cvut.czpeople.fsv.cvut.cz/.../doc/beransirsipojemeso.docx · web viewjsou velmi známé i z kanady,...

11
Širší pojetí energetické soběstačnosti obce Doc. Ing. Václav Beran, DrSc. Fakulta stavební ČVUT v Praze Energetická soběstačnost obcí je pojem, který má širší souvislosti. Vznikl z ekonomické úvahy a pragmatické potřeby. Česká republika je jednou ze zemí, kde dosud nevznikla naléhavá potřeba energetického samozásobování. Nevznikl dosud krizový stav, v němž nebylo možné plnit dodávky spotřebiteli. Nenastala dosud rozsáhlá několikadenní havarii zásobovací energetické sítě. Nebyly zasaženy výrobní podnikové kapacity pro kritický nedostatek energií. S uváděnými stavy však jsou v mnoha zemích větší, vesměs negativní zkušenosti. Nutnost zásobovat se ve špičkových odběrech elektrickým proudem individuálně, nebo prožívat restrikce v zásobování, jsou známé. Jsou nebo byly běžně praktikovány v celé řadě zemí (Jihoafrické republice, Libanonu, Iraqu, Moldavii, …). Situace nazvané jako black-out jsou velmi známé i z Kanady, USA, Italie, …. . Po bližším prostudování smlouvy s dodavatelem el. proudu pro vaši domácnost zjistíte, že právní nárok na zásobování nevzniká. Nejste chráněni odpovědností za plnění a případně vzniklé škody. Motivace - ceny energií za 1 kWh vybrané země EU Ceny za 1 kWh elektrické energie se v jednotlivých zemích EU liší. Zdánlivě se nejedná se o velké rozdíly v ekonomické zátěži domácnosti a podniků, nicméně ve vztahu k disponibilním příjmům domácností se jedná o zátěž, kterou nelze pominout. Její vývojový trend ve všech zemích EU je dlouhodobě rostoucí. Mezi nízkonákladové patří Bulharsko a mezi vysokonákladové patří Německo. Faktor diference v ceně je cca 3. Porovnání v příjmové části ponecháme vlastnímu dohledání čtenáři. Data jsou k dispozici na web stránkách Českého statistického úřadu a Eurostatu. EU-27 Cena elektrické energie za kWh (2009): 0,163 Euro Cena elektrické energie za kWh (2010): 0,171 Euro Euro-Zóna (EA-16) Cena elektrické energie za kWh (2009): 0,171 Euro Cena elektrické energie za kWh (2010): 0,179 Euro Bulharsko

Upload: others

Post on 04-Feb-2021

0 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Širší pojetí energetické soběstačnosti obce

Doc. Ing. Václav Beran, DrSc.

Fakulta stavební ČVUT v Praze

Energetická soběstačnost obcí je pojem, který má širší souvislosti. Vznikl z ekonomické úvahy a pragmatické potřeby. Česká republika je jednou ze zemí, kde dosud nevznikla naléhavá potřeba energetického samozásobování. Nevznikl dosud krizový stav, v němž nebylo možné plnit dodávky spotřebiteli. Nenastala dosud rozsáhlá několikadenní havarii zásobovací energetické sítě. Nebyly zasaženy výrobní podnikové kapacity pro kritický nedostatek energií.

S uváděnými stavy však jsou v mnoha zemích větší, vesměs negativní zkušenosti. Nutnost zásobovat se ve špičkových odběrech elektrickým proudem individuálně, nebo prožívat restrikce v zásobování, jsou známé. Jsou nebo byly běžně praktikovány v celé řadě zemí (Jihoafrické republice, Libanonu, Iraqu, Moldavii, …). Situace nazvané jako black-out jsou velmi známé i z Kanady, USA, Italie, …. .

Po bližším prostudování smlouvy s dodavatelem el. proudu pro vaši domácnost zjistíte, že právní nárok na zásobování nevzniká. Nejste chráněni odpovědností za plnění a případně vzniklé škody.

