PREMIER FARNELL UK
MSV Brno 2016
Reklama

Alternatívne zdroje energie pre rodinný dom

V tomto článku je uvedený prehľad energetického potenciálu a využiteľnosti alternatívnych zdrojov energie pre rodinné domy. Primárnym cieľom je stanoviť energetickú sebestačnosť bežnej domácnosti pomocou akumulácie energie. Aby sa zaistil nepretržitý tok energie, je vhodné počítať s pripojením na distribučnú elektrizačnú sieť, ktorá by slúžila ako záložný zdroj energie v prípade poruchy alebo výpadku alternatívnych zdrojov energie.
Alternatívne zdroje energie pre rodinný dom

Energetické zdroje môžeme rozdeliť z hľadiska obnoviteľnosti na zdroje obnoviteľné a neobnoviteľné. Toto delenie vychádza z kritéria zohľadňujúceho mieru vyčerpateľnosti zdrojov, čo sa týka časových dimenzií a potrieb ľudskej spoločnosti. Obnoviteľný zdroj má energetický potenciál, ktorý sa trvalo obnovuje prírodnými procesmi alebo činnosťou ľudí. Nadmerným čerpaním neobnoviteľných zdrojov energie si uvedomujeme ich vyčerpateľnosť, no na druhej strane tvoria mnohonásobne väčšiu časť vyprodukovanej a tým spotrebovanej energie.

Obnoviteľné zdroje energie možno podľa pôvodu rozdeliť do dvoch základných skupín:

  • exogénne zdroje,
  • endogénne zdroje.

Exogénne zdroje sú:

  • slnečná energia a jej deriváty,
  • energia vzájomného gravitačného pôsobenia kozmických telies.

Slnečná energia a jej deriváty:

  • slnečná energia,
  • energia biomasy,
  • veterná energia,
  • vodná energia,
  • energia vĺn,
  • tepelná energia morí a oceánov,
  • energia morských prúdov,
  • tepelná energia prostredia.

Energia vzájomného gravitačného pôsobenia kozmických telies – energia prílivu a odlivu morí a oceánov (dôsledok vzájomného gravitačného pôsobenia Zeme, Mesiaca a Slnka).

Endogénne zdroje energie sú:

  • geotermálna energia (zatiaľ najvýznamnejší a najvyužívanejší endogénny zdroj),
  • iné endogénne zdroje (zväčša využívajúce princíp diferencií energetických potenciálov).

V princípe energetický potenciál endogénnych zdrojov získala Zem v procese svojho vzniku a formovania.

Slnečná energia

Zdrojom slnečnej energie je termonukleárna reakcia prebiehajúca v centrálnych oblastiach Slnka. Energia je emitovaná do priestoru vo forme elektromagnetického žiarenia. Hustota žiarivej energie (intenzita žiarenia) pri vstupe do atmosféry Zeme je vyjadrená hodnotou I0 = 1 367 W. m-2, čo je tzv. solárna konštanta. Jej presná hodnota je ustálená Svetovou meteorologickou organizáciou WMO. Intenzita žiarenia na povrchu Zeme je zmenšená v dôsledku prechodu atmosférou. Celkové žiarenie na povrchu, tzv. globálne, pozostáva z priameho (zo smeru slnečného kotúča), difúzneho (rozptýleného) a reflexného (odrazeného) žiarenia. Priame žiarenie je ovplyvnené výškou Slnka nad obzorom a znečistením atmosféry. Priame slnečné žiarenie je energeticky najvýdatnejšie (v porovnaní s difúznym a reflexným).

