Ekologické zhoršování a vyčerpávání přírodních zdrojů nás nutí přemýšlet o tom, jak získávat elektřinu a teplo z obnovitelných zdrojů.
V tomto článku vám řekneme, jak alternativní energie funguje a proč ji mnoho zemí volí.
Co je alternativní energie?
Energie může být obnovitelná (alternativní) nebo neobnovitelná (tradiční).
Alternativní zdroje energie jsou obyčejné přírodní jevy, nevyčerpatelné zdroje, které se vyrábí přirozeně. Tato energie se také nazývá regenerační nebo „zelená“.
Neobnovitelnými zdroji jsou ropa, zemní plyn a uhlí. Hledají náhradu, protože jim může dojít. S jejich používáním souvisí i emise oxidu uhličitého, skleníkový efekt a globální oteplování.
Lidstvo získává energii především spalováním fosilních paliv a provozem jaderných elektráren. Alternativní energie jsou metody, které poskytují energii šetrnějším způsobem a způsobují menší škody. Je potřeba nejen pro průmyslové účely, ale i v jednoduchých domech pro vytápění, ohřev vody, osvětlení a elektroniku.
Obnovitelné zdroje energie
- Sluníčko
- Vodní proudy
- Vítr
- Přílivy
- Biopalivo (palivo z rostlinných nebo živočišných surovin)
- Geotermální teplo (vnitřek Země)
Alternativní energie
1. Sluneční energie
Jeden z nejvýkonnějších typů alternativních zdrojů energie. Nejčastěji se přeměňuje na elektřinu pomocí solárních panelů. Energie, kterou Slunce vyšle na Zemi za den, vystačí pro celou planetu na celý rok. Z celkového objemu však roční výroba elektřiny ze solárních elektráren nepřesahuje 2 %.
Hlavní nevýhodou je závislost na počasí a denní době. Pro severní země je těžba solární energie nerentabilní. Konstrukce jsou drahé, je třeba je „hlídat“ a samotné solární články, které obsahují toxické látky (olovo, gallium, arsen), musí být včas zlikvidovány. Pro vysoký výkon jsou zapotřebí velké plochy.
Solární elektřina je běžná tam, kde je levnější než obvykle: vzdálené obydlené ostrovy a zemědělské oblasti, vesmírné a námořní stanice. V teplých zemích s vysokými tarify elektřiny dokáže pokrýt potřeby typického domova. Například v Izraeli se 80 % vody ohřívá solární energií.
Baterie se instalují také do bezpilotních prostředků, letadel, vzducholodí a vlaků Hyperloop.
2. Větrná energie
Zásoby větrné energie jsou 100krát větší než energetické zásoby všech řek na planetě. Větrné elektrárny pomáhají přeměňovat vítr na elektrickou, tepelnou a mechanickou energii. Hlavním zařízením jsou větrné generátory (pro výrobu elektřiny) a větrné mlýny (pro mechanickou energii).
Tento typ obnovitelné energie je dobře rozvinutý – zejména v Dánsku, Portugalsku, Španělsku, Irsku a Německu. Na začátku roku 2016 výkon všech větrných generátorů překonal celkový instalovaný výkon jaderné energie.
Nevýhodou je, že se nedá ovládat (síla větru není konstantní). Větrné turbíny mohou také způsobovat rádiové rušení a ovlivňovat klima, protože odebírají část kinetické energie větru – ačkoli vědci zatím nevědí, zda je to dobré nebo špatné.
3. Vodní energie
K přeměně pohybu vody na elektřinu jsou potřeba vodní elektrárny (VVE) s přehradami a nádržemi. Jsou umístěny na řekách se silnými průtoky, které nevysychají. Přehrady se staví za účelem dosažení určitého tlaku vody – nutí k pohybu lopatky hydraulické turbíny a pohání elektrické generátory.