Motivace - ceny energií za 1 kWh vybrané země EU

Ceny za 1 kWh elektrické energie se v jednotlivých zemích EU liší. Zdánlivě se nejedná se o velké rozdíly v ekonomické zátěži domácnosti a podniků, nicméně ve vztahu k disponibilním příjmům domácností se jedná o zátěž, kterou nelze pominout. Její vývojový trend ve všech zemích EU je dlouhodobě rostoucí. Mezi nízkonákladové patří Bulharsko a mezi vysokonákladové patří Německo. Faktor diference v ceně je cca 3. Porovnání v příjmové části ponecháme vlastnímu dohledání čtenáři. Data jsou k dispozici na web stránkách Českého statistického úřadu a Eurostatu.

EU-27

Cena elektrické energie za kWh (2009): 0,163 Euro Cena elektrické energie za kWh (2010): 0,171 Euro

Euro-Zóna (EA-16)

Cena elektrické energie za kWh (2009): 0,171 Euro Cena elektrické energie za kWh (2010): 0,179 Euro

Bulharsko

Cena elektrické energie za kWh (2009): 0,082 Euro Cena elektrické energie za kWh (2010): 0,083 Euro

Česko

Cena elektrické energie za kWh (2009): 0,139 Euro Cena elektrické energie za kWh (2010): 0,139 Euro

Německo

Cena elektrické energie za kWh (2009): 0,229 Euro Cena elektrické energie za kWh (2010): 0,244 Euro

Švédsko

Cena elektrické energie za kWh (2009): 0,165 Euro Cena elektrické energie za kWh (2010): 0,196 Euro

Významný je trend k změně zásobovacího modelu obcí a regionů. Celosvětový trend v posledních třiceti letech sledoval myšlenku lokální odpovědnosti za realizovanu výrobu, její racionalitu, efektivnost a eficienci (čtěme ekologickou, sociální, komunální), tak i v oblasti energetické se stále častěji objevuje myšlenka diversifikace centralizovaných zdrojů elektrické energie. Myšlenka sama o sobě nepřekvapuje, její provedení však vyžaduje nová technická řešení. Dosud pro ně nebylo zajištěno technické prostředí. Chybí motivace a v jejím důsledku také inovace a kapitálová podpora náročného vývoje. Jednou ze silných motivací je jaderná bezpečnost, která v posledních desetiletích neustále přináší negativní zkušenosti. Havárie jaderných reaktorů vedou k nutnosti dlouhodobé (po generace) vysídlení obyvatelstva. Pro měřítka ukrajinské havárie není v ČR prostor. Radiační zóna v různé intenzitě je vymezena v ukrajinské havárii v rozmezí cca 500x350 km. Havárie v Japonsku nebyla ani po 6 měsících uvedena do stavu, který by bylo možné označit „pod kontrolou“.

Zdroj: www.zpravy.e15.cz

Obr. 1. Poškozené reaktory Fukušima březen 2011.

Na druhé straně motivace pro změnu formou decentralizovaných zdrojů elektrické energie má svůj vlastní vývoj. Po zastavení provozu některých atomových elektráren v Německu, ochotě přijmout zvýšené náklady na vytvoření kapitálových zdrojů vrací se ekonomika k běžné agendě – minimalizaci nákladů. Poptávka po zelené energii a certifikované zelené energii demonstrovaná po havárii v Japonsku se vrací do původní úrovně, viz obr. 2. Je evidentní, že musí nastoupit nové praktické kroky. Nové technicko-ekonomické strategie. Decentralizace výroby je jedním z takových dlouhodobých kroků.

Údaje jsou v procentech

Poptávka „šedivá el. energie“

Poptávka ekologická el. energie

Poptávka ekol. energie s certifikátem

Obr. 2. Vývoj poptávky po ekologické el. energii v průběhu roku 2011 Německo.

Zdroje energií – historický vývoj

Zdroje energií jsou pro rozvoj společnosti daným limitem, viz tab. 1. V každé vývojové etapě byly dosud k dispozici pouze omezené výrobní zdroje – materiálové, potravinové, energií, informací. Podle toho také každá vývojová etapa vypadala – tedy formovala své možnosti.

