Energia z prírody

Pod obnoviteľnými zdrojmi sa rozumejú obnoviteľné nefosílne prírodné zdroje energie, ktorými sú energia vetra, slnečného žiarenia, vody, pôdy, vzduchu, biomasy, skládkového plynu, kalového plynu, bioplynu a geotermálna energia.

„Globálna civilizácia môže uniknúť pasci fosílnych palív ohrozujúcej život iba v prípade razantného prechodu na obnoviteľné a trvalo udržateľné zdroje. Prechod na obnoviteľné zdroje energie (OZE) je zmena, ktorá nemá od čias priemyselnej revolúcie obdobu. Ekonomická výhodnosť výroby energie z fosílnych a jadrových palív je mýtus, ktorý stojí na štátom garantovaných privilégiách. Regionálne zdroje OZE možno využívať efektívnejšie, environmentálne citlivejšie, a teda aj ekonomickejšie, pokiaľ fyzikálne zákony budú prevládať nad mutovateľnými zákonmi trhu súčasného ekonomického poriadku.“ (Hermann Scheer, Slnečná ekonómia, 2004)

Pracovná skupina pre obnoviteľnú energiu v rámci Medzinárodnej energetickej agentúry (IEA) definuje obnoviteľné zdroje energie takto: Zdroje neustále sa dopĺňajúcej energie, ktorá má rozličné formy a priamo alebo nepriamo sa čerpá zo slnka alebo z tepla generovaného hlboko vnútri zeme. Táto definícia zahŕňa energiu produkovanú zo slnka, vetra, biomasy, geotermálnych zdrojov, malých vodných zdrojov a oceánu, biopalív a vodíka, získaných z obnoviteľných zdrojov.

Vo vykurovacej sústave bytov a domov sa uplatnia predovšetkým kotly na drevo a biomasu, slnečné kolektory a tepelné čerpadlá. Vykurovať môžeme aj elektrinou vyrobenou vo vodných a veterných elektrárňach, biomasu môžu využívať aj centrálne veľkokapacitné kotolne. Predstava energeticky nezávislého rodinného domu je pri dnešných cenách energií dodávaných centrálne veľmi zaujímavá, aj z hľadiska ochrany životného prostredia a citlivejšieho prístupu k prírode. Možností využitia prírodných zdrojov energie je naozaj dostatok, záleží len na nás, ako s nimi naložíme.

Energia slnečného žiarenia
Podmienky na využitie slnečnej energie sú na území Slovenskej republiky pomerne dobré. Na zemský povrch na našom území dopadá ročne 1 175 až 1 525 kWh energie na 1 m². Čas slnečného žiarenia sa meria sieťou staníc a výsledky sa zaznamenávajú do slnečnej mapy. Slnečné žiarenie využívame priamo prostredníctvom solárneho tepelného kolektora alebo premenou na elektrickú energiu vo fotovoltických článkoch.

Zdroj: Slnečný kolektor
Hlavnou časťou solárnej termickej sústavy je solárny kolektor, ktorý absorbuje tepelnú energiu slnečných lúčov, zohrieva teplonosné médium v kolektorovom okruhu, a to ju potom odovzdáva tam, kde teplo potrebujeme: vo vykurovanej miestnosti (pri teplovzdušných kolektoroch), v akumulačnej nádrži (pri príprave teplej vody či podpore vykurovania) alebo napríklad v bazéne. Kolektor môže byť konštruovaný ako plochý či trubicový, médiom je najčastejšie nemrznúca kvapalina. Inštaluje sa na nosný rám alebo priamo do konštrukcie strechy či fasády. Môže byť aj súčasťou strešného okna: takzvaná lineárna Fresnelova šošovka sústreďuje slnečné žiarenie na absorbér, takže priestor pod kolektorom ostáva osvetlený. Absorpčná plocha bežných kolektorov je asi 1 až 2,5 m², maximálna účinnosť až 80 %, priemerná účinnosť počas celého roka až 60 %. Najvyššiu účinnosť, a to najmä v zimnom období, majú vákuové kolektory – najväčšie straty výkonu spôsobuje totiž nízka teplota vzduchu a vietor. V horších podmienkach (v horách) preto musíme nainštalovať naozaj kvalitný kolektor a optimalizovať spôsob využívania získaného tepla.

