Kúrenie budúcnosti – teplo z obnoviteľných zdrojov

Renewable Energy Working Party (REWP) v rámci Medzinárodnej energetickej agentúry (IEA) definuje obnoviteľné zdroje energie takto: Zdroje neustále sa dopĺňajúcej energie, ktorá má rôzne formy a priamo alebo nepriamo sa čerpá zo slnka alebo z tepla generovaného hlboko vnútri zeme. Táto definícia zahŕňa energiu produkovanú zo:

• slnka,
• vetra,
• biomasy,
• geotermálnych zdrojov,
• malých vodných zdrojov a oceánu,
• biopalív a vodíka získaných z obnoviteľných zdrojov.

Vo vykurovacej sústave bytov a domov sa uplatnia predovšetkým kotle na drevo a biomasu, slnečné kolektory a tepelné čerpadlá. Vykurovať môžeme aj elektrinou vyrobenou vo vodných a veterných elektrárniach, biomasu môžu využívať aj centrálne veľkokapacitné kotolne. Predstava energeticky nezávislého rodinného domu je pri dnešných cenách energií dodávaných centrálne veľmi zaujímavá. Aj z hľadiska ochrany životného prostredia a citlivejšieho prístupu k prírode. Možností využitia prírodných zdrojov energie je naozaj dostatok, záleží len na nás, ako s nimi naložíme.

Energia slnečného žiarenia

Podmienky na využitie slnečnej energie sú na území Slovenskej republiky pomerne dobré. Na zemský povrch na našom území dopadá ročne 1 175 až 1 525 kWh energie na 1 m². Čas slnečného žiarenia sa meria sieťou staníc a výsledky sa zaznamenávajú do slnečnej mapy. Rozdiely medzi najvyššie a najnižšie položenou stanicou sú maximálne 15 percent, takže „ponuka“ slnečného žiarenia v rôznych miestach je porovnateľná. Slnečné žiarenie využívame priamo prostredníctvom solárneho tepelného kolektora alebo premenou na elektrickú energiu vo fotovoltaických článkoch.

88281

Zdroj: Slnečný kolektor

Hlavnou časťou solárnej vykurovacej sústavy je solárny kolektor, ktorý absorbuje tepelnú energiu slnečných lúčov, zohrieva teplonosné médium v kolektorovom okruhu a to ju potom odovzdáva do vykurovacej sústavy. Kolektor môže byť konštruovaný ako plochý či trubicový, médiom je buď kvapalina, alebo vzduch (teplovzdušný kolektor). Inštaluje sa do prenosného rámu alebo priamo do konštrukcie strechy či fasády. Môže byť aj súčasťou strešného okna: takzvaná lineárna Fresnelova šošovka sústreďuje slnečné žiarenie na absorbér, takže priestor pod kolektorom je osvetlený. Absorpčná plocha bežných kolektorov je asi 1 až 2,5 m², maximálna účinnosť až 80 percent, priemerná účinnosť počas celého roka až 60 percent. Najvyššiu účinnosť, a to najmä v zimnom období, majú vákuové kolektory. Najväčšie straty výkonu spôsobuje teplota vzduchu a vietor na vonkajšej časti solárneho systému. V horších podmienkach (v horách) preto musíme nainštalovať naozaj kvalitný kolektor a optimalizovať vykurovaciu sústavu.

Aj napriek absencii podporných programov zo strany štátu vzrástol od roku 1998 počet každoročne namontovaných slnečných kolektorov na Slovensku viac ako 4-násobne. Slováci však majú ešte čo doháňať v porovnaní so susedným Rakúskom, kde je dnes už každý desiaty dom vybavený slnečnými kolektormi. Slnečné kolektory majú po biomase najväčší využiteľný potenciál v oblasti výroby tepla z obnoviteľných zdrojov energie (OZE).

Zapojenie do vykurovacej sústavy

V našich prírodných podmienkach slúžia solárne systémy najmä na priamy ohrev teplej vody, kde môžu nahradiť 50 až 60 percent ročnej spotreby klasickej energie. Na zapojenie do vykurovacej sústavy sa zväčša používa dvojokruhový systém; kolektorový okruh ohrieva vodu v akumulačnom zásobníku (výmenníku), ktorý je potom priamo napojený na vykurovacie telesá. Tento systém možno používať celoročne a nahradí 15 až 25 percent celoročnej spotreby energie.

Zásobník je zvyčajne vybavený ešte aj ohrevom z tradičného zdroja, napríklad elektrickým vykurovacím telesom (bivalentný zásobník) alebo elektrickým telesom a výmenníkom spojeným s kotlom na pevné alebo plynné palivá (trivalentný zásobník). Multivalentné zásobníky môžu byť napojené na rôzne typy kotlov a na tepelné čerpadlo. Jednookruhové systémy, keď v kolektoroch prúdi ohrievaná voda, sa používajú predovšetkým na prikurovanie a sezónny ohrev vody v bazéne. Trendom v zapojení kolektora do ústredného vykurovania je integrácia ovládania solárneho okruhu a ďalšieho zdroja (kotla). Významným prvkom tohto systému je akumulačný zásobník, schopný takzvanej stratifikácie, t. j. vrstvenia vody s rôznou teplotou. Regulátor riadi otáčky obehového čerpadla solárneho okruhu v závislosti od rozdielu teplôt medzi výstupom z kolektora a zásobníkom a súčasne spolupracuje s digitálnou reguláciou hlavného zdroja, napríklad plynového kotla.

