Alternativní zdroje energie Petr Münster 3.ročník, GRKA Brno, 2004 Tenčící se zásoby Proč se vůbec zabývat jinou alternativou výroby energie? - Planeta Země poskytuje neuvěřitelné možnosti využití její energie a zdarma. - Těžba paliv, které jsou navíc součástí historie vývoje Země, se podepisuje na krajině. - Obnovitelné zdroje energie mohou pomoci snížit znečištění, přinést prosperitu regionům a vytvořit tisíce pracovních míst. - Nevyhnutelné vyčerpání zásob nerostných surovin nás donutí sáhnout po jiných možnostech, proto je lepší být připraven. Jaké jsou alternativy: energie větru, Slunce, vody a nitra Země. Energie větru Využití síly větru už v Babylóně a Číně pro čerpání vody; první větrné mlýny v Persii. Dnes uvádí evropské studie, že v Evropě je možné umístit 400 000 generátorů, které by současné evropské energetické požadavky nasytily 3krát. * Největší generátor na světě LS-1 (1987 Orkneje) vyrobí ve špičce 3 MW. Technické možnosti: * Vrtule -- má nejvyšší možnou dosažitelnou účinnost, max. 45%. Vrtule je rychloběžný typ větrného motoru. Rychloběžnost může dosahovat hodnoty kolem 10. Maximální účinnosti vrtule dosahuje při rychloběžnosti 6. Počet listů vrtule bývá 1 až 4. Používá se pro výrobu třífázového elektrického proudu. * Lopatkové kolo -- je pomaloběžný větrný motor. Počet lopatek bývá 12 a 24, běžný průměr lopatkového kola je 5 až 8m. Maximální účinnosti je dosahováno při rychloběžnosti 1. Účinnost 20 -- 43%. Používá se pro výrobu elektrického proudu pro vlastní spotřebu, čerpání vody. * Darrieův rotor -- skládá se ze dvou či více křídel, které rotují kolem vertikální osy. Účinnost je až 38%. Používá se pro výrobu stejnosměrného i střídavého proudu * Savoniův rotor -- je tvořen dvěma plochami ve tvaru půlválců, které jsou vzájemně přesazeny. Maximální účinnosti je dosahováno při rychloběžnosti 0,9 až 1. Účinnost až 23%. Používá se pro výrobu stejnosměrného proudu, čerpání vody. Energie větru Využití větrných elektráren je ve světě již běžné. Jen v Kalifornii je 16 000 turbín. Výhody: - při vlastní spotřebě elektrické energie se vyhneme přenosovým ztrátám. - žádné škodlivé emise - přebytky elektrické energie lze prodávat do veřejné rozvodné sítě - využití půdy pod vrtulemi Nevýhody: - poměrně vysoká hlučnost (hygienické požadavky pod 45 dB) - nestabilní zdroj - časově a finančně náročná předrealizační fáze. - vysoké investiční náklady na výkonnější elektrárny, výhodné pozemky - ohrožení létavé fauny Energie ze Slunce Energie slunečních paprsků dopadajících na Zemi je 12 000krát větší než celosvětová spotřeba paliva. Sluneční energii využíváme třemi způsoby: - solární články převádí záření přímo na elektrickou energii - solární ohřívače s černými povrchy protékající vodou - solární pece složené ze zrcadel (Odellio, Francie -- 33 000 °C) Výhody: - nepotřebuje palivo, neprodukuje odpad - v určitých zemích nahrazuje energii z příliš vzdálených zdrojů Nevýhody: - nepracuje v noci - nákladná výstavba - solární panely jsou vzhledem k životnosti neefektivní - potřeba velké plochy v klimaticky nepříznivé oblasti Energie ze Slunce * Sluneční elektrárna v Kalifornii Solar One s nejvyšší elektrárenskou věží (90m) produkující 10MW zabírá plochu asi 70 fotbalových hřišť. * Největší evropská solární elektrárna je ve Francii -- Themis 1981; 2,5 MW. Budoucnost ? * Solární věž -- plán obrovského skleníku, ve kterém se ohřátý vzduch tlačí nahoru do věže s turbínou. * Plány na photovoltaickou stanici na Marsu Energie vody * První využití vody pro výrobu elektřiny -- 1882, the Fox river, USA ; dost pro dvě pily a dům. * Přehradní nádrže -- čím větší hloubka, tím rychleji voda proudí pod větším tlakem - nejvýkonnější hydroelektrárna je Itaipú: max. 12,6 GW , 62 000 m3. * Přečerpávací elektrárny - spád vody, rychlá reakce na zvýšenou spotřebu el. Výhody: - v případě potřeby většího odběru je výhodou mít zásobu vody hned za hrází + povodně - vodní elektrárny jsou schopny velmi rychle zvýšit svůj výkon na max. - voda je spolehlivější zdroj než vítr nebo slunce - bez odpadů nebo znečištění - konstantní dodávka elektřiny Nevýhody: - drahá výstavba - záplava rozsáhlých území nad hrází - změna množství, popř. kvality vody pod hrází Energie mořského dmutí * Už od 18. století se objevují přílivové mlýny. * Princip přehrady s obousměrnou turbínou v tunelu hráze. * Největší přílivová elektrárna na světě přehrazuje estuárium řeky Rance v severní Francii (58-86) -- 24 obousměrných turbín, 240MW. * Plán "Severn Barrage" z Brean Down v Somersetu do Lavernock Point ve Walesu -- 200 turbín, 8GW, 7 let. Výhody: - neprodukuje skleníkové plyny ani odpady - pravidelně se opakující zdroj energie - nenáročnost údržby Nevýhody: - nákladná výstavba - ovlivňuje krajinu - fungování omezeno na dobu dmutí - málo příhodných míst pro výstavbu Energie mořských vln * Využití energie vlnění je zatím velice malé. * Každá vlna vzdutého moře při pobřeží Velké Británie má nepřetržitě po celý rok na jeden metr své délky výkon 50 až 80 kWh. * Řešení: zakotvené pontony, řada plováků, bóje, umělé ostrovy s přehradou. * Vlnová elektrárna Pelamis -- dlouhá tuba pohybující se na volném moři. Výhody: - nepotřebuje palivo, neprodukuje odpad - nenáročná na provoz a údržbu Nevýhody: - podmíněno vlnami - vyžaduje místo se stále silnými vlnami - hlučnost u některých typů - vyžaduje odolnost vůči jakémukoliv počasí Energie příbojů * Příbojová elektrárna přeměňuje energii mořského vlnění na elektrickou energii pomocí speciálních Wellsových vzduchových turbín. Kolísání vodního sloupce v betonové šachtě střídavě protlačuje a nasává vzduch jako píst. * Typický výkon příbřežních mořských vln: 40 až 80 kW na 1 m délky. * Celkový potenciál mořského vlnění je odhadován na 2 700 GW. * Limpet (Land Installed Marine Powered Energy Transformer) -- Islay Isl., 500kW. Mořské proudy * Obrovské podmořské turbíny, využívající oblastí s rychlým prouděním mořské vody vyvolané dmutím. * Hlavní výhodou je pravidelnost přílivů, oproti nevypočítavým jevům počasí. * Turbíny s rotorem až 20m v průměru jsou však zatím ve vývoji. - z 1 m3 vody 0,8 kW, celkový energetický výkon Golfského proudu 25 tisíc MW. Biomasa * Dřevo -- jako palivo ztrácí na významu. * Cukrová třtina -- kvašením vzniká alkohol, jehož spalováním se získává energie. Rozdrcená třtina (bagasa) -- spalováním vzniká pára na pohon turbín. * Bionafta z řepky olejné -- metylester řepkových mastných kyselin. * Technologie Biofluid -- zplyňování biomasy a tříděného odpadu. * Přeměnou organických látek z odpadů uchovávaných v zemi vznikají přírodní paliva: metan, zemní plyn a olej. Jako odpadu se mohou použít dřevěné odštěpky, hnůj, řasy, stébla