Fakta a mýty o obnovitelných zdrojích (II)

Datum: 15.4.2004  |  Autor: prof. Ing. Pavel Noskievič, CSc., prof. Ing. Jaroslav Kaminský, CSc.  |  Organizace: Vysoká škola báňská-Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum

Podíl energie z biomasy je z celkového množství energie vyrobené v naší republice z obnovitelných zdrojů rozhodně nejvýznamnější a i v budoucnu bude narůstat. V druhém, závěrečném dílu netradičně zpracovaného materiálu se autoři věnují porovnání technologií na výrobu elektřiny z biomasy a komentují současný systém podpory výroby "zelené" elektřiny v ČR.

ENERGIE Z BIOMASY
Zatímco v případě energetického využívání slunce a větru hraje významnou roli počasí a nutnost vyráběnou elektřinu okamžitě spotřebovat, což klade zvýšené nároky na regulaci sítě, disponuje bioenergetika snadnou a přirozenou možností akumulace energie skladováním paliva. Závislost na počasí a klimatických podmínkách existuje také, je však méně výrazná a projevuje se například kolísáním hektarových výnosů v případě pěstovaných energetických plodin. Jak již bylo řečeno, nepatří Česká republika k zemím s vysokým potenciálem vodní, větrné, ani sluneční energie. Lépe je tomu v případě biomasy.

Pro energetické využívání biomasy je k dispozici několik technických řešení, k dispozici je dřevo, pěstované energetické plodiny a nepochybně sem patří také komunální odpady. Pěstování energetických plodin představuje nový trend, umožňující využít ladem ležící zemědělskou půdu a nabízející nové zemědělské aktivity s využitím stávajících zařízení a technologií.

Nejjednodušším řešením je využití biopaliva pro vytápění. Zde lze zaznamenat pozoruhodný rozvoj. Roste zájem o individuální vytápění, budují se systémy centrálního zásobování teplem. Pozoruhodný je na příklad dlouhodobý zájem o krbová kamna pro individuální vytápění. Tři největší domácí výrobci produkují ročně zhruba 73 tisíc kamen, z toho 21 tisíc se prodá na českém trhu. Při průměrném jmenovitém výkonu 7 kW to ročně představuje nově instalovaný tepelný výkon cca 150 MW. Projevuje se rostoucí zájem o vytápění biomasou, individuální i menší systémy centrálního zásobování teplem.

Náročnějším cílem je výroba kapalných a plynných paliv. V obou případech brání podstatnějšímu rozvoji ekonomická bariéra, což je dočasné, neboť rozšiřování produkce snižuje náklady a na druhé straně má růst ceny energie charakter přírodního zákona. Pravděpodobně racionálnější bude získávat z biomasy kapalná paliva (metylester řepkového oleje, etanol), neboť se jedná o náhradu ropných produktů a k dispozici jsou ověřené a zvládnuté technologie. Směrnice EU v březnu 2003 ukládá členským zemím učinit taková opatření, aby byl podíl biopaliv na motorových palivech 2% v roce 2005 s dalším růstem o 0,75% ročně. V roce 2010 by to mělo být 5,75%. Podle propočtů by mělo být v České republice přidáváno do benzinů a nafty 3,5 mil. hektolitrů etanolu v roce 2006. Takový program si vyžádá téměř milion tun obilí a zhruba čtvrt milionu hektarů orné půdy. Hovoří se v této souvislosti o výstavbě šesti lihovarů.

Zplyňování biomasy je teprve v začátcích a to navzdory historické zkušenosti s automobily jezdícími na dřevoplyn během druhé světové války. Změnily se technické a environmentální požadavky, a tak se dnes můžeme setkat nanejvýš s více či méně úspěšnými pilotními projekty. Lokální význam mají systémy využívající procesu anaerobního kvašení, což neznamená, že v jednotlivých případech nejde o ekonomicky zajímavé řešení, zejména díky státní podpoře výroby zelené elektřiny.

Zplyňování biomasy vede k výrobě energoplynu a jeho použití ve spalovacích motorech, turbínách a palivových článcích, vesměs v kogeneraci a nebude vždy snadné nalézt vhodné uplatnění pro vyráběné teplo. Cesta k nalezení spolehlivého a efektivního řešení bude ještě dlouhá.