Stavba vodních elektráren je dražší a obtížnější než klasické elektrárny, ale cena elektřiny (u ruských vodních elektráren) je dvakrát nižší. Turbíny mohou pracovat v různých režimech výkonu a řídit výrobu elektřiny.
4. Energie vln
Existuje mnoho způsobů, jak vyrábět elektřinu z vln, ale pouze tři fungují efektivně. Liší se podle typu vodovodních instalací. Jedná se o komory, jejichž spodní část je ponořena do vody, plováky nebo instalace s umělým atolem.
Takové vlnové elektrárny přenášejí kinetickou energii mořských nebo oceánských vln kabelem na pevninu, kde se na speciálních stanicích přeměňuje na elektřinu.
Tento typ se využívá málo – 1 % veškeré výroby elektřiny na světě. Systémy jsou také drahé a vyžadují pohodlný přístup k vodě, který nemá každá země.
5. Energie odlivu a odlivu
Tato energie se získává z přirozeného vzestupu a poklesu vodních hladin. Elektrárny jsou instalovány pouze podél pobřeží a spád vody musí být minimálně 5 metrů. Pro výrobu elektřiny se staví přílivové stanice, přehrady a turbíny.
Odliv a odliv jsou dobře prozkoumány, takže tento zdroj je předvídatelnější než ostatní. Přijímání technologie je však pomalé a její podíl na celosvětové produkci je malý. Navíc přílivové cykly ne vždy odpovídají sazbám spotřeby elektřiny.
6. Energie teplotního gradientu (hydrotermální energie)
Mořská voda má různé teploty na povrchu a v hlubinách oceánu. Pomocí tohoto rozdílu se vyrábí elektřina.
První zařízení, které vyrábí elektřinu pomocí teploty oceánu, bylo vyrobeno již v roce 1930. V USA a Japonsku jsou nyní uzavřené, otevřené a kombinované oceánské elektrárny.
7. Energie difúze kapaliny
Jedná se o nový typ alternativního zdroje energie. Osmotická elektrárna instalovaná u ústí řeky řídí míchání slané a sladké vody a získává energii z entropie kapalin.
Vyrovnáním koncentrace soli vzniká přetlak, který spustí rotaci hydraulické turbíny. V Norsku je zatím pouze jedna taková elektrárna.
8. Geotermální energie
Geotermální elektrárny odebírají vnitřní energii Země – horkou vodu a páru. Jsou umístěny ve vulkanických oblastech, kde je voda blízko povrchu nebo se k ní lze dostat vyvrtáním studny (od 3 do 10 km).
Odebraná voda ohřívá budovy přímo nebo prostřednictvím výměníkové jednotky. Na elektřinu se také zpracovává, když horká pára roztáčí turbínu spojenou s elektrickým generátorem.
Nevýhody: cena, ohrožení teploty Země, emise oxidu uhličitého a sirovodíku.
Největší počet geotermálních stanic je v USA, na Filipínách, v Indonésii, Mexiku a na Islandu.
9. Biopaliva
- První generací jsou pevná, kapalná a plynná biopaliva (plyn ze zpracování odpadů). Například palivové dřevo, bionafta a metan.
- Druhou generací je palivo získané z biomasy (zbytků rostlinného nebo živočišného materiálu, případně speciálně pěstovaných plodin).
- Třetí generací je biopalivo z řas.
Biopaliva první generace lze snadno získat. Obyvatelé venkova instalují bioplynové stanice, kde biomasa fermentuje při správné teplotě.
Nejtradičnějším způsobem a nejstarším palivem je palivové dřevo. Nyní se pro jejich výrobu energetické lesy vysazují z rychle rostoucích stromů, topolů nebo eukalyptů.
Klady a zápory alternativní energie
Hlavní perspektivou alternativních zdrojů je existence lidstva i v podmínkách vážného nedostatku ropy, plynu a uhlí.
