ENERGIA PRE BUDÚCNOSŤ

Transcript

1 ENERGIA PRE BUDÚCNOSŤ Mgr. Rudolf Pado Prorok je ten, kto vidí aleko dopredu, ale zároveň vidí všetko vôkol seba, pretože budúcnos začína dnes. (Konstantin Eduardovič Ciolkovskij)

2 Spoločnos environmentálne výchovných organizácií ŠPIRÁLA SEVO Špirála je mimovládna, nezisková organizácia založená v Slovenskej republike ako záujmové združenie právnických osôb. SEVO Špirála vo svojej činnosti: zastupuje a presadzuje záujmy svojich členov vo vz ahu k orgánom štátnej správy, k partnerským organizáciám, nadáciám, sponzorom a darcom, podporuje vzájomnú výmenu skúseností svojich členov v oblasti environmentálnej výchovy, zabezpečuje šírenie aktuálnych informácií medzi svojimi členmi, ako aj poskytovanie informácií širokej verejnosti, dbá o kvalitu vzdelávacích programov svojich členov a napomáha skvalitňovaniu ich činnosti. K naplneniu vyššie uvedených cie ov SEVO Špirála: zabezpečuje poradenskú konzultačnú činnos v oblasti environmentálnej výchovy, vzdelávania a osvety a v oblasti manažmentu mimovládnych neziskových organizácií, organizuje vzdelávacie akcie, semináre a exkurzie, zabezpečuje propagačné akcie, propagáciu členov, zverejňuje informácie prostredníctvom neperiodických a periodických publikácií, spracováva a realizuje projekty na podporu environmentálnej výchovy, vzdelávania a osvety, aktívne sa podie a na príprave príslušných legislatívnych noriem, súvisiacich s predmetom činnosti združenia. Kontakt: SEVO Špirála, Nám. Hraničiarov 13, Bratislava Tel./fax: 02/ , E mail: spirala@changenet.sk Putovná výstava Horúca planéta globálne klimatické zmeny Rovnomenná výstava predstavuje problematiku globálnych klimatických zmien a je obohatená o farebné fotografie medzinárodnej organizácie GREENPEACE. V prípade záujmu o výstavu kontaktujte: OZ TATRY KEMI 627/5, Liptovský Mikuláš Tel./fax: 044/ E mail: wolf@mail.viapvt.sk

3 ENERGIA PRE BUDÚCNOSŤ Zostavil: Mgr. Rudolf Pado Jazyková úprava: RNDr. Jana Júdová PhD. Obálka: Lenka Milonová Tlač: Tlačiareň TYPOPRESS s.r.o. Liptovský Mikuláš, december 2003 Občianske združenie TATRY KEMI 627/5, Liptovský Mikuláš Tel./fax: 044/ E - mail: wolf@mail.viapvt.sk Vydané s finančnou podporou Ambassade van het Koninkrijk der Nederlanden (MATRA Kap program) Vytlačené na recyklovanom papieri.

4 4

5 Úvod Do tohto úvodu musíme vloži aspoň niečo z toho, čo sa už nezmestilo do publikácie, ktorá Vám ponúka z množstva poznatkov o energii tie najdôležitejšie pre bežný život udí. Prídavok je potrebný, pretože sme si navykli písa a hovori o energii poväčšine ako o fenoméne, ktorý je zaujímavý len akoby sám o sebe, bez alších súvislostí. Príčinou zvýšeného záujmu o energiu je najmä tvrdý náraz udského spoločenstva na hranice (limity) toho, čo je možné s našou malou planétou robi. Kvalita nášho života bude do značnej miery závisie od toho, ako budeme naklada s danými zdrojmi (najmä) energie a s tým, čo na Zemi môžeme využíva. Riešenia sa však paradoxne - budú h ada ažšie kvôli faktu, že všetko, čo sme ako udstvo doteraz vytvorili, neznamená bez energie nič, nič bez jej neustáleho prúdenia z prírody do systémov od kalkulačky až po ve komestá - ktoré sme vymysleli. Bežný život dnes prináša okrem iného aj zvyšovanie cien akejko vek formy energie. Bude cenovo pomaly už jedno, ako si ohrejete párky, či plynom, elektrinou, uhlím už si ove a viac všímame absolútnu spotrebu energie. Takto sme sa na energiu, úspory, mohli pozera už dávno - keby sme boli využili aspoň jednu príležitos. Boli viaceré. Naposledy okolo roku 1972, ke sa celosvetovo prudko zvýšili ceny ropy. Šok z toho spôsobil, že sa začalo zis ova, ako sa vlastne nakladá s vyrobenou energiou. Získané údaje hovorili o nesmiernom plytvaní. V zahraničí boli vyvodené dôsledky. My sme plytvali rovnako, údaje však vtedy u nás nič nezmenili. Plytvanie však nebolo zámerné, len neboli dôvody šetri. Ani o tom, čo nás v dnešku čaká, sme nevedeli. Našli sa samozrejme vedci i technici, ktorí na plytvanie upozorňovali. Nemohli však prekona jeho dôvody, ktorými boli najmä nízke ceny energie, stanovené vládami jednotlivých krajín, a ktoré týmto chceli podporova rozvoj a sú aženie po dvoch svetových vojnách, ako aj využívanie výsledkov rozvoja vedy a techniky. Vlády doslova súperili v údajoch o výške spotrebovanej energie na obyvate a či na jednotku HDP (hrubého domáceho produktu) a podobne. Pamiatku na to máme ešte dnes v našej krajine: je to (odhadom) ešte stále asi 2 krát vyššia spotreba energie na jednotku HDP oproti tým š astnejším krajinám. Už vieme, že spori a rozumne naklada s energiou je dobré. Je logické zaujíma sa o to, čo sa bude v tejto oblasti dia v blízkej i vzdialenej budúcnosti. Najmä sa budeme musie uči mnoho nového. Bude to súvisie najmä s poznaním, čo sa kde deje a s h adaním nástrojov na riešenie odhalených problémov. Závažnejšími príčinami ubúdania zdrojov energie je rast počtu udí na Zemi, alej dosiahnutý stupeň priemyselnej výroby, ako aj rastúce nároky udí na množstvo energie. Svet si bol a je vedomý toho, čo sa deje, ale Po opatrných vyhláseniach technikov (poväčšine nie ekonómov a politikov) prišlo i na vážnejšie varovania a h adanie spôsobov, ako v rastúcom zmätku nájs niečo, čo by sa dalo obháji, mera a čím by sa dalo argumentova v prospech myšlienky, že na našej malej planéte nie je možný neobmedzený rozvoj. Po zisteniach, čo sa deje v atmosfére a na povrchu Zeme, po diskusiách nad modelmi vývoja sveta i udského spoločenstva, došlo i na pokus OSN regulova (neudržate ný) vývoj sveta súborom opatrení známych pod názvom udržate ný rozvoj (Agenda 21). Naša krajina sa k nemu spolu s inými prihlásila a máme aj svoj vlastný program. Čo sa stalo, že to vyvoláva záujem aj u udí, ktorí sa tým nikdy nezaoberali? A čo máme vedie my a čo sa máme uči, aby sme vedeli, ako z problémov von? Je toho príliš ve a na priestor pre úvod. V tomto okamihu postačí i podpora Vašej motivácie niečo s naznačenými problémami robi. Riešenia, ktoré potom zvolíte, budú ve mi cenné, pretože budú reagova na to, čo sa v týchto veciach deje práve vo Vašej blízkosti (doma i v práci), a tým budú ma väčšiu šancu na úspech. Je to zvláštne, ale funguje to - každý z nás pôjde svojou cestou (úspor) pri rešpektovaní nieko kých relatívne jednoduchých pravidiel sú nakoniec i v tejto publikácii. Dúfame, že sa nebudete iným hanbi prezradi, že šetríte energiou (smejete sa?) v zahraničí bohatí šetria Možno už teraz, možno neskôr pochopíte, že je dobré, že sa ceny energie zvýšili. Preto je možné konečne robi úspory energie (v stratách tepla sme ešte stále skoro na špičke v Európe). Nedali sa robi ešte v roku cena elektriny v jednej sadzbe bola okolo 10 halierov za 1 kw.h Všetky vtedajšie nariadenia o úsporách a pod. sa preto míňali účinkom. Dnes je už ažké zisti, prečo podobné výzvy vôbec vznikali pretože úmysel bol dobrý. Narážal predovšetkým na ideologické bariéry v ekonomike Vtedy úspory znamenali prejav akéhosi nedostatku v riadení štátu, preto u nás občas bolo až nebezpečné snaži sa zníži spotrebu nejakého ve kého podniku, mohli nasledova pre podnik sankcie za nedodržanie plánovaného odberu, penále a následne i trest pre zlepšovate a, ktorý ohrozoval vymoženosti socializmu Kvôli rastúcim cenám energie sú konečne energia a veci s ňou spojené, zaujímavé pre všetkých. Jej cena zrejme ešte porastie a dúfajme, že bude vyjadrova v stále väčšej miere náklady (i problémy), spojené s jej získavaním. Nové poznatky o energii teda nielen tie fyzikálne či technické pochádzajú predovšetkým z oblastí, ako je ekológia či životné prostredie, ekonómia a zo sociálno-politickej oblasti. Nárastom spotreby energie (tento je ešte strmší ako rast počtu udí na Zemi) sa tieto poznatky stávajú aj ve mi naliehavými (v roku 2020 sa očakáva dvojnásobok tej dnešnej spotreby ). 5

6 Budeme sa musie vyrovna (najmä vzdelávaním) s tým, že fungovanie spomenutých oblastí zároveň ukazuje ich až neuverite nú vzájomnú previazanos a závislos ktorejko vek z nich od stavu a dynamike vývoja ostatných. Poznatkov je také množstvo a tak závažných, že nie je možné venova sa im len v rámci bežného vzdelávania. S tým rastie aj tlak na zmeny vo vzdelávaní. Vieme, že mladým nemôžeme poskytnú nijaké návody na riešenia situácií, ktoré sa vyskytnú v budúcnosti. Prinajmenšom preto, lebo ich nepoznáme. Nové problémy budú aj odlišné od tých dnešných. Čo v týchto súvislostiach teda uči? To je otvorená otázka. Odpove sa bude sklada z rôznych častí z toho, čo o energii z fyziky a techniky bezpečne vieme (prírodné zákony sa nepodarí obís ) a z porozumenia správania sa systémov, ktoré udia vytvorili, a to počínajúc domácnos ou až po globálne aktivity a vz ahy s prírodou. Zdá sa tiež, že v environmentálnej výchove budeme musie zača viac podporova aj rozumové aktivity vo vz ahu k prírode, nestava len na citovom vz ahu - i ke je dominantný v budovaní vz ahu k prírode, k životu. Náprava poškodených vz ahov s prírodou a vylúčenie nových ohrození si bude vyžadova aj prácu chladného mozgu, racionálny prístup. Výchova mladých udí sa bude musie vyrovna aj so zvládaním rizík budúceho vývoja i neistoty, ktorá sa viaže najmä k očakávaniam pôsobení prijatých opatrení, at. Nebude to teda len tak, ako v minulosti, kedy učitelia odovzdávali mladej generácii poznatky pre ich overenos históriou. Pre dnes známy rýchly vývoj vecí je mnoho z takýchto poznatkov zastaraných už v okamihu ich odovzdávania. Budú tu zrejme musie pribudnú znalosti, ktoré dovolia nájs čo najrýchlejšie a najmä kvalitné riešenie problémov, o ktorých my dnes v podstate vieme len ve mi málo - a pred ktoré budú nové generácie postavené. Pôjde to ve mi ažko, pretože sa naviac ukazuje, že mnohé z toho, čo kladie odpor voči potrebným zmenám v postojoch k životu, k prírode, je zabudované už asi od začiatku renesancie priamo do našej kultúry (myslíme tým nielen umenie a pod., ale i vedu, techniku, technológie). Pod kultúrou (zjednodušene) si predstavujme náš spôsob, akým sme si vybudovali všetko to, čo predstavuje sumu našich znalostí o našom živote v prostredí prírody našej planéty - pričom berme do úvahy, že príroda sa do dnešného stavu vyvíjala miliardy rokov a kultúra len nieko ko tisícročí A toto naše dielo, či skôr naša pamä, začína by i naším pričinením vážne ohrozované prírodou, a to prostriedkami a spôsobmi jej vlastnými. Ďalším z dôležitých zistení, ktoré si udia pomaly osvojujú, je už spomenutá previazanos všetkého, čo je na Zemi. Z tohto (možno si poviete málo objavného) zistenia vyplýva pre nás ve mi ve a a závažných dôsledkov. Napríklad si musíme odvyka očakáva, že v kontakte s prírodou (ale i s našimi nesmierne zložitými systémami), za nejakým našim činom bude vždy nasledova nejaký následok (podivné, však?). S problematikou energie to má spoločné toto: napr. ak znížime celosvetovo spotrebu energie, nemusí sa to hne prejavi nejakou pozitívnou reakciou napr. v atmosfére planéty (podobne je to i s návratom ozónovej vrstvy do normy). Odpove, reakcia, aj ke si ju ve mi želáme (najmä kladnú), môže by na neznámu dobu oddialená (a ke nebudeme ma potrebné znalosti, tak odpove bude i skrytá ). Aj také sú vlastnosti atmosféry, nie je to len krásne modré nebo Chýbajú nám aj znalosti, ako vôbec zasahova do prírodných procesov, ktoré sú v kontakte s našimi systémami. Je to problém aj pre už známy fakt, že napríklad návrat nejakého javu do jeho normálnych ko ají môže by urobený len istým a citlivým spôsobom. My sme totiž naučení odpoveda ve mi silnou reakciou na ve mi silný podnet. Tu sa to nesmie. Musíme slabo (vediac kde a ako ) reagova na obrovskú poruchu (lepšie by bolo nedopusti ju ). Mimochodom je ve mi zlé, že v súčasnosti nie sme schopní jednoznačne vylúči náš podiel, nás udí, na zosilnení skleníkového efektu (výroba energie, doprava a už aj po nohospodárstvo vytvárajú obrovské množstvo tzv. skleníkových plynov). Je to skutočne horšie, než keby sme vedeli presne, že na tom nejaký podiel máme. Aj preto sa tak ažko v týchto veciach h adá konsenzus vlád, vedcov, verejnosti, ekonómov a alších. Je len samozrejmé, že nám pre kvalitné rozhodnutia chýbajú najmä vedecké poznatky o predmetných javoch..., a aj preto musíme podporova vedu a jej bádania. Poznámka na okraj: za využitie obnovite ných zdrojov hovorí aj nasledovné náš spôsob výroby energie na Zemi jeho odpad, znamená nepredstavite nú zá až prostredia - tá energia, čo sa vyrobí na Slnku, odpad nemá, ostal tam... Z oblasti sociálno-politickej uve me príklad stúpajúcej náročnosti na rozhodnutia napr. v obmedzovaní priemyselných výrob (povedzme pre ich zlý vplyv na prostredie). Na takomto priemysle je však existenčne závislá neuverite ne ve ká čas udstva, a preto nebudú (nemôžu by ) prijímané riešenia jeho obmedzení bez toho, aby sa nenašli náhradné zamestnania dotknutých udí pre možnos vzniku obrovských sociálnych a následne i politických problémov. To isté platí pre výrobu energie a pod. Tu nie je žiadny priestor pre ahké a intuitívne riešenia! Isté obavy spôsobuje tiež skutočnos, že v prijímaných rozhodnutiach čoraz viac zaváži, že žijeme v dobe, ke mnohé javy v udskej spoločnosti (a tým vyvolané javy i v prírode) naberajú exponenciálny charakter dynamiky ich vývoja. Napr. už spomenutý rast počtu udí na Zemi. K nemu sa pripája ešte rýchlejšia exponenciála rastu potrieb energie, at. a následne v alších oblastiach. Tým nesmierne rastú nároky na (ve mi citlivé) riadenie čohoko vek, práve pre takéto rýchlosti zmien. V dobách, ke nás bolo na Zemi 3 mld. (okolo r. 1950) bolo to možno o niečo jednoduchšie. Skracuje sa aj doba na prijatie zásadných opatrení, h adanie indikátorov stavu, vyhodnotenie nejakej zmeny nejakého parametra či už v životnom prostredí alebo nejakého parametra, ktorý významne súvisí s naším prežitím. Toto platí najmä na globálnej úrovni pričom tu sa dohody robia naj ažšie. 6

7 Že už možno tušíme, aké sú vlastnosti exponenciálneho vývoja, svedčí i prípad s ochorením spojeným s neznámym vírusom - SARS. V minulosti možno len lokálny problém sa v aka súčasnému rozvoju leteckej dopravy stal niečím, čo bolo svetovým ohrozením, problémom číslo jedna. Je pritom zaujímavé, že na túto chorobu (zatia ) zomrelo ove a menej udí, ako za tú istú dobu na AIDS (i ke aj tu je podobný vývoj!). Rozsah a rýchlos opatrení boli však nevídané - ale aj ekonomické straty v oblastiach, kde to nikto neočakával (najmä turizmus). To je tiež jeden z dôsledkov už spomenutej previazanosti. Dôsledky čohoko vek sa môžu prejavi v ktorejko vek inej i nemožnej oblasti (napr. väzba javu El Niňo s cenami hovädzieho mäsa v Európe). Sná nemusíme uvádza príklady väzby na problematiku energie. Záverom pre zaujímavos uve me aj informáciu o výsledkoch písania esejí stredoškolákmi na tému, čo by sa stalo na Zemi, keby bol dostatok energie a zadarmo pre všetkých. Mladí tvrdili, že by to viedlo k problémom, ktoré by ešte viac zhoršili daný stav prostredia na planéte. Dokonca objavili problémy, ktoré ešte dnes neexistujú. Argumentácia bola presvedčivá. Zdá sa, že aj ve a a zadarmo musí by v jasnom súlade s ostatnými vecami. A čo robi s týmto: sú medzi nami aj takí, ktorých mrzí, že udia sa polepšili vo vz ahu k prírode i planéte, na ktorej žijú, až po zvýšení cien za energiu, teplo a pod. Mali sa vraj polepši z iných dôvodov, akosi peknejších. Malo im by už dávno jasné, o čo ide at. Tu môžeme odpoveda tým, že udia sa takto (prirodzene) správali vždy a asi aj budú. Je preto dôležité, aby vždy boli pravdivo informovaní o tom, čo sa stalo vzácnym. A môže to by i cenou. Publikácia, ktorú budete číta, je takisto komunikačným prostriedkom - naviac predstavuje i obohatenie pre environmentálne a ochranárske organizácie o celkom presnú a najmä na znalosti bohatú osvetu pre verejnos v oblasti využívania už vyrobenej energie a aj tej, ktorá je v jej obnovite ných zdrojoch. Tu nájde uplatnenie i základná osveta i rukolapné návody. Záujem, dopyt po alších a kvalitných informáciách tohto druhu rastie. Zdá sa, že exponenciálne. Július Rosa OZ RIO 21 Centrum, Bratislava 7

8 1. ENERGIA 1.1. Energia a hmota Súčasné predstavy o štruktúre látok vychádzajú zo zákonov klasickej fyziky. Jedným z nich je zákon zachovania hmotnosti, formulovaný už v polovici 18. storočia Lomonosovom. Hmotnos všetkých látok vstupujúcich do určitej reakcie sa rovná hmotnosti všetkých reakčných produktov. Hmota (látky) za normálnych podmienok nikde nevzniká a nezaniká. Všetky premeny látok sa dejú na základe vyvážených chemických reakcií alebo na základe zmeny skupenstva. Lomonosov ako prvý formuloval tiež zákon zachovania energie. Klasická fyzika tieto zákony od seba odde ovala až do momentu, ke Einstein formuloval svoju teóriu relativity, z ktorej vyplynul zákon zachovania hmotnosti a energie zapísaný známym vz ahom: E = m x c 2 Od tejto chvíle sa hmota a energia nedajú od seba oddeli. Energia je schopnos kona prácu. Energia nevzniká ani nezaniká (zákon zachovania energie), iba sa mení z jednej formy na inú formu. Energia sa môže medzi rôznymi systémami odovzdáva iba vo forme tepla alebo práce. Pri každej premene energie je vždy nejaká jej čas premenená na nevyužitú čas, tzv. zbytkové teplo, ktoré už nemôže by využité na alšiu transformáciu. Kvalitná, t.j. využite ná energia, je premenená na nekvalitnú, t. j. nevyužite nú. Čím zložitejším spôsobom energiu získavame, tým viac je jej premien. Využitie energie Slnka a energie jadrového paliva na vykurovanie Pod a vlastného charakteru energie, ju môžeme rozdeli na: mechanickú energiu, elektrickú energiu, tepelnú energiu a energiu žiarenia. Medzi jednotlivými energiami existujú vzájomné premeny Prírodné zdroje Zdroje všetkých látok v prírode (prírodné zdroje), môžeme rozdeli na: Obnovite né zdroje látok Látka je stále alebo periodicky dostupná, ak sa rýchlos jej spotreby rovná obnove alebo je menšia ako obnova (napr. pokia nie je les úplne vyrúbaný má ročný prírastok): V s = < V o kde Vs je rýchlos spotreby a Vo je rýchlos obnovy. Obnovite nými zdrojmi látok (surovín) sú bu časti tiel rastlín a živočíchov (drevo, vláknina, koža, vlna, bavlna) alebo produkty ich metabolizmu (surový kaučuk, repkový olej), t. j. biomasa. Tento poh ad môžeme vz ahova aj k obnovite ným zdrojom energie. 8

9 Neobnovite né zdroje energie Potrebná látka nie je stále alebo periodicky dostupná, pričom rýchlos jej spotreby a využitia často mnohonásobne prekračuje rýchlos jej obnovy: V s >>>>> V o K neobnovite ným zdrojom patria fosílne palivá, rudy kovov (Fe, Cu, Al, Zn, Cr, Pb at.), nerudné suroviny (štrkopiesky a piesky, kaolíny, íly, tehliarske hliny, dolomity a vápence, grafit a pod.), hnojivá liadky NaNO 3, Ca(NO 3 ) 2, fosfáty) at. Je často sporné, či za zdroje máme považova aj vodu, pôdu, vzduch. Ak je však surovinou každá látka, ktorú človek z prostredia potrebuje, a ktorá je obmedzená svojím výskytom a dostupnos ou a na jej získanie je potrebné vynaloži isté úsilie a finančné prostriedky, potom vodu, vzduch a pôdu môžeme za určitých podmienok taktiež poklada za zdroj Obnovite né zdroje energie Obnovite ným zdrojom sa taktiež hovorí alternatívne, pretože predstavujú inú možnos (alternatívu) k súčasným neobnovite ným zdrojom (fosílne palivá a jadrová energia). Energia však alternatívu nemá. Medzi obnovite né zdroje energie patrí: solárna energia, veterná energia, vodná energia, energia biomasy a geotermálna energia Neobnovite né zdroje energie Medzi neobnovite né zdroje energie patria fosílne palivá a jadrové palivo. Fosílne palivá predstavujú energiu Slnka, ktorá bola postupne v procese fotosyntézy ukladaná do biomasy organizmov pred mnohými miliónmi rokov. Zložitým procesom rozkladu na jednoduchšie organické látky a následným procesom zuho natenia (karbonizácia) vznikli v bažinách s bujnou vegetáciou sloje uhlia. Procesom ropotvorby vznikla z odumretej biomasy planktónu a baktérií ropa. Fosílne palivá obsahujú predovšetkým uhlík alebo uh ovodíky. Uhlie Vyskytuje sa v troch formách hnedé, čierne a antracit. Je tvorené prevažne uhlíkom, alej vodíkom, kyslíkom, dusíkom, sírou a alšími prímesami. Pri jeho spa ovaní sa oxidačnými procesmi uvo ňuje hlavne oxid uhličitý, čiastočne oxid uho natý, oxid siričitý a jemné čiastočky prachu. Obsah popola tvorí 30 až 50 %, u nekvalitných typov uhlia až 50 % hmotnosti uhlia. V uhlí sú taktiež prítomné stopové prvky ako ažké kovy a rádioaktívne látky, ktoré sa v podobe popolčeka a aerosólov dostávajú do ovzdušia. Ropa Ropa je zmes kvapalných uh ovodíkov. Znečistenie prostredia spôsobuje ažba a spracovanie ropy, jej transport, skladovanie, ako aj samotné spa ovanie. Hor avé bridlice a piesky Rope podobné látky sa vyskytujú v niektorých usadených horninách ako napr. v hor avých bridliciach a pieskoch. Tieto látky sa z hornín uvo ňujú pyrolýzou alebo organickými rozpúš adlami. Pri ažbe a spracovaní týchto roponosných hornín vzniká ve ké množstvo odpadu. Rašelina Rašelina je taktiež pokladaná za neobnovite ný zdroj energie. Vzniká aj v súčasnosti, ale jej vznik je v porovnaní s ažbou zanedbate ný. Ťažba rašeliny poškodzuje unikátne prírodné lokality, napr. na Slovensku v oblasti Suchej hory na Orave. Využíva sa najmä v po nohospodárstve a v záhradníctve. Zemný plyn Často doprevádza ložiská ropy a uhlia. Okrem metánu (cca 80 %) obsahuje alkány, oxid uhličitý, sírovodík a malé množstvá alších plynov napr. hélia. Znečistenie z jeho spa ovania je nižšie ako v prípade uhlia a ropy. Jadrové palivo patrí taktiež k neobnovite ným zdrojom energie s množstvom alších sekundárnych dopadov na životné prostredie História spotreby energie Objav ohňa a spa ovanie dreva otvorili u om cestu k využívaniu energetických zdrojov. Využívanie veternej energie na pohon lodí alebo vodnej energie na pohon zavlažovacích systémov pred rokmi odštartovalo kultúrny rozvoj udstva. Počas nieko kých tisícročí boli udské potreby pokrývané len obnovite nými zdrojmi energie slnkom, biomasou, vodnou a veternou energiou. Tento vývoj prebiehal až do začiatku priemyselnej revolúcie. Schopnos meni tepelnú energiu na 9

10 pohybovú, využite nú na pohon strojov znamenala, že spotreba energie a ekonomický rozvoj sa začali zrých ova. Priemyselná revolúcia, ktorá začala asi pred 250 rokmi, bola revolúciou energetických technológií, založených na fosílnych palivách. Tento vývoj prebiehal postupne od využívania uhlia cez ropu až po urán a zemný plyn. Lokálne resp. regionálne zásobovanie sa zmenilo na globálne transportovanie palív po zemeguli. Spotreba palív dosiahla obrovský rozmer a ich nedostatok sa už prejavil na viacerých miestach. Rovnako ako sa prejavilo poškodenie životného prostredia ich používaním. Spotreba energie sa neustále zvyšuje. Ešte pred 120 rokmi bola väčšina práce vykonávaná svalovou silou. To sa odráža aj v pomere robotníkov a zamestnancov, ktorý v roku 1880 bol 9:1, kým dnes je celosvetovo asi 1:1. Základný posun v oblasti toku energie nastal uprostred 19. storočia, odkedy spotreba energie enormne stúpala. Tento nárast nebol len výsledkom priemyselného rozvoja ale aj rastu populácie. Počet obyvate ov Zeme vzrástol 3,2-krát medzi rokmi 1850 a 1970, spotreba tzv. priemyselnej energie na obyvate a však vzrástla až 20-násobne. Rok Počet Spotreba Spotreba Spotreba Spotreba Spotreba obyvate ov priemyselnej tradičnej priemyselnej tradičnej energie za energie na energie na energie za energie za rok spolu osobu za osobu za rok (TW) rok (TW) (TW) rok (kw) rok (kw) ,13 0,10 0,50 0,11 0,57 0, ,49 0,32 0,35 0,48 0,52 1, ,02 0,85 0,28 1,71 0,56 2, ,62 2,04 0,27 7,38 0,98 8, ,32 2,19 0,29 11,66 1,54 13,20 Počet obyvate ov a spotreba energie vo svete v rokoch (E. Bédi, 2001) Vysvetlivky: Priemyselná energia zahrňuje hlavne uhlie, ropu, zemný plyn, vodnú a atómovú energiu. Tradičná energia predstavuje palivové drevo, drevné uhlie, bioplyn a odpady z biomasy. Jednotka energie TW je ekvivalentná 700 milión ton ropy za rok. Energia pochádzajúca z potravín a udskej práce nie je v tabu ke zahrnutá. Spotreba energie a udská práca Pre ilustráciu výkon manuálne pracujúceho človeka je asi 0,1 kw a spotreba energie priemerného Američana je asi 12 kw, t. j. 120-násobne viac. Inými slovami, ak by mala by energia spotrebovaná priemerným Američanom vytvorená udskou silou, bola by pre jeho existenciu potrebná práca asi 120 otrokov. V prípade priemerného Nigérijčana by to boli asi 2 otroci Súčasná spotreba energie Zabezpečovanie našich energetických potrieb znamená, že každý rok sa na Zemi spotrebuje ekvivalentné množstvo približne 10 miliárd ton ropy. Približne 40 % tejto energie je vo forme ropy, ktorej podiel spolu s uhlím a zemným plynom predstavuje viac ako 90 % spotrebovávanej energie. Zdroj Spotreba v EJ Spotreba v mtoe Ropa Uhlie Zemný plyn Biomasa Vodná energia Jadrová energia Spolu Ročná spotreba primárnych zdrojov energie vo svete (1992) pod a zdrojov (E. Bédi, 2001) (Poznámka: mtoe = milión ton ropného ekvivalentu.)

11 Pri počte obyvate ov 5,3 miliardy v roku 1992 vychádza priemerná spotreba 1,8 ton ropného ekvivalentu na obyvate a. Toto číslo zahrňuje v sebe všetky palivové zdroje spotrebované priemyslom, po nohospodárstvom, službami i domácnos ami. Taktiež zahrňuje ve ké množstvo dreva a iných organických odpadov používaných zväčša v rozvojových krajinách. V súčasnosti je počet obyvate ov Zeme asi 6,5 miliardy, nároky na energiu vzrástli ešte viac. V priemyselne vyspelých krajinách je spotreba palív na jedného obyvate a viac ako 6-násobne vyššia ako v rozvojových krajinách. V absolútnych číslach vyspelé krajiny spotrebovávajú až dvakrát viac palív ako menej rozvinuté krajiny, hoci ich počet obyvate ov predstavuje sotva tretinu počtu obyvate ov v rozvojových krajinách. Je evidentné, že tento stav je z dlhodobého h adiska neudržate ný a bude predstavova vážny problém už v blízkej budúcnosti, kedy tlak na surovinové zdroje bude rás úmerne tomu, ako bude rás ekonomika hlavne v ázijských krajinách. Počet obyvate ov Spotreba energie Spotreba energie na (miliárd) (EJ/rok) obyvate a (GJ/rok) Priemyselné krajiny 1, Rozvojové krajiny 4, Spotreba energie v priemyselných a rozvojových krajinách (rok 1992) (E. Bédi, 2001) 1.5. Trendy spotreby energie udstvo spotrebuje za jeden rok také množstvo fosílnych palív, aké príroda vyprodukovala za 1 milión rokov. Rozsah energetického problému, s ktorým budú konfrontované budúce generácie, môže by ilustrovaný na jednoduchom príklade. Pod a predpovede OSN sa počet obyvate ov Zeme zvýši z cca 5 miliárd v roku 1990 na cca 8 miliárd v roku Koncom 21. storočia by sa však tento počet mal stabilizova na úrovni 10 až 12 miliárd. Väčšia čas z tohto prírastku sa očakáva v rozvojových krajinách. Pod a amerického ministerstva energetiky (US DOE) bude spotreba energie v budúcnosti výrazne narasta počas nasledujúcich dvoch desa ročí s ažiskom v Ázii, kde sa prejaví najväčší dopyt po energii. Svetová spotreba by mala v roku 2015 dosiahnu asi 562 EJ. Očakávaný nárast medzi rokmi 1995 a takmer 200 EJ sa vyrovná celosvetovej spotrebe energie v roku 1970, t.j. pred vypuknutím ropnej krízy v roku Dve tretiny nárastu spotreby energie pripadnú na rozvojové krajiny a krajiny bývalého východného bloku (postkomunistické štáty). Nárast spotreby energie v Ázii bude predstavova v priemere až 4,2 % za rok, v porovnaní s 1,3 % v priemyselne rozvinutých krajinách. Predpokladaný nárast spotreby v USA predstavuje asi 1 % za rok. V roku 1990 spotreba energie v USA presiahla spotrebu v rozvojových ázijských krajinách o 33 EJ. V roku 2015 však spotreba týchto krajín by mala prevýši spotrebu energie v USA o 48 EJ. Krajiny Ročný prírastok Ročný prírastok v percentách v percentách ( ) ( ) Priemyselné: 135,1 200,2 248,7 260,8 1,6 1,3 z toho USA 67,6 90,6 107,9 110,9 1,2 1,0 Rozvojové: 32,0 112,6 194,4 226,2 5,2 3,5 z toho Ázia 18,9 69,6 134,7 159,1 5,4 4,2 Východná Európa a Rusko 39,7 52,1 70,5 75,0 1,1 1,8 Svet spolu 206,8 364,9 513,6 562,0 2,3 2,2 Celosvetová spotreba energie fakty a prognózy - pod a regiónov v období rokov (EJ ) (E. Bédi, 2001) (Poznámka: čísla nezahrňujú nekomerčné druhy palív ako je napr. biomasa.) Hlavným palivovým zdrojom by mala by na alej ropa. Pod a US DOE by v roku 2015 mala spotreba ropy presiahnu 100 miliónov barelov za deň, čo je o 50 % viac ako v roku Obchodovanie s týmto fosílnym palivom by však malo zaznamena výrazné geografické zmeny v dôsledku nerovnováhy medzi spotrebou a domácou ažbou hlavne v ázijskom regióne. Táto skutočnos povedie k prehĺbeniu závislosti tohto regiónu od dodávok z Blízkeho Východu. Celosvetová spotreba uhlia by mala prekroči asi 7,3 miliárd ton v roku 2015, v porovnaní s 5,1 mld. ton v roku Nárast spotreby uhlia by mal by regionálne koncentrovaný hlavne v Indii a Číne. 11

12 Najväčší prírastok spotreby - 3,1 % ročne sa očakáva pre zemný plyn, ktorého spa ovanie je v porovnaní s uhlím resp. ropou čistejšie. Okolo roku 2015 by spotreba plynu mala dosiahnu spotrebu ropy v roku 1995 a mala by sa pohybova na úrovni 2/3 spotreby ropy v roku V roku 1995 predstavovala spotreba plynu len asi 55 % spotreby ropy. Pod a predpovede US DOE, len 8 % z projektovaného nárastu spotreby energie bude pochádza z nefosílnych (komerčných) zdrojov a v skutočnosti by ich podiel na celosvetovej spotrebe mal poklesnú zo súčasných 15 % na 12 % do roku Tým by sa emisie uhlíka do atmosféry zvýšili o 3,7 miliárd ton alebo o 61 % nad úroveň z roku Dohovor o klimatických zmenách z roku 1992 však zaväzuje všetky signatárske krajiny h ada a rozvíja cesty na stabilizáciu emisií uhlíka. Avšak aj keby vyspelé krajiny boli schopné stabilizova svoje emisie na úrovni roku 1990, celkové emisie uhlíka by i napriek tomu vzrástli o 2,5 miliárd ton do roku Očakáva sa, že spotreba energie na jedného obyvate a v priemyselne vyspelých krajinách, ktorá vysoko prevyšuje úroveň v rozvíjajúcich sa krajinách, sa v najbližších desa ročiach zmení len mierne. V niektorých rozvojových krajinách, ako napr. v Indii a Číne by sa mala spotreba energie na obyvate a dokonca zdvojnásobi. Avšak aj pri takomto búrlivom vývoji zostane priemerná spotreba energie na obyvate a v rozvojových krajinách v roku 2015 na úrovni jednej pätiny spotreby v priemyselne vyspelých krajinách. Tiež sa očakáva, že po tzv. prechodnej fáze v období rokov 2020 a 2060, začne dochádza ku znižovaniu spotreby ropy, hlavnej energetickej suroviny dneška. Bude to spôsobené vyčerpanými zásobami viacerých ropných polí. Pokles spotreby ropy bude vyrovnaný nárastom spotreby zemného plynu, ktorý je evidentný už dnes. Tento trend bude pokračova dovtedy, kým bude jeho cena relatívne nízka a budú zabezpečené dostatočné zdroje. Po tom, čo sa zásoby budú znižova a cena vzrastie, na trhu opä získa silnejšiu pozíciu uhlie, ktoré je lacnejšie ako zemný plyn a vzh adom na ve ké zásoby by sa jeho ceny na svetových trhoch nemali výraznejšie meni. Ke že tlak na ekologizáciu energetiky bude len silnejší, tiež sa očakáva, že spa ovanie uhlia bude musie by čisté, čo spĺňa hlavne technológia jeho splyňovania. Je potrebné zdôrazni, že uvedené predpovede sú založené na spôsobe tzv. tradičného trhového chápania zdrojov ( business as usual ) bez snahy o výraznú ekologizáciu energetiky. Prechod na udržate ný energetický systém si však vyžaduje, aby podiel obnovite ných zdrojov kontinuálne narastal. Obnovite né zdroje v spojení s novými technológiami sa môžu významnou mierou podie a na pokrývaní spotreby energie po roku Správa OSN (expertná skupina pre slnečnú energiu) hovorí o tom, že pri využití súčasných technológií na trhu by obnovite né zdroje energie mohli pokry asi 60 % svetovej spotreby elektriny a 40 % celosvetovej spotreby energie. Ich skutočný potenciál je však ove a väčší a je schopný pokry všetky naše energetické potreby Rezervy hlavných fosílnych palív Fosílne palivá sú cennými prírodnými zdrojmi energie, ktoré sa v prírode vytvorili za mnoho miliónov rokov. Dnes sú však obrovským tempom vyčerpávané. Skutočnos, že tieto zdroje tu raz nebudú, bola naznačená už začiatkom 70-tych rokov v knihe Hranice rastu (Meadows D. H., Meadows D. L., Randers L.: Limits to Growth vyšla aj v Česku). Na základe nieko kých počítačových simulácií využívania prírodných zdrojov tu bolo ukázané, že spotreba palív vo svete bude rás exponenciálnym tempom a konečným výsledkom štúdie bola predpove kolapsu zásob palív bez oh adu na množstvo paliva, ktoré je k dispozícii. Tieto obavy sa naplnili v roku 1973, kedy svet zažil prvú ropnú krízu. V tom čase krajiny OPEC po prvýkrát skoordinovali svoju politiku a dramaticky zdvihli ceny ropy. Jedným z podnetov pre tento postup bola aj skutočnos, že USA, dovtedy ve ký exportér ropy, sa začiatkom 70-tych rokov stal jej dovozcom. Príčinou bolo vyčerpanie väčšiny domácich zásob z texaských ropných polí. Hoci drastický nedostatok ropy, ktorý sa v USA prejavil aj na benzínových staniciach, dnes bezprostredne nehrozí, neodvrátite nou skutočnos ou zostáva, že zásoby fosílnych palív sú ohraničené a jedného dňa sa vyčerpajú. Odhadnú, ako dlho ich budeme môc ešte užíva, nie je jednoduché. Každý rok sa totiž objavujú správy o nových ložiskách ropy, zemného plynu alebo uhlia. V niektorých štatistikách sa pravidelne objavujú údaje o overených rezervách palív, t.j. o tých množstvách, ktoré sú technologicky využite né pri súčasnej úrovni ekonomiky ažby. Užitočným údajom pre zhodnotenie zásob je pomer rezerv k ažbe (spotrebe) v danom roku. Tento podiel vyjadruje dobu, počas ktorej bude možné dané rezervy ešte čerpa pri súčasnej úrovni spotreby. Pod a údajov jedného z najväčších svetových ropných gigantov, The British Petroleum, štatistika svetových rezerv jednotlivých fosílnych palív vychádza nasledovne (stav ku koncu roka 1999): Zdroj Životnos rezerv (v rokoch) Ropa 40 Zemný plyn 62 Uhlie

13 Problémom fosílnych palív okrem ich zmenšujúcich sa rezerv, je aj nerovnomerné regionálne rozmiestnenie týchto rezerv (zásob). Napríklad rezervy ropy pre Západnú Európu predstavujú menej ako 10 rokov. Pre Severnú Ameriku je to asi 25 rokov. Je zrejmé, že oba regióny by sa ocitli vo vážnych problémoch, ak by nemohli dováža ropu z krajín Stredného Východu, kde pomer rezerv k ažbe predstavuje takmer 100 rokov. V oblasti Stredného Východu sa nachádza približne 60 % svetových rezerv ropy, pričom len Saudská Arábia vlastní asi 25 %. V prípade zemného plynu je situácia o čosi lepšia, hlavne s oh adom na ve ké zásoby v Rusku. V tejto krajine sa nachádza približne 40 % svetových rezerv plynu. Ďalších 40 % sa nachádza v krajinách OPEC. Z uvedeného je zrejmé, že svetová spotreba palív závisí od obmedzeného počtu krajín, v ktorých sa nachádzajú najväčšie rezervy. Celosvetové rezervy uhlia sú ove a väčšie ako v prípade ropy alebo plynu a navyše sú rovnomernejšie rozdelené. Naneš astie uhlie sa vyznačuje vyššími emisiami síry, oxidov dusíka resp. CO 2 na jednotku energie oproti plynu alebo rope. Podobne ako iné fosílne palivá aj urán predstavuje vyčerpate ný zdroj energie. Ak by sa používal v reaktoroch len raz (takmer všetky súčasné reaktory), tak jeho rezervy by udstvu stačili na nasledujúcich 60 rokov. Túto dobu by bolo možné predĺži v tzv. množivých reaktoroch tie však vzh adom na rôzne problémy, ktoré ich sprevádzajú, nie sú dnes považované za perspektívne Ropa V období okolo roku 2005 sa svet dostane do situácie, kedy bude vyčerpaná viac ako polovica rezerv ropy na Zemi. Do roku 2000 sme vy ažili viac ako 850 miliárd barelov (barel asi 159 litrov) surovej ropy. Pod a geológov Zem ukrýva ešte asi 995 miliárd barelov, ktoré je možné vyčerpa pri súčasnej úrovni techniky a cien. Ak celosvetová spotreba ropy zostane konštantná na úrovni 24 miliárd barelov za rok, vystačí nám táto surovina tak do roku Avšak spotreba nie je statická a vzrastá približne o 2 % ročne. Dnes je zrejmé, že dopyt po rope presiahne ponuku už pred rokom Viacerí experti sa domnievajú, že to, čo nám bezprostredne hrozí, nie je nedostatok ropy, ale nedostatok lacnej ropy, a že v období medzi rokmi 2010 a 2025 sa ropa stane pre priemerného spotrebite a príliš drahou. Kedy presne k tomu príde, závisí hlavne od postupu krajín na Blízkom Východe. Tieto predpovede vychádzajú z toho, že v danom období by spotreba ropy mala presiahnu možnosti ažby. V súčasnosti totiž krajiny produkujúce ropu sú ešte stále schopné zvýši ažbu a pokry celosvetový dopyt. Cenové výkyvy sú hlavne dôsledkom špekulácií na trhu. Väčší dopyt ako možnosti ažby však bude znamena trvalý cenový nárast a šok pre globálnu ekonomiku aký svet ešte nezažil. Počet ve kých ropných polí objavených v období rokov Svetové zásoby ropy objavy a ažba (mld. barelov/rok) 13

14 H adanie nových nálezísk ropy je ve mi nákladnou činnos ou a počet novoobjavených ropných polí závisí od ekonomických podmienok, hlavne ceny a tiež i od politickej situácie vo svete. Overené svetové rezervy ropy sa zvýšili z 540 miliárd barelov v roku 1969 na asi miliárd barelov v roku To však neznamená, že potenciálne rezervy sú neobmedzené. Zem bola preskúmaná ropnými spoločnos ami ve mi podrobne a najdostupnejšie, najlacnejšie a najväčšie ropné polia už boli objavené a s výnimkou obrovského ropného po a na Blízkom Východe, najprístupnejšie svetové rezervoáre už boli z väčšej časti vyčerpané. Práve táto skutočnos vedie k tomu, že sa stupňujú snahy aži ropu aj v neprístupných oblastiach, ako je Severné more alebo Aljaška Zemný plyn V roku 1970 predstavovala celosvetová spotreba zemného plynu 850 miliárd kubických metrov. Dnes je táto spotreba viac ako miliárd m 3 a ročne stúpa približne o 3,5 %. Takýto trend spotreby však bude ma za následok vyčerpanie rezerv zemného plynu okolo roku Ukazuje sa, že tzv. lacné zásoby plynu budú vyčerpané už okolo roku Táto skutočnos je dnes takmer úplne prehliadaná ekonómami i energetickými monopolmi, ktoré vsadili na zemný plyn ako na najdôležitejšie palivo pri výrobe elektrickej energie. Len v USA by mal do roku 2010 dosiahnu inštalovaný výkon v plynových elektrárňach asi MW. Elektrárne na zemný plyn sú prí ažlivé pre investorov pre ich ekologické prednosti, nízke investičné náklady a krátku dobu výstavby. Návratnos vložených investícií je tiež relatívne krátka v USA asi 6 rokov a cena vyrobenej elektriny dosahuje sotva 0,02 0,03 USD/kW.h. Ke že podobný trend vidíme aj v Európe, je zrejmé, že dopyt po zemnom plyne výrazne vzrastie v blízkej budúcnosti, avšak v dôsledku vyčerpanosti zásob bude klesa v druhej polovici storočia. Spálené fosílne palivá Mil. ton ropného ekvivalentu Koncentrácia CO2 PPM Globálna teplota v o C Škody z búrok miliárd USD 1.7. Ekologické dopady využívania energie Najdôležitejšími negatívnymi prejavmi spa ovania fosílnych palív sú: globálne klimatické zmeny, znečis ovanie a acidifikácia ovzdušia, znečistenie morí a oceánov. Problematika globálnych klimatických zmien, znečistenia ovzdušia a kyslých daž ov bola podrobne vysvetlená v publikáciách Horúca planéta globálne klimatické zmeny (OZ TATRY, 2003), Atmosféra ochranný obal Zeme (OZ TATRY, 2003). udia majú často predstavu, že moria a oceány sú schopné pohlti obrovské množstvá čohoko vek, čo sa do nich vypustí. Skutočnos ou však je, že znečistenie týchto vôd je vidite né takmer na všetkých miestach. Transport ropy je významným zdrojom znečistenia svetových morí. Po tom, čo sa výrazne zvýšila ažba ropy v 20. storočí, zvýšil sa aj objem transportovanej ropy po celom svete (hlavne po mori). Aby bola doprava čo najlacnejšia, postupne sa zväčšovali aj ropné tankery, ktoré sú v súčasnosti z aleka najväčšími komerčnými plavidlami. Napriek všetkým bezpečnostným opatreniam vo svete stále dochádza k nehodám tankerov, pri ktorých unikajú do mora obrovské objemy ropy s katastrofálnymi dôsledkami na životné prostredie. V období od roku 1970 do 1985 došlo k 186 ve kým nehodám, pri ktorých uniklo v priemere viac ako ton ropy. Ropa z tankerov neuniká len pri nehodách, ale aj pri bežnej prevádzke. Tankery sú totiž z h adiska účinnosti prepravy naplnené pri ceste naspä vodou, ktorú vypúš ajú do mora pri ich plnení ropou v prístavoch. 14

15 Obrovské množstvo tankerov nespĺňa základné bezpečnostné predpisy, ako je napríklad dvojitý pláš, a často sú staršie ako 20 rokov. EÚ zakazuje od roku 2015 plavbu takýchto plavidiel vo svojich vodách. Najväčšie havárie tankerov 20. marca havária tankera Othello pri švédskych brehoch. Do mora vytieklo asi 100 tisíc ton ropy. 19. decembra havária tankera Sea Star v Ománskom zálive. Vytieklo 115 tisíc ton ropy. 12. mája supertanker La Urquiola nabehol na dno pri španielskom meste La Coruňa. Vytieklo 100 tisíc ton nákladu. 16. marca lo Amoco Cadiz narazila pri severozápadnom pobreží Francúzska na dno. Do mora sa dostalo 223 tisíc ton ropy. 19. júla pri zrážke lodí Atlantic Express a Aegean Captain vytieklo 300 tisíc ton ropy. 28. januára argentínsky tanker a zásobovacia lo Bahia Paraiso narazila južne od Mysu Horn do skaly a potopila sa. Necelých tisíc ton dieselového oleja vytvorilo pred dovtedy nedotknutým pobrežím Antarktídy desa kilometrový koberec. 24. marca tanker Exxon Valdez havaroval pri pobreží Aljašky, 41 tisíc ton ropy znečistilo prírodnú rezerváciu. 3. decembra grécky tanker Aegean Sea narazil pri vstupe do prístavu v La Coruni na skalnaté dno a rozlomil sa. Vytieklo asi 81 tisíc ton ropy. 25. januára 1994 na Malte registrovaný tanker Cosma A s 23 tisíc tonami nespracovanej ropy explodoval 500 km južne od Hongkongu. 2. januára 1997 ruský tanker Nachodka sa pri japonskom pobreží rozlomil počas búrky a uniklo z neho 20 tisíc ton vykurovacieho oleja. 12. decembra 1999 pri Bretónsku sa rozlomil tanker Erika vezúci 26 tisíc ton vykurovacieho oleja, 17 tisíc ton vytieklo do mora. 20. januára pred ostrovom San Cristobal uviazol ekvádorský tanker Jessica, z ktorého uniklo 643,5 tisíc litrov dieselového oleja, ktorý ohrozil Galapágy. 20. marca pod maltskou zástavou plávajúca lo Balu s nákladom 8 tisíc ton kyseliny sírovej sa potopila pri severnom pobreží Španielska. 13. novembra 2002 pri pobreží španielskej Galície havaroval grécky tanker Prestige, plaviaci sa pod bahamskou vlajkou. Tanker prevážal 77 tisíc ton ropy Politické, ekonomické a sociálne dopady využívania energie Sociálne problémy, ktoré so sebou prináša spa ovanie fosílnych palív resp. jadrová energetika, sú nemenej dôležité ako vyššie uvedené environmentálne problémy. V minulosti, až do začiatku priemyselnej revolúcie, boli využívané hlavne lokálne palivové zdroje. Rast priemyselnej aktivity sa obmedzoval na oblasti s ložiskami uhlia. Po tom, čo sa začala rozširova doprava ako sprievodný jav priemyselnej produkcie, začali by aj palivá dopravované na stále väčšie vzdialenosti. Dnes, ke je väčšina ahko dostupných zdrojov ropy a plynu už vyčerpaná, sú palivá prepravované z nieko ko málo miest do celého sveta. Výsledkom je, že väčšina priemyselne vyspelých krajín sa stala závislými od dodávok z exportujúcich krajín, hlavne z oblasti Blízkeho Východu. Tým sa stali ve mi zranite nými z h adiska ich budúceho vývoja, ktorý nevyhnutne povedie k vyššiemu tlaku na stále sa zmenšujúce celosvetové zásoby palív. Táto závislos a zranite nos sú dôležitými prvkami formujúcimi svetovú politiku. Podiel na celosvetových rezervách ropy Podiel na celosvetovej spotrebe ropy Saudská Arábia 26 % USA 25 % Irak 10 % Japonsko 8 % Kuvajt 10 % Čína 5 % Abu Dhabi 9 % Rusko 4 % Irán 9 % Nemecko 4 % Venezuela 6 % Južná Kórea 3 % Rusko 5 % Taliansko 3 % Mexiko 5 % Francúzsko 3 % USA 3 % Ve ká Británia 3 % 15

16 Svet zažil nieko ko ve kých ekonomických a politických kríz, na začiatku ktorých boli palivá. Takými bola napr. Suezská kríza v roku 1956 súvisiaca s bezpečnos ou transportu ropy, alebo ropné krízy v 70-tych rokoch, súvisiace s nárastom cien v dôsledku koordinovaného postupu krajín vyvážajúcich ropu (OPEC), a tiež vojna v Perzskom zálive a trvalé napätie na Blízkom Východe. Nako ko krajiny exportujúce ropu sú vo všeobecnosti vojensky slabšie ako krajiny ropu dovážajúce, majú importujúce krajiny (hlavne vyspelé štáty) snahu zabezpeči si dodávky ekonomickým, politickým a v prípade nutnosti aj vojenským tlakom. Táto skutočnos bude trvalým zdrojom napätia vo svete závislom od fosílnych palív. Centralizovaný charakter výroby energie, distribúcie i spracovania palív je napriek istým ekonomickým výhodám alším prvkom vedúcim k väčšej zranite nosti vyspelých krajín. Elektrina sa dnes vyrába v malom počte ve kých elektrární, ktoré zásobujú zvyčajne celú krajinu. Ropa sa dováža vo ve kých tankeroch a spracúva sa vo ve kých rafinériách. Zemný plyn je medzi exportérmi a importérmi transportovaný obmedzeným počtom ve kých potrubných trás. Je zrejmé, že takáto infraštruktúra je výhodná len v mierovej situácii. Akýko vek vojenský konflikt medzi krajinami alebo akcie teroristických skupín znamenajú životné ohrozenie strategických cie ov, kam všetky ve ké centralizované energetické články patria. Toto ohrozenie sa ve mi zrete ne prejavilo počas vojny v Perzskom zálive, kedy následkom irackých útokov na kuvajtské ropné polia nedošlo len k obrovskému znečisteniu životného prostredia, ale aj k ekonomickej devastácii (zvýšenie cien ropy, ekonomické sankcie). Hoci v aka vojenskému zásahu vyspelých krajín sa podarilo dosta situáciu pod kontrolu, nemusí to tak by v budúcnosti a hlavne nie na každom mieste. Bežnou odozvou na takúto energetickú zranite nos krajín je, že vyspelé krajiny zvyšujú investície do bezpečnosti a ochrany (vojenské výdavky). Vysoká centralizácia sa tak stáva jedným z prvkov nerovnováhy a nestability vo svete. Prirodzené by však bolo, keby krajiny zvyšovali investície do zásobami neohraničených a v každej krajine dostupných energetických zdrojov - obnovite ných zdrojov energie. Ich povaha je predurčená na decentralizované využívanie, ktoré nielenže odstraňuje vyššie uvedené riziká, ale vedie aj k ove a väčšiemu počtu pracovných príležitostí ako v prípade centralizovanej energetiky, čo má mimoriadny celospoločenský význam. Prakticky celosvetová závislos na dovozoch ropy alebo zemného plynu si vyžaduje, aby medzinárodné prepravné cesty boli otvorené, a to aj za cenu nasadenia armády. Vojenské výdavky USA len na ochranu dodávok ropy z Perzského zálivu predstavujú ročne 14,6 až 54 miliárd dolárov. Dolná hranica výdavkov pochádza zo štúdie National Defence Council a horná z Rocky Mountain Institute. Existujú však aj iné skryté náklady na národnú bezpečnos. Sem patria aj výdavky na podporu spojeneckých armád v krajinách produkujúcich ropu. Inou formou podpory sú aj diplomatické a zahranično-politické rozhodnutia prijímané na základe zabezpečenia dodávok ropy. Šírenie jadrových zbraní je jednou z najvážnejších hrozieb svetového mieru. Nieko ko málo krajín dnes vlastní jadrové zbrane avšak viacero iných krajín sa k nim snaží dosta. Táto hrozba je ve mi úzko spätá s rozvojom jadrovej energetiky vo svete. Jadrové elektrárne sú totiž priamym dôsledkom využitia poznatkov z vývoja atómových zbraní v civilnom sektore. Prvé jadrové reaktory boli postavené na výrobu materiálu pre atómové bomby, až následne došlo k využitiu energie štiepenia uránu na výrobu elektriny. V minulosti vždy existovalo spojenie medzi vojenským a civilným uplatnením jadrových technológií. Investície do vojenského výskumu sa takto prejavili ako dotácie do civilného sektora jadrovej energetiky. Jadrové palivo nie je priamo použite né pre výrobu atómových zbraní a vyžaduje si isté spracovanie. Avšak pre krajiny majúce záujem o vývoj atómových zbraní je jadrová energetika prvým krokom na tejto ceste. Iným nebezpečenstvom, spojeným s rozvojom jadrovej energetiky, je možnos havárie s vážnymi následkami pre udí a životné prostredie, ako sa to stalo napr. v Černobyle (1986) a likvidácia rádioaktívnych odpadov. Praktické vyriešenie problému bezpečného uloženia vysoko rádioaktívnych odpadov (vyhorené palivo) vznikajúcich pri prevádzke atómových reaktorov nebolo doposia uspokojivo vyriešené v žiadnej krajine na svete. Pri porovnávaní rôznych energetických zdrojov je cena často k účovým prvkom v rozhodovaní sa pre tú ktorú technológiu. V diskusii o obnovite ných energetických zdrojoch sa ve mi často argumentuje ich vysokou cenou v porovnaní s cenou energie získanej z fosílnych palív. Je však evidentné, že takéto porovnávanie nie je jednoduché a často v ňom dochádza ku skres ovaniu skutočnosti v neprospech obnovite ných zdrojov. V situácii, ke platíme účet za elektrickú energiu, teplo alebo palivo na benzínovom čerpadle, platíme len špecifickú cenu, ktorá nezoh adňuje úplné náklady na získanie tejto energie. To, čo neplatíme, sú náklady, ktoré nevyhnutne s energiou pochádzajúcou z fosílnych zdrojov súvisia, t.j. poškodzovanie životného prostredia, sociálne i ekonomické náklady spojené s jej využívaním. Nezahrnutie externých alebo skrytých sociálnych a environmentálnych nákladov a rizík spojených s využívaním fosílnych palív do ceny, je základnou bariérou v komerčnom rozvoji obnovite ných zdrojov. Je známou skutočnos ou, že súčasné trhové ceny energie tieto náklady zväčša ignorujú. Škodlivé technológie s vysokými emisiami napr. síry (uho né elektrárne) požívajú na trhu s energiou isté výhody v porovnaní s obnovite nými energetickými zdrojmi. Súvisí to s tým, že konvenčné fosílne technológie jednoducho prenášajú náklady spojené s výrobou energie na celú spoločnos. Náklady na revitalizáciu životného prostredia alebo náklady na zdravotníctvo, ktoré musí lieči udí s poškodením zdravia v dôsledku emisií škodlivín z takýchto technológií, v cene energie zahrnuté nie sú. Takisto ako v cene energie z obnovite ných zdrojov nie sú zahrnuté ich pozitívne efekty, napr. na tvorbu pracovných príležitostí (znižovanie výdavkov na nezamestnanos ), zvyšovanie energetickej bezpečnosti krajiny, zlepšovanie ekonomickej bilancie štátu v dôsledku zníženého dovozu palív, rozvoj vidieka a i. Až ke ceny budú zoh adňova externé náklady a pristúpi sa k ich internacionalizácii, bude možné vytvori spravodlivé podmienky na porovnávanie jednotlivých zdrojov. Dovtedy kým sa toto nestane skutočnos ou, je akéko vek porovnávanie len iluzórne a na tejto skutočnosti nič nemôže zmeni ani fakt, že v mnohých krajinách existujú tzv. ekologické dane, za ažujúce emisie z fosílnych zdrojov, ktorých výška sa však neodvíja od skutočných externých nákladov. Hoci stanovi externé náklady je mimoriadne zložité, čo súvisí s tým, že je len ve mi ažké urči cenu dôsledkov znečistenia životného prostredia a v mnohých prípadoch to ani nie je možné (napr. cenu dôsledkov globálnych klimatických zmien), 16

17 vo svete existuje viacero štúdií, ktoré poukazujú na to, že tieto náklady sú značné. Napríklad nemecká štúdia uvádza, že externé náklady na výrobu elektriny, bez započítania dôsledkov klimatických zmien, sa pohybujú v rozsahu od 0,024 0,055 USD za kilowatthodinu (1,05-2,45 Sk/kW.h) a v prípade jadrových elektrární je to až 2,7 Sk/kW.h. Pod a inej americkej štúdie len emisie oxidu siričitého z amerických uho ných elektrární spôsobujú škody na zdraví obyvate ov USA na úrovni 82 miliárd dolárov za rok. Náklady na kompenzáciu zníženia po nohospodárskej produkcie v dôsledku týchto emisií prinášajú americkým farmárom dodatočnú škodu na úrovni 7,5 miliardy dolárov ročne. Celkové externé náklady, ktoré platí americký občan (nezahrnuté v cene energie) z emisií oxidu siričitého dosahujú ročne 109 až 260 miliárd dolárov ročné. V ostatných krajinách je možné očakáva porovnate ne vysoké náklady. Ak by boli tieto náklady zahrnuté do cien energie, obnovite né zdroje by boli na mnohých miestach sveta v ove a lepšej pozícii, ako sú dnes a ich presadzovanie sa na trhu s energiou by bolo podstatne jednoduchšie. V tejto súvislosti je nutné poznamena, že situácia nie je nemenná a pomaly sa vyvíja v prospech obnovite ných zdrojov. Niektoré z týchto palív, ako napr. drevo, bioplyn, veterná energia, sú už dnes schopné vo viacerých rozvinutých krajinách (SRN, Rakúsko, Švédsko a i.) konkurova klasickým palivám. Ukazuje sa, že aj tie najdrahšie spôsoby výroby energie, napr. fotovoltaickými článkami, by sa po započítaní externých nákladov do cien a pri ich masovej výrobe stali cenovo porovnate né s tými palivami, ktoré využívame dnes. Hoci ceny energie z fosílnych palív nezoh adňujú škody na životnom prostredí, sú často nereálne nízke aj v dôsledku rôznych priamych či nepriamych dotácií. Pritom je pozoruhodné, že ve mi často technológie s najhorším dopadom na zdravie človeka a životné prostredie získavajú najväčšiu podporu zo strany štátu (uho né baníctvo). Napríklad v USA fosílne palivá a jadrová energetika dostávajú až 90 % štátnych peňazí investovaných ročne do energetiky (výskum a vývoj), pričom obnovite né zdroje alebo technológie na úspory energie dostávajú len minimum (solárne technológie len asi 3 % štátnych zdrojov). Podobná - a v mnohých prípadoch ešte horšia situácia - je v iných krajinách. U nás ako príklad môže slúži dlhodobá štátna podpora a snaha o záchranu ekonomicky neefektívneho hnedo-uho ného baníctva, ktorého energetický zisk by bolo možné nahradi napr. biomasou. Podpora rozvoja biomasy u nás je však v porovnaní s uhlím takmer zanedbate ná Zdroje energie Elektrickú energiu získavame premenou z iných foriem energie (najčastejšie z prvotných zdrojov energie). V hovorovej reči i v odbornej terminológii v tejto súvislosti hovoríme aj o výrobe elektrickej energie. Preto aj elektrárne, ktoré vyrábajú elektrickú energiu, nazývame elektrárenskými výrobňami. Premena energetického obsahu prvotného energetického zdroja postupne až na elektrickú energiu sa deje pod a fyzikálnych zákonov v technologických zariadeniach elektrárne, a to s určitou účinnos ou, čiže s určitými energetickými stratami. Zdrojmi elektrickej energie obvykle nazývame také zariadenia alebo technologické celky, ktoré sú schopné poskytnú na svojom výstupe spo ahlivo presne definovanú kvalitu elektrickej energie. Zdroje elektrickej energie sú určené na napájanie elektrizačných sústav, prenosových vedení, elektrických sietí a elektrických spotrebičov. V našich podmienkach môžeme takéto zdroje elektrickej energie rozdeli napr. takto : Pod a časového priebehu napätia na zdroje elektrickej energie: striedavé - u nás najmä striedavé trojfázové siete s frekvenciou 50 Hz, jednosmerné akumulátorové batérie a výstupy usmerňovačov. Pod a výkonu na zdroje elektrickej energie: miniatúrne (približne do 100 W) - napr. batérie rôznych typov, akumulátory, drobné (približne do 1 kw) - napr. akumulátorové systémy, ve mi malé (približne do 1 MW) - napr. dieselgenerátory, malé (približne do 10 MW) - napr. malé vodné elektrárne, stredné (do 1 GW) - napr. bežné tepelné a vodné elektrárne, ve ké (nad 1 GW) - napr. ve ké tepelné, vodné a jadrové elektrárne. Z h adiska elektroenergetiky majú najväčší význam stredné a ve ké zdroje, ktoré predstavujú základnú štruktúru výkonových záloh v elektrizačnej sústave. Malé zdroje môžu poslúži pre elektrizačnú sústavu iba ako doplnkové zdroje, prípadne ako zdroje so špeciálnym určením (špičkové zdroje, záložné zdroje, autonómne zdroje a pod.). Pod a zásobovaného územia na zdroje elektrickej energie: miestne, regionálne, systémové. 17

18 Pod a pohyblivosti na zdroje elektrickej energie: stacionárne (nepohyblivé), nestacionárne (pohyblivé). Pod a účasti na pokrytí denného diagramu za aženia na zdroje elektrickej energie: základné, pološpičkové, špičkové. Pod a hospodárnosti na zdroje elektrickej energie: so špičkovou hospodárnos ou, hospodárne, s priemernou hospodárnos ou, nehospodárne. Pod a ekologickosti na zdroje elektrickej energie: prijate né, trpené, neprijate né. Pod a technológie premien prvotných zdrojov na zdroje elektrickej energie (elektrárne): tepelné elektrárne, jadrové elektrárne, vodné elektrárne, slnečné elektrárne, veterné elektrárne, geotermálne elektrárne, iné elektrárne. Pod a vlastníctva na zdroje elektrickej energie (elektrárne): súkromné, obecné, štátne, družstevné, závodné, spolkové, zmiešané. Pod a veku na zdroje elektrickej energie (elektrárne): historické, aktuálne, moderné, vývojové, pokusné. Na Slovensku vyrábajú elektrickú energiu nasledujúce elektrárne (sú rozdelené pod a prvotného energetického zdroja, ktorý používajú na výrobu elektrickej energie): Elektrárne na fosílne palivá - spa ujú fosílne (organické) palivá v kotloch. Para s vysokou teplotou poháňa parnú turbínu, a tá elektrický generátor. - Mazutové elektrárne - spa ujú mazut ( ažký olej). - Uho né elektrárne - obvykle spa ujú energetické uhlie nízkej kvality. Sú známe aj ako parné elektrárne. - Plynové elektrárne - spa ujú plyn (zemný plyn). - Elektrárne s plynovými turbínami - spaliny poháňajú plynovú turbínu, a tá elektrický generátor. - Paroplynové elektrárne - kombinácia klasickej parnej elektrárne s plynovou turbínou. 18

19 Schéma tepelnej elektrárne Jadrové elektrárne - rozpad jadier (ažkých prvkov v reaktore ohrieva vodu pod vysokým tlakom, tá vytvára v parogenerátore paru, ktorá poháňa turbogenerátor. Vodné elektrárne - využívajú najmä potenciálnu a kinetickú energiu vody v riekach. - Akumulačné vodné elektrárne - majú obvykle ve/kú akumulačnú nádrž. Derivačné vodné elektrárne - majú derivačný kanál. Prietokové vodné elektrárne - sú bez akumulačnej nádrže a derivačného kanála. Prečerpávacie vodné elektrárne - v čase nízkej zá(aže prečerpávajú vodu do vyššie položenej nádrže. V čase ve/kej zá(aže táto voda potom poháňa hydrogenerátor na výrobu elektrickej energie. Kombinované vodné elektrárne - majú niektoré spoločné znaky z predošlých druhov vodných elektrární. Veterné elektrárničky - využívajú kinetickú (pohybovú) energiu vetra. Ich využívané výkony dosahujú u nás iba nieko/ko kw, čo je vhodné iba na miestnu spotrebu. Solárne mini elektrárničky - využívajú energiu slnečného žiarenia na základe fotovoltaickej premeny. Používajú sa na napájanie malých spotrebičov s výkonom nieko/ko wattov (napr. napájanie kalkulačiek, ventilátorčekov, hodín a pod.). Pre slovenskú elektrizačnú sústavu majú zatia/ rozhodujúci význam iba uho/né, jadrové a vodné elektrárne. Ostatné zdroje najmä z kategórie obnovite/ných sa z rôznych dôvodov využívajú ove/a menej. Vplyvy elektroenergetiky na životné prostredie Vplyvy na atmosféru - najmä produkcia oxidov síry, oxidov dusíka a popolčeka. Vplyvy na hydrosféru - najmä vypúš anie odpadových vôd, presakovanie úložísk a výstavba vodných elektrární. Vplyvy na pedosféru (pôdu) - najmä záber pôdy, ukladanie odpadov a pod. Vplyvy na nerastné bohatstvo - najmä vyčerpávanie ložísk fosílnych palív a ovplyvňovanie okolia ažobným procesom. Vplyvy na rastlinstvo, živočíšstvo a na človeka - najmä prostredníctvom v prírode rozptýlených škodlivín. 19

20 Kogenerátorové jednotky (KGJ) Kogeneráciou nazývame súbežnú výrobu tepla a elektriny v špeciálnych jednotkách. Zemný plyn, respektíve bioplyn, sa namiesto klasických kotlov na výrobu tepla spa uje v upravených benzínových alebo naftových motoroch (pri väčších jednotkách v plynových turbínach). Teplom z výfukových plynov, chladenia motora a mazacieho oleja v rekuperátore sa ohrieva voda pre vykurovanie, prípravu teplej úžitkovej vody (TÚV) alebo technologické účely. Mechanická energia motora (turbíny) sa využíva na pohon elektrického generátora na výrobu elektriny pre vlastnú spotrebu alebo dodávku do verejnej elektrickej siete. Schéma činnosti kogenerátorovej jednotky Osobitná výroba elektriny v elektrárňach a výroba tepla v teplárňach sú vzh adom na vysoké ekonomické straty vo forme odpadového tepla z elektrární maximálne neekonomické. Kogenerácia umožňuje využi práve odpadové teplo, ktoré tvorí až 70 % vstupnej energie v prípade výroby elektriny. Často sa kogenerátorové jednotky zamieňajú so zariadením paroplynového cyklu (PPC), pri ktorom sa plynné alebo kvapalné palivo spa uje v turbíne, ktorá poháňa elektrický generátor. Avšak výfukové plyny idú do parného kotla, z neho ide para do parnej turbíny a táto poháňa alší elektrický generátor. 20 Schéma osobitnej výroby tepla (v teplárni) a elektrickej energie (v elektrárni) a kogenerácia

21 2. JADROVÁ ENERGIA 2.1. Jadrové elektrárne Jadrové elektrárne (JE) sú elektrárenské výrobne, v ktorých sa energia jadrového paliva premieňa na elektrickú energiu. Pod a toho, aký fyzikálny princíp a aké palivo sa využíva v JE, členíme tieto zdroje elektrickej energie na: jadrové elektrárne využívajúce princíp štiepenia jadier ažkých kovov, jadrové elektrárne na prírodný urán, jadrové elektrárne na obohatený urán, jadrové elektrárne využívajúce princíp jadrovej fúzie (jadrovej syntézy ahkých kovov). V súčasnosti sú v prevádzke JE, ktoré využívajú štiepne palivo. Rozoznávame: palivo neobohatené (prírodný urán - podiel izotopu 235 U je približne 0,7 %), palivo s nízkym obohatením (nieko ko %), palivo s vysokým obohatením (obvykle nad 20 %). Vo svete sú v súčasnosti v prevádzke štiepne jadrové elektrárne využívajúce prírodný urán alebo obohatený prírodný urán. Tieto jadrové elektrárne využívajú energiu zo štiepenia jadier vhodných ažkých prvkov. Z fyzikálneho h adiska ide teda o opačný proces než je tomu pri menej známej syntéze jadier ahkých prvkov. Štiepna jadrová reakcia prebieha v aktívnej zóne reaktora. Samotné štiepenie prebieha tak, že po vniknutí neutrónu do jadra uránu sa jadro vzbudí a rozštiepi, obvykle na dve časti (dcérske produkty, odštepky, fragmenty), pričom vznikajú aj alšie neutróny. Pri štiepení sa uvo ní čas väzbovej energie pôvodného ažkého jadra. Odštepky a neutróny sa rozletia ve kou rýchlos ou a sú zabrzdené na ve mi krátkej vzdialenosti zrážkami s okolitými atómami. Tým sa uvo ní teplo, ktoré ohrieva palivo, konštrukčné materiály, moderátor i chladivo. Chladivo (napr. voda) odvádza získanú energiu von z reaktora. Neutróny z procesu štiepenia jadier spôsobujú vzbudenie a následné štiepenie alších jadier 235 U. Tak vzniká re azová jadrová reakcia. Podmienkou vzniku a udržania re azovej reakcie v aktívnej zóne je dostatok neutrónov, ktoré sú schopné uvedeným spôsobom iniciova štiepenie alších jadier. Ak z predošlých štiepení nezostáva dostatok takýchto neutrónov, jadrová reakcia sa postupne utlmuje až zanikne. Tento postup (zjednodušene) sa používa na reguláciu výkonu reaktora. Na zvýšenie pravdepodobnosti vniknutia neutrónov do jadier sa používajú látky, ktoré sa nazývajú spoločným názvom moderátor (spoma ovač) neutrónov (napr. voda alebo grafit). Na reguláciu sa potom obvykle používajú látky, ktoré sú schopné absorbova neutróny, čiže absorbéry (napr. bór). Jadrové elektrárne na prírodné štiepne palivo využívajú ako palivo prírodný urán (neobohatené palivo). Štiepny izotop 235 U je prirodzený izotop uránu, ktorý sa medzi atómami uránu v prírode nachádza v zastúpení približne 0,7 %. Palivo pre tieto reaktory je pomerne lacné ale stavba a prevádzka takýchto reaktorov je ekonomicky náročnejšia. Tieto reaktory sú menej bežné a uvažovalo sa o nich najmä v začiatkoch rozvoja jadrovej energetiky. Najväčšie prevádzkové skúsenosti s využitím prírodného uránu dosiahli kanadské reaktory CANDU. Prvá jadrová elektráreň na území Slovenska (i v bývalom Československu), A1 v Jaslovských Bohuniciach mala reaktor, ktorý tiež využíval ako palivo neobohatený (prírodný) urán. Jadrové elektrárne na obohatené štiepne palivo využívajú ako palivo obohatený prírodný urán o izotop 235 U (obohatené palivo). Takéto palivo sa produkuje v špeciálnych závodoch, ktoré vzh adom na technologickú, finančnú a energetickú náročnos procesov obohatenia sú len v nieko kých štátoch sveta s vyspelou jadrovou technológiou. Fúzne jadrové elektrárne budú v budúcnosti využíva energiu, ktorá sa uvo ňuje pri fúzii (zlučovaní, skladaní, syntéze) jadier niektorých izotopov ahkých prvkov. Príkladom takejto termojadrovej reakcie je syntéza vodíkových jadier, ktorá je rozhodujúcim zdrojom energie Slnka a podobných hviezd vo vesmíre. Z fyzikálneho h adiska ide teda o opačný proces než je tomu pri známejšom štiepení jadier ažkých prvkov. Budúce elektrárne, ktoré by mohli využíva termojadrovú syntézu na výrobu elektrickej energie, sú v súčasnosti v štádiu výskumu použitia známych fyzikálnych princípov v možných technických riešeniach predpokladanej budúcej prevádzky. Doteraz nie sú uspokojivo vyriešené napr. problémy efektívneho udržania fúznej reakcie (vyžaduje extrémne vysoké tlaky a teploty), odvodu tepla a jeho kontinuálneho využitia a pod. Pod a technológie premien môžeme jadrové elektrárne členi na: Jadrové elektrárne na termálne neutróny Reaktory na termálne (tepelné) neutróny využívajú štiepne palivo. Aplikuje sa tu zistený poznatok, že neutróny s menšou rýchlos ou ahšie prenikajú do jadier štiepneho paliva, čím spôsobujú ich efektívnejšie štiepenie. Znamená to tiež, že pri rovnakom neutrónovom toku treba na zabezpečenie udržania jadrovej reakcie palivo s nižším obohatením. Až na nieko ko výnimiek sa používajú vo svete práve takéto reaktory. 21