Slnečné žiarenie je elektromagnetické žiarenie s vlnovou dĺžkou v rozsahu od 0,28 do 3,0 µm. Slnečné spektrum zahŕňa malý podiel ultrafialového žiarenia (0,28 – 0,38 µm), ktoré je pre ľudské oko neviditeľné a predstavuje asi 2 % solárneho spektra. Viditeľné svetlo má vlnovú dĺžku od 0,38 do 0,78 µm a predstavuje asi 49 % spektra. Zvyšok tvorí infračervené žiarenie s vlnovou dĺžkou 0,78 až 3,0 µm. Slnko neustále produkuje obrovské množstvo energie, približne 1,1 x 1020 kWh každú sekundu (jedna kilowatthodina je množstvo energie, ktoré spotrebuje 100 W žiarovka počas 10 hodín). Vrchná vrstva atmosféry prijíma asi dve miliardtiny energie vytvorenej Slnkom, čo je asi 1,5 x 1018 kWh za rok. V dôsledku odrazu, rozptylu a absorpcie plynmi a aerosólmi v atmosfére dopadá na zemský povrch len asi 47 % z tejto energie (7 x 1017 W).

Okamžitý výkon slnečného zdroja predstavuje v atmosfére 1,7 x 1017 W. V našich zemepisných podmienkach to znamená, že energia dopadajúca na plochu 1 m2 dosahuje hodnotu 1 000 až 1 250 kWh/rok (cca 5 GJ). Z uvedenej intenzity žiarenia vyplýva, že teoreticky pri 100 % účinnosti využitia tejto energie by sme z plochy 3 x 3,3 metra mohli získať dostatok energie na pokrytie celoročnej spotreby tepla a teplej vody priemernej domácnosti na Slovensku. Bariéru pre takéto využitie predstavuje len nerealizovateľná 100 % účinnosť zariadenia, ale aj odchýlky v množstve dopadajúceho žiarenia v priebehu roka a jeho energetickej hustote. Hustota slnečného žiarenia je totiž mnohonásobne nižšia ako v prípade fosílnych palív, na druhej strane je však toto žiarenie homogénnejšie rozložené ako zásoby klasických palív na Zemi. Je to najdostupnejšia a najčistejšia forma obnoviteľnej energie. Pri bezoblačnom počasí dopadá na zemský povrch slnečné žiarenie s výkonom 1 000 Wm-2 – intenzita žiarenia. Množstvo energie slnečného žiarenia, ktoré dopadne za rok na vodorovnú plochu, je u nás 950 – 1 200 kWh na 1 m2. V prípade južne orientovanej plochy sklonenej pod uhlom 30° môže táto hodnota dosahovať na juhu Slovenska aj 1 500 kWh/r m2.

Energia z biomasy

Biomasa je biologický materiál vhodný na energetické využitie, ktorý sa tvorí vo voľnej prírode alebo činnosťou človeka. Je to vlastne konzervovaná slnečná energia, ktorú rastliny vďaka fotosyntéze premieňajú na organickú hmotu. Tá, či už ako drevo, rastliny, alebo iné poľnohospodárske zvyšky vrátane exkrementov hospodárskych zvierat, dokáže poskytnúť užitočné formy energie – elektrickú energiu, teplo i kvapalné palivá pre motorové vozidlá. Biomasa patrí medzi najvýznamnejšie obnoviteľné energetické zdroje a je dôležitým energonosičom, ktorý môže do značnej miery nahradiť fosílne palivá. Zároveň je to domáci energetický zdroj, ktorého objem produkcie paliva a cenu (vzhľadom nato, že u nás sa už takmer vyrovnala cene v krajinách západnej Európy) možno dostatočne presne stanovovať aj s ohľadom na jej budúci vývoj. Pomocou bežných postupov používaných v chemickom priemysle nie je problém vyrábať vodík pomocou fosílnych palív, elektrickej energie aj biomasy.