Zapojenie do vykurovacej sústavy
V našich prírodných podmienkach slúžia solárne systémy najmä na priamy ohrev teplej vody, kde môžu nahradiť 50 až 60 % ročnej spotreby klasickej energie. Na zapojenie do vykurovacej sústavy sa zväčša používa dvojokruhový systém; kolektorový okruh ohrieva vodu v akumulačnom zásobníku (výmenníku), ktorý je potom priamo napojený na vykurovacie telesá. Tento systém možno používať celoročne a nahradí 15 až 25 % celoročnej spotreby energie.

Zásobník je zvyčajne vybavený ešte aj ohrevom z tradičného zdroja, napríklad elektrickým vykurovacím telesom (bivalentný zásobník) alebo elektrickým telesom a výmenníkom spojeným s kotlom na pevné alebo plynné palivá (trivalentný zásobník). Multivalentné zásobníky môžu byť napojené na rôzne typy kotlov a na tepelné čerpadlo. Jednookruhové systémy, keď v kolektoroch prúdi ohrievaná voda, sa používajú predovšetkým na prikurovanie a sezónny ohrev vody v bazéne. Trendom v zapojení kolektora do ústredného vykurovania je integrácia ovládania solárneho okruhu a ďalšieho zdroja (kotla). Významným prvkom tohto systému je akumulačný zásobník, schopný takzvanej stratifikácie, t. j. vrstvenia vody s rozličnou teplotou. Regulátor riadi otáčky obehového čerpadla solárneho okruhu v závislosti od rozdielu teplôt medzi výstupom z kolektora a zásobníkom a súčasne spolupracuje s digitálnou reguláciou hlavného zdroja, napríklad plynového kotla.

Malá domáca elektráreň
Elektrinu pre vlastnú potrebu možno vyrobiť napríklad aj vo fotovoltickom kolektore pomocou fotovoltických panelov. Napríklad fotovoltický domáci systém s plochou 16 m2 má výkon asi 2 kWp, vďaka čomu sa dá ročne získať až 2 100 kWh. Na slnečnú energiu už dnes bežne fungujú aj rôzne elektrické prístroje: čerpadlá, nabíjačky, záložné zdroje, lampy, ventilátory, sprchy, dokonca aj odpudzovače krtkov a iných škodcov. Fotovoltika teda patrí k najperspektívnejším obnoviteľným zdrojom energie, aj keď zatiaľ k tým najdrahším.

Palivové drevo a biomasa
Zrejme najdôležitejším obnoviteľným zdrojom je drevo a biomasa. Palivové drevo kúpime od obchodníkov s palivom, v lesníckych firmách, od majiteľov lesa a ako odpad od spracovateľov dreva. Niekde možno (samozrejme, po dohode s majiteľom lesa) ťažiť palivové drevo aj svojpomocne. Zvláštnym druhom je drevná štiepka, získaná drvením odpadového dreva, alebo krátke kusové drevo, vyrobené drvičom vetví priamo v lese. Čoraz obľúbenejšie sú pelety a brikety, čo sú rozličné veľké a tvarované výlisky z pilín, zo suchého dreva alebo z biomasy (slamy, štiavu a podobne), spojené organickými tmelmi. Často diskutovaným palivom je odpadové obilie a kukurica. Rozvíja sa aj pestovanie špeciálnych energetických plodín, rýchlorastúcich drevín a podobne. A dokonca sa začína formovať nový odbor – fytoenergetika.

Kotol po novom
Drevom a biomasou môžeme dobre kúriť aj v klasickom kotle, ale ekologicky najvhodnejšie sú splynovacie a automatické kotly. Prednosťou splynovacích kotlov je komfortná obsluha a účinnosť 81 až 89 % v regulačnom rozsahu zhruba 30 až 100 % výkonu, čo prináša značnú úsporu paliva. Do ovzdušia pritom uniká iba málo škodlivých exhalátov. Automatické kotly majú automatizovaný prísun paliva pomocou závitovkového podávacieho zariadenia zo zásobníka. Spaľujú najmä pelety z dreva, z energetických plodín a slamy, ale tiež odpadové obilie. V niektorých typoch môžeme špeciálne horáky vyňať, nahradiť vekom a kúriť klasicky, kusovým drevom. Prevádzku riadi regulátor, ktorý v nastavenom režime ovláda podávací dopravník, ventilátor a čerpadlo vykurovacieho média. Pre obsluhu to znamená takmer rovnaký komfort, ako keby obsluhovali plynový alebo olejový kotol. Účinnosť automatických kotlov je okolo 80 až 85 %.