Podle údajů Českého statistického úřadu se ročně nabízí k dispozici 13,9.106 m3 dřevní hmoty, cca 2.106 t slámy, 1.106 t řepkové slámy a odhaduje se až 40.106 t energetického šťovíku a dalších energetických plodin. Odhadnout energetickou hodnotu takového množství biopaliv je obtížné, orientačně lze hovořit o přibližně 105 TJ ročně. Současný stav technologií pro výrobu elektřiny z biomasy charakterizuje Tab. 1.

Technologie Účinnost Výkon Stav vývoje
Parní stroj 10 - 12 % 200-2000 kW konečné využití
Parní turbína 15 - 40 % 0,5-240 MW konečné využití
Organický Rankinův cyklus 10 - 12 % 300-1500 kW připraveno ke komerci
Spalovací motor 27 - 31 % 100-2000 kW demonstrační jednotky
IGCC 40 - 55 % > 10 MW demonstrační jednotky
Šroubový parní stroj 10 - 12 % 20-1000 kW demonstrační jednotky
Stirlingův motor 18 - 22 % 0,5-100 kW demonstrační jednotky
Mikroturbína 15 - 25 % 5-100 kW výzkum a vývoj
Palivový článek 25 - 40 % 20-2000 kW výzkum a vývoj

Tab. 1 Přehled technologií spalování a zplyňování biomasy pro výrobu elektřiny [11]

Ve snaze podpořit rozvoj technologií "Elektřina z biomasy" se stát rozhodl garantovat výhodné nákupní ceny této "zelené" elektřiny. Ne právě šťastně. Nejsnazší způsob, jak vyrobit z biopaliva elektřinu, je přisypávat ho do velkých uhelných fluidních kotlů. Tak se také děje. Velcí výrobci budou inkasovat garantované ceny, skoupí většinu produkce, zvýší jejich ceny a žádoucí rozvoj technologií se nedostaví. Po nadšení a rozčarování z elektrifikace a částečně i plynofikace čeká pravděpodobně podobný osud i dřevofikaci. Závazek daný EU, vyrábět 8% elektřiny z OZE, však může být takovým způsobem splněn.

Rozvoj technologií pro výrobu elektřiny je dosud v počátcích. Jediný spolehlivě zvládnutý systém "spalování + parní cyklus" není schopen, díky omezení teploty přehřáté páry, dosáhnout v případě malých výkonů vyšší účinnosti než cca 20 %. Zpracované studie dokládají pro výkony 1 - 2 MWe měrnou investiční náročnost cca 40 - 50 tis. Kč/kW a při výkupní ceně elektřiny 2,50 Kč/kWh návratnost do 5 - 6 let. Mají-li být jako palivo použity pěstované energetické plodiny (energetický šťovík), je nutno počítat s 0,6 - 1,0 ha zemědělské půdy na jeden instalovaný kWe. Přesto si takové systémy zaslouží pozornost a státní podporu, neboť nejenže přispívají svým dílem ke krytí spotřeby elektřiny, ale také pomáhají řešit vážné sociální problémy venkova.

Dosažení 8% podílu obnovitelných zdrojů na výrobě elektřiny bude vyžadovat zásadní posílení role biomasy. Při instalaci 800 MW ve větrných elektrárnách a plném využívání vodních elektráren zbývá ještě zhruba 200 MWr, které bude muset zajistit bioenergetika. To je produkce srovnatelná se všemi hydroelektrárnami v ČR. Pro srovnání: v roce 2004 očekává ČEZ roční výrobu cca 14,5 MW elektřiny z biomasy.

Klíčovým problémem dalšího rozvoje je dosud nedostatečná a neúčinná podpora decentralizace energetických zdrojů. Vytvořit energetický systém, v němž budou velké zdroje, zabezpečující stabilitu sítě, vhodně doplňovány menšími decentralizovanými, které dokáží lépe využít lokálních podmínek a vytvoří nové pracovní příležitosti, není snadné, zato je nezbytné. Jen tak lze efektivně podpořit rozvoj obnovitelných zdrojů energie.

NÁKLADY NA VÝROBU ELEKTŘINY Z OZE
Podle zkušeností ze zemí EU (2000) byly v [10] zpracovány grafy, vymezující rozsah investičních a provozních nákladů pro výrobu elektřiny z vybraných OZE. Rozsah údajů je natolik široký, že zahrnuje i podmínky v České republice.