Typ konverzie biomasy Spôsob konverzie biomasy Energetický výstup Odpadový materiál alebo druhotná surovina
Termochemická konverzia (suché procesy)

spaľovanie teplo viazané na nosič popol
splyňovanie generátorový plyn dechtový olej, uhlíkaté palivo
pyrolýza generátorový plyn dechtový olej, pevné horľavé zvyšky
Biochemická konverzia (mokré procesy) anaeróbna fermentácia bioplyn fermentový substrát
aeróbna fermentácia teplo viazané na nosič fermentový substrát
Fyzikálno-chemická konverzia esterifikácia bioolejov metyleste, biooleje glycerín

Tab. 1 Spôsoby konverzie biomasy na energiu

V palivovom článku sa elektrický prúd generuje spôsobom, ktorý sa podobá opačnému priebehu elektrolýzy. Preto je aj polarita palivového článku obrátená. Z bioplynu sa oddeľovacím procesom, takzvaným reformíringom bioplynu, oddeľuje vodík (H2) a oxid uhličitý (CO2) ku katóde, ktoré sú umiestnené v elektrolyte. Prúd chemicky viazaných elektrónov (CO3-2) (CO3-2) putuje elektrolytom palivového článku od katódy k anóde a po ich uvoľnení vodičom z anódy späť ku katóde ako elektrický prúd. V tomto chemickom procese sa z 1 kg vodíka (H2) vytvorí 9 kg vodnej pary (H2O) vypustenej do atmosféry. Podľa prevádzkovej teploty sa palivové články rozdeľujú na nízkoteplotné (60 až 80 °C), strednoteplotné (180 až 220 °C) a vysokoteplotné (800 až 1 000 °C). Vysokoteplotné palivové články nevyžadujú úpravu uhľovodíkových palív, sú však konštrukčne zložitejšie, s vyššími nákladmi na prevádzku.

Etanol a metanol sa vo svete vyrábajú hlavne z biomasy. Ich výhodou je možnosť dopestovania a to, že pri ich spaľovaní sa tvorí menej škodlivín. Súvisí to s tým, že tieto palivá majú jednoduchšiu štruktúru ako benzín alebo nafta, lepšie horia a celý proces vedie k menšej tvorbe nespálených zvyškov. Z tohto pohľadu je metanol lepším palivom ako etanol.

Veterná energia

Potenciál veternej energie je v SR malý, s hodnotou 605 GWh.rok-1 sa podieľa na celkovom potenciáli zhruba 2 %. Je to dané tým, že na Slovensku je z hľadiska vhodných veterných podmienok málo vyhovujúcich oblastí a konkrétnych lokalít. Všeobecne sa udáva, že prijateľné podmienky na využívanie veternej energie majú lokality, kde je priemerná celoročná rýchlosť vetra vyššia ako 6,5 m.s-1. Lokality s nižšou rýchlosťou sa považujú za slabé.

Podľa posledného mapovania situácie na Slovensku sa dospelo k záveru, že efektívna plocha územia vhodného na realizáciu veterných turbín s priemernou rýchlosťou vetra >5,5 m.s-1 je veľmi malá, cca 191 km2, čo je len 0,39 % z celkovej rozlohy Slovenska. Podstatná časť územia SR patrí do kategórie s veľmi slabými podmienkami na využívanie veternej energie (na 16,4 % rozlohy SR je priemerná rýchlosť vetra >3,5 m.s-1 a na 2,37 % rozlohy >4,5 m.s-1). Tu by sa mohli uplatňovať len malé individuálne zdroje, ktoré sa však do veternoenergetickej bilancie nezapočítavajú. Pri stanovení technicky využiteľného potenciálu (TVP) sa berú do úvahy len plochy s priemernou rýchlosťou vetra >4,5 m.s-1. Ich celková rozloha je 1 352 km2.

Vylúčením plôch nevhodných na inštaláciu veterných turbín bola stanovená využiteľná efektívna plocha s rozlohou 257 m2. Túto plochu predstavuje 43 potenciálnych lokalít. TVP je vypočítaný na základe predpokladu, že táto plocha by bola využitá na inštaláciu veterných turbín výkonových radov 500 až 1 000 kW. Vhodné – z hľadiska priemernej rýchlosti vetra – sú horské oblasti, najmä hrebeňové polohy a sedlá, s málo zvlneným reliéfom v okolí a bez lesného porastu. K najvhodnejším patrí hrebeň Nízkych Tatier, Slovenského rudohoria, Malých a Bielych Karpát, Malej a Veľkej Fatry a ďalších pohorí. Údolné a kotlinové polohy sú naopak nepriaznivé, s priemernou ročnou rýchlosťou pod 2,5 m.s-1. Výnimkou sú oblasť Devínskej brány a časť Podunajskej nížiny za Malými Karptami, kde môžeme na vhodných lokalitách očakávať priemerné rýchlosti vetra okolo 3,5 m.s-1. Podobne je to v oblasti Popradskej a Košickej kotliny.

