Větrná energie

Větrná energie je v současné době nejdynamičtěji se rozvíjejícím odvětvím obnovitelné energie. Podle Evropské větrné asociace EWEA byl v roce 2010 nárůst nainstalovaného výkonu v Evropě 10 GW a celkový výkon dosáhl 85 GW. Vedoucími zeměmi ve větrných instalacích jsou Německo a Španělsko. V  Německu bylo ke konci roku 2010 instalováno celkem 27 GW, zatímco instalace větrné energie na hlavu je v ČR ve srovnání s BRD téměř 18krát nižší.

Je zajímavé podívat se na předpovědi instalací větrné energie. Renomovaná mezinárodní energetická agentura IEA předpověděla v roce 2002 celkový instalovaný výkon větrné energie 64 GW v Evropě až na rok 2027, přičemž tohoto výkonu bylo dosaženo již v roce 2008. IEA se tedy zmýlila o celých 19 let.

Vývoj technologie větrné energetiky se vydal dvojím směrem. K velikým větrným turbínám a k malých větrným turbínám. Hledají se také nová místa pro větrné turbíny se stálejším větrem. Norské ministerstvo ropy a energetiky rozhodlo budovat velké pobřežní větrné farmy v mořských hloubkách větších než třicet metrů. Již se začalo se zajímavými projekty, mezi něž patří například stavba největší větrné turbíny na světě. Její výška bude 162 metrů, průměr rotoru 145 metrů a výkon 10 MW; dosud největší instalované větrné turbíny mají výkon poloviční. Turbína má dodávat třikrát víc energie než současné velké typy větrných elektráren. Bude testována nejprve dva roky na souši a teprve pak bude instalována na moři. Cena této větrné elektrárny je 17 milionů eur.

Menší plovoucí větrná elektrárna Hywind již byla uvedena do provozu v září roku 2009. Je situována deset kilometrů jihozápadně od ostrova Karmøy. Její základy jsou v hloubce 220 metrů; turbína, kterou konstruovala firma Siemens, má výkon 2,3 MW. Provoz elektrárny slavnostně zahájil norský ministr pro ropu a energetiku Riis-Johansen. Firma StatoilHydro, která elektrárnu vlastní, ji bude v pilotním provozu testovat dva roky. Úspěšné testy otevřou možnosti instalace velkých větrných elektráren na hlubokém moři, daleko od možného střetu zájmů. Turbína by měla vyrobit za rok asi 9 GWh elektrické energie, což odpovídá 45 % plného celoročního výkonu.

Na základě evropského projektu UpWind se ukázalo, že lze realizovat i 20MW turbíny. Průměr rotoru takové turbíny by měl být 200 metrů, pro srovnání dosud největší 5MW turbína má průměr 120 metrů. EWEA předpovídá, že k roku 2030 by mohlo 26-34 % evropské elektřiny pocházet z větru, jak offshore, tak onshore.

Moderní cestou jsou i nové konstrukce malých turbín, především se svislou osou rotace. V posledních letech prošly revolučním vývojem a dosáhly vysoké užitné úrovně výkonem i produkovaným zvukem či vibracemi a jsou i estetické. Tyto turbíny, jmenujme především Quietrevolution nebo Helix wind, lze integrovat do stavebních struktur, jsou velmi tiché a pracují bez otřesů. Vyrábí se zatím v několika velikostech do 15 kW.

Vítr má své místo ale i v dopravě. Současná technika umožňuje využívat nové speciální plachty a kombinovat jejich přednosti s přesnou navigací, meteorologickými mapami, předpovědí počasí a motory na biopaliva. Jedná se vlastně o návrat k tradici, ale s mnohem lepšími možnostmi a vyšší účinností. A nemusí se jednat jen o plachty tradiční, v roce 2007 byla v Hamburku spuštěna na vodu nákladní loď MS Beluga SkySails brémského rejdařství. Firma SkySails vyvinula plachtu na principu tažného draku až 600 čtverečních metrů velikou, s jejímž využitím bude možné snížit náklady na palivo mezi 10 a 35 %. Malá nákladní loď bude schopna během ročního provozu ušetřit průměrně přes čtvrt milionu eur za palivo.

