Chcete nezávislosť od dodávkek energie?

Naše civilizovaná společnost ztrácí schopnost našich dědečků používat „zdravý selský rozum“. Vinu můžeme hledat v jísté míře přetechnizování či v záplavě informací nejrůznějšího druhu.  Na vše dnes existuje stovky argumentů pro a proti, kde není lehké přiřadit jednotlivým prvkům, datům a tvrzením tu správnou váhu a pak je jednoduše matematicky vyhodnotit. Použijeme-li ovšem sérii základních otázek aplikovanou na jednotlivce,  odpovědi budou z drtivé většiny naprosto stejné…

 

Chci být závislý na dodávkách energie? Chci platit drahé energie? Chci platit každý rok víc a víc bez možnosti toto ovlivnit? Chci, aby produkce energie poškozovala mé prostředí, či ovzduší?  Chci dnes spotřebovat zásoby energie tak, že mé děti již nebudou mít možnost tuto energii využívat? Naše odpověď na všechny zní „NE“.

Obecně o energii
Vyjdeme-li z odpovědí, jakožto definice při hledání vhodné energie, dostaneme se do oblasti přírodních potenciálů zdrojů energie, jakými jsou voda, vítr, slunce, geotermální energie. V těchto případech se shodneme na jejich nevyčerpatelnosti, obnovitelnosti, nepoškozování okolí a ovzduší a jejich „ nekonečném“ potenciálu pro lidské využití. 
Velkou slabinou našich současných energetických systémů je jejich „on-line“ výroba a spotřeba, které jsou v dnešní společnosti  v reálném čase v rovnováze. Další velkou slabinou je centralizovaná výroba a distribuce těchto systémů, kde výpadek zdroje znamená okamžitou nefunkčnost až zastavení dodávané služby pro velkou skupinu spotřebitelů. Pokud bychom chtěli dosáhnout optimální a jistější sytém, bylo by potřeba energii vyrobit „do zásoby“ v portfoliu decentralizovaných jednotek. Toto by nám zajistilo nezávislost na „on-line“ spotřebě v daném čase, a možnost velmi snadno reagovat na výpadek jednotlivých zdrojů, který by na spotřebitele ani dolehnout nemohl, protože konzumace energie probíhá z jakéhosi „skladu“ , který byl vytvořen (a je neustále doplňován) dle potřeby před jeho faktickou spotřebou. 
Tento systém dnes naprosto bezpečně funguje v potravinách  - jídlo vyrobeno a baleno s dlouhou dobou spotřeby.


Záleží nám na tom, v jakém světě budou žít naše děti
V roce 2008 byla celková spotřeba energie v ČR 464 412 GWh. Pouze 4,15 % (19 265 GWh) bylo vyrobeno pomocí obnovitelných zdrojů energie. Pouhých 0,29 % (56 GWh) z této hodnoty bylo vyrobeno pomocí solárně termických kolektorů. Z celkové energetické spotřeby tak bylo vyrobeno pomocí solárních kolektorů pouhých 0,012 %.
V roce 2009 se sice tyto poměry trochu zlepšily, ale ne nijak výrazně. Celková spotřeba energie v ČR byla 420 237 GWh, pomocí OZE jsme vyrobili 4,92 % (20 695 GWh). Solární kolektory k tomu pak přispěly výrobou energie ve výši  0,35 % (72,2 GWh). Z celkové energetické spotřeby ČR to pak znamená 0,017 % (Data převzaty z údajů českého statistického úřadu).