Výhody:
- Dostupnost – není potřeba vlastnit ropná nebo plynová pole. Pravda, neplatí to pro všechny typy. Vnitrozemské země nebudou moci přijímat energii vln a geotermální energii lze přeměnit pouze ve vulkanických oblastech.
- Šetrnost k životnímu prostředí – při výrobě tepla a elektřiny nevznikají škodlivé emise do životního prostředí.
- Úspora – výsledná energie má nízké náklady.
Nevýhody a problémy:
- Náklady ve fázi výstavby a údržby – vybavení a spotřební materiál jsou drahé. Kvůli tomu se zvyšuje koncová cena elektřiny, takže to není vždy ekonomicky opodstatněné. Nyní je hlavním úkolem vývojářů snížit náklady na instalace.
- Závislost na vnějších faktorech: nelze kontrolovat sílu větru, úroveň přílivu a odlivu, výsledek zpracování sluneční energie závisí na geografii země.
- Nízká účinnost a malý výkon instalací (kromě vodních elektráren). Vyrobený výkon nemusí vždy odpovídat úrovni spotřeby.
- Vliv na klima. Například poptávka po biopalivech snížila plochu, na které se pěstují potravinářské plodiny, a vodní přehrady změnily povahu rybolovu.
Obnovitelná energie ve světě
Hlavním spotřebitelem obnovitelných zdrojů energie je Evropská unie. V některých zemích vyrábí alternativní energie téměř 40 % veškeré elektřiny. Už tam zakořenila různá podpůrná opatření: zvýhodněné sazby za připojení a refundace za nákupy vybavení. Země východu a USA nezůstávají pozadu.
Německo
40 % elektřiny v Německu pochází z obnovitelných zdrojů. Je lídrem v počtu větrných instalací, které vyrábějí 20,4 % elektřiny. Zbývající podíl pochází z vodní energie, bioenergie a solární energie. Německá vláda si stanovila plán: do roku 80 vyrábět 2050 % energie z alternativních zdrojů, ale zatím nechce jaderné elektrárny zavírat.
Island
Island má hodně horké vody, protože se nachází v oblasti sopečné činnosti. Země vytápí 85 % domácností z geotermálních zdrojů a pokrývá 65 % spotřeby elektřiny obyvatel. Síla zdrojů je tak velká, že chtějí vyvážet energii do Spojeného království.
Švédsko
Po ropné krizi v roce 1973 se země začala poohlížet po jiných zdrojích energie. Vše začalo vodními elektrárnami a jadernými elektrárnami. Kvůli jaderným elektrárnám byli Švédové často kritizováni Greenpeace, ale od konce 80. let se podíl energie z jaderných elektráren nezvýšil.
Od 90. let Švédsko staví pobřežní větrné elektrárny na moři. Byla zavedena dodatečná daň z uhlíkových emisí podniků do atmosféry, což přináší výhody pro výrobce větrné, solární a bioenergie.
Švédsko také aktivně využívá energii z recyklace odpadu a dokonce plánuje její nákup od sousedních zemí, aby se vzdalo ropy. Některá města získávají teplo ze spaloven odpadu.
Čína má nejvýkonnější vodní elektrárnu na světě – Tři soutěsky. Od roku 2018 se jedná o hmotnostně největší strukturu. Jeho pevná betonová hráz váží 65,5 milionů tun. V roce 2014 stanice vyrobila světový rekord 98,8 miliardy kWh.
Jsou zde také největší větrné zdroje (tři čtvrtiny z nich jsou dodávány do moře). Do roku 2020 plánuje země s jejich pomocí vygenerovat 210 GW.
Existuje také 2 700 geotermálních zdrojů a tvoří 63 % zařízení na přeměnu sluneční energie. Čína je na třetím místě ve výrobě biopaliv na bázi etanolu.
Alternativní energie v Rusku ![Vodní elektrárna Sayano-Shushenskaya]()
Různá geografická poloha regionů a specifické klimatické zóny v Rusku neumožňují rozvoj tohoto odvětví rovnoměrně. Neinvestuje se a v zákoně jsou mezery.