Podle metastudie agentury Pöyry snížila cena větrně generované elektřiny v roce 2009 cenu elektřiny na burze elektrického proudu v různých evropských zemích (DE, DK,BE) o 3-23 eur/MWh.

Mořská energie

Jakkoliv naše země není, pomineme-li Shakespearovu lokalizaci Zimní pohádky, na břehu mořském, v evropském kontextu je nutno počítat i s energií moří. Jen stručně: moře se vlní, proudí v úžinách a v teplých oblastech má rozdílnou teplotu na povrchu a v hloubce, pohybuje se přílivem a příbojem a je slané. Z toho všeho lze získávat energii. Lze snad mít námitky proti velikým přílivovým elektrárnám, které mohou místně podle podmínek narušit rovnováhu mezi slanou a sladkou vodou.

Příbojové elektrárny jsou instalovány na několika místech a mají zatím malý význam. Pracují na principu zvyšování tlaku vzduchu nad měnící se hladinou vody a komprimovaný vzduch se v určitých chvílích vypouští přes turbínu do okolí. Perspektivní se zdají především být vodní vrtulové elektrárny, které připomínají dvoulisté větrné elektrárny, točí se ale mnohem pomaleji a mají na plochu mnohonásobně vyšší výkon. Tento typ je již v provozu v ústí řeky Potomac a v některých skotských průlivech. Elektrárny pracující na malém teplotním spádu se nazývají OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion) a před časem jich bylo instalováno několik do tropických vod v okolí Havaje. Pracují s uzavřeným oběhem nízkovroucí kapaliny.

Koncem roku 2009 byla jižně od Osla u městečka Tofte uvedena do provozu elektrárna zcela nového typu - první osmotická elektrárna na světě. Osmóza se běžně používá v průmyslu při odstraňování rozpuštěných solí, například z mořské vody nebo při úpravě jiných kapalin. Tento netradiční obnovitelný energetický zdroj se může stavět všude tam, kde se přirozeně mísí sladká a slaná voda, to znamená především u ústí řek do moře. Hlavní výhoda osmotické elektrárny spočívá v tom, že nezávisí na počasí jako třeba sluneční nebo větrné zdroje a může poskytovat ustálený výkon. Pilotní provoz uvedené elektrárny bude sloužit k testování celého procesu, především chování membrán. Bude produkovat jen 2-4 kWh elektřiny za den. Současný výkon membrán je zatím malý, pro ekonomický provoz je potřeba, aby dosáhl alespoň dvojnásobného výkonu. Firma Statkraft vypočítala, že celosvětový potenciál osmoticky vyráběné elektřiny je 1600-1700 TWh, což odpovídá asi polovině celkové výroby elektřiny v Evropské unii. Do roku 2015 chce společnost vybudovat komerční osmotickou elektrárnu o výkonu 25 MW.

Vodní síla

Veliké vodní elektrárny nemusí být z ekologického hlediska žádnou výhrou. Zaplavují obrovská území, vyhánějí z nich starousedlíky i původní obyvatelstvo, ať se budují v Čechách, Zambii, nebo v Číně. V některých zemích, kde lze využít veliký spád, jsou naopak velikým přínosem, jako třeba v Norsku nebo Rakousku. U nás je vodní síla zdrojem několika málo procent vyrobené elektřiny, ale větší vodní elektrárny slouží na pokrývání špičkové spotřeby, protože se přes jejich turbíny voda pouští jen krátkou dobu dne a zbytek času se voda v nádrži akumuluje.

V České republice lze počítat se zvýšením instalované kapacity vodních elektráren, především na malých tocích, asi o jednu třetinu současné produkce. To ale může být podle některých názorů narušováno vyšším podílem nepravidelných srážek, způsobovaných klimatickou změnou.

