Udržitelné zdroje energie

4.5 SPALOVÁNÍ ODPADU Odpad musí být tak jako tak zničen a prostřednictvím spalování je přinejmenším využíván k poskytování energie. Během procesu spalování uniká velké množství CO2, které je srovnatelné s emisemi z uhelné elektrárny. Rozmanité formy odpadu navíc vytvářejí koktejl dalších škodlivých látek. Spalovny je proto nutné vybavit rozsáhlými systémy čištění plynů a k odstranění kyselin. Další věcí je, že existují udržitelnější alternativy nakládání s odpady, a to přechod na cirkulární model (reuse, reduce, recycle).

Protože „těžba“ domácího odpadu ve skutečnosti spočívá ve sbírání odpadků z domácností produkujících odpad, lze to považovat za druh decentralizované těžby, který nezatěžuje krajinu. Vlastní odpad domácnosti může prostřednictvím spalovny zajistit asi 65 % její vlastní spotřeby.26

4.6 BIOMASA Biomasa je souhrnné označení pro rostlinný materiál, který je vhodný jako palivo, protože v podobě zeleného barviva má v sobě uloženou sluneční energii. Zejména dřeviny, jako jsou stromy a trávy, mají dostatečnou výhřevnost. Nejatraktivnějším zdrojem jsou rychle rostoucí plodiny, jako je vrba, rákos a sloní tráva. Využívá se jako přímá náhrada fosilních paliv, ale není z energetického hlediska optimální z důvodu nízké účinnosti. Je potřeba mnohem větší objem materiálu než u fosilních paliv, takže má obrovské prostorové nároky na zemědělskou půdu. V tropech se kvůli plantážím kácí tropické pralesy, což uvolňuje metan, který má na klima pětkrát větší dopad než CO2. Dalším problémem je, že neustálé pěstováni a následné sklízení rostlin neumožňuje přirozený cyklus krajin a lesů. Ta je podmíněna tlením opadaného listí a jehličí, které vyživuje půdu. Biomasa také konkuruje produkci potravin.

Formálně je považována za zdroj obnovitelné energie, protože je obnovitelná a CO2 uvolněný během spalování se během procesu růstu prostřednictvím fotosyntézy předem přemění na kyslík. Její spalování v elektrárnách je v současnosti nejrozšířenější formou obnovitelné energie. Nicméně z výše uvedených důvodů se její udržitelnost jeví problematicky. 4.7 GEOTERMÁLNÍ ENERGIE Geotermální energie má různou kvalitu. Ta z mělkého podpovrchu je vhodná především pro vytápění a chlazení, zatímco geotermální energie z hlubšího podpovrchu je teplejší a lze ji přeměnit na elektřinu. Vysokoteplotní geotermální energie v mělkých hloubkách se vyskytuje pouze ve vulkanických oblastech. Největší tepelné toky využitelné i na výrobu elektřiny se nacházejí v geologických zlomech. Místa s použitelnými parametry pro geotermální elektrárnu v ČR jsou oblasti oháreckého riftu (kde se plánuje výstavba geotermální teplárny a elektrárny v Liroměřicích), Doupovské vrchy, Železné hory, Ústí nad Labem, Děčín (kde se v současné chvíli nachází teplárna vytápějící polovinu města), České středohoří, ...27

Jediný uvažovaný systém v našich podmínkách je HDR (Hot Dry Rock – teplo suchých hornin) z hloubek kolem 5 km, kde lze v příznivých lokalitách očekávat teplotu 140–160°C. Jejich hlavní výhodou je nezávislost na povětrnostních podmínkách a roční době a nevelká prostorová náročnost.