Energie slunce a její využití
Faktem je, že sluneční energie je schopna naprosto hravě vyřešit celkové energetické potřeby dané lokality, státu i světa. Otázkou je, jakou technologií a za jakou cenu. Z části již jsou obě otázky velmi pozitivně zodpovídány technologickým vývojem, investicemi a směrem, kterým kráčí civilizovaný svět.
Náklady na realizaci jeden Kwp nominálního instalovaného výkonu, který v praxi na roční bázi vyprodukuje cca 1000 Kwh, klesly za posledních 6 let více jak čtyřnásobně a nacházejí se hluboko pod hranicí 40 000 Kč. Díky tomu se stalo generování elektrické energie z FV panelů záležitostí, která pro svou životaschopnost nebude nadále potřebovat finanční subvence a v brzké době se stane standartní součástí nově navrhovaných budov a jejich stěn, ktoré budou plnit také funkci generátoru energie.
Málokdo si uvědomuje, že při běžném slunečním dnu dopadne za hodinu  na plochu našeho státu stejné množství energie, jaké všechna naše konvenční elektro energetická zařízení vyprodukují za celý rok přeměnnou fosilních paliv. My, lidé, máme možnost tuto obrovskou sumu naprosto čisté energii buď dále nechávat bez povšimnutí, nebo začít intenzivně využívat a zacílit úsilí do rozvíjení sofistikovanějších a efektivnějších technologií pro její zpracování, skladování a nejvhodnější distribuci.
Sluneční energie využíváme pro výrobu elektrické energie skrze fotovoltaické panely – elektrárny a pro výrobu tepelné energie skrze solárně termické kolektory. Otázky jsou, jak tuto energii  vyrobenou v době její malé spotřeby (letní sezona) uchovávat, skladovat do období s malou výrobou, ale velkou spotřebou (zima).

Solární teplárny
Jednou z odpovědí na tato témata jsou solární teplárny (správně výtopny) společnosti Barx Energy. Generují tepelnou energii ze slunce a ukládají ji v sezonní akumulační nádrži odkud je dále v průběhu roku nelineárně spotřebovávána. Pro výrobu je použito solárně termických kolektorů s vakuovými trubicemi, které umožňují provoz s minimálními ztrátami při výrobě. Zároveń dosahují vysokých účinností konverze energie slunečního spektra v době s velkými rozdíly teploty okolí a tepla transportovaného do akumulačního zásobníku. Jako teplonosné a skladovací medium je užita upravená voda. Tato díky svým fyzikálním vlastnostem a ekonomice investic a provozu nejlépe splňuje podmínky jedné z důležitých komponent systému.
Obrovskou výhodou řešení je možnost dimenzování pro libovolnou aplikaci od malého nízkoenergetického rodinného domku až po libovolně velké město. Jelikož energetický zdroj (slunce) není třeba nikam dopravovat a je dostupný všude a všem, je dimenzování systému pouze otázkou velikosti solárního pole a zásobníku. Solární pole je rovněž možno umístit na střechy stávajících objektů -  na továrny, obchodní domy, bazény, sportovní haly, či nad komunikace, na volné pozemky a u nových staveb jej přímo integrovat jak součást budov.
Solární teplárna se skládá ze čtyř hlavních prvků:
Solárně termické pole (vakuové kolektory)
Akumulační zásobník
Rozvody tepla
Řídící systém


Příklady z ciziny
V Mnichově dokážou vytápět několik bytových domů podobně, jako námi prezentované řešení. Pouze fakt, že tento projekt má nedostatečnou velikost zásobníku zásobníku (5 700 m3 zásobník, 2 900 m3) a solárního pole mu brání v tom, aby domy zásoboval teplem v průběhu celé zimy. Zásobník se přibližně v lednu vybije a zbytek zimy, tak musí být domy dohřívány z místního teplárny. Avšak do té doby, je veškerá spotřeba pokrývána pouze energií ze slunce, která je do zásobníku ukládána v průběhu léta. Důvodem, proč nebyl např. tento solární systém dimenzován na 100 % pokrytí energetických potřeb pro vytápění a ohřev TUV, je především ekonomický. Systém byl postaven z dotace Eropské unie, z příspěvku města Mnichov a německé vlády. Celkové náklady dosáhly 5,1 mil eur, čím se celý systém stává pro investora ekonomicky nerentabilním - pokud se mu nepodaří získat pro svůj projekt dotace od státu či z evropských fondů. V zimní sezoně roku 2008/2009 se v Mnichově podařilo pokrýt 48 % celkových energetických potřeb. Celkem ze slunečního zdroje dodali 809 MWh, zbylých 1007 MWh doplnili prostřednictvím CZT. Pokud se však podíváme na ekonomický přínos projektu a vezmeme v úvahu např, průměrnou cenu tepla v ČR pro rok 2011 (530 Kč/GJ), pak 809 MWh představuje něco málo přes 1,5 mil Kč. Porovnáním s hodnotou investice 5,1 mil EUR dostaneme návratnost přes 80 let. Pokud by se jim podařilo snížit investiční náklady a vybudovat tak systém dvojnásobně veliký, pominuly by tak pro ně všechny překážky pro vybudování 100 % řešení pro vytápění sluncem.