Vodní síla může ale být také předmětem výsměchu obnovitelným zdrojům. To si předsevzal autor myšlené přehrady v Hřensku, jako modelu maximálního hydroenergetického potenciálu, a vypočetl, jaký by měla hypotetický výkon. Pokud se dobře pamatuji, tak by měla pokrývat asi 3 % celkové české spotřeby, a přitom zatopit velikou část území. Tato úvaha nevypovídá o ničem jiném než o pokusu diskreditovat obnovitelné zdroje. Obdobně i výrok jednoho z účastníků veřejného slyšení Pačesovy komise: „Když nebudeme využívat jadernou energii a když neprolomíme limity těžby hnědého uhlí, tak nám zbývá už jediné - dřevo lesů České republiky.“ Všem pravděpodobně zatrnulo, některým nad myšlenkou, jak do elektráren štěpkujeme smrky našich pohraničních hor, jiným zas nad hloupostí takové argumentace.

Skutečnost je ale jiná. Vytvořit bezpečné a dostatečné zásobování obnovitelnou energií znamená využít všechny možnosti různých zdrojů spolu s racionální spotřebou a akumulací.

Norsko jako evropská baterie

Již dvacet let se mluví o možnosti natažení podmořského kabelu za účelem přepravy elektrického proudu z vodních zdrojů z Norska do Německa. Tato skutečnost bezprostředně souvisí s otázkou německého odstoupení od jaderné energetiky. Existují firmy jako „NorGer“, které plánují položení 600 km dlouhého podmořského kabelu, který by Severním mořem přenášel výkon 1,4 GW a dopravoval jím norský proud z vody do Německa; nahradil by tak stejně velkou jadernou elektrárnu Unterweser, u níž by se napojil na německou elektrickou síť.

Připojení kabelu v současné chvíli odporuje ustanovení německého zákona o připojování elektráren k síti. Ten upravuje podmínky pro zásobování sítě z elektráren, ale nikoliv z podmořského kabelu. To představuje pro investory riziko, protože bez regulace by proud z Norska mohl být v období dostatku jednoduše odpojen. Podobně se tak dnes děje v Německu s větrnými elektrárnami, které jsou odpojovány, pokud je v síti dostatek proudu z jaderných a fosilních elektráren, ačkoli to odporuje zákonu EEG o obnovitelných energiích.

Německá ekologická organizace Deutsche Umwelthilfe vychází z toho, že norský potenciál energie z vodních zdrojů postačuje již dnes k zavedení úplného zásobování Německa elektřinou z obnovitelných zdrojů. Teoreticky by norský proud z vody mohl nahradit 60 evropských jaderných elektráren. To se však příliš nelíbí soudobé oficiální proatomové politice nejenom v Německu, ale i v Anglii nebo ve Francii. Norský proud přitom není jenom čistý, je také o třetinu levnější než elektrický proud vyrobený v Německu. Toto propojení by mělo ještě jednu výhodu: při přebytku větrné energie v severním Německu by bylo možné tuto energii dopravit kabelem do Norska a tam ji dočasně uskladnit v přečerpávacích elektrárnách.

Biomasa

Biomasa, jak bylo již uvedeno u popisu bioenergo regionu Mureck, je multitalentem. Může sloužit jako primární energetická surovina pro mnoho energetických procesů, ale i jako obnovitelná stavební hmota či může zlepšovat kvalitu půdy, zachytit v ní uhlík a tím i vyšší množství vody, živin a mikroorganismů (biochar). Biomasu lze, na rozdíl od jiných obnovitelných zdrojů, skladovat bez velkých finančních a technologických nároků.

Biomasu lze využít například na výrobu bioplynu, biometanu, biopaliv, lze ji využít jako pevné palivo pro topení nebo kogeneraci — společnou výrobu a užívání tepla a elektřiny.