Druhy obnovitelné energie v Rusku
sluneční
Je využíván jak v průmyslovém měřítku, tak místním obyvatelstvem jako záložní nebo hlavní zdroj tepla a elektřiny. Kapacita všech solárních instalací je 400 MW, z nichž největší jsou v regionech Samara, Astrachaň, Orenburg a na Krymu. Nejsilnější SES je Vladislavovka (Krym). Vyvíjejí se také projekty pro Sibiř a Dálný východ.
Větrná energie
Větrná obnovitelná energie je v Rusku zastoupena o něco méně než solární energie, i když i zde existují průmyslová zařízení. Celkový výkon větrných generátorů u nás je 183,9 MW (0,08 % celé energetické soustavy). Většina instalací je na Krymu a nejvýkonnější se nachází v Adygeji – „Adygea Wind Farm“.
vodní síla
Jedná se o nejoblíbenější alternativní zdroj energie v Rusku. Asi 200 říčních vodních elektráren vyrábí až 20 % veškeré energie v zemi. Od roku 1968 je v zálivu Kislaya v Murmanské oblasti přílivová elektrárna – Kislogubskaya TPP. Největší vodní elektrárna se nachází na řece Jenisej – Sayano-Shushenskaya.
Geotermální energie
Díky množství sopek je tento druh energie na Kamčatce rozšířen. Tam se 40 % spotřebované energie vyrábí z geotermálních zdrojů. Potenciál Kamčatky se podle vědců odhaduje na 5000 MW, ale ročně se vyrobí pouze 80 MW energie. Geotermální stanice jsou také na Kurilských ostrovech, na území Stavropol a Krasnodar.
Biopalivo
Naše země patří mezi tři největší exportéry pelet na evropském trhu. V Rusku existují továrny, které ze zbytků dřeva vyrábějí pelety a brikety, které se používají k vytápění kotlů a kamen.
Zemědělský odpad se přeměňuje na kapalné palivo a bioplyn pro dieselové motory. Skládkový plyn se ale vůbec nepoužívá, jen se uvolňuje do atmosféry a poškozuje životní prostředí.
Společnosti zabývající se obnovitelnými zdroji energie
Zvyšující se investice do obnovitelných zdrojů energie a vládní podpora pomáhají mnoha společnostem úspěšně podnikat.
Společnost First Solar Inc.
Tato americká společnost byla založena v roce 1990 a proslavila se výrobou solárních panelů. Nyní je největší společností, která prodává solární moduly, dodává zařízení a je zodpovědná za technické služby.
Vestas Wind Systems A / S
Nejstarší výrobce větrných turbín z Dánska. Společnost byla založena v roce 1898 a do dnešního dne instalovala více než 60 tisíc větrných turbín v 63 zemích. Vestas prodává jednotlivé generátory, kompletní stanice a servisní zařízení.
Atlantica Yield PLC
Tato londýnská společnost vlastní klasické elektrické vedení, solární a větrné farmy v Severní Americe, Španělsku, Alžírsku, Jižní Americe a Jižní Africe.
Společnost ABB Ltd. Asea Brown Boveri
Švédsko-švýcarská společnost známá pro automobilové motory, generátory a robotiku. Od roku 1999 značka transformuje solární a větrnou energii. V roce 2013 se společnost stala světovým lídrem v oblasti fotovoltaických energetických zařízení.
V poslední době každý slyšel o „zelené energii“. V západních zemích se usilovně snaží přejít na výrobu elektřiny, která je zcela založena na obnovitelných (z lidského hlediska nevyčerpatelných) zdrojích. Jestli to půjde nebo ne a v jakém časovém horizontu je jiná otázka. Ale jejich maniakální vytrvalost v tomto úsilí často poráží rozum a elementární logiku. Dobře, je to jejich volba a jejich způsob.
