Výroba energie z obnovitelných zdrojů

Bez energie se již v současnosti neobejdeme. Její ceny se však stále zvyšují, existující zdroje mají navíc svá omezení. Východisko tedy hledáme v obnovitelných energetických zdrojích (OZE).

Pod pojmem obnovitelné energetické zdroje se soustřeďují přírodní zdroje energie, které se mohou obnovovat částečně či zcela. Nejvíce využívané jsou v současnosti energie vody, slunce, větru a biomasy, ovšem na různých místech světa lze v závislosti na místních podmínkách využívat i energii geotermální či energii mořského přílivu. Započítat bychom sem měli také tepelná čerpadla, která využívají energii vzduchu, vody a země nebo jejich kombinaci. U nás je obecně využívána na velkých vodních dílech energie vody, zde je ovšem kapacita již víceméně naplněna, existují však stále lokality, vhodné pro stavbu malých vodních elektráren. Ve stále větší míře je využívána energie slunce, větru a biomasy.

Vodní energetické zdroje

V ČR jsou v současnosti nejčetnějším zdrojem elektrické energie vodní elektrárny. Významný podíl na tom mají především velké vodní elektrárny, které se sice do obnovitelných zdrojů energie nepočítají, mají zde však své místo, neboť šetří životní prostředí. Obnovitelnými zdroji energie jsou takzvané malé vodní elektrárny s instalovaným výkonem do 10 MW. Těch je u nás v současnosti více než 500. Za pomoci sluneční energie a zemské gravitace vzniká při koloběhu vody vodní energie, která je na různých místech Země použita především k výrobě elektřiny ve vodních elektrárnách, kde je využíváno působení či spolupůsobení kinetické energie vody (rychlosti a spádu), a její potenciální energie (gravitace a výškového rozdílu hladin – tlaku vody). Malé vodní elektrárny lze ve výčtu OZE u nás považovat za perspektivní, neboť mohou vznikat na stávajících jezech, v místě bývalých mlýnů či pil. Jejich podstatnou nevýhodou je především náročné povolovací řízení, složitost realizace a dlouhá návratnost investovaných finančních prostředků. Slouží také často jako sezónní zdroje, neboť průtoky toků, na nichž jsou stavěny, jsou závislé na počasí a ročním období.

Sluneční energie

Za základní obnovitelný energetický zdroj je považována energie slunce, a je pravdou, že energie většiny dalších obnovitelných zdrojů mají svůj původ právě v ní. Sluneční záření lze využívat pasivně či aktivně. Pasivně, tedy bez použití technických zařízení, je využíváno například v architektuře, kdy jsou konstrukcemi či použitými materiály cíleně regulovány tepelné zisky ze slunečního záření. Aktivně lze energii slunce využívat pomocí solárně-termických či fotovoltaických panelů, kdy je přeměňována na teplo nebo elektřinu.

Míru využití solární energie ovlivňuje intenzita slunečního záření – v ČR se jeho průměrná hodnota pohybuje v rozmezí 950 až 1 340 kWh na m² za rok. Počet slunečních hodin činí v průměru 1330 až 1800 ročně, při slunečném bezmračném počasí je výkon slunečního záření cca 1 kW/m². Efektivitu ovlivňuje i daná lokalita, kde jsou panely instalovány (přesné údaje poskytuje Český hydrometeorologický ústav), její nadmořská výška, a na délku i intenzitu slunečního záření mají kromě ročního období vliv místní klimatické podmínky, oblačnost, mlhy a podobně. Důležitá je samozřejmě kvalita použitého solárního systému.

1. Intenzita a úhel dopadu slunečního záření, které dopadá na vodorovnou rovinu, střechu nebo fasádu
2. Celodenní sluneční energie dopadající na sklonitou plochu

Energie z biomasy

Biomasou je hmota organického původu, tedy rostlinná i živočišná, a to buď z potravinářské, nebo rostlinné výroby. Mohou se zpracovávat odpady ze zemědělské či lesní produkce (odpadní dřevo, sláma, travní porosty), nebo cíleně produkovaná fytomasa, tedy energetické plodiny (řepka olejka, cukrová řepa pro biopaliva, rychle rostoucí dřeviny či traviny pro vytápění). Energii z biomasy využívají především města, obce či firmy pro výrobu elektřiny, tepla a pohonných hmot (biopaliv). Energii z biomasy lze získat suchými nebo mokrými procesy, suché neboli termochemické procesy jsou spalování (za přístupu vzduchu) a zplyňování (bez přístupu vzduchu), mokré, tedy biochemické pak kvašení a vyhnívání. Zatím k nejvyužívanějším způsobům získávání tepla z biomasy patří spalování dřevního paliva, neboť odpadní dřevní hmota je relativně dostupná a jde o způsob nejlevnější. Dále jsou bio chemickou přeměnou v bioplynových stanicích vyráběna paliva pro spalovací motory, tato technologie bývá často využívána v čistírnách odpadních vod. Předností využívání biomasy je současná likvidace odpadních látek, nevýhodou je nutnost její přepravy do míst odběru tepla či elektřiny, pracnost a náročnost na prostor.

Větrné elektrárny

Vítr vzniká při nerovnoměrném ohřívání Země, kdy dochází prouděním vzduchu k vyrovnávání rozdílů tlaků u zemského povrchu. Energie větru je využívána především k výrobě elektrické energie, pro provoz větrných elektráren je však nutná minimální rychlost větru 6 m/s. V současné době se nominální výkon těchto elektráren u nás pohybuje od 300 kW do 2 MW, podle některých údajů byly v ČR na počátku roku 2012 instalovány větrné elektrárny o celkovém výkonu vyšším než 220 MW. Ve světě je jejich využívání velmi časté, menší elektrárny či větrné farmy jsou budovány v místech s dostatečným a poměrně stálým prouděním větru, jejich nevýhodou je negativní vliv na krajinný ráz a v osídlených oblastech i na běžný život obyvatel v lokalitě. V zemi s hustým osídlením, jako je ČR, je tedy jejich instalace velmi problematická.