V České republice aspiruje biomasa na  pravděpodobně nevýznamnější obnovitelný zdroj. Biomasa, to jsou organické zbytky z těžby dřeva, sklizňové zbytky, organický odpad různého původu a speciální energetické rostliny či jejich části, jako příkladně rostlinný olej. Energetické využití biomasy je opět velmi různorodé, od prostého spalování až k sofistikované kogeneraci či výrobě biopaliv syntetickým způsobem.

Někdy se kritizují energetické rostliny nebo rostlinné oleje, že u nich není splněna základní podmínka, aby generovaly více energie, než se do celého procesu vloží. Když se používají nevhodné metody pěstování s množstvím umělých hnojiv a  dlouhé transportní trasy, pakliže se energeticky zpracovávají jenom části rostlin, namísto aby se zpracovaly rostliny celé, nebo když se kvůli pěstování biopaliv naruší cenný biotop, je zřejmé, že celkový proces je energeticky nebo ekologicky negativní. Je důležité, aby se volily vhodné cesty a prostředky.

O zdařilém konceptu využívání biomasy lze hovořit v případě využívání travnatých porostů. Zde se nepěstuje žádný speciální porost, ale sekají se louky, což se běžně považuje za důležitou součást údržby krajiny, zvyšování biodiverzity a na údržbu krajiny lze čerpat zemědělské dotace. Posekaná tráva se uskladní jako siláž. V dalším kroku se siláž vylisuje na nízkou zbytkovou vlhkost, z pevného podílu se udělají peletky, které jsou kvalitou srovnatelné se dřevem. Tyto lze využít na místě jako otop nebo prodat. Z původní trávy nebo sena by to nebylo možné, protože substrát stále obsahuje množství chloridů, které při spalování produkují toxické sloučeniny. Kapalný podíl se podrobí bioplynovému kvašení, které s ohledem, že v kapalině nejsou žádné pevné částice, probíhá bez míchání a mnohem rychleji než v jiných případech. Navíc lze v tomto procesu získávat z různých technologických proudů zajímavé substráty vhodné pro výrobu bioplastů a dalších výrobků.

Nemusí se vždy jednat jenom o  evropské dimenze. Během následujících třiceti let by se mohl stát plankton pěstovaný v aquakulturách na pobřežních pouštích nejvýznamnějším globálním zdrojem po ropě. Z planktonu pěstovaného za pomoci slunečního záření, oxidu uhličitého a malého množství minerálních látek. Hmota planktonu se zdvojnásobuje každých 3 až 7 dní. Tato biomasa umožní s vysokou účinností v budoucnu výrobu syntetických biopaliv a energetických zdrojů. Nový průmysl může představovat při splnění ekosociálních standardů velikou humanitární naději nejenom pro Afriku.

Před dvěma lety se v saudskoarabské poušti na 3000 ha začala budovat první farma firmy National Prawn Company. Pouhé jedno procento plochy světových pouští by mohlo zajistit světovou spotřebu klimaticky neutrálního paliva, proudu a plynu.

Lipský institut pro energetiku a životní prostředí pod vedením Daniely Thränové vypracoval již v roce 2007 studii o evropském potenciálu biomasy pro výrobu bioplynu. Pozůstává ze dvou technologií — první je běžná výroba bioplynu metanizačním kvašením a druhá spočívá v termické výrobě metanu zplynováním. V Evropě je tolik biomasy, že by postačovala na pokrytí současné spotřeby zemního plynu.

Podle studie německého svazu pro bioenergii lze počítat v BRD k roku 2020 se 3,5 milionu ha pro pěstování energetické biomasy, což by v případě celého využití na výrobu biopaliv představovalo uspokojení asi 25 % kapalných paliv. V ČR podle plochy by to analogicky odpovídalo asi 750 tisícům ha a s ohledem na nižší hustotu osídlení cca 40 % kapalných paliv.

Je zřejmé, že si využití biomasy bude ve všech aplikacích konkurovat. Je třeba ji proto využít s nejvyšší možnou účinností a smyslem.

Příště: obnovitelná doprava, geotermální zdroje, racionální využívání energie, politické konsekvence, české řešení.