Geotermálna energia

Geotermálna energia sa v našich podmienkach využíva predovšetkým na ohrev teplej úžitkovej vody, vykurovanie, rekreačné účely a v kúpeľníctve na ohrev bazénov. Využitie geotermálnej energie na produkciu elektrickej energie je viazané na vysokoteplotné (na priamu výrobu) a strednoteplotné zdroje (na nepriamu výrobu elektrickej energie, napr. technológiou ORMAT). V súčasnosti sú k dispozícii dostupné zdroje, ktoré sú na hranici ekonomickej dostupnosti, ale značné množstvo existujúcich zdrojov sa nachádza pod súčasnou hranicou ekonomickej efektívnosti. Z toho dôvodu sú možnosti využitia geotermálnej energie na výrobu elektrickej energie na Slovensku prakticky nulové.

Územie Slovenska je v porovnaní s inými krajinami relatívne bohaté na geotermálne zdroje a na základe geologického prieskumu bolo už v roku 1993 vyčlenených 25 perspektívnych oblastí. Celkový potenciál využiteľných zdrojov aj s vodami s nízkou teplotou (okolo 30 °C) je odhadovaný na 5 200 MW. Potenciál geotermálnych vôd s teplotou 75 – 95 °C je využiteľný napríklad na vykurovanie budov a predstavuje výkon asi 200 MWt.

V minulosti sa na Slovensku využívali termálne pramene hlavne v poľnohospodárstve. Použitá technológia bola veľmi jednoduchá, tepelné čerpadlá a kaskádové využitie zdroja sa uplatňovali iba výnimočne a energia vody nebola využitá hospodárne. Mnohé z týchto zdrojov boli v posledných rokoch odstavené, pretože obsah minerálnych látok geotermálnej (odpadovej) vody bol príliš vysoký a viedol k podstatným zaťaženiam povrchových vôd. Nová hraničná hodnota 0,8 g.l-1 znamená, že využívanie geotermálnej energie je možné vtedy, keď sa vyrieši problém s odpadovými vodami, a to či už reinjektážou, alebo jej následným čistením.
V tepelných čerpadlách prechádza tepelný tok energie samovoľne z látky alebo telesa s vyššou teplotou na látku alebo teleso s nižšou teplotou. Technické zariadenie, tzv. tepelné čerpadlo, umožňuje transformovať kvalitu tepla z nižšieho potenciálu (teploty) na vyšší potenciál (teplotu). Názov tepelné čerpadlo ako analógia vodného čerpadla je zaťažený substančnou definíciou tepla. Funkčne je tepelné čerpadlo zhodné s chladiacim zariadením s tým rozdielom, že tepelný tok energie z kondenzátora Qk sa využíva na technologické účely. Zdrojom nízkopotenciálneho tepelného toku energie Q0 bývajú odpadové vody, voda z riek a zo studní, zemné teplo získané pomocou zakopaného rúrkového systému a teplo zo vzduchu. Na prevádzku tepelného čerpadla je potrebná energia na pohon kompresora. Efektívnosť tepelného čerpadla vzťahujúca sa na energiu na pohon dosahuje hodnotu 3 až 7 a je vyjadrená vykurovacím faktorom εt.