22 Názov termálne alebo tepelné neutróny súvisí s ich rýchlos ou, ktorá je blízka rýchlosti kmitania molekúl látok v tepelnej rovnováhe s okolím pri laboratórnej teplote. Pod a nich sa používa aj termín termálne alebo tepelné reaktory. Niekedy sa takéto neutróny menej správne označujú aj ako pomalé (podobne aj pomalé reaktory ). Na spomalenie neutrónov sa používa moderátor ( spoma ovač ). Moderátor je látka, ktorá dokáže zníži rýchlos cez ňu prenikajúcich neutrónov. Neutróny vyletujú z rozštiepených jadier ve kou rýchlos ou, narážajú do atómov moderátora a strácajú svoju pôvodnú energiu. Takto možno získa neutróny s požadovanými parametrami. Nižšia energia zabezpečuje neutrónom vyššiu pravdepodobnos vniknutia do jadra vhodného ažkého prvku (napr. 235 U), ktoré sa následne rozštiepi a uvo ní alej využite nú energiu. Ako moderátor sa najčastejšie používa chemicky upravená voda (H 2O), ažká voda (D 2O) a grafit (C - uhlík). Jadrové elektrárne v Jaslovských Bohuniciach a v Mochovciach používajú ako moderátor H 2O. Voda v tlakovodných reaktoroch nielen moderuje neutróny, ale odvádza aj vytvorené teplo z aktívnej zóny, čiže je chladivom. Podobne je to aj vo varných reaktoroch. Jadrové elektrárne na rýchle neutróny Reaktory na rýchle neutróny využívajú štiepne palivo. Neutróny s väčšou rýchlos ou ažšie (s nižšou pravdepodobnos ou) prenikajú do jadier štiepneho paliva. Na zvýšenie počtu štiepení rýchlymi neutrónmi preto treba zabezpeči palivo s dostatočne vysokým obohatením. Vo svete sa zatia používajú takéto reaktory iba vo ve mi malom rozsahu. Bolo postavených nieko ko reaktorov rôzneho výkonu, ktoré mali prevažne experimentálny charakter, prípadne sa použili na neenergetické účely (odso ovanie vody) alebo ako pilotné projekty. Pôvodne sa uvažovalo o tom, že tieto rýchle reaktory vytvoria spolu s reaktormi na pomalé neutróny a inými zariadeniami ve mi výhodný technologický cyklus vlastnej výroby jadrového paliva (recyklácia štiepnych jadrových palív). Rýchle reaktory umožňujú totiž dosiahnu vysoký množivý pomer, čo znamená, že dokážu výhodne vyrába viac druhotného štiepneho jadrového paliva, než samy spotrebujú. Kvôli tejto možnosti rozmnoži jadrové palivo sa tieto reaktory niekedy nazývajú rýchle množivé reaktory. Ako palivo sa najčastejšie používa vysoko obohatený urán izotopom 235 U (obvykle nad 20 %), vo forme oxidu uránu. Na výrobu nového jadrového paliva (konverziu) v týchto reaktoroch sa používajú množivé materiály, napr. izotop uránu 238 U alebo tórium ( 232 Th). Najvýznamnejšími druhotnými jadrovými palivami (po konverzii) sú izotopy plutónia 239 Pu a uránu 233 U. Tieto materiály by bolo možné znova použi v prispôsobených reaktoroch na pomalé i rýchle neutróny. Jadrové elektrárne s jednookruhovou technologickou schémou V porovnaní s klasickou tepelnou elektrárňou sa v takejto jadrovej elektrárni kotol na uhlie nahradil jadrovým reaktorom. Štiepením jadier paliva (napr. urán 235) sa v aktívnej zóne jadrového reaktora vytvára ve ké množstvo tepla, priamo v reaktore vzniká zmes vody a pary, ktorá sa odvádza do separátora pary (oddelí paru od drobných kvapôčok vody) a z neho sa para vedie priamo do turbíny. Pri jednookruhovej schéme musí by aj turbína spolu s reaktorom a celým technologickým okruhom bezpečne oddelená od vonkajšieho životného prostredia. Podobnos s klasickou tepelnou elektrárňou je tu teda ešte zjavnejšia, než pri dvojokruhovej technologickej schéme. Jadrové elektrárne s dvojokruhovou technologickou schémou Dvojokruhová technologická schéma znamená, že jadrová elektráreň má dva navzájom hermeticky oddelené technologické okruhy, ktoré sú určené na prenos energie do parnej turbíny. Primárny okruh bloku tvorí reaktor, chladiace slučky s hlavnými cirkulačnými čerpadlami, hlavnými uzatváracími armatúrami a parogenerátormi. Prvý okruh (primárny) odvádza teplo chladivom z reaktora do parogenerátora, kde odovzdáva energiu na výrobu pary. Z parogenerátora sa chladivo vracia cez hlavné cirkulačné čerpadlá spä do reaktora (uzavretý cyklus). Sekundárny okruh tvoria turbogenerátory, parovody, kondenzátory, regeneračné a doplňovacie systémy technologickej vody a kondenzátu, cirkulačný okruh chladiacej vody pre kondenzátory. Druhý okruh (sekundárny) odvádza vytvorenú paru z parogenerátora do parnej turbíny. Para v turbíne expanduje a odovzdáva svoju energiu rotoru turbíny, ktorý je spojený s elektrickým generátorom (obvykle na striedavé napätie - alternátor). Turbína ústi do kondenzátora, kde para kondenzuje. Voda z kondenzátora sa tlačí čerpadlami cez systémy regenerácie spä do parogenerátora. Sekundárny okruh je tiež hermeticky uzavretý a oddelený od okolia. V súčasnosti vo svete prevažujú dvojokruhové jadrové elektrárne. Jadrové elektrárne s jednookruhovou schémou sú zriedkavejšie. 22

23 Schéma výroby elektrickej energie v jadrovej elektrárni Štát Počet reaktorových blokov Inštalovaný výkon (GWe) USA ,784 Francúzsko 56 58,493 Japonsko 59 38,875 Nemecko 21 22,657 Rusko 29 19,843 Kanada 22 15,755 Ukrajina 15 12,679 Ve ká Británia 12 11,720 Švédsko 12 10,002 Južná Kórea 10 8,170 Prvých 10 štátov - spolu ,978 Svet ,347 Bezpečnos jadrových elektrárni je riešená cez: Štáty s najväčším počtom jadrových elektrární - odhad z roku 1997 zálohovanie a rôznorodos systémov, zabezpečenie pred vonkajším účinkom (napr. zemetrasenia), bezpečnostné bariéry, bezpečnostné systémy. Bezpečnostné bariéry 23

24 Hrozivé memento Atómovú elektráreň v Černobyli dali do prevádzky 27. septembra 1977 ako vôbec prvú svojho druhu na Ukrajine. Po prvom energobloku s výkonom milión kilowattov dobudovali aj alšie tri, čím celková produkcia elektrickej energie dosiahla 29 miliárd kilowatthodín. Krátko po polnoci z 25. na 26. apríla 1986 explodoval štvrtý energoblok, v dôsledku čoho bola porušená aktívna zóna reaktora. Tzv. aktívne štádium havárie trvalo 10 dní. Počas celého tohto obdobia sa do okolitého prostredia dostávali mimoriadne intenzívne dávky rádioaktívnych prvkov. V prvých dňoch sa horiaci rádioaktívny kúdol dvíhal až do výšky jedného kilometra, neskôr do výšky nieko kých sto metrov. Únik rádioaktívnych elementov sa zastavil až v novembri 1986, ke sa poškodený reaktor podarilo prikry sarkofágom. V jeho útrobách sa nachádza ešte v tejto chvíli 180 ton ahkoobohateného uránu 235, 70 ton rádioaktívneho železa, betónu a sklovitej hmoty a 35 ton rádioaktívneho prachu s celkovou aktívnos ou vyše curie. V dôsledku havárie v černoby skej jadrovej elektrárni bolo na území bývalého Sovietskeho zväzu rádioaktívne zamorených až km 2 územia. V postihnutých oblastiach Ukrajiny, Bieloruska a Ruska žilo v momente katastrofy 6,95 milióna obyvate ov. Z udí, ktorí sa počas nieko kých mesiacov vystriedali pri likvidácii následkov katastrofy, už zomrelo a približne sa stalo invalidmi. Na Ukrajine zasiahol rádioaktívny mrak 12 z 25 oblastí. V Bielorusku bol radiáciou postihnutý každý piaty obyvate. V Rusku za postihnuté vyhlásili najskôr len štyri oblasti, no neskôr ich počet vzrástol na 19. Na následky ožiarenia zomrelo v týchto troch republikách vyše udí. Rádioaktívny mrak zasiahol desiatky alších krajín sveta, vrátane bývalého Československa. Práce na zabezpečení stále praskajúceho krycieho sarkofágu havarovaného energobloku stáli pod a rôznych zdrojov medzi 800 mil. 1 mld. USD. Väčšinu z týchto financií neplatila Ukrajina. Schéma využitia energie v USA (Miller, 1992) Poznámka: Využitých je iba 16 % vyrobenej energie, zvyšok je nevyužitá energia. 24

25 2.2. Jadrový palivový cyklus Jadrový palivový cyklus Ťažba uránu Urán je tmavosivý kovový prvok, ktorý bol objavený v roku Uránová ruda (smolinec) sa aží v povrchových alebo hlbinných baniach. Obsah uránu v rude je ve mi nízky (0,1 až 0,2 %), a preto sa musí vy aži ve ké množstvo rudy, aby sa získalo potrebné množstvo uránu (1 tona rudy = približne 2 kg uránu). Každá tona obohateného uránu, ktorá sa predáva na svetovom trhu, teda predstavuje až ton sutiny ako rádioaktívneho odpadu. Táto sutina často predstavuje až 85 % pôvodnej rádioaktivity uránovej rudy. Okrem toho, vietor a dáž pôsobiace na túto hlušinu z ažby, kontaminujú okolitú krajinu. Rádium, ktoré sa nachádza v tejto hlušine, vyžaruje alfa častice a má polčas rozpadu rokov. Je výsledkom rozpadávania sa uránu, ktorý sa nachádza v uránovej rude. Urán sa nachádza v zemskej kôre v rovnováhe so svojimi rozpadovými produktami. Jedným z nich je škodlivý plyn radón, najmä izotop 222 Rn. Najzávažnejšie problémy, spojené s ažbou uránu v podzemných baniach, sa týkajú zdravia baníkov. Hlavné obavy sú z kombinovaného vplyvu vdychovania produktov radónu a rádioaktívneho prachu spolu so žiarením gamma. Pri ažbe sa radón uvo ňuje z rozrušenej horniny do ovzdušia šachty a ventilačným systémom sa dostáva do okolitej atmosféry. Ve mi výkonný ventilačný systém s výkonom m 3 /hod, vytlačí do vo nej atmosféry to ko radónu, ko ko sa ho uvo ní prírodnou cestou z pôdy o ve kosti 1 2 km 2. Obrovské haldy hlušiny s nerentabilným obsahom uránu v blízkosti baní sú alším zdrojom radónu. Radón ako plyn môže by vdychovaný, a ak sa ocitne v p úcach, rozpadá sa a intenzívne ožaruje citlivé tkanivo p úc, čo u baníkov vyvoláva rakovinu. Pod a výskumov, na následky vdychovania radónu v podzemných baniach, v minulosti zomrelo alebo v budúcnosti zomrie 20 až 50 % amerických, nemeckých a kanadských baníkov. 25

26 Po zjednotení Nemecka boli zverejnené údaje, pod a ktorých už zomrelo vyše bývalých pracovníkov uránovej bane Obberthenbach vo východnom Nemecku. Známe uránové bane v Jachymové v Českej republike boli pred rokom 1989 využívané na nútené práce udí politický neakceptovate ných pre bývalý režim. Ťažba uránu taktiež znamená systematickú deštrukciu prírodných podmienok a kultúrneho odkazu domorodých obyvate ov na celom svete, napr. v provinciách Saskatchewan a Ontario v Kanade, v štátoch Arizona, Nové Mexiko a Južná Dakota v USA, v Ekvádore, Brazílii, v Namíbii, južnej Afrike, Nigérii, Gabune, Číne, Indii, na Sibíri, v Austrálii. Ťažbou uránu na vzdialených územiach osídlených pôvodným obyvate stvom sa jadrový priemysel snaží vyhnú skutočným zdravotným a ekologickým škodám spôsobovaným ažbou uránu. Z h adiska životného prostredia je ešte šokujúcejšia ažba uránu, aká bola uplatňovaná v Stráži pod Rálskem (Česká republika), kde sa urán ažil lúhovaním pomocou 3 5 % roztoku kyseliny sírovej, ktorý bol pumpovaný do podzemia. Za viac ako 20 rokov boli pod povrch vtlačené takmer 4 milióny ton kyseliny sírovej. Šíreniu žieravého roztoku do zdrojov pitnej vody severných a stredných Čiech sa zabraňuje vodnými tlakovými bariérami, ktoré ČR stoja 500 mil. českých korún ročne. Náklady na sanáciu územia sa odhadujú na desiatky miliárd korún Úprava rudy Vo všeobecnosti ide pri tomto procese o zvýšenie koncentrácie uránu z 1 % na 75 %. Vy ažená ruda sa preváža do chemických podnikov, kde sa drví na jemný piesok a premýva ve kým množstvom vody, kyselín a lúhov. Konečný produkt sa nazýva uránový koncentrát (U 3O 8) alebo tiež žltý koláč (yelow cake). Tento proces je taktiež potenciálnym zdrojom zamorenia okolitého prostredia. Tuhý a kvapalný odpad obsahuje všetky separované rozpadové produkty uránu. Jemný piesok, ktorý zostane po úprave rudy, obsahuje až 85 % pôvodnej rádioaktivity. Z minulosti poznáme mnoho únikov ve kých množstiev rádioaktivity zo skládok odpadov rudy do životného prostredia. Azda najznámejší sa stal v USA, kde sa pri pretrhnutí priehrady dostalo do rieky Rio Puerco 30 miliónov litrov tekutého odpadu a odhadovane ton tuhého odpadu Rafinácia a konverzia uránu Uránový koncentrát prechádza v špeciálnych rafinériách chemickým a metalurgickým procesom čistenia a premeny na formu vhodnú pre obohatenie, na hexafluorid uránu (UF 6). UF 6 je biela tuhá látka, ktorá uvo ňuje ve mi slabé žiarenie, ale aj vysoko toxický fluorovodík. Pri obohacovaní uránu sa používa v plynnom stave Obohacovanie uránu Prírodný urán obsahuje iba 0,72 % uránu 235, vhodného pre štiepne reakcie v reaktoroch či uránových bombách. Zvyšné množstvo tvorí urán 238. Pre použitie uránu v ahkovodných reaktoroch je potrebné palivo obohati na 3 6 % uránu 235. Vo svete existuje nieko ko technológií na obohatenie uránu. V Nemecku a Ve kej Británii sa používa plynová centrifugácia. Plynová centrifugácia pracuje na princípe separácie odstredivou silou ažké čiastočky (izotop U 238) sa oddelia od ahších (izotop U 235). V priemysle sa používajú kaskády nieko kých tisícok centrifúg radených za sebou. V USA sa obohacuje urán pomocou plynovej difúzie. Tento proces využíva malý rozdiel v rýchlosti difúzie molekuly UF 6 pri prechode kryštalickou membránou pre izotopy U 238 a U 235. Pri priemyselnom procese sa zariadenie skladá z nieko kých tisícok difúznych buniek prepojených v kaskáde. Obohacovanie uránu je technologicky, investične a energeticky extrémne náročné, preto takéto závody vlastnia iba najbohatšie štáty sveta alebo krajiny s jasnými vojenskými úmyslami (USA, Južná Afrika, Francúzsko, Holandsko, SNŠ, Ve ká Británia, Japonsko Pakistan, India, Brazília, Argentína, Izrael, Severná Kórea). Napríklad, obohacovacia továreň v Oak Ridge (Tennessee, USA) spotrebováva elektrickú energiu produkovanú dvoma MW reaktormi). Tieto zariadenia produkujú taktiež ve ké množstvo odpadu odpadovej rudy s uránom 238. Ke že urán 238 je extrémne hustý materiál, používa sa na výrobu krytov konvenčných zbraní, dávajúc zbraniam možnos preniknú cez pancierovú vrstvu tankov. Výrobcom zbraní v USA sa tento materiál poskytuje zdarma Výroba paliva Výroba palivových článkov prebieha v špecializovaných závodoch v 16 krajinách sveta. Najvýznamnejší výrobcovia sú: Fragema (Francúzsko), Westinghouse (USA), BNFL (Ve ká Británia), Siemens (Nemecko), ABB (Švédsko). Výrobcovia paliva sú často súčas ou spoločností, ktoré vyrábajú aj reaktory.

27 Výroba paliva prebieha v nieko kých fázach. Najprv sa UF 6 prevedie na UO 3, ktorý sa zlisuje do tabliet. Tablety sa vkladajú do zirkóniovej trúbky. V konečnej fáze sa z trubiek zostaví kazeta. Najväčšie riziko spočíva v používaní korozívnych, výbušných a toxických chemikálií, ktoré boli naviac znečistené obohateným uránom. K nieko kým nehodám došlo aj pri doprave UF 6 do elektrárne Prevádzka jadrovej elektrárne Počas prevádzky jadrovej elektrárne dochádza k vzniku mnohých rádionuklidov a k vzniku ionizujúceho žiarenia. Aby sme pochopili tento proces, musíme si uvedomi, že všetka hmota pozostáva z prvkov a ich najmenšie časti sa nazývajú atómy. Každý atóm má jadro pozostávajúce zväčša z protónov (čiastočky s kladným elektrickým nábojom). Množstvo protónov v jadre vyjadruje protónové číslo. Suma protónov a neutrónov nám spolu dáva atómovú váhu prvku. Všetky atómy daného prvku majú rovnaké atómové číslo, ale ke že niektoré atómy obsahujú viac neutrónov ako iné, nie všetky atómy prvku majú tú istú atómovú váhu. Atómy toho istého prvku s rozdielnou atómovou váhou sa nazývajú izotopy. Napríklad urán s atómovým číslom 92 sa v prírode vyskytuje v dvoch formách: urán 235 a urán 238. Všetky prvky s atómovým číslom 83 a viac sú nestále alebo rádioaktívne, čo znamená, že ich atómy sa môžu spontánne vylučova, alebo vyžarova čiastočky a vlny energie z jadier. Tento emisný proces, počas ktorého sa prvok rozdelí do dvoch jadrových foriem, sa označuje ako rádioaktívny rozpad a doba, za ktorú sa to udeje sa označuje ako polčas. Polčas rozpadu prvku je množstvo času, ktoré uplynie, aby rádioaktivita klesla na polovicu. V priebehu tohto poklesu atómy vylučujú tri hlavné formy žiarenia: alfa, beta a gama. Alfa častica, ekvivalent jadra hélia, pozostáva z dvoch protónov a dvoch neutrónov. V aka svojej relatívne vysokej ve kosti a váhy sa môže táto častica zastavi hárkom papiera. Avšak, ak sa dostane do kontaktu s biologickým tkanivom, napr. pri vdýchnutí v p úcach, jej biologický dopad na tkanivo je ve mi ve ký. Nedávne štúdie ukázali, že vplyv alfa častíc na chromozómy je tisíckrát väčší ako v prípade gama žiarenia. Skoro dvetisíckrát menšia je beta častica, ktorá je pri negatívnom náboji identická s elektrónom. Vyžarovaná z jadra môže beta častica preniknú ove a hlbšie do hmoty ako alfa, môže cestova cez mnoho buniek tela, kým stratí energiu a zastaví sa. Gama žiarenie sú elektromagnetické vlny energie vyžarované jadrom rádioaktívnej látky, má najväčšiu silu preniknutia a často sprevádza alfa a beta emisie. Žiarenie nás ohrozuje ionizovaním, teda vylučovaním elektrického náboja atómov a molekúl tvoriacich bunky tela. Či sa účinok ionizácie prejaví o nieko ko hodín alebo až nieko ko rokov, zväčša závisí od množstva radiácie. Ale aj najmenšia dávka nás môže ovplyvni, pretože efekt žiarenia je kumulatívny. Ak sme vystavení malým dávkam žiarenia po istý čas, dlhodobý biologický efekt (rakovina, leukémia, genetické zmeny) je skoro rovnako pravdepodobný, ako pri vystavení jednej ve kej dávke. Radiačný vplyv jadrovej elektrárne na životné prostredie 27

28 Prírodné a umelé zdroje ionizujúceho žiarenia Množstvo žiarenia - dávka, ktorej je vystavený človek, sa meria pod a množstva energie absorbovanej tkanivom udského tela a vyjadruje sa v grayoch (Gy). Rovnaká expozícia rôznych druhov žiarenia nemusí ma však rovnaké biologické účinky. Napríklad jeden gray alfa žiarenia bude ma väčší účinok ako rovnaká dávka, 1 gray beta žiarenia. Z tohto dôvodu, ke hovoríme o účinkoch žiarenia, vyjadrujeme sa v jednotkách, ktoré sa nazývajú sievert (Sv). Žiarenie o ve kosti jedného sievertu vyvolá rovnaké biologické účinky, bez oh adu na typ žiarenia. Malé množstvá sa obyčajne vyjadrujú v milisievertoch (msv). Ionizujúce žiarenie a rádioaktívne látky sú neoddelite nou zložkou životného prostredia. Rádionuklidy niektorých prvkov sú trvale vo vzduchu, vo vode, v pôde. V rastlinách a samozrejme i v udskom organizme. udstvo je takto vystavené neustále účinkom prírodného ionizujúceho žiarenia, a to jednak z vonkajších ako aj z vnútorných zdrojov žiarenia. K vonkajším zdrojom prírodného žiarenia patrí kozmické žiarenie, tvorené časticami a ionizujúcim žiarením dopadajúcim na povrch Zeme z mimozemského priestoru a terestriálne žiarenie, t.j. žiarenie vrchných vrstiev zemskej kôry, vyvolané predovšetkým rádionuklidmi draslíka, uránu, tória a pod. K vnútorným zdrojom prírodného žiarenia patrí vlastné žiarenie udského tela vyvolané rádionuklidmi, ktoré sú prítomné v malom množstve bu ako súčas organizmu, napr. draslík K 40, alebo ich prijímame potravou a dýchaním. Vo vzduchu sa nachádza okrem rádioaktívneho vodíka H 3 a uhlíka C 14 predovšetkým rádioaktívny plyn radón 222 a radón 220, ktorý sa uvo ňuje zo zemskej kôry. Schématické znázornenie pôsobenia žiarenia na organizmus 28

29 Kde sa v tele hromadia rádioaktívne látky Na hodnotenie účinku ionizujúceho žiarenia na človeka sa používa veličina označená ako dávkový ekvivalent. Jednotkou je sievert (Sv). Menšou jednotkou je milisievert (msv). Starou jednotkou je rem. (1 rem = 0,01 Sv). Priemerné hodnoty dávkového ekvivalentu za 1 rok z prírodného žiarenia pôsobiace na človeka sú: kozmické žiarenie 0,5 msv/rok zvyšuje sa s nadmorskou výškou, terestriálne žiarenie 0,5 msv/rok závisí od geologickej stavby oblasti, vlastné žiarenie udského tela 0,3 msv/rok závisí od lokality a zloženia potravy. Celkový dávkový ekvivalent prírodného žiarenia, ktorému je človek vystavený, sa pohybuje v rozmedzí 1 až 2 msv/rok. Okrem účinkov prírodných zdrojov žiarenia je človek vystavený aj účinkom umelých (civilizačných zdrojov) žiarenia, ku ktorým patrí hlavne röntgenové žiarenie lekárskej diagnostiky, rádioaktívny spád pri skúškach jadrových zbraní, alej vyžarovanie zo stavebných materiálov, sledovanie televízie, letecká doprava, jadrová energetika a pod. Zdroj žiarenia Radiačná zá až ( x 10-5 Sv) Kozmické žiarenie Žiarenie zo zemskej kôry Príjem potravín 15 Celková prírodná radiačná zá až obyvate stva Bývanie pri jadrovej elektrárni 1 Ciferník svietiacich hodín 2 Let lietadlom 2 Farebný televízor 1 10 Betónový dom 20 Lekárske röntgenové zariadenia 50 Celková umelá radiačná zá až obyvate stva max. 85 Radiačná zá až obyvate stva za rok (Zdroj: SE, a.s.) 29

30 Množstvo žiarenia Účinok 6 a viac Sv Akútna choroba z ožiarenia. Vypadávanie vlasov, kusov kože, zvracanie a preháňanie. Smr do dvoch týždňov. 1 Sv Zdravotné ažkosti (napr. žalúdočná nevo nos ), ale nie okamžitá smr. Pravdepodobnos rakoviny 1 : ,1 Sv Nespôsobuje zjavné ažkosti. Pravdepodobnos rakoviny 1 : ,8 msv Normálne množstvo žiarenia pozadia z prírodných zdrojov za jeden rok na úrovni morskej hladiny. Pravdepodobnos vzniku rakoviny 1 : ,05 msv Maximálne pripustná hodnota, o ktorú sa môže zvýši úroveň prirodzeného žiarenia pozadia v dôsledku pôsobenia jadrovej elektrárne. Účinky niektorých dávok žiarenia (Zdroj: SE, a. s.) 30 Stupeň Terminologický názov jadrovej nehody Príklad Havárie (accidents) Stupeň 7 ve ká havária (major accident) Černoby (ZSSR, 1986) Stupeň 6 závažná havária (serious accident) - Stupeň 5 havária s účinkami na okolie Windscale (Ve ká Británia, 1957), (accident wih off-site risks) Three Mile Island (USA, 1979) Stupeň 4 havária s účinkami v jadrovom zariadení Saint Laurent A2 (Francúzsko, 1980), (accident mainly in installation) Jaslovské Bohunice A -1 (ČSSR, 1977) Poruchy (incidents) Stupeň 3 vážna porucha (serious incident) Vandellos (Španielsko, 1989) Stupeň 2 porucha (incident) Mihama (Japonsko, 1991) Stupeň 1 odchýlka (anomaly) * Stupeň 0 udalos pod stupnicou (event level zero-below scale) * Medzinárodná stupnica pre hodnotenie jadrových nehôd (Medzinárodná agentúra pre atómovú energiu, 1991) Poznámka: * V doterajšej histórii jadrovej energetiky sa vyskytlo nieko ko tisíc udalostí stupňa 1 a Zadná čas palivového cyklu Zadná čas palivového cyklu prináša mnoho závažných problémov pri spracovaní, uložení a manipulácii s ve kým množstvom vysoko rádioaktívnych materiálov. Po vyhorení paliva sa reaktor odstaví a vyhorené články sa vyberú. Obvykle sa ročne vymení asi 1/3 palivových kaziet. Vyhoreté palivo sa musí okamžite z dôvodu jeho vysokej teploty a rádioaktivity uloži do špeciálneho bazénu, ktorý sa obvykle nachádza v jadrovej elektrárni ved a reaktora. Pôvodne sa predpokladalo, že po uplynutí maximálnej skladovacej doby 1 3 roky, budú palivové články prevezené do spracovate ských závodov. Situácia sa však zmenila a bolo nutné vybudova medzisklady mimo objektov elektrární. Na vyhoreté palivo sa dá pozera ako na odpad alebo ako na energetickú surovinu. Vyhoreté palivo obsahuje urán (96 %) s obvykle vyššou koncentráciou U 235 než v prírodnom uráne, plutónium (1 %) a zmes štiepnych produktov (3 %). Na výrobu MW elektrickej energie počas doby jedného roka pripadá 44 ton vyhoretého paliva, v ktorom sa nachádza 350 kg nevyužitého U 235 a asi 260 kg plutónia. Existujú dva prístupy k problému vyhoretého paliva: prepracovanie a dlhodobé skladovanie. Zástancovia prepracovania uvádzajú teóriu ALARA (As Low As Reasonable Achievable), respektíve ALARP (As Low As Reasonable Practicable). Táto teória je založená na tom, že je rozumné previes vyhorelé palivo čo najskôr do formy najmenej nebezpečnej alebo do formy, do ktorej sme finančne a technicky schopní palivo previes. Zástancovia dlhodobého skladovania uvádzajú ako argument pre svoju koncepciu, že počas skladovania môže dôjs k objaveniu nových technológií, ktoré umožnia prepracovanie paliva na úplne inej technickej a ekonomickej úrovni, likvidáciu produktov štiepenia či odstránenie niektorých rizík, spojených s prepracovaním. Dlhodobé skladovanie vyhoretého paliva K variante dlhodobého skladovania a trvalého uloženia vyhoretého paliva sa v súčasnej dobe prikláňa Kanada, Švédsko, Španielsko a USA. Na dlhodobé skladovanie vyhoretého paliva nie je stanovený žiadny jednotný postup.

31 V medziskladoch je možné takéto palivo skladova najviac 50 rokov. Tieto sklady môžu by využité taktiež pre skladovanie rádioaktívneho odpadu z prepracovania pred konečným uložením do geologických formácií. Medzisklady sú bu mokré (podobné bazénom v elektrárňach) alebo suché, kde je palivo skladované v kontajneroch chladené vzduchom. Prepracovanie vyhoretého paliva Francúzsko (La Hague) a Ve ká Británia (Sellafield) postavili ve mi drahé zariadenia, ktoré okrem nich využíva Japonsko, Belgicko, Nemecko a Švajčiarsko. Nemecká vláda rozhodla v roku 1989, že takmer dobudovaný prepracovate ský závod vo Wackersdorfe nebude pre obrovské protesty verejnosti sprevádzkovaný. Vyhoreté palivo sa prepracováva po 2 10 rokoch skladovania. Prvý komerčný závod na prepracovanie paliva bol postavený v roku 1966 v USA (závod NFS). Pri tejto technológii je palivo najprv rozrezané na kusy, ktoré sa v prvom stupni rozpúš ajú v kyseline dusičnej, kde sa oddelí urán a plutónium od ostatných produktov štiepenia. V druhom stupni sa oddelí a vyčistí urán a v tre om stupni sa vyčistí plutónium. Pri prepracovaní vzniká 5 druhov odpadov: vysokoaktívne odpady, strednoaktívne odpady, nízkoaktívne odpady, plynné odpady z ventilačného systému a tuhé odpady (zbytky palivových článkov, filtre a pod.). Každý typ uvedených odpadov predstavuje špecifický problém z h adiska ich aktivity, obsahu biotoxických nuklidov, či objemu. Z h adiska životného prostredia najzávažnejšie problémy spôsobujú štiepne produkty. Viac než 99 % týchto nuklidov sa koncentruje v kvapalných odpadoch. V minulosti sa vysokoaktívne kvapalné odpady vypúš ali do ve kých nádrží z nerezovej ocele s tým, že budú v neurčenej budúcnosti nejakým spôsobom spracované. V súčasnosti je tendencia obmedzi ich skladovanie na 5 rokov, prípadne ich spracova ihne po ich vzniku. Pred dopravou a konečným uložením je potrebné vysokoaktívne kvapalné odpady solidifikova (premena z kvapalného na pevné skupenstvo), aby sa zmenšil ich objem a znížilo riziko ich úniku. Väčšinou sa volí ich premena do formy skla alebo keramiky, a to tak, že sa zmiešajú zo sklotvornou tekutinou a nalejú do oce ových kontajnerov o objeme 150 litrov. Tieto kontajnery (amfory) sa musia rokov intenzívne chladi, než sa uložia do geologického úložiska. Predtým sa tieto odpady bitumenovali, ale pre hor avos takto upravených odpadov sa prešlo k zaskleneniu (vitrifikácia). Všetky upravené odpady sa vracajú do štátu, ktorý vyhoreté palivo dodal. Namiesto nízko - a stredne - aktívnych odpadov sa vracia ich ekvivalent vo vysokoaktívnych odpadoch, čiže všetka rádioaktivita sa vráti v inej podobe. Vrcholom nezodpovednosti spracovate ských závodov (napr. Sellafield vo Ve kej Británii) je vypúš anie kvapalných odpadov s nižšou rádioaktivitou do riek, morí, pôdy, a to aj napriek medzinárodným dohodám. Recyklovanie uránu a plutónia Obsah uránu 235 a štiepite ného plutónia vo vyhoretom palive závisí od počiatočného obohatenia, dosiahnutej úrovne vyhorenia a spôsobu vyhorenia paliva. Pred novým obohatením uránu musí prebehnú jeho konverzia, ktorej cena je trojnásobná oproti konverzii prírodného uránu. Recykláciou uránu je možné zníži spotrebu prírodného uránu o 20 %. Plutónium sa dá v porovnaní s uránom použi bez akejko vek úpravy v ahkovodných (70 % UO 2 a 30 % PuO 2, zmesné palivo MOX sa vyrába vo Francúzsku, Ve kej Británii, SRN, Belgicku, Japonsku) alebo rýchlych reaktoroch alebo na výrobu jadrových zbraní. Plutónium sa skladuje ve mi obtiažne a dochádza pritom k nežiadúcej zmene izotopového zloženia. Plutónium sa potom musí ve mi nákladne čisti Jadrový odpad Je známe, že jadrový odpad sa produkuje počas rôznych štádií ažby uránu, výroby jadrového paliva a počas bežnej prevádzky jadrovej elektrárne (tekutý, tuhý a plynný odpad) vo forme vyhoreného paliva, počas prípadného prepracovania vyhoreného paliva a konečne počas likvidácie jadrových elektrární po skončení ich životnosti. Problémom rádioaktívneho odpadu je fakt, že niektoré rádionuklidy sú aktívne počas tisícov až miliónov rokov. Je nutné zdôrazni, že žiadna iná z udstvu známych technológií nedokáže zmeni fyzikálno chemickú štruktúru biosféry našej planéty tak, ako rádionuklidové častice vyvolávajúce mnohé mutagénne reakcie. Počas bežnej prevádzky vylučuje každá jadrová elektráreň isté množstvo odpadových materiálov do okolitej prírody. Tekuté odpady sa vylučujú spolu s chladiacou vodou do blízkej rieky, prípadne mora a plynné odpady sa vylučujú do atmosféry. Taktiež množstvo odpadov tvorených v jadrovom re azci je enormné. Z nieko kých tuctov ton jadrového paliva v jadrovom reaktore sa použije len nieko ko kilogramov. Spolu so závratným množstvom energie potrebnej na vybudovanie reaktorov, na ažbu a spracovanie uránu, na skladovanie odpadu a likvidáciu elektrárne predstavuje množstvo odpadu v jadrovom priemysle 99,9 %. Na svete neexistuje iná technológia s takou nízkou energetickou efektivitou. 31

32 Existujú tri kategórie rádioaktívnych jadrových odpadov: vysokoaktívny, stredneaktívny a nízkoaktívny odpad. Vysokoaktívny odpad pozostáva predovšetkým z vyhoreného paliva a jadra reaktorov a z vysokoaktívneho tekutého odpadu vznikajúceho pri prepracovaní paliva. Tento odpad je tisíckrát rádioaktívnejší ako stredneaktívny odpad. Stredneaktívny odpad predstavuje predovšetkým kovové nádrže na palivo, ktoré pôvodne obsahovali uránové palivo pre jadrové elektrárne, kovové časti reaktorov a chemické zvyšky. Tie musia by chránené, aby pracovníci a verejnos neboli vystavení žiareniu počas ich prepravy a uskladnenia. Väčšinou sa skladujú v mieste produkcie. Stredneaktívne odpady sú tisíckrát rádioaktívnejšie ako nízkoaktívne odpady. Nízkoaktívne odpady pozostávajú predovšetkým z takých vecí, ako ochranné ošatenia a laboratórne zariadenie, ktoré prišli do kontaktu s rádioaktívnymi materiálmi. Jediným uspokojujúcim riešením problému s rádioaktívnym odpadom by bolo jeho úplné zničenie. K dnešnému dňu je známy jediný spôsob takéhoto zničenia, a tým je transmutácia, teda transformácia nebezpečných rádionuklidov s dlhodobou životnos ou na rádionuklidy s krátkou životnos ou a nakoniec na látku, ktorá by už nebola rádioaktívna. Transmutácia je teoreticky možná, ale v praxi neuskutočnite ná pre nevyhnutné enormné množstvo energie, väčšie, než by bol zisk zo štiepnej reakcie v reaktore. Existuje nieko ko návrhov na uskladnenie rádioaktívnych odpadov, nie ich zničením, ale bezpečnou izoláciou. Najčastejšie diskutovanými spôsobmi sú vystre ovanie odpadov do vesmíru, ukladanie na dno oceánov alebo hlbinné ukladanie mnoho kilometrov pod povrchom Zeme. Ako konečné úložiská v návrhoch figurujú staré bane, hlboké vrty, injektáže a pod. Aby uložené rádioaktívne látky nemohli ahko uniknú zo skladovacích priestorov, ukladajú sa tak, že priamemu kontaktu odpadu so životným prostredím a s podzemnou vodou bráni nieko ko bariér: Fixačná látka, ktorá zabraňuje pohybu rádioaktívnych látok vo vnútri danej látky, napr. skla. Obal odpadu (kontajner). Konštrukčné riešenie úložiska. Málopriepustné horniny. Ako riešenie problému rádioaktívneho odpadu sa spomína jeho zaliatie do živice, betónu, soli, skla alebo keramických materiálov. Tento postup odpad ale nezničí, len ho zocelí, umožní lepšiu skladovate nos a zlepší jeho dočasnú izolovanos. Problém sám o sebe sa ale prenesie na plecia budúcich generácií. Navyše, nikto nemôže garantova schopnos súčasných spôsobov izolova rádioaktívne odpady na rokov. Na svete sa do roku 2000 nahromadilo asi ton rádioaktívneho odpadu a vyhoreného jadrového paliva, ktorý obsahuje asi 42 miliárd curie žiarenia, čo je dos na zabitie všetkého živého na Zemi Likvidácia jadrových elektrární Doba ekonomickej životnosti reaktorov sa odhaduje na rokov. Okrem odstránenia vyhoreného paliva neexistuje spoločný názor na to, čo by sa malo urobi s jadrovou elektrárňou po skončení jej životnosti. Niektoré krajiny plánujú rozobra celú reaktorovú štruktúru vrátane rádioaktívnych častí, zanechajúc prázdny priestor, tzv. zelenú lúku. Iné navrhli necha budovu stá na tom istom mieste a zasypa ju betónom alebo pochova pod horou zeminy. Pri prvej možnosti si treba uvedomi, s akým množstvom materiálov sa pritom bude manipulova. Pri konštrukcii reaktorového bloku s výkonom MW sa spotrebuje približne ton ocele a m 3 betónu. Pri jeho likvidácii vznikne m 3 nízkoaktívneho odpadu a asi 3000 ton odpadu vysokoaktívneho. Objem nízkoaktívneho odpadu pri likvidácii je asi 70-krát väčší ako objem tohto odpadu počas prevádzky zariadenia. Okrem toho sú už k dispozícii skúsenosti z likvidácie menších a havarovaných jadrových reaktorov. Malý experimentálny reaktor v Santa Susana (Kalifornia) bol vybudovaný v podzemnej dutine o výške 9 metrov, mal ochranný obal zo 130 mm hrubej vrstvy ocele obklopenej 1,5 metra hrubou vrstvou betónu. Konštrukcia ochranného obalu bola najprv naplnená vodou, ktorá slúžila ako tienenie proti žiareniu. Potom bola oce ová výstelka rozrezaná na kusy o ve kosti 1,2 krát 1,2 metra pomocou dia kovo ovládaného horáka. Rozrezané kusy sa žeriavom premiestnili do vodného bazéna. 350 ton rádioaktívneho odpadu bolo uložených v Beatty (Nevada). Použitý žeriav bol taktiež rozrezaný a zlikvidovaný. Tieniaca voda (68 m 3 ) bola zlikvidovaná spôsobom obvyklým pre kvapalné odpady. Likvidácia reaktora trvala 2 roky a stála 6 miliónov USD. Stavba reaktora v pä desiatych rokoch stála 13 miliónov USD. Likvidácia v roku 1979 havarovaného reaktora Three Mile Island (USA) začala až 6 rokov po havárii. Do roku 1991 sa podarilo z vnútra reaktorovej nádoby vyzdvihnú iba čas trosiek, aj to si však vyžiadalo náklady 1 mld. USD. Demontáž rakúskeho reaktora v Zwentendorfe, do ktorého nikdy nebolo navezené palivo, stála 100 miliónov USD. Náklady na likvidáciu ovplyvňuje mnoho faktorov: typ zariadenia, jeho ve kos, čas likvidácie, množstvo odpadu, náklady na jeho uloženie, rádioaktivita, spôsob kalkulácie nákladov a legislatívne požiadavky na likvidáciu zariadenia a dekontamináciu pozemku. V záujme redukcie problémov s financiami, žiarením a odpadom oddia ujú mnohé elektrárenské podniky konečnú likvidáciu reaktorov a uloženie odpadov o 50 až 130 rokov, čo je zjavným presúvaním problému na budúce generácie.

33 Niektoré krajiny upravujú dobu nevyhnutnej likvidácie jadrovej elektrárne po odstavení príslušnými zákonmi. Vo Švédsku a Belgicku prikazujú uskutočni likvidáciu reaktora v čo najkratšej dobe alebo v technicky možnej dobe (vo Švédsku do 6 rokov). V USA sa požaduje, aby reaktor bol rozobratý do 100 rokov, vo Ve kej Británii sa počíta s tým, že vlastná likvidácia bude odsunutá až za túto hranicu. Pod a niektorých zdrojov, náklady na likvidáciu jadrovej elektrárne budú nieko konásobne prevyšova náklady na jej postavenie a prevádzku. Napríklad reálne náklady na likvidáciu jadrovej elektrárne Seabrook v USA s výkonom MW sa odhadujú na 324 miliónov USD (v roku 1991), ale nominálne náklady v čase uskutočnenia likvidácie v roku 2026 sa odhadujú na miliónov USD. Slovenská republika zhromaž uje finančné prostriedky na likvidáciu jadrovoenergetických zariadení a výstavbu trvalého úložiska v Štátnom fonde jadrovoenergetických zariadení, kde sa však v súčasnosti nachádzajú minimálne prostriedky potrebné na likvidáciu týchto zariadení Terminológia Aktivita počet rozpadov rádioaktívneho nuklidu za jednotku času. Jednotkou je becquerel (Bq) definovaný ako jeden rozpad za sekundu. Staršou jednotkou je curie (Ci), čo zodpovedá 3,7 x Bq. Aktívna zóna reaktora oblas reaktora obsahujúca palivo a moderátor. Tu prebieha reakcia štiepenia. Alfa častica - kladne nabitá častica tvorená dvoma neutrónmi a dvoma protónmi (jadro hélia) emitovaná určitými rádioaktívnymi materiálmi. Pri prechode hmotou ionizuje. Je to najväčšia bežne vyžarovaná častica. Neprejde odevom alebo pokožkou, nebezpečné je jej vdýchnutie. Atóm najmenšia častica hmoty vykazujúca chemické vlastnosti. Atómy sa združujú do molekúl. Becquerel (Bq) jednotka rádioaktivity rýchlos samovo ného rozpadu rádioaktívneho jadra. 1 Bq zodpovedá jednému rozpadu za sekundu (1 Bq = 1/s). Jednotka je nazvaná po francúzskom fyzikovi Henri Becquerelovi ( ), ktorý v roku 1896 objavil rádioaktivitu. Beta žiarenie žiarenie záporne nabitých elektrónov (beta mínus) alebo kladne nabitých pozitrónov (antielektrónov - beta plus). Pri prechode hmotou ionizuje. Curie (Ci) stará jednotka aktivity nahradená becquerelom (Bq). 1 Ci vyjadruje 37 mld. rádioaktívnych rozpadov za sekundu. Jednotka bola zavedená v roku 1910 ako rádioaktivita radónu, ktorý je v rovnovážnom stave s jedným gramom rádia 226. Súčasná definícia curie bola prijatá v roku Jednotka je nazvaná po jednom z objavite ov rádia, Pierovi Curie ( ). On, jeho manželka Mária a dcéra Irena zomreli na dôsledky ožiarenia. Dávkový ekvivalent absorbovaná dávka (v sievertoch) násobená faktorom kvality daného žiarenia, berie do úvahy mieru biologického poškodenia. Dcérsky produkt látka, ktorá vzniká rozpadom rádioaktívneho jadra. Napr. Rn 222 je dcérskym produktom Ra 226. Fluorid uránový (UF 6 ) - zlúčenina uránu. Pri izbovej teplote je to biela pevná látka vyparujúca sa pri teplote 56,5 o C. Po ochladení opä stuhne. Je konečným produktom ratifikačného procesu, surovinou na obohatenie uránu a na prípravu paliva. Zmiešaním UO 2 s kyselinou fluorovodíkovou vzniká fluorid uraničitý. Ten sa spa uje s plynným fluórom a vzniká plynný UF 6, ktorý kondenzuje na biele, snehu podobné kryštály. Tie sa tavia a vlievajú do oce ových transportných kontajnerov, kde opä tuhnú. UF 6 emituje ve mi slabé žiarenie, nezávislé na stupni obohatenia. Je však ve mi nebezpečný z chemického h adiska - pri zvlhnutí uvo ňuje fluorovodík, ktorý je ve mi korozívny a jedovatý. Vdýchnutie 100 ml spôsobuje smr, kontakt s pokožkou popáleniny. Fúzia (syntéza) splynutie dvoch ahkých jadier do jedného ažšieho. Takýto proces prebieha na Slnku. Možnos riadenej jadrovej syntézy (termonukleárna reakcia) sa skúma. Gama žiarenie krátkovlnné elektromagnetické žiarenie ve kej prenikavosti uvo nené pri niektorých jadrových premenách. ahko preniká udským telom. Je vyžarované mnohými jadrami pri alfa a beta rozpade. Genetické účinky žiarenia účinky žiarenia sa prejavujú na de och ožiarených osôb alebo i na alších generáciách. Gray (Gy) jednotka absorbovanej dávky ionizujúceho žiarenia v sústave SI. Prijatá v roku Gy zodpovedá energii 1 joule na kilogram cie ovej látky. Absorbovaná (pohltená) dávka sa v minulosti vyjadrovala v radoch (1 Gy = 100 rad). Gray je pomenovaný po L. H. Grayovi ( ), ktorý zasvätil ve kú čas svojho života výskumu lekárskeho využitia žiarenia. Ionizujúce žiarenie žiarenie schopné odovzdáva energiu vo forme, umožňujúcej vyžiarenie elektrónu z obalu atómu (ionizácia). Interakciou s hmotou intenzívne ionizujúce žiarenie vytvára vzbudené (excitované) stavy atómov (molekúl), a tým urých uje chemické reakcie, ktoré za normálnych podmienok prebiehajú ve mi pomaly alebo vôbec. Rádioaktívne žiariče predstavujú najväčšie nebezpečenstvo pre človeka pokia sú zjedené alebo vdýchnuté. Jadrá sú však ve mi malé, a tak môžu prenika do tela, napr. potnými kanálikmi alebo vlasovými váčkami. Existujú tri hlavné typy ionizujúceho žiarenia: alfa, beta a gama. Alfa žiarenie je najnebezpečnejšie pre bunky, pokia je emitované vnútorným žiaričom vdýchnutím alebo zjedením častice. Vo vzduchu doletí asi 1 cm a neprejde odevom. Beta žiarenie doletí vo vzduchu asi 0,5 metra a 5 cm dreva alebo ocele ho zastaví. Rozdiel medzi alfa a beta časticami je asi taký, ako medzi delovou gu ou a gu kou. Alfa častica má kratší dolet ale väčšie následky. Gama žiarenie je najmenej škodlivé, ale preniká na ve ké vzdialenosti. Väčšinu gama žiarenia pohltí nieko ko centimetrov olova alebo 30 cm betónu. 33

34 Izotop atóm určitého prvku mierne sa odlišujúci svojimi chemickými a fyzikálnymi vlastnos ami od iných atómov tohto prvku. Izotopy jedného prvku majú rovnaký počet protónov ale rôzny počet neutrónov. Môžu ale nemusia by rádioaktívne. Jadrová elektráreň zariadenie, v ktorom sa teplo uvo nené pri jadrovom štiepení v reaktore využíva na premenu vody na paru, ktorá poháňa turbínu spojenú s generátorom elektriny (kovová cievka rotujúca v magnetickom poli). Jadrová (atómová) energia vnútorná energia jadra, ktorá sa viaže pri vzniku jadra z jednotlivých stavebných častíc a uvo ňuje sa pri jeho rozbití. Vnútorná energia hmoty je E = m.c 2. Jadrové odpady nežiadúci rádioaktívny materiál vznikajúci v jadrovom priemysle. Jadrový reaktor zariadenie, v ktorom prebieha re azová štiepna reakcia na výrobu elektriny, štiepneho materiálu pre atómové zbrane, na výskumné účely, na výrobu rádioizotopov a pod. ahká voda obyčajná voda. Medzinárodná agentúra pre atómovú energiu (MAAE) - organizácia založená pod patronátom OSN v roku Jej úlohou je podporova a regulova jadrový priemysel. Množivý materiál materiál, ktorý je možné premeni na štiepny materiál. Najvýznamnejšie množivé nuklidy sú U 238 a Th 232, ktoré poskytujú Pu 239 a U 233 (oba štiepite né tepelnými neutrónmi). Transformácia množivého materiálu na štiepny materiál prebieha v množivých reaktoroch a v štiepno-fúzno-štiepnych bombách. Moderátor materiál používaný v aktívnej zóne reaktora na spomaleniu rýchlych neutrónov uvo nených pri štiepení. Neutróny je nutné spomali, aby sa udržala štiepna reakcia pri menších rýchlostiach neutrónov rastie pravdepodobnos ich záchytu jadrom U 235 alebo Pu 239. Jadrá moderátorov ( ahká voda, ažká voda, grafit) sú obvykle ahké. Obohatený urán urán, v ktorom bol umelo zvýšený obsah U 235 (nad prirodzený obsah 0,72 %). Používa sa nízkoobohatený (LEU) a vysokoobohatený (HEU) urán. LEU urán obsahuje menej než 20 % U 235. Komerčné jadrové reaktory používajú práve LEU s obsahom okolo 3 % U 235. HEU obsahuje viac než 20 % U 235. Je jednou z výbušných zložiek jadrových bômb a používa sa v reaktoroch atómových ponoriek. HEU pre tieto účely obsahuje obvykle cez 93 % uránu 235. HEU je vysoko strategický materiál. Palivový re azec a cyklus palivový cyklus je sled nevyhnutých operácií spojených s výrobou paliva na výrobu atómovej energie a atómových zbraní. Typický cyklus začína uránovým výskumom, pokračuje ažbou a úpravou rudy, obohatením, prípravou paliva, štiepením a prepracovaním a uložením odpadov. Názov cyklus sa taktiež používa pre dva palivové systémy: U 233 Th 232 U 233 (v tepelných množivých reaktoroch), Pu 239 U 238 Pu 239 (v rýchlych množivých reaktoroch). V oboch prípadoch je množivý materiál ožarovaný štiepnym materiálom a tým sa stáva štiepite ným. Tieto cykly sa zmenia v re azce nahradením uránu 233 a plutónia 239 uránom 235. Najrozšírenejším palivovým systémom je re azec U 235 U 238 Pu 239. Používajú sa taktiež kombinované re azce: U 235 U238/Th 232 Pu 239/U 233 Pu 239 alebo U 235 U 238 Pu 239 (s využitím MOX). Využitím obohateného plutónia sa znižuje závislos od zariadení na obohatenie uránu. Plutónium (Pu) vysoko toxický ažký kov. Je extrémne nebezpečný kvôli svojej rádioaktivite, a preto, že sa ukladá v kostiach a ve mi pomaly vylučuje. Kovové plutónium nie je zažívacími orgánmi pohlcované. Vdýchnutie nieko kých mg však spôsobuje po nieko kých rokoch smr a menšie množstvo rakovinu. Jeho spracovanie preto musí by realizované v bezprašných podmienkach. Kov je ve mi reaktívny a musí sa uskladňova pri nízkej teplote a v suchom vzduchu, aby sa zabránilo korózii. Ide o umelý prvok, prirodzene sa vyskytuje iba v stopových množstvách. Po prvýkrát bol vyrobený v roku Plutónium má 16 izotopov, z nich sa 5 vyrába vo väčšom množstve: 238, 239, 240, 241,242. Pu 238 je alfa žiarič s polčasom rozpadu 89 rokov, používa sa ako zdroj tepla v družiciach. Pu 239 je najdôležitejší izotop. Má najväčší vý ažok neutrónov zo všetkých primárnych štiepnych materiálov, a preto je najvhodnejší pre rýchle množivé reaktory. Pu 240 je druhý najvýznamnejší izotop. Je to neštiepite ný alfa žiarič s polčasom rozpadu rokov. Nie je vhodný ako palivo a ani pre zbrane. Rýchlos tvorby Pu 240 určuje dobu, počas ktorej môže by palivo ožarované v reaktore na produkciu plutónia. Plutónium sa delí pod a obsahu plutónia 240 do akostných kategórií: superakos (2 3 % Pu 240), zbraňová akos (3 7 %), palivová akos (7 19 %), reaktorová akos (nad 19 %). Superakos sa vyrába v plášti aktívnej zóny množivého reaktora alebo vo vojenských reaktoroch. Pu 241 je štiepny alfa a beta žiarič s polčasom rozpadu 13 rokov. Polčas rozpadu pre každý rádioizotop existuje charakteristická doba, počas ktorej vždy poklesne jeho rádioaktivita na polovicu pôvodnej hodnoty alebo prejde premenou polovica jeho atómov. Táto doba je určená pri rôznych izotopoch rôznou dĺžkou, od necelej sekundy po miliardy rokov. Prepracovanie paliva proces likvidácie vyhoretého paliva rozdrvením a sériou chemických procesov, umožňujúcich extrakciu obohateného uránu, plutónia 239 a 238 a alších izotopov (Kr). Súčasne vzniká ve ké množstvo kvapalných vysokoaktívnych odpadov. Pu 239 sa dá použi pre nové palivo a jadrové zbrane. Pu 238 sa používa ako zdroj tepla v družiciach. Kryptón sa používa pri testovaní tesnosti elektronických systémov. Rádioaktivita vlastnos látky, ktorej jadrá sa premieňajú a emitujú žiarenie. Rádioizotop izotop rádioaktívneho nuklidu. Rádioizotop sa samovo ne rozpadá a uvo ňuje žiarenie. Rádionuklid jadro, ktoré je rádioaktívne. Rádium (Ra) izotop prítomný v odpadoch z uránových a tóriových rúd, zvláš nebezpečný kvôli svojej rozpustnosti a možnosti šírenia sa vodnými tokmi. Je škodlivý aj v nízkych koncentráciách a rozpadá sa na ešte nebezpečnejší radón (Ra). Ra 226 (polčas rozpadu rokov) je najrozšírenejším izotopom rádia a je to piaty člen uránovej (U 238) rozpadovej rady. Ďalšie izotopy rádia sú Ra 223 (11,1 dňa) piaty člen rozpadovej rady uránu 235 a Ra 224 (3,64 dňa) piaty člen rozpadovej rady tória 232. Rem množstvo ionizujúceho žiarenia, ktoré vyvoláva rovnaké biologické účinky ako 1 röntgen prenikavého RTG - žiarenia. Rem je v SI nahradený sievertom (Sv): 1 Sv = 100 rem. 34

35 Röntgen stará jednotka ožiarenia pomenovaná po objavite ovi RTG lúčov, W.C. Röentgenovi ( ). Röntgenové žiarenie elektromagnetické žiarenie schopné ionizova objavené v roku 1896 nemeckým vedcom W.C. Röentgenom. V anglosaskej literatúre sa pre toto žiarenie používa skôr názov žiarenie X. Rozpad postupná premena rádioaktívneho materiálu na iný materiál spojená s emisiou alfa, beta a gama žiarenia. Re azová reakcia samovo ne sa obnovujúca jadrová reakcia. Sievert (Sv) jednotka dávkového ekvivalentu, t. j. absorbovaná dávka násobená faktorom akosti daného žiarenia. 1 Sv = 100 rem. Pre hodnotenie účinkov žiarenia je to ve mi ve ká jednotka, a preto sa používajú jej zlomky (milisieverty, mikrosieverty). Je pomenovaná po švédskom rádiologovi Rolfovi Sievertovi ( ). Spád rádioaktívne štiepne produkty dopadajúce z atmosféry na zemský povrch. Pochádzajú z jadrových výbuchov, havárií jadrových zariadení, ako aj z bežnej prevádzky jadrovej elektrárne. Štiepenie rozdelenie jadra na dva ahšie fragmenty, doprevádzané uvo nením energie a emisiou jedného či nieko kých neutrónov. Štiepenie môže prebieha samovo ne alebo ako dôsledok pohltenia neutrónov. Najznámejšie štiepite né nuklidy sú U 235, Pu 239 a U 233. Intenzita štiepnej reakcie závisí od mnohých faktorov. Štiepenie bolo objavené v roku 1939 na základe práce nemeckých chemikov O. Hahna a F. Strassmanna. Štiepny, štiepite ný materiál materiál, skladajúci sa z ažkých atómov schopných štiepenia spojeného s produkciou energie. Materiál sa môže štiepi pôsobením rýchlych alebo tepelných (pomalých) neutrónov. Rýchle neutróny indikujú štiepenie tória 232 a uránu 238, zatia čo urán 235 a urán 233 sa štiepia pomocou pomalých neutrónov. Štiepny produkt ubovo ný z primárnych fragmentov a ich rozpadových produktov, vznikajúcich štiepením ažkého jadra. Doposia bolo objavených cez 200 stabilných alebo rádioaktívnych izotopov 34 prvkov. Štiepne produkty predstavujú prevažnú čas rádioaktivity vyhoretého paliva po opustení reaktora, a takmer všetku aktivitu odpadov z prepracovania paliva. Predstavujú taktiež väčšinu aktivity spádu zo skúšok jadrových zbraní. Ťažká voda (D 2O) voda, v ktorej sú vodíkové atómy takmer úplne nahradené ažkým vodíkom - deutériom. Obyčajná ( ahká) voda prakticky žiadne deutérium neobsahuje. Trícium (T) rádioaktívny izotop vodíka (H 3). Nieko ko gramov trícia sa pridáva do vodíkových bômb na dosiahnutie intenzity fúznej reakcie. Výroba trícia pre vojenské účely spočíva v bombardovaní lítia neutrónmi vyletujúcimi z obohateného uránu. Trícium alej vzniká aj pri absorbcii neutrónov ažkou vodou (D + n = T). Polčas rozpadu trícia je 12,3 roka, t. j. za rok sa rozpadne 5,5 %. Preto musí by vo vodíkových bombách menené každých 8 10 rokov. Trícium v prostredí je ve mi nebezpečný prvok viaže sa v zlúčeninách rovnako ako vodík, ahko preniká do tela a ako beta žiarič spôsobuje značné poškodenie tkanív. Urán (U) tmavosivý rádioaktívny kov objavený nemeckým chemikom H. M. Klaprothom v roku Prírodný urán je zmesou troch izotopov: U 234 (0,01 %), U 235 (0,71 %) a U 238 (99,28 %). Je to naj ažší prirodzene sa vyskytujúci prvok. Uránová ruda obvykle obsahuje nieko ko desatín percent uránu, ale napr. ruda v Saskatchewane obsahuje až 60 % uránu. U 233 je jeden z troch primárnych štiepnych materiálov. Je to alfa žiarič s polčasom rozpadu rokov odvodený z tória 232. U 324 je neštiepny a nemnoživý, dlhožijúci (polčas rozpadu rokov) alfa žiarič vyskytujúci sa v nepatrných množstvách. U 235 je k účový a jediný prirodzene sa vyskytujúci izotop pre štiepnu reakciu. Je to alfa žiarič s polčasom rozpadu 713 mil. rokov. U 236 a U 237 sú izotopy, ktoré sa prirodzene nevyskytujú, vznikajú pri ožarovaní paliva. Prítomnos U 236 v palive je nežiadúca absorbuje totiž neutróny a mení sa na U 237 (krátkožijúci gama žiarič, ktorý musí zaniknú pred začiatkom spracovania paliva). Až 20 % U 235 spotrebovávaného v reaktore s málo obohateným palivom sa môže premeni na U 236. Polčas rozpadu U 236 je 25 mil. rokov a U 237 je to 6,75 dňa. U 238 je jeden z dvoch množivých materiálov. Je to alfa žiarič s polčasom rozpadu 4,51 mld. rokov. U 238 poskytuje primárny štiepny materiál Pu 239. Ďalším dôležitým znakom U 238 je jeho štiepite nos rýchlymi neutrónmi. Uránový koncentrát (U 3O 8) komerčný produkt úpravy uránovej rudy. Je to jemný, sypký materiál nerozpustný vo vode. Tento materiál nazývaný žltý koláč sa skladá zo 70 až 90 % oxidu urano-uraničitého, zvyšok tvoria rozpadové produkty a ažké kovy. Sud s litrami váži 500 kg a predstavuje asi 10 GBq celkovej aktivity. Dávkový príkon na povrchu je asi 15 µsv/hod. (1,5 mrem/hod.), vo vzdialenosti 1 m asi 5 µsv/hod. (0,5 mrem/hod.). Uránový koncentrát je prepravovaný do rafinérie, kde dôjde k premene na UF 6 (surovinu na obohatenie paliva) alebo na UO 2. Vitrifikácia zosklovatenie technika ukladania jadrových odpadov ich premenou v sklovitú formu pôsobením tepla a tlaku. Výsledné odpady sú tak menej rozpustné. Vyhoreté palivo reaktorové palivo, v ktorom prebehla štiepna reakcia. Ak nie je prepracované, tvorí jadrový odpad. Z vojenského h adiska je vysoko strategickým materiálom. Vyhoreté palivo má vysokú teplotu a tú si udržuje ve mi dlhú dobu v aka rozpadu štiepnych produktov. Horúce palivové články je nutné skladova v tečúcej vode. Táto voda musí obsahova absorbátor neutrónov bór, aby nedošlo k opätovnému zapáleniu štiepnej reakcie. Žiarenie šírenie energie priestorom alebo látkou. Existujú dve základné formy žiarenia elektromagnetické a korpuskulárne (časticové). Korpuskulárna teória svetla popisuje svetlo ako prúd častíc fotónov. Elektromagnetické žiarenie je vo vlnách sa šíriaca žiarivá energia, ktorá sa šíri rýchlos ou svetla. Je určené vlnovou dĺžkou. Časticové žiarenie je tvorené energetickými časticami. Pri samovo ných rozpadoch jadier ide predovšetkým o alfa a beta častice. Z alších foriem časticového žiarenia sú to napr. neutróny, štiepne fragmenty sprevádzajúce štiepenie, rôzne nabité častice (deuteróny, ažké ióny) produkované v urých ovačoch a alej mezóny, ktoré sú zložkou kozmického žiarenia. Všetky formy časticového žiarenia spôsobujú ionizáciu priamo alebo prostredníctvom následných účinkov neutrónov. Žiarenie prirodzené pozadie - všetko žiarenie z kozmu, z prirodzených rádioaktívnych látok, ktoré sa nachádzajú na Zemi. Žiarenie, ktoré nie je spôsobené civilizačným pôsobením človeka. 35

36 3. OBNOVITE NÉ ZDROJE ENERGIE Dnes existuje riešenie environmentálnych, sociálnych i ekonomicko-politických problémov vychádzajúcich zo súčasného spôsobu využívania energie. Prechod od fosílnych palív k obnovite ným zdrojom a presmerovanie investícií týmto smerom je práve takýmto riešením. Technológie, využívajúce obnovite né energetické zdroje, sú vo všeobecnosti čistejšie, menej riskantné a hlavne založené na neobmedzenom palivovom zdroji Slnku. S výnimkou geotermálnej energie majú všetky obnovite né zdroje slnečná, veterná, vodná energia alebo biomasa svoj pôvod v aktivite Slnka. Geotermálna energia má svoj pôvod v horúcom jadre Zeme, avšak vzh adom na svoj prakticky nevyčerpate ný potenciál sa zara uje medzi obnovite né zdroje. Obnovite né zdroje sú z poh adu národných ekonomík domácimi zdrojmi, ktoré majú potenciál nahrádza a v budúcnosti úplne vytesni fosílne palivá. Tieto zdroje už v súčasnosti ponúkajú možnos významne diverzifikova energetické zdroje v každej krajine. Ich rozvoj je tiež považovaný za dôležitý nástroj na ochranu národnej ekonomiky pred budúcimi šokmi z nárastu cien dovážaných palív a nákladov na likvidáciu environmentálnych škôd. Schématické zobrazenie zásob jednotlivých druhov energii Vysvetlivky: 1. Množstvo slnečnej energie dopadajúcej na Zem za rok 2. Súčasné využitie slnečnej energie 3. Rezervy plynu 4. Rezervy uhlia 5. Rezervy ropy 6. Rezervy uránu 7. Celosvetová spotreba energie. Využívanie obnovite ných zdrojov má aj alšie ekonomické výhody, napr. nie je ovplyvňované zmenami devízových kurzov, čo má význam hlavne pre krajiny odkázané na dovoz palív. Technológie založené na obnovite ných zdrojoch sú zväčša bezodpadové so zanedbate ným resp. žiadnym vplyvom na životné prostredie. Neprodukujú rádioaktívne odpady ani nevytvárajú riziká ve kých havárií pre svoje okolie. V oblasti energetiky je možné na nich založi udržate ný vývoj spoločnosti, a tak zaisti lepšiu perspektívu pre nasledujúce generácie. Svojou povahou sú obnovite né zdroje všadeprítomné. Táto skutočnos preto volá po ich decentralizovanom použití. Prechod od tradičných fosílnych palív na obnovite né teda znamená prechod od malého počtu ve kých zdrojov k miliónom malých nezávislých zdrojov, kde v princípe každý dom môže by zdrojom energie. Pri takejto obrovskej zmene energetiky sa tradičné chápanie zdrojov ve mi mení. Táto zmena však nie je možná bez zmeny myslenia udí a spôsobu chápania energetiky. Pochopenie, že ide nielen o energiu, ale predovšetkým o životné prostredie, udržate ný rozvoj spoločnosti, bezpečnos, oživenie miestnej výroby, tvorbu nových pracovných príležitostí i celých priemyselných odvetví, je preto prvoradé. O tom, že takýto aspoň čiastočný prechod je možné uskutočni, svedčí príklad rozvoja veternej energie v Dánsku. Trh s veternými elektrárňami tu bol vytvorený v aka iniciatíve malých výrobcov, podporovaných aktivistami z radov verejnosti. Výsledkom je v súčasnosti už cenovo konkurencie schopná technológia, ktorá má stále rastúci podiel na trhu s energiou. V Nemecku bolo za 6 rokov inštalovaných viac ako MW (kapacita štyroch atómových elektrární) vo veterných elektrárňach. Podobný progresívny vývoj obnovite ných zdrojov bol zaznamenaný aj v oblasti výroby tepla slnečnými kolektormi. Hoci teplo z nich vyrobené je niekedy drahšie ako z tradičných zdrojov, len v susednom Rakúsku je inštalovaných viac ako m 2 kolektorov. Aj tu bol rozvoj založený na iniciatíve jednotlivcov, ktorí začali s ich výstavbou po vše udovom referende, ktoré odmietlo jadrovú energetiku ako budúci zdroj energie v Rakúsku. Na Slovensku je počet inštalovaných kolektorov prakticky zanedbate ný. Slnečné články, používané na výrobu elektriny, sú dnes taktiež na vzostupe. Hoci elektrina z nich vyrobená je nieko konásobne drahšia ako z klasických zdrojov, niektoré rozvinuté krajiny ich presadzovanie sa na trhu silne podporujú. Takýmito iniciatívami sú napr. programy solárnych striech v Japonsku alebo solárnych striech v Nemecku. Vládny program podpory, spolu s istou prestížou majite ov budov so slnečnými článkami znamená, že tento zdroj je zaujímavý nielen pre jednotlivcov ale aj pre inštitúcie. Príkladom je budova Reichstagu v Berlíne vybavená slnečnými článkami na streche. Takéto príklady vyvolávajú nielen pozornos, ale stimulujú aj výrobcov. Rastúci odbyt a produkcia znamená klesajúce ceny a prechod na masovú výrobu, nevyhnutnú pre budúci alší rozvoj. To, ako bude naša budúcnos vyzera, bude do značnej miery závisie od toho, ako budeme využíva moderné technológie. V nadchádzajúcich desa ročiach môžu ma obnovite né energetické zdroje, využívané inovovanými technológiami, silný transformačný efekt na celú spoločnos. Experti sa zhodujú v tom, že biomasa a vodná energia budú v najbližšej dobe dominova medzi týmito zdrojmi, avšak postupom času nadobudne stále väčší význam veterná energia a priame využívanie slnečnej energie na výrobu elektrickej energie. 36

37 Ve kým prís ubom sa javí aj angažovanie sa nadnárodných ropných a iných energetických spoločností ako sú napr. Enron, Shell a British Petroleum vo vývoji a výrobe slnečných a veterných technológií v ostatných rokoch. Tieto spoločnosti významne investovali nielen do uvedených technológií, ale plánujú rozšíri svoje investície aj na iné obnovite né energetické zdroje. Energetika v rozvojových krajinách je považovaná za najperspektívnejšiu oblas investícií v najbližších 20-tich rokoch. Práve v týchto krajinách s výhodnými prírodnými podmienkami pre ich využívanie by mohli obnovite né zdroje zohra významnú úlohu. Prí ažlivou sa javí hlavne stavebnicový charakter technológií založených na obnovite ných zdrojoch, ktoré môžu by stavané aj rozširované pod a potreby v blízkosti užívate a. Tieto technológie sú často lacnejšie a rýchlejšie realizovate né ako klasické ve ké elektrárne alebo predĺženie elektrického vedenia. Obnovite né zdroje energie získavajú na význame aj u spotrebite ov vo vyspelých krajinách. V USA sa viac ako polovica opýtaných vyjadrila, že sú ochotní plati za zelenú energiu viac. Dnes mnohé elektrárenské spoločnosti budujú tieto zdroje a ponúkajú svojim odberate om možnos vo by medzi elektrinou vyrobenou z fosílnych a elektrinou z obnovite ných zdrojov. V Európe existuje silný verejný záujem o čistotu životného prostredia a podporu obnovite ných zdrojov, ktoré sa stále viac presadzujú na trhu. V roku 1997 Európska komisia vydala dokument o rozvoji obnovite ných zdrojov (White Paper), v ktorom sa vyjadrila, že tieto zdroje sú v EÚ nedostatočne a nerovnomerne rozvinuté. Na energetickej spotrebe EÚ sa podie ajú len menej ako 6 %. EÚ vyzvala členské štáty, aby tento podiel zvýšili na dvojnásobok (12 %) do roku 2010, a tak zvýšili exportný potenciál EÚ a prispeli k zníženiu emisií skleníkových plynov. Podiel obnovite ných zdrojov na výrobe elektriny by sa mal zvýši zo súčasných 14 % na 23 %. V pozadí tejto snahy stojí skutočnos, že dnes sa do krajín EÚ dováža viac ako polovica spotrebovávaných energetických zdrojov, a pokia by sa súčasnému vývoju ponechal vo ný priebeh, tento podiel by sa mohol zvýši až na 70 % v roku V EÚ existuje viacero scenárov o možnom príspevku obnovite ných zdrojov k celkovej energetickej bilancii. Dvanás percentný podiel do budúcnosti bol však zvolený ako realistický. V oblasti elektro-energetiky by mal by dosiahnutý inštaláciou slnečných článkov s celkovým výkonom MW (3 ve ké atómové elektrárne) na viac ako 1 milióne striech, inštalovaním MW vo veterných elektrárňach, MW v elektrárňach na biomasu a alších MW v geotermálnych elektrárňach. V súčasnosti využívané obnovite né zdroje zahrňujú hlavne ve ké vodné elektrárne, pri ktorých sa, vzh adom na negatívne dôsledky na životné prostredie, do budúcnosti v EÚ nepredpokladá alší rozvoj. V oblasti výroby tepla sa nárast očakáva hlavne z biomasy a inštaláciou asi 100 miliónov m 2 slnečných kolektorov. Inštalovaný výkon v tepelných čerpadlách by mal dosiahnu 2 milióny MW. Tento program by si mal do roku 2010 vyžiada investície asi 165 miliárd EUR. Jeho prínosom však bude aj vytvorenie približne nových pracovných miest a zníženie emisií CO 2 o 402 miliónov ton ročne. Zdroj Vietor Voda Bioplyn zo skládok odpadu Spa ovanie odpadov Biomasa Potenciál 1 miesto/5 MW 1 miesto/0,66 MW 1 miesto/0,77 MW 1 miesto/0,33 MW 1 miesto/0,5 MW Potenciál tvorby pracovných miest z využívania obnovite ných zdrojov energie (E. Bédi, 2001) Pre ilustráciu podiel obnovite ných zdrojov na energetickej bilancii Slovenska je v súčasnosti asi 23 PJ, t.j. 3 % z celkovej spotreby primárnych energetických zdrojov. Tento príspevok navyše takmer celý pochádza z ve kých vodných elektrární. Podiel obnovite ných zdrojov v energetickej bilancii je v SR skutočne ve mi nízky a nezodpovedá našim podmienkam. Ve len podiel biomasy (drevo, slama, bioplyn, bionafta) na celkovej spotrebe energie, ktorý u nás predstavuje 0,16 %, je vo Švédsku až 18 % a v susednom Rakúsku 12 %, pričom tento výsledok bol dosiahnutý za menej ako 10 rokov a navyše má stále rastúci charakter. 37

38 4. SOLÁRNA ENERGIA Každý rok dopadne zo Slnka na Zem asi 10-tisíckrát viac energie, ako /udstvo za toto obdobie spotrebuje. Množstvo dopadajúcej slnečnej energie na územie Slovenska je asi 200-násobne väčšie, ako je súčasná spotreba primárnych energetických zdrojov u nás. Je to obrovský, doposia/ takmer úplne nevyužitý potenciál. Slnečná energia je hnacím strojom života na Zemi. Zohrieva atmosféru a Zem, vytvára vietor, zohrieva oceány, spôsobuje odparovanie vody, dáva silu vodným tokom, rastlinám, aby mohli rás( a z dlhodobého h/adiska vytvára aj fosílne palivá. Slnečná energia a z nej pochádzajúce obnovite/né zdroje energie veterná, vodná a biomasa, môžu by( využité na výrobu všetkých foriem energie, ktoré dnes /udstvo využíva. Premeny slnečného žiarenia na Zemi Slnko vyžaruje zo svojho povrchu intenzitou W/m2 a neustále produkuje obrovské množstvo energie - približne 1,1 x 1020 kw.h každú sekundu (jedna kilowatthodina je množstvo energie, ktoré spotrebuje 100 W žiarovka za desa( hodín). Vrchná vrstva atmosféry prijíma asi dve miliardtiny Slnkom vytvorenej energie - na povrch zemskej atmosféry dopadá intenzita slnečného žiarenia W/m2. Celkový výkon slnečného žiarenia dopadajúci na povrch atmosféry je 1, W. Tento výkon prenáša celé spektrum vlnových dĺžok. V ionosfére sa zachytáva ultrafialové a röntgenové žiarenie, v ozónosfére sa zachytáva ultrafialové žiarenie. Z energetického h/adiska je však táto čas( spektra zanedbate/ná. Najväčšia čas( energie je vo vidite/nom a infračervenom žiarení. Vlnová dĺžka 1 až 15 km 100 až m 2 až 100 m 0,1 až 2 m 1 až 100 mm 10 až µm 0,78 až 10 µm 400 až 780 nm 100 až 400 nm 1 až 100 nm 0,01 až 1 nm 0,0001 až 0,01 nm Názov žiarenia dlhé vlny (rozhlasové) stredné vlny krátke a ve/mi krátke vlny hertzové vlny radarové vlny a mikrovlny tepelné sálanie IR infračervené žiarenie vidite/né svetlo UV ultrafialové žiarenie mäkké žiarenie X tvrdé žiarenie X tvrdé žiarenie gama Elektromagnetické žiarenie (M. Braniš, 1999) (1 km = m, 1 m = mm, 1 mm = µm, 1 µm = nm) 38

39 Zo žiarenia dopadajúceho na povrch atmosféry (1 370 W/m 2 ) sa priemerne 34 % odrazí spä do vesmíru, 19 % sa absorbuje v atmosfére a 47 % dopadne na povrch Zeme. Konečnou fázou všetkých energetických premien slnečného žiarenia na Zemi je teplo vyžarované do kozmického priestoru ako infračervené žiarenie. Na konkrétnom mieste na Zemi je ve kos intenzity slnečného žiarenia závislá od znečistenia atmosféry, nadmorskej výšky daného miesta, výšky Slnka nad obzorom, zemepisnej polohy, počasia, ročného obdobia. Pri slnečnom žiarení rozlišujeme tieto druhy: Priame - takto označujeme slnečné žiarenie pri jasnej oblohe, ktoré dopadá priamo na plochu. Intenzita priameho slnečného žiarenia je závislá od uhla dopadu žiarenia na plochu a od znečistenia atmosféry. Difúzne - pri každej oblačnosti dochádza k rozptylu slnečného žiarenia na atómoch, molekulách a aerosóloch nachádzajúcich sa v ovzduší, v dôsledku čoho dopadajú slnečné lúče na plochu nepriamo. Odrazené - okolie každého kolektoru (budovy, cesty,...) odráža slnečné žiarenie. Aj tieto lúče dopadajú na plochu slnečného kolektoru. V zime je odraz od snehu podstatne vyšší ako v lete od trávnatého porastu. Slnko a energia Množstvo energie, ktoré Slnko vyžiari za jeden rok možno vyjadri ako 10 7 TW.r (1 TW.r = x W x hod. = 8,7 x kw.h). Z tejto energie však na Zem dopadá iba 1,78 x 10 5 TW.r to je energia, ktorá umožňuje život na našej planéte. V dôsledku odrazov od atmosféry a zemského povrchu sa z tejto hodnoty stráca 0,63 x 10 5 TW.r. Ak si uvedomíme, že ročná celosvetová spotreba energie (uhlia, ropy, plynu, uránu a obnovite ných zdrojov) je asi 12 TW.r, potom je zrejmé, že zo slnečnej energie 1,15 x 10 5 TW.r, absorbovanej za jeden rok povrchom Zeme, by udstvo mohlo pokry vlastnú spotrebu energie na takmer rokov. V prípade Slovenska je ročná spotreba energie u nás porovnate ná s množstvom slnečnej energie dopadajúcej na naše územie počas dvoch dní. V našich zemepisných podmienkach to znamená, že energia dopadajúca na plochu 1 m 2 dosahuje hodnotu až kw.h/rok (cca 5 GJ). Z uvedenej intenzity žiarenia vyplýva, že teoreticky pri 100 % účinnosti využitia tejto energie by sme z plochy 3 x 3,3 metra mohli získa dostatok energie na pokrytie celoročnej spotreby tepla a teplej vody pre priemernú domácnos na Slovensku. Bariéru pre takéto využitie nepredstavuje len nerealizovate ná 100 %-ná účinnos zariadenia, ale aj odchýlky v množstve dopadajúceho žiarenia v priebehu roka a v jeho energetickej hustote. Hustota slnečného žiarenia je totiž mnohonásobne nižšia ako v prípade fosílnych palív, na druhej strane je však toto žiarenie homogénnejšie rozložené oproti zásobám klasických palív na Zemi. Hustota energie kw/m 2 Slnečné žiarenie nad zemskou atmosférou 1,35 Slnečné žiarenie na povrchu Zeme (Slovensko priemer) 0,1 Uhlie (spa ovacia pec ve kej elektrárne) 500 Jadrová energia (palivový článok ve kej atómovej elektrárne) 650 Elektrický kábel Elektrický varič (platnička) 100 Porovnanie hustoty energie pre rôzne zdroje (E. Bédi, 2001) Zemská atmosféra sa otep uje v dôsledku priameho slnečného žiarenia priamo a nepriamo rozptylom žiarenia vo vzduchu (tzv. difúzne žiarenie). Globálne žiarenie je suma priameho a difúzneho žiarenia. Pri bezoblačnej oblohe dosahuje v našej zemepisnej šírke o 12 hodine hodnotu asi W na jeden m 2 plochy, pri zamračenej oblohe klesá táto hodnota na 80 až 100 W na m 2 (100 % difúzne žiarenie). 39