Malá domáca elektráreň

Elektrinu pre vlastnú potrebu možno vyrobiť napríklad aj vo fotovoltaickom kolektore pomocou fotovoltaických panelov. Napríklad fotovoltaický domáci systém s plochou 16 m² má výkon asi 2 kWp, vďaka čomu sa dá ročne získať až 2 100 kWh. Cena fotovoltaických článkov je však zatiaľ taká vysoká, že o prijateľnom čase návratnosti sa veľmi nedá hovoriť. Pre rodinné domy sú preto finančne výhodnejšie solárne tepelné kolektory. Na slnečnú energiu už dnes bežne fungujú aj rôzne elektrické prístroje: čerpadlá, nabíjačky, záložné zdroje, lampy, ventilátory, sprchy, dokonca aj odpudzovače krtkov a iných škodcov. Fotovoltaika teda patrí k najviac perspektívnym obnoviteľným zdrojom energie, aj keď zatiaľ k tým najdrahším.

88300

Palivové drevo a biomasa

Zrejme najdôležitejším obnoviteľným zdrojom je drevo a biomasa. Palivové drevo kúpime od obchodníkov s palivom, v lesníckych firmách, od majiteľov lesa a ako odpad od spracovateľov dreva. Niekde možno (samozrejme, po dohode s majiteľom lesa) ťažiť palivové drevo aj svojpomocne. Zvláštnym druhom je drevná štiepka, získaná drvením odpadového dreva, alebo krátke kusové drevo, vyrobené drvičom vetví priamo v lese. Stále obľúbenejšie sú pelety a brikety, čo sú rôzne veľké a tvarované výlisky z pilín, zo suchého dreva alebo z biomasy (slamy, štiavu a podobne), spojené organickými tmelmi. Často a v ostatnom čase vo veľkej miere diskutovaným palivom je odpadové obilie a kukurica, ale v praxi sa osvedčuje a pre našich poľnohospodárov to môže byť veľká šanca do budúcnosti. Rozvíja sa aj pestovanie špeciálnych energetických plodín, rýchlorastúcich drevín a podobne. A dokonca sa začína formovať nový odbor – fytoenergetika.

Namiesto kotla kozubová vložka Bežný otvorený kozub má účinnosť sotva 5 až 8 percent, čo je na vykurovanie bytu alebo dokonca rodinného domu málo. Zásadné zlepšenie priniesli kozubové vložky s teplovodným výmenníkom. Majú účinnosť až 85 percent a výkon až 25 kW. To už zodpovedá parametrom menších kotlov v bežnej vykurovacej sústave. Preto sa môžu využívať aj ako hlavný zdroj tepla. Palivom je kusové drevo a drevné brikety.

Kotol po novom

Drevom a biomasou môžeme dobre kúriť aj v klasickom kotle, ale ekologicky najvhodnejšie sú splyňovacie a automatické kotly. Prednosťou splyňovacích kotlov je komfortná obsluha a účinnosť 81 až 89 percent v regulačnom rozsahu zhruba 30 až 100 percent výkonu, čo prináša značnú úsporu paliva. Do ovzdušia pritom uniká iba málo škodlivých exhalátov. Automatické kotly majú automatizovaný prísun paliva pomocou závitovkového podávacieho zariadenia zo zásobníka. Spaľujú najmä pelety z dreva, z energetických plodín a slamy, ale tiež odpadové obilie. V niektorých typoch môžeme špeciálne horáky vyňať, nahradiť vekom a kúriť klasicky, kusovým drevom. Prevádzku riadi regulátor, ktorý v nastavenom režime ovláda podávací dopravník, ventilátor a čerpadlo vykurovacieho média. Pre obsluhu to znamená takmer rovnaký komfort, ako keby obsluhovali plynový alebo olejový kotol. Účinnosť automatických kotlov je okolo 80 až 85 percent.

Trend: Kombinované kotly Kombinované klasické kotly drevo – elektrina majú v sebe zabudovanú elektrickú priamovykurovaciu jednotku pre temperovanie a doplnkové vykurovanie. Aj splyňovací kotol môže byť kombinovaný, napríklad sa v ňom dá spaľovať kusové drevo aj kvalitné uhlie. Univerzálne splyňovacie kotly majú v spodnej komore vymeniteľný horák. To umožňuje okrem dreva spaľovať aj pelety, zemný plyn alebo extra ľahké vykurovacie oleje (ETO).

