Energie z lůna přírody

Lidem trvalo celá tisíciletí, než zjistili, že tepelnou energii mohou získat, aniž by něco spálili, a téměř dalších sto let uběhlo, než si uvědomili, že k výrobě elektřiny není zapotřebí rozbíjet atom. Příroda je zdrojem nevyčerpatelného množství energie. Není nutné ji klopotně získávat. Přichází k nám sama – slunečním zářením, proudícím větrem, tokem řek. Naším největším úkolem a zároveň výzvou bylo a stále je zjistit, jak nejefektivněji zachytit část z této energie do našich sítí.

Solární energie

Tato energie patří k obnovitelným zdrojům. Možnosti, které nabízí, nám každý den doslova bijí do očí. Její využívání závisí na intenzitě slunečního svitu v dané lokalitě. V našich zeměpisných šířkách je to přibližně 1 600 až 2 100 hodin ročně, což umožňuje využívat sluneční teplo pasivním i aktivním způsobem – k podpoře vytápění a k přípravě teplé vody či k ohřívání vody v bazénu. Stále častěji se skloňuje i možnost výroby energie pomocí fotovoltaických článků.
Při pasivním využívání sluneční energie získává budova sluneční teplo prostřednictvím skleněných ploch. Důležitou roli sehrává především jejich správná orientace, případně jejich mírné naklonění směrem ke slunečním paprskům. Aby v letních měsících nedocházelo k nekontrolovatelnému přehřívání, je potřebné využívat vysoce kvalitní okenní systémy v kombinaci s důmyslně navrženými stínicími prvky a kontrolovaným větráním. Optimalizace tepelných zisků vyžaduje i obsluhu, respektive automatické řízení jednotlivých komponentů. To vše se samozřejmě promítá do ceny budovy.
Největší povědomí o aktivním využívání solární energie mají lidé v souvislosti se slunečními kolektory, které se v našich podmínkách využívají zejména k přípravě teplé vody (dokážou pokrýt 30 % ročních energetických potřeb na vytápění, vyššího pokrytí – až 60 % lze dosáhnout v domech s dobrými tepelněizolačními parametry). U nás i v zahraničí jsou rozšířeny ploché a trubkové kolektory, které svými tvary a možnostmi umístění přímo do plochy střechy dobře korespondují s designem budovy. Největší účinnosti dosahují koncentrické kolektory s parabolickým profilem, které se však pro vyšší cenu používají pouze výjimečně.

Dalším způsobem využití sluneční energie je fotovoltaika, u níž se sluneční světlo mění v elektrickou energii. Proudem vyrobeným ve fotovoltaických panelech lze zajistit napájení nezávislé na dodávkách elektřiny ze sítě nebo prodávat elektrickou energii do rozvodné sítě. Prudký nárůst počtu fotovoltaických elektráren zapojených do rozvodné sítě však způsobil nárůst poplatku, který platí spotřebitelé v ceně elektrické energie. Stát totiž garantoval odkup elektřiny z těchto elektráren na 20 let za cenu přibližně 10krát vyšší, než je cena elektřiny vyrobené z uhlí.
Ceny fotovoltaických článků se rok od roku snižují, zatímco účinnost přeměny slunečního záření v elektrickou energii se vlivem technologického pokroku stále zvyšuje. Fotovoltaické články jsou přitom bezúdržbové a jejich životnost dosahuje přibližně 25 až 30 let. V současné době již existují fotovoltaické články, které dokážou efektivně využívat i rozptýlené (difuzní) světlo, díky čemuž se mohou aplikovat i na svislých stěnách obvodových plášťů budov.

Tepelná čerpadla

Lepší pochopení fyzikálních zákonů, které umožňují posun běžně dostupného nízkopotenciálního tepla na vyšší teplotní úroveň, otevřelo dveře vývoji tepelných čerpadel. Léta výzkumu a inovací vedly ke vzniku takových zařízení, která dokážou pracovat vysoce efektivně a návratnost investic do tohoto systému je přijatelná nejen pro velké firmy, ale i pro běžné občany. K možnosti širšího využívání tepelných čerpadel vedly i změny norem a legislativy, které vyžadují stavbu energeticky úspornějších budov a renovaci těch, které přísnější nároky nesplňují. Objem tepelné energie, kterou tepelné čerpadlo dokáže vyprodukovat, pokud je jeho zdrojem vzduch, voda nebo půda (nikoli termální pramen či odpadní teplo), totiž dokáže plně pokrýt pouze nároky kvalitně izolovaného objektu, který alespoň pasivně získává i teplo ze slunečního záření a využívá kontrolované větrání s rekuperací. Tepelná čerpadla dokážou ohřát vodu na teplotu 55 až 60 °C, nejnovější modely dokonce až na 70 °C. Přesto jsou však standardně opatřena elektrickou spirálou, která se používá jako náhradní zdroj tepla při minusových teplotách, kdy by bylo používání čerpadla ekonomicky nevýhodné. Zprůměrované energetické nároky na chod samotného tepelného čerpadla za celý rok přitom obvykle nepřesahují 1/3 jeho vlastní produkce. Zdroji energie, z nichž tepelná čerpadla umějí odebírat teplo, jsou půda (vertikální vrty nebo horizontální kolektory), voda (studny, vodní toky, vodní plochy) nebo vzduch (z exteriéru či interiéru – například ze sklepa, půdy, z větracího systému). Zdrojem tepla může být i akumulátor, který je pro tyto účely vybudován (například nádrž s vodou), nebo sluneční kolektor, který tepelnému čerpadlu předehřívá vodu. Vysoké vstupní náklady a prakticky žádná podpora ze strany státu činí z tepelných čerpadel pro většinu Čechů jen nesplnitelný sen. Postoj Evropské unie k využívání obnovitelných zdrojů, ale i celkový vývoj společnosti jasně ukazuje, že dříve či později se budou muset vytvořit podmínky umožňující masovější využívání tepelných čerpadel i u nás.