40 Celkové žiarenie je suma priameho, difúzneho a odrazeného žiarenia. Používa sa pri technických výpočtoch na určenie energetických ziskov z ožiarenej plochy. Množstvo dopadajúceho slnečného žiarenia sa mení v dôsledku relatívneho pohybu Slnka. Tieto zmeny závisia od denného a ročného obdobia. Vo všeobecnosti platí, že najviac žiarenia dopadá na Zem na poludnie, kedy poloha Slnka na oblohe je najvyššia a cesta prechádzajúceho slnečného žiarenia cez atmosféru je najkratšia. Tým dochádza k najmenšiemu rozptylu a absorpcii žiarenia v atmosfére. Množstvo dopadajúcej energie sa mení počas roka a predstavuje napr. od menej ako 0,8 kwh/m 2 za deň počas zimy v severnej Európe až po viac ako 4 kw.h/m 2 za deň počas leta v tomto regióne. Tento rozdiel sa zmenšuje pre regióny, ktoré ležia bližšie k rovníku, kde je intenzita žiarenia najvyššia. Tak napr. priemerná hustota dopadajúceho žiarenia dosahuje v strednej Európe kw.h/m 2, v Strednej Ázii asi kw.h/m2 a v niektorých afrických krajinách asi kw.h/m 2 za rok. Meniace sa atmosférické podmienky majú výrazný vplyv na množstvo dopadajúceho slnečného žiarenia na Zem. Je evidentné, že množstvo energie klesá s narastajúcou oblačnos ou a najlepšie slnečné podmienky sa nachádzajú v púštnych oblastiach s minimálnou oblačnos ou v priebehu roka. Miestne geografické pomery tiež ovplyvňujú tvorbu oblačnosti. Prítomnos kopcov, oceánov a ve kých jazier znamená, že intenzita dopadajúceho slnečného žiarenia sa môže líši od susedných miest. Napríklad kopcovité oblasti vykazujú nižšiu úroveň slnečného žiarenia ako rovinaté oblasti. Súvisí to s tým, že v kopcoch sa tvorí väčšia oblačnos ako na rovinách. Prímorské oblasti sa z h adiska intenzity žiarenia taktiež líšia od oblastí položených alej od pobrežia. V našich podmienkach sa intenzita globálneho slnečného žiarenia môže napoludnie meni od asi W/m 2 počas jasného dňa (za mimoriadne výhodných podmienok to môže by ešte viac) po menej ako 100 W/m 2 počas zamračeného dňa. Tak prírodné ako aj človekom spôsobené javy môžu ovplyvňova intenzitu dopadajúceho žiarenia. Znečistenie vzduchu v mestách, dym z lesných požiarov, čiastočky popola z vulkanickej činnosti a iné javy znižujú túto intenzitu v dôsledku absorpcie a rozptylu. Tieto faktory majú ve ký vplyv hlavne na priamu zložku slnečného žiarenia. Intenzita priameho slnečného žiarenia v oblasti silne znečisteného ovzdušia, napr. smogom, môže by znížená až o 40 %, kým globálna intenzita žiarenia sa zníži od 15 % do 25 %. Silné vulkanické erupcie dokážu zníži intenzitu priameho žiarenia aj vo ve mi vzdialených oblastiach o 2 % a globálneho žiarenia o takmer 10 % počas 6 mesiacov po erupcii. Hoci vulkanický popol z atmosféry postupne vypadáva, jeho úplné odstránenie môže trva nieko ko rokov. 4.1 Potenciál solárnej energie Potenciál slnečného žiarenia je z celosvetového poh adu obrovský a pri nulových nákladoch na palivo poskytuje až krát viac energie, ako sa jej každoročne vo svete spotrebuje. Všetci obyvatelia Zeme ročne spotrebujú asi 8,5 x kwh komerčnej energie. Okrem toho tiež spotrebovávajú energiu, ktorá sa neobjavuje v energetických štatistikách (hlavne biomasa používaná v rozvojových krajinách). Pod a niektorých expertov táto nekomerčná energia sa môže na celkovej spotrebe podie a až jednou pätinou. Ale aj keby bol tento príspevok započítaný do spotreby energie, aj tak by celková spotreba predstavovala jednu sedem tisícinu energie dopadajúcej na Zem zo Slnka. Aj v takých vysoko energeticky náročných krajinách ako je napr. USA (ročná spotreba 2,5 x kw.h) je množstvo dopadajúcej slnečnej energie nieko ko stonásobne väčšie ako spotreba. V mnohých krajinách by stačilo pokry menej ako 1 % územia (napr. strechy budov, nevyužité plochy) slnečnými technológiami, aby bol zabezpečený dostatok energie pre celú krajinu. Z praktického h adiska však nie je logické, aby pri existencii iných obnovite ných zdrojov energií bola energetická spotreba výlučne pokrývaná takýmito technológiami. Podstatné je, že aj v našich klimatických podmienkach je potenciál slnečnej energie obrovský, ve len energia dopadajúca na strechu budovy vo väčšine prípadov presahuje spotrebu energie v nej. Intenzita slnečného žiarenia u nás predstavuje asi kw.h/m 2 za rok, kým priemerná spotreba v obytných domoch je len asi 150 kw.h/m 2 na vykurovanie a 25 až 50 kw.h/m 2 na chod elektrospotrebičov a na varenie. Z uvedeného vyplýva, že množstvo dopadajúcej slnečnej energie je až 5-krát väčšie ako spotrba, alebo vyjadrené inak, je postačujúce na pokrytie spotreby až 5-poschodovej obytnej budovy (merané v hodnotách na m 2 horizontálneho povrchu). Hoci slnečná energia je z h adiska celoročného priemeru dostatočná na pokrytie spotreby energie v mnohých domácnostiach, jej praktické využitie je obmedzené premenlivos ou intenzity žiarenia v priebehu roka a obmedzenou možnos ou skladovania energie. Bez oh adu na nevýhody, dnes existuje dostatok možností a technických zariadení, ktoré sú schopné ve mi účinne premieňa slnečnú energiu tak na teplo, ako aj elektrinu, a to pri relatívne nízkych investičných nákladoch. Napr. pre jednoduché solárne systémy (kolektory) vychádza, že v našich podmienkach sú schopné bežne pokry % spotreby teplej vody a % spotreby energie na kúrenie pre priemerný dom. 40

41 Intenzita slnečného žiarenia v SR v kw.h/m 2 /rok Slnečné žiarenie na Slovensku na horizontálnu rovinu v kw.h/m 2 za letné obdobie 4.2. Využívanie solárnej energie Rozlišujeme tri základné spôsoby využitia slnečnej energie: Pasívne využitie vhodnou architektúrou, kde tvar a výstavba budov je navrhnutá tak, aby dopadajúce žiarenie a následne jeho skladovanie a distribúcia po budove, viedli k maximálnemu efektu. Využitie slnečných kolektorov na prípravu teplej úžitkovej vody resp. vykurovanie priestorov. Výroba elektrickej energie slnečnými (fotovoltaickými) článkami alebo inými systémami koncentrujúcimi slnečné žiarenie Pasívne využívanie solárneho žiarenia Pasívna slnečná architektúra (dizajn) je v súčasnosti využívaná v budovách pomocou existujúcich technológií a materiálov s cie om zohrieva (resp. chladi ) a osvet ova priestory budov. Takáto architektúra v sebe zahŕňa integrovanie tradičných stavebných elementov, ako je kvalitná izolácia alebo energeticky účinné okná a umiestnenie budovy, resp. rozmiestenie vnútorných priestorov budov tak, aby bol dosiahnutý maximálny energetický účinok. 41

42 Architektúra bola v minulosti inšpirovaná tradíciou, miestnymi podmienkami, a tiež dostupnos ou stavebných materiálov. Hoci solárna architektúra nebola v minulosti chápaná tak ako je to dnes, niektoré jej prvky sa objavili už ve mi dávno. Už v roku 100 p. n. l. si spisovate Plinius postavil letný dom v severnom Taliansku, ktorý mal tenké plátky s udy použité ako okná. Miestnos takto vybavená sa stala teplejšou a ušetrilo sa na nedostatkovom palivovom dreve. Známe rímske kúpele v 1. až 4. st. p. n. l. mali ve ké, na juh orientované okná, aby do miestnosti mohol prúdi teplý vzduch z vonku. V 6. storočí nášho letopočtu boli slnečné miestnosti nato ko populárne, že Justiniánsky kódex hovoril o práve na Slnko, aby bol zabezpečený prístup každého jednotlivca k slnečnému žiareniu. Ve ké presklené priestory boli ve mi populárne už okolo roku 1800 n. l. a na mnohých miestach vytvárali promenádu podobnú dnešným skleníkom. Pasívne slnečné budovy sa stavali vo ve kom počte v USA v roku 1947, kedy sa v dôsledku 2. svetovej vojny prejavil nedostatok energetických zdrojov. V tomto období vydala Libbey-Owens-Ford Glass Company knihu nazvanú Tvoj slnečný dom, v ktorej boli prezentované diela 49 najznámejších amerických solárnych architektov. V polovici 50-tych rokov architekt Frank Bridgers navrhol prvú komerčnú budovu na svete, využívajúcu solárne ohrievanie vody a pasívnu solárnu architektúru. Tento solárny dom nazývaný Bridgers-Paxton Building bol trvalo využívaný až do obdobia, kedy bol zaradený do Amerického Národného Historického Registra ako prvá solárna budova na svete. Nízke ceny ropy sa na konci 50-tych rokov prejavili aj tým, že záujem o solárne budovy a úspory energie opadol. Po ropných krízach a hlavne začiatkom 90-tych rokov, kedy bolo jasné, že nízke ceny ropy sú v nenávratne, ceny energie a tržné sily sa stali hlavným motívom opätovného záujmu o solárnu architektúru. Dnešná solárna architektúra využíva konštrukciu budovy ako kolektor, akumulátor a zariadenie na transport tepelného žiarenia. Takáto definícia vyhovuje väčšine systémov, kde je slnečné tepelné žiarenie absorbované v stenách alebo podlahách budov. Existujú však aj systémy, ktoré využívajú niektoré špeciálne stavebné prvky ako nádrže s vodou alebo betónové bloky na akumuláciu tepla. Najjednoduchšou formou pasívneho využívania slnečnej energie je navrhovanie a stavba domov tak, aby množstvo dopadajúcej energie bolo čo najvyššie. Pre typickú budovu môže príspevok pasívneho slnečného dizajnu predstavova až 15 %-nú úsporu energie na vykurovanie. Ke si uvedomíme, že na Slovensku sa až 40 % spotrebovanej energie (v prípade domácností až 78 %) využíva na vykurovanie budov, zistíme, že v slnečnej architektúre sa skrýva obrovský potenciál úspor. Vo vyspelých krajinách začína princípy slnečnej architektúry využíva stále viac architektov, a to nielen pri navrhovaní nových domov, ale aj pri rekonštrukcii starších budov. Najväčší zisk z pasívneho využitia slnečného žiarenia, a to pri najnižších nákladoch, sa dá docieli už pri projektovaní budovy. Zásadou býva, že všetky ve ké okná by mali by orientované na juh. Dom s takto orientovanými oknami potrebuje až o % menej tepelnej energie ako podobný dom so severnou resp. východo-západnou orientáciou okien. Ak je takáto orientácia okien kombinovaná s efektívnym rozložením obytných a neobytných (nevykurovaných) priestorov domu, tak úspory bez vynaloženia dodatočných nákladov môžu dosiahnu až 50 %. Pod efektívnym rozložením sa rozumie umiestňovanie obytných miestností v južnej časti domu a neobytných, resp. miestností s nižším nárokom na vykurovanie, v severných častiach domu (kuchyňa, predsieň, chodba). Ve ké okná sa kombinujú s prístreškami a tienením, ktoré zabraňujú prehriatiu miestností v lete. Úspory energie sú najväčšie, ak je vnútorná čas domu vybudovaná z teplo-absorbujúcich materiálov a pri použijú sa okná s dvojitým sklom. K pasívnemu využitiu slnečnej energie a úsporám energie taktiež prispievajú aj zimné záhrady alebo presklené balkóny, tie si však často vyžadujú dodatočné náklady. Tepelné úspory sú v týchto priestoroch dosahované trojakým spôsobom: 42 dodatočnou izolačnou vrstvou, ktorú tieto priestory predstavujú, tým, že slnečné žiarenie vyhrieva presklený priestor, znižujú sa tepelné straty cez stenu budovy, vzduch z tohto priestoru môže by ventilovaný do vnútorných priestorov domu. Ukazuje sa, že presklené priestory znižujú straty energie cez steny budovy asi na polovicu. Celkové úspory však závisia od spôsobu, ako sa dom a jeho presklená prístavba využívajú. Ak napr. dvere a okná medzi týmto priestorom a domom sú otvorené alebo je tento priestor osobitne vykurovaný, výsledkom môže by vyššia spotreba energie ako bez použitia týchto priestorov Prvky solárnej architektúry Existuje nieko ko základných princípov využívania pasívnej solárnej architektúry s cie om úspory energie na vykurovanie budovy. Tieto princípy, tak ako sú definované nižšie, môžu ma mnoho variácií, a tak obohati tradičnú architektúru. Podstatným prvkom pasívneho solárneho domu je umiestnenie budovy vrátane kvalitnej izolácie, orientácia okien a tepelná kapacita. Všetky tieto prvky by mali by navrhované súčasne. Pre dosiahnutie malých zmien vnútornej teploty by mala by izolácia umiestňovaná zvonku z teplo-absorbujúcich materiálov (tepelná kapacita). Avšak v priestoroch, kde sa vyžaduje rýchly nárast vnútornej teploty, by mala by istá čas izolácie a materiálov s nízkou teplotnou kapacitou umiestňovaná na vnútorné povrchy budovy. Optimálny výber materiálov a izolácie pre každý objekt znamená nielen úsporu energie, ale aj finančnú úsporu za materiál. Solárnu architektúru je tiež vhodné kombinova s aktívnymi slnečnými systémami, ako sú slnečné kolektory alebo slnečné články Umiestnenie budovy Pod a štúdie amerického ministerstva energetiky Landscaping for Energy Efficiency, rozumné umiestnenie budovy v teréne môže znamena až 25%-nú úsporu energie na vykurovanie a klimatizáciu. Mimoriadny význam sa prikladá rozmiestneniu stromov, vrhajúcich tieň v okolí budovy v lete a chrániacich budovu pred zimnými vetrami. Popri tieni stromov má význam zaobera sa aj povrchom okolia napr. trávnikom, ktorý v dôsledku odparovania vlhkosti z vegetácie môže zníži teplotu

43 vzduchu v okolí až o 5 stupňov, a tak ochladzova budovu. Stromy sú síce vynikajúcim prírodným tienidlom, avšak musia by rozumne umiestnené, aby poskytovali tieň v lete a netienili slnečné žiarenie v zime. Je treba si uvedomi, že aj listnaté stromy, ktoré už v zime lístie nemajú, tienia čas slnečného žiarenia v tomto období. Nieko ko takýchto stromov dokáže odtieni až 50 % potrebného slnečného svitu v zime, čo je potrebné vyváži zvýšeným vykurovaním Okná Všetky budovy s aplikovanou pasívnou solárnou architektúrou závisia od účinnosti okien. Sklo a iné transparentné materiály dovo ujú prenika krátkovlnnému slnečnému žiareniu do budovy a zabraňujú unikaniu dlhovlnného (tepelného) žiarenia z budovy do jej okolia. Okná regulujú tok tepelnej energie v princípe dvoma spôsobmi: umožňujú ohrievanie vnútorného priestoru miestnosti slnečným žiarením na teplotu vyššiu, ako je vonkajšia teplota, zamedzením vstupu slnečného žiarenia do miestnosti (orientáciou a tienením) tiež ochladzujú vnútorný priestor v lete. Ke sa využíva slnečné žiarenie na ohrev budovy, je účelné, aby orientáciou okien bolo využité maximum slnečného žiarenia, ktoré v zime dopadá na budovu od 9 hod. do 15 hod. Z tohto h adiska je treba zváži umiestnenie stromov, ktoré môžu vrha na budovu tieň. Je však potrebné zdôrazni, že je možné navrhnú budovu tak, aby bol výh ad do každého smeru a súčasne bola energicky úspornou budovou so slnečnou architektúrou. Dobre izolované steny, podlahy a strecha budovy sú dôležitejšie ako rozmiestnenie miestností, a ke je nutné umiestni okná na západ, je potrebné aby boli dobre izolované a menších rozmerov. Pre dobrý výber skla okien je nevyhnutné pozna vz ah svetla a tepla. Slnečné žiarenie sa skladá z viacerých vlnových dĺžok, a preto rôzne typy skla budú rôzne selektívne prepúš a, absorbova alebo odráža rôzne zložky slnečného spektra. Bežné sklo prepúš a slnečné žiarenie s vlnovými dĺžkami od 0,4 do 2,5 µm. Ke táto tepelná energia dopadá na nepriesvitné predmety za sklom, vlnová dĺžka vystupujúcej energie vzrastie na 11 µm. Sklo pôsobí ako nepriepustná bariéra pre túto vlnovú dĺžku, a tým zachytáva slnečnú energiu, ktorá by inak unikla von. Množstvo žiarenia prenikajúce sklom závisí od uhla dopadu. Optimálny uhol je 90. Ke svetlo dopadá na sklo pod uhlom menším ako 30, väčšina žiarenia sa odrazí. Popri svetelnej pohode je z h adiska výberu skla najdôležitejším parametrom priepustnos infračerveného tepelného žiarenia. Špecifikáciou správneho typu skla je možné zachytáva tepelné žiarenie v miestnosti, tým ju ohrieva a tiež odráža infračervené žiarenie, aby v prípade potreby nedošlo k ohrievaniu vnútorných priestorov. Existujú tri spôsoby, ktorými teplo prechádza cez sklo: Vedením (kondukcia), pri ktorom teplo prechádza materiálom priamym kontaktom s ním. Teplo môže by poci ované napr. dotykom skla. Žiarením (radiácia), pri ktorom sa teplo šíri cez materiál v aka prechádzajúcemu elektromagnetickému žiareniu. Tento jav spôsobuje pocit tepla vychádzajúceho z povrchu skla. Pohybom (konvekcia) tepla, ktorý je zabezpečovaný pohybom vzduchu. Prírodné prúdenie vzduchu s tendenciou pohybu teplého vzduchu smerom k chladnejšiemu, znamená že teplo je možné získa alebo strati. Parameter, ktorý v odbornej literatúre vyjadruje izolačné vlastnosti skla, sa nazýva R - faktor. Je určený stupňom vodivosti, žiarenia a pohybu tepla cez sklo. Je potrebné zdôrazni, že infiltrácia vzduchu má tiež vplyv na výsledný R-faktor skla. Množstvo tepla, ktoré prechádza v okolí skla, je rovnako dôležité ako množstvo tepla prechádzajúce cez sklo. Vzduch môže unika alebo vnika do budovy v okolí presklených priestorov cez rámy a iné konštrukcie. Kvalita práce a inštalácie celého okenného systému, vrátane rámu, má vplyv na infiltráciu vzduchu. Pokroky v technológii výroby skla okien sa od roku 1970 stali najväčším prínosom k úsporám energie v budovách a hrajú významnú úlohu v slnečnej architektúre. Hlavnými prínosmi vo vývoji okien sú: Sklá s nízkym vyžarovaním alebo pokrytím, ktoré umožňujú zachytáva viac tepla vnútri a prepúš a menej von. Okná plnené argónom (alebo inými vzácnymi plynmi), ktoré zvyšujú tepelno-izolačné vlastnosti v porovnaní s oknami s normálnym vzduchom. Technológie so zmenenou fázou, ktoré umožňujú meni sklo na priesvitné a nepriesvitné pod a elektrického napätia, ktoré je na ne priložené. Najrozšírenejším typom okna je okno s dvoma sklami. Dvojtabu ové okná sú v podstate dve sklá zmontované do jedného okna s vnútorným tepelno-izolačným priestorom. Izolované okná majú niekedy vnútorný priestor medzi sklami vyplnený materiálom pohlcujúcim vlhkos a bežne bývajú utesnené silikónom. Vnútorný priestor okien zvyšuje odpor pre prenos tepla a ich celkový R-faktor je asi 1,8-2,1. Ve ké priestory medzi sklami nevedú k zvyšovaniu R-faktora. V skutočnosti ve ké medzery zvyšujú vedenie tepla vo vnútri a vedú k tepelným stratám. Pravidlom býva, že vnútorný priestor medzi sklami okna je 2 až 4 centimetre. Je však možné túto vzdialenos predĺži až na centimetrov bez toho, aby dochádzalo k tepelným stratám. Pri tak ve kých vzdialenostiach skiel sa však okná stávajú ve mi ve kými a ažkými. Vo vyspelých krajinách sa dvojité okná s izolovanými sklami stali štandardom a jednoduché sklá sa v bežných oknách budov prakticky nepoužívajú. 43

44 Okná s vysoko-účinnými tepelno-izolačnými vlastnos ami vykazujú ešte lepšie hodnoty R-faktora. Takéto typy okien tiež poskytujú väčšie možnosti architektovi budovy, nako ko tam, kde by mali by steny alebo strecha z klasického materiálu, môžu by presklené slnečné priestory. Tmavé priestory sa tak stanú svetlými, môžu získa viac tepelného žiarenia a zníži nároky na vykurovanie. Pri relatívne nízkych nákladoch je možné zvýši tepelnú účinnos budovy, zníži vlhkos a zlepši flexibilitu dizajnu. Dnes existuje na trhu nieko ko vysoko-účinných okien. Nízke tepelné vyžarovanie skiel znamená, že žiarenie je pohlcované v miestnosti. R- faktor takýchto okien sa pohybuje na úrovni 2,6 až 3,2. Plynom plnené okná majú ešte lepšie tepelno-izolačné vlastnosti. Použitím vzácneho plynu ako je kryptón alebo argón sa ich R-faktor zvyšuje asi o 1,0. Inertné plyny nemajú žiadne negatívne účinky na organizmus, avšak okná nimi plnené sú podstatne drahšie Tepelná kapacita akumulácia tepla v budove Slnečné žiarenie dopadajúce na povrchy stien, okien a iných štruktúr je budovou absorbované a skladované v závislosti od tepelnej kapacity materiálov. Takto uskladnená energia je potom vyžarovaná do vnútorných priestorov budovy. Tepelná kapacita použitých materiálov pôsobí podobne ako batérie v systémoch so slnečnými článkami alebo ako zásobník teplej vody v systémoch so slnečnými kolektormi. Všetky tieto zariadenia skladujú slnečnú energiu pre neskoršie využitie. Tepelná kapacita môže by využitá v pasívnej slnečnej architektúre viacerými spôsobmi, siahajúcimi od pokrytia podlahy až po vodou plnené nádrže. Je potrebné vedie, že tmavé povrchy odrážajú menej slnečného žiarenia, a preto pohlcujú viac tepla. Tmavá podlaha pohlcuje teplo počas celého dňa a opätovne teplo vyžaruje do miestnosti v noci. Rýchlos prestupu tepla závisí od rozdielu teplôt medzi zdrojom tepla a objektom, kam teplo uniká. Všetky povrchy budov strácajú teplo vedením, žiarením a pohybom. Dobre navrhnutá budova minimalizuje straty a maximalizuje účinnos rozvodu tepla v budove. Vhodne aplikova tepelnú kapacitu (teplo-absorbujúce materiály) vo vnútri budovy znamená tiež zváži okolitú klímu. 44 Niektoré základné pravidlá súvisiace s tepelnou kapacitou: Materiály s vyššou tepelnou kapacitou sa umiestňujú do miest priameho dopadu slnečných lúčov. Takto sa stávajú tepelne účinnejšie ako materiály, ktoré získavajú teplo len nepriamo. Domy, ktoré závisia od tepelnej kapacity materiálov nepriamo získavajúcich teplo, si vyžadujú 3 až 4-krát viac materiálu ako domy s priamym dopadom svetla a absorpciou tepla. Pasívne solárne domy majú lepšie vlastnosti, ke sú teplo-pohlcujúce materiály rozmiestnené na väčšej ploche. Povrch týchto materiálov by mal by minimálne 3 až 6-krát väčší ako plocha na juh orientovaných okien. Podlaha, ktorá je 8 až 10 cm hrubá, je tepelne účinnejšia ako podlaha s dvojnásobnou hrúbkou. Teplo-pohlcujúce materiály by sa nemali prekrýva. Koberce prakticky eliminujú úspory získané z pasívnych solárnych prvkov. Dôležitá je aj farba materiálov pohlcujúcich teplo. Najlepšie pohlcujú teplo tmavé farby. Hoci stredné odtiene môžu pohlcova až o 30 % menej slnečného žiarenia ako farby tmavé, sú tiež vhodným prvkom v solárnom dizajne. Farba vnútorných stien budovy výrazne neovplyvňuje účinnos solárneho dizajnu. Materiály pohlcujúce teplo by mali by izolované. Izolácia podláh a iných plôch výrazne znižuje straty energie. Pri navrhovaní tepelnej kapacity budov alebo pri porovnávaní rôznych materiálov je potrebné pozna tepelnú kapacitu týchto materiálov, ktorá sa udáva v J/m 3 x C. Ke že táto charakteristika vyjadruje schopnos materiálu pohlcova a skladova teplo, je vyššia hodnota znakom lepších tepelno-akumulačných vlastností. Druh materiálu Hustota (kg/m 3) Tepelná kapacita (J/m 3 x C) Voda Kameň Betón Tehla Nevhodné materiály: Drevo Plasty Sklo Tepelná kapacita pre vybrané materiály (E. Bédi, 2001)

45 V minulosti existovali pokusy architektov využi ako tepelný akumulátor domu vodu skladovanú v objemných nádržiach alebo kamenné bloky. Teplo takto naakumulované bolo potom rozvádzané po budove systémom čerpadiel a ventilátorov. Tieto akumulátory sa však ukázali ako ve mi nepraktické, drahé, vyžadovali komplikovaný systém regulácie, navyše predstavovali živnú pôdu pre rôzne huby a mikroorganizmy, a preto sa od ich používania upustilo. Iným dôvodom ich odmietnutia bolo aj to, že záviseli od elektriny, vyžadovali si údržbu a nefungovali tak, ako sa od nich očakávalo Tepelná izolácia Izolačné materiály sú pre solárnu architektúru nesmierne dôležité. Tepelný zisk môže by ve mi rýchlo vykompenzovaný únikmi tepla z budovy v dôsledku slabej izolácie. K účovou úlohou je teda kontrolovanie toku tepla cez vonkajší materiál budovy. Na trhu existuje viacero izolačných materiálov. Niektoré, hlavne porózne materiály, fungujú na princípe odporu vzduchu zachyteného v drobných medzerách medzi vláknami alebo medzi bunkami vytvorenými v rôznych plastových resp. penových štruktúrach (polystyrén, polyuretán). Inými typmi izolačných materiálov sú rôzne reflexné fólie, ktoré odrážajú energiu (žiarenie) mimo objekt alebo povrch. Slnečné kolektory Vstupný zdroj energie: slnečné žiarenie priame aj rozptýlené. Využitie: príprava teplej úžitkovej vody pre nízkoteplotné vykurovanie a ohrievanie vody pre bazény a kúpaliská, ohrev vzduchu používaného na sušenie. Maximálny potenciál v SR: 5,0 PJ. Realistický potenciál v SR: 0,5 PJ. Tvorba pracovných miest: 17 pracovných miest na m 2 vyrobených a inštalovaných kolektorov. Vplyv na životné prostredie: žiadny. Bariéry rozvoja: dlhá doba návratnosti vložených investícií, chýbajúca štátna podpora, nedostatok informácií, nedostatok kapitálu, vysoké úroky. Zaujímavosti a rady: kvalitné slnečné kolektory sú schopné pokry 60 až 70 % spotreby teplej vody pre priemerný dom (od apríla do októbra). Na zohriatie 50 litrov vody potrebujeme 1 až 1,5 m 2 slnečných kolektorov (na každý m 2 kolektora je potrebný objem nádrže 40 až 70 litrov). (E. Bédi, 1996) 4.4. Solárne kolektory Zohrievanie vody slnkom je jedným z najstarších spôsobov využívania slnečnej energie. Zariadenia, ktoré sa pre takéto účely v súčasnosti používajú, sa nazývajú slnečné kolektory. Kolektory pohlcujú slnečné žiarenie a premieňajú ho na teplo. Toto teplo je skladované vo vode alebo vo vzduchu a používa sa na prípravu teplej vody v budovách. Môže sa však využi aj na ohrievanie bazénov, varenie alebo sušenie po nohospodárskych plodín. Slnečné kolektory sa dajú využi prakticky všade tam, kde sa vyžaduje teplo. Príprava teplej vody je po vykurovaní druhou najvyššou položkou, ktorú platí priemerná rodina u nás za energiu spotrebovávanú v domácnosti. Pre niektoré domy predstavuje dokonca najväčšiu položku. Ohrievanie vody slnečnými kolektormi môže výrazne zníži náklady na teplo, a to často až o 70 %. Slnečný kolektor, ktorý je možné tiež využi na predohrev vody, je jednoduché zariadenie a nevyžaduje si takmer žiadnu údržbu. Kolektor zohrieva vodu na ve mi jednoduchom princípe, s ktorým sa väčšina udí stretla napr. v automobile alebo v záhradnej hadici, na ktorú dlhší čas svieti slnko. Voda alebo predmety vo vnútri automobilu sa v nich môžu zohria na ve mi vysokú teplotu. Slnečný kolektor sa zohrieva rovnako, pričom využíva absorbátor umiestnený v tepelno-izolovanom ráme, ktorý umožňuje podstatne zvýši účinnos prestupu tepla. Aj ke sa dnes kolektory uplatňujú hlavne pri príprave teplej úžitkovej vody, je energiu nimi vyrobenú možné využíva aj na vykurovanie (prikurovanie) v objektoch. V takomto prípade sa však používajú kolektory s väčšou plochou, resp. vákuové kolektory, napojené na systém podlahového kúrenia. Často je však potrebné ma aj zálohový systém kúrenia, čo zvyšuje investičné náklady a cenu energie. Vykurovanie objektov slnečnými kolektormi je takto v našich podmienkach v súčasnosti (poznačených zvýhodňovaním klasických fosílnych palív) zväčša neekonomické. Príprava teplej úžitkovej vody sa i napriek pretrvávajúcim dotáciám do klasickej energetiky ukazuje ako podstatne ekonomickejšia. Kvalitné slnečné kolektory sú schopné ročne pokry % energie potrebnej na prípravu teplej vody pre priemerný rodinný dom, pričom v období od apríla do októbra je možné úplné krytie spotreby. Ve mi s ubným sa ukazuje aj využitie solárnych kolektorov na ohrev vzduchu pre po nohospodárske a potravinárske účely. Tieto kolektory, v ktorých sa namiesto vody ohrieva vzduch ( alej rozvádzaný ventilátorom), je možné využi napr. na sušenie dreva, sena alebo iných plodín. 45

46 História používania solárnych kolektorov Slnkom ohrievaná voda sa využívala dávno pred tým, ako fosílne palivá začali určova smer našej energetickej spotreby. Základné princípy ohrevu sú známe od nepamäti. Čierny povrch sa zohrieva na slnku rýchlejšie ako biely alebo svetlý. A práve tento princíp využívajú dnešné slnečné kolektory. Prvý známy plochý kolektor bol vyvinutý v roku 1767 švajčiarskym vedcom Horacom de Saussurom a neskôr bol zdokonalený Johnom Herschelom, ktorý ho využíval na varenie jedla počas svojej expedície v Južnej Afrike v roku Technológia slnečných kolektorov sa vyvinula do približne súčasnej podoby v roku 1908, kedy William J. Bailey z americkej oceliarne Carnegie Steel Company vyrobil kolektor s izolovaným rámom a medenými trubkami. Kolektor bol ve mi podobný termosifónu. Bailey predal asi kusov kolektorov do konca 1. svetovej vojny a podnikate z Floridy, ktorý jeho patent kúpil, predal alších približne kusov do roku Obmedzenie predaja medi v USA počas 2. svetovej vojny viedlo k prudkému poklesu výroby a predaja kolektorov. Záujem o tieto zariadenia sa objavil až po vypuknutí ropnej krízy a obrovskom náraste cien energie v roku Táto kríza významne pomohla technológiám, využívajúcim obnovite né zdroje energie na celom svete. Narastajúca podpora a investície do vývoja nových technológií znamenali, že od 70-tych rokov 20. storočia sa účinnos solárnych systémov ve mi zvýšila. Nové sklá a materiály, pokrývajúce kolektory, selektívne farby nanášané na absorbátor, zlepšená izolácia. To všetko viedlo k vyšším energetickým ziskom. Medzi európskymi krajinami je na čele dynamiky výroby slnečných kolektorov Grécko, ktoré exportuje až 40 % svojej produkcie. Cie om gréckeho priemyslu je zvýši ročnú výrobu do roku 2005 na 1,3 milióna solárnych systémov s celkovou plochou kolektorov 5 miliónov m 2. Projekt realizovaný na Kréte si vyžiada inštaláciu kolektorov počas dvoch rokov. Na gréckom trhu je v súčasnosti inštalovaných kolektorových systémov ročne, čo prispieva k znižovaniu emisií CO 2 o 1,5 milióna ton. Krajina Výroba v m 2 Nemecko Grécko Rakúsko Ve ká Británia Dánsko Ostatné krajiny EÚ Výroba plochých presklených kolektorov v niektorých krajinách v roku 1994 (E. Bédi, 2001) Krajina Plocha kolektorov v mil. m 2 Stredomorské krajiny 8,5 USA 6,5 Japonsko 6,0 EÚ 5,6 Austrália 2,5 Čína 1,5 Plocha slnečných kolektorov inštalovaných v niektorých krajinách a regiónoch (E. Bédi, 2001) Plocha slnečných kolektorov na jedného obyvate a bola v roku 1992 najväčšia na Cypre a v Izraeli - 0,5 m 2, za ktorým nasledovalo Grécko a Rakúsko. Analýza štatistík predaja slnečných kolektorov na jedného obyvate a ukazuje, že nie klimatické, ale politicko-ekonomické podmienky v krajine určujú objem výroby a predaja. Úspech tejto technológie na Cypre nie je len výsledkom toho, že tu nie sú fosílne zdroje energie, ale aj cielenej vládnej politiky. Silné legislatívne zázemie v prospech využívania slnečnej energie existuje aj v Izraeli. Izrael a Cyprus sú jedinými krajinami, kde existuje povinnos inštalova solárne systémy na prípravu teplej vody na všetkých nových budovách. Toto opatrenie bolo zavedené postupne. V Izraeli sa najskôr vyžadovalo, aby všetky budovy vyššie ako 8 poschodí boli vybavené solárnym systémom s dostatočným zásobníkom. Toto bolo neskôr rozšírené na všetky nové obytné budovy v krajine. V roku 1983 bol prijatý zákon, pod a ktorého všetky nové hotely, školy a nemocnice musia ma inštalované solárne systémy. Tieto opatrenia boli sprevádzané finančnou podporou zo strany štátu. Podobný vývoj prebehol aj na Cypre, kde je v súčasnosti 90 % individuálnych rodinných domov a 15 % viacbytových objektov vybavených slnečnými kolektormi. 46

47 Celkový potenciál ročnej výroby slnečných kolektorov v Európe sa odhaduje na 360 miliónov m 2, čo predstavuje finančný objem asi 50 miliárd dolárov pri ročnom náraste 23 %. Očakáva sa, že do roku 2005 by plocha inštalovaných kolektorov so skleneným pokrytím v EÚ mohla dosiahnu 28 miliónov m 2. Plocha kolektorov bez skleneného pokrytia (plastové kolektory na vyhrievanie bazénov) by mala dosiahnu 20 miliónov m 2. Schéma slnečného kolektora Princíp ohrevu TÚV slnečným kolektorom Typy solárnych kolektorov Typický slnečný (solárny) kolektor pracuje ako miniatúrny skleník, ktorý zachytáva teplo pod skleneným (alebo iným priesvitným) krytom. Ke že slnečné žiarenie má difúznu povahu a jeho intenzita je relatívne nízka, kolektorová plocha býva zvyčajne dos ve ká (nieko ko m 2 ). Kolektory sú vyrábané v rôznych ve kostiach a tvaroch v závislosti od požiadaviek ich využitia. Na trhu existuje viacero typov, ktoré možno rozdeli do nieko kých kategórií. Jedno z takýchto rozdelení je v závislosti od teploty, ktorú v pracovnom médiu (voda alebo vzduch) kolektory dosahujú: Nízkoteplotné kolektory zohrievajú vodu na menej ako 50 o C. Zvyčajne bývajú tvorené len absorbérom (kovovým alebo plastovým) a používajú sa hlavne na ohrev vody v bazénoch. Strednoteplotné kolektory dosahujú teploty približne 60 až 80 o C a najčastejšie sa používajú na prípravu teplej vody v budovách. Sem patria aj u nás najrozšírenejšie ploché presklené kolektory. Teplotným médiom môže by aj vzduch prechádzajúci cez trubky kolektora. Osobitnú skupinu tvoria tzv. vákuové kolektory, ktoré koncentrujú žiarenie do ohniska, v ktorom prechádza trubka s teplonosným médiom. Vysokoteplotné kolektory predstavujú hlavne parabolické zrkadlá alebo iné fokusujúce konštrukcie, ktoré zohrievajú teplonosné médium na viac ako 100 o C. Takéto solárne termické zariadenia sa používajú hlavne na výrobu elektriny. Uplatňujú sa predovšetkým v oblastiach s vysokou intenzitou slnečného žiarenia. Časti slnečného kolektora: 1. Absorbér (jadro kolektora) zachytáva a premieňa energiu. 2. Priezračné pokrytie spôsobuje skleníkový jav v kolektore a znižuje straty sálaním. 3. Tepelná izolácia znižuje straty vedením a prúdením. 4. Rám kolektora vytvára nosný systém. 5. Utesnenie rámu kolektora. Takéto rozdelenie kolektorov je však len orientačné a častejšie je možné sa stretnú s rozdelením pod a konštrukcie kolektorov, kde tiež existuje značná rôznorodos Kolektory s integrovaným zásobníkom Najjednoduchšou formou solárneho kolektora je tzv. zásobníkový typ alebo termosifón. Toto označenie vychádza z toho, že kolektor je súčasne absorbérom i zásobníkom teplej vody. Zásobníkové kolektory sa využívajú na predohrev alebo ohrev vody. Predohrev vody je výhodný, pretože znižuje náklady na energiu potrebnú na vlastný ohrev vody v domácnosti. 47

48 Zásobníkové kolektory sú lacnou alternatívou bežných plochých kolektorov. Vyznačujú sa tým, že nemajú žiadne pohyblivé časti, nevyžadujú takmer žiadnu údržbu a majú nulové prevádzkové náklady. Kolektory s integrovaným zásobníkom využívajú zvyčajne jednu čiernu nádrž naplnenú vodou a umiestnenú do tepelno-izolovaného boxu nad absorbérom. Niektoré boxy majú tiež reflektory, ktoré zvyšujú zisk tepelného žiarenia. Nevýhodou týchto kolektorov je, že musia by chránené pred mrazom a ich použitie v zime prakticky nie je možné Ploché kolektory Ploché kolektory sú najčastejšie používanými kolektormi na prípravu teplej vody. Typický kolektor predstavuje izolovaný box so skleneným alebo iným pokrytím z priesvitného materiálu a čierny plochý absorbátor. Bočné strany kolektora sú izolované podobne ako spodná strana, čím sa znižujú straty energie. Použitý transparentný materiál je dôležitý z h adiska strát energie. Sklo s nízkym obsahom železa sa vyznačuje vysokou priepustnos ou pre dopadajúce svetelné žiarenie a malou priepustnos ou pre unikajúce tepelné žiarenie z kolektora. Slnečné žiarenie prechádza transparentným krytom a dopadá na absorbátor, ktorý sa zohrieva, a tak premieňa toto žiarenie na teplo. Absorbátor býva najčastejšie čierny, nako ko tmavá farba absorbuje viac slnečného žiarenia ako farba svetlá. Teplo sa v absorbátore odovzdáva teplonosnému médiu, ktorým môže by tak voda ako aj vzduch, prechádzajúci v trubkách absorbátora. Pretože väčšina čiernych farieb odráža asi 10 % dopadajúceho žiarenia, niektoré kolektory bývajú pokryté tzv. selektívnym náterom, ktorý zvyšuje absorpciu tepla v kolektore (znižuje úniky), a tiež býva trvanlivejším ako bežná čierna farba. Selektívny náter predstavuje ve mi tenkú vrstvu amorfného polovodiča naneseného na kovový substrát. Tieto nátery majú vysokú absorpciu v oblasti vidite ného svetla a malú emisivitu v oblasti dlhovlnového infračerveného žiarenia. Absorbátory bývajú vyrobené z kovov, najčastejšie medi alebo hliníka, ktoré sa vyznačujú ve mi dobrou tepelnou vodivos ou. Me je drahšia ako hliník, avšak vyznačuje sa vyššou vodivos ou a lepšou odolnos ou voči korózii Kvapalinové kolektory V kolektoroch s kvapalinou ako teplonosným médiom slnečná energia zohrieva vodu alebo nemrznúcu zmes prechádzajúcu trubkami v absorbátore. V takomto kolektore sú trubky pripevnené (privarené) k absorbátoru tak, aby teplo pohltené absorbátorom preniklo s najnižšími stratami do kvapaliny. Trubky prechádzajú absorbátorom bu paralelne s osobitnými vstupmi a výstupmi na hornej a dolnej strane alebo serpentínovite. Serpentínovité rozloženie znižuje možné úniky kvapaliny na vstupe resp. výstupe a zais uje rovnaký prietok. Takýto tvar však môže predstavova problém v systémoch, ktoré sa musia na zimu vypusti, pretože v ohyboch trubky môže zostáva voda. Najjednoduchšie ploché kolektory využívajú úžitkovú vodu, ktorá sa po prechode kolektorom zohrieva, potrubím prechádza do domu, kde sa využíva. Takýto systém sa nazýva samotiažny. V miestach, kde sa vyskytujú mrazy, sa však voda z takýchto systémov musí na zimu vypúš a, alebo sa musí do vody primiešava nemrznúca zmes. Ploché kolektory sa v našich podmienkach najčastejšie využívajú spolu so zásobníkom vody, kde sa teplá voda z kolektora skladuje. Takýto zásobník slúži hlavne ako tepelný výmenník, do ktorého z jednej strany priteká studená voda a z druhej strany sa odoberá teplá voda vyrobená kolektorom. Zásobník býva umiestnený mimo kolektora v budove. Takéto systémy využívajú obehové čerpadlo a niektoré regulačné prvky. Ploché kolektory s kvapalinovým teplonosičom sa okrem prípravy úžitkovej teplej vody využívajú niekedy aj na vykurovanie priestorov. Kolektory bez transparentného pokrytia sa najčastejšie využívajú na ohrev vody v bazénoch. Pretože takéto kolektory nepracujú s vysokou teplotou vody, používajú sa na ich výrobu lacné materiály, najčastejšie plasty alebo guma. Taktiež ich použitie, hlavne v letných mesiacoch, znamená, že nepotrebujú nemrznúcu zmes a pracujú s obyčajnou vodou Vzduchové kolektory Ploché kolektory, ktorých teplonosným médiom je vzduch, majú výhodu v tom, že v zime nezamrznú a v horúcom lete nemôže dôjs k varu vody ako v nesprávne prevádzkovaných kvapalinových kolektoroch. Hoci úniky tepla z kolektora sa tu ažšie zis ujú, dôsledok takýchto únikov nepredstavuje taký vážny problém ako u kvapalinových kolektorov. Na konštrukciu vzduchových systémov sa tiež využívajú lacnejšie materiály ako napr. plasty, pretože ich pracovná teplota je zvyčajne nižšia ako v kvapalinových kolektoroch. Vzduchové kolektory sú jednoduché zariadenia využívané hlavne na vykurovanie priestorov a sušenie po nohospodárskych rastlín. Absorbátorom býva kovový materiál (plech), cez ktorý prúdi vzduch vháňaný ventilátorom. Pretože vzduch vedie teplo ove a menej ako voda, výsledkom je, že prestup tepla medzi absorbátorom a vzduchom je nižší, čo znamená menší tepelný zisk ako v prípade kvapalinových kolektorov. V niektorých vzduchových kolektoroch sa používajú aj ventilátory umiestnené na absorbátore, aby sa zvýšila turbulencia vzduchu a zlepšil prenos tepla. Nevýhodou takýchto systémov je vyššia spotreba elektrickej energie na pohon ventilátorov, a tým aj vyššie prevádzkové náklady. V oblastiach s chladnejšou klímou býva vzduch vháňaný medzi absorbátor a spodnú stenu izolácie, aby sa znížili straty tepla cez sklo. Pri prechode vzduchu medzi absorbátorom a spodnou čas ou kolektora (najjednoduchší typ kolektora) dochádza k zohriatiu vzduchu o 3 až 5 o C v dôsledku vysokých strát tepla vyžarovaním a vedením. Straty tepla cez povrch kolektora je možné čiastočne zníži pokrytím kolektora prieh adným

49 materiálom s nízkou priepustnos ou infračerveného žiarenia. Toto pokrytie podstatne znižuje intenzitu dopadajúceho žiarenia na povrch, avšak v dôsledku zníženia strát teplota ohriateho vzduchu môže vzrás na 20 až 50 o C pod a kvality izolácie a prietoku vzduchu. Ďalšie zníženie strát tepla (a zvýšenie zisku) je možné dosiahnu tým, že sa vzduch vháňa do kolektora nad i pod absorbátorom, čím sa zdvojnásobí plocha prenosu tepla. Straty tepla vyžarovaním sú znížené v dôsledku nižšej teploty absorbéra. Niektoré typy vzduchových kolektorov nevyužívajú prieh adné pokrytie alebo izolačný box, v ktorom sa nachádza absorbátor. Takéto kolektory sú vyrobené len z čierneho perforovaného kovového materiálu, ktorý predstavuje vlastný absorbér. Slnečné žiarenie zohrieva kov a ventilátor vháňa vzduch do jeho otvorov. Typický takýto kolektor, s rozmermi 2,4 x 0,8 metra je schopný zohria 0,002 m 3 vzduchu za sekundu. Dokonca aj počas zimného slnečného dňa dokáže takýto kolektor zohria vzduch až o 28 o C nad okolitú teplotu. Perforované kolektory sa vyznačujú relatívne vysokou účinnos ou viac ako 70 % pre niektoré komerčné zariadenia. Prednos ami vzduchových kolektorov sú jednoduchos a spo ahlivos, pričom ich životnos býva 10 až 20 rokov. Súčasné použitie vzduchových kolektorov sa obmedzuje len na prípravu horúceho vzduchu, na vykurovanie a sušenie po nohospodárskych produktov hlavne v rozvojových krajinách. Hlavnými obmedzeniami brániacimi širšiemu využitiu týchto kolektorov sú: vysoké náklady komerčných zariadení, ve ká plocha kolektorov, ktorá je potrebná vzh adom na nízku hustotu energie a nízku špecifickú tepelnú kapacitu vzduchu, ve ký počet trubiek rozvádzajúcich horúci vzduch, vysoké nároky na ventilačný systém a ažkosti so skladovaním vyrobenej energie Vákuové kolektory Ploché kolektory sa uplatňujú predovšetkým v oblastiach s dostatkom slnečného svitu a ich hlavné využitie sa obmedzuje na letné a čiastočne jesenné a jarné obdobie. Ich výhody sa rýchlo strácajú v chladnejšom období so zatiahnutou oblohou. Navyše vlhkos časom spôsobuje koróziu vnútorných materiálov, čím sa znižuje účinnos zariadenia. Všetky tieto nevýhody odstraňujú tzv. vákuové kolektory. Tieto kolektory zohrievajú vodu pre také aplikácie, ktoré si vyžadujú vyššie teploty. Vo vákuovom kolektore slnečné žiarenie dopadá cez vonkajšiu sklenenú trubicu na trubicu absorbátora, umiestnenú vo vnútri a zohrieva kvapalinu pretekajúcu cez absorbátor. Obe trubice sú vákuovo izolované, čo výrazne znižuje tepelné straty vedením. Hoci straty vyžarovaním nie je možné úplne odstráni, sú ove a nižšie ako v plochom kvapalinovom kolektore. Vlastný kolektor pozostáva z viacerých paralelne umiestnených sklenených trubíc, pričom v každej z nich sa nachádza samostatný absorbátor pokrytý selektívnym náterom. Ohriata kvapalina alej prúdi do tepelného výmenníka (zásobníka), z ktorého sa potom odoberá pre alšie použitie. Vákuové kolektory majú modulárny charakter a trubice môžu by pridávané alebo odoberané s oh adom na množstvo potrebnej teplej vody. Vákuum v sklenenej trubici je považované za najlepšiu izoláciu, ktorá súčasne chráni absorbátor pred vonkajšími vplyvmi. Vákuové kolektory sú účinnejšie a dosahujú vyššie teploty ako ploché kolektory z viacerých dôvodov. Jednak sú schopné využíva tak priame ako aj rozptýlené slnečné žiarenie, čo ich spolu s minimálnymi stratami predurčuje pre chladnejšie oblasti. Navyše kruhový tvar trubice znamená, že slnečné žiarenie dopadá kolmo na absorbér väčšinu dňa. Hoci vákuové kolektory sú s h adiska svojich technických parametrov výhodnejšie ako ploché, ich cena je ove a vyššia Koncentrujúce kolektory Koncentrujúce kolektory využívajú zrkadliace povrchy, ktoré koncentrujú slnečné žiarenie do ohniska, v ktorom sa nachádza absorbátor. Tieto zariadenia dosahujú ove a vyššie teploty ako ostatné kolektory, na druhej strane sú schopné využíva len priame slnečné žiarenie, čo znamená, že počas oblačných dní je ich tepelný zisk prakticky zanedbate ný. Vysoké teploty sa v koncentrujúcich kolektoroch dosahujú tým, že ve ká zrkadliaca plocha koncentruje žiarenie do malej plochy absorbátora. Niektoré typy koncentrujú žiarenie do jedného bodu (ohniska), kým iné do jednej ohniskovej čiary. Absorbérom prechádza kvapalina, ktorá vedie vytvorené teplo do osobitného zariadenia, kde sa môže meni napr. i na elektrickú energiu (pozri kap. Solárna termálna výroba elektriny). Koncentrujúce kolektory sú prakticky využite né v oblastiach s ve mi vysokou intenzitou slnečného žiarenia blízko rovníka resp. v púštnych oblastiach s minimom oblačných dní. Ke že najväčší zisk sa dosahuje pri kolmom dopade žiarenia na zrkadlá, sú tieto zariadenia vybavené natáčacím mechanizmom, ktorý mení ich polohu v priebehu dňa tak, aby boli stále nasmerované k slnku. Jednoduché natáčacie zariadenia menia polohu v smere od východu na západ. Natáčacie zariadenia s dvoma osami navyše sledujú pohyb slnka aj od severu na juh (optimálne sledujú jeho polohu počas celého roka). Vzh adom na to, že koncentračné kolektory sú drahé a natáčacie zariadenia si vyžadujú častú údržbu, ich použitie sa obmedzuje len na niektoré komerčné aplikácie. 49

50 Použitie solárnych kolektorov Slnečnú energiu premieňanú slnečnými (solárnymi) kolektormi na užitočnú energiu je dnes možné využi viacerými spôsobmi, z ktorých mnohé sú cenovo výhodné. Najčastejšie sa s nimi môžeme stretnú pri: príprave teplej vody v domácnostiach, priemysle a komerčných budovách, ohreve vody pre bazény, vykurovaní budov, sušení rastlín, vykurovaní i chladení priestorov, destilácii vody a slnečnom varení Príprava teplej vody Dnes vo svete pracuje nieko ko miliónov slnečných kolektorov vyrábajúcich teplú vodu. Tieto systémy poskytujú užívate om často rovnaký komfort ako systémy s klasickými palivami, sú však z h adiska ochrany prírody ove a prijate nejšie. Jeden kolektor je schopný zamedzi emisiám jednej až dvoch ton oxidu uhličitého počas jedného roka, ktoré by vznikli pri ohreve vody fosílnymi palivami. Emisie iných škodlivín, ako sú oxidy síry, dusíka alebo prachových častíc, počas činnosti kolektora taktiež nevznikajú. Umývanie riadu alebo sprchovanie sa teplou vodou zohriatou slnečným žiarením v lete je prirodzenou a jednoduchou metódou ochrany prírody a úspory energie. Ke sú slnečné kolektory správne navrhnuté a inštalované, môžu by aj estetickými prvkami na budove, pri ahujúcimi pozornos a zvyšujúcimi úžitkovú hodnotu budovy. Na nových budovách však môžu by kolektory zabudované do strechy tak, že sú pre vonkajšieho pozorovate a prakticky nevidite né. Príprava teplej vody je v súčasnosti najrozšírenejším spôsobom využitia slnečných kolektorov. Aj v takých oblastiach ako je severná Európa sú kolektory schopné pokry energetické nároky na teplú vodu na 50 až 70 %. Väčšie pokrytie je možné získa využitím tzv. sezónneho skladovania teplej vody. V južnej Európe sú kolektory schopné pokry 70 až 90 % energetických potrieb na prípravu teplej vody. Zohrievanie vody kolektormi je ve mi účinnou metódou premeny slnečného žiarenia na energiu. Kým slnečné (fotovoltaické) články dosahujú účinnos výroby elektriny asi %, slnečné kolektory majú účinnos prípravy teplej vody 50 až 90 %. Hoci slnečná energia nedokáže úplne pokry celoročné nároky na prípravu teplej vody, slnečné kolektory v kombinácii s inými obnovite nými zdrojmi napr. drevom, štiepkami alebo peletami spa ovanými v kotloch na biomasu, sú schopné pokry takúto potrebu počas roka bez nárokov na fosílne palivá. Typ kolektora 0 o C 40 o C 50 o C (vyhrievanie bazénov (príprava teplej vody) (vykurovanie pre domácnos ) priestorov) Absorbér bez pokrytia 90 % 20 % 0 % Plochý kolektor 75 % 35 % 0 % (neselektívne pokrytie) Plochý kolektor 80 % 55 % 25 % (selektívne pokrytie) Vákuový kolektor 60 % 55 % 50 % Účinnos slnečných kolektorov v strednej Európe na poludnie v letnom dni (pre intenzitu žiarenia W/m 2 ) (E. Bédi, 2001) Poznámky: Uvedená teplota predstavuje rozdiel medzi okolitou teplotou vzduchu a teplotou vody vo vnútri kolektora. Nízka účinnos vákuových kolektorov v oblasti nízkych teplôt je spôsobená vysokými optickými stratami na zakrivenom povrchu skla. Využitie Typ kolektora Prevádzková Výroba energie Cena v DM DM/kW.h * teplota ( o C) kw.h/m 2 /rok Vyhrievanie absorbér ,02 0,04 bazénu Príprava teplej plochý kolektor ,16 0,21 vody vákuový kolektor ,21 0,28 Sušenie vzduchový kolektor ,06 0,13 50 Porovnanie rôznych typov kolektorov na nemeckom trhu a ich ekonomické parametre (Poznámka: na m 2 pri dobe životnosti 20 rokov) (E. Bédi, 2001)

51 Okruh so solárnym kolektorom využívajúcim samotiaž vody (v avo) a s núteným obehom vody (vpravo) Slnečný kolektor Slnečný kolektor je hlavnou čas ou solárneho zariadenia. Najčastejšie sa využívajú ploché kolektory s prieh adným pokrytím absorbátora, umiestneného v izolovanom boxe, ktorý drží celý kolektor pohromade. Ke je použité sklo ako pokrytie kolektora, je dôležité, aby malo nízky obsah železa, a aby prepustilo aspoň 95 % dopadajúceho slnečného žiarenia. V praxi sa nepoužíva viac ako jedna vrstva pokrytia. Ak sa používa prieh adný plastový materiál je dôležité, aby tento nepodliehal negatívnemu účinku ultrafialového žiarenia. Ako najlepšie sa v tomto smere ukázali polykarbonátové plasty. Absorbátor môže by vyrobený z plechu s navarenými trubkami, v ktorých preteká kvapalina. Absorbátor sa zvyčajne vyrába z medi alebo nehrdzavejúcej ocele. Bežné oce ové trubky spôsobujú značné problémy v dôsledku ich korózie. Je dôležité, aby absorbátor vydržal vysoké teploty, ktoré sú o C pri kolektoroch s neselektívnym pokrytím a o C pri selektívnom pokrytí. Výroba plochého kolektora si vyžaduje ohýbanie trubiek a ich privarovanie k plechu absorbátora. Čím väčší je kontakt medzi trubkami a plechom, tým viac energie prenikne do kvapaliny prechádzajúcej kolektorom. Selektívne pokrytie špeciálnym náterom znamená nielen vyšší teplotný zisk, ale odstraňuje aj problémy s odplyňovaním klasickej čiernej farby pri vysokej teplote. Pri normálnych podmienkach klasická čierna farba vyžaruje teplo viac do okolia ako ho odovzdáva kvapaline v trubkách absorbátora. Materiál, z ktorého je vyrobená vonkajšia konštrukcia kolektora môže by drevo, plast, oce alebo hliník. Najlepším z nich však je hliník. Tento kov si vyžaduje najmenšiu údržbu a nie je potrebné ho natiera. Plasty sa ukázali ako ve mi problematické materiály pre výrobu kolektorov, pretože majú vlastnos degradova sa pri dlhodobom pôsobení ultrafialového žiarenia. Menia farbu, postupom času sa stávajú krehkými a vznikajú v nich trhliny. Plasty majú tiež vysoký koeficient expanzie často sa roz ahujú a s ahujú, čím vzniká problém utesnenia spojov. Použitie ocele na vonkajšiu konštrukciu má tiež nevýhody. Jednou z nich je, že oce si vyžaduje pravidelné natieranie, a že chemicky reaguje s me ou, ke je použitá ako materiál absorbéra. Slnečné kolektory sa zvyčajne montujú na strechu budovy alebo na konštrukciu pri budove. Ich zabudovanie do strechy však môže spôsobova problémy s utesnením strechy. Ve kos slnečných kolektorov závisí od dennej spotreby teplej vody. Vo všeobecnosti platí, že jeden človek denne spotrebuje asi 50 litrov vody s teplotou 55 až 60 o C (umývanie, kúpanie, bez prania). V našich podmienkach je na výrobu 50 litrov teplej vody denne potrebných asi 1-1,5 m 2 slnečných kolektorov. Výber ve kosti kolektora však závisí aj od ponuky výrobkov na trhu a nie vždy je možné nájs ve kos, ktorá by presne spĺňala túto požiadavk. Preto býva lepšie zvoli väčší kolektor, ktorý poskytne istú rezervu. Pri zabezpečení týchto hodnôt je typický systém so slnečnými kolektormi schopný pokry asi % ročnej spotreby teplej vody a vyprodukuje kw.h na jeden m 2 kolektora za rok. Pre rodinu so 4 osobami, ktorá spotrebuje v priemere 200 litrov teplej vody denne, stačí plocha kolektorov 6 m 2. Počas roka tieto vyprodukujú až kw.h čistej energie, čo v prípade ohrevu vody vykurovacím olejom znamená náhradu asi 300 oleja ročne. Súčas ou solárneho systému je aj dobre zaizolovaný zásobník teplej vody, ktorý by mal ma objem asi litrov na každý m 2 solárnych kolektorov alebo asi 80 litrov na osobu. 51

52 THERMOSIFÓN solárny systém s prirodzenou cirkuláciou Solárne systémy využívajúce prirodzenú cirkuláciu vody (samotiaž) sa tiež nazývajú termosifóny. Tieto systémy sú vhodné najmä na miestach, kde sa nevyskytujú mrazy. Vyznačujú sa relatívne nízkou účinnos ou, ale na druhej strane poskytujú aj nieko ko výhod. Sú jednoduché a tým, že nepotrebujú žiadne čerpadlá, nie sú ani závislé od elektrickej energie. Celý okruh s termosifónom pozostáva len z kolektora, zásobníka a potrubnej trasy. Cirkulácia vody v nich nastáva v dôsledku rozdielu hustoty teplej a studenej vody. Pri ohreve vody v kolektore teplá voda stúpa hore, odkia sa odvádza potrubím do zásobníka a súčasne je nahrádzaná chladnejšou vodou, privádzanou do spodnej časti kolektora potrubím zo zásobníka. Z uvedeného princípu je zrejmé, že kolektory je nutné umiestni pod úroveň zásobníka a izolova obidve potrubné trasy. Nechránený termosifón môže by poškodený už pri miernych mrazoch Solárne vyhrievanie bazénov Vyhrievanie bazénov slnečnou energiou je mimoriadne logickým riešením. V letných mesiacoch resp. v čase, kedy Slnko svieti najviac a teplota vzduchu je najvyššia, je nezmyselné spa ova fosílne palivá na ohrev vody. Slnko ju dokáže zohria na vyššiu teplotu, ako potrebujeme, a to bezplatne. Solárne systémy na ohrev vody v bazénoch sú ve mi populárne hlavne v USA. Americké ministerstvo energetiky označilo vyhrievanie bazénov slnečnou energiou za jeden z najúčinnejších spôsobov znižovania spotreby energie v rodinných domoch. Dnes v USA existuje viac ako bazénov vyhrievaných slnečnými kolektormi. Napriek skutočnosti, že existujú značné rozdiely v cenách v závislosti od ve kosti alebo od miestnych podmienok, ak sú solárne systémy navrhnuté s cie om nahradi klasický ohrev elektrickou energiou, doba návratnosti vložených investícií býva zväčša dva až štyri roky. Navyše solárne vyhrievanie môže predĺži sezónu o nieko ko týždňov bez dodatočných nákladov. Väčšina bazénov so solárnym vykurovaním je ve mi jednoduchá. Ako solárny kolektor môže poslúži už obyčajná čierna gumená hadica. Pre bazény umiestnené v budovách, ktoré sú využívané aj v zimných mesiacoch, je však nutné použi klasické kolektory. Dostatočný ohrev vody v bazéne môžu zaruči už nízkoteplotné kolektory priamo pripojené na filter cirkulácie vody. V niektorých prípadoch je však nutné dodatočné čerpadlo vody. Najúčinnejšie systémy využívajú automaticky riadenú cirkuláciu vody. Čerpadlo na filtri vody je nastavené tak, aby pracovalo počas najväčšej intenzity slnečného žiarenia. Počas tohto obdobia, t.j. ke senzory zaregistrujú vyššiu teplotu vody v kolektoroch, spustí sa chod čerpadla vháňajúceho vodu z bazénu do kolektorov, kde sa voda zohrieva. Zohriata voda sa potom vracia do bazénu. Ke teplá voda nie je potrebná, zvyčajne prechádza obchvatom okolo kolektorov. Ke že celý systém má len ve mi málo pohyblivých častí, znižujú sa náklady na prevádzku a údržbu. Údržba spočíva len v pravidelnej kontrole filtrov a vo vypustení vody v zimnom období. Kolektory slnečného ohrevu bazénu bývajú zvyčajne uložené na streche budovy. Zásadou tiež býva, že ich sklon k horizontálnej rovine je menší ako Solárne kúrenie Vyššie uvedené systémy využívajú ploché slnečné kolektory na prípravu teplej vody. Na to, aby mohli by kolektory využívané aj na vykurovanie miestností, je často potrebné vybudova v budove tzv. nízko-teplotné vykurovanie (najčastejšie podlahové, pracujúce s teplotou približne 50 C) a celý systém musí by doplnený skladovaním teplej vody. Podlahové kúrenie má výhodu v tom, že trubky v podlahe môžu slúži tiež aj ako zásobník tepla. Solárne vykurovanie však zvyčajne prináša užívate ovi menší zisk ako systémy na prípravu teplej vody, a to tak z h adiska energie ako i ceny. Súvisí to s tým, že vykurovanie je potrebné hlavne v zimnom období, kedy je účinnos výroby tepla kolektormi najnižšia. A naopak, v lete je celý systém vo väčšine prípadov nevyužívaný. Avšak na miestach, kde je potrebné vykurovanie aj v lete, napr. na horských chatách, môže by solárne kúrenie vhodným riešením. V našich klimatických podmienkach je možné slnečným kúrením, inštalovaným v typickom dome, pokry asi 20 % celkovej spotreby tepla a pre tzv. nízkoenergetické domy (s ve mi dobrou izoláciou) to môže by až 50 %. Zvýši tento podiel je možné napr. zväčšením zásobníkov teplej vody. Hoci solárne vykurovanie domov je technicky možné, zvyčajne býva ove a ekonomickejšie investova do lepšej izolácie domu, a tak zníži spotrebu energie a náklady na vykurovanie. V prípade, že sa spojí viac solárnych kolektorov, napr. na viacerých domoch, spolu s ve kým zásobníkom vody do jedného systému, je možné účinnejšie skladova teplo a následne v zime vykurova tieto domy. Vo svete existuje nieko ko takýchto systémov, ktoré pracujú na princípe výroby teplej vody kolektormi v lete a jej celoročnom skladovaní v obrovskom zásobníku, z ktorého sa teplá voda odoberá v zimnom období. Takéto sezónne skladovanie teplej vody však znamená, že objem vody potrebnej na vykúrenie jedného domu je porovnate ný s objemom celého domu a spoločný zásobník okrem toho, že musí by ve ký, musí by tiež ve mi dobre izolovaný. Väčší zásobník má však relatívne nižšie straty tepla na jednotku objemu ako malý zásobník, a preto aj izolácia môže by relatívne tenšia.