Zdroj energie

kW

Člověk

0,14

Mula

0,27

Kůň

1,36

Vodní mlýn 11. století

4,08

Větrný mlýn 17. století

13,60

Wattův motor r. 1765

135,96

Parní stroj r. 1850

13596,22

Vodní elektrárny r. 1930

135962,16

Rakety r.1955

1359621,62

Tabulka 1

Energetický plán obce Pratteln – vzorový příklad

Plán energetického zajištění obce vychází z dlouhodobé koncepce stavební a energetické. Je stanoven jako urbanizační a rozvojový koncept. Podrobnost je vázána na územní plán, objekt, okrsek, viz obr. 3 a obr. 4.

V koncepci komplexního energetického rozvoje stanovuje obec následující cíle (zkráceně česky, originál německy):

a) Racionalizace neobnovitelných a využití obnovitelných zdrojů

Mit einer Energieplanung der Gemeinden sollen günstige Rahmenbedingungen für den rationellen

Einsatz nichterneuerbarer Energien, die Nutzung erneuerbarer Energien und die Nutzung lokaler

Abwärmequellen geschaffen werden.

b) Dlouhodobé zajištění vlastní výroby elektřiny z vodních zdrojů. Specielně malé vodní elektrárny.

Langfristige Sicherung der eigenen Stromproduktion aus Wasserkraft bzw. deren Bezug, speziell

auch Kleinwasserkraftwerke.

c) Ekologické využití dřevní hmoty.

Die Verwendung von Holz für die Energiegewinnung wird, unter Einhaltung der ökologischen Ziele, gefördert.

d) Výstavba tepelně energetických zařízení, teplo životního prostředí a hloubkové geotermální teplo.

Ausbau der WKK (Wärme-Kraft-Kopplung) und Wärmepumpenanlagen, insbesondere mit Erdsonden zur Nutzung von Umweltwärme und Tiefengeothermie.

e) Průběžná výstavba tepelných a elektro - solárních kolektorů.

Kontinuierlicher Ausbau der durch Solarenergie erzeugten Wärme (Sonnenkollektoren) und Elektrizität. (Photovoltaikanlagen).

f) Vyčerpání možností potenciálu biomasy.

Das wirtschaftlich nutzbare Biomasse-Potenzial wird ausgeschöpft. Der Bau von Biomasseanlagen

wird regional koordiniert und gefördert.

g) Podpora výstavby větrných elektráren v rámci okresu.

Die Realisation von Windkraftanlagen im Kantonsgebiet wird unterstützt.

Obr. 3. Území s potenciální potřebou připojení k zásobování teplem (žlutě vyznačeno), existující připojené objekty (červeně), zájem projevující okrsky (růžové zbarvení).

Obr.4. Prioritní oblasti. Energie dřevo (Holzenergie), Teplo ze splaškové a dešťové kanalizace (Abwasserwärme). Zasíťování (Vernetzung). Červeně stávající tepelné sítě.

Cena 1 kWh elektrické energie

Za měřítko energetické náročnosti bývá používána 1 kWh a její cena. Zdrojem vůči kterému je cena paradoxně poměřována, je bytová zásuvka.

Uvedená měřítka však jsou relativní a velmi často značně nekorektní. Není standardní bytová zásuvka, není standardní bytová sazba. Existují pouze dočasně platné dohody o dodávce elektrické energie, jejich tarify jsou různé podle jednotlivých regionů v EU (viz. úvodní přehled).

Existují však i jiné pohledy na vyhodnocení ceny 1kWh elektrického proudu. Zachycující externality, jimiž je výroba elektrického proudu zatížena. Jsou jimi emise skleníkových plynů, jaderné emise, rizika jaderné bezpečnosti, změny klimatu, zábory půdy pro těžbu fosilních paliv, zátěže z těžby uranu, zdravotní zátěže apod.

Striktně cenový pohled vede ve svém důsledku k diferenciaci cen dle finálního užití energie. Jiné cenové relace budou u spotřeby v průmyslu, domácnosti, spotřební elektroniky apod.

V grafu obr. 5 je uveden srovnávací přepočet ceny pro některé vybrané spotřeby.

Obr. 5. Přehled cen 1kWh pro různé finální spotřeby.