Vodná energia

Severným okrajom územia Slovenska prechádza hlavná európska rozvodnica, ktorá 96 % územia začleňuje k úmoriu Čierneho mora a len 4 % k úmoriu Baltského mora. Hustota riečnej siete kolíše od 0 do 2 500 m/km2 (v priemere to predstavuje 920 m/km2). Vodná energia je v SR najviac využívaný obnoviteľný zdroj energie na výrobu elektrickej energie. Využiteľný potenciál na výrobu elektrickej energie na báze vodnej energie predstavuje 6 607 GWh za rok. (V roku 2002 vodné elektrárne dosiahli rekordnú výrobu elektrickej energie 5 370 GWh, čím bol potenciál vodnej energie využitý na 78 %. Bolo to dané hlavne zvýšeným stavom vodných tokov, čo zvýšilo výrobu asi o 15 %.

Podiel veľkých vodných elektrární na vyrobenej elektrickej energii za rok 2002 predstavoval 92 %, MVE 8 %). Z celkového využiteľného potenciálu malých vodných elektrární 6 607 GWh sa v priemere malé vodné elektrárne podieľajú na tomto potenciáli 15 % (1 000 GWh). Z celkového využiteľného potenciálu MVE sa v súčasnosti využíva 24,5 % (245 GWh). Ku koncu roku 2002 bolo na Slovensku využívaných 201 malých vodných elektrární s inštalovaným výkonom 70 MW. Zostávajúci využiteľný potenciál je 790 GWh. Z tohto potenciálu možno po zohľadnení hlavne environmentálnych aspektov celkovo využiť 400 – 450 GWh ročne, čo zodpovedá inštalovanému výkonu MVE na úrovni 100 MW. Na riekach Dunaj, Hron, Bodrog a Hornád je vytipovaných cca 250 lokalít, kde by bolo možné umiestniť MVE s inštalovaným výkonom 93 MW.

Vo vodných elektrárňach sa využívajú najviac tieto vodné turbíny:

  • Francisova turbína – pretlaková turbína, čo znamená, že tlak vody na vstupe do turbíny je vyšší ako tlak na výstupe z nej. Typické riešenie Francisovej turbíny pozostáva z rozvádzacieho kolesa (regulačný prvok turbíny) a obežného kolesa. Je vhodná pre veľké i malé spády a pre veľké i malé prietoky.
  • Kaplanova turbína – pretlaková turbína, ktorá sa vyznačuje dvojitou reguláciou, a to aplikáciou regulovateľného rozvádzača a pootáčaním lopatiek obežného kolesa. Je univerzálne využiteľná.
  • Peltonova turbína – rovnotlaková turbína, do ktorej sa voda privádza pomocou dýzy a usmerňuje na typické lyžičkové lopatky, umiestnené na obvode obežného kolesa. Je veľmi vhodná tam, kde sú vyššie spády a často sa využíva vo vodných elektrárňach v horskom teréne.
  • Bánkiho turbína – rovnotlaková turbína charakteristická tým, že voda preteká obežným kolesom dvakrát. Používa sa v malých vodných elektrárňach s malými spádmi a malými prietokmi.

Okrem uvedených základných typov vodných turbín sú v praxi rozšírené i ďalšie typy, napríklad Dériazova, Zeussova, Savoniova, Reiffensteinova a z moderných patentovaných turbín Cink, Setur a iné.

Ekologický prínos obnoviteľných zdrojov

Ekologický prínos obnoviteľných zdrojov spočíva v tom, že 1 kW.h získaná premenou slnečnej energie umožní ušetriť minimálne 5 g prachu, 27 g SO2, 4,2 g Nox a 2 kW.h termoemisií. Využitá slnečná energia tiež obmedzí tvorbu fotochemického smogu a ozónu. Toto zníženie sa však zatiaľ nedá kvantifikovať. Spolkové ministerstvo pre vývoj a technológie (BMFT) uvádza, že pri moderných uhlových elektrárňach sa zníži produkcia CO2 asi na 820 g.(kW.h)-1, SO2 na 600 mg.(kW.h)-1 a NOx tiež asi na 600 mg.(kW.h)-1. Pri elektrárni na zemný plyn sa zníži produkcia CO2 asi na 380 g.(kW.h)-1, SO2 na 340 mg.(kW.h)-1a NOx na 75 mg.(kW.h)-1. Pri elektrárni s palivovými článkami sa zníži produkcia CO2 asi na 310 g.(kW.h)-1, emisie SO2 a NOx sú takmer nulové (nejde zatiaľ o články vodíkové, ale plynové). Najväčší ekonomický prínos spočíva v úspore potreby energie mechanickej, elektrickej, tepelnej a plynnej, tiež v zvýšení účinnosti strojov a zariadení na transformáciu a využitie energie.