53 Ve ké zariadenia sezónneho skladovania teplej vody, napojené na systém centrálneho kúrenia pre viacero domov, dnes pracujú napr. v Dánsku, Švédsku, Švajčiarsku, Francúzsku alebo USA. S ve kým zásobníkom, skladujúcim teplú vodu celoročne, takýto systém dokáže pokry až 100 % spotreby tepla na vykurovanie domov Solárne domy Budovy, ktoré využívajú len slnečnú energiu a sú nezávislé od iných zdrojov energie, sa nazývajú solárne domy. Charakteristické pre ne sú nielen ve ké kolektory a dobre izolované zásobníky teplej vody s objemom 5 až 30 m 2, ale aj slnečné články na výrobu elektriny alebo kvalita konštrukcie (izolácia). Nevýhodou sú ve mi vysoké investičné náklady. Taktiež skladovanie ve kých objemov vody sa ukázalo ako málo praktické. Existuje viacero typov týchto nízko-energetických domov. Energeticky sebestačný solárny dom vyvinutý Frauenhoferovým inštitútom v Nemecku Solárne variče a destilátory Okrem klasických kolektorov je možné slnečné žiarenie využíva aj v relatívne ve mi jednoduchých a lacných zariadeniach solárnych boxoch, používaných na varenie alebo destiláciu vody. Solárne variče Slnečné variče sú zväčša jednoduché krabicové solárne kolektory určené na varenie potravín. Prvé takéto zariadenia sa v Európe ale aj Indii objavili už začiatkom 18. storočia. Variče pracujú na princípe absorpcie slnečného žiarenia v malom priestore a jeho premeny na užitočnú tepelnú energiu využívanú na varenie potravín. Slnečné variče dokážu vyprodukova teploty vyššie ako 200 o C, čo je dostatočné pre väčšinu kuchárskych aktivít. Vo svete existuje množstvo rôznych typov slnečných varičov líšiacich sa tvarom i ve kos ou. Najrozšírenejšími sú tzv. krabicové a koncentračné (reflexné) variče. Krabicové variče Dobre izolovaná krabica s čiernym vnútorným pokrytím a preskleným vrchom môže slúži ako jednoduchý slnečný varič, do ktorého sa umiestňujú nádoby s potravinami. Sklené pokrytie môže by aj dvojité, čím sa dosahujú vyššie vnútorné teploty. Takýto varič môže by doplnený aj zrkadliacou plochou odrážajúcou slnečné lúče do vnútra krabice. Hlavnými výhodami krabicových varičov sú: využitie priameho aj nepriameho (rozptýleného) slnečného žiarenia, možnos varenia vo viacerých nádobách súčasne, nízka hmotnos a prenosnos, jednoduchá obsluha, nenáročná výroba a nízka cena. Nevýhody spočívajú v tom, že: varenie sa obmedzuje len na čas dňa so slnečným svitom, mierne teploty okolia značne predlžujú dobu varenia, nie je ich možné využi na pečenie alebo grilovanie. V aka ich jednoduchej konštrukcii sú krabicové variče v súčasnosti najrozšírenejšie solárne variče na svete. Vyrábajú sa vo ve kom počte nielen komerčne ale aj svojpomocne. Bežné typy majú plochu asi 0,25 m 2. Takýto varič umožňuje vari asi 4 kg potravín súčasne a v tropických krajinách postačuje pre asi 5-člennú rodinu. Na trhu však existujú aj väčšie variče s plochou 1 m 2. Najlepším materiálom na zostrojenie takéhoto variča je hliník, pretože je to dobrý vodič tepla a navyše nehrdzavie. Izolácia býva zvyčajne z prírodných materiálov alebo sklennej vlny. Zrkadliacou plochou môže by aj hliníková fólia. Vonkajší kryt krabicového variča býva vyrobený z dreva, tvrdeného plastu alebo kovu. 53

54 V tropických oblastiach vnútorná teplota prázdneho variča dosahuje viac ako 150 o C počas slnečného dňa. Teplota variča s potravinami je však nižšia ako 100 o C, pretože obsah vody v potravinách neumožňuje, aby teplota vystúpila nad bod varu. Priemerná doba varenia potravín v takomto variči sa pohybuje od jednej do troch hodín v miestach s dobrou intenzitou slnečného žiarenia. Doba varenia však závisí aj od ve kosti a množstva potravín vo vnútri variča. Reflexné variče Najjednoduchším typom reflexného solárneho variča je konštrukcia pozostávajúca z držiaka varnej nádoby, umiestnená do ohniska, do ktorého sú nasmerované slnečné lúče, odrážané parabolickým zrkadlom (zrkadlami). Zrkadliacu plochu môže tvori kovová (hliníková) parabola, alebo tiež viacero malých plochých zrkadiel pripevnených na parabolickom povrchu. V závislosti od požadovanej vzdialenosti medzi ohniskom reflektora a hrncom, môže ma tiež tvar hlbokej nádoby obopínajúcej hrniec s potravinami. Charakteristickou vlastnos ou všetkých reflexných varičov je, že využívajú len priame slnečné žiarenie, a preto musia sledova pohyb Slnka po oblohe. Nasmerovanie zariadenia k Slnku je istou nevýhodou týchto varičov, avšak na druhej strane využívanie priameho slnečného žiarenia prináša aj isté výhody v porovnaní s krabicovým typom variča. Hlavnou výhodou je možnos dosiahnu vyššie teploty, a tým skráti dobu varenia. Ďalšou výhodou je, že niektoré typy reflexných varičov umožňujú aj pečenie potravín. Nevýhodami reflexných varičov sú: potreba nastavova varič smerom k Slnku približne každých 15 minút, kuchár musí stá na horúcom Slnku počas varenia, nemožnos využi rozptýlené slnečné žiarenie, aj malá oblačnos spôsobuje značné tepelné straty, zaobchádzanie s reflexným varičom si vyžaduje istú skúsenos, odrazené priame slnečné žiarenie môže by nebezpečné pri manipulácii s varnou nádobou (oslepenie, popálenie), varenie je obmedzené na nieko ko málo hodín počas dňa a každé jedlo uvarené počas obeda je večer už vychladnuté. Uvedené nevýhody sú síce vážnou bariérou využívania reflexných varičov, avšak v krajine ako je napr. Čína, kde sa pri varení vyžadujú vysoké teploty, sú tieto typy varičov ve mi rozšírené. Typ variča Plocha v m 2 Účinnos Výkon Čas potrebný pri ožiarení 850 W/m 2 na uvarenie 1 litra vody Krabicový varič 0,25 40 % 85 W 64 min. Reflexný varič 1,25 30 % 320 W 17 min. Pri porovnávaní účinnosti slnečných varičov musíme ma na zreteli, že spálenie 1 kg suchého dreva počas jednej hodiny vedie k energetickému zisku asi W. Ke sa varí na otvorenom ohni, bežná účinnos využitia energie dreva je asi 15 % a výsledný výkon, ktorý sa pri takomto varení dosahuje, je asi 750 W, čo je len asi dvakrát viac ako so slnečným reflexným varičom. Využívanie slnečných varičov sa presadzuje hlavne v rozvojových krajinách, kde tieto zariadenia môžu značne u ahči prácu miestnym obyvate om, hlavne ženám a napomôc znižova poškodzovanie životného prostredia domorodým obyvate stvom. Získavanie dreva na varenie je totiž v mnohých krajinách obtiažne a mnohé ženy v rozvojových krajinách strávia h adaním dreva značnú čas dňa. Priemerná 15-členná rodina v Mali spotrebuje denne až 15 kg dreva, rodina v Indii približne 7-10 kg. Výsledkom býva tiež odlesňovanie územia, čo má za následok šírenie púští a znižovanie kvality pôdy. Navyše, varenie na otvorenom ohni a často v uzatvorených miestnostiach, môže spôsobi poškodenie dýchacích ciest u udí zúčastňujúcich sa na varení (neustále vdychovanie dymu). Väčšina udí žijúcich v rozvojových krajinách je chudobná a nemôže si dovoli nakupovanie komerčných palív, čo alej zhoršuje ich postavenie. Pre túto skupinu udí sú slnečné variče, ktoré môžu by vyrobené jednoducho a relatívne lacno z miestnych surovín, vhodným riešením. Solárna destilácia vody Ve ká väčšina udí v rozvojových krajinách nemá prístup k čistej a zdravotne nezávadnej vode. Jedným z riešení tohto problému je aj využívanie slnečných zariadení na destiláciu vody. Solárne destilačné zariadenie, ktoré zo slanej morskej alebo znečistenej vody dokáže vyrobi čistú destilovanú vodu, je v podstate ve mi jednoduché a princíp takejto destilácie je známy už nieko ko storočí. Už v 4. storočí n.l. Aristoteles navrhol metódu odparovania morskej vody za účelom získavania pitnej vody. Avšak prvý solárny destilátor bol vyrobený až v roku 1874 J. Hardingom a C. Wilsonom v Chile, kde sa využíval pri výrobe čistej vody v podniku na výrobu dusíkatých hnojív. Tento m 2 ve ký destilátor vyrobil litrov čistej vody denne. V súčasnosti pracuje viacero takýchto ve kých destilátorov v Austrálii, Grécku, Španielsku alebo Tunisku. Menšie solárne destilačné zariadenia sa využívajú v mnohých alších krajinách. 54

55 Ukazuje sa, že ve a púštnych oblastí s prístupom k morskej vode môže by obývate ných v aka využívaniu slnečnej energie. Táto dokáže poskytnú tak elektrickú elektrinu na čerpanie vody (fotovoltaika) ako aj energiu na jej čistenie. Najjednoduchší solárny destilátor predstavuje izolovaná nádrž prikrytá sklom alebo priesvitným plastom, v ktorej sa nachádza znečistená alebo morská voda. Priesvitné pokrytie umožňuje slnečnému žiareniu preniknú do vnútra nádrže, a tým vodu odparova. Voda potom kondenzuje na vnútornej strane pokrytia, ktoré je ochladzované vonkajším vzduchom a steká do pripravenej osobitnej nádoby mimo nádrže. Spodok nádrže je natretý na čierno, čo umožňuje vyššiu absorpciu dopadajúceho slnečného žiarenia. Nádrž býva vyrobená z cementu, plastu alebo iného vodotesného materiálu. Ak sa používajú plasty, je nutné dba na to, aby nádrž bola vždy naplnená vodou a nedošlo k poškodeniu materiálu v dôsledku jeho roztavenia. Izolácia nádrže má tiež ve ký význam a výrazne zvyšuje účinnos odparovania. Princíp solárnej destilácie Proces solárnej destilácie kopíruje spôsob, akým v prírode vzniká čistá voda v oblakoch v dôsledku odparovania vodných tokov, morí a oceánov. Všetka voda, ktorú sme v živote spotrebovali, vznikla práve slnečnou destiláciou. Výhodou solárneho destilátora je, že si nevyžaduje prakticky žiadnu údržbu. Množstvo získanej čistej vody však závisí od intenzity slnečného žiarenia. Destilátory preto vyrobia viac vody v teplých tropických a subtropických oblastiach ako v podmienkach miernej klímy. Vo všeobecnosti je však solárny destilátor schopný vyrobi počas teplého slnečného dňa jeden liter čistej destilovanej vody za deň z každého metra štvorcového plochy, ktorú zaberá. Nádrž sa plní raz za deň zvyčajne v noci alebo ráno. Cena takéhoto zariadenia sa vo svete značne líši v závislosti od ve kosti a konštrukcie. V USA sa destilátory so skleneným pokrytím predávajú za 25 dolárov, resp. za 18 dolárov s plastovým pokrytím (má menší zisk). Cena vyrobenej čistej vody vychádza v USA v priemere na 0,1 USD za liter. Solárne destilovaná voda má ve mi dobrú kvalitu zvyčajne lepšiu ako voda, ktorá je bežne v predaji. Hoci v dôsledku neprítomnosti minerálnych látok je jej chu trochu odlišná od normálnej vody, obsah baktérií, pesticídov a hnojív, ktoré sa bežne vo vode vyskytujú, je v solárne destilovanej vode znížený až o 99,5 %. Toto má ve ký význam pre obyvate ov v mnohých krajinách, kde cholera alebo iné vodou prenášané choroby sú každý deň príčinou smrti ve kého počtu udí Solárna (termálna) výroba elektriny Popri priamom využívaní tepelného žiarenia je možné slnečné žiarenie využi (hlavne v oblastiach s dostatočnou intenzitou) aj nepriamo na výrobu pary, z ktorej je možné v parnej turbíne vyrobi elektrickú energiu. Ak sa tento proces využije vo ve kom rozsahu, môže by dokonca cenovo konkurencie schopný s klasickými postupmi výroby elektriny. Prvé komerčné zariadenie tohto druhu sa objavilo v USA na začiatku 80-tych rokov a dalo podnet k rozvoju relatívne ve kého priemyselného odvetvia. Ukazuje sa, že ak by sa využilo len 1 % rozlohy svetových púští na výrobu elektriny cestou solárnych termálnych elektrární, bolo by možné vyrobi viac elektriny, ako je súčasná celosvetová spotreba. Výstavba týchto zariadení však dnes prebieha relatívne pomaly vzh adom na nízke ceny fosílnych palív. Solárne termálne zariadenia je možné rozdeli na nieko ko typov. Pod a svojej konštrukcie sa rozde ujú na: koncentrátory slnečného žiarenia, solárne absorpčné nádrže. 55

56 Solárne koncentrátory Slnečné koncentrátory vyrábajú teplo využitím sústavy reflektorov, šošoviek alebo zrkadiel, ktoré koncentrujú slnečné žiarenie do ohniska, v ktorom sa nachádza teplonosné médium. Ke že takto vyrobené teplo je možné skladova, zariadenia sú schopné vyrába elektrickú energiu aj v noci alebo pri zatiahnutej oblohe. Zrkadlá pokrývajúce obrovskú plochu dokážu koncentrova slnečné žiarenie do takej intenzity, že voda nachádzajúca sa v ohnisku (bodovom alebo čiarovom) sa mení na paru poháňajúcu turbínu elektrického generátora. Účinnos premeny energie dosahuje asi 15 %. Typický koncentračný systém pozostáva z koncentrátora, teplonosného média, ohniskovej jednotky, potrubí, generátorov elektrického prúdu a skladovacieho systému. Slnečné žiarenie môže by koncentrované viacerými technológiami, ako sú napr. parabolické korytá, parabolické taniere alebo solárne veže. Ke že všetky tieto systémy obsahujú teplonosné médiá, môžu by kombinované aj s inými, fosílnymi palivami (záložný systém). Výhodou takýchto hybridných systémov je, že elektrina môže by vyrábaná nielen v čase ke svieti Slnko, ale hlavne vtedy, ke je to potrebné, čo zvyšuje ekonomickú hodnotu vyrábanej elektrickej energie a znižuje priemerné výrobné náklady Solárne parabolické korytá Tieto systémy využívajú parabolické zrkadlá v tvare koryta, ktoré koncentrujú slnečné žiarenie do potrubia umiestneného v ohnisku zariadenia. V potrubí prúdi kvapalina, ktorá sa ohrieva na takmer 400 o C a je prečerpávaná cez sústavu tepelných výmenníkov tak, že na konci vzniká para s ve mi vysokou teplotou, ktorá poháňa turbínu generátora vyrábajúcu elektrinu. Potrubia v ohnisku solárnych parabolických korýt sú zo skla a celý systém býva počas dňa otáčaný jedno- alebo dvoj- osovým natáčacím zariadením smerom ku Slnku. Najväčší takýto solárny systém na svete postavila firma Luz International začiatkom 80-tych rokov v púšti Mojave Solárne parabolické taniere Tieto systémy využívajú sústavu parabolických zrkadiel v tvare tanierov (podobných satelitným anténam), ktoré koncentrujú slnečné žiarenie do absorbátora umiestneného v ohnisku taniera. Kvapalina v absorbátore sa zohrieva až na o C a je využívaná priamo na výrobu elektriny v malej turbíne (napr. v Stirlingovom motore) pripojenej k absorbátoru. Výhodou týchto zariadení je aj ich stavebnicový charakter, ktorý umožňuje ich použitie na od ahlých miestach. V USA bolo skonštruovaných viacero prototypov s výkonmi od 7 do 25 kw. Vysoká optická účinnos a nízke straty energie robia z parabolických tanierov najúčinnejšie solárne zariadenia na výrobu elektriny. Systém inštalovaný v roku 1984 v americkom Rancho Mirage (Kalifornia), ktorý využíval Stirlingov motor, dosiahol najvyššiu účinnos premeny slnečného žiarenia na elektrinu na svete 29 % Solárne veže Solárne veže využívajú kruhové pole, osadené ve kými zrkadlami natáčanými smerom k Slnku a koncentrujúcimi lúče do ohniska centrálnej veže. Absorbované teplo sa odovzdáva kvapaline, z ktorej sa v parogenerátore vyrába para, poháňajúca turbínu vyrábajúcu elektrinu. Natáčanie je riadené počítačom a dvojosové zariadenie zais uje, že zrkadlá neustále smerujú lúče do ohniska veže. Kvapalina, cirkulujúca v absorbátore, odovzdáva teplo tiež termálnemu zásobníku, z ktorého sa odoberá nielen na výrobu elektriny ale aj pre potreby priemyselných aplikácií. Teploty, ktoré sú dosahované v absorbátore, sa pohybujú od 538 stupňov o C do 1482 o C. Prvá solárna veža, Solar One, bola postavená v americkom Barstow v južnej Kalifornii a úspešne demonštrovala túto technológiu výroby elektriny. 56

57 Parabolické korytá Solárne taniere Solárne veže Elektrický výkon MW 5 25 kw MW Prevádzková teplota 390 o C 750 o C 565 o C Vy aženos počas roka % 25 % % Maximálna účinnos 20 % (d) 29,4 % (d) 23 % (p) Priemerná účinnos 11 (d) 16 % % (p) 7 (d) 20 % Stav vývoja komerčný prototyp demonštračné zariadenie demonštračné zariadenie Riziká technológie nízke vysoké stredné Možnos skladovania energie obmedzená batérie áno Hybridný typ (solar/fosil) áno áno áno Použitie výroba elektriny do izolované malé výroba elektriny do verejnej siete, výroba elektrárne verejnej siete, výroba tepla pre priemysel tepla pre priemysel Investičné náklady (USD/W) 2,7 4,0 1,3 12,6 2,5 4,4 Charakteristiky solárnych termálnych zariadení na výrobu elektriny (p = predpokladaná, d = demonštrovaná) (E. Bédi, 2001) Solárne absorpčné nádrže Vyššie opísané solárne koncentračné technológie majú nevýhodu v tom, že bez zariadení na skladovanie energie alebo zálohových systémov na klasické palivá nedokážu vyrába elektrinu v noci. Skladovanie tepla je však možné aj v prírodných nádržiach, ktoré sa pre tento účel využívajú na výrobu elektriny. Niektoré prírodné vodné nádrže (napr. Mŕtve more) majú relatívne ve mi vysoký obsah solí, pričom ich koncentrácia rastie smerom od povrchu ku dnu. Charakteristické pre takéto nádrže je, že tu nedochádza k výraznému premiešavaniu a koncentrácia solí zostáva nerovnomerne rozložená. V dôsledku toho dochádza k vyššej absorpcii slnečného žiarenia pri dne nádrže, kde je vysoká koncentrácia solí. Voda s vyššou koncentráciou solí je totiž hustejšia, a preto sa nepremiešava s vyššie položenou vodou. Zohrieva sa nato ko, že dochádza takmer k varu, pričom povrch nádrže je relatívne chladný. Táto horúca spodná voda môže by využitá ako zásobník, z ktorého sa teplo odvádza cirkulačným potrubím s kvapalinou do turbíny vyrábajúcej elektrickú energiu. Teplotný rozdiel medzi hornou a spodnou vrstvou nádrže je na mnohých miestach dostatočný na výrobu elektrickej energie. Takéto zariadenie bolo inštalované v Beit Ha Arava (Izrael) blízko Mŕtveho mora. Izrael je krajinou, kde je technológia solárnych absorpčných nádrží v súčasnosti najviac rozvinutá. Firma Ormat Systems Inc. do dnešnej doby postavila viacero takýchto zariadení v blízkosti Mŕtveho mora. Najväčšie z nich malo inštalovaný elektrický výkon 5 MW a rozkladalo sa na ploche 20 hektárov. Účinnos premeny slnečnej energie na elektrickú bola však len 1 %. Hoci zariadenie pracovalo úspešne nieko ko rokov, bolo v roku 1989 z ekonomických dôvodov zatvorené. Najväčšia solárna absorpčná nádrž v USA je inštalovaná v texaskom El Paso, kde sa rozkladá na ploche 0,3 hektára a úspešne pracuje od roku Zariadenie má elektrický výkon 70 kw a okrem elektriny vyrába aj litrov odsolenej vody za deň pre miestny potravinársky podnik. Pri dne tejto prírodnej vodnej nádrže sa neustále udržuje teplota okolo 90 C. Umelé jazero s gradientom (rozdielne koncentrácie) obsahu soli vo vode bolo postavené aj v americkom Miamisburgu (Ohio) a v súčasnosti sa využíva na ohrev vody pre miestne kúpalisko a rekreačné budovy. Fotovoltaické články Vstupný zdroj energie: slnečné žiarenie priame alebo rozptýlené. Využitie: spotrebné výrobky (kalkulačky, rádiá, hodinky), napájanie samostatne pracujúcich zariadení (domy, chaty), predaj elektrickej energie do siete verejného napájania. Potenciál Slovenska: súčasnú spotrebu energie (1996) by teoreticky bolo možné pokry inštaláciou fotovoltaických článkov na 150 km 2 (0,3 % rozlohy štátu). Tvorba pracovných miest: výroba elektrickej energie článkami vyžaduje minim. obsluhu, a preto tvorba väčšieho počtu pracovných miest sa viaže na vlastnú výrobu a inštaláciu článkov. Vplyv na životné prostredie: výhrady sú k výrobe článkov na báze kadmium teluridu. Treba si však uvedomi, že aj pri dosiahnutí svetovej výroby týchto vysoko efektívnych článkov 100 MW/rok, bude predstavova odpad len 8 ton kadmia, pričom jeho celosvetová produkcia je ton/rok. Bariéry rozvoja: dotované ceny elektriny vyrábanej z fosílnych palív, nutnos zálohového systému výroby energie, vysoká cena vyrobenej elektrickej energie. Zaujímavosti a rady: z plochy 1 m 2 je možné článkami získa viac ako 170 kw.h ročne. (Bédi, 1996) 57

58 4.6. Fotovoltaika Fotovoltaika (FV) je výraz odvodený z gréckeho slova photos (svetlo) a názvu jednotky napätia - volt. Fotovoltaika znamená priamu premenu slnečnej energie na elektrinu. Tento jav sa využíva v tzv. slnečných (fotovoltaických) článkoch. Slnečné články sa vyrábajú z polovodičových materiálov, ako je napr. kremík. Účinnos premeny slnečnej energie na elektrinu je v komerčne dostupných článkoch okolo 10 % avšak v laboratórnych článkoch presiahla 20 %. Slnečné články majú výhodu v tom, že ich spojením je možné vytvára solárne moduly, z ktorých je možné postavi celú ve kú slnečnú elektráreň. Najväčšia takáto elektráreň bola postavená v americkom Carrisa Plain (Kalifornia) a jej inštalovaný výkon je 5 MW. Vývoj slnečných článkov má za sebou relatívne dlhú históriu, siahajúcu až do roku 1839, kedy francúzsky fyzik Edmond Becquerel objavil fotovoltaický jav. Mí niky vo vývoji predstavovali nasledujúce roky: V roku 1883 americký elektrikár Charles Edgar Fritts skonštruoval selénový solárny článok. Článok mal účinnos premeny svetla na elektrinu 1 až 2 % (takéto selénové články sa používajú ešte aj dnes v senzoroch rôznych kamier). V roku 1950 bol Czochralskim vyvinutý spôsob výroby vysoko čistého polovodičového kremíka. V roku 1954 Bell Telephone Laboratories vyrobili kremíkový slnečný článok s účinnos ou 4 %, ktorá neskôr vzrástla na 11 %. V roku 1958 bol v americkom vesmírnom satelite Vanguard inštalovaný malý rádiový vysielač s výkonom 1 Watt napájaný kremíkovým solárnym článkom. Od tohoto obdobia vesmírny program zohral mimoriadnu úlohu vo vývoji solárnych článkov. V období prvej ve kej ropnej krízy ( ) viacero krajín začalo investova do vývoja a výroby fotovoltaických článkov, čo malo za následok inštalovanie viac ako systémov na výrobu elektriny len v USA. Viaceré z týchto systémov pracujú dodnes. Súčasný stav na trhu solárnych článkov je charakterizovaný stálym nárastom výroby. Napriek tomuto pozitívnemu vývoju cena vyrobenej elektrickej energie je ešte stále relatívne vysoká a pohybuje sa na úrovni 3 až 10-násobku ceny elektriny vyrobenej z klasických palív (v závislosti od miesta a použitého systému). Solárna výroba elektriny preto dnes predstavuje len zanedbate ný podiel na celkovej výrobe elektriny vo svete. Napriek tomu však tento podiel neustále narastá hlavne na od ahlých miestach a v aplikáciách s tzv. izolovanými systémami (nepripojené na verejnú elektrickú sie ), kde už dnes je elektrina zo solárnych článkov často lacnejšia a nahrádza tak rôzne naftové a iné generátory. Skúsenosti z USA ukazujú, že čerpadlá vody napájané solárnymi článkami sú ekonomicky výhodné všade tam, kde by inak bolo potrebné predĺži sie elektrického vedenia. Dnes viacero elektrárenských spoločností ponúka svojim zákazníkom solárne články pre takéto účely. V aplikáciách ako je napr. napájanie plotov elektrickým prúdom (ochrana zvierat na farmách), pohon cirkulačných zariadení vody alebo klimatizačných jednotiek, si slnečné články už našli svoje uplatnenie Pre mnoho aplikácií sú slnečné články už dnes výhodnou alternatívou ku klasickým palivám. Slnečný článok premieňajúci svetlo na elektrinu totiž neobsahuje žiadne pohyblivé časti, čo zvyšuje jeho spo ahlivos a nekladie nároky na údržbu a prevádzku. Solárne články sú schopné vyrába elektrinu v každom počasí. Pri čiastočne zatiahnutej oblohe výkon dosahuje 80 % ich potenciálu a aj pri úplne zatiahnutej oblohe počas dňa je tento výkon ešte 30 %. Systémy prepojené na sie Izolované systémy Telekomunikácie Spotrebná elektronika FV/naftové hybridné systémy Iné Spolu 36 MW 34 MW 31 MW 30 MW 20 MW 2 MW 153 MW 58 Rozdelenie dodávok slnečných článkov pod a využitia vo svete v roku 1998 (E. Bédi, 2001) Fotovoltaika sa presadzuje aj v rozvojových krajinách pri elektrifikácii dedín. Dnes je na svete viac ako 2 miliardy (tretina z počtu) udí bez prístupu k elektrickej energii. Väčšina z nich žije v rozvojových krajinách, kde až 75 % populácie je bez elektriny. V mnohých oblastiach je elektrické vedenie prakticky nedostupné a slnečné články sa stávajú jediným ekonomickým riešením pre zaistenie osvetlenia, čerpania vody, telekomunikačných a zdravotníckych služieb, ale aj pri rozvoji podnikania. udia v rozvojových krajinách často využívajú na pohon generátorov prúdu palivá ako sú kerozín alebo nafta. Toto však so sebou prináša viacero nevýhod: dovážané fosílne palivá vedú k vyššej zadĺženosti rozvojových krajín, doprava týchto palív je často obtiažna v dôsledku nedostatočnej infraštruktúry, údržba generátorov je zložitá a vyžaduje si dováža nedostatkové náhradné diely, generátory znečis ujú okolité prostredie výfukmi a sú hlučné. Slnečné články uvedené nevýhody z ve kej časti odstraňujú. Navyše perspektíva využívania slnečných článkov je ve mi dobrá. Európska Únia má v úmysle zdvojnásobi podiel obnovite ných zdrojov na spotrebe energie do roku 2010, pričom v oblasti využívania slnečných článkov sa predpokladá inštalova jeden milión fotovoltaických systémov s celkovým výkonom MW.

59 BP Amoco (jedna z najväčších ropných spoločností na svete) v súčasnosti inštaluje na 200 benzínových čerpacích staniciach vo Ve kej Británii, Austrálii, Rakúsku, Švajčiarsku, Holandsku, Japonsku, Portugalsku, Španielsku, Francúzsku a USA solárne systémy vlastnej výroby s celkovým výkonom 3,5 MW. Články budú týmto staniciam dodáva elektrickú energiu. Investičné náklady na tento program dosiahli 50 miliónov dolárov a výsledkom bude zníženie emisií CO 2 o ton ročne. BP Amoco sa tak stane jedným z najväčších užívate ov solárnych článkov na svete a súčasne i jedným z najväčších výrobcov týchto článkov. Všetky články budú napojené na verejnú elektrickú sie, nako ko budú vyrába viac elektriny, ako je spotreba týchto čerpacích staníc. Pod a predstavite ov BP Amoco by trh so slnečnými článkami mal dosiahnu MW v roku 2010 a 5 miliónov MW v roku Región USA 18,1 53,7 Japonsko 18,8 49,0 Európa 16,4 31,0 Ostatní 4,6 18,7 Spolu 57,9 152,4 Výroba slnečných článkov vo svete v rokoch 1992 a 1998 v MW (E. Bédi, 2001) Technológia solárnych článkov Slnečný článok pracuje na fyzikálnom princípe toku elektrického prúdu medzi dvoma prepojenými polovodičmi s rozdielnymi elektrickými vlastnos ami, na ktoré dopadá svetelné žiarenie. Sústava článkov vytvára modul alebo panel, ktorý vzh adom na svoje elektrické vlastnosti je zdrojom jednosmerného prúdu. Jednosmerný prúd na rozdiel od striedavého tečie len jedným smerom. Tento prúd využíva mnoho jednoduchých elektrických zariadení, ako sú napr. prenosné elektrospotrebiče na batérie. Striedavý prúd na rozdiel od jednosmerného neustále mení smer toku v pravidelných intervaloch. Tento typ prúdu je dodávaný verejnou elektrickou sie ou a využíva ho väčšina bežných elektrospotrebičov. V najjednoduchších solárnych aplikáciách je jednosmerný prúd, vyrábaný slnečnými článkami, využívaný elektrospotrebičmi priamo. V aplikáciách, kde je potrebný striedavý prúd, je potrebné použi tzv. menič, ktorý z jednosmerného vyrába prúd striedavý. Dnešné slnečné články sa takmer výlučne vyrábajú z kremíka. Približne 80 % všetkých článkov je vyrobených z kryštalického kremíka (multikryštalického alebo monokryštalického) a asi 20 % sú tzv. amorfné (nekryštalické) kremíkové články nanesené na podklad vo forme tenkého filmu o hrúbke tisíciny milimetra. Kryštalické články sú zvyčajne tmavo modré a pripomínajú adové štruktúry. Amorfné články vyzerajú hladko a menia farbu v závislosti od toho ako ich držíme. Monokryštalické články majú najvyššiu účinnos premeny svetla na elektrinu avšak sú drahšie ako multikryštalické články. Amorfné články sa najčastejšie využívajú v malých zariadeniach ako sú kalkulačky alebo hodinky, ale ich účinnos a dlhodobá stabilita je nižšia ako u kryštalických článkov, preto sa nepoužívajú vo väčších systémoch, ako sú napr. solárne elektrárne. V laboratórnych podmienkach sú dnes vyvíjané články, ktoré sú založené i na iných materiáloch ako je kremík. Sem patria napr. kadmium sulfát teluridové články, články na báze medi, india a gália a iné. Technológia Monokryštalické články Multikryštalické články Tenký kremíkový film Amorfné články Me Indium diseleniové články Kadmium teluridové články Účinnos vyrábaných slnečných článkov s predpokladaným vývojom v budúcnosti (v %) (E. Bédi, 2001) O tom, že v blízkej budúcnosti je možné očakáva nárast účinnosti článkov, svedčia aj hodnoty dosiahnuté pri výrobe článkov v laboratórnych podmienkach. 59

60 Technológia Účinnos (v %) Monokryštalické články 25 Multikryštalické články 21 Tenký kremíkový film 16 Amorfné články Účinnos článkov vyrobených v laboratórnych podmienkach (E. Bédi, 2001) V našich klimatických podmienkach je pri použití rôznych typov článkov možné získa približne nasledujúce množstva elektrickej energie: Kremíkové články monokryštalické Kremíkové články multikryštalické Kremíkové články amorfné 176 kw.h/m 2 /rok 154 kw.h/m 2 /rok 88 kw.h/m 2 /rok Bežný fotovoltaický článok ve kosti 100 cm 2 s účinnos ou 10 % dokáže za jasného dňa vyrobi 1 W elektrickej energie. Možno sa to zdá málo, ale v skutočnosti sa v kremíku ukrýva obrovská energia. Pozoruhodné pre amorfné kremíkové články, vyrobené z tenkého filmu je, že tým že sa vyžaduje len tak málo aktívneho materiálu, je jeden gram kremíka schopný počas svojej životnosti vyrobi porovnate né množstvo elektriny ako jeden gram uránu v atómovej elektrárni! Navyše, kremík sa v zemskej kôre vyskytuje 5000-krát častejšie ako urán a pri jeho využití sa neprodukuje rádioaktívny odpad. Kremíka je na zemi viac ako dos, ve predstavuje až polovicu hmotnosti obyčajného piesku. Kremík versus urán Jeden gram uránu je schopný počas svojho štiepenia v atómovom reaktore uvo ni energiu, z ktorej sa dá získa 3800 kw.h elektrickej energie - t.j. asi to ko elektriny, ko ko jej spotrebuje jedna domácnos ročne. Tento potenciál je tak ve ký, že viedol k ažbe uránu, ktorého zastúpenie v zemskej kôre je len 5 : Množstvo energie, ktoré je však možné získa z jednej tony uránovej rudy, sa rovná spáleniu 70 ton uhlia. Ako teda môže amorfný kremík vo fotovoltaickom článku konkurova tejto obrovskej energii? Obzvláš, ke energia uvo nená pri jednom štiepení jadra uránu je 100 miliónkrát väčšia ako energia uvo nená fotónom slnečného žiarenia v kremíkovom článku. Odpove je v tom, že jadro uránu sa môže štiepi len raz, kým fotovoltaický článok môže absorbova fotóny a premieňa ich na elektrinu až 30 rokov. V Kalifornii, kde intenzita slnečného žiarenia dosahuje až 250 W na meter štvorcový dokáže slnečný článok s účinnos ou premeny 15 % vyrobi počas svojej životnosti asi kw.h elektrickej energie, čo je približne to ko, ko ko jej vyrobí jeden gram uránu v atómovom reaktore Štruktúra solárneho článku Elektrická energia sa v slnečnom článku vyrába na spoji dvoch kremíkových vrstiev, ktoré sa líšia svojimi vlastnos ami. Jedna vrstva kremíka sa v aka prímesí atómov fosforu vyznačuje nadbytkom elektrónov (záporných nábojov) a označuje sa ako N -vrstva. Druhá vrstva kremíka je obohatená atómami bóru, čím v nej vzniká nedostatok elektrónov, označuje sa ako P -vrstva a má kladný náboj. Medzi oboma vrstvami vzniká tzv. P-N prechod, ktorý je pri dopade slnečného žiarenia aktivovaný a pripojenými vodičmi tečie medzi oboma vrstvami elektrický prúd. P-N prechod je polovodič, pretože na rozdiel od striedavých elektrických zariadení prúd tečie len jedným smerom od záporného pólu ku kladnému. Ke na tento polovodič dopadá slnečné žiarenie (alebo žiarenie z iného svetelného zdroja), napätie medzi oboma pólmi má hodnotu asi 0,5 V a pretekajúci prúd je úmerný intenzite svetelného žiarenia (množstvu dopadajúcich fotónov). V každom slnečnom článku je napätie takmer konštantné a prúd je závislý od ve kosti článku a intenzity žiarenia. Napätie solárneho panelu, skladajúceho sa z viacerých článkov, býva zvyčajne 12 resp. 24 V. 60

61 Schéma fotovoltaického polovodičového článku Slnečné články sú vyrábané z extrémne čistého kremíka zbaveného akýchko vek prímesí. Výroba článkov je preto ve mi drahá. Pre porovnanie, množstvo kremíka použité v jednom 50 W článku (paneli) je úmerné množstvu kremíka v integrovaných obvodoch asi 2000 počítačov, v ktorých sa využívajú polovodiče rovnakej čistoty. Zvyšný materiál v slnečnom paneli predstavuje hliník, sklo a plasty všetko lacné a ahko recyklovate né materiály. Slnečné panely Slnečné články sa montujú do panelov, v ktorých sú navzájom poprepájané a chránené skleneným pokrytím. Čím väčšia je plocha panelu a intenzita žiarenia, tým väčší prúd nimi tečie. Výkon panelov sa vyjadruje hodnotou tzv. špičkového výkonu (Wp). Watt je jednotka používaná na vyjadrenie schopnosti zariadenia generova prúd, alebo tiež vyjadruje schopnos spotrebováva prúd nejakým elektrickým zariadením. 1 Wp je výkon zariadenia pri špecifických podmienkach, napr. pri intenzite slnečného žiarenia W/m 2 dopadajúceho na článok pri nominálnej teplote 25 o C. Tieto podmienky sú dosiahnuté pri dobrom počasí v čase, ke sa Slnko nachádza v najvyššom bode na oblohe. Na dosiahnutie výkonu 1 Wp pri takýchto podmienkach je potrebný článok asi 10 x 10 cm. Väčšie slnečné panely s rozmermi napr. 100 cm x 40 cm majú bežný špičkový výkon Wp. Ve kú čas dňa je však intenzita slnečného žiarenia nižšia ako W/m 2, navyše slnečný panel sa tiež zohrieva nad nominálnu teplotu. Obidve tieto skutočnosti znižujú výkon panelu. Pre typické podmienky strednej Európy sa dá očakáva priemerný denný zisk 6 W.h (2 000 W.h za rok) z každého Wp. Pre porovnanie, napr. 5 W.h je energia spotrebovaná 50 W žiarovkou za 6 minút (50 W x 0,1 hod. = 5 W.h) alebo malým prenosným rádiom so spotrebou 5 W za jednu hodinu (5 W x 1h = 5W.h). Pre zhodnotenie množstva energie, ktorú môžeme v našich podmienkach článkami získa, je nutné pozna množstvo dopadajúceho slnečného žiarenia a výkon článku. Množstvo elektrickej energie (M), ktorú článok v priebehu jedného dňa vyrobí, je možné urči na základe nasledujúceho vz ahu: M (kwh/deň) = P (kwp) x I (kwh/m 2 /deň) x E kde (P) je špičkový výkon článku udaný v kwp, (I) je intenzita slnečného žiarenia dopadajúceho na plochu 1 m 2 /deň (udaná v kw.h/m 2 /deň) a (E) je účinnos celého systému. Ročná výroba elektrickej energie závisí od spôsobu využitia slnečných článkov. Typická účinnos (E) solárneho systému býva: 0,8 pre systémy pripojené na sie, 0,5 0,7 pre hybridné systémy, 0,2 0,3 pre samostatne pracujúce systémy. Hoci vyrábané články sa líšia svojou kvalitou, väčšina svetových výrobcov udáva životnos článkov na úrovni 20 a viac rokov. V súčasnosti dodávatelia garantujú špecifický výkon článkov na dobu asi 10 rokov. Cena solárne vyrobenej elektriny z väčších systémov použitých napr. v plne elektricky vybavených domácnostiach, závisí od počiatočných investičných nákladov, úrokovej miery, nákladov na prevádzku, očakávanej životnosti zariadenia a množstva vyrobenej elektriny. V podmienkach USA a cenách zariadení a komponentov v tejto krajine sa cena vyrobenej elektrickej energie pohybovala v roku 1998 od 0,20 USD/kW.h do 0,50/kW.h (10 Sk/kW.h až 25 Sk/kW.h pri kurze 50 Sk =1 USD). 61

62 Slnečné systémy a záber miesta Bežné slnečné články z kryštalického kremíka produkujú dnes W z každého štvorcového metra plochy, ktorú zaberajú. Jeden meter štvorcový článkov je orientačne potrebný na napájanie jednej 100 W žiarovky. Pre väčšie systémy zabraná plocha samozrejme narastá a teoreticky v prípade ve kých slnečných elektrární by mohla dosiahnu i nieko ko štvorcových kilometrov. Je možné spočíta, že na vyrobenie elektrickej energie, ktorá sa ročne spotrebuje na Slovensku (27 miliárd kw.h/rok), pri výlučnom použití slnečných elektrární, by ich plocha predstavovala asi 150 km 2 (výroba 176 kw.h/m 2 /rok). Plocha 150 km 2 (12,5 x 12 km) zabraná slnečnými článkami, by sa mohla zda ve ká, avšak jednoduchším a lacnejším riešením by bolo umiestnenie článkov do striech a fasád budov, tak ako sa to dnes vo svete bežne robí Solárne systémy Solárne systémy sa zvyčajne zara ujú do nasledujúcich skupín: Samostatné (jednoduché) zariadenia, ktoré závisia len od energie slnečných článkov resp. batérií s regulátormi dobíjania. Hybridné systémy, ktoré sa skladajú z kombinácie slnečných článkov a iných zdrojov energie napr. dieselových alebo veterných generátorov prúdu. Solárne články pripojené na sie elektrického vedenia pracujúce ako samostatné elektrárne dodávajúce energiu do siete Samostatné solárne systémy Malé a jednoduché solárne zariadenia sa dnes ve mi často používajú na mnohých miestach sveta na čerpanie vody, napájanie klimatizačných zariadení a ventilátorov alebo rôznych meteorologických staníc. Malé systémy majú nieko ko výhod v porovnaní s tradičnými zdrojmi energie. Okrem uvedených nízkych prevádzkových a stavebných nákladoch existuje aj výhoda ich mobility. Malé zariadenie s výkonom 500 W váži menej ako 70 kg a jeho inštalácia je hotová v priebehu pár hodín. Hoci čerpadlá alebo ventilátory napojené na slnečné panely si vyžadujú istú údržbu, články je nutné len príležitostne skontrolova a očisti Solárne systémy na čerpanie vody Solárne systémy poháňajúce čerpadlá vody sú vhodnou alternatívou k dieselovým generátorom alebo ručným čerpadlám, ktoré sa na tieto účely tiež používajú. Zariadenia na slnečný pohon dodávajú najviac vody v čase, ke je jej potreba najväčšia ke Slnko svieti najviac. Solárne čerpadlá sú spo ahlivé zariadenia, jednoduché z h adiska inštalácie a údržby. Pozostávajú z jedného alebo viacerých solárnych panelov priamo napojených na ponorné čerpadlo. Hlavný rozdiel v porovnaní s klasickými čerpadlami spočíva v tom, že solárne napájané čerpadlá pracujú na jednosmerný prúd. Navyše intenzita čerpania vody závisí od intenzity slnečného žiarenia. Nako ko je lacnejšie skladova vyčerpanú vodu ako energiu, slnečné čerpadlá zvyčajne nepotrebujú batérie ale nádrže na skladovanie vyčerpanej vody s kapacitou 3-10 dní. Na rozdiel od klasických čerpadiel založených na využití výkonu motora a rýchlosti čerpania, solárne zariadenia mávajú nižší výkon s pomalým čerpaním vody. Pritom využívajú energiu Slnka od jeho východu až po západ. Moderné jednosmerné elektromotory v solárnych čerpadlách pracujú spo ahlivo pri rôznych napätiach a rýchlostiach. Tieto motory si vyžadujú len minimálnu údržbu ako napr. výmenu niektorých častí približne po 5-tich rokoch. V oblastiach, kde sú solárne čerpadlá nasadzované ako konkurencia k naftovým motorovým čerpadlám, sa ukazuje, že nevýhoda ich vysokých vstupných nákladov je rýchlo vykompenzovaná úsporami na palive a údržbe. 62

63 Solárne systémy s batériami Najjednoduchšie solárne systémy, ako napr. čerpanie vody alebo poháňanie ventilátorov solárnou energiou, majú nevýhodu v tom, že pracujú počas dňa len ke svieti Slnko. Aby bolo možné túto nevýhodu vykompenzova, hlavne v prípadoch, ke je energia potrebná nepretržite, používajú sa na uskladnenie solárne vyrobenej energie batérie. Batérie sa cez deň dobíjajú energiou zo slnečných článkov a následne sa z nich energia odoberá v noci alebo pod a potreby. Takto zabezpečovaná energia sa využíva na napájanie pouličného osvetlenia, telekomunikačných zariadení, obydlí a ve kého počtu iných aplikácií, ktoré sa nezaobídu bez energie. Bežný solárny panel vyrába jednosmerný prúd zvyčajne s napätím 12 V. Dnes je na trhu viacero elektrospotrebičov, ako sú napr. žiarovky, televízne a rozhlasové prístroje ale aj chladničky, ktoré sú stavané na takéto nízke napätie. Väčšina elektrospotrebičov, s ktorými sa stretávame v domácnostiach, však pracuje so striedavým prúdom a napätím 220 V. Na to, aby bolo možné využi v solárnych systémoch aj takéto elektrospotrebiče, sa do systému vkladá tzv. menič, ktorý mení jednosmerný prúd na striedavý. Hoci menič spotrebováva istú čas energie na svoju prevádzku, takto vyrobená elektrina má rovnaké vlastnosti ako elektrina z verejnej elektrickej siete. Pri dobíjaní batérií solárnymi panelmi sa využíva nabíjačka, ktorá súčasne kontroluje celý proces tak, aby nedošlo k prebitiu batérie alebo jej úplnému vybitiu, čo by ju mohlo poškodi. Batérie poskytujú solárnym systémom viacero výhod, na druhej strane však vyžadujú istú údržbu a časom aj výmenu. Solárne batérie sú podobné automobilovým, rozdiel však je v tom, že umožňujú čerpa z nich viac energie. Na rozdiel od automobilových nezničia sa ani pri častom vybití na minimálnu úroveň. Sú to batérie s tzv. hlbokým cyklom vybíjania. Ich údržba spočíva v pravidelnej kontrole elektrolytu. Taktiež by mali by chránené pred vysokými a extrémne nízkymi teplotami. Solárny systém s batériami dodáva energiu vždy, ke je potrebné počas dňa i noci. Ko ko energie je možné z batérie v noci alebo počas zatiahnutej oblohy čerpa závisí od kapacity batérií a množstva použitých solárnych panelov. Zväčšenie počtu batérií a panelov znamená aj značné zvýšenie nákladov celého systému, preto musí by spotreba energie spo ahlivo zhodnotená, aby bolo možné navrhnú optimálnu kapacitu všetkých použitých komponentov. Samostatne pracujúci fotovoltaický systém schéma zapojenia (DC = jednosmerný prúd = direct current, AC = striedavý prúd = alternative current) Hybridné solárne systémy Solárne články, spoločne s iným typom elektrického zdroja (elektromotory na iné palivá), dokážu ve mi dobre pokrýva meniace sa nároky spotreby energie, a to pri nižších nákladoch, ako by to bolo pre systémy založené len na jednom zdroji. V prípadoch, ke je potrebné ma nepretržite spo ahlivý zdroj energie, alebo ke sa vyžaduje vyšší výkon ako je schopný doda solárny systém, je pripojenie alšieho elektrického zdroja vhodným riešením. Solárne články v priebehu dňa pokrývajú spotrebu energie a súčasne dobíjajú batérie. Ke sú batérie vybité, energiu do systému dodáva iný zdroj až pokia sa batérie nedobijú. Takéto systémy sú schopné dodáva energiu kedyko vek, pričom dodatočný elektrický generátor pôsobí tiež ako záložný zdroj. Výhodou je, že prevádzka solárnych článkov je tichá a neznečis uje okolité prostredie. Hybridné systémy majú zvyčajne vyšší zisk energie ako samostatne pracujúce systémy, nako ko ich ve kos je navrhovaná na pokrývanie spotreby energie v lete s využitím záložného zdroja v zime. Typický ročný zisk solárneho zariadenia sa v závislosti od strát spôsobených regulátorom dobíjania a batériou, pohybuje na úrovni kw.h/kwp. 63

64 Hybridný fotovoltaický systém schéma zapojenia (DC = jednosmerný prúd = direct current, AC = striedavý prúd = alternative current) Solárne články pripojené na sie Tam, kde je dostupná elektrická rozvodná sie, je možné prepoji solárny systém, napr. inštalovaný na streche domu, so sie ou, a tak nahradi použitie batérií. Na sie pripojené solárne systémy sa vyznačujú najvyššou účinnos ou - ziskom energie na jednotku inštalovaného výkonu, pretože všetka vyrobená energia sa bu spotrebuje v mieste výroby, alebo sa dodáva do rozvodnej siete. Typický ročný zisk v našich klimatických podmienkach predstavuje kw.h/kwp. Dnes existuje vo svete nieko ko tisíc takto pripojených solárnych systémov na verejnú elektrickú sie. Hlavným motívom majite ov býva, že solárnym systémom je možné zníži vlastnú spotrebu energie kupovanej zo siete. Navyše majite ovi toto pripojenie umožňuje predáva nadbytočnú energiu v prípade, ke ju nie je schopný využi sám. Bežne to funguje tak, že merač spotreby elektriny sa točí naopak, ke solárny systém dodáva elektrinu do siete. V čase ke je domáca spotreba vyššia ako výroba solárnym systémom, odoberá elektrinu zo siete podobne ako iní užívatelia. Sie takto funguje ako záložný zdroj (batérie) pre jeho potreby. Pre takéto pripojenie však elektrárenské (rozvodné) spoločnosti vyžadujú použitie kvalitných meničov napätia a regulačných obvodov, ktoré presne spĺňajú napä ové a frekvenčné podmienky siete, a tiež vyhovujú bezpečnostným požiadavkám. V prípade poruchy vo vonkajšom vedení musia bezpečnostné prvky solárny systém okamžite od siete odstavi. To zamedzí zraneniu opravárov elektrickej siete elektrinou dodávanou solárnymi článkami. Elektrárenské spoločnosti v rôznych krajinách sveta využívajú solárne systémy už dlhšiu dobu. Väčšina týchto systémov má menší výkon ako 1 kw a využíva batérie na skladovanie energie. Takéto zdroje napájajú napr. stožiare elektrického vedenia alebo iné, výstražné objekty a počas svojej dlhoročnej činnosti preukázali spo ahlivos a pripravili cestu pre výstavbu väčších zariadení. Elektrárenské spoločnosti sa zaujímajú o solárne články hlavne z dôvodu stále narastajúcich nárokov na znižovanie emisií pri výrobe elektriny. Fotovoltaický systém pripojený na sie schéma zapojenia (DC = jednosmerný prúd = direct current, AC = striedavý prúd = alternative current) 64

65 4.8. Alternatívne vozidlá Elektromobily Elektromobil je vozidlo, ktoré sa podstatne líši od klasického vozidla na benzín alebo naftu. Okrem toho, že sa vyznačuje nulovými emisiami škodlivých látok, ukrýva v sebe aj niektoré nové prvky. Namiesto spa ovacieho motora má elektromotor a namiesto benzínovej nádrže dobíjate né batérie (15 až 30 kusov). Elektromobil má aj alší regulačný systém, ktorý zabezpečuje dodávku elektrickej energie do elektromotora vždy, ke vodič šliapne na plynový pedál. Prvé elektrické vozidlo sa objavilo na ceste už v roku 1873 a jeho konštruktérom bol Angličan Robert Davidson. Pre zaujímavos, prvé benzínom poháňané motorové vozidlo sa na ceste objavilo až o 12 rokov. Už v roku 1887 sa na cestách v Londýne pohybovalo takmer 100 elektrických taxíkov. V roku 1900 bolo v USA registrovaných vozidiel: 40 % tvorili parné stroje, 38 % elektromobily a 22 % vozidlá s benzínovým pohonom. Medzi výhody elektromobilov patrí: hladký chod motora, tichý chod vozidla, čistá prevádzka, vyššia účinnos využitia energie (energetická účinnos elektromobilu je asi 21 %, benzínový motor má asi 14 % účinnos ), rekuperácia energie (znovuzískanie energie pri brzdení dobíjanie batérií). Medzi nevýhody patrí: malá energetická hustota batérií (30-40 Whod./kg, benzín Whod./kg, batéria sa dobíja nieko ko hodín a musí sa vymeni každé 2 3 roky), obmedzený dojazd (do 150 km), cena vozidla ( USD), časová náročnos dobíjania batérií (4 12 hodín). Sériovo vyrábané takéto vozidlá produkujú všetky ve ké automobilky (General Motors, Ford, Honda, Chevrolet, Toyota, Peugeot, Mercedes - Benz). Funkčný model prvého slovenského elektrického automobilu bol pod pracovným názvom LEA predstavený v októbri 1998 spoločnos ou Wusam, a.s., - Zvolen. Elektrické bicykle Elektrické bicykle dnes vyrábajú firmy ako sú Honda, Yamaha, Sanyo a mnoho alších. Elektrickú energiu bicykel skladuje v malej batérii (12 24 V), ktorá sa dobíja počas jazdy. Z tejto batérie sa energia odoberá a používa na pohon elektrického motora hlavne pri rozbiehaní alebo stúpaní do kopca. Cena elektrického bicykla je v porovnaní s klasickým vyššia asi o 100 USD. V ostatnom čase sa objavili aj elektrické kolobežky. Hybridné vozidlá Ide o kombináciu spa ovacieho motora na rôzne palivá s elektromotorom. Prvé hybridné vozidlo bolo patentované v roku 1905 americkým inžinierom H. Piperom. Solárne automobily Solárne vozidlá sú hybridné vozidlá, v ktorých je elektrická energia získavaná zo slnečných článkov zabudovaných do karosérie vozidla. Elektrina sa využíva na priamy pohon elektromotora resp. na dobíjanie malého počtu batérií. Batérie sa používajú hlavne pri štarte, zrých ovaní, stúpaní do kopca a počas obdobia nedostatku slnečného svitu. Solárne vozidlá sú ve mi drahou a krehkou technológiou. Schéma rozloženia základných častí solárneho vozidla Automobily s priamym spa ovaním vodíka Vývoj týchto automobilov sa nachádza v experimentálnej fáze, ale ich perspektíva je ve mi ve ká. Automobily spa ujúce vodík v motore s vnútorným spa ovaním využívajú reakciu vodíka so vzdušným kyslíkom, pri ktorej vzniká energia, a táto sa využíva na pohon vozidla. Najväčšou výhodou prevádzky takéhoto vozidla je, že pri reakcii vzniká iba voda a malé množstvo 65

66 oxidov dusíka (pri použití vodíka v palivových článkoch nevznikajú vôbec), teda jeho prevádzka je vysoko ekologická. Jedným z prvých takýchto automobilov bolo japonské vozidlo nazvané Musahi 2, vyvinuté v Musahi Institute of Technology, kde na tomto pohone pracujú už od roku Predchodcom tohto automobilu bola motorka Musahi 1 na vodíkový pohon. Automobily s palivovými článkami Hlavnou výhodou palivových článkov v porovnaní s inými palivami je, že vodík ako základnú surovinu je možné vyrába z vody. Výroba vodíka elektrolýzou vody s využitím obnovite ných energetických zdrojov a jeho využitie v energetike je najväčšou výzvou do budúcnosti. Pri celom procese výroby a využitia sú emisie prakticky nulové a celý proces prebiehajúci na trvalo udržate nom základe sa dá zapísa ako: slnečná elektrina využitie energia voda vodíka Palivové články využívajú energiu vodíka na výrobu elektrickej energie. Celý proces jej získavania je založený na elektrochemickej reakcii prebiehajúcej v článku. Táto reakcia nastáva po tom, čo z jednej strany článku do neho prenikne vodík, ktorý sa tu rozloží na záporne nabitý elektrón a kladný vodíkový ión. Elektróny a ióny sú zbierané elektródami (anódou a katódou) umiestnenými na stranách článku. Bežne bývajú vyrobené z plyno-priepustného grafitového papiera. Palivové články využívajú okrem vodíka, vstupujúceho z jednej strany článku, aj stlačený kyslík (pri nižšej účinnosti aj vzdušný), vstupujúci z druhej strany. Obidva plyny prechádzajú drobnými kanálikmi v elektródach. Uprostred článku sa nachádza protónová membrána (pokrytá platinovým katalyzátorom), cez ktorú vodíkové ióny prenikajú a spájajú sa s elektrónmi, ktoré prešli cez spotrebič a s kyslíkom. Katalyzátor spôsobuje, že na vodíkovej strane článku sa vytvára záporný náboj a na kyslíkovej strane sa vytvára kladný náboj, čím vzniká elektrický prúd. Výsledkom je vznik vody. Pretože uvo nené elektróny nemôžu spätne preniknú cez membránu, sú donútené prechádza inou cestou napr. cez elektrický motor automobilu. Prechádzajúc cez elektromotor, elektróny odovzdávajú motoru svoju energiu získanú v palivovom článku. Medzi priekopníkov technológie palivových článkov v motorových vozidlách patrí kanadsko-americká firma Ballard International Fuel Cells and Mechanical Technology Inc., ktorá sa vývoju takýchto vozidiel venuje už od 80-tych rokov. Prvé vozidlo z jej dielne bolo postavené v roku Dnes sa okrem konzorcia Ballard Mercedes-Benz, venuje vývoju takýchto vozidiel napr. General Motors, Honda, Mazda, Nissan, Toyota, Wolkswagen, Volvo. Predpokladaný dojazd takýchto vozidiel by mal dosiahnu 400 až 600 km na jednu nádrž, zrýchlenie z 0 na 100 km/hod. za 12 sekúnd a priemernú spotrebu 4 až 5 litrov/100 km. Pri masovej výrobe by cena vozidla mohla by vyššia o až USD oproti klasickým vozidlám. Vyššia obstarávacia cena by bola kompenzovaná nižšími prevádzkovými nákladmi. Zdrojom vodíka pre palivové články sú aj uh ovodíky. Bežne sa predávajú elektrárne na zemný plyn (Siemens). Firma Casio s ubuje v doh adnej dobe dodáva na trh palivové články na metanol pre mobily a prenosné počítače. Podpora alšieho vývoja a výskumu v oblasti palivových článkov je obrovská a dá sa porovna len s podporou výskumu počítačov Vodíkové hospodárstvo Jedným z riešení problému skladovania slnečnej energie pre budúcnos môže by využívanie tzv. vodíkového hospodárstva. Podstatou tohoto hospodárstva je výroba vodíka elektrolýzou vody pomocou elektriny generovanej slnečnými článkami. Účinnos rozkladu vody elektrickým prúdom dosahuje až 90 %. Voda sa pri tomto procese rozkladá na vodík a kyslík. Vodík sa zachytáva v tlakových nádržiach a ako palivo sa potom spa uje za prítomnosti kyslíka. Pri tomto procese sa uvo ňuje

67 užitočná energia a celý cyklus sa uzatvorí za vzniku malého množstva dusíka a vody. Voda predstavuje odpad a súčasne surovinu, z ktorej je možné opätovne vodík získava. Vodík ako energetický zdroj je univerzálne použite ný na výrobu tepla alebo elektriny, mnohými spôsobmi vyrobite ný (aj z obnovite ných zdrojov), vysoko účinný (jeden diel vodíka obsahuje energiu troch dielov zemného plynu, potrebuje ale 3-krát väčší objem), netoxický, plynovodmi ahko transportovate ný a dlhodobo skladovate ný. Vodík je možné pri teplote mínus 253 o C skvapalni (zhusti ) tak, že sa dá použi ako palivo na výrobu tepla, elektriny alebo v motorových vozidlách. Ako nevýhoda sa často uvádza jeho výbušnos, avšak priemyselné skúsenosti ukazujú, že vodík je možné bezpečne transportova napr. plynovodmi. V Porúrí existuje už viac ako 50 rokov 210 km sie, ktorou sa vodík transportuje - do dnešnej doby bez akejko vek nehody. Princíp vodíkového hospodárstva založeného na výrobe energie slnečnými článkami Počiatočná aplikácia vodíkového hospodárstva v praxi bude pravdepodobne v sektore dopravy. Prvé pokusy s autami spa ujúcimi vodík prebehli v mnohých krajinách (Nemecko, Japonsko, USA, Švédsko). Energetická účinnos (Miller, 1992) 67

68 5. ENERGIA BIOMASY Biomasa v podobe rastlín je v podstate chemicky zakonzervovaná slnečná energia, ktorú rastliny v aka fotosyntéze premieňajú na organickú hmotu. Množstvo vyprodukovanej biomasy na Zemi za jeden rok predstavuje asi 2 x kg, čo zodpovedá energetickému ekvivalentu približne 90 TW.r. Je to súčasne jeden z najuniverzálnejších a najrozšírenejších zdrojov energie na Zemi. Okrem toho, že poskytuje výživu, používa sa ako stavebný materiál, vyrába sa z nej papier, lieky alebo chemikálie, je tiež výborným palivom. Biomasa sa ako palivový zdroj využíva od objavenia ohňa. Jej výhodou je, že ponúka nielen ve kú rôznorodos vstupných surovín, ale aj univerzálne využitie v energetike. Je ju možné využi nielen na výrobu tepla, ale aj na výrobu elektriny v moderných spa ovacích zariadeniach. Kvapalné a plynné formy biomasy (etanol, metanol, drevoplyn, bioplyn) je tiež možné použi na pohon motorových vozidiel. Dnes sa však často považuje za nízko- kvalitné palivo a v mnohých krajinách sa ani neobjavuje v energetických štatistikách. Biomasa základné údaje Celková hmota biomasy na Zemi (vrátane vlhkosti) miliárd ton. Hmotnos rastlín na súši miliárd ton. Hmotnos lesov na Zemi miliárd ton. Hmotnos biomasy na jedného obyvate a Zeme 400 ton. Energia uskladnená v biomase na súši EJ Čistý ročný prírastok hmotnosti biomasy na súši 400 miliárd ton. Ročný prírastok energie uskladnenej v biomase na súši EJ/rok (95 TW) Celková spotreba všetkých foriem energie na Zemi za rok 400 EJ/rok (12 TW) Spotreba energie biomasy 55 EJ/rok (1,7 TW) 68 Zdroje biomasy a produkty z biomasy

69 5.1. Chemické zloženie biomasy Hoci chemické zloženie biomasy sa medzi jednotlivými rastlinnými druhmi líši, v priemere rastliny obsahujú asi 25 % lignínu a 75 % uh ovodíkov alebo cukrov. Uh ovodíková zložka pozostáva z mnohých molekúl cukrov spojených do dlhých re azcov - polymérov. Dve významné zložky uh ovodíkov sú celulóza a hemi-celulóza. Príroda využíva dlhé polyméry celulózy na stavbu vlákien, ktoré dávajú rastlinám potrebnú pevnos. Lignínová zložka pôsobí ako lepidlo, ktoré drží spolu celulózové vlákna Ako vzniká biomasa? Rastliny na svoj rast využívajú oxid uhličitý z atmosféry a vodu zo zeme, ktoré v aka fotosyntéze pretvárajú na uh ovodíky - stavebné články biomasy. Slnečná energia, ktorá je hybnou silou fotosyntézy, je v skutočnosti uskladnená v chemických väzbách tohto organického materiálu. Pri spa ovaní biomasy opätovne získavame energiu uskladnenú v chemických väzbách. Kyslík zo vzduchu sa spája s uhlíkom v rastline, pričom vzniká oxid uhličitý a voda. Tento proces je cyklicky uzatvorený, pretože vznikajúci oxid uhličitý je vstupnou látkou pre novú biomasu. Zjednodušená schéma kolobehu CO 2 v prírode 5.3. Biomasa ako palivo Na rozdiel od dreva, ktoré sa od nepamäti využíva na varenie i kúrenie, v ostatných nieko kých storočiach udstvo využíva hlavne fosílnu formu biomasy - uhlie. Toto palivo vzniklo ako výsledok ve mi pomalých chemických procesov, ktoré menili polyméry cukrov na chemickú zložku, ktorá nahradila lignín. Tým sa dodatočné chemické väzby v uhlí stali koncentrovaným zdrojom energie. Všetky fosílne palivá, ktoré dnes spotrebovávame (uhlie, ropa, zemný plyn), sú v podstate pradávnou biomasou. Počas miliónov rokov sa prírodnými procesmi dostala pôvodná biomasa pod zem, kde sa postupne menila na tieto palivá. Hoci fosílne palivá obsahujú rovnaké stavebné prvky (uhlík a vodík) ako čerstvá biomasa, nie sú považované za zdroje obnovite né, pretože ich vznik trval tak dlhú dobu. Z h adiska vplyvu na životné prostredie je ve ký rozdiel medzi fosílnou a obnovite nou (čerstvou) biomasou. Pri fosílnych palivách dochádza k ovplyvňovanou životného prostredia tým, že pri ich spálení sa do atmosféry dostávajú látky, ktoré boli po mnoho miliónov rokov uložené pod zemským povrchom. Na rozdiel od nich je spa ovanie čerstvej biomasy z h adiska emisií skleníkových plynov neutrálne. Najrozšírenejším palivom z kategórie biomasy je drevo. Drevo ako palivo môže ma rôznu podobu - môže by využívané ako kusové, ako drevný odpad (napr. vo forme štiepok, alebo peliet) alebo môže by špeciálne pestované ako energetická rastlina napr. vŕba. Existujú však aj iné zdroje, ktoré hrajú významnú úlohu v energetickej bilancii mnohých krajín. Sem patria napr. organické zvyšky z po nohospodárskej výroby, ako je napr. slama. Biomasou je aj bioplyn získavaný zo skládok komunálneho odpadu, čističiek odpadových vôd alebo hnojovice zo živočíšnej výroby. Z h adiska svojej perspektívy je biomasa považovaná za k účový obnovite ný zdroj energie, a to tak na úrovni malých ako i ve kých technologických celkov. Už dnes sa podie a asi 14 % na celosvetovej spotrebe primárnych energetických zdrojov. Avšak pre tri štvrtiny obyvate stva Zeme, žijúce prevažne v rozvojových krajinách, je najdôležitejším palivovým zdrojom. V priemere jej podiel na spotrebe energie v týchto krajinách predstavuje asi 38 % (v niektorých krajinách až 90 %). Je možné predpoklada, že pri raste populácie a znižovaní rezerv fosílnych palív bude jej význam vo svete alej narasta. 69

70 Biomasa je významným zdrojom aj v niektorých rozvinutých krajinách. Vo Švédsku alebo v susednom Rakúsku sa podie a asi 15 % na spotrebe energie (u nás je to menej ako 1 %). V USA je podiel biomasy na primárnych zdrojoch asi 4 %, čo je asi to ko energie, ko ko sa jej získava v jadrových elektrárňach. Väčšina energie biomasy pokrýva spotrebu tepla, avšak významne sa podie a aj na výrobe elektriny. Dnes v USA pracujú elektrárne spa ujúce biomasu s celkovým elektrickým výkonom viac ako MW. Pod a niektorých analýz neexistuje žiadna bariéra, aby podiel biomasy na spotrebe energie v USA vzrástol na viac ako 20 %. Biomasa pestovaná na po nohospodárskej pôde by napr. dokázala bez problémov nahradi energiu vyrábanú jadrovými reaktormi, a to i bez dôsledkov na ceny po nohospodárskych plodín. Navyše biomasa pestovaná na výrobu etanolu by dokázala nahradi viac ako 50 % dovážanej ropy Produkcia a energetická hodnota biomasy Biomasa sa podstatne líši od iných zdrojov energie, pretože potrebuje pre svoj rast pôdu. Vo všeobecnosti je možné poveda, že prirodzená produkcia biomasy je asi 5 ton na každý hektár za rok pre drevité rastliny. Túto hodnotu je však možné podstatne zvýši zlepšeným hospodárením a výberom rastlín. Napr. pestovanie rýchlorastúcich drevín vedie k 2 až 10-násobnému nárastu produkcie. Vhodným výberom pôdy a pestovaného druhu je v našich klimatických podmienkach bežná produkcia biomasy (sušiny) na úrovni 10 až 15 t/ha/rok. V tropických oblastiach je to 15 až 25 t/ha/rok. Ve mi vysoká produkcia suchej rastlinnej hmoty bola získaná v Brazílii a Etiópii z eukalyptu, a to až 40 t/ha/rok. Vysoké vý ažky sú tiež možné z bezdrevných rastlín, napr. priemerná produkcia cukrovej trstiny vzrástla za ostatných nieko ko rokov z 47 na 65 t/ha/rok (vrátane vlhkosti). Rekordná produkcia, až 100 t/ha/rok, bola dosiahnutá v niektorých oblastiach ako sú Južná Afrika, Hawai alebo Queensland v Austrálii. Vzh adom na rôzne formy biomasy je aj energia v nej obsiahnutá rôzna. Energetický obsah suchých rastlín (obsah vlhkosti %) sa pohybuje okolo 14 MJ/kg. Úplne suchá biomasa preto môže by z poh adu energetického obsahu porovnávaná s uhlím, ktoré má výhrevnos 10 až 20 MJ/kg pre hnedé uhlie a okolo 30 MJ/kg pre čierne uhlie. V čase zberu však biomasa obsahuje značné množstvo vody, ktoré sa pohybuje od 8-20 % pre slamu, po % pre drevo. Obsah vody v hnojovici, z ktorej sa získava bioplyn, je 75 až 90 % a v niektorých vodných rastlinách ako je napr. hyacint až 95 %. Na druhej strane obsah vody v uhlí sa pohybuje na úrovni 2 až 12 %. Z tohto dôvodu je energia biomasy v čase zberu zvyčajne nižšia ako v prípade uhlia. Chemické zloženie biomasy však z nej robí podstatne ekologickejšie palivo ako je uhlie. Súvisí to s tým, že biomasa má nižší obsah síry ako uhlie. Obsah popola pri spálení je tiež nižší ako v prípade uhlia, navyše tento popol neobsahuje toxické kovy a iné kontaminanty a pre jeho obsah živín je ho možné využi ako hnojivo. Surovina Obsah vody v % MJ/kg kw/kg Drevo - dub 20 14,1 3,9 Drevo - smrek 20 13,8 3,8 Slama 15 14,3 4,0 Obilie 15 14,2 3,9 Repkový olej - 37,1 10,3 Čierne uhlie 4 30,0 35,0 8,3 Hnedé uhlie 20 10,0 20,0 5,5 Vykurovací olej - 42,7 11,9 Bio-metanol - 19,5 5,4 MJ/m 3 kw/m 3 Drevoplyn - 5,0 1,4 Skládkový plyn - 16,0 4,4 Bioplyn z hnojovice - 22,0 6,1 Zemný plyn - 31,7 8,8 Vodík - 10,8 3,0 Energetický obsah niektorých surovín (E. Bédi, 2001) 70

71 5.5. Výhody využívania biomasy ako paliva Ekonomický rozvoj vidieka tak v rozvojových ako aj v rozvinutých krajinách je jednou z hlavných výhod používania biomasy ako zdroja energie. Výsledkom prechodu na produkciu biopalív býva zvýšenie príjmov po nohospodárov, diverzifikácia po nohospodárskej produkcie, revitalizácia pôdy, znižovanie emisií z energetiky, znižovanie nadprodukcie potravín a odbúravanie dotácií napr. za neobrábanie pôdy. Zvyšovanie príjmov vedie aj k alším - nepriamym výhodám - ako je napr. oživenie miestneho hospodárstva. Táto skutočnos môže v konečnom dôsledku vies k obmedzeniu migrácie obyvate stva z vidieka do miest, čo je vážny problém v mnohých krajinách sveta. Tvorba nových pracovných príležitostí pri využívaní biomasy (zber, spracovanie a využitie) a priemyselný rozvoj, viažúci sa na vývoj technológií, môže by obrovský. EÚ už nieko ko rokov pracuje na reforme po nohospodárstva a efektívnejšom využívaní pôdy. Európske po nohospodárstvo dnes spočíva v obmedzenom počte plodín určených na obživu udí a zvierat, ktoré sú v súčasnosti ve mi silne dotované. Navyše pokles cien týchto plodín vedie k nízkym a často ve mi nestálym príjmom po nohospodárov v mnohých európskych krajinách. Prechod na pestovanie tzv. technických surovín sa často uvádza ako jedno z dôležitých riešení problémov po nohospodárstva. Z poh adu znižovania emisií skleníkových vplyvov a klimatických zmien majú všetky biotechnológie mimoriadny význam. Nielen rastliny, ktoré počas svojho rastu absorbujú z atmosféry CO 2, ale aj využívanie bioplynu, pozostávajúceho hlavne z metánu (CH 4) zo skládok odpadu alebo hnojovice, významne prispievajú k znižovaniu emisií. Z h adiska znižovania emisií síry a obmedzovania kyslého spádu (kyslé dažde) má využívanie biomasy taktiež ve ký význam, nako ko obsah síry v nej je podstatne nižší ako v prípade uhlia alebo ropy. Navyše biomasu je možné primiešava do uhlia, a tak alej znižova emisie síry v klasických elektrárňach alebo kotolniach. Využívanie biomasy na energetické účely poskytuje aj alšie ekologické výhody. Medzi najdôležitejšie patrí zlepšenie kvality lesov, vôd alebo zamedzenie erózie pôdy. Nevýhodou biomasy ako paliva je, že takmer všetky druhy surovej biomasy podliehajú v normálnych podmienkach rýchlemu rozkladu. Z tohto dôvodu len málo z nich je vhodných na dlhodobé skladovanie a vzh adom na ich relatívne nízku energetickú hustotu sú tiež náklady na ich dopravu relatívne vysoké. V súčasnej dobe sa preto h adajú cesty, ako čo najužitočnejšie využi tento zdroj energie Získavanie energie z biomasy Z h adiska metódy výroby energie z biomasy sa dnes v praxi presadzujú nasledovné procesy: priame spa ovanie, termochemické spracovanie s cie om zvýši kvalitu biopaliva (napr. pyrolýza alebo splyňovanie), biologické procesy ako sú anaeróbne hnitie alebo fermentácia, ktoré vedú k produkcii plynných a kvapalných biopalív. Bezprostredným produktom týchto procesov je teplo využívané v mieste výroby alebo v jej blízkosti. Teplo sa využíva bu priamo na prípravu teplej vody alebo na výrobu pary s následným pohonom elektro-generátora a výrobou elektriny. Inými produktami sú napr. drevné uhlie alebo kvapalné biopalivá na pohon motorových vozidiel Spa ovanie biomasy Technológia priameho spa ovania biomasy je najbežnejším spôsobom jej energetického využitia. Je to metóda v praxi overená a komerčne dostupná na vysokej úrovni. Spa ovacie zariadenia sa dodávajú v rôznych prevedeniach a výkonoch, pričom sú schopné spa ova prakticky akéko vek palivo od dreva cez baly slamy až po slepačí trus alebo komunálny odpad. Význam má predovšetkým spa ovanie odpadového dreva a odpadov z po nohospodárskej produkcie (slama). Vznikajúce teplo sa využíva na vykurovanie, v technologických procesoch (procesné teplo) alebo na výrobu elektrickej energie. Spa ovací proces v dreve prebieha v nasledujúcich fázach: Voda vo vnútri dreva začne vrie (aj ve mi staré a relatívne suché drevo obsahuje až 15 % vody vo svojich bunkových štruktúrach). Z dreva sa postupne uvo ňuje plyn, pričom pre správne spa ovanie je potrebné, aby tento plyn horel a neunikal do komína. Vznikajúci plyn sa mieša s atmosférickým vzduchom a horí pri vysokej teplote. Zvyšok dreva (zväčša uhlík) horí tiež, pričom ako odpad vzniká popol. Pre účinné spa ovanie je potrebné zabezpeči : dostatočne vysokú teplotu, dostatok vzduchu, dostatok času, aby mohlo prebehnú úplné spálenie biomasy. 71

72 Ak pri horení nie je zabezpečený prívod dostatočného množstva vzduchu, horenie je neúplné a vznikajúci dym obsahujúci nespálený uhlík je čierny. Tento proces je sprevádzaný aj charakteristickým zápachom a značným množstvom usadenín v komíne, ktoré môžu hrozi znovu zapálením. Na druhej strane, ak je pri horení ve ké množstvo vzduchu, klesá teplota a plyny unikajú z dreva nespálené, pričom odnášajú so sebou aj užitočnú energiu. Správne množstvo vzduchu je preto kritické pre dokonalé horenie. Výsledkom je neprítomnos dymu a zápachu. Regulácia prívodu vzduchu zväčša závisí od použitého komína a cesty, ktorou sa vzduch do miesta spa ovania dostáva. Hoci priame spa ovanie je najjednoduchšou a najbežnejšou metódou využitia energie biomasy, nie vždy je to proces účinný. Príkladom môže by zohriatie vody nad ohňom. Energetický obsah 1 m 3 suchého dreva je asi 10 GJ (priemer), alebo 10 miliónov kj. Na zvýšenie teploty jedného litra vody o jeden stupeň je potrebných 4,2 kj tepla. Na zovretie litra vody by preto malo postači asi 400 kj, čo zodpovedá približne 40 cm 3. V praxi však pri otvorenom ohni potrebujeme ove a viac dreva, často až 50-krát viac, čo znamená, že účinnos spa ovacieho procesu pri otvorenom ohni je asi 2 %. Súvisí to s tým, že väčšia čas energie dreva uniká bez úžitku. Moderné spa ovacie systémy sú ve mi podobné tým, ktoré sa využívajú na spa ovanie uhlia a vyznačujú sa účinnos ou spa ovania až 90 % Pyrolýza Pyrolýza je jednoduchý a pravdepodobne najstarší spôsob úpravy biomasy na palivo vyššej kvality - tzv. drevné uhlie. Na jeho výrobu je okrem dreva možné využi aj iné suroviny napr. slamu. Pyrolýza spočíva v zohrievaní biomasy (ktorá je často rozdrvená a dodávaná do reaktora) v neprítomnosti vzduchu na teplotu o C, až pokia všetky prchavé látky z nej neuniknú. Zvyšok - drevné uhlie, je palivo, ktoré má takmer dvojnásobnú energetickú hustotu v porovnaní so vstupnou surovinou a navyše lepšie horí (horí pri vyššej teplote). V mnohých krajinách sveta sa dnes vyrába drevené uhlie pyrolýzou dreva. V závislosti od obsahu vlhkosti a účinnosti procesu je potrebných asi 4-10 ton dreva na výrobu jednej tony drevného uhlia. Pyrolýza môže prebieha aj v prítomnosti malého množstva vzduchu (splyňovanie), vody (parné splyňovanie) alebo vodíka (hydrogenácia). Nielen drevné uhlie, ale aj iné produkty pyrolýzy majú značný energetický význam. Moderné pyrolytické systémy sú schopné zhromaž ova prchavé produkty vznikajúce pri tomto procese. Jedným z ve mi užitočných produktov môže by napr. metán, vhodný na výrobu elektriny v plynových turbínach. Kvapalné produkty pyrolýzy majú potenciál podobný rope, avšak obsahujú niektoré kyseliny, a musia by preto pred použitím upravené. Rýchla pyrolýza dreva pri teplote o C a vedie k produkcii len 10 % drevného uhlia a až 60 % materiálu sa mení na energeticky hodnotné palivo - plyn bohatý na vodík a oxid uho natý. Tým sa rýchla pyrolýza stáva aj konkurentom bežnému splyňovaciemu procesu, avšak na rozdiel od splyňovania nie je v súčasnosti dostupná na komerčnej úrovni. V súčasnosti je pyrolýza považovaná za prí ažlivú technológiu. Súvisí to aj s tým, že prebieha pri relatívne nízkych teplotách, čo vedie k nižšej emisii potenciálnych škodlivín v porovnaní s úplným spa ovaním biomasy. Nižšie emisie pri tomto procese viedli aj k pokusom o pyrolýzu takých materiálov, ako sú plasty alebo pneumatiky Splyňovanie Základné princípy splyňovania biomasy sú známe od začiatku 19. storočia. Táto technológia bolo nato ko univerzálna a spo ahlivá, že počas 2.svetovej vojny sa na európskych cestách pohybovalo nieko ko miliónov vozidiel so splyňovacím agregátom vyrábajúcim drevoplyn spa ovaný v motore vozidla. Nástupom širokého využívania ropných produktov záujem o túto technológiu postupne opadol. Oživenie nastalo až po ropnej kríze v 70-tych rokoch. Splyňovanie je proces, pri ktorom sú produkované hor avé plyny ako vodík, oxid uho natý, metán a niektoré nehor avé produkty. Celý proces prebieha pri nedokonalom (čiastočnom) horení a ohrievaní biomasy teplom vznikajúcim pri horení. Vznikajúca zmes plynov má vysokú energetickú hodnotu a môže by použitá ako iné plynné palivá, tak pri výrobe tepla a elektriny ako, aj v motorových vozidlách. Vo vozidlách však tento plyn vedie k nižšiemu výkonu motora asi o 40 %. Splyňovanie prebieha v kotle s obmedzeným prístupom vzduchu. Nedostatok kyslíka spôsobuje nedokonalé horenie. Pri úplnom horení uh ovodíkov (z ktorých sa drevo skladá) sa kyslík spája s uhlíkom, pričom vzniká oxid uhličitý (CO 2 ) a vodná para (H 2 O). Obmedzený prístup vzduchu ešte stále umožňuje mierne horenie, pri ktorom vzniká oxid uho natý (CO). Vodík sa nespája len s kyslíkom za vzniku molekuly vody, ale uvo ňuje sa aj ako čistý plyn vodík (H 2 ). Pri procese sa uvo ňujú aj iné zložky, ako napr. uhlík, ktorý tvorí dym. Teplo vznikajúce pri nedokonalom spa ovaní sa využíva na to, aby sa porušovali väzby medzi uh ovodíkovými atómami. Vznikajúce uhlíkové a vodíkové atómy sa však spájajú s inými, pričom sa uvo ňuje teplo, ktoré udržuje celý proces bez dodávania energie zvonku. Výsledkom je vznik plynov, ktoré sa alej môžu spa ova. Zloženie plynov je nasledujúce: H 2 (18 20 %), CO (18 20 %), CH 4 ), CO 2 (8 10 %), N 2 (47 54 %). V závislosti od konštrukcie splyňovacieho zariadenia je možné zvýši podiel produkovaného metánu alebo iných plynov. Splyňovanie je teda jednoduchý proces výroby plynných palív z palív pevných.

