Logo SPU

Slovenská poľnohospodárska univerzita, Nitra
Technická fakulta, Centrum výskumu obnoviteľných zdrojov energie
Tr. A. Hlinku 2
949 76 Nitra
e-mail: Jan.Gadus@uniag.sk

 
 


Obnoviteľné zdroje energie - módny trend alebo nevyhnutnosť

Úvod

Obnoviteľné zdroje energie, ktorých základom je slnečné žiarenie (biomasa, vodná, veterná a slnečná energia), by mohli pri rozumnom prístupe človeka pokryť veľkú časť potreby všetkých druhov energie prakticky v každej krajine sveta. Sú ekologické a neznečisťujú prostredie. Zmenšujúce sa zásoby fosílnych palív, poškodzovanie životného prostredia a zdravia ľudí rovnako ako etický rozmer problému súvisiaci s tým, či máme morálne právo vyťažiť a spotrebovať všetky zásoby ropy, uhlia, plynu a nemyslieť pritom na budúce generácie, si vyžadujú premýšľať nad zmenou súčasného stavu. Snaha o zmenu si však vyžaduje nové technológie a tie si vyžadujú nový spôsob myslenia. Cestná doprava je v súčasnosti založená na technológii motora s vnútorným spaľovaním - technológii, ktorá vo svojej podstatne bola objavená pred viac ako sto rokmi a pretrváva dodnes. Spôsob ako je spotrebovávaná energia sa preto musí nutne zmeniť.

Dnes sa preto oprávnene odborníci zaoberajú otázkami zabezpečenia trvalo udržateľného rozvoja a spoľahlivého zásobovania palivami a tu sa javí ako vysoko aktuálne vrátiť sa k praktikám našich predkov a zamerať sa na výrobu energie intenzívnejším využívaním obnoviteľných (alternatívnych) zdrojov energie.

Teplo aj elektrinu nie je ťažké vyrobiť. Súčasný spôsob výroby z uhlia, ropy, zemného plynu alebo uránu však nie je ani čistý ani trvalo udržateľný, pretože sa využívajú len fosílne zdroje palív. Využívanie fosilných palív (uhlia, ropy, zemného plynu), ktoré sa najväčšou mierou podieľajú na spotrebe energie, v tomto smere nie je žiadnou výnimkou ale pravidlom. Klimatické zmeny, kyslé dažde, znečistenie vôd, vzduchu i pôdy vplývajú nepriaznivo nielen na naše zdravie, ale budú ich pociťovať aj generácie, ktoré prídu po nás. Ľudstvo spotrebuje za rok také množstvo fosílnych palív, aké príroda vyprodukovala za jeden milión rokov. Zásoby týchto palív, hlavne ropy, sa veľmi intenzívne znižujú. Tieto zásoby nie sú večné a podľa mnohých odborníkov sa viac ako polovica z nich vyčerpá počas trvania jedného ľudského života. Využívanie obmedzených zásob fosílnych palív má preto aj morálny rozmer. Ale v súčastnosti je veľa ľudí k tomuto ľahostajných, lebo získavanie energie z ropy alebo zemného plynu je oveľa pohodlnejšie ako využívať niektorý z obnoviteľných zdrojov, napr. biomasu. Jadrové elektrárne sú tiež dobrou myšlienkou a hovorí sa, že energia z nich je čistá. Je to pravda, ale len dovtedy kým netreba vymeniť palivový článok v reaktore.

Obnoviteľné zdroje energie v strategických dokumentoch

Zmena globálnej klímy, ktorú spôsobuje neustále zvyšovanie koncentrácie skleníkových plynov v atmosfére v dôsledku ľudskej činnosti, je jedným z najvýznamnejších environmentálnych problémov v súčasnom svete. Narastajúca teplota vedie k zmenám v rôznych ekosystémoch, vrátane negatívnych vplyvov na život človeka.

Členské krajiny EÚ sa zaviazali, že do roku 2020 znížia emisie skleníkových plynov o 20 percent, obnoviteľné zdroje energie budú predstavovať 20 percent z konečnej spotreby energií a 10 percent spotreby v doprave a energetická spotreba sa takisto zníži o 20 percent v porovnaní s jej prognózovanou hodnotou v roku 2007.