Podrobnější náhled a výchozí data jsou uvedena v tab. 2.

Zdroj: J. Karásek 2010

Pokud respektujeme logaritmickou stupnici znázornění na obr. 5, jsou cenová data pro jednotlivé druhy použití (funkce) velmi diferencující. Uchovávání energie – konzervace energie je jeden ze samostatných problémů energetické soběstačnosti. Problém sám se týká jak způsobu ukládání přebytečné energie, tak možného managementu disponibilního energetického mixu.

Výkonnost jednotlivých způsobů ukládání (konzervace) energie je jejich nákladnost (investiční náročnost) představují v mnohém spojité nádoby.

Na obr. 6 je přehledně znázorněno rozložení různých tapů elektrochemický akumulátorů z hlediska jejich schopnosti uložit energii. Jednotlivé typy baterií ve vztahu energie (W/kg) a specifické energie Wh/kg lze řadit od nejnižších výkonů po nejvyšší hrubě (různá technická provedení) takto:

· olovo-kyselina, do 300 W/kg a 25Wh/kg,

· NiCd,

· NiMH,

· NaNiCl,

· Li-Polymer,

· Li-Ion, do 180 Wh/kg při nízkých specifických energiích 10W/kg .

Investiční náročnost konzervace energie

Dlouhodobá konzervace energie je problematická. Pro malé vodní elektrárny představuje další investiční náklady. Nicméně pro krátkodobou konzervaci energie jsou vývojové předpoklady dalšího zlepšení, některé jsou již v současnosti k dispozici.

Obr. 6 znázorňuje investiční náročnost v současnosti dostupných způsobů konzervace elektrické energie v centech/kWh výstupu a pořadí jednotlivých způsobů konzervace. Zohledněny jsou rovněž životní cykly nabití a vybití.

Zdroj: H. Ibrahima,b,, A. Ilincaa, J. Perronb: Energy storage systems—Characteristics and

Comparisons.

Obr. 6 Investiční náročnost cyklů nabití a vybití jednotlivých druhů baterií.

Pro zajištění náročnější průmyslové konzervace energie v řádu hodin je efektivní způsob přečerpávacích vodních elektráren. Schématicky obr. 7. Pro konzervace energie v řádu minut nebo dokonce vteřin jsou k dispozici jiná investičně efektivnější řešení (baterie, kondenzátory, setrvačníky,...). Pro potřebu individuálního spotřebitele jsou k dispozici například dříve uváděné typy baterií.

Zdroj: H. Ibrahima,b,, A. Ilincaa, J. Perronb: Energy storage systems—Characteristics and

Comparisons.

Obr. 7 Průmyslová konzervace energie.

Pokud si doplníme obr. 7 o další disponibilní druhy energie jako je Fotovoltaik, vodní zdroj, biozdroj dostáváme se k řešení, které by mohlo vytvářet relativně samostatný energetický ostrovní provoz.

VýrobekPopisCena včetně provozuZískaná

energie

Cena na kWh

KčkWhKč/kWhpozn.

Baterie do hodinekhodinková baterie, Zn-Ag2O, 11,6x3,05 mm,

1,55V, 0,085Ah37,25 0,00013175282.732,45

Baterie AAAA Alkalická baterie LR6 1,5V, 2500mAh10,50 0,003752.800,00

Akumulátorová baterie AASANYO akumulátor AA tužkové NiMH 2700mAh,

200 nabití, 6 hodin nabíjení123,30 0,81152,23

Baterie do mobilního

telefonu

Li-Ion polymerová baterie kapacita 1320 mAh, 200

nabití, 2 hodiny nabíjení746,06 0,9768763,78

Baterie do notebookuLi-Ion polymerová baterie kapacita 1320 mAh, 200

nabití, 2 hodiny nabíjení2.904,60 14,208204,43

Elektrický proud

domácnost

elektrický proud cena za 1 MWh v Praze nad 3x35

A do 3*32 A, měsíčně4.752,55 1.037,04 4,58

Vodní elektrárna

přečerpávací elektrárna dlouhé stráně, ročně

240.000.000,00 9978000000,24