73 Syntetické palivá Splyňovacie zariadenie, ktoré namiesto vzduchu používa čistý kyslík, vyrába zmes plynov zloženú hlavne z H 2, CO a CO 2. Výhodou tohto procesu je, že po odstránení CO 2 vzniká tzv. syntetický plyn, z ktorého je možné vyrobi takmer akýko vek uh ovodík. Reakciou H 2 s CO je možné získa čistý metán (CH 4). Iným ved ajším produktom je metanol (CH 3OH), ktorý môže slúži ako priama náhrada za benzín v spa ovacích motoroch. Tento postup výroby metanolu je však relatívne drahý a v súčasnosti na komerčnej báze neprebieha. Technológia je overená a okrem biomasy sa môže na výrobu syntetického plynu (a následne metanolu) využíva aj uhlie Fermentácia Fermentácia roztokov cukrov je spôsob výroby etanolu (etylalkoholu) z biomasy. Je to anaeróbny biologický proces, pri ktorom sa cukry menia pôsobením mikroorganizmov (kvasinky) na alkohol - etanol resp. metanol. Etanol je ve mi kvalitné kvapalné palivo, ktoré podobne ako metanol je možné využi ako náhradu za benzín v motorových vozidlách. Toto palivo je v súčasnosti vo ve kom rozsahu využívané hlavne v Brazílii. Ročne sa v tejto krajine vyrobí asi 12 miliárd litrov etanolu, ktorý využíva viac ako 5 miliónov automobilov jazdiacich na čistý etanol a približne 9 miliónov automobilov jazdiacich na zmes % alkoholu a asi % benzínu. Na výrobu etanolu, ale aj metanolu, sa ako vhodné suroviny dajú využi viaceré rastliny napr. obilie, zemiaky, kukurica, cukrová trstina, cukrová repa, ovocie a iné plodiny. Hodnota ktorejko vek vstupnej suroviny pre fermentačný proces závisí od jednoduchosti s akou je možné z nej získa cukry. Najlepšou surovinou sa ukazuje by cukrová trstina resp. melasa, vznikajúca po extrakcii š avy z nej. Inými vhodnými surovinami sú zemiaky alebo obilniny. Cukry je možné vyrobi aj z celulózy (dreva), avšak proces je komplikovanejší. Celulóza sa najskôr pomelie a potom zmieša s horúcou kyselinou. Po 30 hodinách kaša obsahuje asi 6-10 % alkoholu, ktorý je možné získa destiláciou. Vzh adom na to, že použitá surovina sa nepremení celá na biopalivo, vznikajú pri tomto procese cenné ved ajšie produkty, ktoré môžu nahradi bielkovinové krmivá. Energetický obsah etanolu je asi 30 GJ/t, alebo 24 GJ/m 3. Celý proces fermentácie si vyžaduje značný prísun tepla, ktoré sa zvyčajne vyrába spa ovaním rastlinných zvyškov. Hoci strata energie je pri výrobe etanolu ve ká, býva zvyčajne vykompenzovaná kvalitou paliva a jeho transportovate nos ou Anaeróbne vyhnívanie Príroda má schopnos postara sa o likvidáciu organických zvyškov cestou ich rozkladu. Anaeróbne hnitie, podobne ako pyrolýza, prebieha v prostredí bez prítomnosti vzduchu, avšak proces hnitia prebieha pomocou baktérií, kým pyrolýza pri pôsobení vysokej teploty. Hnitie organických zvyškov prebieha všade - v teplom a vlhkom prostredí a dokonca aj pod vodou, kde vedie k tvorbe plynov vystupujúcich na hladinu. Ke že vznikajúce plyny sú hor avé, môže dochádza k ich samovznieteniu, čo vedie k tajomným úkazom nad hladinou jazier, ktoré si v minulosti udia vysvet ovali napr. ako volanie bludičiek. Tento jav bol vysvetlený až v 18. storočí, ke sa podarilo pochopi proces anaeróbneho hnitia, ktorý prebieha bez prítomnosti vzduchu (kyslíka). V roku 1776 ho opísal Alessandro Volta a v roku 1800 Humphery Davy ako prvý pozoroval prítomnos hor avého metánu v hnojovici. Plyn vznikajúci nad hladinou jazier podobne ako plyn vznikajúci pri hnití organických látok v inom prostredí, sa nazýva bioplyn a skladá sa hlavne z metánu (CH 4) a oxidu uhličitého (CO 2). Získavanie bioplynu z odpadov a jeho spa ovanie plynovými turbínami je proces nenáročný a technologické prvky sú bežne dostupné trhu. Nenáročnos získavania bioplynu a jeho premeny na užitočnú energiu je evidentná aj tým, že v rozvojových krajinách, ako je India alebo Čína, existuje nieko ko miliónov ve mi jednoduchých rodinných zariadení, využívajúcich bioplyn len na výrobu tepla na varenie v domácnostiach Biopalivá Pod pojmom biopalivá sa ukrýva ve ký počet zdrojov energie organického pôvodu od dreva až po organický materiál na skládkach komunálneho odpadu. Biopalivá sú v podstate všetky tuhé, kvapalné a plynné palivá vyrobené z organických látok bu priamo z rastlín alebo nepriamo z priemyselných, po nohospodárskych alebo domácich odpadov. Rastliny okrem toho, že ich môžeme získava priamo z prírody, je možné aj špeciálne pestova pre energetické účely. 73

74 Výroba elektriny Tradičný spôsob výroby elektriny z biomasy je vo väčšine prípadov založený na jej priamom spa ovaní a výrobe pary, ktorá poháňa parnú turbínu podobne ako je to v uho ných elektrárňach. Táto technológia je dnes ve mi prepracovaná a umožňuje použitie viacerých druhov vstupných surovín. Jej nevýhodou je, že si vyžaduje relatívne vysoké investičné náklady na jednotku výkonu, celková účinnos výroby je nízka a navyše neposkytuje možnosti alšieho zlepšenia. Výroba elektriny splyňovaním biomasy je novou metódou. Namiesto priameho spa ovania biomasy sa využíva proces jej splyňovania a následného spa ovania plynu v plynovej turbíne podobne ako je to pri výrobe elektriny v elektrárňach na plyn. Výhodou tejto technológie je ove a vyššia účinnos, nako ko pri splyňovaní až % energie obsiahnutej v biomase sa premieňa na hor avý plyn. Investičné náklady na výstavbu plynových turbín sú relatívne nízke a navyše tu existujú značné možnosti zlepšovania technológie. Hoci metóda splyňovania poskytuje viacero výhod, ešte nie je dostatočne rozvinutá na to, aby mohla by bežne používaná. Elektrárne so splyňovaním biomasy pozostávajú z nasledujúcich komponentov: zariadenie na prípravu a dopravu paliva, splyňovacia reaktorová nádoba, čistička plynov a zmiešavací systém, turbína resp. spa ovací motor. V najjednoduchších plynových turbínach sú horúce odpadové plyny vypúš ané priamo do ovzdušia. V moderných technológiách sú však tieto plyny využívané na výrobu pary v osobitných parogenerátoroch. Táto para sa môže použi bu na vykurovanie objektov (kogeneračná jednotka), alebo je vháňaná spä do turbíny, čím sa zvyšuje výkon a účinnos výroby (Steam-injected gas turbine - STIG), alebo sa použije na alšiu výrobu elektriny v parnej turbíne (Gas turbine/steam turbine combined cycle - GTCC), čo taktiež vedie k zvýšeniu celkového výkonu a účinnosti zariadenia. Spoločné spa ovanie uhlia a biomasy je vzh adom na podobnos uvedených palív možné. Je to tiež jedna z ciest znižovania emisií spojených s výrobou elektriny v uho ných elektrárňach. Vo svete dnes pracuje viacero takýchto elektrární, ktoré sa líšia zastúpením biomasy v zmesnom palive. Bežne sa podiel biomasy pohybuje na úrovni 5-20 %, zvyšok tvorí uhlie. Moderná elektráreň so spoločným spa ovaním biomasy a uhlia bola postavená v roku 1999 v rakúskom Zeltwegu. Biomasa tu nie je priamo primiešavaná do paliva, ale je najskôr splyňovaná a tieto plyny sú spoločne spa ované s uhlím v zariadení s celkovým výkonom 10 MW. Spotreba dreva (štiepky) ako paliva predstavuje 16 m 3 za hodinu. Tento projekt nazvaný Biocomb je demonštračným zariadením financovaným EÚ Jednotlivé typy biopalív Pevné biopalivá Drevo je po mnoho miliónov rokov pre človeka jedným z najdôležitejších palivových zdrojov. Podstatné pri jeho využívaní je, že sa dá energeticky zhodnocova trvalo udržate ným spôsobom. Ročný prírastok celosvetovej drevnej hmoty sa odhaduje na 12,5 mld. m 3 s energetickým obsahom 182 EJ, čo je asi 1,3 násobok celosvetovej ročnej spotreby uhlia. Priemerná spotreba dreva pre všetky účely predstavuje asi 3,4 mld. m 3 /rok (ekvivalent 40 EJ/rok). Z uvedeného vyplýva, že vo svete existuje značný potenciál využitia dreva pre energetické účely. Väčšinu lesov v Európe by bolo možné takto využíva bez toho, aby bola ohrozená existencia prírodných ekosystémov. Súvisí to s tým, že pri ažbe a spracovaní dreva pre iné ako energetické účely vzniká ve ké množstvo odpadu, ktorý často zostáva nevyužitý. Drevné štiepky resp. piliny, z ktorých sa vyrábajú tzv. pelety, sú cenným palivom. Len v susednom Rakúsku pracuje nieko ko tisíc menších domácich zariadení a viacero väčších obecných spa ovní drevného odpadu. Celkový výkon týchto zariadení je viac ako MW. Zhodnotenie využite ného energetického potenciálu lesov (odpadového dreva) je možné urobi na základe štatistík udávajúcich ročný prírastok a ažbu dreva. Zo skúseností z Dánska vyplýva, že pri ažbe predstavuje odpad (hlavne vetvy), ktorý by bolo možné využi bez ovplyvnenia stavu lesov, až 30 % objemu vy aženého dreva. Aj pri využívaní dreva ako energetickej suroviny by mala by účinnos technológie jeho spa ovania na prvom mieste. Vyššia účinnos zariadenia znamená menej paliva na zabezpečenie rovnakého množstva energie. Tradičné pece majú účinnos využitia energie obsiahnutej v dreve často nižšiu ako 30 %, čo je, v porovnaní napr. s modernými splyňovacími kotlami s účinnos ou okolo 90 %, ve mi málo. Z uvedeného vyplýva, že moderné zariadenia často spotrebujú až 3-krát menej paliva na vykúrenie rovnakého priestoru. 74

75 Drevo Drevo Vstupné suroviny: palivové drevo, drevné odpady (piliny, štiepky). Využitie: výroba tepla, elektrickej energie a splyňovanie. Maximálny potenciál v SR: 77,0 PJ Realistický potenciál v SR: 14,75 PJ Tvorba pracovných miest: 125 miest na 1 PJ využitej energie (450 miest/tw.h) respektíve cca 1,25 pracovného miesta na ton dreva. Vplyv na životné prostredie: produkcia oxidov dusíka závisí od teploty spa ovania, objemu dodávaného vzduchu a kvality technológie. Pri nedokonalom spa ovaní môže vznika napr. decht. Bariéry rozvoja: pomerne dlhá návratnos projektov, obmedzená konkurencia na trhu s technológiami a pod. Zaujímavosti a rady: využitím realistického potenciálu by bolo možné na Slovensku zásobova teplom asi domácností ročne, resp. by sa dalo vyrobi až 1,2 mld. kw.h (pri splyňovaní až 2 mld. kw.h) elektrickej energie ročne. Vytvorilo by sa súčasne asi nových pracovných miest. (E. Bédi, 1996) Drevo - výroba tepla Využívanie dreva pre energetické účely je možné považova za lokálny zdroj, ktorý si vyžaduje len minimálne nároky na dopravu, a preto je relatívne lacný v porovnaní s klasickými fosílnymi palivami. Dnes existuje na trhu ve ký počet malých domácich kotlov na drevo, ktoré sú určené na vykurovanie objektov ako sú napr. rodinné domy. Tieto kotly väčšinou spa ujú kusové drevo, pelety alebo štiepky. Vyrobené teplo je rozvádzané do radiátorov podobne ako pri kotloch na iné palivá. Moderné kotly na drevo sa líšia od klasických pecí, ktoré vykurovali len priestor miestnosti, v ktorej boli umiestnené. Okrem vykurovania priestorov sa moderné kotly na drevo používajú aj na prípravu teplej vody. Takéto vykurovanie a ohrev vody je zvyčajne najekonomickejším riešením pre rodinné domy. Nahradenie uhlia alebo vykurovacieho oleja drevom je cestou ako dosiahnu výrazné úspory na palive, ktoré môžu dosiahnu vo vyspelých krajinách 20 až 60 %. Táto skutočnos vyplýva z toho, že drevo je lacnejšie ako iné palivá. Príkladom môže by aj situácia u nás. Z dôvodovej správy k Štátnej politike zásobovania teplom vypracovanej Ministerstvom hospodárstva vychádzali náklady na vykurovanie fiktívneho bytu pri spotrebe 50 GJ/rok v roku 1999 nasledovne: Palivo Palivové Ostatné Fixné Anuita (Sk) Celkové náklady (Sk) náklady (Sk) náklady (Sk) náklady (Sk) CZT bez dotácie Zemný plyn Elektrina Hnedé uhlie Černe uhlie Koks Propán - bután Drevo max Poznámka: Ostatné náklady: pre elektrinu a plyn sú to revízie zariadení, pre uhlie - náklady na dovoz a odvoz paliva. Fixné náklady: investičné náklady a anuita pri 9 % diskontnej sadzbe a dobe životnosti 15 rokov. Vo fixných nákladoch sa počíta s cenou kotla na drevo Sk. Údaje pre drevo boli dopočítané (energetická hodnota palivového dreva je v prepočte 15 MJ/kg, ročná spotreba cca 10 m 3, cena max. 200 Sk/m 3 ). Väčšina malých kotlov na drevo je vybavená zásobníkom a palivo do kotla je potrebné dodáva ručne (približne 1 až 2 krát denne). Na trhu však existujú aj kotly s automatickým podávaním paliva, ktorým sú zvyčajne drevné štiepky alebo pelety, pričom palivo sa skladuje v osobitnom priestore. Kotly s prehorievaním dreva Najjednoduchšie kotly na drevo, tzv. prehorievacie kotly pracujú na podobnom princípe ako klasické pece na drevo. Ich usporiadanie je také, že vzduch vniká zospodu kotla a prechádza hore cez palivo. V takomto prípade drevo prehorieva ve mi rýchlo a plyny nezhoria úplne, pretože teplota kotla je relatívne nízka. Väčšina plynov uniká do komína a spolu s ňou aj 75

76 užitočná energia. Plyny majú tiež ve mi malý priestor na odovzdanie svojej energie inému médiu napr. vode. Takéto kotly zväčša nie sú vhodné na spa ovanie dreva, pretože ich účinnos je nízka - približne 50%. Kotly so spodným horením Kotly so spodným horením sa líšia od prehorievacích kotlov. Vzduch sa totiž neprivádza naraz k celému objemu paliva, ale len k jeho časti, pričom horí len spodná vrstva dreva. Zvyšok dreva sa vysušuje a pomaly sa z neho uvo ňujú plyny. Pridaním dodatočného vzduchu priamo do plameňa dochádza k horeniu plynov. V moderných kotloch tohto typu je spa ovacia komora z keramiky, ktorá je dobrým izolátorom a udržuje teplo vo vnútri komory. Tým sa dosahuje vysoká teplota spa ovania a účinnejšie horenie. Bežná účinnos takýchto kotlov je asi %. Kotly so splyňovaním dreva Splyňovacie kotly sú najúčinnejšie zariadenia a sú konštruované tak, aby pri horení paliva dochádzalo k pyrolytickej destilácii, pri ktorej sa všetky spálite né zložky paliva splyňujú. Spa ovanie prebieha trojstupňovým procesom v jednotlivých zónach kotla: 1. zóna - vysúšanie a splyňovanie drevnej hmoty, 2. zóna - horenie drevného plynu na tryske s prívodom predohriatého sekundárneho vzduchu, 3. zóna - dohorievanie v nechladenom spa ovacom priestore. Takto riadený systém spa ovania zaručuje vysokú účinnos - často až 90 %. Pri tom býva výkon kotla plynulo regulovate ný od 40 % do 100 %. Spa ovací priestor vrátane trysky býva vyrobený zo špeciálnych žiaruvzdorných materiálov. Riadenie prevádzky kotla zabezpečuje elektronický regulátor v závislosti od prevádzkovej teploty a jej predvo by. Vzh adom na vysoký stupeň automatizácie splyňovacích kotlov, prevádzka takýchto zariadení kladie minimálne nároky na obsluhu. Obsah násypky dreva postačí minimálne na 8-12 hodín prevádzky pri strednom výkone. Väčšina splyňovacích kotlov umožňuje prevádzku v tzv. tepelnej rezerve, kedy kotol vydrží v útlme až 24 hodín bez zásahu obsluhy. Aj po uplynutí tejto doby zaistia spínacie hodiny nábeh kotla na plný výkon. Pri výpadku elektrického prúdu prejde kotol automaticky do tepelnej rezervy. Odstraňovanie popola sa vykonáva približne raz za 3-5 dní. Pri automatickej prevádzke s dodávaním paliva zo zásobníka pracuje kotol bezobslužne, podobne ako kotol na plyn, alebo elektrický bojler. Osobitný režim zais uje potrebnú dodávku tepla počas denných aj nočných hodín, kedy stačí vykurovaný objekt len temperova. Kotly sú určené pre montáž do systému s núteným obehom aj samotiažnou cirkuláciou. Kotol zvyčajne musí ma samostatný komín, ktorý by mal by dostatočne tepelne izolovaný. V splyňovacích kotloch je možné spa ova suchú drevnú hmotu, prírodné drevné odpadky v celej škále podôb od štiepkov cez polená s dĺžkou až 80 cm a priemerom až 30 cm až po drevené brikety alebo pelety. V kotloch by sa však nikdy nemalo spa ova drevo natreté farbou alebo lepené lepidlom, nako ko prímesi vedú pri spa ovaní k tvorbe toxických látok Drevo ako palivo kg suchej drevnej hmoty sa svojou energiou vyrovná (priemer): kg čierneho uhlia, kg hnedého uhlia, 520 kg koksu, kg vykurovacieho oleja, 320 kg butánu.

77 Pri správnom spa ovaní a pri správnej vlhkosti drevo horí prakticky bez dymu, ahko sa zapa uje, nešpiní pri manipulácii a tvorí málo popola, asi 1 % pôvodnej hmotnosti. Drevný popol je nespekavý a výborne sa hodí ako prírodné hnojivo. Obsahuje totiž dusík, vápnik, horčík, hydroxid draselný, oxid kremičitý, kyselinu fosforečnú a stopové prvky. Najdlhšie sa oheň udrží tvrdými drevami, naj ahšie zase horia ahké listnaté a ihličnaté drevá. Výborne však horí každé drevo, ktoré má nízky obsah vlhkosti, t.j %. Všeobecne sa požaduje doba sušenia 18 až 24 mesiacov. Túto dobu je možné účinne skráti na 12 až 15 mesiacov, ke sa rozreže na potrebnú dĺžku. Lepšie je drevo rozštiepané na štvr ky ako celá gu atina. Pokia je gu atina príliš tenká na štiepanie, mala by z nej by odstránená kôra. Brikety Brikety sú valcovité telesá s dĺžkou asi cm vyrobené z odpadovej biomasy drtením, sušením a lisovaním bez akýchko vek chemických prísad. Lisovaním sa dosahuje vysoká hustota (1200 kg/m 3 ), čo je dôležité pre objemovú minimalizáciu paliva. Vysoká výhrevnos (19 MJ/kg) je zárukou nízkych nákladov na vykurovanie. Nízka popolnatos (0,5 %), neobmedzená skladovatelnos, bezprašnos a jednoduchá manipulácia sú vlastnosti, ktoré tomuto palivu dávajú špičkové parametre. Štiepky Štiepky sú 2-4 cm dlhé kúsky dreva, ktoré sa vyrábajú štiepkovaním z drevných odpadov, napr. z prerie ovania porastov alebo konárov. Štiepky sú odpadovým produktom drevárskeho priemyslu a ich energetické zužitkovanie sa stalo v mnohých krajinách bežné. V Dánsku aj v Rakúsku existuje viacero väčších obecných kotolní spa ujúcich štiepky. Výhodou štiepkov je, že rýchlejšie schnú, a tiež umožňujú automatickú prevádzku kotlov pri použití zásobníka a dopravníka paliva. Pelety Pelety sú relatívne novou formou drevného paliva, ktoré umožnilo kotlom spa ujúcim biomasu ich čiastočnú alebo úplne automatickú prevádzku. Peleta je názov pre granulu kruhového prierezu s priemerom okolo 6-8 mm a dĺžkou mm. Pelety sú vyrobené výhradne z odpadového materiálu, ako sú piliny alebo hobliny, bez akýchko vek chemických prísad. Lisovaním pod vysokým tlakom sa dosahuje vysoká hustota paliva. Ich ve kou výhodou je, že majú nízky obsah vlhkosti - asi 8 až 10 %. Relatívne vysoká hustota materiálu (min. 650 kg/m 3 ) znamená aj vysokú energetickú hustotu - až 20 MJ/kg. Týmito parametrami sa pelety vyrovnajú uhliu. Spotreba dreva sa pohybuje v závislosti od výkonu kotla (18 80 kw) od 4 kg/hod. až po 18 kg/hod., t.j. 10 až 50 m 3 za vykurovaciu sezónu. Spotreba peliet na vykurovaciu sezónu pre typický rodinný dom sa pohybuje na úrovni 7-8 m 3. Pre štiepky je to asi 25 m Slama Slama Vstupné suroviny: slama z výroby obilovín. Využitie: priame spa ovanie za účelom výroby tepla alebo kombinovaná výroba elektriny a tepla. Maximálny potenciál v SR: 49,6 PJ Realistický potenciál v SR: 18,5 PJ. Tvorba pracovných miest: 100 miest na 1 PJ (350 miest/tw.h) respektíve 1,4 pracovného miesta na ton slamy. Vplyv na životné prostredie: zanedbate ný. Bariéry rozvoja: nedostatok informácií a finančných prostriedkov, chýbajúci domáci výrobcovia technológií. Zaujímavosti a rady: využitím realistického potenciálu slamy by bolo možné zásobi teplom a teplou vodou asi domácností v priebehu celého roka a vytvori nových pracovných miest. (E. Bédi, 1996) Odpady z po nohospodárskej produkcie sú z h adiska obsahu energie ve mi významným zdrojom. Do tejto skupiny patrí hlavne slama alebo hnojovica. Tieto zdroje sú dnes intenzívne využívané vo viacerých krajinách vrátane rozvojových. V Indii sa ročná spotreba organických odpadov pre energetické účely pohybuje na úrovni 110 milión ton, pričom spotreba dreva predstavuje asi 133 miliónov ton ročne. V Číne je ich podiel až 2,2 násobný v porovnaní s drevom. Slama má vyššiu mernú výhrevnos ako hnedé uhlie a ako palivo na vykurovanie sa dnes využíva v mnohých vyspelých krajinách. Nieko ko stoviek takýchto zariadení na vykurovanie celých obcí alebo po nohospodárskych podnikov sa nachádza vo Ve kej Británii, Dánsku, Rakúsku a iných krajinách. Pri poh ade na polia je evidentné, že na nich zostávajú milióny ton slamy bez úžitku. Ve ká čas je často spa ovaná, zakopávaná alebo ponechaná hnitiu. Snaha odstraňova z polí odpady vedie k dôležitej otázke: ko ko rastlinných odpadov by 77

78 malo na poliach zosta, aby bolo možné zaisti udržate nú produkciu? Zo skúseností z vyspelých krajín vyplýva, že z polí je možné bez problémov zozbiera až 35 % rastlinných odpadov bez toho, aby to malo nepriaznivý dopad na kvalitu pôdy a budúcu rastlinnú produkciu. Z dánskych údajov vyplýva, že až 59 % slamy je nadbytočnej. Približne 1/5 z tohto množstva sa v tejto krajine dnes využíva na energetické účely (vykurovanie obcí). Energetický obsah ukrytý v slame je pritom značný - 4,9 kw.h/kg suchej hmoty, resp. 4,0 kw.h/kg pre slamu s vlhkos ou asi 15 %. Energia obsiahnutá v 1 m 3 stlačenej slamy takto predstavuje asi 500 kw.h (hustota 120 kg/m 3 ). Účinnos spa ovania slamy v kotloch je tiež relatívne vysoká - priemer z 22 dánskych kotolní je 80 až 85 %. Potenciálne množstvo slamy, z ktorej by bolo možné čas využi na energetické účely, je možné ve mi jednoducho urči na základe štatistických údajov o produkcii obilnín. V našich klimatických podmienkach je pomer slamy a obilia nasledovný: pšenica 1,3 tony slamy/tonu obilia, ovos 1,1 tony slamy/tonu obilia, jačmeň 0,8 ton slamy/tonu obilia. Energetické zužitkovanie slamy má viacero pozitívnych dopadov na spoločnos. Predovšetkým prináša nové pracovné príležitosti, a zároveň poskytuje po nohospodárom možnos finančných úspor cez úspory energie. Zo skúseností z Dánska vyplýva, že aj pri použití plnej mechanizácie vzniká asi 350 nových pracovných miest na každú TW.h vyrobenej energie. Pri spa ovaní slamy sú problematické iba: ve ký objem paliva a jeho nehomogénnos, rôznorodá vlhkos, vysoký obsah prchavých zložiek (až 70 %), obsah chlórových zlúčenín (korózia materiálov). Väčšie spa ovne slamy zvyčajne pozostávajú zo skladu, žeriavu, dopravného pásu, kotla, čistiaceho zariadenia odpadových plynov a komína. Prevádzka celého zariadenia býva plne automatická a bez obslužného personálu. Dopravný pás priváža celé baly slamy do roštu umiestneného v spodnej časti kotla. Na tomto mieste dochádza k spa ovaniu. Rošt je zvyčajne rozčlenený na viacero zón s osobitnými ventilátormi dodávajúcimi vzduch do spa ovacej komory. Spa ovací proces je elektronicky kontrolovaný individuálne v každej zóne, čím sa dosahuje optimálne horenie. Prchavé zložky sú spa ované v komore nad roštom, kam sa osobitnými prieduchmi privádza vzduch zabezpečujúci horenie. Uvo nené teplo je následne odovzdávané cez steny kotla vode cirkulujúcej sústavou potrubí. Horúca voda je potom rozvádzaná do miesta spotreby Rýchlorastúce dreviny Energetické rastliny Vstupné suroviny: vŕby, cirok sladký, repka olejná a pod. Využitie: výroba tepla, elektriny a kvapalných palív. Maximálny potenciál v SR: 200 PJ Realistický potenciál v SR: 25 PJ Tvorba pracovných miest: 1 pracovné miesto na produkciu 500 ton suchej biomasy. Vplyv na životné prostredie: pozitívny. Energetické rastliny zabraňujú erózii pôdy, zlepšujú hydrologický režim a a absorpciu prachových častíc, absorbujú 30 až 45 ton oxidu uhličitého z každého hektára a vŕby môžu by využité pri čistení odpadových vôd (cca ton odpadových vôd/1 ha vŕb). Bariéry rozvoja: chýbajúca štátna podpora a investície v po nohospodárskych podnikoch, v niektorých prípadoch nutnos hnojenia na úrovni tradičných plodín, chýbajúce predprípravné rekultivácie degradovaných pôd, nedostatok skúsenosti v SR. Zaujímavosti a rady: na pokrytie priemernej ročnej spotreby elektrickej energie pre jedného obyvate a je potrebných asi 0,25 ha plochy osiatej energetickými rastlinami. Využitím realistického potenciálu energetických rastlín v SR by bolo možné pokry výrobu tepla a teplej vody pre domácnosti a vytvori nových pracovných miest. (E. Bédi, 1996) Niektoré druhy rastlín, vyznačujúce sa rýchlym rastom alebo kvalitou produkovaného oleja, je možné pestova za účelom ich budúceho energetického využitia. Tzv. energetické rastliny sa využívajú podobne ako ostatné druhy biomasy (napr. drevo, slama) na výrobu tepla, elektriny, ale aj kvapalných palív použite ných v doprave. 78

79 Pestovanie biomasy pre energetické účely je ve mi perspektívne pre mnohé krajiny. Vzh adom na značnú nadprodukciu po nohospodárskych produktov v Európe a USA, často vyvolávajúcu potreby dotácií farmárom za nevyužívanie pôdy, existuje snaha využi túto pôdu na takéto účely. V Európskej Únii sa predpokladá, že až miliónov hektárov pôdy bude v blízkej budúcnosti nadbytočnej z h adiska produkcie potravín. Táto pôda prichádza do úvahy na pestovanie energetických rastlín. Podobnú situáciu je možné očakáva aj v alších krajinách vrátane Slovenska. Na pestovanie energetických rastlín je možné využíva nielen pôdu vyňatú z produkcie po nohospodárskych plodín, ale aj pôdu menej kvalitnú, napr. okolo ciest alebo kontaminovanú. Istou nevýhodou pestovania rýchlorastúcich drevín je nevyhnutnos používa hnojivá podobne ako pri iných plodinách. Popol zo spa ovania týchto rastlín však je možné použi ako hnojivo. Z h adiska energetickej produkcie je však podstatné, že aj pri započítaní energetických vstupov je celková energetická bilancia kladná. Pomer získanej a vloženej energie je zvyčajne 5:1. Pre priame spa ovanie v kotloch sú vhodnými rastlinami napr. niektoré druhy vŕb alebo tráv. Výhodou týchto rastlín je, že na rozdiel od dreva je ich produkcia (obdobie medzi siatím a zberom) krátka - zvyčajne 3 až 8 rokov. Pre niektoré druhy tráv je to ešte menej - 6 až 12 mesiacov. V súčasnosti sa vo svete využíva asi 100 miliónov hektárov pôdy na pestovanie rýchlorastúcich drevín. Parametre, ktoré sú rozhodujúce pri výbere rýchlorastúcich drevín, sú ich dostupnos, vhodnos pre daný typ pôdy i podnebia a potenciálny vý ažok z hektára za rok (ton/ha/rok). Vý ažok je najdôležitejším ukazovate om a pre vŕby pestované v našich podmienkach môže dosiahnu 15 ton suchej hmoty na hektár za rok. Prírastok niektorých vŕb sa pohybuje od 2 do 3 metrov za rok (2-3 cm denne v letnom období). Bežná hustota výsadby predstavuje stromov na hektár (vzdialenos medzi stromami asi 1 meter), žatva prebieha v dvoch až pä ročných cykloch, pričom stromy dokážu zosta produktívne až po dobu 30 rokov. Druh rastliny Prírastok Energetický obsah Energetický potenciál (ton/ha/rok) (GJ/tonu) (GJ/ha/rok) Salix (vŕba) Miscanthus ( slonia tráva ) Cirok sladký (Sweet sorghum) Prírastky niektorých druhov rýchlorastúcich rastlín (E. Bédi, 2001) Z h adiska ochrany životného prostredia je ve mi výhodné pestovanie vŕb. Je ich totiž možné použi na čistenie vôd v tzv. biologických čističkách. Na každom hektári je možné každý rok ekologicky zlikvidova ton odpadových vôd a kalov. Spojenie funkcie biologickej čističky a energetickej rastliny robí z vŕb unikátny biologický druh. Podstatné je, že spa ovanie týchto drevín, podobne ako aj inej biomasy, neprispieva v emisiám síry ani skleníkových plynov do ovzdušia. Navyše pestovanie týchto rastlín pre energetické účely vedie aj k tvorbe nových pracovných príležitostí. Zo zahraničných skúseností vyplýva, že jedno pracovné miesto pripadá na produkciu asi 500 ton suchej biomasy. Inou perspektívnou rastlinou je konope, ktoré sa vyznačuje vysokou produkciou živej hmoty, až 24 ton/ha za približne 4 mesiace. Pestovanie konope je však vzh adom na obsah omamných látok nelegálne. Schéma biologickej čistiarne odpadových vôd špinavá voda sa čistí a zároveň sa produkuje biomasa Kvapalné biopalivá Na rozdiel od pevných a plynných biopalív, sa kvapalné biopalivá využívajú predovšetkým na pohon motorových vozidiel. Kvapalné biopalivá nie sú nové palivá. Skôr naopak, biomasa bola zdrojom energie ešte skôr, ako sa začal používa benzín. Výroba alkoholu (metanolu a etanolu) z biomasy pre technické účely je známa už od začiatku 20. storočia. V súčasnosti sú najdôležitejšími palivami vyrábanými z biomasy - etanol, metanol a bionafta. Bionafta, vyrábaná z repky olejnej je jediným kvapalným biopalivom, ktoré sa využíva aj u nás. U našich susedov v Dolnom Rakúsku existuje asi 40 tis. hektárov, ktoré sú určené výlučne na pestovanie plodín, z ktorých sa vyrábajú biopalivá - hlavne bionafta. Ročná produkcia tu predstavuje 120 miliónov litrov. 79

80 Alkoholové palivá Z celosvetového h adiska sú najrozšírenejšími kvapalnými biopalivami tzv. alkoholové palivá - etanol a metanol, ktoré sa vo svete vyrábajú hlavne z obilia, kukurice a cukrovej trstiny. Výhodou alkoholových biopalív, okrem toho že ich je možné dopestova je, že pri ich spa ovaní sa tvorí menej škodlivín. Súvisí to s tým, že tieto palivá majú jednoduchšiu štruktúru ako benzín alebo nafta, lepšie horia a celý proces vedie k menšej tvorbe nespálených zvyškov. Z tohto poh adu je metanol lepším palivom ako etanol. Vlastnosti etanolu a metanolu a ich porovnanie s alšími palivami sú v nasledujúcej tabu ke: Etanol Metanol Benzín Nafta Energetická hodnota (MJ/kg) 26,9 21,3 43,7 42,7 Bod varu ( o C) 78,3 64,5 99, Oktánové číslo Biomasa sa vyznačuje relatívne dobrou hustotou energie. Skutočnos, že 1 milión ton ropy energeticky zodpovedá 2,3 milióna ton suchej biomasy viedla k tomu, že používanie alkoholových biopalív sa v mnohých krajinách stalo súčas ou národnej stratégie. Najväčším producentom kvapalných biopalív na svete je dnes Brazília. Významnú úlohu tieto palivá hrajú aj v krajine, ktorá je automobilovou ve mocou - v USA. Brazília je významným svetovým producentom cukru. Cukrová trstina, z ktorej sa cukor vyrába, sa tu pestuje v aka európskym pris ahovalcom už od začiatku 16. storočia. V dôsledku problémov s klesajúcou cenou cukru na svetových trhoch a narastajúcimi cenami ropy sa brazílska vláda rozhodla v roku 1973 vyhlási tzv. Etanolový program (Proalcool). Tento program až do súčasnosti zostáva najväčším komerčným využitím biomasy pre potreby výroby energie na svete. V aka tomuto programu vzrástla výroba etanolu v Brazílii z 0,6 miliardy litrov v roku 1975 na 12 miliárd litrov v roku Okrem toho sa tu z celkového množstva 229 mil. ton cukrovej trstiny zožatej z plochy 4 mil. hektárov ročne vyprodukuje približne 8,6 mil. ton cukru a 73 mil. ton melasy. V rámci tohoto programu bolo v Brazílii postupne vytvorených 400 priemyselných výrobní etanolu, ktorých produkcia dnes predstavuje 50 % svetovej výroby etanolu. V súčasnosti jazdí v Brazílii 4,2 milióna motorových vozidiel na čistý etanol a jeho ročná spotreba dosiahla 10,5 miliárd litrov. Ostatné vozidlá jazdiace na zmes etanolu a benzínu (22 % etanolu a 78 % benzínu) spotrebúvajú alších asi 1,3 miliardy litrov etanolu ročne. Zaujímavos ou je, že napriek tomu, že všetky dovážané automobily si vyžadujú istú úpravu, aby mohli jazdi na túto zmes, neexistuje žiaden tlak výrobcov automobilov na brazílsku vládu, aby sa táto situácia zmenila. Etanolový program je z ekonomického h adiska pre Brazíliu ve mi výhodný. Pod a mnohých odborníkov by sa bez tohto programu Brazília ocitla v ešte väčších problémoch, ako je v súčasnosti. Tento program totiž ušetril asi 12 miliárd dolárov na dovoze ropy a vytvoril mnoho nových pracovných miest. Etanol, vyrábaný hlavne z obilia, je ve mi populárnym palivom aj v USA, kde sa používa bu priamo alebo ako prísada do benzínu. V dôsledku priaznivej daňovej politiky sa zmes 10 % etanolu a 90 % benzínu v USA používa už mnoho rokov. Takéto zmesné palivo nemá žiadny negatívny vplyv na výkon motora. Má však ve mi priaznivý vplyv na znižovanie emisií škodlivých látok. Celkové množstvo predanej zmesi etanolu a benzínu dosahuje ročne asi 50 miliárd litrov, pričom podiel etanolu predstavuje asi 3 miliardy litrov. Celkovo je to však len 0,7 % z objemu predaného benzínu v tejto krajine. Vzh adom na viaceré výhody, ktoré sa na používanie etanolu viažu, by toto množstvo malo v budúcnosti vzrás až na 6,5 miliardy litrov ročne Etanol Etanol je látka, ktorá sa v prírode vyskytuje len sporadicky a jej požívanie (v malom množstve) na rozdiel od metanolu, nie je pre človeka toxické. Etanol sa dnes bežne využíva ako náhrada za benzín v spa ovacích motoroch, pričom je to jedno z najstarších palív. Na toto palivo jazdilo ve ké množstvo vozidiel už v 90-tych rokov 19. storočia. Komerčné skúsenosti s používaním etanolu v doprave majú hlavne v Brazílii (program Proalcool) a v USA (program Gasohol), kde sa toto palivo používa už dlhšiu dobu a vo ve kom množstve. Jedným z dôvodov zavedenia týchto programov bola aj snaha o zlepšenie životného prostredia. Istou nevýhodou výroby etanolu z po nohospodárskych produktov je skutočnos, že v prípade snahy o nahradenie väčšieho množstva klasických palív, by takáto ve kovýroba v celosvetovom meradle predstavovala konkurenciu k produkcii potravín. V čase, kedy mnoho udí vo svete hladuje, by takáto snaha bola asi sotva ospravedlnite ná. Navyše pestovaním monokultúr, ktoré by takúto stratégiu sprevádzalo, by mohli vzniknú problémy s biodiverzitou. Pri dnešnom charaktere po nohospodárskej výroby je tiež na dopestovanie východiskovej suroviny nevyhnutné používanie ve kého množstva hnojív, a to so sebou prináša alšie nevýhody v podobe znečistenia životného prostredia.

81 Uvedené nevýhody sa však netýkajú výroby etanolu z drevnej biomasy, ktorá sa ukazuje ako ve mi perspektívna. Podobne to platí aj pri výrobe etanolu z odpadovej biomasy z po nohospodárskej produkcie. Problémom výroby etanolu fermentáciou z celulózy je, že celý proces vedie k malému vý ažku pri relatívne vysokých nákladoch. V súčasnosti je zrejmé, že etanol pravdepodobne nemôže úplne nahradi klasické palivá. Pri jeho rozumnej produkcii a použití môže však prispie k nahradeniu časti ropy a ozdraveniu životného prostredia, hlavne v mestách. V EÚ sa udáva, že ak by sa na výrobu etanolu použila napr. cukrová repa, tak by týmto palivom bolo možné zásobi všetky po nohospodárske stroje, pričom výmera pôdy by predstavovala približne 10 % ornej pôdy v EÚ. Zo skúseností totiž vyplýva, že z jedného hektára osiateho cukrovou repou je možné získa takmer 5 tisíc litrov etanolu. Hoci energetická bilancia pri výrobe etanolu (podiel získanej a vloženej energie) je približne polovičná v porovnaní s bionaftou (MERO), výhodou etanolu je, že z jedného hektára je možné získa viac litrov paliva (4 755 litrov) ako v prípade MERO (asi litrov). Bilancia výroby etanolu prepočítaná na kg vstupnej suroviny vychádza lepšie, ke sa použije obilie. Na výrobu jedného litra etanolu je potrebných asi 2,8 kg obilia. V prípade cukrovej repy je to približne 10 kg (priemerná cukornatos 16 %). Výrobná cena etanolu spolu s jeho destiláciou sa vo svete pohybuje na úrovni 0,6 USD/l. Cena etanolu je dvojnásobná v porovnaní s metanolom, čo platí aj v prípade jeho syntetickej výroby Použitie etanolu v spa ovacích motoroch Etanol vyrobený fermentáciou z biomasy je možné použi bu ako palivo pre špeciálne skonštruované motory, alebo ako prísadu do benzínov v zastúpení 3 až 15 %. Chemicky zmenený etanol na etylterbutylén (EBTE) sa vo svete postupne stáva dôležitou prísadou do bezolovnatých benzínov. Zvyšuje oktánové číslo a zlepšuje kvalitu horenia paliva v motore. Motor na etanol sa v princípe vyznačuje asi 300 odlišnos ami od klasického benzínového motora. Najdôležitejšie rozdiely spočívajú v tom, že: motor má vyšší kompresný pomer, má odlišné valce a tvar spa ovacej komory, palivová nádrž býva zvyčajne pocínovaná, palivové čerpadlo, karburátor a palivové potrubie sú vyhotovené z nehrdzavejúcich materiálov. Etanol má v porovnaní s inými palivami nieko ko výhod a nevýhod. Výhodou je, že z h adiska snahy o nahradenie klasických palív, vo svete existujú dostatočné výrobné kapacity s overenou technológiou výroby. Z h adiska činnosti motora je dôležité, že etanol má vyššie oktánové číslo ako benzín - približne 106. Benzín má toto číslo 91 až 98. Vyššie oktánové číslo umožňuje vyššiu kompresiu a následne lepšiu účinnos motora. Pre naftové motory je rozhodujúce cetánové číslo paliva. Čím nižšie cetánové číslo, tým dlhší čas je potrebný pre kompresné zapálenie zmesi. Alkohol (metanol aj etanol) má nižšie cetánové číslo ako nafta. Výhody používania etanolu v motorových vozidlách je možné zhrnú nasledovne: etanol je dokonalejšie spa ovaný v motore, zaručuje vyšší výkon a otáčky motora, vykazuje nižšie emisie v spalinách. V sociálnej a ekonomickej oblasti výhody zahrňujú hlavne: tvorbu pracovných príležitostí v po nohospodárstve pri pestovaní vstupnej suroviny, zlepšenie príjmov ekonomicky slabších vrstiev obyvate stva podie ajúcich sa na pestovaní, zníženie závislosti na dovoze ropy. Nevýhodou etanolu je, že spôsobuje rýchlejšiu koróziu kovových materiálov, má detergentný účinok (odstraňuje oleje) a napáda plastické hmoty. Navyše nevýhodou je, že výpary majú negatívny účinok na udský organizmus a ovplyvňujú vodičovu schopnos vies motorové vozidlo. Tieto výpary môžu by problémom hlavne pri čerpaní pohonných hmôt. Etanol sa taktiež vyznačuje horším štartovaním motora pri nízkych okolitých teplotách. Iné nevýhody použitia etanolu spočívajú v tom, že v dôsledku nižšej energetickej hustoty v jednom kilograme paliva majú vozidlá vyššiu spotrebu. Navyše pri spa ovaní dochádza k vyššej tvorbe aldehydov vo výfukových plynoch. V USA sa na odstránenie týchto škodlivín používajú vo vozidlách katalyzátory, ktoré znižujú tieto emisie o 80 %. Emisie motorových vozidiel spa ujúcich etanol závisia od vstupnej suroviny, z ktorej bol etanol vyrobený. Vo všeobecnosti platí, že emisie zo spa ovania etanolu sú nižšie ako v prípade benzínu, pričom emisie CO, tuhých častíc a organických látok sú približne o polovicu nižšie a emisie N 2O asi o jednu štvrtinu nižšie ako emisie z benzínových motorov. Problémom sú však už vyššie uvedené emisie aldehydov. 81

82 Pozitívny prínos pre životné prostredie má aj používanie zmesi, napr. 10 % etanolu a 90 % benzínu. Takéto palivo používané hlavne v USA znižuje tvorbu CO o viac ako 25 % v porovnaní s akýmko vek iným benzínom. Etanol je málo reaktívny s vysokým oxidačným účinkom (obsah kyslíka), čím sa podie a aj na znižovaní tvorby ozónu. Etanol je tiež bezpečnou náhradou za toxické prísady na zvyšovanie oktánového čísla benzínu ako sú benzén, toluén a xylén. Navyše etanol, tým že je vyrábaný z biomasy, znižuje tvorbu oxidu uhličitého - najdôležitejšieho skleníkového plynu Metanol Výroba metanolu (metylalkoholu) z dreva je vo svete známa už ve mi dlho. Metanol tu však často vystupoval len ako ved ajší produkt pri výrobe drevného uhlia. Takáto výroba sa však vyznačovala ve mi malým vý ažkom. Dnes je situácia iná. Drevné uhlie postupne stratilo na význame a metanol sa stal dôležitým palivom pre motorové vozidlá. Najväčšie množstvo metanolu je dnes produkované v Brazílii, USA a Švédsku. Metanol je pre človeka jedovatá látka. Je to čistá kvapalina bez zápachu, ktorá sa v prírode vyskytuje len sporadicky. Energetická hodnota jedného litra metanolu je 18 MJ, avšak účinnos motora na takéto palivo je vyššia ako v prípade benzínu (asi o 20 %), čo v podstate zvyšuje energetickú hodnotu litra metanolu na 22,5 MJ. Metanol sa navyše vyznačuje ve kou univerzálnos ou, a tiež sa používa ako východisková surovina v mnohých chemických procesoch. Metanol je možné vyrobi nielen z biomasy, ale aj z niektorých fosílnych palív ako napr. zo zemného plynu alebo z uhlia. Nevýhodou výroby metanolu z biomasy je, že jeho cena je asi dvojnásobná v porovnaní so syntetickým metanolom vyrobeným zo zemného plynu. Zaujímavos ou tiež je, že z metanolu je možné vyrobi aj benzín, avšak celý proces výroby prebieha s energetickou stratou, a preto sa nevyužíva. V niektorých prípadoch však takáto výroba benzínu môže by výhodná. Inou skutočnos ou je, že benzín sa dá vyrobi z biomasy priamo bez toho, aby bolo nutné prejs cez uvedený medzičlánok - výrobu metanolu. Metanol je možné previes na vysoko oktánové palivo pri relatívne nízkych nákladoch. Výhodou je, že takéto palivo neobsahuje síru a znečistenie z jeho spa ovania je ve mi nízke. Zo skúseností vyplýva, že z jednej tony suchej biomasy je možné vyrobi asi 700 litrov metanolu. Pomer získanej energie (metanol) a vloženej energie na jeho produkciu je závislý hlavne od spôsobu výroby. Pri výrobe metanolu z obnovite ných zdrojov je tento pomer vysoko pozitívny. Objavil sa alší spôsob využitia metanolu, a to v palivových článkoch. Výskum chce doda v priebehu nieko kých rokov na trh články pre mobily a prenosné počítače Použitie metanolu v spa ovacích motoroch Vozidlá jazdiace na metanol sa z h adiska výkonu a iných charakteristík (dojazd) podobajú vozidlám na benzín alebo naftu. Metanol je možné použi ako palivo v čistej forme alebo ako zmes. Motor si však vyžaduje istú úpravu. V prípade naftových motorov je potrebné vozidlá vybavi pomocným zapa ovacím systémom, nako ko cetánové číslo metanolu je nízke. Tieto motory môžu spa ova tiež zmes metanolu a nafty. Už pri obsahu nieko ko percent nafty v takejto zmesi nie je potrebné použi zapa ovaciu sviečku. V USA sa metanol predáva ako zmes označená M 85 (85 % metanolu a 15 % benzínu) resp. M100 (čistý metanol). M 85 je vhodný hlavne pre ahšie vozidlá, kým M100 je určený pre dodávky a nákladné vozidlá. V súčasnosti je na cestách USA asi 15 tis. takýchto vozidiel. Z väčších automobiliek dodávajú metanolové vozidlá na trh Ford (model Taurus) a Chrysler (Dodge Intrepid). Aby mohli vozidlá jazdi na túto zmes, vyžadujú si špeciálnu úpravu, ktorá stojí asi 250 dolárov. Ford vyvinul špeciálny motor spa ujúci čistý metanol aj pre svoj model Escort. Poslednou novinkou však je tzv. flexibilný model FFV (Flexible Fuel Vehicle), ktorý umožňuje jazdu na akúko vek zmes benzínu a metanolu. Metanol má vysoký pomer vodíkových atómov a ove a vyššiu energetickú hustotu ako skvapalnený vodík. Z tohto dôvodu sa skúma aj jeho použitie v palivových článkoch, ktoré sú ve mi perspektívnym zdrojom energie pre motorové vozidlá. Emisie vozidiel na metanol závisia od vstupného materiálu, z ktorého bol vyrobený. Metanol vyrobený z dreva a použitý ako náhrada za benzín sa vyznačuje nižšími emisiami všetkých škodlivín (v priemere o 20 % až 70 %). Nahradenie nafty metanolom v naftových motoroch znamená podstatné zníženie emisií tuhých častíc (dymu). Pri použití metanolu v nákladnom vozidle dochádza k zníženiu emisií oxidov dusíka o 65 %, oxidu uhličitého o 95 %, uh ovodíkov o 95 % a dymu o 100 %. Metanol má v porovnaní s inými palivami nieko ko výhod a nevýhod. Výhodou metanolu v porovnaní s etanolom je, že na jeho výrobu existuje širší potenciál vstupných surovín. Metanol má v porovnaní s benzínom výhodu v tom, že má vyššie oktánové číslo, približne 105. Benzín má oktánové číslo medzi 92 a 98. Vyššie oktánové číslo umožňuje vyššiu kompresiu a

83 následne lepšiu účinnos motora. Výhodou tiež je, že metanol má vysokú kalorickú hodnotu, umožňuje vyššiu účinnos spa ovania v motore, má nižšiu teplotu horenia, produkuje menej škodlivín a vo všeobecnosti predstavuje menšie riziko. Navyše v porovnaní s etanolom je metanol lacnejší. S metanolom sa tiež ahšie zaobchádza ako s benzínom, pretože je menej prchavý, je bezpečnejší pri dopravných nehodách a prípadný požiar sa dá uhasi aj vodou, pretože metanol je rozpustný vo vode. Požiar je možné ve mi jednoducho zlikvidova aj na malú vzdialenos od ohňa, čo je dôsledok nízkej teploty plameňa. Nevýhodou metanolu je, že spôsobuje rýchlejšiu koróziu kovových materiálov, má detergentný účinok (odstraňuje oleje z miest, kde sú potrebné) a negatívne vplýva na plastické materiály. Tieto nevýhody je možné zmierni použitím odolnejších materiálov vo vozidlách, napr. ocele. Inou nevýhodou je, že metanol má nevidite ný plameň. Pridaním asi 15 % benzínu do metanolu sa však plameň stáva vidite ným. Nevýhodou je tiež toxicita metanolu, tak pri vdýchnutí, ako aj pri pôsobení na kožu (riziko pri čerpaní paliva). V benzínových motoroch metanol spôsobuje väčšie problémy pri štartovaní pri teplote pod bodom mrazu. Predhriatie paliva podobne ako v prípade nafty tento problém pomáha vyrieši. Nevýhodou metanolu je aj formaldehydový zápach vznikajúci pri studených štartoch a zahrievaní vozidla. Dobu, počas ktorej tento zápach vzniká, sa podarilo skráti používaním okysličovacích katalyzátorov na dve minúty. Definitívne odstránenie týchto emisií by malo prinies zavedenie systému zohrievania zmesi pred vstupom do katalyzátora. Energetická hodnota metanolu je asi o polovicu nižšia ako nafty, preto vozidlá na metanol potrebujú zhruba dvakrát to ko paliva na dosiahnutie toho istého dojazdu. Pod a analýzy, uskutočnenej v Japonsku, zahrňujúcej 32 nákladných a dodávkových vozidiel s hmotnos ou 2 tony, jazdiacich na metanol po cestách Tokya, bola priemerná spotreba metanolu 50 l/100 km. Porovnate né naftové vozidlá mali spotrebu 21 l/100 km. Nevýhodou metanolu je, že je takmer dvojnásobne drahší ako normálny benzín, navyše pre zaobchádzanie s ním sa v niektorých krajinách (napr. USA) vyžaduje osobitný bezpečnostný kurz Bionafta rastlinné oleje Rastlinný olej je možné získa z viac ako 300 druhov rôznych rastlín, medzi ktorými je napr. repka olejná, slnečnica, oliva, sója, kokosový orech a i. Olej sa v nich nachádza v semenách alebo plodoch. Napriek tomu, že medzi takýmito olejmi existujú značné rozdiely vo viskozite, všetky je možné použi v naftových motoroch ako náhradu za naftu. O tom, že R. Diesel, konštruktér naftového motora, sa vážne zaoberal rastlinnými olejmi svedčí aj fakt, že už v roku 1900 predstavil na svetovej výstave v Paríži motor, ktorý bežal na olej z búrskych orieškov. V roku 1912 Diesel napísal, že hoci je použitie rastlinných olejov v súčasnosti bezvýznamné, v budúcnosti budú tieto oleje tak isto dôležité, ako sú petrolej alebo uhlie. Tieto slová sa však doteraz nenaplnili, pretože benzín a nafta svojimi vlastnos ami predstihli oleje, a preto ich z trhu automobilových palív ve mi skoro vytlačili. Po vypuknutí prvej ropnej krízy v roku 1973 sa problematikou využitia bionafty začali konštruktéri znovu zaobera. Navyše, v dôsledku intenzívneho rastu produkcie po nohospodárskej výroby a nadprodukcie potravín, vlády vyspelých krajín začali podporova po nohospodárov v prechode na pestovanie technických plodín, kam patrí aj bionafta - najčastejšie využívaná forma rastlinných olejov v doprave. Význam bionafty je hlavne v tom, že takmer každý naftový motor je v princípe možné upravi na spa ovanie bionafty. Pokia sa zoberie do úvahy skutočnos, že až 90 % prepravy tovarov a osôb sa v súčasnosti vykonáva dopravnými prostriedkami spa ujúcimi naftu (nákladné vozidlá, autobusy, lokomotívy, lode, traktory at.), predstavuje to obrovský potenciál. Navyše existuje ve ký počet osobných motorových vozidiel s naftovými motormi, ktoré by taktiež mohli využíva bionaftu. V krajinách EÚ sa ich podiel na celkovom počte vozidiel pohybuje od %. Použitie čistého rastlinného oleja v motoroch však prináša viacero ažkostí, a preto sa tento olej upravuje esterifikáciou na metylester, u nás označovaný ako MERO, v zahraničí sa používa termín RME (rape seed metyl ester - metyl ester repkového semena). Esterifikácia znižuje viskozitu rastlinného oleja a prináša mnoho výhod. Chod motora, výroba paliva, doprava a jeho skladovanie nie sú po esterifikácii problémom. Takýto olej je potom možné bez problémov primiešava do nafty, čo sa na chode motora nijako negatívne neprejaví. Má to však pozitívny vplyv na zníženie emisií pri spa ovaní. Na rozdiel od rastlinných olejov však MERO obsahuje niektoré rakovinotvorné látky a je rovnako toxický ako nafta. Niektoré vlastnosti MERO a čistého rastlinného oleja a ich porovnanie s naftou sú uvedené v nasledujúcej tabu ke. Nafta s nízkym obsahom síry Bionafta (MERO) Čistý repkový olej Cetánové číslo 46 61,2 42,6 Bod varu ( o C) Obsah síry (váh. %) 0,036 0,0125 0,022 Teplo pri spa ovaní (kj/kg) 46,42 40,6 40,4 Hustota 0,8495 0,8802 0,906 83

84 Bionafta, pod ktorou sa rozumie čistý rastlinný olej alebo MERO, sa z h adiska energie obsiahnutej v jednom litri paliva približuje kvalite nafty, pričom táto hodnota je vyššia ako energetická hustota iných alternatívnych palív, čo dokumentuje aj nasledujúca tabu ka. Palivo Energia v MJ/liter Nafta 35,1 Rastlinný olej 34,3 MERO (bionafta) 33,1 Etanol 21,1 Metanol 18,0 Vodík (skvapalnený pri teplote mínus 256 o C) 8,5 Elektrina z batérie 0,36 Výroba bionafty Výroba bionafty pozostáva z lisovania repky, filtrovania a následného delenia oleja (esterifikácia) na metylester (MERO - bionafta) a glycerol. Glycerol ako ved ajší produkt je vhodný pre chemický priemysel a výlisky sú cennou krmovinovou zmesou. MERO je ekologicky čisté palivo a v porovnaní s naftou pri spa ovaní vykazuje 3 až 40-krát nižší obsah uh ovodíkov vo výfukových plynoch. Má zníženú dymivos, plyny obsahujú menej tuhých častíc a iných nebezpečných látok. Použitie MERO si však vyžaduje malú úpravu motora, pričom sa zníži jeho výkon aj spotreba paliva asi o 5 %. 84 Palivo Vý ažok z hektára Energetická bilancia (ton/ha) výstup/vstup Repkový olej 2,7 2,8 Etanol z cukrovej repy 60 1,3 Etanol z kukurice 7,7 1,3 Etanol z obilia 4,4 1,1 Porovnanie repkového oleja a etanolu z h adiska energetickej bilancie (E. Bédi, 2001) Napriek tomu, že energetická bilancia MERA je pozitívna, existuje mnoho odborníkov, ktorí sa domnievajú, že toto palivo je vhodné ako náhrada za naftu len v lokálnych podmienkach pre po nohospodárov. Jeho doprava na dlhšie vzdialenosti by znamenala, že energetický zisk z výroby by sa úplne stratil. Hoci výrobná cena MERO je vyššia ako výrobná cena nafty, pod a údajov z Nemecka bývajú náklady na esterifikáciu pokryté ziskom z predaja glycerínu, ktorý pri výrobe vzniká ako ved ajší produkt.

85 MERO ako palivo (aj ako zmesové palivo) má dobré ekologické vlastnosti a pri jeho spa ovaní sa produkuje nižšie množstvo emisií ako v prípade nafty. Vo výfukových plynoch sa pozoruje významný pokles obsahu polyaromatických uh ovodíkov a tuhých častíc. Z h adiska tvorby emisií prinieslo použitie Bionafty MDT (zmes 30 % MERO a 70 % nafty) na Slovensku nasledujúce skúsenosti: Druh emisie Zníženie emisie v porovnaní s naftou Uh ovodíky - 75 % Aerosóly - 37 % Oxid siričitý - 40 % Oxid uho natý - 20 % V emisiách oxidu dusného (N 2O) existujú len malé rozdiely medzi MERO a naftou. Tieto emisie sú pre MERO o pár percent vyššie v dôsledku vyššej teploty spa ovania. Vysoký obsah kyslíka v bionafte má však pozitívny vplyv na oxidáciu, a tým na znižovanie úrovne smogu v mestách. Navyše použitie tzv. oxidačného katalyzátora alej znižuje emisie aromatických uh ovodíkov, CO a tuhých častíc. Pod a nemeckej technickej skúšobne TUV Bayern dosahuje v takomto prípade zníženie emisií CO až 95 %, uh ovodíkov 85 % a tuhých častíc až 50 %. Výhodou rastlinných olejov tiež je, že rýchlo (v priebehu asi 3 týždňov) degradujú v pôde a nespôsobujú jej znečistenie. Hlavné výhody používania bionafty je možné zhrnú nasledovne: kladná energetická bilancia, nízke emisie škodlivín a znižovanie emisií CO 2, hospodárne a ekologické využitie pôdy vyňatej z produkcie potravinárskych plodín, bezpečnos pri zaobchádzaní (je tak bezpečná ako potravinársky olej). Nevýhodou čistých rastlinných olejov je, že majú vysokú viskozitu (až 40-krát vyššiu ako nafta) a počas ich skladovania dochádza k znižovaniu kvality paliva. Pri spa ovaní zanášajú motor, sú agresívne voči plastom i lakom a spôsobujú vyššie emisie tuhých častíc a N 2O. Problém tuhých častíc je možné odstráni tzv. esterifikáciou rastlinného oleja (výroba MERO). Inou nevýhodou rastlinných olejov je, že na to, aby nahradili väčšiu čas klasických palív, by boli potrebné ve ké plochy po nohospodárskej pôdy. V situácii, ke mnoho udí vo svete hladuje, by takáto filozofia pravdepodobne nebola správna. V tejto súvislosti vystupuje do popredia aj nebezpečenstvo pestovania monokultúr. Z h adiska potenciálnej kapacity výroby teda nie je možné očakáva ve mi široké uplatnenie bionafty. Udáva sa, že v súčasných podmienkach by výrobná kapacita mohla pokry asi 5 % spotreby nafty vo vyspelých krajinách Použitie bionafty Čistý rastlinný olej sa v súčasnosti v doprave používa len minimálne, a to len v špeciálnych motoroch známych ako Elsbett motor. Vo väčšine krajín dnes prevláda používanie esterifikovaného oleja MERO hlavne ako prísady do klasickej nafty. Bežné je zastúpenie až do 30 % MERO v nafte. V USA sa presadzuje palivo s 20 % zastúpením, vo Francúzsku sa predáva zmes 5 % MERO a zvyšok nafta. Na Slovensku bola úspešne testovaná tzv. Bionafta MDT (zmes 30 % MERO a 70 % nafta). Ukazuje sa, že vyššie zastúpenie MERO v nafte ako 30 % vedie k problémom s oxidačnou stabilitou, tvorbou živíc a usadenín v motore, a preto sa vo svete takáto zmes nepoužíva. Použitie čistého MERO v naftových motoroch si tiež vyžaduje isté úpravy vozidla. Výhodou zmesového paliva je aj lepšie štartovanie motora ako na čisté MERO. Prítomnos 10 % MERO v nafte navyše prináša až 30 % zníženie opotrebovania motora. MERO tu vystupuje ako mastiaca prísada s plnohodnotnými vlastnos ami paliva. Bionafta sa okrem klasických naftových vozidiel (prispôsobených pre takéto palivo) využíva hlavne v po nohospodárskych a lesníckych dopravných prostriedkoch (traktory). S jej použitím je možné sa stretnú aj v niektorých lodiach a člnoch, čo súvisí s tým, že bionafta neznečis uje vodu. V Nemecku okrem po nohospodárov bionaftu (čisté MERO) bežne využívajú aj vozidlá taxi služby. Zvyčajne sú tieto vozidlá upravené tak, že umožňujú jazdu na bionaftu aj na naftu. Mníchovská taxikárska spoločnos prešla na bionaftu, ktorá je cenovo porovnate ná s obyčajnou naftou, na jar roku Elsbett motor Príkladom úplne nového riešenia naftového motora upraveného na spa ovanie čistého rastlinného oleja (bez nutnosti jeho esterifikácie) je tzv. Elsbett motor. Tento motor bol vyvinutý nemeckým inžinierom Ludwigom Elsbettom, ktorý v roku 1964 založil v Hilpoltsteine (ne aleko Norimbergu) ústav pre vývoj motorov - Ellsbett Konstruktion. Elsbett motor je charakteristický tým, že spa ovanie čistého rastlinného oleja nezanáša valce motora nedostatočne spálenými uh ovodíkmi. Motor má tri valce s celkovým objemom 1500 cm 3 a je vybavený špeciálnym vstrekovaním paliva, kombinovaným 85

86 s okrúhlou spa ovacou komorou, umiestnenou vo valci motora. Takáto konštrukcia umožňuje spa ovanie paliva pri vysokej teplote v centre obklopenom vrstvou studeného vzduchu. Pri tomto procese dochádza k nižším tepelným stratám na stenách valca a glycerín (zložka oleja) je spa ovaný bez toho, aby vznikali usadeniny na stenách. Valec je vytvorený z dvoch častí. Horná čas pozostáva zo spa ovacej komory a má malý povrch v porovnaní so stenami valca. Táto čas, vyrobená z teplovzdornej liatiny, drží tiež hlavu valca. Dolná čas valca je vyrobená z hliníka, pričom celková hmotnos valca je nižšia ako normálny valec, vyrobený z jednej časti. Elsbett motor sa tiež vyznačuje vyššou účinnos ou. Bežný automobilový motor má účinnos nižšiu ako 30 % (pod a niektorých údajov je táto účinnos podstatne nižšia a dosahuje len 15 %), kým Elsbett motor dosahuje účinnos až 40 %. V benzínovom motore je 28 % tepla zo spa ovacieho procesu vo valci odvedených chladivom, v naftových motoroch je to až 30 %, kým v Elsbett motore je to len 14 až 16 %. Toto sa dosahuje olejovým chladením, ktoré je jednoduchšie a spo ahlivejšie ako chladenie vodou. Zvyšok tepla asi (40 %) odchádza do výfuku. Vyššia účinnos Elsbett motora sa prejavuje aj v nižšej spotrebe. Úspora paliva v motorových vozidlách dosahuje až 30 %. Prebudovaný Volkswagen Passat s Elsbett motorom má napr. spotrebu 4 litre rastlinného oleja na 100 km. Druh motora Palivo Účinnos v % Dojazd v km Elsbett motor rastlinný olej Dieselový motor nafta Dieselový motor MERO Benzínový motor metanol Benzínový motor etanol Benzínový motor benzín Benzínový motor vodík Porovnanie účinnosti rôznych typov motorov a jazdný dosah vozidiel s rôznym typom motora a paliva (Za základ km bol vzatý dojazd auta s benzínovým motorom. Dojazd sa vz ahuje na rovnaký objem paliva) (E. Bédi, 2001) Výhodou Elsbett motora je, že vysoké teploty umožňujú spa ova nielen čistý rastlinný olej, ale aj rôzne iné oleje, ako napr. rybí olej alebo už použitý rastlinný olej z varenia. Motor taktiež umožňuje jazdu na obyčajnú naftu. Takýto typ motora má význam aj pre rozvojové krajiny nachádzajúce sa v tropickom pásme s dostatkom olejnatých rastlín. Ročný zisk palmového oleja napr. dosahuje až kg z hektára (2-krát viac ako z repky) za rok, pričom ve a iných rastlín má vý ažok vyšší alebo porovnate ný s repkou olejnou. Vo vyspelých krajinách by však používanie Elsbett motora mohlo tiež výrazne prispie k znižovaniu spotreby nafty a ozdraveniu životného prostredia. Pod a údajov z Dánska, kde sa Elsbett motor tiež testoval, by pri využití 200 tisíc hektárov pôdy na pestovanie repky bolo možné zásobi rastlinným olejom asi 400 tisíc automobilov, ktoré by mohli ročne v priemere najazdi 10 tisíc km. Uvedená rozloha v súčasnosti zodpovedá nadprodukcii po nohospodárskych produktov v tejto krajine. Elsbett motor sa však nepresadil v širšom meradle hlavne kvôli vyšším nákladom na jeho výrobu a nezáujmu výrobcov automobilov Plynné biopalivá Bioplyn 86 Bioplyn Vstupné suroviny: hnoj, kal z ČOV, komunálne odpady, rastliny a zvyšky z potravinárskeho priemyslu (napr. bitúnky). Využitie: výroba elektriny a tepla. Maximálny potenciál v SR: 15 PJ Realistický potenciál v SR: 5 PJ Tvorba pracovných miest: 155 pracovných miest na každý PJ vyrobenej energie (560 miest/tw.h). Vplyv na životné prostredie: pozitívny. Na hnojenie po nohospodárskej pôdy je z h adiska únikov skleníkového plynu metánu výhodnejšie používa odplynený hnoj. Bariéry rozvoja: nedostatok finančných prostriedkov v po nohospodárskych podnikoch, náklady na ochranu spodných vôd, nejasné trendy v po nohospodárskej živočíšnej výrobe. Zaujímavosti a rady: množstvo tepla, ktoré by bolo možné získa využitím iba kravského hnoja by postačilo na vykurovanie bytov. Vyrobenou elektrinou by bolo možné rozsvieti 3 milióny 100 W žiaroviek každý deň na 5 hodín. Využitím celého potenciálu bioplynu by sme vytvorili v SR pracovných miest. (E. Bédi, 1996)

87 Každá organická hmota po odumretí podlieha rozkladu, pri ktorom sa uvo ňuje bioplyn. Vzh adom na to, že bioplyn neustále vzniká pri hnití, jeho využitie pre energetické účely predstavuje jeden z najekonomickejších spôsobov ekologického zneškodňovania odpadov. Bioplyn sa v súčasnosti účelovo získava hlavne zo skládok komunálneho a po nohospodárskeho odpadu. Reakciu vzniku bioplynu je možné zapísa nasledovne: BIOMASA + BAKTÉRIE = BIOPLYN (CH 4, CO 2,...) + ŽIVINY (N, P, K, S,...) Zloženie bioplynu závisí od vstupných surovín a podmienok jeho výroby, vo väčšine prípadov je však nasledovné: metán (CH 4) 55 až 70 %, oxid uhličitý (CO 2) 30 až 45 %, sírovodík (H 2S) 1 až 2 %, dusík (N 2) 1 %, vodík (H 2) 1 %, oxid uho natý (CO) stopové množstvo, kyslík (O 2) stopové množstvo. Bioplyn predstavuje hodnotné palivo a energia v ňom obsiahnutá je len asi o tretinu nižšia ako v zemnom plyne. Z tohto dôvodu je dnes cielene vyrábaný, v špeciálne vybudovaných zariadeniach, vo viacerých krajinách sveta (vrátane Slovenska). Vstupnú surovinu tvorí zväčša hnojovica alebo organické kaly, z ktorých sa bioplyn vyrába v digestoroch. Objem digestorov sa pohybuje od jedného metra kubického (domáci digestor) až do nieko ko tisíc m 3 (ve ké farmy). Vstupná surovina v digestore vyhníva od 10 dní do nieko ko týždňov v závislosti od zloženia a okolitej teploty. Hoci baktérie pri rozklade organickej látky samotné vytvárajú teplo, v našich klimatických podmienkach v zimnom období toto teplo nie je dostatočné, a preto je potrebné digestor ohrieva vonkajším zdrojom - zvyčajne spa ovaním časti vznikajúceho bioplynu. Teplota, pri ktorej vyhnívanie v digestore prebieha optimálne, by nemala klesnú pod 35 o C. Bioplyn je z digestorov odčerpávaný, skladovaný a následne spa ovaný zvyčajne v plynovej turbíne. Schéma malého zariadenia na výrobu bioplynu z Číny (celkový poh ad a prierez) Spa ovaním bioplynu je možné získa tak elektrinu ako aj teplo. Takáto výroba prebieha najčastejšie v tzv. kogeneračnej jednotke, pričom výroba elektriny predstavuje asi % a tepla % energie obsiahnutej v bioplyne. Zvyšok predstavuje tepelná energia potrebná na udržanie optimálnej prevádzkovej teploty. Uvedený proces je perspektívny hlavne pre po nohospodárske družstvá, čističky odpadových vôd alebo skládky komunálneho odpadu, kde vzniká tzv. kalový plyn. Proces vyhnívania organických zvyškov prebieha v digestoroch bez prístupu vzduchu a okrem bioplynu tu vzniká aj tuhý odpad, ktorý je vhodným hnojivom pre po nohospodárske účely. Druh Výkaly Bioplyn Výroba elektriny Výroba tepla (m 3 /deň) (m 3 /deň) (kw.h/rok) (kw.h/rok) Krava (500 až 550 kg) 0,04 0,06 1,0 1, Ošípaná (150 kg) 0,006 0,01 0,3 0,4* Sliepka (2,2 kg) 0,3 0, Priemerné hodnoty produkcie bioplynu a potenciálne množstvo elektriny a tepla vyrobeného v kogeneračnej jednotke s plynovou turbínou (* Pri výrobe bioplynu z hnoja ošípaných sa počíta s kratšou dobou skladovania v reaktore asi 15 dní, v prípade využívania kravského hnoja 20 až 25 dní) (E. Bédi, 1998 a 2001) Vysoká koncentrácia zvierat v našich po nohospodárskych podnikoch predstavuje značný kapitál z h adiska potenciálnej výroby bioplynu. Hnoj vznikajúci pri živočíšnej výrobe často vyvoláva problémy spojené s ochranou spodných vôd a zaobchádzanie s ním vyvoláva dodatočné finančné náklady. 87

88 Výroba energie z bioplynu má značné ekologické výhody. Tým, že toto palivo nahrádza fosílne zdroje, znižuje emisie skleníkových plynov a iných škodlivín do atmosféry. Navyše, v po nohospodárskych podnikoch znižuje zápach pri skladovaní hnojovice, tiež znižuje nároky na ochranu spodných vôd pred kontamináciou hnojovicou. Na výrobu bioplynu sa viaže aj tvorba nových pracovných príležitostí. Z dánskych skúseností vyplýva, že na výrobu jednej TW.h vznikne asi 560 nových miest, z ktorých 420 je spojených s výrobou a údržbou a 140 pripadá na výstavbu zariadení (2 000 človeko-rokov na výstavbu zariadenia vyrábajúceho 1 TW.h počas 14 rokov). Tieto údaje sú platné pre mechanizované systémy zvážania hnojovice do centralizovaného bioplynového zariadenia Skládkový plyn Ve ká čas bežného domáceho odpadu končí na komunálnych skládkach odpadov. Ke že tieto odpady sa skladajú prevažne z organických látok a na skládkach sú vhodné podmienky pre hnitie, sú tieto miesta zdrojom bioplynu. Na rozdiel od procesu hnitia, ktorý prebieha v digestoroch, sú podmienky na skládkach odlišné. Nie je tu ani dostatočná teplota ani vlhkos, čo celý proces hnitia spoma uje a tvorba bioplynu prebieha po rokoch a nie po týždňoch. Výsledný produkt - skládkový plyn - je tiež zmesou metánu a oxidu uhličitého, podobne ako bioplyn. Zo skúseností vyplýva, že počas životnosti skládky vznikne asi m 3 plynu z každej tony odpadu. Obsah metánu v skládkovom plyne predstavuje asi 50 až 60 %, čo vedie k energetickej hodnote plynu na úrovni 5-6 GJ na tonu odpadu. Technológia získavania plynu zo skládok po ich uzatvorení pozostáva z prekrytia skládky ílovou vrstvou alebo iným nepriepustným materiálom (čím sa vytvorí vhodné prostredie) a z umiestnenia sústavy zberných potrubí s otvormi do ktorých vniká plyn. Na niektorých novších skládkach sú potrubia umiestňované už pred zavážaním odpadov. Skládkový plyn sa bežne využíva na výrobu elektriny a tepla. Používané sú pri tom ve ké spa ovacie motory. Na chod 500 kw motora je potrebná dodávka asi 10 GJ plynu za hodinu Drevoplyn Pri výrobe drevoplynu dochádza k premene tuhých palív (najčastejšie dreva) na plynné, s cie om získa čo najvyšší obsah energie v plynnej forme. Celý proces prebieha v splyňovacom zariadení. Ku splyňovaniu organického materiálu dochádza tak, že vzduch prechádza cez predohriaty materiál, pričom v ňom prebieha chemická reakcia s následným vznikom drevoplynu a ako nespálite ný zvyšok sa tvorí popol. Zloženie vznikajúceho drevného plynu sa mení v závislosti od použitej biomasy a obsahu vlhkosti v palive. Bežné zloženie drevoplynu je nasledujúce: oxid uho natý (CO) 20 až 30 %, vodík (H 2) - 10 až 25 %, metán (CH 4) 0 až 4 %, oxid uhličitý (CO 2) 2 až 15 %, dusík (N 2) 45 až 60 %. Energetická bilancia vyjadrujúca pomer získanej a vloženej energie je pre väčšinu biopalív pozitívna, čo platí aj pre drevoplyn. Drevoplyn je možné získa nielen z dreva, ale aj z viacerých iných vstupných surovín, ako je napr. slama, škrupiny z orechov alebo obilie Plynné biopalivá v motorových vozidlách Použitie plynných palív v motoroch s vnútorným spa ovaním nie je nové. Už v roku 1860 belgický inžinier J. E. Lenoir zostrojil dvojtaktný plynový motor. V roku 1876 ho nasledoval nemecký inžinier N. Otto (konštruktér benzínového motora), ktorý postavil štvortaktný motor na stlačený plyn. Pod a dostupných údajov, prvý Ottov motor poháňaný bioplynom bol skonštruovaný v Indii v roku Počas 2. svetovej vojny bol v Európe ve mi rozšíreným plynným palivom drevoplyn. Drevoplyn používali tak osobné ako aj nákladné a vojenské vozidlá. Len vo Francúzsku sa v roku 1943 pohybovalo na cestách viac ako 60 tisíc vozidiel vybavených zariadením na splyňovanie drevného uhlia. Vo Švédsku počet týchto vozidiel dosiahol 75 tisíc. Mnoho vozidiel na drevoplyn sa však pohybovalo aj na našich cestách a starší udia si na ne ešte dobre pamätajú. Obidve palivá, tak drevoplyn ako aj bioplyn, je možné použi v benzínových a naftových motoroch. Je však potrebné v nich urobi isté úpravy, hlavne zmeni kompresný pomer na asi 13:1. Úprava naftového motora je o niečo zložitejšia, avšak tým, že tento motor je odolnejší, často sa plynné palivá využívajú na pohon po nohospodárskych vozidiel. Výhodou plynných palív je, že pri spa ovaní sa lepšie miešajú so vzduchom, a preto lepšie horia ako kvapalné palivá. Ďalšou výhodou týchto palív v porovnaní s benzínom a naftou je, že majú vyššie oktánové číslo. Vyššia kvalita plynných palív umožňuje použitie vyššieho kompresného pomeru - až do 10:1 v benzínových spa ovacích motoroch a 15:1 v naftových motoroch, čo má za následok vyšší výkon a účinnos motora.