obilí, aj. Výhody: - není tak závislá na zdrojích Země - stále levnější - organický odpad je tam, kde jsme i my Nevýhody: - některé materiály nejsou dostupné po celý rok - skleníkové plyny při spalování - problémy s uskladněním dostatečného množství odpadu Odpady * Asi polovina světového odpadu tvoří papír, kuchyňský odpad Ľ, desetinu plasty. * Pouze 20% z odpadů je nespalitelných * USA: množství odpadu by mohlo poskytnout tolik energie jako 100 mil. tun uhlí. * Spalovny hlavně v Evropě a Japonsku, celosvětově více než 350. * Třídění odpadů: oddělení těžkého odpadu, organický materiál na kompost, zbylý papír a textil se lisuje do válců jako palivo. Tlením odpadů v zemi vzniká metan -- existuje 140 jednotek v 15 zemích určených na uskladnění a výrobu tepla a elektřiny * Recyklace Geotermální energie * Využití tepelné energie produkované jádrem naší planety je efektivní především v sopečných oblastech, kde se vyskytují termální prameny, gejzíry a pára unikající ze Země. Většina elektráren se tak nachází na Islandu, Novém Zélandu, Mexiku, Kalifornii, Filipínách, atd. První byla postavena 1904 v severní Itálii (Larderello-pára). * Stačí i horké horniny -- Camborne v Cornwallu. Výhody: - neznečišťuje krajinu, nezpůsobuje skleníkový efekt. - elektrárny nepotřebují velký prostor - ani žádné palivo Nevýhody: - nedají se stavět všude - roli hraje typ hornin - na povrch se mohou dostat nežádoucí látky nebo Geotermální elektrárna Rotokawa na Novém Zélandu, Mighty River Power Porovnání ? * Vodní elektrárna Itaipú 12 600 MW * Přílivová elektrárna La Rance 240 MW * Spalovna Michigan 35 MW * Geotermální elektrárna Rotokawa 25 MW * Elektrárna na biomasu Skotsko 23 MW * Větrná elektrárna Orkneje 3 MW * Sluneční elektrárna Themis 2,5 MW * Turbína v mořském proudu UK 1 MW * Pelamis 0,75 MW * Limpet Irsko 0,5 MW Legislativa * Vinou chybějící legislativy sektor obnovitelných zdrojů v současné době stagnuje. Česká republika tak zaostává za vyspělými evropskými zeměmi, které v posledních letech zaznamenaly boom ve využívání těchto čistých zdrojů energie. Evropská směrnice ukládá České republice, aby k datu svého přistoupení k Evropské unii přijala zákon na podporu obnovitelných zdrojů energie. Během prvních měsíců roku 2004 bude tento zákon projednávat a schvalovat parlament. * Pro skutečně účinnou, koncepční a dlouhodobou podporu je nutné, aby nový zákon: - podporoval jednoduchými a účinnými mechanismy výrobu elektřiny i tepelné energie z obnovitelných zdrojů. - garantoval podnikatelům v tomto oboru dlouhodobou jistotu výnosů, která zaručí návratnost investic včetně přiměřeného zisku -- to je podmínkou pro získání bankovních úvěrů na tyto projekty. - motivoval úřady k podpoře obnovitelných zdrojů stanovením konkrétního závazného cíle -- 8% podílu obnovitelných zdrojů na hrubé spotřebě elektřiny v roce 2010 (k dosažení tohoto výsledku jsme se už zavázali ve smlouvě o přistoupení k Evropské unii) a vyjadřoval zájem v nastoleném trendu pokračovat i nadále. - zjednodušil administrativní procedury při výstavbě a provozování zařízení na výrobu elektřiny a tepla z obnovitelných zdrojů. Zdroje * http://www.darvill.clara.net/altenerg/index.htm * http://www.ateko.cz/html_cz/produkty/zdroje.htm * http://mujweb.cz/www/hvladimir/08_09/09_elektrarny.html * http://www.oceanpd.com/LatestNews/default.html