Solární pole
Jedním z klíčových prvků systému je volba kolektorů, ze kterých bude solární pole složeno. Dnes se na trhu běžně objevují především 2 typy kolektorů. Více rozšířeným je běžný plochý kolektor. Tento kolektor se běžně prodává za nižší ceny, avšak je více vhodný pro systémy pro ohřev teplé užitkové vody, či ohřev bazénů. Je totiž opatřen tepelnou izolací pouze zespodu. Jeho konstrukce mu nedovoluje umístit tepelnou izolaci na horní část (zasklení). Díky tomu kolektory vyrábějí teplo pouze, pokud venku nejsou nízké teploty a pokud je dostatečné sluneční záření. Pokud je venku pod mrakem, či teploty pod bodem mrazu, jsou kolektory téměř neúčinné.
Vakuové kolektory mají dvojí zasklení a mezi těmito skly je vakuum. Díky tomu jsou od okolního prostředí ze všech stran odděleny tepelnou izolací. Mohou tak vyrábět teplo i v zimě při nízkých venkovních teplotách nebo pokud je slunce pod mrakem. Hodnota záření při zamračeném dni je 50 a 150 wattu na 1m2. Vakuové kolektory dokážou absorbovat i tuto energii. Přesto, že jejich cena je vyšší, používáme v našich projektech výhradně kolektory vakuové. Sluneční ozáření se v naší zemi pohybuje mezi hodnotami 950 - 1100 kWh/m2/rok, v závislosti na geografické poloze. Samozřejmostí je, že žádný systém nemůže fungovat se 100 % účinností. Ztráty vznikaji už při samotné výrobě této energie a to odrazem slunečního záření od povrchu kolektorů. Pak pokračují při dopravě energie do zásobníků, při skladování v zásobníku a naposledy při dopravě tepla k odběrateli. Díky tomu se tak skutečný zisk systému snižuje na méně než 50 % oproti množství energie, které na zemský povrch dopadá. Další fakt, který ovlivňuje energetický zisk solárního systému je jeho orientace vůči azimutu a také sklon k zemské ose. V poslední řadě je vhodné zmínit, že solární zisk je možné získat jedině jeho pohlcením absorpční plochou plochou kolektoru. Tato plocha je u vakuových trubicových kolektorů řádově poloviční oproti ploše instalované. Absorpční plocha kolektoru je plocha, která umí skutečně absorbovat sluneční záření, - nepočítá se konstrukce kolektorů, zasklení či jiné prvky, které nedokáží energii absorbovat.