89 Druh paliva Min. energetická Min. energetická Oktánové číslo Kritická teplota hodnota (MJ/m 3 ) hodnota (MJ/kg) ( C) Bioplyn 21,6 17, Drevoplyn 5,57 5, Metán 35,9 50, LPG 93,5 46, Nafta - 42,7 - - Benzín - 43, Porovnanie vlastností niektorých palív (E. Bédi, 2001) Výkon motora Benzínový motor Naftový motor 10 kw 6,0 4,5 20 kw 12,0 9,0 30 kw 18,0 13,5 50 kw 30,0 22,5 80 kw 48,0 36,0 Spotreba bioplynu v m 3 /hod pri benzínovom a naftovom motore (E. Bédi, 2001) Nevýhodou bioplynu vo vozidlách je nutnos jeho skladovania pod vysokým tlakom. Tlak plynu je často 200 bar a viac. To si zvyčajne vyžaduje umiestnenie plynových fliaš po stranách traktora alebo na streche. Pri správne nastavených otáčkach motor na bioplyn produkuje menej emisií, hlavne oxidu uho natého a oxidov dusíka, ako motor na benzín alebo naftu. Vznikajúce uh ovodíky majú tiež nižšiu reaktivitu ako v prípade spa ovania klasických palív, a preto vedú k nižšej tvorbe smogu. Nevýhodou je prítomnos sírovodíka v emisiách. 6. VETERNÁ ENERGIA Veterná energia Vstupný zdroj energie: energia vetra. Využitie: výroba elektrickej energie do siete (ve ké turbíny), čerpanie vody, výroba teplej úžitkovej vody a prikurovanie v rodinných domoch (menšie turbíny). Maximálny potenciál v SR: 3 mld. kw.h/rok. Realistický potenciál v SR: 1 mld. kw.h/rok. Tvorba pracovných miest: 10 miest na 1 MW inštalovaného výkonu. Vplyv na životné prostredie: hluk. Bariéry rozvoja: vysoké investičné náklady a úroky, dlhá návratnos investícií, málo vhodných lokalít v SR. Zaujímavosti a rady: veterná turbína s výkonom kw.h/rok pokryje spotrebu elektrickej energie pre viac ako 300 domácností a nahradí pritom 120 ton čierneho alebo 200 ton hnedého uhlia. Zníženie emisií za jeden rok predstavuje: SO 2 2 až 3 tony, NO x 1,2 až 2,4 tony, CO až 500 ton, pevné zložky 160 až 280 kg, popolček 16 až 28 ton. (E. Bédi, 1996) Energia vetra má tiež svoj pôvod v slnečnej aktivite. Zohrievaním vzduchu a jeho následným stúpaním do výšky dochádza k prúdeniu vzdušnej masy (vietor) okolo Zeme. Z 1,15 x 10 5 TW.r energie absorbovanej zemským povrchom za rok sa asi 370 Tw.r mení na energiu vetra a vĺn. 89

90 6.1. História a prognózy Využívanie sily vetra siaha nieko ko tisíc rokov do minulosti a sú s ním spájané počiatky udskej civilizácie, kedy sa človek rozhodol využi túto energiu na pohon plavidiel. Jednoduché plachetnice, ktoré sa zachovali do dnešnej doby, sú staré viac ako 5000 rokov a pochádzajú z Egypta. Najstaršie mlyny poháňané vetrom pochádzajú z dnešného Afganistanu a sú staré viac ako 2700 rokov. Tieto zariadenia sa bežne využívali na mletie obilia aj v iných častiach sveta. Okrem toho sa tiež používali na zavlažovanie polí na viacerých ostrovoch Stredozemného mora. Na Kréte sú takto využívané dodnes. Prvé vetrom poháňané vodné čerpadlo sa objavilo v USA v roku Bola to jednoduchá veterná ružica s viacerými malými plachtami a dreveným chvostom, ktorý natáčal celé zariadenie v smere prúdenia vetra. V roku 1940 pracovalo v USA viac ako 6 miliónov takýchto veterných čerpadiel. Okrem čerpania vody sa využívali aj na výrobu elektrickej energie. Udáva sa, že zápas o osídlenie Divokého západu bol zvládnutý aj v aka veterným čerpadlám, ktoré napájali vodou obrovské stáda dobytka. 20. storočie však znamenalo nástup nových energetických zdrojov - elektriny, ropy a zemného plynu, ktoré veterné čerpadlá postupne zatlačili do pozadia. Tento stav trval až do ropnej krízy v 70. rokoch, kedy sa záujem o veternú energiu znovu oživil. Štátna podpora vývoja a výskumu dala v mnohých krajinách podnet pre rozvoj nových technológií. Snaha sa sústredila hlavne na výrobu elektriny veternými turbínami, čo súviselo s tým, že vo vyspelých krajinách nemá čerpanie vody veternými agregátmi taký význam ako napr. v rozvojových krajinách. Na začiatku súčasného rozvoja veternej energetiky vo svete stál vývoj a výroba malých veterných turbín. Tieto malé zariadenia sa využívali pre jednoduché aplikácie avšak po tom, čo ich výkon postupne narastal, stratili význam ako zdroj elektrickej energie pre jednotlivé domy. V súčasnosti prakticky všetky väčšie turbíny dodávajú elektrickú energiu do siete. Súvisí to s tým, že výkon jednej turbíny je zvyčajne omnoho väčší ako je spotreba jednej resp. viacerých domácností. Navyše v miestach, kde rýchlos vetra dosahuje v ročnom priemere viac ako 5 m/s sa začínali už od 80. rokov budova veterné farmy, ktoré svojou výrobou prevyšovali spotrebu celých obcí. Prvé takéto farmy boli vybudované v Kalifornii. V USA sú tieto farmy vlastnené súkromnými spoločnos ami (nezávislými výrobcami) a nie ve kými elektrárenskými spoločnos ami. Hoci výstavba týchto zdrojov sa nezaobišla bez problémov, rozvoj veternej energetiky sa nedal zastavi a dnes sa len v Kalifornii nachádza asi 16 tisíc väčších turbín, ktoré vyrábajú viac elektrickej energie ako jej ročne spotrebuje napr. San Francisco. V USA bol z h adiska rozvoja veternej energie rozhodujúci rok 1973 a prudký rast cien energie ako dôsledok začiatku ropnej krízy. Cena ropy sa v tomto období vyšplhala až na 60 USD za barel. V tom čase vyvinul Westinghouse Electric prvú generáciu 200 kw veterných turbín, ktorých výkon postupne vzrastal. Najväčšia turbína tohto výrobcu bola inštalovaná v Oahu na Hawaji má výkon 3,2 MW. V aka daňovým ú avám (25 %) pre investorov a zákonu, ktorý umožňoval nezávislým výrobcom vyrába a predáva elektrickú energiu, bolo v období rokov len v Kalifornii inštalovaných turbín. Daňové ú avy boli zrušené na konci roka Ke že žiadny z malých výrobcov veterných turbín nebol vlastnený ve kými spoločnos ami, po zrušení ekonomického stimulu a poklese ceny ropy na 10 dolárov za barel, väčšina týchto firiem zanikla. Výrobcovia, ktorí toto cenové narovnanie prežili a vyrábajú turbíny dodnes sú tí, ktorí vyrábali najspo ahlivejšie zariadenia a mali najlepšiu reputáciu. Na konci 90. rokov však výroba veterných turbín v USA znovu vzrástla a spolu s rastom počtu dovážaných turbín z Európy bol v USA opä oživený trh s veternou energiou. Dánsky priemysel výroby veterných turbín je príkladom obrovského obchodného úspechu. Toto odvetvie sa prakticky z nuly v roku 1980 dopracovalo až k obratu 1 miliardy dolárov v roku Dánske turbíny dnes dominujú na svetových trhoch a ich výrobcovia zamestnávajú 15 tisíc udí. Obchodný obrat je dvakrát väčší ako dánsky obrat z ažby zemného plynu v Severnom mori. Výroba, hlavne na export, dosiahla MW v roku V súčasnosti viac ako polovica turbín inštalovaných na celom svete pochádza z Dánska. Tento úspešný vývoj je dôsledkom počiatočnej vládnej podpory pre obnovite né energetické zdroje, z ktorej bolo hradených až 30 % investičných nákladov na výstavbu týchto technológií. Štátna podpora stála na začiatku úspešného vývoja priemyslu s veternými turbínami. Taktiež znamenala rozvoj technológie spa ovania slamy, výroby bioplynu aj solárnych kolektorov. Vláda vytvorila osobitnú výskumno-vývojovú základňu - National Wind Turbine Test Centre v Riso, ktorá poskytovala výrobcom odbornú pomoc. Štátna podpora krytia investičných nákladov bola po úspešnom začiatku znížená v roku 1986 na 15 % a po tom, čo sa toto priemyselné odvetvie definitívne stabilizovalo bola úplne zrušená v roku Uvedená podpora bola čiastočne nahradená daňovými ú avami pre majite ov veterných turbín, ktorým sa čas príjmu z predaja elektriny nezdaňuje. Na rozdiel od situácie v USA a Dánsku, kde bol ve ký počet turbín inštalovaný začiatkom 80. rokov, bol vývoj v Nemecku oneskorený. Spolková vláda iniciovala podporné programy až v roku Počas prvých siedmych rokov bolo v tejto krajine inštalovaných len asi 250 MW výkonu vo veterných elektrárňach. Avšak po prijatí zákona, pod a ktorého sú elektrárenské spoločnosti vykupujúce elektrinu od nezávislých výrobcov im povinné plati až 0,17 DM/kW.h (počas prvých 5 rokov, neskôr 0,12 DM/kW.h), nastal výrazný obrat. V súčasnosti je Nemecko na prvom mieste na svete nielen v celkovom inštalovanom výkone veterných elektrární ale aj v ročnom prírastku výkonu. Až polovica výkonu veterných elektrární EÚ sa nachádza v Nemecku. Len v roku 1999 bolo v tejto krajine inštalovaných MW, čo je dvojnásobok inštalovaného výkonu v predošlom roku. Priemerná ve kos turbín taktiež vzrástla a dosiahla 937 kw. V roku 1998 bola 785 kw a v roku 1995 len 457 kw. Od roku 1993 predstavuje priemerný ročný prírastok výkonu veterných agregátov v Nemecku 53 % a turbín ročne vyrobí 8,5 miliárd kw.h elektrickej energie, čo sú 90

91 2 % spotreby v krajine. V spolkovej krajine Schleswig-Holstein však tento podiel predstavuje až 20 %. Veterný priemysel zamestnával v tom čase v Nemecku až 25 tisíc udí a v roku 1999 dosiahol obrat vrátane exportu 4 miliardy DM. Rozvoj veterných elektrární vo svete je skutočne búrlivý a dnes predstavuje najrýchlejšie rastúce odvetvie výroby elektriny. Do konca roka 1998 bol celkový celosvetový výkon inštalovaných turbín viac ako MW a vyrábal dostatok elektriny pre zásobovanie asi 3,5 milióna domácností. Rok Svet (MW) Európa Rozvoj využitia veternej energie vo svete (E. Bédi, 2001) Aj napriek pozitívnemu vývoju sú viacerí odborníci presvedčení, že nárast inštalovaného výkonu veterných elektrární by mohol by ešte väčší. Pod a štúdie Wind Force 10 by sa veterná energia mohla podie a asi 10 % na celosvetovej výrobe elektriny v roku 2020 a inštalovaný výkon by mohol dosiahnu až 1,2 milióna MW. Tým by vzniklo asi 1,7 milióna nových pracovných miest. Uvedený výkon by znamenal väčšiu výrobu elektriny ako je jej súčasná spotreba v Európe. Celosvetový potenciál veternej energie sa odhaduje na asi 53 trilión kw.h, čo je asi 17-krát viac ako cie uvedený v štúdii Wind Force 10. Pod a tejto štúdie by cena vyrobenej elektriny mala klesnú do roku 2020 na 0,025 USD/kW.h. Realizovaním takéhoto 10 %-ného cie a by bolo možné zníži emisie oxidu uhličitého o 1,8 miliardy ton v roku Technológie využívajúce obnovite né energetické zdroje sa stali významným zdrojom nových pracovných príležitostí a len v EÚ viedli k vytvoreniu 110 tisíc pracovných miest. Výroba, výstavba a údržba veterných agregátov sa na tomto čísle podie ala v roku 1997 asi 20 %. Väčšina zo 700 spoločností pracujúcich v tomto odvetví sú malé a stredné podniky. Tým, že toto odvetvie zaznamenáva stály rast, rastie aj počet novovytvorených miest. Na konci roka 1996 bolo v tomto sektore zamestnaných asi 20 tisíc obyvate ov EÚ, na konci roka 2000 to bolo už 40 tisíc Podmienky využívania veternej energie Najlepšie poveternostné podmienky pre výstavbu veterných turbín sú v blízkosti morských pobreží a na kopcoch. Dostatočnú intenzitu, využite nú veternými agregátmi, však vietor dosahuje aj na iných miestach. Nevýhodou je, že vietor je menej predvídate ný ako napr. slnečná energia, avšak jeho dostupnos počas dňa je zvyčajne dlhšia ako v prípade slnečného žiarenia. Intenzita vetra je do výšky asi 100 metrov ovplyvnená hlavne terénom a prekážkami. Veterná energia je teda viac miestne špecifická ako slnečná energia. V kopcovitom teréne sa dá očakáva, že napr. dve miesta majú rovnakú intenzitu dopadajúceho slnečného žiarenia avšak intenzita vetra sa môže vzh adom na smer prevládajúcich vetrov ve mi líši. Z tohto dôvodu je potrebné venova ove a väčšiu pozornos umiestňovaniu veterných turbín ako slnečných kolektorov alebo článkov. Veterná energia taktiež vykazuje sezónne zmeny intenzity a je najväčšia v zimných mesiacoch a najnižšia v lete. Je to presne opačne ako v prípade slnečnej energie, a preto sa slnečná a veterná technológia vhodne dopĺňajú. Príkladom môžu by podmienky v Dánsku, kde intenzita slnečného žiarenia dosahuje 100 % v lete a len 18 % v januári. Veterné elektrárne tu produkujú 100 % energie v januári a asi 55 % v júli. Pre výpočet energie vyrobenej veterným agregátom je potrebné pozna nieko ko vz ahov. Energia je priamo úmerná ploche rotora, tretej mocnine rýchlosti vetra a hustote vzduchu. Pri zvažovaní využívania veternej energie musíme zhodnoti nieko ko miestnych a technologických faktorov: Hustota vzduchu Rotor turbíny sa krúti v dôsledku tlaku vzduchu na jeho listy. Čím viac vzduchu - tým rýchlejšie sa krúti, a tým je výroba energie väčšia. Z fyzikálnych zákonov vyplýva, že kinetická energia vzduchu je priamo úmerná jeho hmotnosti, z čoho vyplýva že energia vetra závisí od hustoty vzduchu. Hustota vyjadruje množstvo molekúl v jednotke objemu vzduchu. Pri normálnom atmosférickom tlaku a pri teplote 15 o C jeden m 3 vzduchu váži 1,225 kg. Hustota mierne rastie s narastajúcou vlhkos ou, čím sa vzduch stáva hustejší v zime ako v lete, a preto je aj výroba energie pri rovnakej rýchlosti vetra v zime väčšia ako v lete. Hustota vzduchu je však jediný parameter, ktorý nie je v daných podmienkach možné meni. 91

92 Plocha rotora Rotor (vrtu a) veternej turbíny zachytáva energiu vzduchu, ktorý naň dopadá. Je zrejmé, že čím je plocha rotora, väčšia, tým viac energie je schopný vyrobi. Nako ko plocha zabraná rotorom narastá s druhou mocninou priemeru rotora je dvakrát väčšia turbína schopná vyrobi štyrikrát viac energie. Avšak zväčšovanie priemeru rotora nie je jednoduché, hoci sa to môže na prvý poh ad zda. Narastajúci priemer vrtule má za následok väčší tlak na celý systém pri danej rýchlosti vetra. Aby mohla turbína tento tlak vydrža, je potrebné použi pevnejšie mechanické časti, čo celý systém predražuje. Rýchlos vetra Rýchlos vetra je najdôležitejším parametrom ovplyvňujúcim množstvo energie, ktoré je turbína schopná vyrobi. Narastajúca intenzita vetra znamená vyššiu rýchlos rotora, a teda väčšiu produkciu energie. Množstvo vyrobenej energie závisí od tretej mocniny rýchlosti vetra. Z uvedeného vyplýva, že ak sa rýchlos vetra zvýši dvojnásobne, tak sa výroba energie zvýši osemnásobne. V (m/s) E (W/m 2 ) V (m/s) E (W/m 2 ) Z predchádzajúcej tabu ky je možné zisti energiu vetra vo W/m 2 na základe jeho rýchlosti pri štandardných podmienkach (suchý vzduch s hustotou 1,225 kg/m 3 ). Pre výpočet bol použitý nasledujúci vz ah pod a Danish Wind Turbine Manufacturers Association: kde (v) je rýchlos vetra v m/s. E= 0,5 x 1,225 x v 3 Príroda nám poskytuje rozdielne poveternostné podmienky, pričom rýchlos vetra sa neustále mení. Veterné turbíny sú špeciálne stavané tak, aby boli schopné využi rýchlosti vetra od 3 do 30 m/s. Vyššia rýchlos by mohla turbínu poškodi, a preto sú väčšie turbíny vybavené brzdami, ktoré v prípade potreby zastavia otáčanie rotora. Menšie turbíny sú často stavané tak, aby boli schopné využi aj rýchlosti vetra nižšie ako 3 m/s, a niektoré z nich sú riešené tak, že v prípade ve mi silného vetra sa natočia do bezpečnej polohy. Drsnos terénu Zemský povrch (terén) so svojou vegetáciou a budovami je dôležitým faktorom ovplyvňujúcim rýchlos vetra. Množstvo prekážok v teréne sa často označuje ako jeho drsnos. So zvyšujúcou sa výškou nad terénom sa drsnos znižuje a prúdenie vzduchu sa stáva laminárne, čo znamená aj vyššiu rýchlos vetra. Vysoko nad zemou (vo výške okolo jedného kilometra) rýchlos vetra prakticky nie je ovplyvňovaná terénom. Naproti tomu v nižších výškach je ovplyvňovaná ve mi silno. Pre využívanie veternej energie je podstatné, že čím je drsnos terénu vyššia, tým je vietor viac spoma ovaný. 92

93 Trieda drsnosti Typ terénu 0 Vodná plocha. 0,5 Úplne otvorený terén s hladkým povrchom napr. ako letiska. 1,0 Otvorená po nohospodárska plocha bez plotov s ve mi riedko rozostavanými malými budovami. Mierne zaoblené kopce. 1,5 Po nohospodárske plochy s nieko kými domami do výšky 8 metrov a vzdialenos ou medzi nimi asi metrov. 2,0 Po nohospodárske plochy s nieko kými domami do výšky 8 metrov a vzdialenos ou medzi nimi asi 500 metrov. 2,5 Po nohospodárske plochy s nieko kými domami do výšky 8 metrov a vzdialenos ou medzi nimi asi 250 metrov. 3,0 Dediny, malé mestá, po nohospodárske plochy s viacerými vyššími budovami, lesy a ve mi nerovný terén. 3,5 Ve ké mestá. 4,0 Ve mi ve ké mestá s vysokými budovami. Tienenie turbínou Ke že veterná turbína vyrába energiu z vetra, musí ma vietor za turbínou menšiu energiu ako pred turbínou. Táto skutočnos priamo vyplýva z pravidla, že energia sa nemôže ani vytvára ani spotrebováva - môže by len premieňaná z jednej formy na druhú. Veterná turbína bude vždy predstavova prekážku pre iné turbíny, umiestnené za ňou resp. v jej blízkosti. Za jej chrbtom sa vytvára dlhý prúd turbulentného a spomaleného vetra. Turbíny vo veterných parkoch sú z tohto dôvodu rozmiestňované vo vzdialenosti min. trojnásobku priemeru rotora, aby sa vplyv turbulencií obmedzil na minimum. V smere prevládajúceho vetra sú turbíny rozmiestňované v ešte väčších vzdialenostiach. Turbulencie nielen obmedzujú výrobu energie turbínou, ale znamenajú pre ňu aj väčšiu mechanickú zá až a rýchlejšie opotrebovanie niektorých jej častí. Priemerná rýchlos vetra Informácia o rýchlosti vetra v danej lokalite je nesmierne dôležitá z h adiska správneho umiestnenia turbíny. V praxi sa využíva hlavne údaj o priemernej celoročnej rýchlosti vetra. Kratšie obdobia, ako napr. mesačné alebo denné priemery, sa využívajú pri ve mi precíznej analýze podmienok, hlavne v prípadoch kedy je dôležitá doba medzi dostatkom vetra a požadovanou výrobou energie. Časové zmeny rýchlosti vetra v danom mieste sa udávajú ako relatívna pravdepodobnos vyššej či nižšej rýchlosti vo vz ahu k priemernej rýchlosti. Typické rozdelenie rýchlostí vetra (nazývané tiež Rayleighovo rozdelenie, alebo špeciálne Weibullovo rozdelenie) znamená, že je len malá pravdepodobnos bezvetria, resp. vetra s dvojnásobnou rýchlos ou ako je priemerná. Najčastejšie sa vyskytujú rýchlosti na úrovni 75 % priemernej rýchlosti. Rýchlos vetra sa výrazne mení aj v priebehu roka, pričom najvyššia býva v zimných mesiacoch. Meranie (o minimálnej dĺžke analytických meraní 4 mesiace) sa zvyčajne robí mechanickým zariadením, nazývaným anemometer. Anemometer má vertikálnu os a lyžičky zachytávajúce vietor. Počet otáčok za minútu je elektronicky zaznamenávaný. Obyčajne je anemometer vybavený aj natáčacím zariadením na zis ovanie smeru vetra. Existujú aj iné typy anemometrov, ako sú laserové alebo ultrazvukové, ktoré zaznamenávajú fázový posun zvuku alebo svetla odrážaného od molekúl vzduchu. Anemometre s horúcim vláknom zaznamenávajú rýchlos vetra na základe okamžitých zmien teplôt medzi vláknami umiestnenými vo vetre. Výhodou nemechanických zariadení je, že sú menej citlivé na námrazu. V praxi sa však mechanické anemometre používajú takmer všade, pričom špeciálne modely s elektricky vyhrievanými lyžičkami sa používajú napr. v polárnych oblastiach. 93

94 Iným spôsobom, ako zisti silu vetra, je sledovanie zdeformovania (zakrivenia) stromov. Stromy, hlavne ihličnaté, sú často ohýbané vetrami a silné vetry ich deformujú. Toto zdeformovanie býva ve mi významné hlavne pre osamotene stojace vysoké stromy. V smere vetra sú vidite né aj rozdiely v dĺžke vetiev. Vetvy sú kratšie v smere odkia vietor prevažne fúka a dlhšie v smere kam fúka. Pri určovaní správneho miesta pre turbínu je preto možné orientova sa aj pod a týchto znakov. Sledovanie zdeformovania stromov v lesoch však nemá význam, ke že stromy sa vzájomne ovplyvňujú a znižujú rýchlos vetra. Rýchlos vetra je možné orientačne zisti aj z Griggs-Punamovho indexu deformity stromov (pozri obrázok ved a). Zakrivenie stromov býva znakom silných vetrov. Určenie výkonu turbíny Určenie typu a potrebného výkonu turbíny je ve mi dôležitá a náročná úloha. Nielen kvalita turbíny, ale aj jej vhodnos pre dané podmienky, ako sú rýchlos vetra a spotreba energie, sú rozhodujúce. Výška turbíny Energia obsiahnutá vo vetre je okrem iných parametrov funkciou tretej mocniny rýchlosti vetra. Preto najjednoduchšou cestou ako zvýši výrobu energie turbínou je zvýšenie rýchlosti vetra. Túto je možné zvýši bu umiestnením turbíny na veternejšie miesto alebo zväčšením výšky stožiara. Rýchlos vetra výrazne narastá s pribúdajúcou výškou. Napríklad energia vetra môže by až o 100 % väčšia vo výške 30 metrov ako vo výške 10 metrov. Podstatné je, že jedna 30 metrov vysoká turbína je lacnejšia, ako napr. dve 10 metrové turbíny. Pravidlom je, že turbíny by mali ma minimálnu výšku asi 10 metrov nad okolitými prekážkami v okruhu 100 metrov. Realistické minimum je asi 15 metrov nad úrovňou prekážok a potom ís tak vysoko, ako je to možné. Menšie turbíny sa zvyčajne umiestňujú na nižšie stožiare ako ve ké turbíny. Napríklad 250 W turbína má zvyčajne stožiar vysoký metrov, kým 10 kw turbína si vyžaduje výšku metrov. Turbína tiež musí ma masívny stožiar, aby vydržala turbulencie vetra Technológia veternej turbíny Moderné veterné turbíny sa zvyčajne skladajú z nasledujúcich komponentov: listy rotora, rotor, prevody, generátor, elektronika a regulačné zariadenie. Listy rotora sú čas ou turbíny ktorá zachytáva energiu vetra. Tvar týchto listov je ve mi prepracovaný a umožňuje mimoriadne efektívne prenáša silu vetra na rotor. Listy sú vyrábané z laminátov, polyesterov alebo iných plastických materiálov. Niektoré z nich majú drevenú os. Všetky tieto materiály sa vyznačujú kombináciou pevnosti a ohybnosti. Navyše plasty ani drevo nerušia televízny signál v ich okolí. Priemer listov rotora sa pre ve ké turbíny pohybuje od 25 do viac ako 50 metrov a každý list môže váži aj jednu tonu. Rotor predstavujú listy a centrálna os, ku ktorej sú pripevnené. Os je pripojená na hlavný prevod systému. Prevody a ložiská sú dôležité z h adiska efektívneho prenosu krútiaceho momentu na generátor elektrického prúdu. Generátor má podobnú konštrukciu ako generátor v tradičnej elektrárni na fosílne palivá. V mnohých turbínach je činnos jednotlivých komponentov regulovaná elektronicky, a tiež môže by riadená dia kovo. Použitá elektronika má za úlohu udrža rovnaké napätie pri meniacich sa otáčkach generátora. Hoci rôznorodos veterných turbín je ve ká, väčšina moderných turbín sa dodáva v dvoch konfiguráciách - s horizontálnou alebo vertikálnou osou. Turbíny s horizontálnou osou sú najbežnejším typom turbín. Ve ké turbíny majú rotor s dvoma alebo troma listami umiestnenými na vrchu stožiara. Rotor môže ma aj viac listov. Takéto rotory s viacerými listami najčastejšie využívajú malé agregáty napr. na čerpanie vody. Snaha o zužitkovanie energie vetra čo najúčinnejšie znamená, že listy rotora musia čo najviac zachytáva prúdiaci vzduch. Rotor s ve kým počtom listov pokrýva celú plochu zabranú rotorom pri ve mi malých

95 otáčkach, kým rotor s menším počtom listom sa musí otáča( rýchlejšie, aby pokryl celú plochu. Teoreticky, čím viac by mal rotor listov, tým by mal by( účinnejší. V skutočnosti sa však listy rotora vzájomne ovplyvňujú a ve/ký počet listov spoma/uje otáčky. Na druhej strane však väčší počet listov dáva vyšší počiatočný moment krútenia, čo využívajú malé agregáty štartujúce už pri nízkych rýchlostiach vetra. Turbíny s vertikálnou osou majú vertikálne umiestnenú rotujúcu os. Listy rotora sú dlhé, zaoblené a pripevnené k veži na oboch koncoch - hore aj dole. Vo svete neexistuje ve/a výrobcov takýchto turbín a ich design vychádza z návrhu francúzskeho konštruktéra G. Darrieusa, po ktorom sa takáto konštrukcia tiež nazýva. Turbína s horizontálnou osou (v0avo) a vertikálnou osou (vpravo) Napriek rozdielnej konštrukcii turbín s horizontálnou a vertikálnou osou, je ich mechanika prakticky rovnaká. Rýchlos( otáčania listov je prenášaná na generátor pomocou prevodov. Prevody sú potrebné na to, aby bolo možné účinne využi( meniacu sa rýchlos( vetra. V súčasnosti sa už predávajú aj turbíny bez prevodov a prebieha ich Oalší výskum a vývoj najmä pre značné zníženie nárokov na ich konštrukciu i cenu. Niektoré turbíny sú konštruované tak, že sa natáčajú do smeru vetra. Obidva typy (natáčané i nenatáčané) majú však nieko/ko výhod i nevýhod. Lepšie využitie sily vetra pri natáčaných turbínach si vyžaduje komplikovanejšie ložiská i Oalšie zariadenia, čo v konečnom dôsledku vedie k nižšej spo/ahlivosti. Turbíny s pevne fixovaným rotorom sú jednoduchšie a nevyžadujú až takú údržbu ako natáčacie systémy. Na druhej strane však výroba energie je o niečo nižšia ako v porovnate/nej natáčanej turbíne. Pod/a výkonu sa veterné turbíny delia na ve/ké a malé. Ve/ké veterné turbíny majú výkon od 50 kw až po nieko/ko MW a sú často postavené v skupinách a vytvárajú tzv. veterné farmy. Sú pripojené k hlavnej elektrickej sieti. Ve/ké turbíny sa umiestňujú aj na mori. Súvisí to s tým, že na mori dosahuje rýchlos( vetra vyššie úrovne ako na súši, kde sa výhodné lokality postupne stali úzkoprofilovými. Na otvorenom mori sú vhodné podmienky pre výstavbu hlavne na miestach s plytčinami, ktoré nie sú ve/mi vzdialené od pobrežia. Za vhodné miesto je považovaná hĺbka morského dna až do 30 metrov a vzdialenos( od pobrežia do 30 km. Takýchto miest je ve/mi ve/a predovšetkým v Severnom mori. Prierez veterným agregátom 95

96 Lokalita Rok uvedenia Počet turbín Inštalovaný výkon do prevádzky (MW) Vindeby (Dánsko) x 450 kw 4,95 Medemblik (Holandsko) x 500 kw 2,0 Tuno Knob (Dánsko) x 500 kw 5,0 Dronten (Holandsko) x 600 kw 16,8 Bockstiqen (Švédsko) x 500 kw 2,5 Veterné farmy umiestnené na otvorenom mori do roku 1999 (E. Bédi, 2001) Malé veterné turbíny sa vo svete využívajú väčšinou ako samostatné energetické zdroje. V niektorých prípadoch sú však aj tieto malé systémy pripájané na verejnú elektrickú sie, čo umožňuje majite ovi takéhoto systému zníži náklady na nákup elektriny a súčasne v prípade prebytku dodáva ním vyrobenú elektrinu do siete. Odber a dodávanie do siete sa vykonáva pomocou automatických prepínačov. Meradlo spotreby elektriny je zvyčajne zapojené tak, že pri dodávaní elektriny do siete sa točí naopak. Samostatne pracujúce veterné systémy sa uplatňujú v osamotených domoch (vzdialených od siete), v člnoch, na farmách alebo tiež v malých obciach. Tieto systémy majú ve ký význam aj pre rozvojové krajiny s nízkou úrovňou infraštruktúry a riedkou sie ou elektrických vedení, ktoré vzh adom na nedostatok financií budú len ve mi ažko dobudované. Pre milióny udí v rozvojových krajinách, ktorí sú v súčasnosti odkázaní na kerozínové lampy alebo osvetlenie napájané z batérií, sú jednoduché a lacné malé veterné turbíny ideálnym riešením. Takéto turbíny sú v súčasnosti vyrábané viacerými firmami v širokom rozsahu výkonov od nieko kých wattov do nieko ko tisíc W. O tom, že malé veterné systémy sú ob úbené aj v menej rozvinutých krajinách, svedčí aj príklad z Mongolska, kde je inštalovaných až 50 tisíc takýchto zariadení. Komponenty, z ktorých sa systém s malou veternou turbínou skladá, sú v podstate rovnaké ako v prípade systémov so slnečnými článkami. Väčšina turbín je navrhnutá pre nabíjanie batérií a dodávajú sa už s vlastným regulátorom dobíjania, ktorý zabraňuje prebitiu batérií. Samotná turbína sa skladá z listov rotora, alternátora a regulačnej elektroniky. Listy sú zvyčajne vyrobené z laminátu a niekedy sú tvarované tak, aby sa pri ve mi ve kej rýchlosti vetra, ktorá by mohla celé zariadenie poškodi, celý rotor natočil do polohy, ktorá ho zastaví. Alternátor obsahuje permanentný magnet a zvyčajne nevyžaduje žiadnu údržbu. Regulačná a kontrolná elektronika zabezpečuje maximálnu účinnos a bezpečnos celého zariadenia. Udržuje zá až alternátora na takej úrovni, aby sa rotor nekrútil viac ako je povolené maximum, a to bez oh adu na stav vybitia batérie. Pri dobíjaní batérie regulátor pravidelne kontroluje stav vedenia, upravuje napä ové straty a monitoruje dobíjanie. Po tom, čo sa dosiahne stav nabitia, regulátor odstaví dobíjanie, aby nedošlo k poškodeniu batérie Využitie veternej energie Čerpanie vody Veterná energia sa ve mi efektívne využíva na čerpanie vody. Vyplýva to z toho, že skladova vodu je jednoduchšie ako skladova energiu napr. v batérii. Do roku 2000 pracovalo vo svete asi 100 tisíc malých veterných turbín zapojených len na čerpanie vody. Väčšina z nich pracovala v od ahlých a neelektrifikovaných farmách, kde dodávajú tak pitnú vodu ako aj vodu úžitkovú pre dobytok alebo na zavlažovanie. Niekedy sa veterné turbíny kombinujú s inými zariadeniam, ktoré pri obmedzenej kapacite skladovacích nádrží sú schopné čerpa vodu v prípade nedostatku vetra. Takýmito zariadeniami môžu by aj ručné pumpy alebo naftové generátory. Turbíny sú skonštruované tak, aby sa ich prevádzka spustila už pri rýchlosti vetra od 2 m/s do 4 m/s. Čerpanie spodnej vody je možné až do hĺbky metrov. Typické veterné čerpadlo s rotorom s priemerom 3 m dokáže vyčerpa až litrov vody za hodinu z hĺbky 10 metrov a pri rýchlosti vetra 3 m/s. Turbína s priemerom rotora 7 metrov dokáže vyčerpa až litrov za hodinu pri tých istých podmienkach. Telekomunikácie Vietor je ideálnym zdrojom pre napájanie telekomunikačných zariadení, ktoré sú ve mi často inštalované vo vyšších a hlavne od ahlých miestach. Dobré poveternostné podmienky však znamenajú, že na týchto miestach sa vyskytujú často aj ve mi vysoké rýchlosti vetra, ktoré by mohli turbínu poškodi, a preto sa používajú len ve mi odolné zariadenia. 96

97 Dobíjanie batérií Napájanie malých elektrospotrebičov, ako sú žiarovky, rádio alebo televízor je relatívne ve mi jednoduché pomocou batérie dobíjanej veternou turbínou (alebo iným zdrojom). Súvisí to s tým, že veternú energiu je možné ve mi ahko skladova v batérii, z ktorej je možné energiu čerpa v čase potreby. Mnoho malých turbín vyrába napätie 14 alebo 28 V (niektoré väčšie turbíny produkujú vyššie napätia). Výstupné napätie z batérie (12 V resp. 24 V) je možné využi priamo a dodáva energiu elektrospotrebičom na jednosmerný prúd alebo meni pomocou meniča na striedavý prúd s napätím 220 V, ktorý využíva väčšina domácich elektrospotrebičov. Takáto transformácia má však za následok stratu časti vyrobenej energie. Schéma samostatného elektrického systému s malou veternou turbínou Výroba tepla Malé veterné turbíny je tiež možné využi na prípravu teplej vody. Tieto zariadenia dodávajú jednosmerný prúd, ktorý využíva elektrická špirála umiestnená v zásobníku vody. Špirála vodu ohrieva, pričom zásobník tu funguje ako batéria skladujúca energiu. Je evidentné, že skladovanie teplej vody je lacnejšie ako skladovanie energie v batériách. Najjednoduchšie veterné systémy sú vybavené termostatom vypínajúcim zariadenie, aby nedošlo k zovretiu vody. Elektrická špirála sa vždy dimenzuje na špecifický výkon turbíny, t.j. pre turbínu s výkonom 1 kw má špirála výkon 1 kw. Prevádzka hybridných systémov Hybridným systémom je napr. kombinácia solárneho a veterného zariadenia, ktoré sa vhodne dopĺňajú v priebehu roka. V zime je totiž vyššia intenzita vetra ako v lete, kedy je možné využíva slnečnú energiu napríklad na ohrev vody solárnymi kolektormi. Pri výrobe elektriny solárnymi článkami v kombinácii s veternou turbínou je možné výrazne odstráni časové variácie oboch zdrojov. Kombinácia týchto dvoch systémov je vhodným riešením pre izolované samostatne pracujúce zariadenia. Nevýhodou slnečných článkov je, že produkujú ove a viac energie v lete ako býva potrebné, čo pri dimenzovaní ich výroby vedie k zbytočným nákladom na systém. Skladovanie energie býva tiež ve mi nákladné. Preto je vhodné ich kombinova s veternými turbínami, ktoré majú svoje minimum výroby práve v lete. Dôležitou úlohou pri navrhovaní hybridného systému je dimenzovanie výkonu, analýza spotreby energie v priebehu roka a zhodnotenie miestnych podmienok. Schéma hybridného systému skladajúceho sa z malej veternej turbíny a slnečných článkov vyrábajúcich elektrickú energiu. 97

98 Environmentálne dôsledky využívania veternej energie Na mnohých miestach sveta sú veterné turbíny prijímané ako ekologické riešenie problému výroby elektrickej energie. Podobne ako v iných oblastiach aj v tomto prípade nie je výroba úplne bez dôsledkov na okolité životné prostredie. Aj tu je však potrebné rozlišova medzi malými a ve kými turbínami. Malé turbíny nijako neovplyvňujú okolité prostredie. V prípade väčších turbín sa ako problémové parametre uvádzajú hluk, vizuálny efekt resp. rušenie elektromagnetického po a. Hluk Hluk, ktorý vytvárajú veterné turbíny, vzniká ako dôsledok turbulencie vzduchu pri prechode vrcholu listu rotora okolo stožiara turbíny, a tiež ako dôsledok chodu prevodovky. Pretože tento nízko frekvenčný hluk je znakom neefektívnosti, a tiež s oh adom na s ažnosti obyvate ov, výrobcovia sa týmto problémom intenzívne zaoberajú. Výsledkom bolo značné zníženie hlučnosti moderných turbín. Za kritickú hladinu hluku je považovaných 40 decibelov čo je úroveň, pri ktorej je možné spa. Táto úroveň sa zvyčajne dosahuje vo vzdialenosti väčšej ako 250 metrov od ve kej veternej turbíny. Úroveň akceptovate nej hladiny hluku je však ve mi individuálna. Vo viacerých krajinách existujú legislatívne normy pre umiestňovanie väčších turbín v blízkosti udských obydlí. Vizuálny efekt Veterné turbíny sú vidite né z ve kej vzdialenosti a niektorými skupinami obyvate stva sú považované za rušivé momenty v reliéfe krajiny. Pravdou však je, že krajina býva ve mi často zastavaná inými vysokými objektami, napr. stožiarmi elektrického vedenia, voči ktorým sa kritika neozýva. Okrem negatívneho ovplyvňovania vizuálneho dojmu z okolitej krajiny sa niekedy uvádza aj problém súvisiaci s rizikom pre pilotov malých lietadiel lietajúcich nízko nad zemou. Pre nich vysoké stožiare turbín môžu by niekedy nebezpečné. Vtáky Niekedy sa ako problém spojený s veternými turbínami udávajú aj kolízie vtákov s týmito zariadeniami. Skutočnos ou je, že vtáky narážajú do budov, stožiarov elektrického vedenia a iných vysokých objektov. Tiež sú zabíjané autami a inými dopravnými prostriedkami. Ako ukazujú štúdie z Dánska, vtáky zriedkavo vrážajú do veterných turbín. Jedna z týchto štúdií bola zameraná na vplyv 2 MW turbíny s priemerom rotora 60 metrov v Tjaereborgu. Radarové výsledky ukázali, že vtáky mali vo dne v noci tendenciu vyhnú sa turbíne, a to už vo vzdialenosti metrov pred ňou a preletie okolo nej v bezpečnej vzdialenosti. V Dánsku dokonca existujú turbíny na stožiaroch, na ktorých si niektoré druhy vtákov vytvorili hniezda (sokol). Jediným známym miestom, kde došlo ku kolíziám vtákov s turbínami je Altamont Pass v Kalifornii. V tejto oblasti nieko ko stoviek turbín prakticky vytvorilo veternú stenu a doslova uzatvorilo priesmyk, čím významne ovplyvnilo podmienky pre bezpečný pohyb vtákov. Pod a dánskeho ministerstva životného prostredia je vysokonapä ové elektrické vedenie väčším rizikom pre vtáky ako samotné turbíny. Hoci niektoré vtáky si na turbíny zvyknú skôr a iné neskôr, býva zvykom, že pred výstavbou veterných parkov sa posudzuje ich vplyv na migráciu vtákov v danom mieste. Výsledkom trojročnej štúdie vykonanej v dánskej veternej farme Tuno Knob je, že turbíny stavané na otvorenom mori nemajú žiadny negatívny vplyv na vtákov. Rušenie elektromagnetického žiarenia Televízne, rádiové i radarové vlny (elektromagnetické žiarenie) sú často rušené elektrickými vodičmi. Preto všetky kovové časti rotujúcich turbín môžu predstavova isté riziko. V súčasnosti sa však listy rotorov vyrábajú len z plastov a dreva, ktoré neovplyvňujú elektromagnetické žiarenie. Ani turbíny umiestnené v blízkosti letísk nemajú preukázate ný vplyv na radarové stanice. Malé vodné elektrárne Vstupný druh energie: energia tečúcej vody. Využitie: výroba elektrickej energie, lokálne pohon mechanických zariadení. Potenciál Slovenska: 250 MW alebo 1,2 mld. kw.h/rok. Tvorba pracovných miest: 70 pracovných miest na 1 MW pri výstavbe a 30 miest na MW pri výrobe zariadenia. Vplyv na životné prostredie: najmä vplyv na migráciu rýb a alších vodných živočíchov. Bariéry rozvoja: vysoké investičné náklady, nedostatok kapitálu a neprístupnos bankových úverov, nízka cena vykupovanej elektrickej energie. Zaujímavosti a rady: v typickej MVE prietok každého litra vody za sekundu pri spáde 1 meter vedie k výrobe kw.h elektriny/rok. (E. Bédi, 1996)

99 7. VODNÁ ENERGIA Z 1,5 x slnečnej energie, ktorú absorbuje zemský povrch za rok, asi 0,53 x kwh spôsobuje vyparovanie z oceánov, jazier a vodných tokov. Vodné pary sa presúvajú nad zemským povrchom a ich ochladzovanie vedie ku kondenzácii a zrážkam. Tie zais ujú vytváranie potenciálnej energie vysoko položených zdrojov vody, ktorá sa mení na kinetickú energiu pohybom v riekach. Kinetická energia sa bežne využíva na výrobu elektrickej energie vo vodných elektrárňach. Kolobeh vody v prírode Využívanie energie vody na pohon mechanických zariadení je ve mi starou činnos ou a siaha aleko do minulosti. Jednoduché vodou poháňané kolesá, nahradzujúce namáhavú prácu, udstvo používalo od nepamäti. Prvá zmienka o takýchto zariadeniach sa objavuje u starých Grékov asi rokov pred n. l. Gréci používali vodnú energiu hlavne na mletie obilia. Využívanie tejto prírodnej energie sa stalo ešte jednoduchším a rozšírenejším po tom, čo bola vyvinutá prvá vodná turbína na začiatku 19. storočia. Od tohto obdobia sa začína postupne presadzova výroba elektrickej energie vodnými elektrárňami. Najnovšie technológie výroby elektriny z vody sú založené na využití morského prílivu, morských vĺn alebo teplotného rozdielu vody v oceánoch. Z uvedených typov vodnej energie len energia morského prílivu nie je výsledkom aktivity Slnka, ale je spôsobovaná prí ažlivou silou Mesiaca. Energia morských vĺn je priamym dôsledkom sily vetra, ktorý je spôsobovaný činnos ou Slnka. Množstvo energie obsiahnutej v zemskom vodnom cykle je obrovské, avšak jej využitie je zložité. Napriek tomu, že existuje viacero spôsobov ako využíva energiu vody, najrozšírenejšia je výroba elektriny vo vodných elektrárňach. Výhodou tejto výroby je, že je to obnovite ný energetický zdroj nespôsobujúci emisie škodlivín do ovzdušia, a navyše je možné ho využi na okamžité pokrytie spotreby, t.j. v čase kedy to je potrebné. Nevýhodou sú však vysoké investičné náklady na výstavbu, a tiež negatívne dopady na okolité životné prostredie, hlavne v prípade ve kých vodných diel. Potenciál vodnej energie na ktoromko vek mieste je daný dvoma veličinami: množstvom vody (prietok) pretekajúcim za jednotku času a vertikálnou výškou spádu vody. Spád môže by prirodzený v dôsledku sklonu terénu alebo môže by umelo vytvorený napr. priehradou. Výška spádu na rozdiel od prietoku vody je nemenná. Prietok sa mení v dôsledku premenlivej intenzity, rozloženia a trvania zrážok. Okrem toho závisí aj od odparovania alebo infiltrácie do zeme. Prietok vody v riekach je čas ou hydrologického cyklu a celosvetový potenciál vodnej energie, využite ný napr. vo vodných elektrárňach, je teda možné urči na základe tejto hodnoty. Z výsledkov niektorých štúdií vyplýva, že celkový potenciál vodnej energie je na úrovni TW.h ročnej výroby elektriny, čo zodpovedá len štvrtine ročných zrážok, avšak až 4-násobku ročnej výroby elektriny vo všetkých elektrárňach na svete. Reálny odhad, založený na miestnych podmienkach, však hovorí, že potenciál je na úrovni TW.h. Je to obrovská hodnota, ve ročná produkcia TW.h elektrickej energie znamená, že na výrobu tohto množstva energie v elektrárňach na fosílne palivá, by bolo potrebné denne spáli ekvivalent 40 miliónov barelov ropy. Dôležitou otázkou však zostáva, ko ko vodného potenciálu si môžeme, vzh adom na potenciálne negatívne dopady na okolité prostredie, dovoli využi. 99

100 Hoci nevyužitý potenciál je obrovský, v niektorých častiach sveta ako napr. v Európe je malý. Napríklad v Nemecku nie je prakticky žiadny. Najväčší potenciál je v Afrike a Ázii. Pozoruhodné je, že niektoré krajiny ako napr. Nórsko si pokrývajú celú svoju spotrebu elektriny výhradne z vodných elektrární. V iných krajinách je však vzh adom na potenciálne negatívne dopady na životné prostredie výstavba ve kých vodných elektrární zakázaná (Švédsko). Výstavba najväčšej vodnej elektrárne na svete o výkone MW nazvanej Three Gorges Dam (Tri tiesňavy, Čína) vyvrcholila jej napúš aním v roku Vodné dielo na rieke Jang-c - iang má 632 km 2 a stálo 22 miliárd USD. Tri tiesňavy je však ve mi problematická elektráreň, ktorá vyvolala množstvo negatívnych ekologických i sociálnych dopadov. Znečistenie vody v rieke Jang-c - iang sa zdvojnásobí, nako ko priehrada bude zachytáva viac ako 50 rôznych druhov škodlivín z okolitých baní a priemyselných podnikov, ktoré doteraz boli odvádzané silným prúdom rieky. Výstavba elektrárne si tiež vyžiadala premiestnenie 1,3 milióna obyvate ov, premiestnenie alebo zaplavenie viac ako archeologických miest a ovplyvnenie života mnohých ohrozených druhov živočíchov i rastlín. Jedným z mnohých dôkazov o negatívnych dopadoch tohto diela na životné prostredie je skutočnos, že v roku 1996 americká Export-Import banka odmietla garantova úvery americkým spoločnostiam podie ajúcim sa na výstavbe tohto diela, práve s poukázaním na negatívne environmentálne dopady. Najvyššie položená vodná elektráreň na svete sa stavia na tibetskom jazere Yamzho Yumco. Táto prečerpávacia vodná elektráreň sa nachádza vo výške až metrov nad morom. V ostatnej dobe púta pozornos možnos získavania energie z prílivu a odlivu ako aj príboja. Ponúkajú sa prvé zariadenia na využitie Technológia vodných elektrární Vo vodných elektrárňach sa kinetická energia vody dopadajúcej na turbínu mení na elektrickú energiu v generátore prúdu. Turbína aj generátor bývajú zvyčajne umiestnené v blízkosti priehrady (ve ké vodné elektrárne) alebo využívajú privádzač vody prenášajúci tlak vody na turbínu. Výkon vodnej elektrárne, ktorý sa bežne pohybuje od nieko kých wattov do nieko ko sto MW, je funkciou dvoch veličín: prietoku vody, najčastejšie vyjadrovanom v metroch kubických za sekundu (m 3 /s) a výškou spádu vody. Konštrukcia vodnej elektrárne a použitá turbína sa navrhujú s oh adom na tieto veličiny. Z h adiska konverznej účinnosti sú vodné elektrárne vysoko efektívnymi zariadeniami. Účinnos turbíny je na úrovni 96 %. Takáto hodnota je až dvojnásobne vyššia ako účinnos moderných elektrární na fosílne palivá. Súvisí to s tým, že kinetickú energiu padajúcej vody je možné ove a jednoduchšie premeni na mechanickú energiu poháňajúcu generátor ako kalorickú energiu vznikajúcu pri horení pevného paliva, pri ktorom dochádza k značným stratám energie (tepla). Zariadenia využívajúce vodnú energiu sú na vysokej technickej úrovni, bývajú jednoduché a ve mi spo ahlivé. Ke že pri ich prevádzke nedochádza k spa ovaniu a uvo ňovaniu ve kého množstva tepla, zariadenia majú dlhú životnos a ich poruchovos býva zriedkavá. Doba životnosti presahuje viac ako 50 rokov, a často sú v prevádzke takmer 100 rokov (malá vodná elektráreň v Jasení na Slovensku pracuje spo ahlivo už od roku 1924). Výroba elektriny vodnou elektrárňou Typy vodných elektrárni 100

101 7.2. Typy vodných elektrární Rozdelenie vodných elektrární na malé a ve ké je vo svete zaužívané, pričom sa akceptuje, že elektrárne s výkonom viac ako 10 MW sa označujú ako ve ké a ostatné sú malé. Aj medzi malými vodnými elektrárňami však existuje isté delenie, pričom elektrárne (turbíny) s výkonom menším ako 1 kw sa označujú ako mikro resp. nano. Z h adiska svojej činnosti je vodné elektrárne možné rozdeli na dva základné typy: konvenčné a prečerpávacie. Iné rozdelenie súvisí napr. s typom turbíny (Kaplanova, Peltonova, Francisova a i.) alebo s výškou spádu (nízky, stredný a vysoký spád). Konvenčné (bežné) vodné elektrárne využívajú na svoju prevádzku energiu vody z rieky, prívodného kanála alebo nádrže. Tieto elektrárne sa delia na elektrárne so záchytnou nádržou vody a elektrárne, ktoré využívajú len čas vody z rieky privádzanú k nej osobitným kanálom. Voda môže by k turbíne privádzaná bu v čase potreby výroby elektriny alebo priebežne. Prečerpávacie vodné elektrárne sú dôležitou súčas ou elektrizačnej sústavy. Pracujú na ve mi jednoduchom princípe, využívajúc dve navzájom prepojené vodné nádrže (vyššie a nižšie položenú). Voda skladovaná vo vyššie položenej nádrži je zásobárňou potenciálnej energie. Počas obdobia s vysokou spotrebou elektrickej energie sa voda z vyššej nádrže vypúš a kanálom do spodnej nádrže, pričom prechádza cez turbínu elektrárne (výroba elektriny). V čase, ke spotreba elektriny v sieti je nízka, prečerpáva sa voda zo spodnej do hornej nádrže, pričom sa energia spotrebováva. Toto prebieha zvyčajne v noci. Hoci prečerpávacie vodné elektrárne viac elektriny spotrebujú ako jej vyrobia, sú pre elektrárenské spoločnosti neocenite né vzh adom na schopnos výroby elektriny prakticky okamžite v čase, kedy si to zá až elektrickej siete vyžaduje. Súvisí to s tým, že v elektrárňach pracujúcich v základnom za ažení (napr. jadrové elektrárne) nie je možné okamžité zvyšovanie alebo znižovanie výkonu pod a potreby. Navyše, tzv. špičková elektrina (vyrábaná v čase maximálnej spotreby) je ove a drahšia ako elektrina vyrábaná v základnom za ažení. Schématické zobrazenie princípu činnosti prečerpávacej vodnej elektrárne 7.3. Základné časti vodných elektrární Väčšina konvenčných vodných elektrární pozostáva z nasledujúcich častí: Priehrada, ktorá reguluje prítok a vytvára potrebný spád vody. Priehradné jazero je formou uskladnenej energie. Niektoré vodné elektrárne využívajú namiesto priehrady privádzací kanál, ktorý odvádza vodu z vodného toku k turbíne. Turbína, ktorá sa otáča v dôsledku tlaku vody dopadajúcej na jej lopatky. Generátor, ktorý je pripojený k turbíne a vyrába elektrickú energiu. Transformátor, ktorý mení elektrickú energiu vyrobenú generátorom na napätie využite né v elektrickej sieti. 101

102 Schéma vodnej elektrárne 7.4. Typy vodných turbín Najstarším typom vodnej turbíny je vodné koleso, ktoré je poháňané prirodzeným spádom vody. Takéto vodné kolesá sa v minulosti stavali z dreva a po obvode mali viacero lopatiek zachytávajúcich vodu, čím sa koleso udržovalo v stálom pohybe. Tieto vodné zdroje energie sa využívali po stáročia na mechanický pohon zariadení. Nie sú však vhodné na výrobu elektrickej energie. Na jej výrobu sa využívajú turbíny vyrobené z kovu a na rozdiel od vodných kolies sa otáčajú ve/kými rýchlos(ami. Takéto turbíny sa objavili koncom 19. storočia. Pod/a spôsobu využitia sa turbíny delia na : rovnotlaké (Bankiho turbína, Peltonova turbína), pretlakové (Kaplanova turbína, Francisova turbína). Toto delenie vychádza z toho, či sa využíva kinetická energia prúdenia vody (rovnotlaké turbíny) alebo tlaková energia (pretlakové). Kinetická energia je v tokoch predstavovaná rýchlos(ou prúdenia. Táto rýchlos( je závislá od spádu toku. Využívajú ju hlavne turbíny typu Bankiho a Peltona. Sú to zariadenia založené na rotačnom princípe. Optimálne využitie kinetickej energie však vyžaduje, aby obvodová rýchlos( turbíny v mieste styku s vodou bola asi polovičná ako je rýchlos( prúdenia vody. Keby obvodová rýchlos( bola rovnaká ako rýchlos( prúdenia, lopatky by vlastne ustupovali bez možnosti prevzia( vodnú energiu a nebolo by vlastne možné turbínu za(aži(. Z uvedeného vyplýva, že otáčanie týchto turbín je relatívne pomalé. V technickom názvosloví sa tento jav označuje ako nízka rýchlobežnos(, ktorá v podstate vyžaduje väčšie rozmery turbíny. Rovnotlaké turbíny sú tie, kde tlak vody na lopatky spôsobený polovičnou obvodovou rýchlos(ou ako je rýchlos( prúdenia, je po celej ceste odovzdávania energie stále rovnaký. Ďalším znakom týchto turbín je čiastočný ostrek. Voda vstupuje do turbíny len čiastočne po obvode. Tlaková energia vody sa využíva pretlakovými turbínami ako sú napr. Kaplanova alebo Francisova. V týchto zariadeniach sa čas( tlaku vody premení na rýchlos(, ktorá je nutná na zabezpečenie požadovaného prietoku vody. Zvyšok tlaku sa postupne znižuje pri prúdení po lopatke a v mieste, kde voda lopatku opúš(a je tlak prakticky celý využitý. V miestach kde voda opúš(a turbínu je tlak dokonca nižší ako atmosférický. Tento podtlak spôsobuje kavitačné javy, čo má za následok opotrebovávanie materiálu, a tým aj znižovanie životnosti turbíny. Z tohto dôvodu sa používa nerezový materiál a zavádza sa aj protitlak. Turbína sa potom umiestňuje nižšie ako je spodná hladina vody. Spoločnou vlastnos(ou pretlakových turbín je, že obvodová rýchlos( obežného kolesa, a tým aj otáčky, sú nieko/konásobne vyššie ako rýchlos( prúdenia vody. Tieto turbíny sa tiež označujú ako rýchlobežné. Majú teda menšie rozmery a vynaložený materiál je lepšie využitý. Pretlakové turbíny majú úplný ostrek, pričom voda vstupuje po celom obvode turbíny. 102

103 Bankiho turbína Hoci konštrukciu turbíny, ktorá sa dnes označuje ako Banki, ako prvý navrhol a patentoval v roku 1903 inžinier Michell, dostala názov po maoarskom profesorovi Donatovi Bankim, ktorý ju vyvinul nezávisle na Michellovi na univerzite v Budapešti. Okolo roku 1920 bol tento typ turbíny rozšírený po celej Európe. Hlavnou črtou tejto turbíny je, že voda dopadá na lopatky dvakrát pri vstupe aj pri výstupe. Takéto využitie však nemá žiadny zvláštny význam s výnimkou toho, že voda je ve/mi účinne a jednoducho vypúš(aná z turbíny. Bankiho turbíny sa uplatňujú už pri spádoch vody nižších ako 2 metre alebo dosahujúcich výšku až 100 metrov. Môžu využíva( ve/kú rôznorodos( prietokov, a to pri konštantnom priemere turbíny tým, že sa mení ve/kos( vstupu vody a šírka obežného kola (rotora). Pomer šírky a priemeru rotora sa pohybuje od 0,2 do 4,5. Dôležitou črtou Bankiho turbíny je, že účinnostná krivka je relatívne plochá, čo znamená, že aj pri zníženom prietoku je účinnos( ešte stále relatívne vysoká. Toto je niekedy dôležitejšie ako vyššia účinnos( iných turbín v optimálnom bode účinnostnej krivky. Vzh/adom na nízku cenu a jednoduchú obsluhu sa tieto turbíny ve/mi dobre uplatňujú v malých vodných elektrárňach. Peltonova turbína V konštrukcii Peltonovej turbíny je zabudovaný princíp starého vodného kolesa. Táto turbína, ktorá vzh/adom pripomína klasické vodné kolesá, sa používa v prípadoch, kedy je k dispozícii ve/ký spád vody (viac ako 40 m). Používa sa do spádov s výškou až m. Maximálny výkon Peltonových turbín sa dnes pohybuje okolo 200 MW. Prvú turbínu tohto typu skonštruoval v roku 1880 Američan Pelton, po ktorom dostala aj svoj názov. Najväčšie Peltonove turbíny majú priemer aj viac ako 5 metrov a vážia viac ako 40 ton. Turbína sa umiestňuje nad hladinu výpuste vody, čím dochádza k strate spádu, avšak zabraňuje to zaplaveniu turbíny. Z h/adiska konštrukcie existuje viacero modifikácií týchto turbín prispôsobených pre daný prietok a spád vody. Francisova turbína Francisova turbína sa ve/mi často využíva v malých vodných elektrárňach. Podstatným rozdielom v porovnaní s Peltonovou turbínou je, že Francisova turbína je úplne ponorená vo vode, a tak tlak ako aj rýchlos( prietoku klesajú od vstupu k výstupu vody z turbíny. Voda sa vypúš(a otvorom v strede turbíny. Svojou stavbou je Francisova turbína zložitejšia ako Peltonova a vyžaduje si špecifickú konštrukciu pre danú výšku spádu a prietok tak, aby sa dosiahla maximálna účinnos(. Bežne sa tento typ turbíny používa pre spády od 30 do 700 metrov, pričom najväčšia Francisova turbína má výkon až 800 MW. 103

104 Kaplanova turbína Pre ve mi nízky spád a vysoký prietok vody sa bežne používa turbína typu Kaplan. Touto turbínou voda preteká tak, že zasahuje maximálnu plochu lopatiek. Preto sa tieto turbíny používajú pre ve mi ve ké prietoky a pre spády nieko ko málo metrov. Zaujímavou črtou je, že rýchlos otáčania lopatiek je až dvakrát vyššia ako rýchlos prúdiacej vody. Toto umožňuje rýchle otáčky aj pri relatívne nízkej rýchlosti prietoku. Aj Kaplanove turbíny sa vyznačujú rôznymi konštrukciami. Ich použitie sa však obmedzuje na spády vody od 1 m do asi 30 m. Pri týchto podmienkach sa vyžadujú relatívne vysoké prietoky v porovnaní s turbínami využívajúcimi vysoké spády, aby bolo možné dosiahnu porovnate ný výkon. Preto sú Kaplanove turbíny svojou konštrukciou relatívne ve ké Problémy spojené s vodnými elektrárňami Hlavným dôvodom prečo sa vodné elektrárne nestavajú všade tam, kde to je možné je, že sú relatívne drahé a sú s nimi spojené negatívne ekologické i sociálne dopady. Platí to predovšetkým pre ve ké vodné elektrárne. Vodný tok je súčas ou ekologického systému, v ktorom jedna zmena môže vyvola následné zmeny v iných častiach systému. Príkladom môže by zmena prietoku vody v rieke, ktorá môže vyvola zmeny v kvalite vody a životných podmienkach vodných organizmov, hlavne rýb. Priehrady, ktoré sú súčas ou väčšiny ve kých vodných elektrární môžu významne ovplyvni životné podmienky rýb. Navyše, novo vzniknuté priehradné jazero zvyčajne oddelí populácie rýb žijúcich v dolnej a hornej časti toku, čím zablokuje ich migračné cesty. Ekologické dopady takýchto vodných diel môžu by sledované ešte ve mi aleko od miesta priehrady. V tropických oblastiach dochádza k výraznej sezónnej variácii množstva zrážok a v období sucha dochádza k významnému odparovaniu z priehradného jazera. Toto môže ovplyvňova výšku hladiny v nádrži v ove a väčšom rozsahu ako napr. v miernom pásme. Vodné toky a zrážková činnos vzájomne súvisia. Vodné toky môžu ovplyvňova nielen miestnu klímu, ale aj hladinu spodných vôd vo svojom okolí. Sedimentácia v jazerách môže vies k zvýšenej erózii v dolnej časti toku. Zmeny v prietoku vody tiež majú za následok zmeny v prenose sedimentov. Počas výstavby ve kých vodných diel, prenos bahna a sedimentov je obzvláš významný v dolnom toku rieky. Stavebné práce môžu vies k zníženiu kvality vody a tým vyvola problémom pre obyvate ov závislých na takýchto vodných zdrojoch. Spodné vody Hladina spodnej vody je dôležitá tak pre udí ako i rastliny a zvieratá. Je dôležitou zložkou ekosystému hlavne z h adiska zabezpečenia dostatku pitnej vody. Vytvorenie priehradného jazera má zvyčajne ve ký vplyv na úroveň spodnej vody a napĺňanie podzemných rezervoárov. Takéto jazero spolu so zmenami prietoku vody v dôsledku činnosti vodnej elektrárne mávajú za následok aj zmeny hladiny spodnej vody v okolitých oblastiach. V týchto oblastiach môže preto postupne dochádza k zhoršovaniu kvality pitnej vody. Flóra a fauna Ke v priehradnom jazere dochádza k zachyteniu živín (hnojív), vždy to má za následok zvýšenú eutrofizáciu nádrže. Toto môže spôsobova rýchlejší rast rias alebo iných vodných rastlín. Zvýšená produkcia organickej hmoty v jazere môže ovplyvni procesy vo vode, čo následne vedie ku nedostatku kyslíka vo väčších hĺbkach jazera. Vo všeobecnosti sú plytké jazerá s ve kou plochou vo väčšom riziku z h adiska eutrofizácie, pretože zásoba kyslíka vo väčších hĺbkach je úmerne obmedzená plochou jazera. V hlbokých úzkych jazerách, s pravidelnou cirkuláciou vody, je zvyčajne dostatok kyslíka vo väčších hĺbkach na to, aby dochádzalo k recyklácii ku dnu klesajúcej organickej hmoty. Odparovanie môže taktiež spôsobova koncentráciu živín vedúcu k eutrofizácii. V tropických oblastiach má pôda nízky obsah humusu, čo v kombinácii so sezónnymi variáciami zrážok môže spôsobova značnú eróziu. Transport erodovaných sedimentov sa zastaví a ukladá sa v priehradnom jazere, čo si vyžaduje častejšie čistenie a zvýšené náklady na prevádzku. Vybudovanie priehradného jazera má za následok zastavenie prenosu živín

105 do dolnej časti rieky a ovplyvnenie biologickej produkcie nielen v rieke, ale v celej oblasti často siahajúcej až do mora. Vo svete existuje viacero príkladov takého dopadu ve kého vodného diela na život v riekach. Zmeny úrovne vodnej hladiny, ku ktorým dochádza pri prevádzke vodných diel, majú za následok aj zmeny zloženia rybných druhov. Umelé vodné nádrže zvyčajne obsahujú menšie množstvo vodných organizmov ako prírodné jazerá. Zmeny v dolných tokoch riek za priehradnými jazerami sú vyvolané hlavne zmenami prenosu živín. Zatopenie ve kého územia, ku ktorému dochádza pri výstavbe vodnej nádrže, vyvoláva tlak na migráciu zvierat z tejto oblasti, v prípade ke je ešte kam migrova. Avšak v mnohých prípadoch zaplavením ve kých území je mnoho druhov v postihnutej oblasti zlikvidovaných. Väčšinou je len ve mi ažké predvída, k akým zmenám môže pri zaplavení dochádza. Nielen zaplavenie oblasti ale aj konštrukčné práce, doprava a hluk počas výstavby majú negatívny vplyv na živočíchy. Obyvate stvo Ve ké vodné elektrárne s priehradami si vyžadujú vybudovanie ve kých priehradných jazier. Z tohto dôvodu je často potrebné vysídli mnoho udí z takejto oblasti. Toto však vedie k úplne novej situácii pre obyvate ov žijúcich v postihnutej oblasti. Bývanie, obrábanie pôdy a pracovné podmienky sa tak radikálne menia. Dôsledky závisia od ve kosti a konkrétnej lokality výstavby vodného diela. Avšak v prípade ve kých vodných diel bývajú ve mi závažné. Aj z tohto dôvodu je dnes v mnohých vyspelých krajinách zakázané budova vodné elektrárne na najväčších riekach. Nespokojnos vzrastá hlavne vtedy, ke sú obyvatelia nútení presídli sa na územia s horšími podmienkami ako boli pôvodné. V rozvojových krajinách je pre domorodých obyvate ov situácia zvyčajne ešte horšia a len ažko sa s presídlením zmierujú. Presídlenie domorodého obyvate stva často znamená zánik ich kultúrneho systému. Dopad na tieto skupiny obyvate stva býva najväčší, nako ko títo udia majú len malý politický vplyv a slabé možnosti obhajovania svojich záujmov, Zaplavením ve kých území dochádza často aj k zničeniu kultúrnych pamiatok a objektov významných pre miestnych obyvate ov čo má za následok aj stratu ich kultúrnej identity. Ve ké vodné nádrže tiež môžu zvýši riziko vodou prenášaných chorôb. Vzniknuté jazero so stojacou vodou a malými zmenami vodnej hladiny môže totiž vytvori lepšie životné podmienky pre patogénne organizmy a pre ich hostite ov. Chorobami vyvolávanými priamo patogénnymi organizmami sú v tropických oblastiach týfus, cholera, dyzentéria a niektoré črevné ochorenia. Ďalšie choroby, ako napr. malária, spavá nemoc alebo žltá zimnica sú prenášané organizmami infikovanými patogénnymi organizmami z vodných nádrží. Iným rizikom pre obyvate stvo, vyplývajúcim z prítomnosti vodnej elektrárne, je pretrhnutie priehrady a zaplavenie ve kých území v dolnej časti toku rieky. Hoci k pretrhnutiu priehrady dochádza zriedkavo, následky môžu by obrovské. K takejto situácii môže dôjs v dôsledku kombinácie záplav a stavebných nedostatkov priehrady, alebo tiež aj v dôsledku zemetrasenia. Ve ké vodné elektrárne svojou konštrukciou vyžadujú zvyčajne okrem ve kého množstva vody aj obrovskú infraštruktúru ako sú cesty (počas výstavby) alebo vysokonapä ové rozvody. Takéto elektrárne dodávajú elektrinu ve kému počtu odberate ov a sú vlastnené ve kými elektrárenskými spoločnos ami. Z inžinierskeho h adiska si vyžadujú značné nároky a riziká s nimi spojené sú ve ké. Popri nevýhodách spojených s ve kými vodnými elektrárňami, sa často uvádzajú aj niektoré pozitívne dopady, ako sú obmedzenie záplav v danej oblasti alebo možnosti rekreácie v okolí novovytvorených priehradných jazier Malé vodné elektrárne Malé vodné elektrárne (MVE) sú charakteristické tým, že ich výstavba a prevádzka zvyčajne nie je spojená s výraznými negatívnymi dopadmi na životné prostredie (pri dodržaní všetkých environmentálnych predpisov a využití najlepších technológii). Podobne, ako ve ké vodné elektrárne, aj MVE sa vyznačujú vysokou účinnos ou využitia vodnej energie. Navyše majú výhodu v tom, že sú tzv. decentralizovaným zdrojom energie. Tým, že ich je možné inštalova v od ahlých oblastiach, poskytujú možnosti rozvoja a často aj energetickej sebestačnosti hlavne na vidieku. Vo svete pracuje mnoho tisíc takýchto zariadení, ktoré majú za sebou viac ako 150-ročný vývoj. V prepočte na jednotku výkonu sú však MVE v porovnaní s ve kými o niečo drahšie. Vo ve kej väčšine prípadov sú malé elektrárne pripojené na verejnú elektrickú sie, do ktorej dodávajú energiu. Mnohé z nich sú tzv. prietokové, t.j. nemajú žiaden rezervoár (voda nie je skladovaná za priehradou) a vyrábajú elektrickú energiu len vtedy, ke je vody dostatok. 105

106 Schéma malej vodnej elektrárne Energiu však malé vodné elektrárne môžu dodáva( aj do systému izolovaného od elektrickej siete. V takomto prípade využívanom väčšinou v samostatných objektoch, sa elektrina často používa na dobíjanie batérií, z ktorých sa čerpá v prípade potreby. V prípade dostatku energie vyrobenej malou vodnou elektrárňou je možné použi( aj zariadenie (menič) na zmenu jednosmerného prúdu vyrábaného MVE na striedavý, ktorý využíva väčšina bežných elektrospotrebičov. MVE sa vyznačujú ve/kou rôznorodos(ou v konštrukcii, ktorá zoh/adňuje miestne podmienky, ako sú spád a prietok vody. MVE s vysokým spádom sú bežné v horských oblastiach, a keože na dosiahnutie daného výkonu potrebujú menšie prietoky vody ako MVE s malým spádom, sú zvyčajne aj lacnejšie. MVE s nízkymi spádmi vody sa budujú v údoliach. Väčšina MVE si vyžaduje prívodný kanál alebo potrubie odvádzajúce vodu z vodného toku. Aby nedošlo k zaneseniu alebo poškodeniu turbíny, voda zvyčajne prechádza cez filter alebo sa používajú usadzovacie nádrže. Prívod vody sa umiestňuje mimo hlavného toku (rieka, potok), aby v prípade vysokého stavu vody nedošlo k vysokému tlaku na turbínu. KeOže riziká spojené s prevádzkou MVE sú omnoho nižšie ako v prípade ve/kej vodnej elektrárne (pretrhnutie priehrady), nie sú potrebné ani vysoké bezpečnostné opatrenia pri stavbe, ktorú je možné zvládnu( s miestnymi obyvate/mi a pri použití jednoduchých technológií. Hoci potreby údržby sú nízke, MVE si zvyčajne vyžadujú viac pozornosti ako napr. slnečné články alebo veterné elektrárne. Súvisí to hlavne s odstraňovaním nečistôt a pravidelnou údržbou alebo výmenou ložísk turbíny. MVE s vysokým spádom vody Všetky vodné elektrárne sú charakterizované vysokými investičnými a nízkymi prevádzkovými nákladmi. MVE stavané pre nízke spády a výkony sú zvyčajne na jednotku výkonu drahšie ako MVE využívajúce vysoké spády vody. Vstupné ceny sú najväčšou bariérou ich rozvoja. Napriek tomu, že doba návratnosti vložených investícií je dlhá (často 7-10 rokov), majú MVE ve/kú výhodu v porovnaní s inými technológiami využívajúcimi obnovite/né zdroje energie - dlhú životnos(. Tieto zariadenia sú schopné vyrába( elektrickú energiu viac ako 70 rokov, čím sa stávajú ve/mi výhodnými pre potenciálnych investorov. Navyše 106

107 cena elektriny (príjem z prevádzky MVE) bude v budúcnosti len vyššia, čo znamená že vložené investície sa mnohonásobne vrátia. Pri výstavbe MVE musíme zváži nieko ko faktorov: Konfiguráciu MVE v teréne. Environmentálne dopady. Urči spád toku. Urči prietok vo vodnom toku. Stanovi potencionálny výkon. Pri známom prietoku a spáde vody je možné stanovi hodnotu výkonu malej vodnej elektrárne nasledovne : Výkon (kw) = spád (m) x prietok (m 3 /s) x grav. konšt. (9,81) x účinnos (0,6) Spád sa berie do úvahy ako čistý spád. Účinnos 0,6 (60 %) zoh adňuje straty v dôsledku trenia prúdiacej vody a účinnos strojného zariadenia. Pre malé výkony a prietoky merané v litroch za sekundu je tiež možné použi nasledujúci zjednodušený výpočet: Výkon (kw) = spád (m) x prietok (liter/s)/200 Celková účinnos je v tomto prípade 50 %. Účinnosti, ktoré boli v predchádzajúcich výpočtoch kompromisne zvolené v rozsahu %, závisia tiež od prevádzkových podmienok (ve kosti spádu a prietoku). Vo všeobecnosti platí, že zariadenia pracujúce s nízkymi prietokmi a spádmi majú aj nižšie účinnosti ako turbíny využívajúce vyššie spády a prietoky. Celková účinnos sa v skutočnosti môže pohybova od 40 % do 70 %. Niektoré ve mi dobre navrhnuté systémy majú účinnosti až 75 %. Ročnú výrobu elektrickej energie (E) je možné vypočíta na základe nasledujúceho vz ahu: E (kwh) = výkon (kw) x čas (hod.) Z uvedených vz ahov je možné ve mi jednoducho spočíta, že vodná elektráreň, využívajúca prietok 1 liter vody za sekundu, je schopná za rok vyrobi viac ako 40 kw.h pre každý jeden meter spádu. Uvedený výpočet vedie k teoretickým hodnotám. Skutočný výkon je ovplyvnený viacerými faktormi, jedným z nich je aj priemer prívodného potrubia (trenie v potrubí) Mikroturbíny Ako mikroturbíny sa často označujú zariadenia s výkonom menším ako W. Takéto turbíny sú schopné zabezpeči energiu pre jednu domácnos vybavenú energeticky úspornými spotrebičmi. Mikroturbíny sa umiestňujú v miestach, kde je bu nízky spád alebo prietok vody (resp. oboje). Často sa využívajú v spojení so sadou batérií, ktoré sú turbínou dobíjané. Mikroturbíny sa v zahraničí predávajú za asi 1,5 USD/W a majú ve kos prenosného kufríka, vybaveného alternátorom produkujúcim jednosmerný prúd. Typická mikro-vodná elektráreň využíva čas vodného toku privádzanú do zásobníka vody, ktorým môže by napr. 200 litrový sud. Sud funguje ako usadzovacia nádrž filtrujúca vodné nečistoty. Voda zo suda je k turbíne privádzaná potrubím (PVC) s priemerom 5 až 10 cm a po vypustení z turbíny býva odvádzaná spä do vodného toku. Mikroturbíny sa dodávajú v dvoch prevedeniach. Jedno využíva alternátor podobný zariadeniu v automobiloch, druhé využíva permanentný magnet. Zariadenia s alternátorom sú vhodné pre väčšie systémy (100 až 1000 W), kým permanentné magnety sa používajú pre systémy menšie ako 80 W. Väčšie systémy majú tiež elektronickú reguláciu (shunt), ktorá zabraňuje pretočeniu turbíny pri väčších otáčkach a chráni ju pred poškodením (opotrebovaním jej častí). Turbíny pripojené na batérie sú vhodným riešením, pretože batérie sú dobíjané prakticky okamžite po odbere energie z nich. Z tohto dôvodu nie je potrebné používa tzv. solárne batérie s hlbokým cyklom vybíjania, ale je možné použi klasické automobilové batérie, ktoré sú lacnejšie. Zvyčajne investície do kvalitného potrubia a turbíny sú efektívnejšie ako investície do kvalitných batérií. V systémoch s mikroturbínami je potrebné dba na presnú špecifikáciu dĺžky a priemeru potrubia, v ktorom dochádza k stratám energie. Použitie dlhých potrubí s malým priemerom, často v dôsledku zvýšeného trenia, zbytočne znižuje výrobu elektriny. 107

108 7.8. Energia oceánov Oceány sú už dlhšiu dobu považované za ve mi perspektívny zdroj energie. Pohyb vody v oceánoch so sebou nesie obrovskú energiu vo forme prílivu (odlivu) alebo vĺn. Obidve tieto formy energie je možné využi na výrobu elektrickej energie Prílivové elektrárne Energia prílivu sa líši od ostatných zdrojov energie tým, že má svoj pôvod v potenciálnej a kinetickej energii vychádzajúcej z pôsobenia Mesiaca a Slnka na Zem. Príliv je dôsledkom tohto pôsobenia a prejavuje sa na všetkých pobrežiach oceánov a morí. Hladina vody sa pravidelne dvakrát denne mení (stúpa a klesá), čo viedlo k snahám využi túto energiu. Všetky tieto snahy sú založené na napĺňaní a vyprázdňovaní prírodného rezervoáru vodou. Prílivová a odlivová voda tak môže prechádza cez turbínu umiestnenú v priehrade a vyrába elektrickú energiu. Platí, že čím vyšší je príliv, tým viac elektrickej energie je možné vyrobi. Celosvetový potenciál ukrytý v energii prílivu sa odhaduje asi na GW (3 000 väčších atómových elektrární). Niektorí experti odhadujú, že z tohto potenciálu by bolo možné technicky využi asi 2 %, čo je 50 krát menej ako je výkon všetkých vodných elektrární. V súčasnosti je ekonomicky možné využíva príliv na miestach, kde dosahuje výšku aspoň 5 metrov. Taký príliv sa vyskytuje na mnohých miestach sveta, hlavne v oblastiach, kde sa nachádzajú zálivy, ktoré dokážu príliv ešte zosilni. Zálivy je možné jednoducho prehradi a doplni priehradu vodnou turbínou. Technológia využívajúca energiu prílivu je ve mi podobná vodným elektrárňam, využívajúcim nízky spád vody. Hlavným rozdielom medzi prílivovými elektrárňami v porovnaní s klasickými vodnými elektrárňami je, že okrem slanej vody musia turbíny pracova s premenlivou výškou spádu. Navyše elektrina sa v nich počas dňa vyrába len nieko ko hodín. V konečnom dôsledku to znamená zníženie celkovej účinnosti. Prílivové elektrárne tak vyrábajú len asi tretinu elektriny oproti výkonovo porovnate ným vodným elektrárňam. Záujem o budovanie prílivových elektrární pretrváva od konca 60-tych rokov. Zo začiatku bola snaha budova takéto priehradné prílivové elektrárne v ústiach úzkych a dlhých zálivov. Z inžinierskeho h adiska sa toto riešenie ukázalo ako realizovate né, avšak z ekologického h adiska malo viaceré negatívne dopady. V súčasnosti pracujú 3 komerčné prílivové elektrárne na tomto princípe. Najväčšia z nich s výkonom 240 MW bola daná do prevádzky v roku 1967 v ústí rieky La Rance blízko St. Malo vo Francúzsku. Ďalšia 1 MW elektráreň sa nachádza v ruskej časti Bieleho mora a pracuje od roku Tretia 16 MW elektráreň sa nachádza v kanadskej Nova Scotii. Ekologické problémy, ktoré sú spojené s prehradením vodných tokov a zálivov, zabránili výstavbe alších elektrární priehradného typu. Hlavné problémy s prehradením zálivu spočívajú v tom, že takáto prekážka obmedzuje migráciu rýb, premávku lodí a navyše v zálive dochádza k zvýšenej sedimentácii. Toto má vplyv aj na iné živé organizmy v danej oblasti. Znížená hladina vody negatívne vplýva na život (hniezdenie) vtákov, čo sa prejavuje aj vo vzdialenejších oblastiach. Prílivová elektráreň v La Rance pracuje tak, že v čase prílivu prepúš a vodu do rezervoáru a v čase odlivu vypúš a túto vodu spä do Atlantického oceánu. Voda pritom prechádza cez 24 turbín spojených s generátormi vyrábajúcimi dostatok elektriny pre asi 300 tisíc obyvate ov. Elektráreň má turbíny, ktoré môžu pracova ako čerpadlá a využíva celú sústavu ako prečerpávaciu vodnú elektráreň, a tak od ahčova zá až v elektrickej sieti. Voda sa v čase nízkej zá aže prečerpáva z oceánu do rezervoáru za priehradou, a tak zvyšuje výšku hladiny využite nú pri výrobe elektriny. Výška prílivu je takto až 13,4 metra, pričom priehrada má šírku 760 metrov. V roku 1997 boli v tejto prílivovej elektrárni inštalované turbíny, ktoré využívajú na výrobu elektriny tak prílivovú, ako aj odlivovú vodu Pobrežné prúdy Takéto prúdy vznikajú v pobrežných vodách v dôsledku síl pôsobiacich na morskom dne, ktoré tlačia prúdy v úzkych kanáloch podobne, ako vzniká ve mi silný vietor v údoliach alebo na kopcoch. Ke že hustota vody je až 832 krát vyššia ako hustota vzduchu, prúdy s rýchlos ou napr. 16 km/hod. nesú so sebou energiu, ako vietor s rýchlos ou až 390 km/hod. Na rozdiel od silných vetrov je prílivové prúdy možné predpoveda, ke že príliv a odliv spôsobujúce prúdy, sa striedajú každých 12 hodín. Pobrežné prílivové prúdy je možné využi tzv. prílivovými turbínami. Tieto turbíny, ktoré majú tvar podobný veterným turbínam, umiestneným pod vodou, sú však ešte málo rozvinuté. Prototypy pracujú spo ahlivo a ekonomicky v miestach, kde prúdy dosahujú rýchlosti 2-3 m/s. Nevýhodou je, že pri väčších rýchlostiach sú viac namáhané a pri nižších rýchlostiach je ich prevádzka neekonomická. Prílivová turbína s priemerom rotora 20 m dokáže vyrobi to ko energie, ako veterná turbína s priemerom 60 m. Výhodou prílivových turbín je, že ich nie je vidie ani poču a celé zariadenie okrem transformátora je umiestnené pod hladinou vody.