Běžný průměrný člověk u nás, když se řekne „zelená energie“ pro soukromý dům, si hned představí solární panely, které pokrývají celou plochu střechy bytové výstavby. Ano, toto je nejběžnější a nejrealističtější varianta, jak zajistit dům (zcela nebo zčásti) elektřinou z „bezplatného“ a nevyčerpatelného zdroje. Jen proto, abyste přeměnili energii Slunce na elektřinu, budete muset zakoupit a nainstalovat poměrně drahé zařízení. Ale o stabilitě získávání potřebného objemu takové elektřiny se nedá snít. Výroba elektřiny bude záviset na geografii (oblasti, ve které se dům nachází), počasí, ročním období, denní době atd.
Ale nejen sluneční světlo lze využít jako zdroj obnovitelné energie, kterou lze využít pro soukromý dům!
Větrná energie
Každý viděl fotografie (a možná nejen fotografie) obrovských polí s nainstalovanými obřími větrnými turbínami, jejichž délka lopatek přesahuje 50 metrů. Vítr pohání lopatky větrného generátoru, které roztáčí turbínu. Vyrábí se elektřina. Množství vyrobené elektřiny závisí na rychlosti (síle) větru působícího na lopatky. Ale to je takříkajíc průmyslové měřítko. A jak je to s výrobou elektřiny větrnou turbínou (větrný generátor, větrná turbína, větrná farma) pro soukromý dům? Existují také mini větrné turbíny, které lze úspěšně použít k výrobě elektřiny pro domácí potřeby v soukromém domě. Mini větrné turbíny budou perfektně fungovat ve stepních a horských oblastech a v pobřežních oblastech. S výškou stožáru 5 metrů, délkou lopatek 1 metr (pro 4listé instalace) a větrem 12-15 metrů za sekundu je větrná turbína schopna dodat výkon až přibližně 1 kW. Větrné mlýny začnou vyrábět elektřinu až při minimální rychlosti větru 3-4 metry za sekundu. Při takové „počáteční“ rychlosti větru větrná turbína samozřejmě nebude schopna dodat jmenovitý výkon deklarovaný výrobcem. Proto se roční výroba elektřiny větrnou turbínou vypočítává v závislosti na průměrné roční rychlosti větru v místě instalace větrné turbíny. Instalace čtyř takových větrných mlýnů může teoreticky plně pokrýt potřeby elektřiny průměrného soukromého domu. Ale je jasné, že přítomnost větru a jeho rychlost jsou nepředvídatelné věci. V souladu s tím, i když vezmeme v úvahu akumulaci přebytečné elektřiny v době, kdy větrné mlýny fungují na 100 %, je poměrně problematické zajistit spolehlivou a nepřetržitou dodávku elektřiny do soukromého domu výhradně vyráběnou větrnými mlýny.
Sada zařízení pro mini větrnou elektrárnu a její instalace bude samozřejmě velmi nákladná. Při výběru dobrého místa pro instalaci stožáru s větrným mlýnem a využití takové větrné elektrárny jako alternativního zdroje elektřiny se vám všechny náklady mohou vrátit zhruba za 5-20 let (opět dle výrobců). Ano, doba není krátká, ale po uplynutí této doby bude elektřina vyrobená větrným mlýnem prakticky zdarma.
Cena větrné energie závisí na mnoha parametrech, je však přibližně 2-3x dražší než elektřina vyráběná vodními elektrárnami a je srovnatelná s náklady na elektřinu vyrobenou v tepelných elektrárnách.