Geotermální energie

Žhavé nitro naší planety uvolňuje geotermální energii, kterou lze energeticky využít. Ze země vyvěrá horká pára nebo voda, které se dají získat z nitra země čerpáním do vrtů a použít přímo k ohřevu, případně i k výrobě elektřiny, mají-li
dostatečnou teplotu. Při pátrání po využitelných zdrojích přírodní obnovitelné energie mají velký význam specifika dané lokality. Obrovský potenciál představuje například geotermální energie.
V Česku využívá geotermální energii například Ústí nad Labem, kde slouží k vytápění plaveckých bazénů a zoologické zahrady.
U nás bylo objeveno celkem 28 lokalit s geotermálními vodami, které v hloubkách do 5 000 m dosahují teploty 45 až 150 °C, tudíž by bylo možné je k těmto účelům využít. Mnohé z nich se však nevyužívají vůbec – ani k termálním koupelím či vytápění skleníků. Doposud se obce do těchto investic raději nepouštěly z obavy, že vstupní investice do projektu by byly vysoké a na jejich návratnost by bylo třeba dlouho čekat. Mezi nejvýznamnější projekty tohoto typu patří geotermální elektrárna v Litoměřicích a také realizace teplárny v Děčíně. 

Větrné elektrárny

Jedním z obnovitelných energetických zdrojů, které se u nás využívají rovněž jen v malé míře, je vítr. I když z hlediska čistoty získávání energie patří k nejekologičtějším alternativním zdrojům, největším nedostatkem tohoto přírodního živlu je jeho nestabilita a nevyzpytatelnost, která je například ve srovnání se slunečním zářením mnohem výraznější. Nerovnoměrnost a nepravidelnost takto vyráběné elektřiny obvykle způsobují velké výkyvy, s čímž bezprostředně souvisejí mnohé problémy v energetické síti, do níž se dodává. K dalším nedostatkům větrných elektráren, na které se často upozorňuje, jsou akustické a světelné emise, které produkují. Zejména kvůli zvýšenému hluku je nutné budovat větrné elektrárny v dostatečné vzdálenosti od osídlených oblastí. Odlesky listů rotoru zase mohou způsobovat potíže lidem pracujícím v silniční i letecké dopravě.

K výhodám větrných elektráren patří to, že základna jejich věže zabírá minimální plochu, takže v jejich okolí lze i nadále využívat zemědělskou půdu téměř v původním rozsahu. Samotná výstavba větrné elektrárny zpravidla netrvá déle než rok. Mnohem zdlouhavější fází je jejich projekce, u níž je třeba posoudit parametry větrného zdroje, což může trvat i několik let.
Pro jednotlivce, kteří mají zájem postavit si malou větrnou elektrárnu přímo u rodinného domu, je důležitý údaj o průměrné roční rychlosti větru v dané lokalitě. Aby provoz malé větrné elektrárny byl skutečně efektivní, měla by tato hodnota být nejméně 5 m/s. V České republice jsou podmínky vhodné pro provoz větrných elektráren všude tam, kde je roční průměrná rychlost větru vyšší než 4,5 m/s ve výšce 10 m nad terénem. Jedná se o lokality s nadmořskou výškou minimálně 500 metrů nad mořem, zejména pohraniční pohoří a Českomoravskou vysočinu.

Vodní elektrárny

Využívání proudu řek k roztáčení turbín produkujících elektřinu není žádnou novinkou. Vodní elektrárny jsou dlouhodobě celosvětově velmi rozšířené nejen pro jednoduchost principu, na kterém pracují, ale i díky své mimořádné, až 90procentní účinnosti přeměny mechanické energie v elektřinu. Oproti jiným používaným způsobům výroby elektřiny v tepelných a jaderných elektrárnách jsou vodní díla z hlediska množství produkovaných emisí mimořádně ekologická. I přes protesty ochranářů se nakonec mnohá vodní díla, která změnila ráz krajiny a vodního toku, ukázala jako pozitivní při zachytávání vodního živlu a při ochraně lidských sídel. V Česku se vodní energie na celkové výrobě podílí 3 %, přičemž v rámci obnovitelných zdrojů je to až 54 %. V současnosti je u nás v provozu přibližně 1 300 malých vodních elektráren (s instalovaným výkonem do 10 MW). V Rakousku je v posledních letech výrazně podporována jejich přestavba a rekonstrukce. Výroba elektřiny z vodních zdrojů zde pokrývá 65 % spotřeby, což odpovídá více než 11 800 MW ročně (ve srovnání s 2 200 MW získanými z vodních elektráren v České republice).

text: Ing. arch. Anna Pálfiová
foto: isifa.com, Dano Veselský
zdroj: Vše o úsporách energie, JAGA MEDIA, s.r.o.