Trend: Kombinované kotly Klasické kombinované kotly drevo – elektrina majú v sebe zabudovanú elektrickú priamovykurovaciu jednotku na temperovanie a doplnkové vykurovanie. Aj splynovací kotol môže byť kombinovaný, napríklad sa v ňom dá spaľovať kusové drevo aj kvalitné uhlie. Univerzálne splynovacie kotly majú v spodnej komore vymeniteľný horák. To umožňuje okrem dreva spaľovať aj pelety, zemný plyn alebo extra ľahké vykurovacie oleje (ETO). Namiesto kotla kozubová vložka Bežný otvorený kozub má účinnosť sotva 5 až 8 %, čo je na vykurovanie bytu alebo dokonca rodinného domu málo. Zásadné zlepšenie priniesli kozubové vložky s teplovodným výmenníkom. Majú účinnosť až 85 % a výkon až 25 kW. To už zodpovedá parametrom menších kotlov v bežnej vykurovacej sústave. Preto sa môžu využívať aj ako hlavný zdroj tepla. Palivom je kusové drevo a drevné brikety. Tip: Bazén ohrieva tepelné čerpadlo Solárny ohrev bazénu už nie je ničím nezvyčajným, ale zapojenie tepelného čerpadla je zatiaľ novinkou. Tepelné čerpadlo je typu vzduch – voda, čo znamená, že z okolitého vzduchu odoberá teplo a prostredníctvom tepelného výmenníka ho odovzdáva priamo bazénovej vode. Celý proces prebieha nepretržite a je sledovaný tlakovými a teplotnými snímačmi.

Tepelné čerpadlá
Dôležitým zdrojom tepla už dnes sú, ale hlavne budú, tepelné čerpadlá. Dokážu odoberať nízkoúrovňové teplo z okolitého prírodného prostredia (z vody, vzduchu alebo zeme) a využívať ho na vykurovanie alebo ohrev teplej vody. Podľa toho, odkiaľ sa teplo berie a kam sa odovzdáva, existujú štyri základné typy čerpadiel: vzduch – voda, zem – voda, voda – voda a vzduch – vzduch. V našich podmienkach je najrozšírenejší typ vzduch – voda, ktorého efektívnosť však závisí od teploty vonkajšieho vzduchu a v zime klesá. Účinnosť tepelných čerpadiel zem – voda či voda – voda je spravidla oveľa vyššia. Pre menší dom alebo rekreačnú chalupu je vhodný aj typ vzduch – vzduch. Tepelné čerpadlo sa zväčša inštaluje spolu s ďalším zdrojom tepla (bivalentný systém), ktorý pokrýva nedostatok tepla z čerpadla pri výraznom poklese teplôt vonkajšieho vzduchu. Vykurovacia sústava je nízkoteplotná, vhodné je predovšetkým podlahové a stenové vykurovanie alebo veľkoplošné konvekčné vykurovacie telesá.

Na prečerpanie tepla z prostredia je nutné dodať tepelnému čerpadlu určité množstvo energie. Pomer medzi dodanou a spotrebovanou energiou sa nazýva vykurovací faktor tepelného čerpadla. Bežné čerpadlo vzduch – vzduch má priemerne vykurovací faktor 3, čo znamená, že spotrebuje asi jednu tretinu svojho výkonu na vlastnú prevádzku. Kvalitné tepelné čerpadlo zem – voda má vykurovací faktor 4 až 6. Prevádzka čerpadla je síce lacná, ale celková efektivita závisí od prírodných podmienok, a najmä od investičných nákladov na inštaláciu.

Ďalšie obnoviteľné zdroje
Medzi obnoviteľné zdroje tepla patria aj bioplyn, energia vetra a prúdiacej vody. Ich priame využitie na vykurovanie a ohrev vody je však obmedzené. Väčšiemu rozšíreniu výroby a spaľovaniu bioplynu bránia najmä vysoké investičné náklady. Ďalším problémom je využitie veľkého množstva odpadového tepla mimo vykurovacej sezóny. Pre malé vodné elektrárne (výkon do 10 MW) sú u nás dobré prírodné podmienky, ich využitie na našom území je však zatiaľ v plienkach. V susednej Českej republike sú takmer na všetkých vhodných miestach už inštalované. Prevádzkovatelia však majú v ostatných rokoch problém s nízkym prietokom vody. Pre rodinný dom sú tiež zaujímavé malé veterné elektrárne s výkonom okolo 15 kW. Aby boli rentabilné, musia stáť na mieste s priemernou ročnou rýchlosťou vetra najmenej 5 m/s.

Text: Jiří Trnavský a Kamila Ďuríková
Foto: JAGA, Mountfield, Thermo|solar, Schüco, Stiebel Eltron, Verner, Viessmann