4.8 ZBYTKOVÉ TEPLO Pokud jde o naše zásobování energií, jsme velmi neefektivní, pouze 10 % veškeré primární energie se přemění na pohyb, osvětlení a užitečné teplo. Zbytek se přemění na teplo, které necháme jen tak zmizet do atmosféry a povrchových vod. Při využívání zbytkového tepla je potřeba správně sladit nabídku a poptávku, a to nejen z hlediska množství, ale také z hlediska teploty. Protože k tomu v praxi dochází jen zřídka, je nutné dodatečné vytápění. Další komplikací je, že zdroj tepla nebývá umístěn tam, kde je velká poptávka po teple, takže transport tepla je většinou nutný. Dostupnost zbytkového tepla může stále hrát roli v územním plánování. Blízkost zdrojů tepla a tepelných transportních sítí může být důležitým lokalizačním faktorem pro funkce s vysokou poptávkou po teple, jako jsou skleníky a nemocnice. Velkým generátorem zbytkového tepla jsou datová centra, která spotřebovávají obrovské množství energie na své fungování a také paradoxně používají elektřinu na následné ochlazování. V současnosti již vznikají projekty, které objevují tento potenciál. Například studio Snøhetta přichází s projektem Power City (obr. 4.8.a), kde energie generovaná z datového centra prochází budovami a infrastrukturou a postupně vydává stále více svého tepla, než se vrátí do datového centra a účinně jej ochladí.28

27 BLAŽKOVÁ, Miroslava. Metodika k hodnocení geotermálního potenciálu v modelovém území Podkrušnohoří. Ústí nad Labem: UJEP, Fakulta životního prostředí, 2010. 28 studio SNØHETTA The Spark, k dispozici online na: https:// snohetta.com/project/388-the-spark 25

(4.9.a) London Array, do 2018 největší offshorová větrná elektrárna

(4.9.b) Největší větrná turbína sahá do výšky čtvrt kilometru a zásobuje až 20 000 domácností. 4.9 VÍTR Větrné elektrárny vyvolávají velké kontroverze z důvodu jejich viditelnosti v krajině čímž uvádějí člověka jakožto spotřebitele do přímé konfrontace s jeho energetickými potřebami. Historické holandské větrné mlýny mají rozpětí méně než 30 m, zatímco průměr rotorů na mnoha moderních větrných turbínách je 100 m i více. Kdybychom srovnali největší turbínu světa o výšce 250 m zásobující 20 000 domácností a největší větrnou elektrárnu v ČR o 21 turbínách výšky 119 m zásobující 30 000 domácností, můžeme si položit otázku, zda a za jakých okolností je lepší instalovat jednu velkou turbínu než několik menších a obráceně. Turbíny na vyšším stožáru jsou méně závislé na místním větrném klimatu a vzhledem k jejich nízkým otáčkám rotoru jsou vizuálně méně dráždivé než malé, rychle se točící turbíny. Přesto je nepřímé využití prostoru větší. Aby správně fungovaly, musí být umístěny ve vzdálenosti čtyř až pětinásobku průměru rotoru. Velkokapacitní větrná elektrárna proto vyžaduje hodně místa, i když tento prostor lze ještě využít pro jiné funkce.

(4.1.c) Potenciál větrné energie v ČR. Podle studie Akademie věd by v Česku větrné turbíny pokryly až 28,1 % spotřeby elektřiny. (k dispozici online na: www.faktaoklimatu.cz):

(4.9.c) Největší větrná elektrárna v ČR, Kryštofovy Hamry, instalovaný výkon: 42 MW, zásobuje až 30 000 domácností.

(4.9.d) Větrné elektrárny integrované do staveb. kde je potenciál větrných elektráren:

průmerný koeficient využití 20 %:

standardní větrná elektrárna:

4.10 PRŮTOČNÉ VODNÍ ELEKTRÁRNY Kinetickou energii tekoucí nebo padající vody lze využít na generování elektřiny. Vodní elektrárny se obecně používají v horských oblastech v kombinaci s přehradou, v místech, kde jsou velké rozdíly v nadmořské výšce (Norsko, Švýcarsko, Rakousko a Francie). Budování nových je obtížné, protože nejjednodušší možnosti se již používají. Na celém světě je asi pětina spotřeby elektřiny vyrobena z vodní energie, ale v celkové bilanci spotřeby energie (elektřina, topení, palivo) vodní energie tvoří 5 %.30

Vodní energie je obecně považována za udržitelný a čistý zdroj energie. Vybudování nádrže však znamená zablokování cesty pro vodní organismy a při plnění nádrže se uvolňuje velké množství metanu v důsledku rozkladu a hniloby těchto organismů. Dále je blokován transport sedimentu směrem k ústím řek, což znamená, že tento sediment bude chybět pro přirozené budování delt.