Využitie biomasy na výrobu elektrickej energie

1. Výroba elektriny z biomasy pomocou vznetových motorov (s vnútorným spaľovaním)
Hlavná zložka bioplynu, metán, je výborné palivo pre spaľovacie motory. Spaľovanie je veľmi čisté, nedochádza prakticky k produkcii škodlivých zmesí a pri použití v benzínových motoroch je výhodou jeho vysoké oktánové číslo (približne 130), čo znamená, že sa môže použiť vysoká kompresia a chudobná zmes. Zásadný problém je, že metán treba používať v stlačenom stave. Navyše treba bioplyn zbaviť všetkých prímesí, aby zostal čistý metán. Najčastejší spôsob využitia bioplynu je na kombinovanú výrobu elektriny a tepla. Na to sa používajú kogeneračné jednotky s automobilovými spaľovacími motormi a asynchrónnym generátorom (pri veľkých jednotkách sa využíva synchrónny generátor).

2. Výroba elektriny z biomasy pomocou motorov s vonkajším spaľovaním
Palivo sa spaľuje v spaľovacej komore (kotili). Vyrobené teplo následne ohrieva vhodné pracovné médium (vodnú paru, vzduch alebo vhodný plyn), ktoré vykonáva prácu vo valcoch motora. V tomto usporiadaní je možné využitie aj tuhej biomasy, nie je nevyhnutné ju prevádzať na kvapalné alebo plynné palivo. Najstarším a najznámejším takýmto motorom je parný stroj. Vo veľkých elektrárňach sa používajú parné turbíny a v malých zariadeniach sa začínajú uplatňovať Stirlingové motory.

Kogenerácia

Kogenerácia je súčasná výroba elektrickej energie a ohrev teplonosného média. Kogeneračná jednotka v sebe spája plynový motor (resp. turbínu) a generátor elektrického prúdu. Táto metóda premeny energie bioplynu na elektrickú a tepelnú energiu dosahuje vysokú účinnosť (80 – 90 %). Pre hrubú orientáciu môžeme počítať, že asi 30 % energie bioplynu sa premení na elektrickú energiu, 60 % na tepelnú energiu a ostatných 10 % predstavujú tepelné straty. Na výrobu 1 kW.he treba do kogeneračnej jednotky priviesť 0,6 až 0,7 m3 bioplynu s priemerným obsahom metánu 60 %. V praxi môžeme veľmi hrubým odhadom vypočítať, že na výrobu 1 kW.he a 1 kW.ht potrebujeme asi 5 až 7 kg odpadovej biomasy, 5 až 15 kg komunálneho odpadu, 8 až 12 kg maštaľného hnoja alebo 4 až 7 m3 tekutých komunálnych odpadov.