109 Na svete existuje viacero vhodných miest pre umiestnenie prílivových turbín a niektorí experti odhadujú potenciál tohto zdroja na viac ako 330 tisíc MW. Takéto miesta sa nachádzajú hlavne pri pobrežiach v juhovýchodnej Ázii. Ideálne miesto pre umiestnenie prílivovej turbíny je v hĺbke asi 30 m, pričom tieto turbíny sú schopné vyrába 10 MW elektriny z každého kilometra štvorcového. V EÚ bolo identifikovaných 106 miest vhodných pre tieto turbíny - 42 z nich sa nachádza vo vodách v okolí Ve kej Británie. Prvá prílivová turbína má by umiestnená pri juhozápadnom pobreží Anglicka. Má ma priemer rotora m a inštalovaný výkon 300 kw, ktorý je dostatočný na zásobovanie malej obce elektrinou Energia vĺn Ve ká čas energie dopadajúcej na Zem zo Slnka sa mení na vietor, ktorý následne dáva silu morským vlnám. Energia unášaná morskými vlnami je obrovská a dosahuje asi 70 MW/km čela vlny. Takéto vlny prechádzajú ve kými vzdialenos ami bez toho, aby stratili na svojej sile. Vlny vytvorené búrkou uprostred Atlantického oceánu bežne putujú k pobrežiu Európy bez podstatnej straty svojej energie. Celá energia je sústredená blízko pri hladine vody a len málo energie je unášanej v hĺbke väčšej ako 50 metrov. Z uvedeného vyplýva, že ide o ve mi koncentrovaný zdroj energie s ove a menšími variáciami počas dňa ako je to v prípade iných obnovite ných zdrojov (slnko, vietor). Technológia využívajúca energiu vĺn je založená na ich zachytávaní do uzatvoreného priestoru a premieňaní ich kinetickej energie na elektrinu. Tieto elektrárne využívajú energiu oscilujúceho stĺpca vody, pričom vzniká tlak vzduchu, ktorý prechádza vzduchovou turbínou. Tlak vzduchu roztáča turbínu pripojenú na generátor elektrického prúdu. Najväčší potenciál pre využitie energie vĺn v Európe sa nachádza v blízkosti Ve kej Británie a pod a niektorých odborných štúdií by cena vyrobenej elektriny nemala by vyššia ako 0,10 USD/kW.h, čo je úroveň, pri ktorej sa zdroj stáva ekonomicky konkurencie schopný na trhu s elektrinou. Doposia najúčinnejšie zariadenie nazvané Salter Duck dokonca vyrába elektrinu za cenu nižšiu ako 0,05 USD/kW.h. Salter Duck bol prvým takýmto zariadením zostrojeným už v roku 1970 profesorom Stephenom Salterom na univerzite v škótskom Edinburgu. Zariadenia využívajúce oscilujúci stĺpec vody ako napr. Salter Duck, sú ve mi perspektívne a boli testované aj v Japonsku a Nórsku. V Japonsku už nieko ko rokov úspešne pracuje zariadenie s názvom Mighty Whale, ktorého konštrukcia je dnes považovaná za najperspektívnejšiu. Jedno z prvých väčších zariadení s výkonom 180 kw bolo inštalované na britskom ostrove Islay a je pomocou podmorského kábla spojené s pevninou. Nevýhodou týchto zariadení však je ich citlivos na morské búrky, ktoré ich ve mi často môžu vyradi z prevádzky resp. zniči. Takto bolo zničené prvé ve ké zariadenie na využitie morských vĺn ne aleko Nórska. Zariadenie pri ostrove Islay sa v prípade silnejšej búrky ponára pod hladinu mora. Hoci vo svete bolo vyrobených viacero prototypov elektrární, využívajúcich morské vlny, ani jedna z nich nie je komerčne vyrábaná. Geotermálna energia Vstupný zdroj energie: horúca voda čerpaná z podzemných vrtov. Využitie: vykurovanie skleníkov, domov, použitie na kúpaliskách, výroba elektrickej energie pomocou parogenerátora. Realistický potenciál v SR: 7,2 PJ/rok. Tvorba pracovných miest: 31 miest/pj (112 miest/tw.h). Vplyv na životné prostredie: nie je možné pre vysokú mineralizáciu vypúš a použité geotermálne vody do povrchových recipientov. Bariéry rozvoja: vysoké náklady prieskumu a vŕtania zdrojov, nákladná technológia spätnej injektáže geotermálnej vody. (E. Bédi, 1996) 109

110 8. GEOTERMÁLNA ENERGIA Geotermálna energia nie je v pravom slova zmysle obnovite ným zdrojom energie, nako ko má pôvod v horúcom jadre Zeme, z ktorého uniká teplo cez vulkanické pukliny v horninách. Vzh adom na obrovské, takmer nevyčerpate né zásoby tejto energie, však býva medzi tieto zdroje zara ovaná. Teplota jadra sa odhaduje na viac ako o C a v desa kilometrovej vrstve zemského obalu, ktorá je dostupná súčasnej vŕtacej technike, sa nachádza dostatok energie na pokrytie našej spotreby na obdobie nieko ko tisíc rokov. Teplo postupuje zo žeravého zemského jadra smerom k povrchu. Teplotný nárast sa pohybuje od 20 do 40 o C na vertikálny kilometer s miestnymi maximami (geotermálne pramene). V hĺbke zhruba metrov sa často nachádza voda teplá až 200 o C. Využitie geotermálnych zdrojov siaha aleko do minulosti. Existujú archeologické záznamy o tom, že americkí Indiáni už pred viac ako 10 tisíc rokmi osíd ovali územia v blízkosti geotermálnych zdrojov. Geotermálne zdroje, napr. horúce pramene boli vyh adávané aj starými Rimanmi, Turkami alebo Maurmi na Novom Zélande. Prvé záznamy o priemyselnom využití tejto energie siahajú do roku 1810, kedy sa začalo s ažbou minerálov, nachádzajúcich sa v horúcich geotermálnych vodách v Larderello v Taliansku. Devä tovární, využívajúcich geotermálnu vodu, bolo v tejto oblasti vybudovaných v rokoch 1816 až Geotermálna energia sa v prevažnej miere využíva na vykurovanie objektov, ako sú bazény, skleníky, ale aj obytné domy napojené na systém centralizovaného zásobovania teplom. Takéto vykurovanie bolo inštalované už v 1890 v americkom Boise (štát Idaho). V Reykjavíku na Islande bolo geotermálnou vodou vykurovaných 45 tisíc domov a 95 tisíc m 2 skleníkov už v roku Osobitnú skupinu tvoria tzv. tepelné čerpadlá, využívajúce teplo Zeme na prípravu tepla na vykurovanie. Ve mi často sa však geotermálna energia využíva aj na výrobu elektrickej energie. Prvé pokusy s výrobou elektriny začali v Taliansku už v roku 1904 a prvá 250 kw elektráreň bola uvedená do prevádzky v roku 1913 v Larderello. Po nej nasledovali alšie v Wairakai na Novom Zélande (1958), v Pathe Mexiku (1959) a v The Geysers v USA (1960). Spôsob využitia Percento kapacity Percento energie Geotermálne tepelné čerpadlá 42,2 14,3 Vykurovanie objektov 30,6 36,8 Bazény 11,1 22,2 Skleníky 8,5 11,8 Aquakultúry 3,2 6,6 Priemysel 3,0 6,5 Roztápanie snehu/klimatizácia 0,7 0,6 Po nohospodárske sušenie 0,4 0,6 Iné využitie 0,3 0,6 Spolu: 100,0 100,0 Rozdelenie využitia geotermálnej energie na výrobu tepla vo svete v roku 1998 (E. Bédi, 2001) 110

111 Štát Inštalovaný výkon (MW) Výroba elektriny (GWh) USA Filipíny Taliansko Mexiko Indonézia Japonsko Nový Zéland Island El Salvador Kostarika Svet (vrátane TOP 10) Výroba elektriny z geotermálnej energie v roku 2000 (E. Bédi, 2001) Podiel výroby elektriny z geotermálnych zdrojov je v niektorých krajinách značný a napr. na Filipínach dosahuje až 21,5 % z celkovej výroby elektriny v krajine. V Salvadore je to 20 % a na Islande 15 %. Inštalovaný výkon (MW) Výroba energie (GW.h/rok) Výroba elektriny Výroba tepla Stav rozvoja využitia geotermálnej energie vo svete v roku 2000 (hodnoty pre výrobu tepla sú pravdepodobne podhodnotené o 20 %) (E. Bédi, 2001) Ceny energie z tohto zdroja sú však v závislosti od miestnych podmienok značne rozdielne. V niektorých regiónoch však náklady na takto získanú elektrickú energiu sú porovnate né s nákladmi na energiu z fosílnych palív. Cena geotermálne vyrobenej elektriny sa pohybuje od 0,02 USD/kW.h pre staršie zariadenia (The Geysers) po 0,06 USD/kW.h pre novšie zariadenia. Cena tepelnej energie z geotermálnych zdrojov sa pohybuje v ešte širšom rozpätí, nako ko táto nezávisí len od charakteristiky zdroja, ale aj od prítomnosti potenciálnych odberate ov v blízkom okolí Geotermálna energia technológia Technológia využívajúca geotermálnu energiu podlieha stálemu vývoju, hlavne v oblasti vývoja systémov ažiacich teplú vodu z hĺbky viac ako metrov. Nevýhodou, ktorá bráni širšiemu využívaniu geotermálnej energie je, že voda obsahuje ve ké množstvo solí, a preto sa nemôže priamo vies vodovodnými potrubiami a využíva ako zdroj pitnej vody. Nemožno ju použi ani v systéme dia kového vykurovania. So by rozožrala vodovodné rúry aj vykurovacie telesá. Využívanie geotermálnej energie na ohrev vody sa preto nezaobíde bez použitia výmenníkov. Nové technológie využívajú nehrdzavejúce výmenníky a nízkoteplotné vykurovacie systémy. Moderné aplikácie zahŕňajú okrem iného aj využitie geotermálnej energie pre chemickú výrobu a produkciu čistej vody. Opatrenia na zníženie nežiadúcej ekologickej zá aže z využívania tohto zdroja, napríklad reinjekcia vody a rozpustných odpadov, sa dnes stávajú bežnou praxou. Účinne sa zabraňuje aj vypúš aniu plynov, hlavne sírovodíka. Náklady na tieto opatrenia sú zahrnuté v ekonomických analýzach geotermálnych projektov. Využívanie geotermálnej energie z horúcich suchých skál pozostáva z injektáže a reinjektáže vody pod zemským povrchom. Je to najmodernejšia geotermálna technológia výroby elektriny. 111

112 8.2. Tepelné čerpadlá Relatívne novými zariadeniami sú tzv. tepelné čerpadlá, ktoré využívajú okolité prostredie ako zdroj vstupnej energie, a túto potom premieňajú na využívanú tepelnú energiu, napr. pre systémy individuálneho vykurovania domov. Je to najrýchlejšie sa rozvíjajúca oblas celého geotermálneho priemyslu. Počet inštalovaných tepelných čerpadiel využívajúcich teplo Zeme zaznamenal od roku 1995 obrovský nárast až o 269 %, pričom ročný prírastok predstavuje 30 %. V 26 krajinách, v ktorých sa vedú štatistiky predaja, presiahol počet inštalovaných zariadení až 500 tisíc, pričom len v USA sa ich ročne inštaluje asi 40 tisíc. Väčšina tepelných čerpadiel dnes pracuje vo vyspelých krajinách a ich priemerné ročné využitie sa pohybuje od hodín v USA po hodín vo Švédsku a Fínsku. Z h adiska podielu na výrobe tepla sú tepelné čerpadlá rozhodujúcimi technológiami na Islande a v Turecku. Princíp tepelného čerpadla Najjednoduchšie vysvetlenie princípu funkcie tepelného čerpadla je porovnanie so známou kompresorovou chladničkou (mrazničkou). Výsledným efektom chladničky je ochladenie potravín na požadovanú teplotu. Možno málokto si uvedomuje, že ved ajším produktom chladenia a mrazenia potravín je teplo, ktoré sa odvádza do okolia prostredníctvom rúrkového výmenníka (radiátora) na zadnej stene chladničky. Výsledným efektom tepelného čerpadla je získané teplo - a to tak, že sa odoberá nie z potravín, ale z vonkajšieho prostredia (z ohriatych látok Slnkom, zo vzduchu, z rieky, jazera, zo studne, z pôdy a pod.). Tepelný výmenník, ktorým sa čerpá energia z vonka, je teda mimo tepelného čerpadla. Prívod z vonkajšieho okruhu ústi do výparníka, kde sa na odber privedeného tepla z okolia používa pracovná látka, ktorá pritom zmenou teploty zmení svoje skupenstvo. Z výparníka sa pary pracovnej látky odsávajú a alej sa v kompresore stlačia. Tým zvýšia svoju teplotu a alej sa vedú do kondenzátora, kde odovzdajú teplo látke, ktorá obieha vo vykurovacom alebo ohrievacom systéme. V kondenzátore pary kondenzujú. Kondenzát sa vedie cez škrtiacu klapku spä do výparníka a celý proces sa opakuje. Ve mi jednoducho si tento proces môžeme vyskúša pomocou kolínskej vody. Ke kolínsku vodu kvapneme na ruku, rýchle sa odparí a miesto na ruke ostane chladnejšie pretože odovzdalo teplo kolínskej. Funkcia tepelného čerpadla je založená na termodynamickom procese, pri ktorom sa odoberá teplo okolitému prostrediu a odovzdáva sa tepelnému médiu (voda). K tomu, aby tento proces prebiehal v uzavretom cykle, je potrebné systému dodáva elektrickú energiu na pohon elektromotora kompresorového tepelného čerpadla resp. iné palivo (nafta, plyn). Ako médium, z ktorého sa teplo odoberá, môže slúži teplo Zeme (odoberá sa trubkami uloženými pod povrchom), aj teplo okolitého vzduchu alebo tiež vody zo studní. Charakteristickou veličinou tepelného čerpadla je podiel výkonu a príkonu. Užívate ovi dodané teplo predstavuje často nieko konásobok energie dodanej tepelnému čerpadlu. Tento podiel, ktorý býva od 2 po 7, znamená, že na 1 kw.h príkonu dodaného vo forme elektrického prúdu, nafty, alebo plynu, sa získa napr. až 7 kw.h (bežne však okolo 3 kw.h) vo forme úžitkového tepla. Energia sa pri tomto procese nevytvára, nako ko aj tu platí zákon zachovania energie. Uvedený zisk znamená, že okolitému prostrediu boli odobraté 2 kw.h. Pre hospodárnos prevádzky tepelných čerpadiel je výhodné využíva tepelné zdroje s čo najvyššou teplotou, napríklad odpadové teplo z priemyslových procesov, alebo využíva získané teplo v nízkoteplotných vykurovacích systémoch. Investičné náklady na využitie takéhoto tepla v regióne bývajú v mnohých prípadoch nižšie, ako sú náklady na výstavby nových zdrojov. Konštrukcia tepelného čerpadla Tepelné čerpadlo využívajúce teplo Zeme 112

113 Vykurovací systém Stupeň využitia primárnej energie Elektrické tepelné čerpadlo 0,9 1,4 Plynom poháňané tepelné čerpadlo 1,2 1,5 Absorpčné tepelné čerpadlo 1,1 1,5 Plynové kúrenie 0,6 0,8 Elektrické odporové vykurovanie 0,3 Využitie primárnej energie pre rôzne vykurovacie systémy (Zdroj: SE, a.s.) Štát OEZ-E % 1997 OEZ-E % 2010 OEZ-E % 1997 OEZ-E % 2010 bez ve kých bez ve kých hydroelektrární hydroelektrární Rakúsko 72,7 78,1 10,7 21,1 Belgicko 1,1 6,0 0,9 5,8 Dánsko 8,7 29,0 8,7 29,0 Fínsko 24,7 35,0 10,4 21,7 Francúzsko 15,0 21,0 2,2 8,9 Nemecko 4,5 12,5 2,4 10,3 Grécko 8,6 20,1 0,4 14,5 Taliansko 16,0 25,0 4,5 14,9 Írsko 3,6 13,2 1,1 11,7 Luxembursko 2,1 5,7 2,1 5,7 Holandsko 3,5 12,0 3,5 12,0 Portugalsko 38,5 45,6 4,8 21,5 Španielsko 19,9 29,4 3,6 17,5 Švédsko 49,1 60,0 5,1 15,7 Ve ká Británia 1,7 10,0 0,9 9,3 Európska Únia 13,9 22,1 3,2 12,5 Národné ciele pre obnovite né energetické zdroje elektriny (OEZ E) (Zdroj: Biomasa energia pre vidiek) Energetická účinnos jednotlivých druhov dopravy (Tolba, El-Kholy, 1992) 113

114 9. OBNOVITE NÉ ENERGETICKÉ ZDROJE NA SLOVENSKU Potenciál využívania obnovite ných zdrojov energie sa posudzuje pod a viacerých kategórií. Tzv. plný potenciál je charakterizovaný existujúcimi zdrojmi a možnos ami ich využitia na výrobu energie pri zavedení všetkých dostupných technológií. Tento však neposkytuje dostatok informácií o možnostiach jeho využívania, ke že ide o teoretické číslo. Technicky využite ný potenciál sa dá využi po zavedení dostupnej technológie. Je limitovaný administratívnymi, legislatívnymi a environmentálnymi prekážkami, nie však ekonomickými prekážkami. Dostupný potenciál je technicky využite ný potenciál, obmedzený alším využitím zdroja. Ekonomický potenciál je tá čas dostupného potenciálu, ktorá je po ekonomickej stránke realizovate ná, udávajúca aktuálne sociálne obmedzenia z h adiska makroekonomického (legislatíva, daňové predpisy, investičné a prevádzkové náklady, diskontné sadzby, inflácia at.). Trhový potenciál je ekonomický potenciál, ktorý sú investori pripravení sami rozvíja. Zoh adňuje bariéry trhu (investičné riziká, očakávané výhody, at.). Tento potenciál je rozhodujúci z h adiska mikroekonomického. Rozdiel medzi ekonomickým a trhovým potenciálom je v praxi daný mierou intervencie štátu. Zdroj Technický Súčasné Dostupný Ekonomický Trhový využite ný využívanie potenciál potenciál potenciál potenciál (TJ) (TJ) (TJ) (TJ) (TJ) Geotermálna energia Veterná energia Slnečná energia Malé vodné elektrárne Biomasa Celkom Potenciál obnovite ných energetických zdrojov (Zdroj: Atlas využívania obnovite ných energetických zdrojov na Slovensku) Technický potenciál obnovite ných zdrojov energie sa odhaduje na TJ/ročne. Ke že väčšina relevantných inštitúcií nepovažuje ve ké vodné elektrárne za obnovite né energetické zdroje z dôvodu rozsahu výroby a negatívnych environmentálnych dopadov, do úvahy sa berú iba malé vodné elektrárne s inštalovaným výkonom do 10 MW. Biomasa v ponímaní obnovite ných zdrojov disponuje najväčším potenciálom, až 46 % z celkového potenciálu. Za ňou nasleduje geotermálna energia (26 %) a slnečná energia (21 %). Technicky využite ný potenciál veternej energie je okolo 2 % z celkového technického potenciálu a u malých vodných elektrární je to menej ako 5 %. Biomasa má taktiež najvyšší stupeň súčasného využitia využíva sa necelá jedna tretina všetkých zdrojov biomasy. Nasledujú malé vodné elektrárne (19,5 %) a geotermálna energia (5,4 %). Slnečná energia a veterné energetické zdroje sa využívajú iba v minimálnom rozsahu. Druh energie Potenciál v roku 2010 (PJ) Vodné elektrárne (ve ké a malé) 26,5 Lesná biomasa 11,4 Geotermálna energia 7,2 Slnečná energia 4,9 Bioplyn 4,3 Veterná energia 1,1 Spolu 55,4 Využite ný potenciál obnovite ných zdrojov v SR v roku 2010 (E. Bédi, 1998) 114

115 9.1. Energia biomasy Najväčší podiel 46 % z celkového technicky využite ného potenciálu pripadá na biomasu s hodnotou TJ/rok. V našich podmienkach je reálne využíva na energetické účely lesnú biomasu vrátane energetických porastov, po nohospodársku biomasu, odpady z drevospracujúceho a potravinárskeho priemyslu a odpadovú biomasu z priemyselnej a komunálnej sféry. Druh biomasy Ročne využite né Energetický ekvivalent množstvo (v tis. ton) (v PJ za rok) Lesná biomasa: Tenčina do 7 cm 250 2,4 Alikvotná čas hrubiny 75 0,7 Zvyšky po manipulácii 110 1,1 Biomasa z prerezávok 15 0,1 Pne a korene 25 0,2 Odpad po prvotnom spracovaní 105 1,2 Palivové drevo 350 3,3 Lesná biomasa spolu 930 9,0 Po nohospodárska biomasa: Obilná slama 275 3,9 Repková a slnečnicová slama 160 2,2 Odpad z ovocných sadov a viníc 50 0,5 Bioplyn 44 1,0 Bionafta 6 0,2 Po nohospodárska biomasa spolu 535 7,8 Zdroje z drevospracujúceho priemyslu: Kusový odpad 485 5,7 Jemnozrnný odpad 320 3,7 Kvapalný odpad 460 6,5 Drevospracujúci priemysel spolu ,9 Komunálny odpad: Tuhý komunálny odpad 180 1,1 Drevný komunálny odpad 130 1,5 Komunálny odpad spolu 310 2,6 Kaly z ČOV 30 0,7 Celkom biomasa ,0 Celkový využite ný potenciál biomasy na energetické účely (Zdroj: Biomasa Energia pre vidiek) Na Slovensku sa nachádza nieko ko desiatok tisíc zdevastovaných a kontaminovaných pôd, ktoré nie sú vhodné na pestovanie potravín. Okrem toho je možné vyčleni alšie tisíce hektárov máloúrodných a eróziou postihnutých pôd na zalesnenie. Pri pestovaní biomasy sa dajú využi povodia riek, potokov, odvodňovacích a zavlažovacích kanálov, vetrolamy, násypy pri cestách a železničných tratiach, areály závodov a po nohospodárskych družstiev. Perspektívnym zdrojom palivovej biomasy sú energetické porasty, najmä tzv. energertické lesy, ktoré možno pestova na málo produktívnych a poškodených po nohospodárskych plochách, plochách rekultivovaných skládok a pod. Vhodnými drevinami pre energetické lesníctvo u nás sú topole, vŕby, agát a osika. Na ploche 1 ha sa predpokladá výsadba 5 až sadeníc s intervalom zberu 3 až 7 rokov, s dosahovaným výnosom t/ha a s celkovou životnos ou porastu 30 rokov. Z predbežných ekonomických analýz Lesníckeho výskumného ústavu vo Zvolene vyplýva, že pestovanie takýchto porastov môže by efektívne, ak ročná produkcia dendromasy mäkkých listnáčov je aspoň 10 ton sušiny na hektár. 115

116 Drevina Lesný pôdny fond (ha) Po nohospodársky pôdny fond (ha) Topo Vŕba Agát Osika Spolu Výmery pôd v SR vhodných pre pestovanie jednotlivých drevín (Zdroj: Biomasa energia pre vidiek) Množstvo potenciálne využite ného drevného odpadu v jednotlivých okresoch Slovenska (Zdroj: Biomasa energia pre vidiek) Pri využívaní lesnej biomasy sa využívajú rôzne formy drevného paliva kusy dreva, drevné štiepky, brikety a pelety. Na Slovensku existuje nieko ko producentov drevných štiepkov, brikiet a peliet napr. Bioterm - Krá ova Lehota, Drevovýroba., s.r.o. Rajec, Norba Plus Bojnice, Debnár Žarnovica, Beky, a.s. Snina, Drevomax, s.r.o. Oravský Podzámok, Geotech Ružomberok, Excellent Malacky, Faba, s.r.o. Banská Štiavnica, Stolárstvo Kobelár Leopoldov, Holz-Produkt Prešov, Doka Drevo Banská Bystrica, Pellet, s.r.o. Hliník nad Hronom, at. Porovnanie palivových nákladov v Sk na výrobu 1 GJ tepla (Zdroj: Biomasa energia pre vidiek) Z h adiska produkcie po nohospodárskej energetickej biomasy sa za perspektívne považujú: cirok sladký (Swett sorghum), láskavec, slonia tráva (Miscanthus), žia u nás zatia iba pre výskumné účely. 116

117 Rastlina Výnosy suchej Energetický obsah Potenciálny Testované hmoty suchej hmoty energetický zisk (ton/ha/rok) (GJ/t) (GJ/ha/rok) Láskavec SR Vŕby (Salix) SR Trstina (Miscanthus) SR Cirok sladký SRN Konope 12 33, ČR Charakteristika niektorých druhov energetických rastlín (E. Bédi, 1998) Prebytky biomasy ako rastlinného zvyšku (slama), vznikajú u nás predovšetkým v niektorých po nohospodárskych organizáciách v južnej časti stredného Slovenska, hornej Nitry, Spiša a nížinných oblastiach východného Slovenska. Medzi po nohospodársku biomasu sa radí aj odpad z potravinárskeho priemyslu (napr. z lisovania olejov, ovocných plodov) a hmota orezu viničných prútov z asi ha viníc. V roku 1991 sa v bývalej ČSFR začalo s tzv. oleoprogramom, ktorý postupne viedol k vybudovaniu 7 výrobní MERO na Slovensku. Východiskovou surovinou je semeno repky olejnej. Na Slovensku sa MERO uplatňovalo predovšetkým v po nohospodárstve, a to hlavne v aka podpore tohto programu zo strany štátu. V minulosti patrila výroba MERO medzi priority v oblasti ekologického po nohospodárstva. V súčasnosti sa však aj tu prejavuje nedostatok finančných prostriedkov a výrobne bionafty majú značné problémy so svojím odbytom. Nieko koročné skúsenosti s výrobou MERO ukazujú, že z 1 hektára osiateho repkou olejnou, s priemerným výnosom 3 tony semena na hektár, je možné získa asi 1 tonu MERO alebo 3,33 tony BIONAFTY MDT. Okrem toho pri lisovaní semien vznikajú asi 2 tony kvalitných krmovinových výliskov. Z h adiska možného potenciálu výroby bionafty u nás by do úvahy prichádzalo využívanie hlavne menej kvalitných a kontaminovaných pôd, ktoré sú nevhodné na pestovanie potravinárskych plodín. Odhaduje sa, že v SR by pri využití kontaminovaných pôd pre pestovanie repky na výrobu MERO táto pokryla 50 % ročnej spotreby u nás. Do roku 1997 bolo na Slovensku vybudovaných 7 výrobní MERO (AGRIFOP Stakčín, EKOIL Bratislava výrobňa Zohor), PD Horné Obdokovce, PD Kendice, PD Šalgovce, BIO BHMG Spišský Hrušov, AGRO DIESEL Revúca) s celkovou kapacitou ton MERO ročne. Výrobňa v Spišskom Hrušove dodávala bionaftu aj pre potreby mestskej hromadnej dopravy. V Spišskej Novej Vsi takto od roku 1994 používalo bionaftu MDT pokusne 6 autobusov mestskej hromadnej dopravy. V priemere tieto vozidlá vykazovali o 10,2 % vyššiu spotrebu paliva (2,6 % až 43,6 % pod a typu a veku vozidla) v porovnaní s klasickou naftou. Prestavba jedného vozidla na bionaftu je relatívne lacná a vychádza na cca Sk. Vysoká koncentrácia zvierat na našich po nohospodárskych farmách predstavuje značný potenciál bioplynu (asi 5 PJ). Táto energia by pokryla spotrebu elektriny v 300 tisíc domácnostiach a súčasne by bolo možné zásobova celoročne teplom asi 60 tisíc priemerne ve kých bytov. Najväčší potenciál využívania tohto zdroja je v oblastiach s vysokou koncentráciou hospodárskych zvierat, najmä ošípaných a nosníc. Sú to okresy Dunajská Streda, Nitra, Nové Zámky, Komárno, Levice a Košice okolie. Hoci výroba bioplynu pre energetické účely je vo svete bežná, na Slovensku existuje len ve mi málo takýchto zariadení. Na Slovensku sa bioplyn využíva v obci Bátka (okres Rimavská sobota) na kombinovanú výrobu elektriny a tepla. V Kolíňanoch (okres Nitra) sa elektrická energia využíva na prevádzku vlastných zariadení a získaným teplom sa vykuruje pri ahlá administratívna budova. Významným potenciálnym zdrojom biomasy je odpadová biomasa po mechanickom a chemickom spracovaní dreva v drevospracujúcom priemysle. Ich energetické využitie je miestne a viazané na drevokombináty v Ružomberku, Vranove nad Top ou, Štúrove, Zvolene a pod. Možný potenciál sa dá využi na kombinovanú výrobu tepla a elektrickej energie, ako sa to napríklad realizuje v Bučine, a.s. - Zvolen alebo Smrečine, a.s. - Banská Bystrica. Spa ovanie kvapalných odpadov čiernych lúhov je motivované najmä ekologickými dôvodmi. V blízkej budúcnosti sa predpokladá ich využitie len na výrobu tepelnej energie. Ďalším potenciálny energetickým zdrojom sú spálite né časti komunálneho (z 1 tony odpadu sa získa cca 6 až MJ tepla). Problémom je iba fakt, že pri takomto spa ovaní prichádzame o druhotné suroviny, vzniká popol, ktorý sa musí uloži na špeciálnych skládkach (nedá sa použi na hnojenie ako drevný popol) a spa ovaním mnohých súčastí komunálneho odpadu (plasty, guma, lepidlá v materiáloch a pod.) vznikajú toxické látky. Medzi biomasu sa zara uje aj odpadová biomasa z údržby zelene v intravilánoch miest a obcí, odpad v stavebníctve (spolu asi 200 tis. ton ročne s energetickou hodnotou TJ) a plyn z kalov z ČOV. Tento bioplyn z kalov z ČOV sa na 117

118 Slovensku momentálne využíva v čistiarniach odpadových vôd v Dolnom Kubíne, Vrútkach, Hornom Hričove, Banskej Bystrici, Seredi, Trnave, Nižnej a inde. Zväčša sa energia využíva na vyhrievanie kalových nádrží a na vykurovanie prevádzkových budov. Priemerná priama a nepriama spotreba energie v kcal na osobu v rôznych štádiách vývoja udstva (Miller, 1992) Produkcia CO 2 na jednotku energie pre rôzne druhy paliva v porovnaní s výrobou energie z uhlia (uhlie = 100) (Tolba, El-Kholy, 1992) Vodná energia Celková dĺžka evidovaných tokov na Slovensku je km. Dĺžka vodohospodársky významných a vodárenských tokov na Slovensku predstavuje km. Na Slovensku je vybudovaných 291 vodných nádrží z toho 54 s objemom nad 1 mil. m 3. Mnoho odborníkov nepokladá ve ké vodné elektrárne vzh adom k environmentálnym a sociálnym dopadom na spoločnos za obnovite né zdroje energie. Energetická koncepcia SR do roku 2005 však počíta aj s rozvojom a rekonštrukciou týchto zdrojov. Pod a schválenej Aktualizovanej energetickej koncepcie SR do r je technicky využite ný hydroenergetický potenciál (HEP) SR ekvivalentný ročnej výrobe elektrickej energie GW.h (26,5 PJ). Z tejto hodnoty pripadá na Dunaj GW.h, na Váh GW.h, na Hron 761 GW.h a na Bodrog s Hornádom 440 GW.h. Skutočné využitie HEP je v súčasnosti na úrovni 53,2 %, pri priemernej ročnej výrobe elektrickej energie GW.h, z toho na Dunaji GW.h, na Váhu GW.h, na Hrone 66 GW.h a na Bodrogu s Hornádom 115 GW.h. Celkový inštalovaný výkon 176 vodných elektrární SR je pod a uvedenej koncepcie MW. Z toho malé vodné elektrárne ( alej len

119 MVE) s výkonom 53 MW poskytujú ročne 165 GW.h, čo predstavuje využitie len 8,4 % potenciálu, vhodného na využitie v MVE. Do uvedených hodnôt ešte nie sú zarátané prírastky Vodného diela Žilina, MVE Čuňovo a niektorých alších MVE, ktoré boli v uplynulom období uvedené do prevádzky, prípadne budú spustené v tomto roku. Po zarátaní týchto údajov sa využitie HEP priblíži k 60 %. Prijatá koncepcia využívania HEP SR je zameraná na dostavbu ekonomicky i ekologicky zdôvodnite ných vodných diel. Postupne sa dokončia najmä vodné diela Sere a Strečno na Váhu, pripravuje sa výstavba prečerpávacej vodnej elektrárne (PVE) na Ipli a vybudujú sa MVE na riekach Horný Váh, Hron, Orava, Nitra, Malý Dunaj, Hornád, Poprad a iné. Tiež sa uvažuje o rekonštrukcii niektorých jestvujúcich vodných elektrární. V r sa predpokladá súhrnný výkon vodných elektrární MW a ročná výroba elektrickej energie GW.h. To bude predstavova 62 % využívanie technicky využite ného HEP SR. Názov toku Teoretický HEP (GW.h/rok) Využitie HEP (GW.h/rok) Dunaj Váh Hron Iné Celkom (4 541) Celkom v % ,2 (62,0) Teoretický HEP a využitie HEP pod a Aktualizovanej energetickej koncepcie SR do r (V zátvorke sú predpokladané údaje pre rok 2005). Pre slovenskú elektrizačnú sústavu majú vodné elektrárne ve ký význam. Niektoré z nich sú výhodné ako regulačné alebo záložné zdroje v elektrizačnej sústave a sú vhodné z h adiska zabezpečenia prvotných zdrojov energie (nepotrebujú palivo, stačí využi energiu vody), sú principiálne technologicky a ekologicky riešené. Sú aj primerane nákladné a využite né nielen pre energetické účely. Vodná elektráreň sa vo väčšine prípadov stavia ako viacúčelové dielo. Má teda význam nielen energetický, ale poskytuje výhody aj v nasledujúcich oblastiach: zlepšenie vodnej dopravy, zdokonalenie protipovodňovej ochrany, riešenie závlah a zásobovania vodou, možnosti pozitívnej korekcie hydrologických pomerov, širšie rekreačné a športové možnosti, iné účelové využitie. Výskumníci vo svete sa však intenzívne zaoberajú možnos ami riešenia negatívnych vplyvov vodných elektrární na životné prostredie (napr. vplyv na podložie, zanášanie, zmena hydrologických pomerov a pod.). Celkový technický využite ný potenciál vodnej energie, časti malé vodné elektrárne, predstavuje TJ/rok, čo je menej ako 5 % z celkového potenciálu obnovite ných zdrojov energie. Takmer 40,8 % potenciálu vodnej energie predstavujú toky patriace do povodia Váhu. Povodie Hrona má podiel 34,44 %, Bodrog a Hornád 17,8 %. Na povodie Dunaja pripadá 6,76 % podiel. Všetky uvedené podiely sa vz ahujú na malé vodné elektrárne do 10 MW. V súčasnosti sa na Slovensku nachádza a prevádzkuje viac ako 130 malých vodných elektrární s celkovou vyrobenou elektrickou energiou viac než 140 miliónov kw.h ročne. Pod a energetickej koncepcie SR sa predpokladá, že výkon MVE do roku 2010 stúpne na 715 miliónov kw.h/rok Geotermálna energia Technicky využite ný potenciál geotermálnej energie je TJ/rok (6 300 GW.h/rok). Geotermálna energia sa tak stáva druhým najväčším obnovite ným zdrojom energie na Slovensku. Na základe výskumu a prieskumu je na území Slovenska vyčlenených 25 perspektívnych oblastí s akumuláciou geotermálnych vôd s teplotami od 25 o C do 150 o C. Prevažná čas oblastí má teplotu vôd vhodnú pre vykurovanie bytov a priemyselných priestorov. 119

120 Lokalita Energetický potenciál Očakávaný Ročná výroba energie (MW) energetický výkon (TJ) (MW) Košická kotlina Popradská kotlina Liptovská kotlina Dunajská panva Levická kryha SPOLU: Geotermálny potenciál jednotlivých oblastí Slovenska pod a energetickej koncepcie pre SR do roku 2005 (E. Bédi, 1998) V minulosti sa na Slovensku využívali termálne pramene hlavne v po nohospodárstve. Použitá technológia bola ve mi jednoduchá, tepelné čerpadlá a kaskádové využitie zdroja sa uplatňovali iba výnimočne a energia vody bola využitá dos nehospodárne. Mnohé z týchto zdrojov boli v ostatných rokoch odstavené, nako ko obsah minerálnych látok geotermálnej (odpadovej) vody, ktorý sa pohyboval na úrovni 4 g/liter, viedol k podstatným za aženiam povrchových vôd. Nová hraničná hodnota - 0,8 g/liter znamená, že využívanie geotermálnej energie je možné vtedy, ke sa vyrieši problém s odpadovými vodami, a to či už reinjektážou alebo jej čistením. Spôsob využitia Inštalovaný výkon (MW) Ročná spotreba energie (TJ/rok) Vykurovanie budov 15,2 277,5 Vykurovanie skleníkov 22,5 355,4 Rybné hospodárstvo 2,3 36,2 Rekreačné účely 90, ,1 Tepelné čerpadlá 1,4 12,1 SPOLU 132, ,3 Využívanie geotermálnych vôd v SR (Zdroj: Atlas využívania obnovite ných energetických zdrojov na Slovensku) Celkovo sa momentálne geotermálne vody využívajú v 14 lokalitách pre po nohospodárske účely na vykurovanie skleníkov, fóliovníkov a vyhrievanie pôdy, v 6 lokalitách na vykurovanie sídlisk, bytov, sociálno hospodárskych budov, športovej haly a reštaurácie. V alších 3 lokalitách sa zdroje využívajú na chov rýb a v 30 na rekreačno športové účely. Okrem väčšieho počtu geotermálne vykurovaných kúpalísk (Ve ký Meder, Dunajská Streda, Komárno, Patince, Štúrovo, Podhájska, Pieš any, Trenčianske Teplice, Bojnice, Kováčová, Dudince, Kremnica, Sklené Teplice, Vyhne, Rajecké Teplice, Rajec, Vyšné Ružbachy, Liptovský Ján, Bešeňová, Belušské Slatiny, Oravice, Vrbov), ktoré si vyžadujú relatívne nízke investičné náklady bolo u nás vybudované prvé zariadenie využívajúce geotermálnu energiu na vykurovanie sídliska a nemocnice. V spolupráci s islandskou firmou Virkint-Orkint bolo v roku 1996 uvedené do prevádzky Geotermálne centrum v Galante. Využívaný výkon tunajšieho geotermálneho zdroja predstavuje 10 MW. V Podhájskej (okres Nitra) sa geotermálna voda využíva na vykurovanie hotela, administratívnej budovy a skleníkov, ako aj plaveckých a sedacích bazénov. V Žilinskom kraji, v obci Bešeňová geotermálnu vodu využíva rekreačno rehabilitačný komplex a Aquapark v Liptovskom Trnovci. Pripravuje sa realizácia geotermálnych projektov v Košiciach, Poprade a Starej Lesnej. Využitie tepelných čerpadiel na báze geotermálnej energie je oblas ou, v ktorej Slovensko zaostáva za inými krajinami. Využívajú sa u nás v nasledovných lokalitách: Podhájska (2 tepelné čerpadlá), Bojnice (1), Vyšné Ružbachy (2), Gbe any (1), Rajecké Teplice (3). Na základe doterajších skúseností (Galanta) je možné poveda, že vo viacerých slovenských obciach by bolo možné pokry značnú čas spotreby tepelnej energie v bytovo - komunálnej sfére práve z takýchto zdrojov. Napriek tomu, že geotermálnych zdrojov je u nás dostatok, problém ktorý ovplyvňuje ich širšie využitie spočíva dnes predovšetkým vo vysokých finančných nákladoch. Vrt do hĺbky metrov si vyžaduje investičné náklady mil. Sk. Z h adiska svojho potenciálu sa ako najperspektívnejšia lokalita u nás ukazuje Košická kotlina, ktorá je charakteristická prítomnos ou geotermálnych podzemných vôd s teplotou o C, a to v hĺbke menšej ako metrov. Napríklad pod sídliskom Dargovských hrdinov v Košiciach sa už v hĺbke 800 m nachádza voda teplá 60 o C. 120

121 9.4. Solárna energia Množstvo slnečnej energie dopadajúcej na územie SR je približne 200-násobne väčšie ako je súčasná spotreba primárnych energetických zdrojov u nás. Po zvážení všetkých reálnych možností inštalácie solárnych kolektorov a fotovoltaických článkov, technicky využite ný potenciál slnečnej energie bol stanovený na GW.h/rok ( TJ/rok), čo je zhruba 21 % z celkovej hodnoty obnovite ných zdrojov energie pre SR. Z toho 70 % by sa malo využi prostredníctvom solárnych kolektorov. Na Slovensku bolo do roku 1997 inštalovaných asi m 2 slnečných kolektorov, ktoré sa využívajú prevažne v rodinných domoch. Výnimkou nie sú však ani kolektory v priemyselných resp. po nohospodárskych podnikoch. Medziročný prírastok novo-inštalovaných kolektorov je u nás ve mi malý a v roku 1994 bol len 0,25 m 2 na 1000 obyvate ov. Za zmienku stojí, že v Rakúsku je tento prírastok 15,4 m 2 /1000 obyvate ov, pričom medziročný nárast predstavuje %. V súčasnosti v tejto alpskej krajine pripadá 73 m 2 slnečných kolektorov na 1000 obyvate ov. Na Slovensku je to takmer 20-krát menej - 3,6 m 2 /1000 obyvate ov. Je evidentné, že množstvo energie, ktorú je zo slnečných kolektorov možné získa, je v oboch krajinách zhruba rovnaké. Uvedené rozdiely vo využívaní sú však výsledkom cieleného úsilia, na ktorom sa v Rakúsku podie a ve ká čas obyvate stva. Situácia u nás je o to smutnejšia, že na Slovensku dnes existuje dostatočná materiálna základňa pre širšie uplatnenie týchto technológií, ve v Žiari nad Hronom sídli jedna z najväčších svetových firiem vyrábajúcich kolektory (zn. HELIOSOLAR) špičkovej kvality firma Thermosolar. Thermosolar počas 30-ročnej existencie vyrobil m 2 kolektorov. V súčasnosti ovláda 80 % slovenského trhu a umiestňuje na ňom 22 % svojej výroby. Kolektory Thermosolaru pracujú aj v extrémnych podmienkach napr. na Umwelt-Forschungszentrum Zugspitze (nadmorská výška m. n. m.), v nemeckých Alpách, odso ovanie morskej vody v Ománe. Mesiac kw.h/m 2 /deň Mesiac kw.h/m 2 /deň Január 1,7 Júl 6,0 Február 3,2 August 5,3 Marec 3,6 September 4,4 Apríl 4,7 Október 3,3 Máj 5,3 November 2,1 Jún 5,9 December 1,7 Fotovoltaické články - úrovne slnečného žiarenia dopadajúceho na plochu 1 m 2 (pri sklone 30 ) v našich podmienkach (E. Bédi, 1996) 9.5. Veterná energia Potenciál veternej energie v SR je malý. S hodnotou 605 GW.h/rok (2 178 TJ) sa podie a na celkovom potenciáli len 2 %. Je to dané tým, že na Slovensku je z h adiska vhodných veterných podmienok málo vyhovujúcich oblastí a konkrétnych lokalít. Všeobecne sa udáva, že prijate né podmienky na využívanie veternej energie majú lokality, kde je priemerná celoročná rýchlos vetra v rozmedzí od 6,5 do 15 m/s, čo u nás predstavuje 191 km 2, čo je len 0,39 % z celkovej rozlohy Slovenska. Lokality s nižšími a vyššími rýchlos ami vetra sa považujú pri súčasných technológiách za energeticky nevyužite né. Oblasti, kde je z h adiska rýchlosti vetra najvýhodnejšie inštalova veterné turbíny, majú však často najhoršie podmienky z h adiska technickej realizácie. Typ lokality Priemerná rýchlos vetra (m/s) Výroba enegie (kw.h/m 2 /rok) Slabá 5, Prijate ná 6, Dobrá 7, Ve mi dobrá 8, Na Slovensku v súčasnosti neexistuje žiadna spo ahlivo fungujúca turbína. Tie, ktoré sa v minulosti postavili, sú nefunkčné alebo neefektívne a z toho dôvodu sa nevyužívajú. Turbíny možno vidie popri dia nici z Bratislavy do Brna, tesne za Bratislavou, ale nepracujú. Exituje nieko ko funkčných inštalácií, ktoré však nedodávajú energiu do siete, iba zásobujú dom. O inštalácii veternej turbíny sa uvažuje v Spišskej Novej Vsi. Prvou skutočne ve kou investíciou v tejto oblasti je v tomto čase spustená skúšobná prevádzka veternej elektrárne Vestas s inštalovaným výkonom 4 x 660 kw na Vápenkovej skale v Malých Karpatoch. Prevádzkovate om elektrárne je obec Cerová. 121

122 10. AKO ŠETRIŤ ENERGIOU V DOMÁCNOSTI Ak vynecháme náklady na dopravu vlastným motorovým vozidlom, možno poveda, že v priemernej domácnosti sa na spotrebe energie podie a: kúrenie, resp. dodávka tepla asi 60 %, príprava, resp. dodávka teplej vody asi 30 %, domáce elektrospotrebiče a plynospotrebiče asi 10 %. Každý, kto to myslí vážne so šetrením energiou v domácnosti, by mal zača tým najjednoduchším, t.j. kontrolou ich spotreby. Spotrebu elektriny, plynu a teplej vody môžeme v pravidelných intervaloch, napr. mesačne, odčítava na príslušných meracích prístrojoch. Horšie je to s kontrolou zásobovania teplou vodou, ktorá slúži ako médium vo vykurovacích telesách. V lepších prípadoch majú bytové domy inštalované v každom byte na všetkých vykurovacích telesách merače, v tých horších prípadoch sa preddavky (zálohy) na kúrenie a aj konečné ročné vyučtovanie odvíja od počtu osôb v domácnosti alebo podlahovej plochy bytu. Náklady na teplo sú súčas ou nájomného (forma mesačných preddavkov) a dajú sa prakticky odkontrolova iba raz ročne - pri predložení ročného zúčtovania nájomného správcom domu. Pravidelné sledovanie spotreby energie v jej rôznych formách nám umožňuje získa nielen preh ad o vývoji našej spotreby, ale pri porovnaní s podobnou domácnos ou (ve kos bytu a počet obyvate ov) pozna naše spotrebite ské správanie. Ve ké výkyvy v spotrebe napr. teplej vody, nám môžu včas signalizova poruchu na rozvode, úniky vody a prija účinné opatrenia. Niektoré zistenia budú prekvapujúce. Ak po nich budú nasledova opatrenia, tak ich h adanie splnilo účel. Tie prvé úspory budú dosiahnuté s najmenšími nákladmi: malé náklady ve ké úspory. Ďalšie úspory už budú vyžadova premyslenejšie postupy Tepelná izolácia a vykurovanie V bytových a spoločenských budovách je únik tepla rozdelený približne takto: asi 40 % oknami, asi 35 % zle izolovanými stenami, asi 20 % strechou, asi 5 % podlahou (resp. stropom suterénu) V rodinných domoch sú pomery o niečo iné. Tam uniká: % oknami, % obvodovými stenami, % strechou, % podlahou (resp. stropom suterénu). Ak máme možnos zatep ova stavbu, zatep ujeme zásadne z vonkajšej strany. Nedostatočná izolácia stropu najvyššieho poschodia spôsobuje úniky tepla do okolia (príznak: rýchle topenie snehu na streche). Zlá izolácia stropu suterénu spôsobuje ochladzovanie teploty podlahy. Zatep ovanie najmä bytových domov je v našich podmienkach nevyhnutnos ou. Bolia najmä vysoké náklady s tým spojené v roku 2003 asi Sk na 1 m 2 a preto bez úveru a jeho splácania to nepôjde. Zatep ovanie rodinných domov je nevyhnutné v prípade využívania napr. solárnej energie. Tá je ve mi drahá a rovnako aj energia získaná z tepelného čerpadla a pod. Zateplenie rodinného domu pod a rozsahu vyjde na asi Sk. V tak náročných podmienkach na dosiahnutie úspor napr. tepla je potrebné siahnu po všetkom, čo trh ponúka. Aj využitie tepla z vydýchaného vzduchu tzv. rekuperátormi relatívne lacné zariadenie dokáže z toho, čo by sa inak bez úžitku stratilo, ohria vstupujúci čerstvý vzduch aspoň o pár stupňov. Nezabúdajme, že vetranie je dôležité aj pre odstraňovanie vodných pár z miestností, ktoré by inak mohli v zateplenom dome kondenzova na jeho stenách s nasledujúcim objavením sa plesní. 122

123 Pri projektovaní nového domu je rozumné aplikova na dom najnovšie predpisy a normy a najmä tie, ktoré budú u nás plati po vstupe do EÚ. Sú tvrdé, ale splnite né. Jedným z najdôležitejších údajov, ktorými je možné vzájomne domy porovnáva, je spotreba energie za rok dobrý dom by mal ma spotrebu okolo 60 kw.h za rok na meter štvorcový plochy. Požadujte vykurovanie pri tzv. nižšom potenciále ide o ohrev vodou, ktorá má max. teplotu do 55 o C. Vyžadujte od projektantov angažovaný prístup a sami sa v tomto vzdelávajte. Je potrebné zváži aj energetické nároky pre možnos chladenia domov v lete. Je potrebné da si pozor, aby spotreba energie v lete nebola porovnate ná so spotrebou v zime. Domy aj preto musia by tepelne izolované a malo by sa v nich používa napr. stenové kúrenie (ním sa dá priestor aj chladi ) namiesto podlahového (zvážte všetko pre i proti). Nieko ko rád pre znižovanie spotreby energie v domácnosti Záclona nie je iba dekorácia: záclona zakrývajúca radiátor bráni šíreniu tepla, a preto by mala siaha iba po parapetnú dosku (úspora energie 25 %). Rovnaký nepriaznivý účinok má maskovanie radiátora nábytkom. Straty energie týmito skrášleniami sú tak ve ké, že dlhá záclona či obloženie sú nevkusné a aj neetické. Za ahujte závesy: hne ako sa zotmie, zatiahnite závesy! Znížite tým straty tepla oknom. Únik tepla oknami: utesnené špáry okien (tesniacou páskou alebo profilom) prinášajú úsporu 6 10 % energie. Ve kos tepelných strát závisí aj od rôznych alších faktorov: orientácia okien pod a svetových strán, celková plocha okien, kvalita rámov a skiel (myslite na tieto faktory pri výstavbe domu - napr. okno orientované na sever má pä krát väčšiu tepelnú stratu ako okno orientované na juh). Správna regulácia teploty: každý stupeň, o ktorý znížite teplotu v miestnosti, znamená úsporu až 6 % nákladov na kúrenie. Vykurujte jednotlivé miestnosti pod a účelu a potreby (obývacia izba 20 až 22 o C, spálňa 16 až 18 o C, detská izba - 20 o C, kúpelňa 24 o C). Ak odchádzate v zime na dovolenku, stačí udržiava teplotu o C (nikdy nevypínajte kúrenie úplne). Ve mi užitočnými z h adiska regulácie teploty sú termostatické ventily s časovými spínačmi (úspora % energie). Správne vetra : energeticky úsporné je nárazové vetranie: vypneme kúrenie a v závislosti od ročného obdobia, resp. vonkajšej teploty, vetráme v zime spravidla dvakrát denne po 5 minút každú miestnos (tu by ste určite ocenili automatizáciu ). Moderné a účelné je vytváranie tzv. zimných záhrad čo je presklenná čas pristavená k ochladzovanej vonkajšej stene rodinného domu. Znižujú sa tak tepelné straty domu. Na zníženie tepelných strát domu slúžia aj nainštalované vonkajšie rolety. Na zníženie tepelných strát je ve mi výhodné zatepli strop, napr. ve mi jednoducho priložením izolačných kobercov v dostatočnej hrúbke na povalu. Pri elektrickom vykurovaní musí by bezpodmienečne inštalovaný priestorový termostat na ovládanie vykurovania. Častokrát sa vyplatí vymeni staré, nepriliehajúce, rozsušené okná za moderné, dobre izolujúce okná. Tepelná pohoda sa dá dosiahnu pri zvýšenej vlhkosti vzduchu v obývanom priestore. Dosiahne sa tak nižšia spotreba energie na vykurovanie. Pri 30 % vlhkosti sa tepelná pohoda dosiahne pri 23 o C v priestore, pri 60 % vlhkosti stačí 21 o C, čo je úspora asi % energie na vykurovanie. V oblastiach so silným vetrom môžeme okolo vonkajších ochladzovaných stien nasadi ve a zelených rastlín (popínavých), ktoré tvoria prirodzenú tepelnú izoláciu. Pred vykurovacou sezónou sa vyplatí da prehliadnu vykurovacie zariadenie odborníkom. Vykurovanie elektrickými akumulačnými kach ami je lacnejšie ako vykurovanie elektrickými priamymi konvektormi. Používajte ho len v nevyhnutnom prípade. 123

124 Spôsob odovzdávania tepla a druhy tepelných zdrojov V súčasnej dobe slovenský trh s palivami a energiou ponúka nasledovné možnosti vykurovania rodinných domov, pochopite/ne s rôznym stupňom komfortu: A. Na báze pevných palív - Drevo v rôznej forme: drevo - v klasickej forme (spa/ované v kotloch na drevo alebo v kachliach), drevo - spa/ované v pyrolytických kotloch, drevné štiepky, brikety, pelety, kozuby (teplovzdušné, akumulačné, s výmenníkom). Uhlie - rôzne druhy (kaly, prachové, lignit, triedené - hnedé, čierne) Koks B. Na báze plynu: Zemný plyn Kvapalný plyn (propán, flaga, probugas) C. Elektrické vykurovanie: - priame (elektrokotol, konvektor, sálavý panel, podlahové), akumulačné (akumulačná pec, elektrokotolňa, podlahové), zmiešané (hybridná pec, kombinácia priameho a akumulačného). D. Tepelné čerpadlá (voda - voda, zem - voda, vzduch - voda, vzduch - vzduch) E. Vykurovacie oleje F. Kombinácia uvedených systémov 124

125 Každé z týchto palív a použitých technologických zariadení spa ovania má svoje výhody a nevýhody, ktoré je nutné posúdi vzh adom ku konkrétnej situácii využitia. V súčasnosti sa už prakticky nikto nerozhodne pre vykurovanie elektrinou. Z h adiska problémov výroby elektrickej energie je tento druh jej spotreby najmenej efektívny a najstratovejší. V súčasnosti je pre vysoké ceny energie rozumné preskúma najprv možnosti, ktoré ponúka okolie vášho domu či nejakej budovy na ich vykurovanie napr. blízkos továrne s drevným odpadom, odpad z lesa, kalamitné drevo, biomasa, solárna podpora, teplo zo Zeme a pod. Náklady sú samozrejme vysoké, ale zabezpeči teplo pre budovy je generačný počin, a tak nie je vhodné očakáva návrat vložených investícií skôr než do 10 rokov. Pri rastúcich objektívnych cenách energie sa táto doba môže skráti Príprava teplej úžitkovej vody (TÚV) Teplá úžitková voda dnes predstavuje neodmyslite nú súčas nášho života. Z celkovej spotreby elektrickej energie v slovenských domácnostiach spotrebujú akumulačné ohrievače vody (bojlery) až 24 %. V roku 2001 sa v SR využívalo v domácnostiach asi bojlerov, ktoré spotrebovali cca kw.h elektrickej energie. Účel Spotreba vody 40 o C Spotreba vody 60 o C (v litroch) (v litroch) Umývanie rúk 1,5 1,0 Sprcha 30,0 18,0 Vaňový kúpe 130,0 78,0 Varenie 1,7 1,0 Bežné upratovanie 3,0 1,8 Spotreba vody na rôzne činnosti pre jednu osobu (Zdroj: Internetová stránka ENPOSE) Z fyzikálnych vlastností látok vyplýva, že na zvýšenie teploty 1 kg látky o 1 o C je potrebné doda určité množstvo energie, ktoré sa nazýva merné teplo. Merné teplo vody c = 4,18 kj/kg o C. Z uvedeného vyplýva, že na ohriatie 1 litra vody z 10 o C na 50 o C je potrebné doda 167,2 kj energie. Pretože 1J = 1 W.s, je treba doda 167,2 kw.s, čo je v prepočte na bežne používané jednotky 0,0464 kw.h energie. Ohrev 1 litra vody o 40 o C bude potom, pri výkone ohrievača 1 kw, trva 2 minúty a 47 sekúnd. Vo všetkých týchto výpočtoch nie sú uvažované straty pláš om ohrievača a potrubím. Už z tohto jednoduchého výpočtu je zrejmé, že pri požiadavke na väčšie množstvo TÚV, jej vyššiu teplotu alebo skrátený čas ohrevu, je potrebný väčší príkon vykurovacieho telesa. Sú to ve ké nároky na množstvá energie. Ale nám sa to tak nezdá. Mimochodom množstvo energie spotrebovanej na ohrev vody je obrovské v porovnaní s energiou použitej na iné veci. Napríklad energiou, ktorú spotrebujete na ohrev 1 litra vody o 1 stupeň Celzia by ste zdvihli asi 500 kg do výšky 1 metra 1 liter teplej vody v kúpe ni je energeticky asi 70-krát náročnejší ako liter studenej Energia, ktorou rozhýbete automobil na rýchlos asi 100 km za hodinu na 100 metrovej dráhe privedie do varu len 1 liter vody. Činnos Požadované množstvo vody Množstvo vz ahované v litroch /teplota vody v o C k teplote vody 60 o C /energetická náročnos v kw.h Kúpanie v plnej vani 250/40 150/ 8,7 Kúpanie v poloplnej vani 150/40 90/5,2 Šetrné kúpanie 100/40 60/3,5 Sprchovanie 30 50/ /1,1 1,7 Umývanie v umývadle 3 6/40 1 3/0,15 Umývanie riadu 5 10/55 3 6/0,25 0,5 Teoretická potreba tepla na prípravu 1 m 3 TÚV (bez strát) (Zdroj: Internetová stránka ENPOSE) 125

126 Pre prípravu TÚV môžeme využi zásobníkové (akumulačné) ohrievače vody alebo prietokové ohrievače vody. Výhody zásobníkových (akumulačných) ohrievačov vody: V pomere k množstvu pripravovanej vody investične obvykle menej náročné. Centrálna regulácia výstupnej teploty. Možnos pokrytia aj nárazového zvýšeného odberu teplej úžitkovej vody. Menšie nároky na inštalovaný el. výkon v pomere k objemu ohrievanej vody. Nižšie za aženie rozvodnej elektrickej siete. Možnos kombinácie s obnovite nými zdrojmi energie - slnečné kolektory, tepelné čerpadlá, či inými palivami. Nevýhody zásobníkových ohrievačov vody: Vyššie tepelné straty v prípade dlhých rozvodov tepla (nad cca 3 m), a najmä v prípade umiestnenia v trvalo chladnejších priestoroch (napr. pivnica). Tento problém je možné eliminova u novostavieb vhodným dispozičným riešením miestností. S ažené možnosti umiestnenia v mieste spotreby vody (u nových projektov je taktiež možné vyrieši vhodným dispozičným riešením). Väčšie nároky na priestor. Počet osôb v domácnosti Minimálna ve kos ohrievača 1 2 dospelí, byt litrov 2 dospelí, 1 2 deti, byt litrov 2 dospelí, 2 3 deti, byt litrov 2 3 dospelí, 2 3 deti, byt litrov Odporúčaný objem akumulačného ohrievača vody (Zdroj: Internetová stránka ENPOSE) Pri návrhu prietokového ohrievača vody (POV) platí nasledovná zjednodušená úvaha: Prietokový ohrievač vody je schopný okamžite poskytnú také množstvo vody v litroch za minútu približne 38 o C teplej, ktoré sa rovná polovici elektrického príkonu POV v kilowattoch. Výhody prietokových ohrievačov vody: Ohrievač vody je v mieste spotreby a zohrieva vodu prakticky okamžite po otvorení kohútika. Minimálne tepelné straty. Možnos umiestenia v mieste najväčšej spotreby. TÚV k dispozícii pod a potreby v reálnom čase. Malé nároky na priestor. Úspora potrubného materiálu na rozvod TÚV. Možnos jednoduchšieho rozšírenia systému prípravy TÚV najmä u vzdialenejších odberných miest (napr. v prípade prístavby alebo rekonštrukcie objektu). Nevýhody prietokových ohrievačov vody: Zvyčajne vyššie investičné náklady - najmä u ohrievačov s elektronickým riadením výkonu. Zvýšená možnos poruchy (pri väčšom počte ohrievačov). Častejšia údržba. Podstatne vyššia náročnos na inštalovaný el. výkon - vyššie za aženie (i ke krátkodobé) rozvodov elektriny. Z poh adu energetiky - neregulovate né zvyšovanie za aženia elektroenergetickej sústavy, najmä v čase energetických špičiek. Malé jednorázové množstvo TÚV. Citlivejšie na tvrdos vody. Neexistuje žiadny univerzálny a zovšeobecnite ný optimálny systém na prípravu TÚV vhodný do každého objektu. Pre bežnú domácnos a s oh adom na uvedené výhody a nevýhody sa ako najvýhodnejšia javí nasledovná kombinácia: kúpelňa (vaňový kúpe ) - akumulačný ohrievač vody príslušnej ve kosti pod a počtu členov v domácnosti, samostatná sprcha (sprchový kút) - prietokový ohrievač vody s výkonom minimálne 12 kw v kombinácii so sprchou s úspornou hlavicou alebo zásobníkový ohrievač vody s obsahom 30 l a výkonom 3 kw, drez - pri väčšej vzdialenosti ako 3 m od hlavného ohrievača vody - ohrievač vody s čiastočnou akumuláciou (10 l) prípadne prietokový ohrievač vody s výkonom 4 kw, umývadlo mimo kúpelne ohrievač vody s čiastočnou akumuláciou (5 l, príkon 2 kw), prípadne POV s výkonom 3 kw. 126

127 Príprava teplej úžitkovej vody rady Návrh zariadenia na prípravu TÚV zverte odborníkovi, ale zadefinujte mu požiadavky, ktoré by malo zariadenie spĺňa. Aj zariadenie na prípravu TÚV by malo by šité na mieru! Pri vo be systému prípravy TÚV je nutné akceptova pripojovacie podmienky dodávate a elektriny. Energeticky najdôležitejším parametrom elektrických akumulačných ohrievačov vody je strata tepla za 24 hodín po ohriatí. Čím je táto strata nižšia, tým sú nižšie i straty tepelnej energie (aj elektrickej), a teda i nižšie prevádzkové náklady. Energetická účinnos akumulačného ohrievača je vyjadrená v energetickom štítku. Najúspornejšie sú zaradené do triedy A a B. S cie om odstráni alebo aspoň minimalizova tvorbu vodného kameňa na vykurovacích telesách ohrievačov vody, ktorý v konečnom dôsledku zapríčiňuje zníženie účinnosti ohrevu a skrátenie životnosti ohrievača inštalujte pred ohrievače vody (najlepšie na prívodné potrubie do objektu) magnetickú, elektromagnetickú, elektrostatickú alebo ultrazvukovú - fyzikálnu úpravu vody. Akumulačný ohrievač vody umiestnite, pokia je to možné, čo najbližšie k miestu najväčšej spotreby do temperovanej alebo vykurovanej miestnosti (zníženie tepelných strát). Kvôli menšiu spotrebu teplej vody sa vyplatí inštalova elektrické prietokové ohrievače vody priamo v mieste spotreby. Minimalizujte dĺžku rozvodov TÚV a dobre ich tepelne zaizolujte. Optimálna teplota v bojleri je 55 o C, preto ju bezdôvodne nezvyšujte. Potrubie s teplou vodou je potrebné tepelne izolova. Používajte častejšie sprchovanie ako kúpanie vo vani. Spotrebujete až 3 krát menej energie. Pred odchodom na dlhší čas z domu (napr. na dovolenku), nastavte teplotu v bojleri na 10 o C (niektoré zdroje odporúčajú teplotu o C). Používajte pákové batérie, zmiešavacie vodovodné batérie alebo batérie so vstavaným termostatom, perlátory a úsporné sprchové hlavice - možnos úspor 30 až 40 %. Spotreba TÚV narastá aj netesnos ou batérií. Pri netesnom kohútiku, ktorým kvapne 10 kvapiek vody za minútu, je to cca 170 l za mesiac, čo je viac ako l vody za rok, to predstavuje asi 100 kw.h elektrickej energie za rok. Preto udržiavajte batérie v dobrom stave Osvetlenie V aka svetlu dokážeme získa určitú obrazovú informáciu o prostredí, v ktorom sa nachádzame a predmetoch v danom priestore, ich polohe, vzdialenostiach, farebnosti a podobne. Túto informáciu potom mozog na základe skúseností, ale i myslenia dokáže spracova a vyhodnoti. Zrakom, a teda prostredníctvom svetla, človek získava až 70 % informácií z okolitého prostredia. Svetlo má dvojakú podstatu - vlnovú i časticovú. V aka časticovej povahe svetla dokáže napríklad hýba predmetmi, ale i spôsobova zrakový vnem. V aka vlnovej povahe svetla zasa svetlo prechádza prieh adnými materiálmi, láme sa a odráža sa a napríklad oko rozlišuje farbu svetla, predmetov a podobne. Časticovú povahu svetla predstavujú malé častice schopné nies malé množstvo energie - fotóny. Tieto častice vznikajú (emitujú sa) pri zmenách energetických stavov elektrónov v atómoch pevnej alebo plynnej látky. Optické žiarenie - je to elektromagnetické žiarenie s vlnovými dĺžkami od 100 nanometrov (10-7 metra) do 1 milimetra (10-3 metra). Vidite né žiarenie je však len čas ou optického žiarenia. Siaha od asi 380 nm - fialová farba cez zelenú po asi 780 nm - červenú farbu. Optické žiarenie s kratšími vlnovými dĺžkami ako 380 nm sa nazýva ultrafialové žiarenie, s dlhšími ako 780 nm sa nazýva infračervené žiarenie. Optické žiarenie v celom rozsahu vlnových dĺžok (vidite né, nevidite né - ultrafialové i infračervené) má vplyv na oči, ale i celý povrch tela človeka. Nevidite né žiarenie môže by nebezpečné práve preto, že je nevidite né a nedokážeme ho teda včas spozorova a chráni sa pred ním - často pozorujeme až následky, ktoré sa spravidla prejavia až ove a neskôr. udské oko nie je rovnako citlivé na celý vidite ný rozsah vlnových dĺžok (všetky farby). Okrajové pásma (fialová, modrá a červená) sú vnímané slabšie ako stredné pásmo (zelená farba). Biele svetlo môže obsahova všetky farebné odtiene. udské oko ich nedokáže vníma selektívne (každý odtieň zvláš ). Pod a prevládajúcej farby (alebo chýbajúcej farby) vníma svetlo biele s charakterom teplým (prevláda červené spektrum) alebo studeným (prevláda modré spektrum). Svetlo určené na osvet ovanie domácností (všeobecne obývaných priestorov) musí obsahova (ideálne) všetky farby spektra. Ak sa farebný predmet nasvieti monochromatickým svetlom, ktoré obsahuje iba 1 farbu (vlnovú dĺžku), budeme tento predmet pozorova ako šedý. Ako sa človek a udské videnie vyvíjalo (desa tisíce rokov), oko si privyklo na prírodný svetelný zdroj - Slnko. Spektrum slnečného žiarenia sa mení počas dňa. Kým na poludnie je takmer rovnomerné a obsahuje teda rovnomerne takmer všetky 127

128 vidite né farby (biele slnečné svetlo), k večeru (západ slnka) sa postupne mení (atmosféra Zeme pôsobí ako spektrálny filter, zapadajúce slnečné lúče prechádzajú väčšou vrstvou atmosféry) na červenú - spomeňme si na romantické obrázky zapadajúceho slnka. Človek na základe dlhoročnej skúsenosti vie pod a okolitého svetla, aká čas dňa práve prebieha (i keby nemal hodinky a nevidel by priamo na slnko). Tento zvyk je vhodné rešpektova a nevnucova človeku iný biologický rytmus. Je teda vhodné miestnosti s nedostatočným denným osvetlením, v ktorých sa pracuje, osvetli svetlom podobným slnečnému dennému svetlu (studené biele svetlo) a miestnosti, v ktorých sa v podvečer relaxuje, osvetli svetlom podobným svetlu zapadajúceho slnka (teplé biele svetlo). Nerešpektovanie udských zvyklostí vedie u väčšiny udí k poruchám psychickým i biologickým. Zjednodušený výpočet úspor nákladov počas životnosti úsporného svetelného zdroja N ú úspora nákladov (Sk) t ú životnos úsporného svetelného zdroja (hod.) t k životnos klasickej žiarovky (hod.) C k cena klasickej žiarovky (Sk) C ú cena úsporného svetelného zdroja (Sk) P k príkon klasickej žiarovky (W) P ú príkon úsporného svetelného zdroja vrátane predradníka pri rovnakom svetelnom toku, ako má klasická žiarovka (W) a priemerná cena elektriny za 1kW.h ( s uvažovaním podielu z pevného mesačného poplatku v príslušnej sadzbe) (Sk/kW.h) Základné pojmy I. Svetelný výkon vo vidite nej oblasti sa označuje ako svetelný tok (Φ), jednotkou merania je lumen (lm). Označuje množstvo svetla, ktoré sa zo svetelného zdroja šíri (vyžiari) všetkými smermi. Teplota chromatickosti (alebo pri výbojových svetelných zdrojoch náhradná teplota chromatickosti) udáva pri svetelných zdrojoch, produkujúcich biele svetlo vhodné na osvet ovanie domácností, zastúpenie červených a modrých zložiek vidite ného spektra v svetle. Najteplejšie biele svetlo (s prevahou červeného spektra nad modrým) produkuje klasická žiarovka, niektoré teplo-biele žiarivky a mnohé kompaktné žiarivky. Toto teplobiele svetlo je ve mi vhodné na osvet ovanie väčšiny domácich priestorov určených na odpočinok, prijímanie návštev, dlhodobý pobyt osôb alebo spánok. Spektrum svetla pripomína spektrum zapadajúceho slnka a preto pôsobí na človeka uk udňujúco tak, ako je udský organizmus zvyknutý. Takéto teplo-biele svetlo máva najčastejšie teplotu chromatickosti (Tc) okolo K (Kelvinov), ale takto sú označované všetky spektrá do K. Nad K do hodnoty K je oblas bieleho svetla s označením neutrálneho bieleho svetla. Toto svetlo je charakteristické pre mnoho lineárnych žiariviek a je vhodné na osvet ovanie pracovných priestorov, kde pôsobí motivujúco (ilúzia bieleho dňa). Biele svietidlá s chromatickos ou nad K obsahujú značné množstvo modrých zložiek spektra. Produkujú ho niektoré žiarivkové zdroje a takéto svetlo je charakteristické pre rovnomerne zatiahnutú dennú oblohu. Je vhodné pre pracovné priestory (podporuje pracovné nasadenie) a zvláš sa hodí pre miešanie s denným svetlom. Svetelný zdroj - zariadenie, ktoré premieňa jeden privádzaný druh energie na vidite né svetlo. Elektrické zdroje svetla premieňajú dodávanú elektrickú energiu na svetlo. Najviac sa využívajú dva princípy: Teplotné žiarenie používajú klasické žiarovky a halogénové žiarovky. Tento spôsob výroby svetla je ve mi málo účinný. Druhý spôsob využívajú výbojové zdroje svetla. Elektrický výboj produkuje optické žiarenie vo vidite nej alebo nevidite nej (ultrafialovej, infračervenej) oblasti. Ultrafialové žiarenie sa na vidite né svetlo mení pomocou luminoforu naneseného na banke svetelného zdroja. 128