Geotermální energie

Geotermální energie je tepelnou energií zemského jádra a jejími vnějšími projevy jsou sopečné erupce a gejzíry. Ve významné míře je využívána ve vulkanicky aktivních oblastech na Islandu, v USA, Salvadoru aj., a to buď k výrobě elektrické energie v geotermálních elektrárnách, v nichž pohání turbíny horká pára, stoupající pod tlakem z gejzírů a horkých pramenů, nebo k vytápění. V USA funguje i hybridní systém s FVE. Geotermální energie je sice řazena k OZE, v některých případech však jde o zdroje vyčerpatelné v řádu desítek let. Geotermální elektrárny pracují na suchou (Dry steam) nebo mokrou páru (Flash steam), případně na binárním principu (Binary cycle). Suchá pára přímo ze Země pohání turbínu, v případě mokré páry je voda přeměněna na páru, která následně pohání turbínu, v binárních elektrárnách zahřívá vřelá voda tekutinu o výrazně nižším bodu varu, než má sama. U nás je geotermální energie používána k vytápění, výhledově se uvažuje i o geotermálních elektrárnách, ovšem přístup k této energii je zde nesnadný a dostatečná teplota Země je až v hloubce cca 5 km, to vše zvyšuje náklady na jejich budování. V úvahu přichází elektrárny typu HDR („hot dry rock”), kdy je v uzavřeném okruhu jedním vrtem, hlubokým cca 5000 m, vedena k suché horké hornině studená voda, a dvěma bočními je ohřátá vedena zpět. Vedlejším produktem je teplo, které je využíváno k vytápění bytů. Lokality, o nichž se uvažuje, jsou Litoměřice, Lovosice či Frýdlantský výběžek. V Litoměřicích byl proveden úspěšně průzkumný vrt a realizace projektu se připravuje, ve stádiu posuzování jsou i další projekty. Jakýkoli veřejný projekt, založený na využití geotermální energie musí být posouzen z hlediska analýzy rizik, definované standardem EU č. 85/337/EEC.

Výhodou geotermální energie je čistota zdroje, stálost výkonu a téměř bezobslužný provoz, z globálního hlediska jde o jeden z nejperspektivnějších zdrojů energie. Pokud jde o systém HDR, v Evropě s ním není příliš zkušeností. Jde o projekty technicky komplikované a finančně velmi náročné (geotermální elektrárna je zatím přibližně 5× dražší, než jaderná elek trárna), návratnost těchto prostředků je nejistá. Vzhledem k tomu, že musí být umístěny v blízkosti osídlení (je nutné spojení s teplárnou), přináší jejich budování a provoz také určitá rizika pro obyvatelstvo.

Tepelná čerpadla

Mezi OZE počítáme i tepelná čerpadla, neboť využívají energii prostředí – vzduch, půdu, vodu. Jejich provoz je vysoce úsporný – spotřebují cca čtvrtinu či třetinu energie, kterou do systému dodají. Fungují na principu odnímání tepla z prostředí v okolí vytápěného objektu. Podle druhu využívané energie se dělí na typy země-voda (využívá energii země prostřednictvím zemní sondy nebo kolektoru), voda-voda (zdrojem energie je spodní voda) a vzduch-voda (zdrojem energie je venkovní vzduch). Tepelné čerpadlo tvoří dvě části – venkovní a vnitřní. Vnitřní část zajišťuje předávání tepla do topného systému a je možné ji umístit ve sklepě či technické místnosti domu. Venkovní jednotka zajišťuje odebírání tepla z daného prostředí, její podoba a velikost závisí na konkrétním zdroji tepla.

Energie moří a oceánů

V tomto směru by v úvahu přicházela energie příboje, která je obzvláště v bouřích velmi velká, energie mořských proudů, a také energie přílivu. Zatímco první dvě varianty jsou stále především ve stádiu úvah, neboť realizace elektráren, pracujících na tomto principu by byla konstrukčně, technologicky i finančně velmi náročná, v případě přílivových elektráren je situace optimističtější. Za prapředky těchto elektráren lze považovat francouzské přílivové mlýny ze 13. století, první skutečná moderní přílivová elektrárna byla uvedena do provozu již v roce 1966 v Bretani, kde je přílivová voda posilována navíc tokem řeky. Elektrárna je vybavena takzvanými reverzními turbínami, pracuje tedy v době přílivu i odlivu. Elektráren tohoto typu není zatím mnoho, neboť mají řadu nevýhod – doba, kdy produkují energii, se často neshoduje s potřebami energetické sítě, místa vhodná pro jejich stavbu jsou vzdálená od místa možné spotřeby.

Studená fúze

Dalším způsobem, který by v budoucnu mohl pomoci řešit naši potřebu energie, je takzvaná studená fúze. Jde o zvláštní princip jaderné fúze, probíhající při nízkých teplotách, který byl popsán v roce 1989 při elektrolýze těžké vody (oxidu deuteria), ovšem jednoznačné důkazy o jeho provedení nebyly zatím předloženy. Jedná se o možnost bezpečně a při zanedbatelných nákladech generovat obrovské množství energie. Jde o čistý, a životní prostředí nezatěžující zdroj energie. A ač je zatím jeho využívání „ve hvězdách”, stane se možná jednou energetickým zdrojem číslo jedna.