Pre dosiahnutie uvedených cieľov je potrebné obmedziť spaľovanie fosílnych palív, zabrániť narastajúcemu odlesňovaniu, rozumne obrábať pôdu, hospodáriť s odpadom, šetriť s energiou, súhrnne povedané - správať sa zodpovedne tak na strane výroby, ako aj na strane spotreby. Musíme investovať do nových technológií, využívať obnoviteľné zdroje energie, stavať úsporné obydlia, preferovať moderný čistý priemysel, využívať ekologické dopravné prostriedky. Prechod k nízkouhlíkovej ekonomike je nielen veľkou príležitosťou, ale aj výzvou k zvyšovaniu energetickej nezávislosti, vzniku nových pracovných miest, ako aj rozvoju vedy a výskumu.

Zvyšovanie podielu obnoviteľných zdrojov energie na výrobe elektriny a tepla s cieľom vytvoriť primerané doplnkové zdroje potrebné na krytie domáceho dopytu je jednou zo základných priorít Energetickej politiky SR. Obnoviteľné zdroje energie prispievajú k posilneniu a diverzifikácii štruktúry priemyslu a poľnohospodárstva, podporujú inováciu a rozvoj informačných technológií, otvárajú priestor pre nové smerovania a sú jedným z pilierov budovania znalostnej ekonomiky. Racionálny manažment domácich obnoviteľných zdrojov energie je v súlade s princípmi trvalo udržateľného rozvoja, čím sa stáva jedným z pilierov zdravého ekonomického vývoja spoločnosti (Národný akčný plán pre obnoviteľné zdroje energie, 2010).

V národnom akčnom pláne pre obnoviteľné zdroje energie je konštatované okrem iného, že zvyšovanie podielu obnoviteľných zdrojov energie (OZE) na výrobe elektriny a tepla s cieľom vytvoriť primerané doplnkové zdroje potrebné na krytie domáceho dopytu je jednou zo základných priorít Energetickej politiky SR, ktorá bola schválená v roku 2006. Plynová kríza začiatkom roka 2009 bola bezprecedentnou situáciou, kedy boli dodávky ruského plynu cez Ukrajinu pre Slovensko na niekoľko dní úplne zastavené. Počas tohto obdobia krízy sa z dôvodu vysokého stupňa závislosti tepelného sektora na zemnom plyne ukázala zraniteľnosť bezpečnosti zásobovania teplom. Vzhľadom na zásoby jednotlivých energetických zdrojov na území SR možno konštatovať, že úlohu pri znížení celkovej závislosti od dovozu zemného plynu môžu zohrávať len obnoviteľné zdroje energie a v rámci nich najmä biomasa. Potvrdzuje sa, že využívanie OZE ako domácich energetických zdrojov zvyšuje do určitej miery bezpečnosť a čiastočnú diverzifikáciu dodávok energie a súčasne znižuje závislosť ekonomiky od nestabilných cien ropy a zemného plynu. Ich využívanie je založené na vyspelých a environmentálne šetrných technológiách a prispieva k znižovaniu emisií skleníkových plynov a škodlivín.

OZE prispievajú k posilneniu a diverzifikácii štruktúry priemyslu a poľnohospodárstva. V prípade aktívnej politiky podpory je možné počiatočnú etapu dovozu zahraničných technológií a know-how skrátiť a otvoriť priestor pre investície do výroby a montáže komponentov, celých systémov až po založenie výskumných kapacít prepojených na univerzity. OZE podporujú inováciu a rozvoj informačných technológií, otvárajú priestor pre nové smerovania a sú jedným z pilierov budovania znalostnej ekonomiky. Racionálny manažment domácich obnoviteľných zdrojov energie je v súlade s princípmi trvalo udržateľného rozvoja, čím sa stáva jedným z pilierov zdravého ekonomického vývoja spoločnosti.

Využívanie OZE okrem uvádzaných výhod prináša aj určité riziká. Najvýznamnejšie riziko vyplýva z povahy týchto energetických zdrojov. Výroba elektriny zo slnečnej a veternej sa vyznačuje fluktuáciou výroby, ktorá negatívne ovplyvňuje bezpečnosť a spoľahlivosť prevádzkovania elektrizačnej sústavy. Výrobcovia elektriny z OZE vytvárajú odchýlky od plánovanej výroby, za ktoré nenesú zodpovednosť. Vykrývanie odchýlok ako aj riziko ich vplyvu na bezpečnosť elektrizačnej sústavy sa prenáša na prevádzkovateľov sústav.