4.11 ENERGIE VLN Kinetická energie vln může být přeměněna na elektřinu, její největší potenciál je v oceánech, kde jsou vlny vysoké. Nicméně náklady na výstavbu a údržbu elektráren jsou v takových lokalitách neúnosné.

(4.10.a) Itaipú, Brazílie/Paraguay (2. nejvýkonnější vodní el. na světě – 10 500 MW)

(4.10.b) Průtočná vodní elektrárna Kamýk na Vltavě, ČR, instalovaný výkon: 40 MW.

(4.11.a) Agucadoura Wave Farm, Portugalsko

Teoretický potenciál energie vln v Evropě se rovná přibližně 95 % současné spotřeby elektřiny v Evropě, ale praktický potenciál (z ekonomického a technologického hlediska) je méně než 10 % současné evropské spotřeby elektřiny.

4.12 PŘÍLIVOVÁ ENERGIE Každodenní střídání přílivu a odlivu lze pomocí vodních turbín přeměnit na elektřinu. Podél pobřeží s velkými trychtýřovitými zátokami může být výškový rozdíl vln až 10 m, ale tyto turbíny způsobují vysokou úmrtnost ryb. V současné době probíhají experimenty s cílem vymyslet méně škodlivé metody získávání energie. Nejlepší příležitost pro těžbu přílivové energie je podél členitých pobřeží severozápadní Evropy: na Britských ostrovech, ve Francii a Norsku. Teoretický potenciál přílivové energie odpovídá 85 % spotřeby elektřiny. V praxi by se v severozápadní Evropě dalo vytěžit 5 % současné spotřeby energie v Evropě.

(4.13.a) Centrálně umístěný absorbér energie

(4.13.b) Parabolické žlaby

(4.13.c) Parabolické disky, které se natáčí ke slunci

(4.14.a) Solární komínová elektrárna

4.13 KONCENTROVANÁ SLUNEČNÍ ENERGIE

Koncentované solární elektrárny (KSE) jsou založeny na zrcadlech, které koncentrují sluneční paprsky. Zrcátka nebo čočky soustředí sluneční světlo na kolektory, v jejichž ohnisku mohou teploty dosáhnout 10 000 °C. Když se toto teplo předá vodě, produkuje páru, která se používá k pohonu turbíny. Používají se tyto typy: centrálně umístěný absorbér energie (4.13.a), parabolické žlaby (4.13.b) a parabolické disky (4.13.c). Velkým negativem je, že tato technologie má nejvyšší spotřebu vody ze všech konvenčních typů elektráren, která se používá na chlazení a čištění zrcadel. Zkoumají se alternativy využití nepřilnavých povrchů a dalších technologií. Dalším negativem je, že intenzita slunečního záření přitahuje velké množství hmyzu, v důsledku toho ptáky, kteří ho loví, což má za následek jejich vysokou úmrtnost. Tento princip má až dvakrát větší účinnost (34 %) než fotovoltaika (12,5 %), ale vyžaduje vysokou intenzitu slunečního záření, proto není pro Českou republiku příliš vhodný.

4.14 SOLÁRNÍ KOMÍNOVÁ ELEKTRÁRNA

Solární komínová elektrárna pracuje na principu ohřevu vzduchu skleníkovým jevem v kruhovém kolektoru, v jehož centru je umístěn komín s turbínou. Vzduch v kolektoru má následkem ohřevu nižší hustotu než vzduch za jeho výstupem, a proto uvnitř kolektoru proudí směrem do jeho centra, načež komínem uniká. Na základně komínu je umístěna buď jedna nebo více turbín pohánějících jeden nebo více generátorů. Tah komínu je způsoben rozdílem teplot uvnitř kolektoru a na výstupu z komínu (přibližně 1 °C na každých 100 výškových metrů), tj. efektivita elektrárny stoupá s jejími rozměry a ideální je ji umisťovat do pouštních oblastí. Vedlejším produktem výroby energie solární komínovou elektrárnou je využití periferní části plochy uvnitř kolektoru pro pěstování vhodných skleníkových plodin.

