Ekologické zdroje elektrickej energiesúčasnosť, alternatívne zdroje, ich uplatnenie a dôsledky

Ing. arch. Pavol Mészáros

FaBERG, Technická Univerzita v Košiciach, 2011

1

ObsahÚvod 3Dôvody pre zdroje energie, ich história a vývoj 3Súčasné najpoužívanejšie zdroje elektrickej energie 4Vodné elektrárne 4

Konvenčné elektrárne (priehrady) 5Prečerpávacie vodné elektrárne (Pumped-storage) 5

Jadrové elektrárne 7Alternatívne zdroje, ich porovnanie, výhody, nevýhody 10Veterná energia 10

Nevýhody využívania veternej energie 10Výhody využívania veternej energie: 11

Energia morských prúdov 12Prílivové elektrárne 13Pobrežné prúdy 13Energia morských vĺn 14Absorbovaná energia mora 17

Termálna energia 18Geotermálna energia 18Tepelné čerpadlá 19

Bioenergie 20Biomasa 20Bioplyn a výroba elektrickej energie 21

Slnečná energia 22Solárne kolektory 22Solárne veže SHPEGS 23Fotovoltaika, ako základ pre získavanie elektrickej energie priamo zo slnečného žiarenia 23Využitie v architektúre 25

Gravitačná energia a voľná energia 25Zásobníky energie 26Znižovanie spotreby energie 26Zoznam použitej literatúry: 27

Poznámky: 28

2

ÚvodDôvodom tohto prieskumu je nadobudnutie všeobecných poznatkov o využívaní energií v súčasnosti a ich najbližší vývoj v spojení s architektúrou a ako vplývajú nové technológie a trendy na vývoj miest. Cieľom je vytvorenie trvalo udržateľných osídlení, ktoré sa do čo najväčšej miery budú schopné osamostatniť od dodávok energie ale aj surovín a snažia sa tiež obmedziť migráciu ľudí a znižovať ich osobnú spotrebu energie ako aj materiálu. Do veľkej miery sa začínajú stále viac rešpektovať lokálne možnosti a globálna politika ako aj samotných výskumov ale aj reálnych komerčných riešení sa orientuje na komplexné riešenia pre rôzne podmienky po celom svete. Následne sa tomu prispôsobuje aj urbanizmus novoplánovaných miest, ktoré počítajú s využitím miestnych zdrojov energie ako prioritným.

Dôvody pre zdroje energie, ich história a vývojSlnko, oheň, vietor, voda a spoločnosť ľudí...

Predstavte si, že Slnko bolo kedysi jediným zdrojom energie pre ľudí. Boli tam, kde ho bolo dostatok a keď prišiel chlad noci zomkli sa k sebe ako zvieratá.

Nevie sa presne ako a kedy prišli na to, že oheň je možné riadiť a nemusia sa ho báť. Prišli na to, ako ho dostať do svojho útočištia a tým si vytvorili domov, ktorý ich chránil pred nebezpečím noci. Naučili sa využívať jeho moc, energiu pre varenie, vypaľovanie hliny, svietenie a vyhriatie svojho domova. Táto možnosť im dovolila rozšíriť sa do oblastí, kde by bez ohňa nemohli prežiť.

Slnko a drevo dali človeku energiu na dlhú dobu, iba približne 5000 rokov dozadu sa objavuje využitie ďalších zdrojov energie, ako vietor a voda (Egypt). Vietor sa stal prvou energiou využívaniu na dopravu a umožnil ľuďom dopravovať sa a objavovať nové územia. Asi pred 2500 rokmi začali ľudia stavať veterné mlyny a vodné kolesá ktoré im uľahčili množstvo práce, prečerpávaním vody získali ďalšie zdroje tepla z hlbín zeme (Čína). Starí Egypťania dokonca poznali zemný plyn a oleje z povrchu nádrží ktoré hĺbili, používali ho na svietenie a vyhrievanie. Učili sme sa postupne využívať stále viac druhov energie no iba 150 rokov dozadu bolo ešte stále najzaužívanejšie slnko a drevo z možných zdrojov po celom svete.

V 19. storočí začali stále viac rásť mestá a ľudia potrebovali stále viac energie. Prvý priemyselný vrt pre ťažbu čistého zemného plynu bol vyhĺbený v roku 1821 (New York) a využíval sa na svietenie v domoch a uliciach.

Boli postavené uhľové bane, vlaky, začali sme používať uhlie na vyhrievanie, pohon vlakov a lodí a už v polovici 19. sotočia bolo uhlie najpoužívanejším zdrojom energie. V tom istom období bola objavená ropa.

Prvý ropný vrt bol urobený už v roku 1859 a ropa z neho sa užívala na výrobu petroleja na svietenie a kúrenie. Prvé využitie benzínu sa však objavilo až s prvým autom v roku 1885.

Tesne predtým postavil Thomas A. Edison svoju prvú elektráreň (1882) ktorá vyrobila energiu pre 82 domov a preslávila tento spôsob výroby energie. Dnes je elektrická energia súčasťou života na celej planéte, no ešte stále najpoužívanejšími zdrojmi paliva sú ropa uhlie a plyn.

3

Súčasné najpoužívanejšie zdroje elektrickej energieV súčasnosti, ako vidíme aj z grafu je naviac využívaná energia neobnoviteľných zdrojov. Pre výrobu elektrickej energie sa najviac používa elektromagnetická indukcia, teda turbíny, generátory, transformátory, indukčné motory, elektrické motory, synchrónne motory, a solenoidy.