Akumulační zásobník
Srdcem solární teplárny je veliký zásobník dimenzovaný úměrně k velikosti výrobního solárně termického pole, roční otopové křivce dodávek, tepelnému spádu na sekundárním okruhu, celkovým ztrátám systému. A samozřejmě, duležité je celkové roční množství požadovaného tepla, který je v průběhu léta nahříván až na teplotu 95 °C. Této teploty dosáhne zásobník na podzim, na počátku topné sezóny. V průběhu zimy je ochlazován až na teplotu 30 – 50 °C, kdy je z pohledu využitelnosti pro vytápění a ohřev TUV „energeticky prázdný“. Důležité pro nádrž je její nízká tepelná ztráta, které je dosahováno dostatečně silnou izolační vrstvou  nádrže. Velikost nádrže vzhledem k množství energie, kterou je možné do nádrže uložit, je závislá na teplotním spádu systému. Čím nižší je teplotní spád nutný pro provoz systému, tím větší množství energie je možné do nádrže uložit. Čím vyšší spád je, tím větší nádrž je třeba vybudovat. Nízký tepelný spád tak snižuje celkové investiční náklady projektu. U velkých systémů připadá v úvahu i optimalizace teplovodů či předávacích stanic. V rámci projektů, které připravujeme v několika městech v ČR, bude v několika z nich součástí realizace projektu právě plánovaná rekonstrukce CZT společně se snížením teplotního spádu systému.

Rozvody tepla
Tato část systému není ničím specifická oproti klasickým tepelným rozvodům. Důraz je kladen na dostatečnou tepelnou izolaci, která snižuje tepelné ztráty a zvyšuje účinnost celého systému.

Řídící systém
Jelikož akumulační nádrž v sobě ukrývá stratifikační technologii, umožňující ukládat vodu o různé teplotě do různých teplotních vrstev/oblastí v zásobníku, je potřeba řídící systém s unikátní logikou, pro správnou funkci solárního pole, zásobníku i celého systému. Celý systém tak umožňuje současné dobíjení různých oblastí zásobníků ze solárního pole, které může mít ve stejný okamžik segmenty o různých teplotách. Součástí řídícího systému musí být i svázání s meteorologickou předpovědí počasí a predikce chování systému. Stejně tak zodpovědné plánování nabíjení zásobníku v průběhu roku s ohledem na očekávanou energetickou spotřebu systému v průběhu topné sezony.


Modelový příklad výstavby solární teplárny
Tímto způsobem bude vybudována solární teplárna, která nahradí současnou plynovou teplárnu. Ta v současnosti zásobuje obec s 10 000 obyvateli v jižních Čechách. Spotřeba tepla, odebírána každoročně, je 55 000 GJ až 60 000 GJ. Obec je vytápěna  z 30 % centrálně z této teplárny.
V rámci náhrady současného řešení solární teplárnou bude instalován systém s následujícími parametry:
Instalace 50 000 m2 solárně termických panelů
Výstavba akumulační nádrže s vnitřním objemem cca 300 000 m3.
Potřebná  plocha pozemků cca 12 ha
Napojení na stávající horkovodní/teplovodní rozvody
Cena dodávek tepla na úrovni 400 Kč/GJ, fixace po dobu 10 let
Celkové investiční náklady 180 - 220 mil. Kč
Provozní roční náklady 1 - 2 mil. Kč
Za poslední rok sme prošli stovkami rozhovorů z řad zájemců, odborníků i oponentů, diskuzemi. Mnoho oponentních ekonomických úvah bylo jednoduše založeno na mylném předpokladu, že se jedná o dvouplášťovou železobetonovou nádrž s mezistěnovou izolací, což  je nerealistické. Jde o kompozitové akumulační nádrži. Technologie výstavby nemá s konvenčími stavebními systémy mnoho společného.  


Fyzikální ani přírodní zákony nejsou odrazem našich přání. Jsou to jednoduše fakta, ať s nimi chceme nebo nechceme souhlasit a ať se nám líbí nebo ne. Proto bychom se měli snažít využít je ve prospěch člověka a celé společnosti.

A na závěr bychom chtěli připomenout myšlenku velikána světového rozměru Thomase Edisona, jejíž stáří je nyní téměř sto let a již tenkrát bylo zřejmé moudrým a osvíceným poukázáním, kudy vede cesta.. “I’d put my money on the sun and solar energy. What a source of power! I hope we don’t have to wait until oil and coal run out before we tackle that. I wish I had more years left.”

Text: Ing. Tomáš Kopecký,
Lukáš Květoun

Späť

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
3 + 6 =
Odoslanie formulára