Ďalším rizikom je významné zdraženie elektriny. Podpora výroby elektriny z OZE v Slovenskej republike je založená na výkupnej cene elektriny, ktorú výrobcovia dostávajú za vyrobenú elektrinu. Výkupná cena sa stanovuje s ohľadom na primeranú návratnosť investície. Vplyvom dynamického zníženia ceny fotovoltických (PV) modulov sa v mnohých krajinách, ktoré majú systém výkupných cien, pozornosť investorov sústredila na využívanie slnečnej energie. Výrazné zníženie cien PV modulov tak vytvorilo nadmerné zisky (windfall profits) investorov. Výkupná cena elektriny zo slnečnej energie, ktorá je niekoľkonásobne vyššia ako trhová cena elektriny, sa významne premieta do ceny elektriny.

Pri projekcii využívania obnoviteľných zdrojov energie sa zohľadnil princíp minimalizácie nákladov pri integrovanom prístupe využívania obnoviteľných zdrojov energie a zníženia emisií skleníkových plynov. To znamená, že vhodnou kombináciou OZE a nízko uhlíkových technológií sa bude znižovať spotreba fosílnych palív, teda aj emisie skleníkových plynov. Prioritou budú technológie, ktorých využitie vedie k cenám energií blízkym trhovým s ohľadom na únosnú konečnú cenu energie.

Prioritou je biomasa, ktorej využívanie dokáže cenovo v mnohých prípadoch konkurovať fosílnym palivám. Zvýšenie jej využívania, energetické úspory ako aj využitie geotermálnej a slnečnej energie povedie k zníženiu spotreby zemného plynu pri vykurovaní.

Legislatívne boli vytvorené aj podmienky pre podporu využívania zušľachteného druhu bioplynu - biometánu. Po splnení technických podmienok je umožnený prednostný prístup biometánu do distribučnej siete a jeho distribúcia. Podpora sa poskytuje výrobcovi elektriny z biometánu, ktorý vyrába elektrinu v kombinovanej výrobe. Doplnením legislatívy je potrebné výrobcovi biometánu garantovať odber biometánu, ak spĺňa všetky náležitosti účastníka trhu s plynom.

Klimatické zmeny majú dopad aj na intenzitu zrážkovej činnosti, ktorej dôsledkom sú povodne. Preventívnym opatrením pred povodňami je budovanie vodných elektrární, ktoré sú zosúladené s plánmi na protipovodňovú ochranu a preto aj využitie zostávajúceho hydroenergetického potenciálu je prioritou.

V oblasti biopalív sa očakáva významný nárast biopalív II. generácie okolo roku 2020, čo značne prispeje k plneniu cieľa 10 % v doprave. Aj v prípade postupného uvádzania elektromobilov na trh po roku 2015 je tu predpoklad, že príspevok k dosiahnutiu cieľa bude nižší ako v prípade II. generácie biopalív.

Smerovanie SR pri využívaní OZE je vyjadrené v Stratégii energetickej bezpečnosti SR, ktorá bola schválená v roku 2008 a ktorá uvádza, že najväčšiu perspektívu do roku 2020 majú OZE pre výrobu tepla a chladu.


Graf č. 1:
Podiel OZE v sektore tepla, elektriny, doprave a na celkovej hrubej konečnej spotrebe (Zdroj: Národný akčný plán pre obnoviteľné zdroje energie, 2010)


Graf č. 2:
Projekcia výroby elektriny z OZE (Zdroj: Národný akčný plán pre obnoviteľné zdroje energie, 2010)

Spôsoby riešenia optimalizácie obsahu selénu v potravinovom reťazci


Graf č. 3:
Projekcia výroby tepla z OZE (Zdroj: Národný akčný plán pre obnoviteľné zdroje energie, 2010)

 

Šanca pre poľnohospodárov - biomasa ako obnoviteľný zdroj energie

Organická hmota či už vo forme dreva, rastlín alebo zvyškov nám dokáže poskytnúť všetky užitočné formy energie - elektrinu, teplo aj kvapalné palivá pre motorové vozidlá. Biomasa je v podstate zakonzervovaná slnečná energia, ktorú rastliny vďaka fotosyntéze premieňajú na organickú hmotu. Potenciál ukrytý v nej je skutočne veľký, priemerný energetický obsah v jednom kg suchého dreva alebo slamy je asi 4,5 kWh, čo znamená že približne 2 kg biomasy sú potrebné na to, aby sa energeticky nahradil 1 liter ropy (pri zabezpečení rovnakej účinnosti využitia). Nielen potenciál a ekologická únosnosť, ale hlavne cena tohto paliva je zaujímavá, veď drevo je dnes najlacnejším palivom používaným na Celosvetové zásoby biomasy sú tiež obrovské a množstvo energie vytvorenej každý rok fotosyntézou vo forme biomasy je až desaťkrát väčšie, ako je celosvetová spotreba energie.