Technická akumulácia energie

Možnosti akumulácie energie:

Elektrochemické akumulátory

Do týchto akumulátorov sa privádza elektrická energia na elektródy a z nich sa môže opätovne získavať. Pri procese nabíjania sa zvyšuje energetický obsah elektrolytu medzi elektródami. Tento vratný proces možno viackrát opakovať. Najrozšírenejšie sú plniteľné alebo plynotesné olovené akumulátory s kyselinou sírovou, ktoré sú technicky prepracované. Sú cenovo výhodné a majú vysokú účinnosť, ale nízku energetickú účinnosť. Okrem toho predstavujú značné problémy pri ich likvidácii. Čo sa energetickej hustoty týka, výhodnejšie sú niklometalhydrové batérie, ktoré tiež predstavujú problém pre životné prostredie. Nový variant predstavujú redoxné batérie s viskóznym elektrolytom. Vyčerpaná substancia sa odsaje a nahradí novým elektrolytom. Touto cestou možno odstrániť niekoľkohodinové nabíjanie, čo zvýhodňuje tieto batérie na prevádzku elektromobilov. V energetickom odbore sa sľubne vyvíjajú lítium-iónové alebo lítium-polymérne akumulátory, ktoré majú formu fólie. Ich technická vyzretosť je však nízka, navyše pri vysokých investičných nákladoch. Výhodou je ich vysoká účinnosť, nízka hmotnosť, vysoká energetická hustota, sú ekologicky neškodné a pracujú bez obsluhy.

Elektrostatické akumulátory

Do tejto kategórie patria superkondenzátory, ktoré pracujú bez chemických zmien. Uskladňujú elektrický prúd bez strát v pevnom elektrolyte, sú ľahké a môžu byť extrémne malé. Stupeň ich technického vývoja je veľmi nízky, energetická hustota vysoká, takisto ako účinnosť a kompatibilita so životným prostredím. Počet ich cyklov nabíjania a vybíjania podstatne prekonáva všetky ostatné akumulátory (ide o milióny cyklov). Sú však drahé a nie sú príliš výkonné, pretože boli vyvíjané pre elektrotechnické prístroje s nízkym príkonom.

Zotrvačníky

Zotrvačník predstavuje možnosť elektromechanickej akumulácie energie (valcovité teleso otáčajúce sa okolo svojej osi). Jeho energetický obsah zodpovedá hmotnosti a druhej mocnine rýchlosti otáčania. Uskladnená energia sa dá využiť na pohon motorov alebo ako vyrovnávacia energia pre krátkodobé kolísanie energetického toku. Môžu byť využité v širokom aplikačnom poli, stupeň technickej vyspelosti je priemerný, energetická hustota je pomerne výhodná, problémy s odpadom neexistujú. Nové experimenty smerujú k eliminácii trecích síl pomocou magnetického poľa a tým zvýšeniu počtu otáčok.

Stlačený vzduch

Pomocou elektrického prúdu sa do nádoby pod vysokým tlakom stlačí vzduch, aby ho následne bolo možné použiť na pohon generátorov alebo motorov. Takže ide o elektromechanickú metódu uskladnenia energie. V objeme 15 000 litrov sa dá uskladniť 1 000 kWh a pomocou motora spätne získať požadované množstvo elektrickej energie. Výhoda spočíva aj v neobmedzených počtoch cyklov kompresie vzduchu a neškodnosť pre životné prostredie.

Elektrodynamické uskladnenie energie

Médiom tohto spôsobu uskladnenia energie je supravodivý elektromagnet, z ktorého elektromagnetického poľa sa dá opätovne odoberať energia. Stupeň technického vývoja tejto technológie je veľmi nízky. Supravodivé cievky musia byť ochladené minimálne na teplotu –170 °C. Účinnosť daná pomerom vstupujúceho a akumulovaného výstupného prúdu je zatiaľ neznáma. Systém je navyše vysoko komplexný a ťažký.

Solárny vodík

Najvšestrannejšia možnosť uskladnenia prúdu je jeho premena na vodík. Týmto spôsobom sa elektrická energia premení na chemickú. Tento proces je dlho známy, preto sa jeho ďalší vývoj zameriava na zvyšovanie účinnosti. Zariadenie na elektrolýzu sa skladá z elektród (katódy a anódy), medzi ktorými je vodný elektrolyt. Prechodom prúdu medzi elektródami dochádza k elektrolýze a elektrovodivými reakciami vzniká na katóde vodík a na anóde kyslík. Je veľmi dôležité zamedziť zmiešavaniu týchto plynov. Vodík má zo všetkých energetických nosičov najvyššiu energetickú hustotu, a preto vyžaduje relatívne malý objem. Dá sa použiť na akýkoľvek účel, preto predstavuje ideálny energetický zdroj.

