotřeba trvale udržitelná?
3. Ukázat žákům možnosti šetření energie v domácnostech.
Pomůcky: rozstříhané mapky ČR (mapa vodní E, větrné E, solární E, biomasy, jaderné E a E z tepelných elektráren), plakáty s informacemi o OZE a NEOZE, zpětný projektor, průsvitky se spotřebou
energie v domácnosti, výroky o solární E, nůžky, novinový arch, psací potřeby, papíry
Průběh programu:
8) Uvedení do tématu – stříhání novin (viz ČAP)
9) OZE a NEOZE. Vedoucí hry se zeptá: Jaký zdroj mohly noviny představovat – obnovitelný či
neobnovitelný? Společně si vysvětlíme, jaký je rozdíl mezi OZE a NEOZE. Lektor rozdělí tabuli
na dvě poloviny. Na jednu stranu zapisuje OZE na druhou NEOZE, podle toho, jak tyto zdroje
žáci formulují. Vyvěsíme plakáty s informacemi o obnovitelných a neobnovitelných zdrojích
energie.
10) Porovnávání druhů energie
Každý účastník si vylosuje kousek mapy s vyznačením rozšíření různých energetických zařízení na území ČR a hledá k sobě patřící členy tak, aby z mozaiky vznikly ucelené mapy. Když
jsou utvořeny skupinky po 4-5 žácích, zjišťuje vedoucí hry, jaký druh energie má skupinka
na starosti. Každá skupinka dostane velký papír a fixy a jejich úkolem je sepsat výhody a nevýhody jejich energetických zdrojů. Do jednoho sloupce žáci zapisují klady, do druhého zápory.
Úkolem každé skupiny je zamyslet se nad samotným druhem energie, jak ji lze získat, jak
využívat, jak je finančně nákladná, ale i jaké výhody a nevýhody představuje samotná stavba
elektrárny. Žáci mohou použít informace z vyvěšených plakátů. Vedoucí hry by měl zjistit, zda
jednotlivé skupinky mají dostatečné informace o energetických zdrojích, podle potřeby tyto
informace doplnit.
Následně každá ze skupin prezentuje výsledky své práce a poté diskutuje nad klady a zápory
jednotlivých druhů energie. Po zhodnocení následuje otázka, který druh energie se žákům
jeví jako nejlepší (dlouhodobě udržitelný, ekonomicky příznivý, šetrný k životnímu prostředí
apod.)
11) Diskuze o energii solární.
Lektor položí otázku, jak v průběhu času využívalo lidstvo solární energii – primárně?
Účastníci odpovídají – sušení masa, vaření na rozpálených kamenech, sušení hliněných destiček apod.. Energii, kterou nám dává Slunce využívá, lidstvo po věky věků. Bez Slunce by
na Zemi nebyl život.
Doplňující informace a ukázky přístrojů na solární energii.
143
UKÁZKA AKTIVITY PRO STUDENTY NA TÉMA ALTERNATIVNÍ ZDROJE ENERGIE
12)Přestávka
13) Pravdivost výroků. Během přestávky vyvěsíme ve třídě 5 – 6 výroků o solární energii nebo
o zdrojích energie. Jeden z výroků je nepravdivý. Úkolem každého žáka je výroky přečíst a postavit se pod ten, o kterém si myslí, že je nepravdivý. Po rozdělení všech účastníků vyhodnocuje vedoucí hry, který výrok je nepravdivý a proč, používá informace a podobné související
výroky (viz informace k výrokům). Cílem je dozvědět se zajímavé informace o možnostech
využití solární energie.
1.Celková energetická spotřeba České republiky je pokryta z 10% energií solární
Nepravdivý výrok.
2. Ve slunečním vařiči se voda na kávu uvaří asi za 10 min (zrcadlo ze sklolaminátu se polepí hliníkem, vařič se otáčí kolem své osy).
Pravdivý výrok (ekodům)
3. Na Zemi je 22 milionů km2 pouští. Pro Evropu je nejblíže Sahara, která má rozlohu
7 milionů km2. Z jedné desetiny Sahary bychom dnešní technikou získávali asi 50 terawattů, což je 5 x více než lidstvo potřebuje. Elektrická energie ze solárních
panelů by se mohla převádět přes Gibraltar do Evropy.
Pravdivý výrok
4. Kdybychom naráz spálili všechny lesy, zásoby uhlí, rašeliny a ropy, neuvolní se při tom více energie, než kolik obdrží Země od Slunce za 3 dny.
Pravdivý výrok
5. 90% světové spotřeby energie pochází z neobnovitelných zdrojů.
Pravdivý výrok
6. 13 milionů m2 solárních panelů v Evropě ušetří 500 000 tun ropy.
Pravdivý výrok
7.Budoucnost .
Účastníci se libovolně rozdělí do dvojic a pokusí se formulovat, jak si myslí, že to za 50 let bude vypadat s energií, se zdroji či se spotřebou. Všechny úvahy se dají do losovací ošatky tak, aby nebylo vidět, co je na nich napsané. Postupně si každá dvojice vytáhne jednu
úvahu, přečte ji nahlas a odpoví, zda souhlasí, či ne a proč. Na závěr aktivity lektor žáky seznámí se skutečnou prognózou energetické situace za 50 let.
144
Poznámky:
Poznámky:
145
Název projektu:
Multilaterální vzdělávání v oblasti
alternativních zdrojů energie
Registrační číslo:
CZ.1.07/1.3.49/02.0004
www.vzdelavani-meres.cz
NorthCom, spol. s r. o.
V. Majakovského 2093, 434 01 Most
www.northcom.cz
METODICKÁ PŘÍRUČKA
Alternativní zdroje energie
Název projektu:
Multilaterální vzdělávání v oblasti
alternativních zdrojů energie
Registrační číslo:
CZ.1.07/1.3.49/02.0004
www.vzdelavani-meres.cz
Download

Alternativní zdroje energie