Biomasa môže v budúcnosti zohrať významnú úlohu pokiaľ bude transformovaná na moderné nosiče energie - hlavne elektrinu, plynné a kvapalné palivá. Existuje niekoľko dôvodov, aby bola chápaná v tomto zmysle. Jedným z nich je, že biomasa je dostupnejšia v oveľa širšej miere ako fosílne palivá a technológie na jej využitie sú overené v praxi. V rozvinutých krajinách môže pestovanie biomasy pre energetické účely poskytnúť aj východisko zo súčasnej krízy vyplývajúcej z nadprodukcie poľnohospodárskych produktov. Ak by bola biomasa pestovaná a využívaná na udržateľnej báze, nedochádzalo by ani k nárastu CO2 v atmosfére, nakoľko pri jej spaľovaní sa uvoľní len toľko CO2, koľko ho rastlina počas svojho rastu prostredníctvom fotosyntézy z atmosféry odčerpala. Biomasa je však významný palivový zdroj už dnes, pretože zaisťuje jednu sedminu spotrebovávanej energie vo svete. V súčasnosti sa využíva hlavne na vykurovanie a v rozvojových krajinách jej podiel na trhu s energiou predstavuje 40% až 90%. Je to hlavný palivový zdroj takmer polovice celosvetovej populácie.

Biomasa je však dôležitým zdrojom energie aj v rozvinutých krajinách. V USA toto palivo pokrýva viac ako 4% spotreby primárnej energie (teplo, elektrina, kvapalné palivá a i.) - je to približne toľko energie, koľko sa jej vyrába v jadrových elektrárňach. V Kanade 8% a vo Švédsku 14%. Náhrada 90 milión ton ropného ekvivalentu biomasou by znamenala ročné zníženie emisií uhlíka do atmosféry o 100 mil. ton.

Tak drevo ako aj slama sa dajú využiť na výrobu elektriny vo veľkých parných elektrárňach. Tento spôsob je veľmi rozšírený napr. v USA kde je v takýchto zariadeniach inštalovaných až 8000 MW elektrického výkonu, čo zodpovedá výkonu 8 atómových elektrární. Na túto výrobu sa využíva hlavne drevný odpad. Na rozdiel od obyčajného spaľovacieho kotla na prípravu teplej vody, ktorý má účinnosť často viac ako 80%, je účinnosť premeny energie obsiahnutej v drevnej hmote na elektrinu podstatne nižšia - len zhruba 20%.

Iným procesom, v súčasnosti veľmi perspektívnym, je splyňovanie biomasy s následnou výrobou elektriny v plynovej turbíne. Významným palivovým zdrojom získavaným z organických odpadov je aj bioplyn, ktorý môže byť využitý na výrobu elektriny a tepla.

Záver

Na Slovensku v dôsledku viacerých štrukturálnych zmien sa v rezorte poľnohospodárstva v poslednom období vykazuje takmer 400 tisíc hektárov ornej pôdy, ktorá sa nevyužíva. Je to obrovský potenciál, kde by bolo možne za rozumného hospodárenia a striedania vhodných plodím pestovať biomasu na energetické účely. Má to viacero pozitívnych efektov, zabezpečí sa systematická údržba a starostlivosť o krajinu, vytvoria sa pracovné miesta a v konečnom, biomasa takto získaná sa môže pokrokovými technológiami prekonvertovať na čisté nosiče energie s vysokou energetickou hustotou, ako to ukazujú aj mnohé príklady z hospodársky vyspelého zahraničia.

Veľmi zaujímavou cestou pre poľnohospodárov je aj koncepcia energeticky sebestačnej farmy, kde by prioritou nebolo "konkurovať veľkej energetike" a vytvárať zisky produkciou elektriny, ale využiť miestne dostupné zdroje biomasy, najmä odpadovej, ktoré by sa takto ekologicky mohli využiť na produkciu potrebnej elektriny a tepla a dosiahol by sa synergický efekt - zníženie nákladov podniku na energie, šetrilo by sa životné prostredie a mohli by nájsť zmysluplnú prácu miestny obyvatelia.

A ako je to spomenuté aj v predchádzajúcej časti článku, v strategických vládnych dokumentoch je to jasne konštatované, že je potrebné sa venovať oblasti rozvoja využívania obnoviteľných zdrojov energie. Teraz je na nás pokúsiť sa zaviesť tieto ciele do praxe, ale k tomu je potrebná, podľa skúseností zo zahraničia aj "politická vôľa", ktorej na Slovensku zatiaľ nedostatok.

Vystavené 11.9.2013

Autor textu: prof. Ing. Ján Gaduš, PhD.