Obr. 2: Investiční a provozní náklady OZE v Evropě

ZÁVĚR
Budoucí vývoj energetické situace v České republice jistě nebude jednoduchý. Již dnes zde existuje téměř naprostá závislost na dovozu ropy, zemního plynu a jaderného paliva, jediným domácím palivem je uhlí a pouze omezené množství nabízí obnovitelné zdroje. Jejich rozvoj je v současnosti v centru pozornosti politiků a veřejnosti a nemělo by se zapomínat, že je zapotřebí rozvíjet všechny dostupné zdroje energie a neupřednostňovat přitom žádný z nich. O tom, že se tak často neděje, svědčí návrh koncepce české energetiky z dílny MŽP [2], kde je růst podílu OZE na spotřebě primárních zdrojů navrhován takto: 6 % v roce 2010, 20 % v roce 2030 a více než 50 % v roce 2050. Tento trend růstu není příliš originální, neboť dosti věrně kopíruje scénář světové spotřeby H. Gellera [Obr. 2 ].


Obr. 2: Vývoj světové spotřeby energie

Nedostatkem koncepčních variant, byť ne zásadním, je naprosté opomíjení role odpadů, zejména komunálních a živnostenských. Jejich energetické využívání je dobře zvládnuté a může pozoruhodně přispět do bilance spotřeby primárních energetických zdrojů. Zvláště když Evropská komise plánuje postupnou totální likvidaci skládek.

Úvahy a scénáře budoucího vývoje energetiky ovlivňují informace o vyčerpání zdrojů fosilních paliv (mimo uhlí) ještě v průběhu tohoto století. Environmentální argumentace obecně srovnatelnou váhu mít nemůže, neboť vždy lze nalézt technické řešení a problémy se nakonec soustředí do oblasti ekonomiky. Hrozící nedostatek tradičních fosilních paliv však nemusí být až tak alarmující. Z historických zásob veškerých fosilních paliv bylo dosud podle informací z [11] spotřebováno pouze 1,1 %, jedna pětina zbývajících zásob je připravená a schopná těžby a zbývající část bude vyžadovat zdokonalení technologií a zvýšené těžební náklady.


Obr. 3: Globální zásoby fosilních paliv [12]

Energetickou budoucnost proto není nutné dramatizovat, spíše je zapotřebí racionálně a pragmaticky situaci analyzovat a rozhodnout se pro všestranně nejvhodnější řešení. V něm pak nesmí chybět motivace k hospodárnému využívání energie a k jejím úsporám.

Tato publikace vznikla v souvislosti s činností doktorského centra "Energie z biomasy", projektu GAČR 101/04/H064.

LITERATURA
[1] MPO ČR: Návrh státní energetické koncepce do roku 2030. Červen 2003.
[2] MŽP ČR: Scénář MŽP pro aktualizaci státní energetické koncepce ČR. 2003.
[3] "Program snižování emisí a imisí znečišťujících látek do ovzduší Moravskoslezského kraje", DHV c.r. spol. s r.o. Praha
[4] GELLER HOWARD: Energy Revolution, Policie for a Sustainable Future. Island Press, 2 003. ISBN 1-55963-964-4.
[5] European Commission: European BioEnergy Projects 1999-2002. Directorate-General for Research. Brusels, 2003.
[6] NATH Ch., RICHTER B.: Nutzung der Windenergie im Überblick. VGB Powertech, Vol. 83/2003.
[7] GIPE P.: The BTM wind report. Renewable Energy World. July - August 2003, Vol. 6, No. 4.
[8] KAŠPAR F.: Větrné motory, ESČ, Praha, 1948
[9] Nordjyllandsvaerket Windmills. (Firemní literatura).
[10] Kolektiv autorů: Obnovitelné zdroje energie a možnosti jejich uplatnění v České republice. ČEZ, Praha, 2003
[11] HUGUES J.: Wood-fuelled cogeneration, technologies and trends worldwide. Cogeneration & on-site Power Production. July - August 2003.
[12] BRADLEY R. L.: Climate Alarmism Reconsidered. IEA, The Institut of Economic Affairs, London, 2003.

 

Hodnotit:  

Datum: 15.4.2004
Autor: prof. Ing. Pavel Noskievič, CSc., prof. Ing. Jaroslav Kaminský, CSc.   všechny články autora
Organizace: Vysoká škola báňská-Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Blogger  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcíchDiskuse (48 příspěvků, poslední 11.02.2011 13:44)


 
 

Aktuální články na ESTAV.czNájemné v Praze je oproti severu Čech a Moravy zhruba dvojnásobnéDomy v centru Benešova včetně bývalé šatlavy jsou na prodejÚstecký kraj rozdělí dalších 156 milionů korun na výměnu kotlůMech v bytě. Živý nebo umělý?