4.15 MĚLKÁ SOLÁRNÍ TERMÁLNÍ ENERGIE

Horních 10 až 15 m země je ohříváno slunečním zářením a nikoli (až na vzácné výjimky) geotermální energií. V hloubce asi 15 m nejsou přízemní teploty ovlivněny sezónními změnami teploty vzduchu a mají tendenci zůstat stabilní po celý rok na přibližně průměrné roční teplotě vzduchu 9–13 °C. Půda v této hloubce je tedy v létě chladnější než vzduch a v zimě teplejší než vzduch.

4.16 FOTOVOLTAIKA

Dalším způsobem jak získávat energii ze slunce je fotovoltaika (FVE), ty nejvýkonnější mohou dosáhnout účinnosti 10 až 20 % (např. fotosyntéza rostlin přeměňuje pouze 0,5 až 1 % sluneční energie na biomasu).29

Její výhodou je, že nemusí prostorově „vytěžovat“ krajinu, ale může být umisťována na střechy nebo fasády staveb, popřípadě jako zastřešení parkovišť (obr. 4.16.a) nebo ve formě tzv. agrivoltaiky (obr. 4.16.b). Dle výzkumu EGÚ Brno by fotovoltaické panely na střechách a fasádach byly schopny pokrýt až 27 % spotřeby, nicméně při takové aplikaci je třeba zvážit formu její integrace do architektury. Agrivoltaika je instalování FVE panelů nad zemědělské plodiny nebo pastvy pro dobytek, což má hned několik výhod: dvojí využití půdy, další finanční zdroj zemědělců, ochrana rostlin před kroupami, popřípadě velkým suchem a vlhkost z plodin zvyšuje účinnost FVE článků až o 10–15 %. Částečné stínění má pozitivní vliv na pěstování například malin a vinné révy, neutrální na ovocné stromy (jobloně, hrušně apod. mají méně plodů, ale jsou větších rozměrů) a negativní vliv na obiloviny. Dalším z trendů je plovoucí fotovoltaika umisťovaná na vodní plochy, její výhodou je, že odpařená vlhkost (podobně jako v případě agrivoltaiky) zvyšuje účinnost článků. Jako nevýhodu ale vnímám fakt, že instalované panely zneprostupní vodní plochu.

(agrivoltaika a plovoucí elektrárna o 5–15 % více)

Standardní solární panel 1 × 2 m:

(4.16.a) Solární panely nad parkovištěm

(4.16.b) Agrivoltaika: využití jedné plochy jak pro fotovoltaickou elektrárnu, tak pro pěstování zemědělských plodin či chov hospodářských zvířat. (4.16.c) Potenciál solární energie v ČR, střechy a fasády. Podle studie EGÚ Brno by v Česku solární elektrárny na všech technicky vhodných střechách a fasádách pokryly až 27 % spotřeby elektřiny:

(4.17.a) Vež, do které jeřáb ukládá betonové bloky, které později spustí a vytvoří tak energii. (4.17.b) Pístový systém gravitační baterie

(4.18.a) Nejvýkonnější vodní elektrárna v ČR, Dlouhé stráně, rozdíl mezi nádržemi: 535 m, instalovaný výkon: 6504 MW

Šumný důl 880 MW Smědavský vrch 620 MW

Spálená 880 MW Dlouhé stráně 650 MW

Černé jezero 1,5 MW Červená jáma 674 MW Velká Morava 536 MW

Štěchovice 22,5 MW

Slavič 1124 MW

Dalešice 480 MW

stávající přečerpávací elektrárny na území ČR plánované přečerpávací elektrárny na území ČR (4.19.b) Stávající a plánované přečerpávací elektrárny, ČR