Termické uskladňovanie solárnej energie

V tomto prípade sa zrkadlami koncentrované slnečné teplo vedie do solárnych termických zásobníkov (ktoré vyvinuli Hans a Jürgen Kleinwächterovci), kde sa jeho účinkom odštepuje vodík z hydridu. Tento vodík sa potom dá použiť ako tepelné médium na pohon Stirlingovho motora produkujúceho elektrickú energiu a horúcu vodu na kúrenie pred tým, ako sa znovu zlúči s horčíkom. Bolo by však účelnejšie pomocou tepla vyrábať elektrinu v Stirlingovom motore. Tento prúd možno priamo využívať alebo uskladňovať pomocou spomínaných možností.

Energetická bilancia rodinného domu

Orientácia domu: juh

Potreba tepla pre rodinný dom

V súlade so zákonom o energetickej hospodárnosti budov 555 a podľa vyhlášky Ministerstva dopravy, výstavby a regionálneho rozvoja Slovenskej republiky, ktorou sa ustanovujú podrobnosti o výpočte energetickej hospodárnosti budov a obsah energetického certifikátu, sa riešený rodinný dom nachádza v hornej hranici energetickej triedy B, ktorej hodnota predstavuje 45 kWh.m-2. Celková dodaná energia sa vyjadruje globálnym ukazovateľom, ktorý je vyjadrením energetickej hospodárnosti budovy podľa § 3 ods. 1 zákona. Globálny ukazovateľ je výsledný číselný údaj spotreby energie v kWh.m-2 celkovej podlahovej plochy budovy za jeden rok.

Merná plocha (zastavaná plocha krát počet podlaží) = 200 m2

Potreba tepla = 200 m2 . 45 kWh.m-2= 9 000 kWh za rok

Potreba teplej vody

Na 1 m3 teplej vody je potrebných 65 kWh energie, denná spotreba teplej vody pre šesťčlennú rodinu predstavuje 200 litrov, preto je určená ako 0,2 m3 . 65 kWh.m-3 = 13 kWh. Z toho ročná spotreba = 13 kWh . 365 = 4 745 kWh za rok.

Spotreba elektrickej energie

Podľa Slovenskej energetickej a inovačnej agentúry je priemerná spotreba elektrickej energie pre šesťčlennú domácnosť 4 500 kWh ročne.

Koeficient súčasnosti

Je to parameter zohľadňujúci špičkovú spotrebu energie pri súčasnom odbere elektriny jednotlivými spotrebičmi. Na bezpečnú prevádzku domu sa počíta s riadiacim systémom na odstavenie spotrebiča pri možnom preťažení (prekročení koeficienta súčasnosti).

8 kW energie pre elektrické spotrebiče, na kúrenie v zime 5 kW + účinnosť = 15 kW.

Celková spotreba energie

Z uvedenej energetickej bilancie vyplýva, že celková spotreba energie šesťčlennej rodiny v dome triedy B s plochou 200 m2 predstavuje 20 000 kWh ročne. 9 000 kWh + 4 745 kWh + 4 500 kWh = 19 275 kWh (+ rezerva) = 20 000 kWh ročne

Záver

Rozvojom technológií sa ľudstvo učí efektívne využívať energetické bohatstvo, ktoré príroda nezištne ponúka. Je iba otázkou priorít spoločnosti, či je ochotná uvedomiť si dôležitosť svojho konania a následky nezodpovedného čerpania neobnoviteľných zdrojov, keď má na výber neobmedzený, ekologický zdroj energie.

Zdroj

[1] Bellér, T.: Alternatívne zdroje energie pre rodinný dom. Diplo-mová práca. Nitra 2010.

Ing. Tomáš Bellér
HMH, s.r.o.