Tepelné čerpadlá

Dôležitým zdrojom tepla už dnes sú, ale hlavne budú, tepelné čerpadlá. Dokážu odoberať nízkoúrovňové teplo z okolitého prírodného prostredia (z vody, vzduchu alebo zeme) a využívať ho na vykurovanie alebo ohrev teplej vody. Podľa toho, odkiaľ sa teplo berie a kam sa odovzdáva, existujú štyri základné typy čerpadiel: vzduch – voda, zem – voda, voda – voda a vzduch – vzduch. V našich podmienkach je najrozšírenejší typ vzduch – voda, ktorý pracuje efektívne v priebehu celého roka. Pre menší dom alebo rekreačnú chalupu je vhodný aj typ vzduch – vzduch. Tepelné čerpadlo sa zväčša inštaluje spolu s ďalším zdrojom tepla (bivalentný systém), ktorý pokrýva nedostatok tepla z čerpadla pri výraznom poklese teplôt vonkajšieho vzduchu. Vykurovacia sústava je nízkoteplotná, vhodné je predovšetkým podlahové a stenové vykurovanie alebo veľkoplošné konvekčné vykurovacie telesá.

Na prečerpanie tepla z prostredia je nutné dodať tepelnému čerpadlu určité množstvo energie. Pomer medzi dodanou a spotrebovanou energiou sa nazýva vykurovací faktor tepelného čerpadla. Bežné čerpadlo má priemerne vykurovací faktor 3, čo znamená, že spotrebuje asi jednu tretinu svojho výkonu na vlastnú prevádzku. Prevádzka čerpadla je síce lacná, ale celková efektivita závisí od prírodných podmienok, a najmä od investičných nákladov na inštaláciu. Tie sú zatiaľ pomerne vysoké (pre bežný rodinný dom asi 200- až 300-tisíc korún), ale neustále sa znižujú, takže čas návratnosti sa postupne skrátil na 6 až 8 rokov, čo začína byť pre majiteľov domov zaujímavé. Rozširovaniu čerpadiel pomáha aj ustavične sa zvyšujúca cena tradičných palív.

Tip: Bazén ohrieva tepelné čerpadlo Solárny ohrev bazénu už nie je ničím nezvyčajným, ale zapojenie tepelného čerpadla je zatiaľ novinkou. Tepelné čerpadlo je typu vzduch – voda, čo znamená, že z okolitého vzduchu odoberá teplo a prostredníctvom tepelného výmenníka ho odovzdáva priamo bazénovej vode. Celý proces prebieha nepretržito a je sledovaný tlakovými a teplotnými snímačmi.

Ďalšie obnoviteľné zdroje

Medzi obnoviteľné zdroje tepla patria aj bioplyn, energia vetra a prúdiacej vody. Ich priame využitie na vykurovanie a ohrev vody je však obmedzené. Väčšiemu rozšíreniu výroby a spaľovaniu bioplynu bránia najmä vysoké investičné náklady. Ďalším problémom je využitie veľkého množstva odpadového tepla mimo vykurovaciu sezónu.

Pre malé vodné elektrárne (výkon do 10 MW) sú u nás dobré prírodné podmienky, ich využitie na našom území je však zatiaľ v plienkach. V susednej Českej republike sú takmer na všetkých vhodných miestach už inštalované. Prevádzkovatelia však majú v ostatných rokoch problém s nízkym prietokom vody. Pre rodinný dom sú tiež zaujímavé malé veterné elektrárne s výkonom okolo 15 kW. Aby boli rentabilné, musia stáť na mieste s priemernou ročnou rýchlosťou vetra najmenej 5 m/s. Stavbu malých vodných a veterných elektrární možno financovať (okrem iného) aj s pomocou Enviromentálneho fondu Ministerstva životného prostredia SR, ale v prevažnej miere ich priame zapojenie do vykurovacej sústavy rodinného domu nie je priveľmi efektívne. Oveľa výhodnejšie je predať vyrobenú elektrickú energiu rozvodným podnikom za vyhlásenú garantovanú cenu a na priame alebo akumulačné vykurovanie použiť elektrinu odoberanú zo siete.

Pod obnoviteľnými zdrojmi sa rozumejú obnoviteľné nefosílne prírodné zdroje energie, ktorými sú energia vetra, slnečného žiarenia, vody, pôdy, vzduchu, biomasy, skládkového plynu, kalového plynu, bioplynu a geotermálna energia.

Podpora od štátu a EÚ

Je nepochopiteľné, že na Slovensku štát dlhé roky ignoroval akúkoľvek podporu tohto obnoviteľného zdroja energie. Potešiteľná je skutočnosť, že prvý raz v histórii samostatného Slovenska pripravilo aj Ministerstvo hospodárstva SR v rámci programu Stratégia vyššieho využívania OZE návrh na priamu investičnú podporu domácností maximálne vo výške 3-tisíc Sk na 1 m² inštalovanej kolektorovej plochy. V prípade inštalácie viac ako 8 m² plochy solárneho systému je dotácia 24-tisíc Sk plus 1 500 Sk za 1 m² nad 8 m² plochy. Pri súčasnej cene okolo 100-tisíc Sk (bez DPH) pri dodávke najrozšírenejšieho solárneho zariadenia na prípravu teplej vody pre rodinné domy na kľúč s plochou 6 m² dotácia pokryje približne náklady na DPH, takže to nijako nezaťaží štátny rozpočet. Zatiaľ tento program nebol schválený, ostáva len dúfať, že sa tak stane čo najskôr.