129 Základné pojmy II. Index farebného podania (R a) svetelného zdroja udáva vlastne percentuálne zastúpenie všetkých zložiek vidite ného farebného spektra v spektre svetla produkovaného svetelným zdrojom. Jednoducho povedané udáva, či sú vo svetle zastúpené všetky vidite né farby a odtiene. Maximálna hodnota je 100 a dosahujú ju teplotné svetelné zdroje (žiarovky, halogénové žiarovky). Za kvalitné svetelné zdroje pre domácnos možno považova svetelné zdroje s farebným podaním nad 80 (zahraničné označenie 1B) postačujúce pre väčšinu osvet ovaných priestorov, len niektoré priestory (kuchynská linka, sporák, modelárska dielňa) vyžadujú lepšie farebné podanie ako 90 (zahraničné označenie 1A). Takéto farebné podanie spĺňajú okrem žiaroviek i najkvalitnejšie lineárne žiarivky. Merný svetelný výkon vyjadruje pomer, medzi dodaným elektrickým príkonom a vyprodukovaným svetelným tokom. Je to vlastne svetelná účinnos, resp. účinnos premeny dodanej el. energie na vidite né svetlo. Udáva sa v jednotkách lumen na watt, teda lm/w. Samozrejme, čím je toto číslo vyššie, tým je svetelný zdroj účinnejší a teda hospodárnejší. Najvyšší merný výkon dosahujú sodíkové výbojky, je to však vyvážené ve mi zlým farebným podaním a nie sú preto vhodné pre účely osvet ovania domácností (interiérov). Jas je veličina, ktorá opisuje schopnos svietiaceho alebo osvet ovaného predmetu vyvola zrakový vnem. Jednotka je cd/m 2. udský zrak má ve mi široký interval vnímania jasov. Do hodnoty 1cd/m 2 je možné prakticky len čierno-biele videnie, úplné farebné videnie je možné asi od jasu 10 cd/m 2, rozoznanie čŕt udskej tváre je možné od asi 17 cd/m 2 a kvalitné farebné videnie nad 150 cd/m 2. Kontrast je veličina, ktorá priamo súvisí s jasom. V aka kontrastu je oko schopné rozpozna dva predmety s rôznym jasom. Pri malom kontraste a rovnakej farbe, predmety splývajú. Pri vysokom jase a kontraste vzniká oslnenie a teda videnie je znemožnené. Typ elektrického svetelného zdroja Svetelný tok (lm) Merný výkon Farebné podanie (lm/w) (R a ) Vosková sviečka Wolfrámová žiarovka 100 W (číra) ,5 100 Kompaktná žiarivka 20 W Lineárna žiarivka 58 W Vysokotlaková sodíková výbojka W Nízkotlaková sodíková výbojka 180 W Porovnanie základných parametrov bežných svetelných zdrojov (R. Vlček, 2000) Ako pracujú elektrické zdroje svetla Klasická volfrámová žiarovka pracuje na princípe teplotnej emisie fotónov a elektromagnetického žiarenia vo vidite nej oblasti. Na to, aby volfrámové (kedysi uhlíkové, neskôr osmiové) vlákno vyžarovalo vidite né svetlo, musí by toto vlákno zohriate na vysokú teplotu asi K. Vlákno sa v žiarovke zohrieva prechodom elektrického prúdu cez vlákno. Energetická účinnos takéhoto zdroja svetla je však ve mi malá - asi 1,5-3 %. Ostatná dodaná a spotrebovaná elektrická energia sa mení na teplo. Žiarovka je vlastne elektrický ohrievač, ktorý ako ved ajší efekt svojej práce produkuje aj svetlo. Pri dostatočnom žeravení je svetlo teplo-biele s farebným podaním 100, takže vlastne ve mi kvalitné. Bohužia, jeho získavanie je ve mi nehospodárne. Za používanie žiaroviek v domácnostiach hovorí ich ve mi nízka výrobná i predajná cena, ve ká sériovos výroby, nepotrebujú pre svoju činnos predradníky ani zapa ovače, sú ve mi málo citlivé na okolitú teplotu, produkujú svetlo takmer okamžite po zapnutí a svetlo je príjemné, stabilné a jeho množstvo a kvalita sa počas života žiarovky v podstate nemení. Proti používaniu žiaroviek zase hovorí ich pomerne nízka životnos (asi hodín) a ve mi nízka hospodárnos prevádzky (pri zvyšujúcich sa cenách elektrickej energie je táto negatívna vlastnos žiaroviek zvláš cite ná). Stále však je pomerne výhodné používanie žiaroviek v miestnostiach s občasným svietením (toalety, chodby, suterén, povaly), a tiež napríklad vonkajšie osvetlenie, pretože nie sú citlivé na okolitú teplotu (ako napríklad kompaktné žiarivky) a pri ich prípadnom odcudzení alebo poškodení nevzniká ich bývalému majite ovi ve ká škoda. Je však potrebné obmedzi čas ich prevádzky na nevyhnutnú mieru (snímače prítomnosti osôb, časové spínače, snímače úrovne osvetlenia a pod.). 129

130 Klasické žiarovky sa vyrábajú vo ve mi širokom sortimente, čo sa týka tvarov banky (hruškové, gu ové, sviečkové, ozdobné, lineárne, reflektorové a iné), i čo sa týka povrchovej úpravy banky (číre, matované, opálové, farebné). Vyrábajú sa s rôznymi päticami, asi najpoužívanejšie (pre napätie 230 V) sú závity E 14 a E 27. Ich použitie má dnes význam len na miestach, kde sa osvetlenie využíva málo (suterén, povaly), alej na vonkajšie osvetlenie (sú v podstate necitlivé na vonkajšiu teplotu), na miesta, kde je nutné kvalitné podanie farieb (sporák) alebo tam, kde nemožno použi moderné kompaktné žiarivky z estetických dôvodov (krištá ové lustre). Halogénové žiarovky vznikli z klasických žiaroviek pridaním halogénu do banky. Volfrámové vlákno v žiarovke má vysokú teplotu. Čím je teplota vyššia, tým je svetlo belšie (obsahuje viac modrých zložiek spektra), ale tým rýchlejšie sa volfrám vyparuje a usadzuje na vnútornej stene banky. Banka postupne sčernie a vlákno sa preruší. Proces odparovania vlákna je možné výrazne spomali pridaním práve halogénu do banky žiarovky. Halogén sa v oblasti pri stene banky (kde je nižšia teplota, ako pri vlákne) viaže s odparujúcim sa volfrámom a spolu s volfrámom vo forme zlúčeniny putuje naspä k vláknu, kde sa vplyvom vysokej teploty rozloží. Volfrám sa usadí naspä na vlákno (respektíve zahustí atmosféru okolo vlákna a tým spomalí vyparovanie alšieho volfrámu z vlákna) a halogén odchádza spä k banke pre alší odparený volfrám. Takto by sa zjednodušene dali popísa deje vo vnútri halogénovej žiarovky. Ako bolo spomenuté, výraznú úlohu v tomto obnovovacom procese volfrámového vlákna zohráva práve rozdiel teploty v okolí vlákna a v blízkosti sklenenej banky. Halogénový cyklus dokáže predĺži životnos žiarovky na až hodín. V aka halogénovému cyklu je možné vlákno žeravi na vyššiu teplotu, ako pri klasickej žiarovke. Tým sa dosiahne vyššia teplota chromatickosti (väčší podiel modrých zložiek v spektre), svetlo je brilantnejšie a dosiahne sa tiež vyšší merný výkon. Negatívom je podstatne vyššia cena halogénových žiaroviek oproti klasickým žiarovkám. Ak však chceme dosiahnu kvalitné akcentačné osvetlenie (kuchynská linka, bar, vitrínky a podobne), potom sa oplatí investova do halogénových žiaroviek. Je dobré sa uisti, aké prevádzkové napätie majú ponúkané halogénové žiarovky. Väčšinou sa vyrábajú na napätie 12 alebo 24 V. Pre ich pripojenie potrebujeme potom predradný transformátor znižujúci napätie z 230 V na 12 V alebo 24 V. Jeho cena nie je zanedbate ná, ale je možné si vybra z nieko kých druhov. Základné delenie je na klasické indukčné (lacné, ažké, nechránia žiarovky) a elektronické (drahšie, ahšie, obsahujú ochranu halogénových žiaroviek a držia stabilné výstupné napätie). Vyrábajú sa tiež halogénové žiarovky na sie ové napätie 230 V, používajú sa však málo. Použitie halogénových žiaroviek je odôvodnené na miestach, kde požadujeme akcentačné osvetlenie (vitrínky), miestne osvetlenie (kuchynská linka) a podobne. Využitím smerových vlastností reflektorových, resp. PAR halogénových žiaroviek možno dosiahnu osvetlenie miestne a navyše úsporné. Lineárne žiarivky využívajú na tvorbu svetla celkom iný princíp ako klasické žiarovky (či halogénové žiarovky). Z toho dôvodu dosahujú 5 až 10-krát väčšiu účinnos ako žiarovky. Lineárne žiarivky pracujú na princípe získavania svetla zo žiarenia elektrického oblúka. Elektrický oblúk horí v ortu ových parách a produkuje optické žiarenie najmä v UV oblasti, teda nevidite né (najmä na 253,7 nm). Takéto nevidite né žiarenie sa na vidite né svetlo mení pomocou luminofóru - bieleho prášku, naneseného na vnútornej stene trubice. Od jeho kvality ve mi závisia kvalitatívne vlastnosti žiarivky. V minulosti sa používal dnes už prekonaný jednopásmový luminofor na báze halofosfátov. Výsledkom bolo nepríjemné a unavujúce svetlo, značnou mierou prispelo k zatracovaniu žiariviek. Bohužia, ešte i dnes takéto historické artefakty svetelnej techniky môžeme nájs v slovenských úradoch a najmä školách, čo je ve mi alarmujúce. Jednopásmový luminofor sa používal najmä v hrubých žiarivkách s priemerom 38 mm, ktoré obsahovali až 50 mg nebezpečnej ortuti. V existujúcich svietidlách je možné tieto zastaralé hrubé žiarivky bez alších investícií nahradi modernejšími 26 mm žiarivkami s trojpásmovým, alebo v náročných prípadoch s pä pásmovým luminoforom a ove a kvalitnejším produkovaným svetlom. Účinnos 26 mm žiarivkových trubíc je oproti 38 mm vyššia až o 30 %. Chromatickos svetla je možné voli pod a potreby (pod a prostredia nasadenia) od K (teplo-biele svetlo) cez K (neutrálne biele svetlo) až po chromatickosti nad K (denné biele svetlo, chladné). Pre špeciálne použitie sa vyrábajú žiarivky so špeciálne upraveným spektrom svetla a najčastejšie označované ako Natura (osvetlenie mäsových výrobkov), či Flóra (osvetlenie zelene) a podobne (špeciálne žiarovky pre akváriá, diskotéky, solária). Nové, moderné 26 mm lineárne žiarivky dosahujú s pä pásmovým luminoforom podanie farieb Ra až 98 (klasická žiarovka má Ra 100, klasická stará žiarivka asi 60, bežná trojpásmová 26 mm žiarivka asi 80-90). Životnos 38 mm žiarivky sa pohybovala okolo hodín, moderné 26 mm žiarivky s konvenčným predradníkom (tlmivka, zapa ovač, kondenzátor) dosahujú až hodín. Použitím drahšieho, ale modernejšieho elektronického predradníka možno zvýši účinnos žiariviek až o 15 %, predĺži ich životnos na až hodín a zvýši bezpečnos a komfort svetelného systému. Najnovším trendom sú žiarivky s priemerom 16 mm alebo 7 mm určené do extrémne štíhlych svietidiel. Žiarivky sú opä o 7 až 10 % účinnejšie, sú však asi dvakrát drahšie ako 26 mm trubice a pracujú len s elektronickým predradníkom. Použitie elektronických predradníkov namiesto klasických indukčných je výhodné napriek ich cene. Ich asi dvakrát vyššia cena je plne vyvážená úžitkovými vlastnos ami. Použitie lineárnych žiariviek v domácnosti je všestranné. Okrem miestností s vyššími nárokmi na zrakový výkon (kuchyňa, kuchynská linka, pracovňa, detská izba, dielňa, garáž) ich možno použi aj 130

131 v ostatných miestnostiach (pri použití vhodných svietidiel), teda napríklad aj v obývacej izbe (pokia je svietidlo so žiarivkou umiestnené nevidite ne, teda nad nábytkom, garnižou a podobne). Svetelný tok (%) Spotreba (%) Životnos (%) 38 mm + konvenčný predradník mm + konvenčný predradník mm + predradník s nízkou spotrebou mm + elektronický predradník mm + elektronický predradník Porovnanie lineárnych žiariviek s rôznymi predradníkmi (R. Vlček, 2000) Kompaktné žiarivky predstavujú moderný a progresívny spôsob osvet ovania domácností. Kombinujú kompaktnos (malé rozmery) žiaroviek s princípom práce a výhodami lineárnych žiariviek. Sú to vlastne miniatúrne lineárne žiarivky s vhodným tvarom trubíc v kombinácii s elektronickým predradníkom. Kompaktné žiarivky s konvenčným predradníkom (tlmivka, vysoká hmotnos železa ) postupne miznú z regálov obchodov a prevahu získavajú o niečo drahšie, ale podstatne kvalitnejšie kompaktné žiarivky s elektronickým predradníkom. Ich účinnos je asi 5-krát vyššia, ako žiaroviek, ale o niečo nižšia, ako moderných lineárnych žiariviek. Porovnanie investičných a prevádzkových nákladov pre osvetlenie žiarovkové a kompaktnou žiarivkou (Zdroj: leták Hospodárne osvetlenie v domácnosti nieko ko rád od dodávate a elektriny ) Nevýhodou je ich stále pomerne vysoká obstarávacia cena, avšak úspory, ktoré možno ich použitím ako náhrady žiarovky dosiahnu, sú značné. Návratnos takejto investície sa oproti minulosti výrazne skrátila na asi 2 až 4 roky a s rastúcou cenou elektrickej energie bude čas návratnosti alej klesa. Moderné kompaktné žiarivky svetových výrobcov používajú kvalitné materiály, moderné riešenia, a tak dávajú záruku dlhej životnosti a dobrých úžitkových vlastností kompaktnej žiarivky. Kompaktné žiarivky sa vyrábajú v mnohých tvaroch a prevedeniach. Vo ba správneho tvaru potom záleží od použitia v danom prostredí a od vkusu zákazníka. Vo väčšine súčasných žiarovkových svietidiel možno žiarovku vymeni bez problémov za kompaktnú žiarivku. V prípade starších a nevhodných svietidiel (degradované svetelnočinné časti prispievajú značne k nehospodárnosti osvetlenia) je výhodnejšie investova do nového svietidla s kompaktnou žiarivkou. V závesných lustrových svietidlách s tienidlom je výhodné použi napríklad kompaktnú žiarivku s reflektorom, takže osvet ované miesto (stôl) bude osvetlené kvalitne a hospodárne. Pri používaní nových kompaktných žiariviek je treba počíta s ich špecifickými vlastnos ami. Novú kompaktnú žiarivku je potrebné zahorie podobne, ako je treba zabehnú nové auto. Deklarované vlastnosti (svetelný tok, príkon) dosiahne nová kompaktná žiarivka po asi 100 hodinách prevádzky (pomerne ve a oproti žiarovke, ktorá na zahorenie potrebuje len asi 1 hodinu), avšak pri asi hodinovej životnosti to nie je ve a. Počas zahorovania sa odporúča žiarivku nieko kokrát za hodinu vypnú a po chví ke (po ochladnutí) zapnú. Zahorená kvalitná kompaktná žiarivka si udrží deklarované vlastnosti počas celej svojej životnosti. 131

132 Pri zapnutí chladnej kompaktnej žiarivky je treba vyčka asi 3 minúty, dokia dosiahne deklarovaný svetelný tok. Musí totiž dosiahnu správnu prevádzkovú teplotu, aby dosahovala optimálne výsledky. Kompaktná žiarivka produkuje menej tepla, ako klasická žiarovka, preto jej nábeh môže trva 3 až 5 minút. Preto nie je ve mi vhodné používanie bežných kompaktných žiariviek vo vonkajšom prostredí. V chladnejšom prostredí totiž nie je schopná dosiahnu optimálnu pracovnú teplotu, a tým aj účinnos. Druh zdroja Príkon (W) Svetelný tok Merný svetelný Úspora energie (lm) výkon (lm/w) voči 75 W žiarovke (%) Žiarovka 75, Lineárna žiarivka 20 W, 29, mm trubica s indukčným predradníkom Lineárna žiarivka 18 W, 24, mm trubica s indukčným predradníkom Jednopäticová žiarivka 13 W 17, s indukčným predradníkom Kompaktná žiarivka 15, s elektronickým predradníkom pätica E 27 Energetické a svetelno technické porovnanie vybraných svetelných zdrojov (Zdroj: leták Hospodárne osvetlenie v domácnosti nieko ko rád od dodávate a elektriny ) Výbojky - sa rozde ujú pod a tlaku pár (v domácnosti upotrebite né pravdepodobne len vysokotlaké) a druhu látky, nesúcej elektrický oblúk (ortu, sodík, halogenid). Vzh adom na ich značný svetelný tok sa však v domácnosti používajú len výnimočne, v najnižšej príkonovej rade (30-35 W). Uplatnenie nájdu najmä na osvetlenie exteriérov ako náhrada žiaroviek. V exteriéroch je ich použitie výhodnejšie, ako použitie kompaktných alebo lineárnych žiariviek, pretože výbojky sú menej citlivé na okolitú teplotu. Pri ich používaní však treba zoh adni ich často ve kú závislos svetelného toku a životnosti od pracovnej polohy. Najúspornejšie sú sodíkové výbojky, produkujú však najmenej kvalitné svetlo (oranžové). Na osvetlenie záhrad sú vhodnejšie ortu ové (biele svetlo, nízka cena) alebo lepšie halogenidové výbojky (biele svetlo, vyššia cena). Halogenidové výbojky sú vhodné i na osvet ovanie interiéru bytu (haly, ve ké miestnosti). Porovnanie vlastností výbojových zdrojov je v tabu ke. Zaujímavým a perspektívnym svetelným zdrojom sú nové indukčné výbojky. I ke ich každý výrobca vyrába vo vlastnom prevedení s technickými odlišnos ami, princíp využívajú rovnaký. Pre užívate a sú dôležité dosahované svetelnotechnické parametre. Charakterizuje ich sklená baňka v tvare gule alebo uzavretej trubice s luminoforom podobne, ako majú žiarivky. Dosahujú merný svetelný výkon porovnate ný so žiarivkami (je daný kvalitou a vlastnos ami luminoforu) a ich životnos sa odhaduje až na hodín. Vzh adom na vyššie dosahované svetelné toky a dlhú životnos sú vhodné do ažko prístupných vyšších miest, napríklad na strope vysokej haly. Druh výbojky Merný výkon (lm/w) Životnos (hodín) Farebné podanie Vysokotlaková ortu ová Vysokotlaková sodíková Halogenidová Indukčná Porovnanie vlastností výbojok (R. Vlček, 2000) Osvet ovaciu sústavu v každej domácnosti tvoria: svietidlá, elektroinštalácie a ovládacie prvky. Svietidlá tvoria podstatnú čas osvet ovacej sústavy. Tvoria významnú čas nákladov na novú alebo rekonštruovanú osvet ovaciu sústavu. Významne teda môžu ovplyvni hospodárnos a estetické vlastnosti osvet ovacej sústavy. Samozrejme i tu platí, že nie sme takí bohatí, aby sme si mohli kupova lacné veci. Bohužia, nemožno poveda, že kvalita je priamo úmerná cene. Pri výbere nového svietidla tvar a vlastnosti volíme pod a priestoru a hlavnej činnosti, ktorú v danom priestore vykonávame. 132

133 Pre pracovné priestory (kuchyňa, pracovňa, dielňa, písací stôl detskej izby a podobne) volíme svietidlá a svetelné zdroje s maximálnou účinnos ou, ve mi dobrým podaním farieb a dlhou životnos ou. Naopak, pre obývacie izby, loggie, chodby volíme svietidlá so zrete om na estetickú úroveň. I tu je však možné použi vo väčšine svietidiel úsporné kompaktné žiarivky a tak dosiahnu i s estetickým a dekoratívnym svietidlom prevádzkovú hospodárnos. Naopak, v suteréne či povale je dôležitá prachuvzdornos a nárazuvzdornos svietidla, ktoré zaručia jeho dlhú životnos. Svietidlá sú určené hlavne ako nosný a ochranný prvok ku svetelnému zdroju. Nesú tiež nevyhnutné predradné prístroje (kompaktné žiarivky s oddeleným predradníkom, lineárne žiarivky, halogénové žiarovky). Svetelnočinné časti svietidiel (priesvitné, prieh adné a odrazné plochy) určujú smerovanie svetla, ale majú zásadný vplyv i na účinnos svietidla. Najmodernejšia kompaktná žiarivka v čiernom, uzavretom, plechovom sude nám nie je nič platná, ke že steny suda neprepustia ani jeden lúč svetla. Od toho, aký podiel lúčov svetla pohltí svietidlo, závisí jeho účinnos. Každé svietidlo je vytvorené s určitým kompromisom medzi technickými, estetickými a užívate skými požiadavkami. Ktorú pri nákupe uprednostníme, záleží od spomínaného miesta určenia svietidla, vykonávanej činnosti a vkusu. Elektroinštalácie predstavujú vlastné elektrické vedenie, istiace a ovládacie prvky. Elektrické vodiče možno vies pod omietkou, čo je estetické, ale prácne a málo variabilné. Elektrické rozvody je možné tiež vies v rôznych viac alebo menej estetických povrchových lištových kanáloch na omietke. Takéto riešenie ponúka do budúcnosti väčšiu variabilitu, možnos združi viaceré inštalácie do jednej lišty a ahký prístup k vodičom v prípade opráv. V každom prípade je nutné elektrické rozvody dostatočne dimenzova na predpokladanú i budúcu zá až. Náhrada používaných žiaroviek za žiarivky so sebou prináša okrem mnohých už spomínaných výhod tiež menšiu zá až elektrických rozvodov. Istiace prvky musia ochráni spotrebiče (svetelné zdroje) i rozvody pred pre ažovaním, a teda možným zničením. Preto je nutné istenie navrhnú dôsledne a pravidelne ho kontrolova. Ovládacie prvky zahŕňajú široké spektrum výrobkov - od klasických vypínačov po automatické systémy v inteligentných budovách. Klasické vypínače sa delia pod a elektrických vlastností (prepínacích kontaktov) na nieko ko skupín. Ich výhodou je nízka cena a možnos okamžitým zásahom ovplyvni osvetlenie v priestore. Nevýhodou je možnos len dvoch prevádzkových stavov (zapnuté, vypnuté) a nutnos manuálnej obsluhy. Pokročilejšie ovládacie prvky dokážu spína osvetlenie pod a úrovne osvetlenia v priestore (vhodné do priestorov kde je predpokladaný častý pobyt osôb) alebo pre domácnos výhodnejšie pod a prítomnosti osôb v priestore. Najmodernejšie systémy v sebe integrujú jednak spomínané možnosti ovládania (ručne, úrovňou osvetlenia, prítomnos ou osôb) a alej dovo ujú napríklad programova zapínanie osvetlenia na 24 hodín (ak sa priestor využíva každý deň rovnako), na celý týždeň (ak sa v rôzne dni týždňa priestor využíva rôzne) alebo v iných intervaloch. Často takéto systémy nadväzujú na systémy riadenia ostatných domácich spotrebičov (kúrenia, vetranie, klimatizácia, žalúzie, príprava TÚV, polievanie trávnika, stráženie objektu a alšie). Takto vybavená domácnos komplexným riadením spotrebičov sa často označuje ako inteligentná budova. Osvetlenie rady Denné osvetlenie je najlacnejšie a najvýhodnejšie. Používajte svetlé farby stien a stropu. Používajte najmä na čítanie, písanie, ručné práce lokálne osvetlenie. Používajte moderné svetelné zdroje kompaktné žiarivky. Spotrebujú menej elektriny než klasické pri rovnakej svietivosti avšak majú 8 x vyššiu životnos. Osvet ovacie telesá udržujte čisté, nezaprášené Domáce elektrospotrebiče a plynospotrebiče V závislosti od vybavenia domácnosti je priemerná spotreba elektrickej energie rozdelená asi takto (priemer): chladnička a mraznička 30 %, umývanie riadu a teplá voda 19 %, varenie 11 %, pranie a sušenie 9 %, osvetlenie 9 %, rádio a televízia 9 %, žehlička, mixér, počítač a pod. 13 %. Samozrejme, že konkrétna spotreba tej ktorej domácnosti závisí od kvality jednotlivých výrobkov a od životného štýlu členov domácnosti. 133

134 Energetické štítkovanie (Labelling) Európska únia prijala rámcovú smernicu 92/75/EHS o označovaní úrovne energetickej spotreby domácich elektrospotrebičov, ktorá prikazuje výrobcom elektrospotrebičov, konkrétne: chladničiek, mrazničiek, elektrických ohrievačov vody, pračiek a sušičiek bielizne, umývačiek riadu, osvetlenia, označova ich úroveň spotreby energie. V Rakúsku platí táto smernica EÚ od , v Dánsku, Taliansku, Holandsku od a v Nemecku začala plati v priebehu roku Pomocou informácií poskytovaných prostredníctvom štítkov na samotných výrobkoch, ako aj tabu kových preh adov technických údajov v predajných podkladoch (ako sú napríklad návod na obsluhu, záručné podmienky a pod.), môže spotrebite na prvý poh ad posúdi dôležité energetické údaje o jednotlivých domácich spotrebičoch priamo v predajni. Táto právna norma umožňuje spotrebite ovi už pri nákupe rozhodnú nielen o vlastných budúcich výdavkoch na prevádzku elektrospotrebiča, ale aj o samotnej zá aži životného prostredia vznikajúcej pri výrobe elektrickej energie. Nariadenie vlády SR z 13. marca 2002 určuje podrobnosti označovania uvedených elektrospotrebičov pre domácnos energetickým štítkom na území SR. Do praxe boli na Slovensku energetické štítky uvedené 1. mája D Okrem označenia výrobcu, modelu výrobku a jeho hlavných technických a energetických parametrov obsahuje štítok zaradenie pod a výšky spotreby. Rozpätie siedmych kategórií od nízkej spotreby po vyššiu tzn. od úsporného po menej úsporný spotrebič, je znázornené farebnou škálou a písmenami A až G. Kategórie D a E predstavujú stredné hodnoty, stanovené rámcovou dohodou. Do špičkovej kategórie A sa napríklad dostane chladnička alebo mraznička, ktorá má spotrebu viac ako o 45 % nižšiu, do kategórie B o 25 až 45 % nižšiu a do kategórie G patria modely prekračujúce priemer o 25 %. Jednotlivé energetické triedy výrobkov (A až G) a ich farebné odlíšenie na energetickom štítku umožňujú preh adnú a rýchlu orientáciu spotrebite a pri výbere výrobku. Zároveň umožňuje objektívne porovnanie výrobkov rôznej ve kosti a od rôznych výrobcov Varenie Sporák Sporák je hlavnou súčas ou vybavenia každej kuchyne. Na Slovensku sa využívajú sporáky plynové, elektrické alebo kombinované (s elektrickou rúrou na pečenie). Ako vyplýva z prieskumu Slovenských elektrární, a. s., má 20 % domácností elektrický sporák. Súčasné rozdelenie elektrických sporákov pod a varných miest (spôsobu ohrevu): Obyčajná výhrevná platnička Výhrevné platničky sú zhotovené z liatiny, pod nimi sú umiestnené výhrevné špirály. Výhrevné platničky sa vyrábajú v normalizovaných ve kostiach 14, 5, 18 a 22 cm a sú zabudované do vybraní v sporáku.

135 Varné pole zo sklenenej keramiky Pod vrstvou sklenenej keramiky sa nachádzajú tepelné žiariče, alebo halogénové kremenné žiariče, ktoré vyhrievajú okrúhle alebo oválne varné zóny. Indukčné varné miesto Namiesto výhrevného telesa sa o vyvinutie tepla indukčná cievka. Samotné výhrevné miesto zostáva chladné, pôsobením vírivých prúdov sa ohreje kovová nádoba. K úspore energie pri varení prispievajú viaceré funkcie moderných elektrických sporákov. Elektronické rozpoznávanie prítomnosti hrncov zabezpečuje, že varná zóna sa zohrieva iba vtedy, ke na nej stojí hrniec. Funkcia Auto focus zabezpečuje, že ohrevná plocha varnej zóny sa automaticky prispôsobí ve kosti nádoby, ktorá je na ňu postavená. Rýchlovarné zóny majú väčší výkon a v porovnaní s ostatnými varnými miestami umožňujú dosiahnu kratšiu dobu varenia (asi o 35 %). Automatické varné miesta prepínajú automaticky výkon z predvarenia na predvolené trvalé varenie. Svoj význam pri varení má tiež využitie varných nádob vyššej kvality. Varenie - rady: Pri varení používajte zásadne pokrievku (nezakrytá nádoba zvyšuje spotrebu energie o 50 a viac percent). Používanie tlakového hrnca usporí % energie. Priemer dna hrncov by mal zodpoveda priemeru platničky elektrického sporáka. Už o 3 cm väčší priemer dna nádoby zvýši spotrebu energie až o 30 %. Dno hrncov by malo by rovné, najlepšie zabrúsené. Nerovné dno zvýši spotrebu energie až o 40 %. Používajte na varenie len to ko vody, ko ko je nevyhnutne potrebné. Využívajte zostatkové teplo platničky elektrického sporáka (zotrvačnos po vypnutí). Používajte mikrovlnnú rúru na ohrievanie potravín. Správne používaná mikrovlnka môže ušetri až 50 % energie. Dvierka na rúre otvárajme iba vtedy, ak je to nevyhnutné. Taktiež využívajte pri pečení zostatkové teplo. Mäso o hmotnosti viac ako 1 kg najprv poduste v nádobe na platni, a potom pečte v rúre. Využívajte špecializované domáce spotrebiče na varenie Mikrovlnná rúra Nízka spotreba energie mikrovlnných zariadení súvisí s tým, že sa teplo vytvára priamo v potrave, nemusí sa uskutočni prenos tepla z jedného média na iné, ako sa to deje napr. v elektrickom sporáku, na varných platničkách alebo v rúre. Magnetron budí mikrovlny. Je to elektromagnetické vlnenie s ve mi vysokou frekvencia (frekvenica je MHz), ktoré podobne ako u rádiových alebo televíznych vĺn v dôsledku kmitania vytvára trecie teplo. Mikrovlny prenikajú do potravín a vytvárajú v nich teplo. Kovy ich odrážajú, sklo, porcelán, keramika a plastické hmoty ich prepúš ajú. Mikrovlnné zariadenia majú by pripojené na zásuvku s ochranným kontaktom, ktorej okruh je istený minimálne 10 ampérovou poistkou. Menovitý príkon je od 900 do wattov. Čím je nižší, tým dlhšie sú doby pečenia. Mikrovlnná rúra - rady Nezapínajte prístroj, ak v ňom nie je uložená potravina, škodí to magnetronu a skracuje to životnos Vášho zariadenia. Vnútorný objem Vašej mikrovlnky má by prispôsobený počtu osôb, ktoré majú by obslúžené, plánovanému použitiu a miestu umiestnenia. Objem sa môže pohybova od 14 do 30 (i viac) litrov. Otočný tanier zaručuje rovnomerné rozdelenie mikrovlnného žiarenia. Dbajte na to, aby priemer taniera bol dostatočne ve ký, aby ste mohli používa aj väčšie nádoby. Väčšie množstvá upečiete lepšie na varnej platničke, alebo v elektrickej rúre. Čím väčšia je plocha potraviny, na ktorú môžu mikrovlny pôsobi, tým kratšia je doba pečenia. Používajte preto ploché tvary s ve kou základňou, pod a možnosti okrúhle alebo oválne. Mikrovlny uvádzajú molekuly vody rýchlo do kmitavého pohybu, teda čím väčší je obsah vody v potravine, o to kratšia je doba pečenia. Nedávajte do mikrovlnky pevne uzavreté sklenené nádoby, rýchlym vývinom tepla vo vnútri nádoby môže prasknú. Dôležité je požíva nádoby vhodné do mikrovlnnej rúry (s označením od výrobcu vhodné pre mikrovlnné rúry ) zo skla, porcelánu alebo tepelne odolných plastických hmôt. Úspory, ktoré môžeme dosiahnu používaním malých kuchynských elektrospotrebičov, v porovnaní s klasickou prípravou na elektrickom sporáku: rýchlovarné kanvice - na zohriatie 1 l vody zo 14 o C na 100 o C spotrebujú až o 66 % elektrickej energie menej a o trojnásobok menej času ako pri klasickom ohreve, 135

136 mikrovlnné rúry - je možná až 50 % úspora elektriny, variče vajíčok 70 % úspora, hriankovač - 45 % úspora, kávovar - 66 % úspora Umývanie riadu Umývačky riadu sa stávajú neodmyslite nou súčas ou modernej kuchyne. Štyri dobré dôvody prečo je výhodnejšie používa umývačku riadu oproti klasickému ručnému umývaniu: U ahčuje domáce práce a šetrí čas - ak budete v 4 člennej domácnosti umýva riad kvalitnou umývačkou raz denne ušetríte vyše 200 hodín ročne. Šetrí náklady - výskumy renomovaných inštitútov dokazujú, že umývanie v umývačke je skoro o polovicu lacnejšie ako ručné umývanie. Ochrana životného prostredia - ročne tak životnému prostrediu ušetríte približne litrov vody a cca 480 kw.h elektrickej energie. Hygienické umývanie - aj ke pri ručnom umývaní nieko kokrát vymeníte vodu a použijete nieko ko čistých suchých utierok, sotva môžete dosiahnu takej čistoty ako pri umývaní v umývačke. Umývačka riadu Súčasný model Ručné umývanie model 1980 umývačky riadu Spotreba vody (v litroch) Spotreba elektrickej energie (W/hod.) 2,2 1,6 2,0 3,0 Porovnanie spotreby vody a energie pri umývaní riadu (priemerné hodnoty) (Zdroj: Internetová stránka ENPOSE) Chladenie a mrazenie Chladnička Začiatkom 19. storočia sa začali v Anglicku používa mraziace boxy rôznych typov. Kompresorová technológia, založená na princípe stlačeného plynu, ktorý sa uvo ňuje do väčšieho priestoru a znižuje tak teplotu, bola predstavená v sedemdesiatych rokoch 19. storočia. Tieto chladničky boli drahé, hlučné a málo výkonné ešte aj začiatkom nášho storočia. Rok 1922 bol najdôležitejším rokom v histórii moderných chladničiek. Baltazar von Platen a Carl Munters, dvaja mladí študenti pripravili štúdiu, ktorá vzbudila ve ký záujem: chladiaci stroj, meniaci teplo na chlad za využitia absorpčného procesu jednoduchým spôsobom. Môže by poháňaný elektrinou, plynom alebo benzínom, ktorý môže významne predĺži jeho využívanie. V roku 1936 boli chladničky už bežnou súčas ou väčšiny domácností strednej vrstvy. Do roku 1942 boli vyrábané chladničky na báze dokonalej absorpcie. Počas druhej svetovej vojny došlo k vývoju kompresorovej technológie chladenia. V sedemdesiatych rokoch sa začali opä vyrába absorpčné chladničky ako najvhodnejšia alternatíva pre kamióny, hotely, kancelárie a minibary. V roku 1963 sa na trhu objavili prvé chladničky kombinované s mrazničkou. V roku 1993 sa začali vyrába bezfreónové chladničky. 136

137 Pod a chladiaceho systému chladničky rozde ujeme na: Kompresorové chladničky Vyrábajú chlad v uzavretom okruhu. Chladiaca látka sa kompresorom stláča a odoberá cez výparník teplo. Ich výhodou je malá spotreba energie. Nevýhodou je prevádzkový hluk. Používajú sa prevažne pre uskladnenie väčšieho množstva potravín. Absorpčné chladničky Dosiahnu zhustenie chladiacej látky jej nahrievaním. Výhodou je ich nehlučná prevádzka a žiadne mechanické opotrebovanie. Nevýhodou je väčšia spotreba energie v porovnaní s kompresorovou chladničkou. Absorpčné chladničky sú zvláš vhodné pre obytné vozy, pre príručný bar v byte alebo do kancelárií. Ve kos chladničky závisí od počtu osôb a od zvyklostí súvisiacich s nákupom a uskladnením zásob. Chladnička pre domácnos tvorenú jednou osobou, by mala ma litrový úžitkový obsah, pri viacerých osobách sa vychádza zo 60 - litrového úžitkového obsahu na osobu. Najnovším vývojovým trendom medzi chladničkami je tzv. komunikujúca chladnička. Táto chladnička komunikuje prostredníctvom počítača s obrazovkou umiestnenou vo dverách chladničky s internetom. Tento vývoj v oblasti chladničiek napovedá, že v blízkej budúcnosti budú čiarové kódy na zmrazených potravinách a polotovaroch nahradené novými magnetickými cenovkami, na základe ktorých počítač chladničky alebo mrazničky rozpozná, čo sa do nich ukladá a dokedy je to potrebné skonzumova. Počítač bude obsahova vlastnú databázu receptov a bude ma prístup k receptom na internete. Ako sa potraviny uložené v chladničke budú postupne míňa, počítač upozorní, čo je potrebné dokúpi, prípadne to aj objedná. Ke že chladnička bude pripojená na internet, bude možné skontrolova jej obsah aj z vášho pracoviska a všetko potrebné dokúpi už po ceste z práce domov. Chladnička a mraznička - rady Kupujte len takú ve kú chladničku alebo mrazničku, akú potrebujete (pod a počtu osôb v domácnosti). Vymeňte staré typy chladničiek a mrazničiek za nové s lepšou tepelnou izoláciou skrine (súčasné majú o 45 % nižšiu spotrebu energie ako tie spred desiatich rokov). Venujte pozornos tesneniu dverí chladničky a mrazničky. Raz za čas oprášte aj radiátor (kondenzátor - zadná čas chladničky a mrazničky). Nečistoty zhoršujú odovzdávanie tepla a narušujú tým chod prístroja. Chladničku a mrazničku neumiestňujte pri vykurovacích telesách, na priamom slnečnom svetle a vo vlhkom prostredí. Starý typ chladničky a mrazničky s freónovým chladivom vymeňte za novší, ktorý nepoužíva freón. Starú chladničku a mrazničku treba da odborne zlikvidova. Vnútorná teplota chladničky postačuje 5 o C. O 1 o C vyššia (alebo nižšia) teplota v chladiacom priestore znamená úsporu (alebo stratu) asi 6 % elektrickej energie. Zadná stena chladničky a mrazničky musí ma vo ný prístup vzduchu. Nedostatočné chladenie tepelných mreží znamená zvýšené náklady na prevádzku. Neumiestňujte do chladničky a mrazničky horúce potraviny. Potraviny zaba te alebo uložte do vhodných zakrytých nádob (izolácia chladničky naberá vzdušnú vlhkos, či znižuje jej účinnos a zvyšuje spotrebu energie). Pred otvorením chladničky a mrazničky najprv zvážte, čo chcete vybra nenechávajte dvere príliš dlho otvorené. Zabezpečte pravidelné odmrazovanie. Už 1 cm námrazy zvyšuje náklady na elektrickú energiu o 75 %. Zbytočným plytvaním energiou sú aj poloprázdne mrazničky. Na 70 % naplnená je správne využitá. Porovnanie spotreby energie pri starom a súčasnom type chladničiek (Zdroj: Internetová stránka ENPOSE) 137

138 Mraznička Zmrazovanie sa považuje za najzdravší a najmodernejší spôsob skladovania zásob potravín. Dôležité je zvoli si správnu ve kos mrazničky. Treba zoh adni počet osôb, ktorým má mraznička slúži a objem potravín, ktoré majú by v mrazničke uskladnené (napríklad vlastné pestovanie ovocia, zeleniny, chov hydiny a pod.). Vychádza sa zo zásady: pri väčšom udržiavaní zásob je to 100 až 130 litrov úžitkového obsahu na osobu, pre uskladnenie hlboko zmrazených potravín a príležitostné zmrazenie čerstvých potravín a hotových jedál postačuje 50 až 80 litrov na osobu. Časový rozsah Model 1980 Súčasný model za 24 hod. 2,2 kw.h 1,1 kw.h za 30 dní 66,0 kw.h33,0 kw.h Spotreba elektrickej energie u mrazničky s využite ným objemom 200 litrov (priemerné hodnoty) (Zdroj: Internetová stránka ENPOSE) Ve kokapacitná mraznička - rady Pri ukladaní čerstvých potravín do mrazničky musí by teplota vo vnútri minimálne mínus 22 o C. Čím nižšia je teplota, tým rýchlejšie sa tovar zmrazí a kvalita zostane zachovaná. Správne používa mrazničku znamená, ma ju dostatočne naplnenú, chladi prázdny priestor je nevýhodné. Počas celej doby uskladnenia potravín v mrazničke treba dodržiava pod a možnosti rovnomernú teplotu. Predpokladom zachovania kvality potravín je dodržanie teploty mínus 18 o C, Založením a vedením tzv. skladovacej knihy sa dá vylúči dlhé h adanie určitých balíčkov, ale aj dlhé skladovanie niektorých potravín, predovšetkým hotových jedál, čo znižuje ich kvalitu. Potraviny, ktoré ukladáte do mrazničky na zmrazenie, nesmú ma kontakt so zmrazenými potravinami v mrazničke, mohli by sa rozmrazi. Ve kým u ahčením práce je, ke môžete uvari, alebo upiec väčšie množstvo jedla, rozdeli ho do porcií a potom zmrazi. Z hygienických dôvodov je nutné zariadenie raz alebo dva krát do roka odmrazi a vyčisti. Príliš časté rozmrazovanie zvyšuje spotrebu elektrickej energie a znižuje kvalitu hlboko zmrazených potravín. Priaznivým obdobím pre rozmrazovanie je zima alebo čas, ke je mraznička naplnená čo najmenej. Aj zariadenia vybavené systémom No - frost, ktoré sa sami odmrazujú, treba aspoň raz do roka vyčisti. Už pri nákupe zmrazených potravín si všímajte údaje o dobe možného uskladnenia. Transport z obchodu domov nesmie trva dlho, inak sa tovar rozmrazí. Je vhodné používa chladiacu tašku alebo chladiaci box. Poriadok vo Vašej mrazničke u ahčí orientáciu a ušetrí dlhé h adanie. Čím dlhšie sú dvere mrazničky otvorené, tým viac chladu unikne a dôsledkom toho sa zvýši spotreba el. energie Pranie Kvalita prania závisí od viacerých faktorov, ktoré sú výrobcami pračiek navzájom zosúladené. Ak existuje ideálny pomer medzi obsahom bubna, množstvom vody, pohybom prádla, teplotou a dobou prania, ale aj dávkovaním pracieho prostriedku, potom bude prádlo oh aduplne ale dôkladne vyprané. Vyrábajú sa nasledovné typy pračiek: Plnoautomatické pračky, kde je celý proces prania, pláchania a odstre ovania samočinne riadený. Sú plnené spredu alebo zhora. Prevláda záujem o práčky s plnením spredu. Sú konštruované ako stabilné, samostatné skrine, alebo vhodné k zabudovaniu do liniek. Obvykle majú šírku 60 cm. Priestorovo úsporné typy majú šírku od 40 do 54 cm a plnia sa zhora. Pracie automaty, ktoré len perú a pláchajú, ale neodstre ujú a kombinované pračky so zabudovanou odstredivkou ved a pracieho automatu (šírka 70 až 95 cm). Nie sú ve mi rozšírené. Pračky obsahujú rôzne úsporné programy: Energiu šetriaci program - je určený pre normálne znečistené prádlo bez škvŕn, na vyváranie a pre farebné prádlo. Perie sa pri nižších teplotách. Výsledok prania zostáva rovnaký ako pri použití vyšších teplôt, pretože potrebná teplota sa udržuje po dlhšiu dobu (predĺžený aktívny čas prania).tento program ušetrí pri praní jednej náplne 1 kw.h elektrickej energie. Krátkodobý program - je určený pre menej znečistené prádlo, prebieha bez predpierania s kratšou dobou vlastného prania, šetrí sa tak voda a elektrická energia. 138

139 Polovičný program - je určený pre polovičné množstvo náplne bežne znečisteného prádla. Spotreba vody a elektrickej energie sa síce znižuje, ale neklesá na polovicu. Pri mnohých zariadení je tlačidlo 1/2 nahradené automatikou, regulujúcou pranie pod a množstva náplne. Samozrejme. Dvakrát opakovaný polovičný program spotrebuje viac vody, elektrickej energie a pracích prostriedkov ako jedna plná náplň pračky. Vlnený program - pračky vybavené týmto programom poskytujú, v dôsledku použitia väčšieho množstva vody a oh aduplnejších pohybov bubna pračky, možnos pra šetrne aj vlnené textílie, ktoré sú zhotovené z materiálu, ktorý je pod a výrobcu možné pra aj v pračke. Náplň 5,0 kg Model 1980 Súčasný model Spotreba vody (v litroch) Spotreba el. energie (kw.h) 3,2 1,6 Spotreba pracieho prostriedku (ml) Údaje o spotrebe pre program Bielizeň na vyváranie (priemerné hodnoty) (Internetová stránka ENPOSE) Práčka - rady: Pri nákupe zvo te ve kos pračky pod a počtu členov domácnosti. Využívajte kapacitu vašej pračky (plánujte pranie farebného a bieleho prádla). Spotreba elektriny na kilogram suchej bielizne a v závislosti od pračky bude pre farebnú bielizeň pri 60 o C medzi 0,2 až 0,4 kw.h, pre bielizeň určenú na vyváranie medzi 0,3 až 0,7 kw.h. Ak sa namiesto vyvárania nastaví teplota nad 60 o C, potom môže spotreba elektriny klesnú až na 30 %. Pred vložením do pračky bielizeň roztrie te. Množstvo pracieho prostriedku dávkujete pod a stupňa znečistenia bielizne a tvrdosti vody. Rešpektujte údaje uvedené na obaloch pracieho prostriedku. Požívajte ekologické pracie prostriedky (nie deklarované, ale skutočné). Predpieranie použite len vo výnimočných prípadoch pri mimoriadne znečistenej bielizni. Škvrny pred praním v pračke ošetrite zvláš. Minimálne raz za rok očistite výpustné sitko. Používajte pri menšom množstve prádla úsporné programy. Používajte prostriedky na odstraňovanie vodného kameňa (zhoršuje tepelnú bilanciu práčky). Vymeňte staré typy práčok za moderné Tiché elektrospotrebiče Systém STAND BY umožňuje prístroje, ako napr. televízor, videorekordér, satelitný prijímač, stereoprijímač, odkazovač, počítač, tlačiareň, udržiava v pohotovostnom režime (i ke niektoré z nich udržujú aj dôležité nastavenia niektorých ich prvkov napr. kanálov), ale je potrebné si taktiež uvedomi, že tento komfort je spojený s určitou spotrebou elektrickej energie (h adajte napr. televízory s čo najnižšou takouto spotrebou). Tiché elektrospotrebiče majú ve mi nízke elektrické príkony, ale vzh adom na ich nerozumne dlhú prevádzku, zbytočne zvyšujú spotrebu elektrickej energie v domácnosti. Mnohí užívatelia sa (mylne, nič zlého netušiac) domnievajú, že ak je elektrospotrebič v polohe STAND BY, tak je vypnutý a používajú túto funkciu prakticky 24 hodín denne. Funkciu STAND BY je vhodné využíva iba pri krátkodobom odstavení prístroja. V nasledujúcej tabu ke je uvedený preh ad o tom, ko ko elektriny spotrebujú niektoré spotrebiče nachádzajúce sa v prevádzkovom režime STAND BY za rok. Pri výpočte ročnej spotreby bolo uvažované s určitou početnos ou použitia, aby bolo možné poskytnú aspoň hrubé orientačné hodnoty. 139

140 Druh prístroja Výpočtové Výpočtové Spotreba podklady podklady elektrickej energie (hod./deň) (dní/rok) (kw.h/rok) Farebný televízor Videorekordér Satelitný prijímač Káblové pripojenie pre rodinný dom Dia kovo ovládate ný stereoprijímač Telefónny odkazovač Bezdrôtový telefón Počítač Farebná tlačiareň Elektronické hodiny elektrických zariadení, ako je napríklad elektrický sporák, mikrovlnná rúra, rádiobudík a podobne, spotrebujú približne 17 až 53 kw.h/rok/ 1 prístroj. Možné úspory energie v roku 2010 pri vysokom scenári (hore) a nízkom scenári (dole) (Zdroj: Internetová stránka ENPOSE) 140

141 11. AKO ŠETRIŤ ENERGIOU V ŠKOLE Energetický audit Ak chceme realizova na škole také opatrenia, ktoré povedú k zníženiu spotreby energií, musíme najprv získa a analyzova podklady o spotrebe energie. Údaje o spotrebe energie (účtovné doklady), ako aj plány a údaje o budove sa nachádzajú zväčša v archíve účtovníka alebo u správcu budovy. Pretože žiaci sú pri získavaní údajov často odmietnutí, mali by by súčas ou tímu pre úsporu energie všetci udia, ktorí ovplyvňujú chod školy, alebo so školou na riešení tohto problému spolupracujú učitelia, vedenie školy, technický pracovník školy, odborník na energetiku, zástupca mimovládnej organizácie a pod. Ak chceme realizova akúko vek činnos, musíme zisti kde sa nachádzame. Aj v tomto prípade je potrebné, aby sme spoločným úsilím realizovali energetický audit školy. Čo je energetický audit školy? Je to zoznam všetkých aspektov, ktorými škola pôsobí na stav životného prostredia a spotrebu energie. Je to celkový poh ad školy zameraný na využívanie elektriny, palív, vody, manipuláciu s odpadom, vonkajšie prostredie a školskú environmentálnu politiku. Je to kvalitatívna a kvantitatívna analýza, kde sa škola nachádza v spotrebe energie, ktorá ukáže jej silné a slabé miesta. V roku 2000 pripravilo Občianske združenie Ekoenergia manuál Energetický audit, ktorý obsahuje opis postupu a formuláre, pre realizáciu tohto procesu. Kontakt: OZ EKOENERGIA Informačné centrum EÚ, Nám. Republiky Žilina tel: 041/ , fax: 041/ E mail: ekoenergia@stonline.sk Vykurovanie Na vykurovanie jednotlivých miestnosti školy sa využíva podstatná čas spotrebovanej energie, preto je tu aj najväčšia možnos úspor. Každý priestor školy by mal by vykurovaný pod a účelu pre ktorý sa využíva: učebne, kabinety, laboratóriá, jedáleň a šatne pri telocvični - 20 o C dielne - 18 o C chodby, schodištia, záchody, šatne pre kabáty a prezuvky - 15 o C Znížením teploty o 1 o C znížime spotrebu vykurovacej energie cca o 6 %. Niektoré opatrenia pre úspory energie: Dodržiavanie optimálnych teplôt v jednotlivých miestnostiach. Regulácia teploty v škole mimo jej prevádzky (prázdniny, víkendy) iba temperovanie. Znižovanie teploty cez noc na o C vo využívaných miestnostiach, 15 o C v miestnostiach málo využívaných. Inštalácia izolačných odrazových panelov za radiátormi (dá sa nahradi hliníkovou fóliou z čokolád nalepenou na tvrdý kartón). Nezakrývanie radiátorov záclonami, závesmi či okrasnými mriežkami (ide o prekážku v prúdení teplého vzduchu do miestnosti). V zime po zotmení zatiahnutie okien závesmi alebo žalúziami (zadržiavanie chladnejšieho vzduchu za závesom). Presvedčte sa, či radiátory sú primerane teplé. Ak sú niektoré studené, alebo príliš horúce, môže to znamena, že vzduch uniká zo systému alebo je potrebné vyrovna prietok vody. Prvá práca je pre údržbára, druhá pre energetika. Nahradenie opotrebovaných radiátorových ventilov termostatickými (návratnos investície za 2 až 5 rokov). Zaizolovanie vykurovacieho kotla. Teplo, ktoré vydáva ohriata voda, sa dostáva cez tepelné rozvody do celej budovy. 141

142 Skontrolovanie, či ventilátory, časové spínače, termostaty a iné kontrolné zariadenia pracujú správne. Kontrolovanie, či je na termostatoch nastavená správna teplota a či správne funguje zapínanie a vypínanie ohrievacích zariadení. Zistenie, či sa nevykuruje viac miestností, ako je potrebné (zosúladenie s rozvrhom hodín a s rozvrhom mimoškolskej činnosti) Vetranie, tesnenie okien a dverí Okná a dvere ovplyvňujú spotrebu energie. Teplo najčastejšie uniká netesnými oknami (vo viacposchodových budovách cca 32 %, v jednoposchodových %). Niektoré opatrenia pre úspory energie: Vetrajte krátko a intenzívne! Stačí na 5 minút otvori okná dokorán vzduch sa v triede vymení, ale steny a zariadenia sa nestačia ochladi. Ma stále otvorené okná je neekonomické! Pri prekúrenej triede vetrajte radšej no vnútorných priestorov školy, otvorením dverí. Snažte sa vymeni okná s jedným sklom za okná s izolačným dvojsklom. Utesnite škáry medzi okenným rámom a múrom, medzi dverami a zárubňou a opravte tmel na oknách. Založte rolety, žalúzie alebo okenice a využívajte ich v nočných hodinách, prispieva to k úspore energie. Rolety a žalúzie medzi oknami šetria 12 %, ale žalúzie z vonkajšej strany okna až % energie. Zvážte využitie kobercov v triedach na pevných podlahách znižujú stratu tepla do zeme, na drevených podlahách bránia prievanu. Inštalujte tesnenie na vonkajších dverách. Utesnite natrvalo nepoužívané dvere, ak nie sú núdzovým východom. Prievanu na hlavných vstupoch do školy môžeme zabráni namontovaním automatického zatvárania dverí Teplá úžitková voda Teplú úžitkovú vodu potrebujeme v škole na umývanie rúk, upratovanie, sprchovanie, ale hlavne pri prevádzke jedálne na umývanie riadu. Niektoré opatrenia pre úspory energie: Skontrolujte, či je teplota horúcej vody v bojleroch okolo 55 o C. Vzdialenos miesta odberu vody od bojlera by mala by čo najmenšia. Pravidelne kontrolujte tesnenie nádrží a trubiek na horúcu vodu. Potrubie rozvodu teplej úžitkovej vody treba dôkladne izolova. Kontrolujte a hláste všetky kvapkajúce kohútiky. Zvážte namontovanie jednopákových batérií Osvetlenie Správne a kvalitné osvetlenie je ve mi dôležitou súčas ou našej každodennej činnosti. Niektoré opatrenia pre úspory energie: Využívajte denné svetlo. Na elektrickej inštalácii urobte také zmeny, aby sa dali zapáli len niektoré svetlá (niektoré rady svetiel) a mohlo sa využíva selektívne osvet ovanie. Ak máte moderné osvetlenie, ktoré nie je náchylné na časté vypínanie a zapínanie, tak pri odchode z príslušného priestoru vždy vypnite svetlo. Na miestach s dlhou dobou svietenia nainštalujte úsporné žiarivky. 38 mm neónové trubice nahra te 26 mm Prístroje a zariadenia Žiaci, učitelia a ostatní zamestnanci školy pri svojej práci používajú rôzne zariadenia, napr. počítače, tlačiarne, kopírovacie stroje, spätné projektory. Ich úsporným využívaním môžete tiež výrazne prispie k šetreniu energie. Pri týchto prístrojoch nezabudnite, že pri mnohých nestačí iba vypnutie vypínačom do tzv. polohy Stand by, pretože aj v tomto stave odoberajú zo siete elektrickú energiu. Je potrebné ich odpoji od zdroja vytiahnutím zo zásuvky.

143 JEDNOTKY Jednotky energie 1 J (joule) = 1 W.s (wattsekunda) = 4,1868 cal (kalória) = 278 x 10-6 Wh 1 GJ (gigajoule) = 10 9 J 1 TJ (terajoule) = J 1 PJ (petajoule) = J 1 kw.h (kilowatt hodina) = J = 3,6 MJ 1 toe (tonne oil equivalent, tona ropného ekvivalentu) = 7,4 barelov ropy (1 barel = 159 litrov) = m 3 zemného plynu = 2,3 ton uhlia 1 Mtoe (milión ton ropného ekvivalentu) = 41,868 PJ Jednotky výkonu Výkon sa meria vo wattoch (W), kilowattoch (kw), megawattoch (MW), at. 1 kw = W 1 MW = W 1 GW = MW ( W) 1 TW = MW ( W) Výkon za jednotku času sa udáva napr. v kw.h. Jednotky rýchlosti 1 m/s = 3,6 km/h = 2,187 mph (míl/hod.) = 1,944 knots (uzlov) 1 knot = 1 námorná mí a za hodinu = 0,5144 m/s = 1,852 km/hod. = 1,125 mph Skratky m = meter (3,28 ft, stôp) s = sekunda h (hod.) = hodina W = Watt HP = horsepower = konská sila J = Joule cal = kalória toe = tonnes of oil equivalent = ton ropného ekvivalentu Hz = Hertz (cyklus za sekundu) 1 barel = 159 litrov = 138 kg = 507 MJ = kw.h = p (pico) = 1/ = n (nano) = 1/ = u (micro) = 1/ = m (mili) = 1/ = k (kilo) = = M (mega) = = G (giga) = = T (tera) = = P (peta) = = E (eta) =

144 Literatúra a Informačné zdroje: Bédi, E.: Obnovite né zdroje energie, Fond pre alternatívne energie SZOPK, Bratislava 2001 Bédi, E.: Potenciál obnovite ných zdrojov energie, SZOPK, Bratislava 1996 Bédi, E., Compel, J., Slaninka, F.: Energetické rezervy Slovenska možnosti úspor a využitia obnovite ných zdrojov, Fond pre alternatívne energie a Slovenský zväz ochrancov prírody a krajiny (SZOPK), Bratislava 1994 Bédi, E.: Obnovite né zdroje energie... energia bez konca, Fond pre alternatívne energie a Slovenský zväz ochrancov prírody a krajiny (SZOPK), Bratislava 1993 Bédi, E.: Alternatívne palivá v doprave, Fond pre alternatívne energie SZOPK, Bratislava 1999 Bédi, E.: Fotovoltaika elektrina zo Slnka, Fond pre alternatívne energie SZOPK, Bratislava 1995 Bédi, E.: Klimatické zmeny, Fond pre alternatívne energie SZOPK, Bratislava 1996 Beranovský, J. (preklad): Energie kde ji vzít? (z originálu The Sustainable Energy Handbook ), EkoWATT stredisko pro obnovitelné zdroje energie, Praha 1995 Beránek, J. V.: Proč je třeba zastavit JE Temelín ( Historie, fakta a souvislosti projektu jaderné elektrárny Temelín ), Hnutí Duha Přátelé Země ČR, Brno 1997 Cech podnikate ov v energetike Slovenska: Kogenerátorové jednotky, Bratislava 1999 Cech podnikate ov v energetike Slovenska: Biopalivá využívanie a budúcnos na Slovensku (propagačná publikácia), Bratislava - Martin 1997 Greenpeace: 40 rokov Medzinárodnej agentúry pre atómovú energiu 40 rokov jadrovej katastrofy (kalendár 1998) Greenpeace: Ako na to v energetike príprava projektov energetickej obnovy obcí (príručka na pomoc starostom a miestnym zastupite stvám) Greenpeace a ZO SZOPK Sírius, Bratislava 1999 Greenpeace: Bezpečná energie pro Zemi, Naše budoucnost bez fosilních palív a jaderné energie (informačný plagát v rámci kampane Greenpeace Československo za čistý vzduch a energii) Greenpeace: Jadrová energia otázky a odpovede, Greenpeace Československo, Praha 1992 Hromkovičová, D.: Chladničky a mrazničky v domácnosti, Slovenské elektrárne, a.s., Odbor energetického poradenstva, Bratislava 2000 Internetová stránka Fondu pre alternatívne energie Internetová stránka Portál o úsporách energie Internetová stránka Ekológia a energia Internetová stránka Informačný elektroenergetický server FEI STU Bratislava Internetová stránka Energia po roku Internetová stránka Energy Centre Bratislava Internetová stránka Energia grátis Internetová stránka Biomasa Internetová stránka Všetko o teple a energii Internetová stránka Slovenský zväz výrobcov tepla Internetová stránka Program úspory energie na školách - ENEDIS Internetová stránka Stodola centrum Internetová stránka Západoslovenská energetika Internetová stránka Východoslovenská energetika Internetová stránka Slovenská energetická agentúra Internetová stránka Energetického poradenstva SE Internetová stránka Greenpeace Internetová stránka Energetické informační centrum Internetová stránka Energetický informační server Internetová stránka Česká energetická agentúra Internetová stránka Energy Centre České Budějovice Internetová stránka International Energy Agency Internetová stránka The Assotiation of Energy Engineers Internetová stránka E.ON Internetová stránka The Energy Efficiency Best Practice programme Internetová stránka World Energy Council Internetová stránka The Export Council for Energy Efficiencys Internetová stránka Alliance to Save Energy Internetová stránka Energy Charter Treaty 144

145 Internetová stránka Infoservis (Databáza informácií o životnom prostredí) Internetová stránka Ekokompas Kolektív autorov: Energie ve střední a východní Evropě (sborník konference Jaderná energie nebo úspory dvě alternativy, Čelákovice, 1991), Ekocentrum Brno a EkoWatt Hnutí Brontosaurus, Brno 1992 Krivošík, J.: Jadrová energia slepá ulička bez konca, OZ Za Matku Zem, Bratislava 1997 Krivošík, J.: VITAL Signs 1996, Dôležité znaky v energetike: Trendy, ktoré tvoria našu budúcnos, OZ Za Matku Zem, Bratislava 1996 Krivošík, J.: Slovenská energetika v číslach vývojové tendencie slovenskej elektroenergetiky, Spoločnos pre trvalo udržate ný život v Slovenskej republike, Greenpeace na Slovensku, ZO SZOPK Sírius, Bratislava 1999 Krivošík, J.: Úspory energie viac pohodlia, menej znečistenia, Inštitucionálne mechanizmy zavádzania úspor energie do praxe, Spoločnos pre trvalo udržate ný život v Slovenskej republike, Bratislava 1999 Krivošík, J.: Jadrová energia príliš lacná, aby sme ju merali (ekonomické náklady jadrovej energie), OZ Za Matku Zem a Spoločnos pre trvalo udržate ný život v SR, Bratislava 1998 Laža, R.: Jaderná energie a náš svět, EkoWatt a hnutí Dúha v nakladatelství Panorama, Praha 1993 Leták Hospodárne osvetlenie v domácnosti nieko ko rád od dodávate a elektriny Maderová, E.: Obnovite né zdroje energie, Slovenské elektrárne, a.s., Odbor energetického poradenstva, Bratislava 1997 Mácha, P., Nováček, P.: Dočkáme se energetické krize?, Společnost pre trvale udržitelný život regionální pobočka Olomouc, Olomouc 1995 Macháček, L.: Občania Slovenskej republiky a jadrová energetika (Na otázky sociológov odpovedajú experti), Agentúra sociologických expertíz, Bratislava 1991 Makatúra, I., Majdán,.: Naša žiariaca budúcnos...? Niet inej cesty...?, OZ Deti Zeme, Bratislava 1994 Miller, G. T., Jr.: Living in the Environment, Wadsworth, Belmont 1992 Ministerstvo hospodárstva SR v spolupráci s ORF Wien v rámci akcie Hospodárenie s energiou : Ako zníži spotrebu energie v domácnosti (rady a príklady), Bratislava 1992 OZ Energia 2000: Politika SR v elektroenergetike (Katalóg argumentov III.), Bratislava 2000 Pavlovec R.: Správne vykurova v záujme životného prostredia!, OZ Za Matku Zem Rakúsky ekologický ústav: Energia pre Slovensko: možnosti ekologicky orientovanej politiky (predbežná štúdia Rakúskeho ekologického ústavu na objednávku WWF, založená na analýze údajov a rozhovorov s odborníkmi ), Viedeň, 1992 Slaninka, F., Bédi, E.: Kogeneračné jednotky, Cech podnikate ov v energetike Slovenska Slovenské elektrárne, a.s.: Malé vodné elektrárne, Slovenské elektrárne, a.s., stredisko konzultačno poradenskej činnosti, Bratislava 1995 Slovenské elektrárne, a.s.: Energetické využitie slnečnej energie, Slovenské elektrárne, a.s., stredisko konzultačno poradenskej činnosti, Bratislava 1995 Slovenské elektrárne, a.s.: Fotovoltaika obnovite ný zdroj energie, Slovenské elektrárne, a.s., stredisko konzultačno poradenskej činnosti, Bratislava 1995 Slovenské elektrárne, a.s.: Varíme na elektrine, Slovenské elektrárne, a.s., stredisko konzultačno poradenskej činnosti, Bratislava 1995 Slovenské elektrárne, a.s.: Veterná energia, Slovenské elektrárne, a.s., stredisko konzultačno poradenskej činnosti, Bratislava 1996 Slovenské elektrárne, a.s.: Biomasa obnovite ný zdroj surovín a energie, Slovenské elektrárne, a.s., stredisko konzultačno poradenskej činnosti, Bratislava 1995 Slovenské elektrárne, a.s.: Zariadenia na výrobu a úpravu stlačeného vzduchu, Slovenské elektrárne, a.s., stredisko konzultačno poradenskej činnosti, Bratislava 1995 Slovenské elektrárne, a.s.: Elektrické vykurovanie, Slovenské elektrárne, a.s., stredisko konzultačno poradenskej činnosti, Bratislava 1995 Slovenské elektrárne, a.s.: Elektrický ohrev vody, Slovenské elektrárne, a.s., stredisko konzultačno poradenskej činnosti, Bratislava 1995 Slovenské elektrárne, a.s.: Svetelná technika, Slovenské elektrárne, a.s., stredisko konzultačno poradenskej činnosti, Bratislava 1995 Slovenské elektrárne, a.s.: Tepelné čerpadlá, Slovenské elektrárne, a.s., stredisko konzultačno poradenskej činnosti, Bratislava 1996 Slovenské elektrárne, a.s.: Jadrové elektrárne a životné prostredie, Slovenské elektrárne, a.s., v spolupráci s AE Mochovce a AE Bohunice 145

146 146 Slovenský zväz ochrancov prírody a krajiny Ústredný výbor (Bratislava), Anti Atom International (Wien): Jadrová energetika a jej vplyv na životné prostredie (zborník referátov z konferencie, Modra Harmónia, december 1990) Socháň, P: Biomasa energia pre vidiek (príspevky zo seminára o využívaní obnovite ných zdrojov energie), OZ Za Matku Zem, 2002 STODOLA Centrum: Škola a energia úspory energie v školách (ako a kde), Vhodný začiatok pre energetický audit v školách, Stodola Centrum, RIO 21 Centrum, slovenská energetická agentúra, Bratislava 2002 Šálek, M.: Sluneční domy, Děti Země, Brno 1993 Tolba, M. K., El-Kholy, O. A., et al. (Eds.) (1992): The World Environment , Champan and Hall for UNEP, London 1992 Vargová, I.: Atlas využívania obnovite ných energetických zdrojov na Slovensku, Energetické centrum Bratislava, Bratislava 2002 Vlček, R.: Osvetlenie v domácnosti, Slovenské elektrárne, a.s., Odbor energetického poradenstva, Bratislava 2000 Židek, L.: Energia pre budúcnos, OZ Ekoenergia, Rajec 2000 Žideková, A.: Energetický audit, OZ Ekoenergia, Rajec 2000 Žideková, A.: Možnosti úspor energie v školách, OZ Ekoenergia, Rajec 2000 Žideková, A.: SOS! Ako rozumne využíva energiu a tým chráni našu prírodu (Informačná príručka o energii a životnom prostredí pre mládež a dospelých), OZ Ekoenergia, Rajec 1996

147 OBSAH Úvod ENERGIA Energia a hmota Prírodné zdroje Obnovite né zdroje energie Neobnovite né zdroje energie História spotreby energie Súčasná spotreba energie Trendy spotreby energie Rezervy hlavných fosílnych palív Ropa Zemný plyn Ekologické dopady využívania energie Politické, ekonomické a sociálne dopady využívania energie Zdroje energie Kogenerátorové jednotky (KGJ) JADROVÁ ENERGIA Jadrové elektrárne Jadrový palivový cyklus Ťažba uránu Úprava uránu Rafinácia a konverzia uránu Obohacovanie uránu Výroba paliva Prevádzka jadrovej elektrárne Prírodné a umelé zdroje ionizujúceho žiarenia Zadná čas palivového cyklu Jadrový odpad Likvidácia jadrových elektrární Terminológia OBNOVITE NÉ ZDROJE ENERGIE SOLÁRNA ENERGIA Potenciál solárnej energie Využívanie solárnej energie Pasívne využívanie solárnej energie Prvky solárnej architektúry Umiestnenie budovy Okná Tepelná kapacita akumulácia tepla v budove Tepelná izolácia Solárne kolektory História používania solárnych kolektorov Typy solárnych kolektorov Kolektory s integrovaným zásobníkom Ploché kolektory Kvapalinové kolektory Vzduchové kolektory Vákuové kolektory Koncentrujúce kolektory Použitie solárnych kolektorov

148 Príprava teplej vody Solárne vyhrievanie bazénov Solárne kúrenie Solárne domy Solárne variče a destilátory Solárna (termálna) výroba elektriny Solárne koncentrátory Solárne parabolické korytá Solárne parabolické taniere Solárne veže Solárne absorpčné nádrže Fotovoltaika Technológia solárnych článkov Štruktúra solárneho článku Solárne systémy Samostatné solárne systémy Solárne systémy na čerpanie vody Solárne systémy s batériami Hybridné solárne systémy Solárne články pripojené na sie Alternatívne vozidlá Vodíkové hospodárstvo ENERGIA BIOMASY Chemické zloženie biomasy Ako vzniká biomasa? Biomasa ako palivo Produkcia a energetická hodnota biomasy Výhody využívania biomasy ako paliva Získavanie energie z biomasy Spa ovanie biomasy Pyrolýza Splyňovanie Fermentácia Anaeróbne vyhnívanie Biopalivá Výroba elektriny Jednotlivé typy biopalív Pevné biopalivá Drevo Drevo výroba tepla Drevo ako palivo Slama Rýchlorastúce dreviny Kvapalné biopalivá Alkoholové palivá Etanol Použitie etanolu v spa ovacích motoroch Metanol Použitie metanolu v spa ovacích motoroch Bionafta rastlinné oleje Použitie bionafty Elsbett motor Plynné biopalivá Bioplyn... 82

149 Skládkový plyn Drevoplyn Plynné biopalivá v motorových vozidlách VETERNÁ ENERGIA História a prognózy Podmienky využívania veternej energie Technológia veternej turbíny Využitie veternej energie Environmentálne dôsledky využívania veternej energie VODNÁ ENERGIA Technológia vodných elektrární Typy vodných elektrární Základné časti vodných elektrární Typy vodných turbín Problémy spojené s vodnými elektrárňami Malé vodné elektrárne Mikroturbíny Energia oceánov Prílivové elektrárne Pobrežné prúdy Energia vĺn GEOTERMÁLNA ENERGIA Geotermálna energia technológia Tepelné čerpadlá OBNOVITE NÉ ENERGETICKÉ ZDROJE NA SLOVENSKU Energia biomasy Vodná energia Geotermálna energia Solárna energia Veterná energia AKO ŠETRIŤ ENERGIU V DOMÁCNOSTI Tepelná izolácia a vykurovanie Príprava teplej úžitkovej vody (TÚV) Osvetlenie Ako pracujú elektrické zdroje svetla Domáce elektrospotrebiče a plynospotrebiče Energetické štítkovanie (Labelling) Varenie Sporák Mikrovlnná rúra Umývanie riadu Chladenie a mrazenie Chladnička Mraznička Pranie Tiché elektrospotrebiče

150 11. AKO ŠETRIŤ ENERGIU V ŠKOLE Energetický audit Vykurovanie Vetranie, tesnenie okien a dverí Teplá úžitková voda Osvetlenie Prístroje a zariadenia Jednotky energie, výkonu, rýchlosti a skratky Literatúra a informačné zdroje Projekt Korešpondenčná škola ekológie (KŠE) Zámerom KŠE je podnieti záujem detí a mladých udí o ekológiu, a to na dobrovo nom základe, zvýši úroveň základnej vedomostnej bázy a analytického myslenia, prehĺbi zaangažovanos mladých udí na stave a formovaní životného prostredia, podpori medzipredmetové uvažovanie a aktívne využívanie vo ného času. KŠE ide nad štandard bežného učiva, pretože naším cie om nie je opakova učivo základnej alebo strednej školy a KŠE sa často venuje témam, ktoré majú v školských osnovách minimálny alebo žiadny priestor. Tieto témy sú vyberané a rozpracované 1 2 roky vopred. OZ TATRY pripravuje pre každý rok manuál KŠE (obsahuje podmienky KŠE, otázky jednotlivých kôl, zoznam literatúry), ktorý zasielame koncom mája na školy - aby si žiaci mohli vyh ada odporúčanú literatúru, prípadne sa zaobera témou príslušného ročníka KŠE už v predstihu. Základné podmienky KŠE: Žiak rieši v každom kole, ktorých je 6 7 (september apríl) po otázok, a to zvyčajne formou testu. Na ich riešenie je určený čas jeden mesiac. Vypracované riešenia sú zasielané (zvyčajne hromadne cez koordinátora na škole) na adresu organizátora OZ TATRY. Správne odpovede v 2 3 termínoch zasielame na školu, často spolu s alšími environmentálnymi materiálmi a informáciami. KŠE nie je sú až, nevyhodnocuje sa poradie, preto sú otázky rovnaké pre všetkých z cie ovej skupiny 7 18 rokov. Každý žiak, ktorý sa zúčastní všetkých kôl KŠE (zásada systematickosti) a získa minimálne 50 % z možných bodov (zásada primeranej náročnosti), obdrží od organizátorov symbolický Certifikát absolventa KŠE. OZ TATRY má záujem docieli samofinancovanie tohto projektu a ponúka možnos zapojenia sa škôl aj mimo podtatranského regiónu do tejto aktivity za podmienky zaplatenia stanoveného účastníckeho poplatku za každého zúčastneného žiaka. V poplatku sú zahrnuté administratívne náklady projektu, manuál otázok pre školu, zasielanie správnych odpovedí a environmentálnych informácií, certifikáty pre úspešných žiakov. Ďalšie informácie poskytneme na našej adrese (privítame ovú komunikáciu) : OZ TATRY, KEMI 627/5, Liptovský Mikuláš Tel./fax: 044/ E mail: wolf@mail.viapvt.sk 150

151 Občianske združenie TATRY Cie om OZ TATRY je podporova občianske iniciatívy, ktoré smerujú k zachovaniu všetkých foriem života na Zemi, k dosiahnutiu trvalo udržate ného rozvoja spoločnosti, ktorý by bol v súlade s prírodou, k zmene postojov obyvate ov Slovenskej republiky pri rozhodovaní o veciach verejných a výchova a vzdelávanie všetkých vrstiev obyvate stva v Slovenskej republike. Cie om OZ TATRY je predovšetkým ochrana životného prostredia a kultúrneho dedičstva v podtatranskej oblasti v spolupráci so štátnymi a samosprávnymi orgánmi, podnikate skými subjektami a alšími mimovládnymi organizáciami. OZ TATRY rozvíja svoje aktivity formou realizácie projektov a poradenskou, vzdelávacou, publikačnou a informačnou činnos ou. OZ TATRY je dvojnásobným držite om ceny The Sasakawa Environmental Award (v roku miesto, v roku miesto) a predseda organizácie je držite om Ceny Liptova 2000 v kategórii ochrana a tvorba životného prostredia. Pre základné a stredné školy a alšie výchovno vzdelávacie zariadenia, ako aj verejnos v podtatranskej oblasti, ale aj mimo nej, pripravujeme, realizujeme a ponúkame: Korešpondenčnú školu ekológie Prednášky a programy priamo na školách Konzultácie k environmentálnej výchove Semináre pre pedagógov Konzultácie k environmentálnym prácam žiakov Špecifické environmentálne aktivity Exkurzie Environmentálne sú aže Výchovno vzdelávacie výstavy Prednášky pre verejnos Informačný systém o ekologických aktivitách Ekokompas Participáciu na spoločných environmentálnych projektoch Kontakty na environmentálne mimovládne organizácie Informácie o zelenej literatúre a metodických materiáloch Environmentálne analýzy Informačné materiály a publikácie Kontakt: Občianske združenie TATRY KEMI 627/5, Liptovský Mikuláš Tel./fax: 044/ E mail: wolf@mail.viapvt.sk Bankové spojenie: Prvá komunálna banka, a. s., Liptovský Mikuláš Číslo účtu: /5600 Privítame akúko vek Vašu pomoc vo forme finančnej, materiálnej alebo v poskytnutí služby. Taktiež nám môžete venova 1 % z Vami už zaplatenej dane. Vopred Vám akujeme za Vašu láskavos. 151

152 RIEČNY CERTIFIKÁT Skoro všetci z Vás dobre poznajú kraj pod Tatrami. Chodíte tu na dovolenky, rodinné a školské výlety, školenia a konferencie. Mnohí z Vás sem prichádzajú z regiónov so silne narušeným životným prostredím, a preto Vám táto čas Slovenska môže pripada ako raj na zemi. Počas výstupov na končiare Vysokých a Nízkych Tatier, počas prechádzok dolinami, spoza konferenčných stolov, z rôznych dôvodov nevnímate, že aj táto čas Slovenska je poznačená environmentálnymi problémami. OZ TATRY realizovalo počas leta 2002 monitorovací projekt pod názvom Expedícia Liptov, ktorý poukázal na chemické znečistenie vodných tokov, masívny výskyt tzv. divokých skládok odpadov, šírenie inváznych rastlín, likvidáciu kvalitných brehových porastov v intravilánoch obcí a pod. Dlhodobé riešenie týchto problémov, aj pri maximálnom nasadení našich dobrovo níkov, nie je možné bez finančných prostriedkov. Práve preto sme sa rozhodli vytvori Fond obnovy podtatranskej krajiny a požiada Vás všetkých o finančnú podporu aktivít vedúcich k zlepšeniu stavu vodných tokov v podtatranskej oblasti. Prostredníctvom takto získaných finančných prostriedkov budeme realizova celý rad aktivít pod spoločným motívom Toky nie sú stoky!. Týmto spôsobom sa na zlepšovaní stavu životného prostredia tohto regiónu môžu podie a nielen trvalí obyvatelia miest a obcí, ale aj Vy návštevníci Tatier študenti, manažéri, rybári, turisti, cyklisti a pod. Každý z Vás jednotlivec, škola, trieda, firma, ktorá zašle na náš účet minimálne 70,- Sk a oznámi nám na korešpondenčnom lístku svoju presnú adresu, výšku daru a dátum odoslania, dostane od nás poštou umelecky stvárnený Riečny certifikát, ktorým Vám chceme po akova za Vašu pomoc podtatranskej krajine. Občianske združenie TATRY KEMI 627/5, Liptovský Mikuláš Tel./fax: 044/ E mail: wolf@mail.viapvt.sk Bankové spojenie: Prvá komunálna banka, a. s., Liptovský Mikuláš Číslo účtu: /