Při použití větrného mlýna jako zdroje elektřiny pro domácnost je vzhledem k hlavní nevýhodě větrných mlýnů (žádný vítr – žádná elektřina) nepravděpodobné, že bude možné úplně opustit síťovou elektřinu. Budeme muset kombinovat zdroje elektřiny – větrný mlýn plus centralizovaná elektrická síť.
vodní energie
Mini vodní elektrárna se může stát alternativním zdrojem elektřiny pro soukromý dům. Jsou poměrně kompaktní a nevyžadují stavbu hráze nebo jiných pomocných staveb. Je pravda, že nezbytnou podmínkou pro získávání elektřiny tímto způsobem je přítomnost řeky, kanálu nebo potrubí v krátké vzdálenosti od bytové výstavby. A průtok vody by měl být alespoň 0,7 metru za sekundu. Generátor takové mini vodní elektrárny je ponořen do volného toku řeky (kanálu, potrubí) a přeměňuje rotaci turbíny na elektrickou energii. Typicky je výkon mini vodních elektráren pro domácnost od 0,3 do 5 kW. S pomocí mini vodní elektrárny můžete plně zásobit soukromý dům elektřinou. Akumulační mini VE umožňují „ukládat“ přebytečnou vyrobenou elektřinu do baterií a při zvýšení spotřeby elektřiny v domě vyšší, než v současnosti mini VE vyrábí, dorovnávat nedostatek elektřiny z baterií.
Mini HPP je jednou z nejslibnějších oblastí alternativní energie. Provoz mini vodní elektrárny není závislý na povětrnostních podmínkách. A ačkoli je vybavení mini vodní elektrárny drahé, výrobci tvrdí, že doba návratnosti takových instalací je pouze 2-4 roky, zatímco životnost mini vodní elektrárny je asi 20 let.
Geotermální energie
Geotermální energie (teplo útrob Země) se obvykle využívá v místech, kde se uvolňují horké seismické zdroje na Dálném východě, na Kamčatce atd. Ano, a tento druh energie se v průmyslovém měřítku používá téměř všude. Ale díky pokroku v technologii je dnes možné využívat geotermální energii „soukromě“ k vytápění domu a v budoucnu i k výrobě elektřiny.
Princip vytápění domu pomocí zdrojů geotermální energie je velmi podobný principu fungování klasické klimatizace pracující v topném režimu. Tepelné čerpadlo (hlavní prvek takového topného systému) má dva okruhy. První okruh je obvyklý domácí topný systém (potrubí, radiátory). Druhý okruh je umístěn pod zemí nebo pod vodou. Chladivem sekundárního okruhu je voda. Odebírá teplotu média, kterým prochází, vstupuje do tepelného čerpadla a ohřívá primární chladivo, které cirkuluje topným systémem domu.
Moderní zařízení a technologie umožňují pomocí této metody vytápět soukromé domy nacházející se v jakémkoli regionu (ne nutně v oblastech s horkými seismickými zdroji). Malý teplotní rozdíl (pouze několik stupňů mezi teplotou na povrchu země a v malé hloubce) vám umožňuje získat tepelnou energii, která je dostačující k vytápění domu.
Trochu složitější je situace s výrobou elektřiny pro soukromé domy pomocí geotermálních zdrojů. Princip výroby takové elektřiny je již dlouho znám a využívá se při provozu velkých geotermálních elektráren. Ale na „mini“ úrovni se takové elektrárny stále prakticky nevyrábějí.
Rozvoj geotermální energie má velkou perspektivu, protože teplota geotermálních zdrojů je stabilní a nezávisí na povětrnostních podmínkách ani na ročním období.
Shrneme-li to, můžeme říci, že využívání alternativních zdrojů energie v soukromém domě není fantazií, ale realitou moderního života. I přesto, že vyráběná zařízení na výrobu elektřiny z jakéhokoli alternativního (obnovitelného) zdroje jsou v dnešní době poměrně drahá a mají poměrně dlouhou dobu návratnosti, najdeme takovéto „alternativní minielektrárny“ stále častěji v našich volných prostranstvích.
S rozvojem technologií se nepochybně sníží náklady na takové alternativní mikro a minielektrárny, doba jejich návratnosti a náklady na vyrobenou elektřinu!