Princípom je prevod mechanickej energie na elektrickú. Mechanická energie pre pohon turbín energia je prevádzaná väčšinou prostredníctvom vody alebo vodnej pary. Čo však dodáva energiu vode nám charakterizuje typ elektrárne.

Vodné elektrárneVodná elektráreň sa považuje za najčistejší zdroj elektrickej energie pričom využíva gravitačnú energiu zeme. Tento druh energie bol využívaný už v dávnych časoch, v dobách 2000 – 3000 rokov pred naším letopočtom v strej Číne, Mezopotámii, Egypte... na pohon jednoduchých strojov, prečerpávanie vody pre zavlažovanie, neskôr aj pohon strojov ako píla, mlyn. Z týchto dávnych vynálezov bola veľmi jednoducho po vynájdení dynama respektíve generátora a spôsobu generovania elektrického prúdu zostrojené prvé vodné elektrárne. V roku 1878 bola postavená prvá hydroelektráreň na svete v Northumberland v Anglicku Lordom W. G. Armstrongom. Jeho vila v anglickej hornatine bola postavená a využívala najmodernejšie technológie a ako prvý dom na svete využíval vlastnú hydroelektráreň pre pohon zariadení a osvetlenia v dome. Autorom diela je architekt Norman Shaw, reprezentant hnutia Arts and Crafts v Anglicku, ktorí presadzovali nové myšlienkové smery a podporovali rozvoj manufaktúrneho dizajnu a lokálneho produktu pre priemyselnou industrializáciu a globalizáciou.

Ďalšia elektráreň Schoelkopf Power Station No. 1 pri Niagarských vodopádoch začala produkovať elektrinu v roku 1881. Prvá Edisonova hydroelektráreň,Vulcan Street Plant začala fungovať v roku 1882, vo Wisconsine.

V roku 2010 podľa „Renewables 2011 Global Status Report“ produkujú vodné elektrárne približne 16% celkovej spotreby energie.

4

Obrázok 1: International Energy Agency (2007), OECD, Facts sheet, p.3

Konvenčné elektrárne (priehrady)

Väčšina elektrickej energie z vody je získaná vďaka potenciálnej energii zahradenej vody prechádzajúcej a transformovanej vodnou turbínou (napr. Kaplanova turbína) ktorá je poháňaná pretekajúcou vodou potrubím z vodnej priehrady. Účinnosť elektrárne závisí od rozdielu výšky umiestnenia turbíny a vodnej hladiny v princípe Newtnovho zákona o kvapalinách.

S rozvojom týchto elektrární ešte začiatkom 20. storočia začali vznikať vládne programy a zákony, ktoré kontrolovali ich výstavbu a usmerňovali ju aj pre kontrolu prietoku riek, čím znižovali riziko záplav. Tieto aktivity sa však v súčasnosti ukazujú ako negatívny vplyv na životné prostredie.

Prečerpávacie vodné elektrárne (Pumped-storage)

Táto metóda slúži na uskladnenie energie a neskoršie doplnenie energie do siete pri zvýšenej spotrebe. Pozostáva z dvoch rezervoárov vody, kde jeden je umiestnený v čo najvyššej polohe oproti spodnému. Premena energie je teda tiež tvorená rovnako ako pri konvenčnej elektrárni. Najznámejším príkladom na Slovensku je „Prečerpávačka“ čierny váh, ktorá funguje v spojení s konvenčnou elektrárňou.

Dánsko je svetovou špičkou v zásobovaní energiou z obnoviteľných zdrojov. Približne 20% energie je z veterných turbín, ktoré však majú hlavný problém v nestálosti vetra. Dánski architekti Gottlieb Paludan prišli v roku 2010 s návrhom prečerpávacích vodných elektrární v kombinácii s veternými alebo solárnymi a vodnej biomasy. To by malo vyriešiť problém tým, že nadbytočná energia pri silných vetroch vyčerpá vodu z nádrže umiestnenej v mori a pri nedostatku prúdu sa nechá nádrž naplniť pričom pohyb vody vygeneruje chýbajúcu energiu v sieti. Projekt sa nazýva „Green Power Island“

5

Obrázok 2: Vodná elektráreň Domaša, uvedené do prevádzky 1966, obr. http://www.velkadomasa.sk/stranka/hradza

Obrázok 3: Vodná nádrž Čieny váh, obr. Kloubek, Bratislavská Univerzita,

Problémom týchto elektrární je vysoká investícia pre budovanie vodných diel a ich zásah na životné prostredie vo forme stavby a zmeny prírodného prostredia. Po desiatkách rokoch fungovania sa prejavujú zmeny v mikroklíme okolia a zapríčiňujú zmeny v biotopoch.

Prínosné pre spoločnosť je vytváranie rekreačných príležitostí, zásobníky pitnej vody,

6

Obrázok 4: „Green Power Island“, Gottlieb Paludan, 2010 , www.greenpowerisland.dk

Tabuľka 1: Kategorizácia podľa podľa záverov XI. kongresu nevládnej organizácie International Commission on Large Dams (ICOLD) v Madride (1973):Q.40:Účinky vodohospodárskej prevádzky. (Cheret - generálny spravodajca), http://www.sazp.sk

odvodňovacie nádrže a zásoby pre zavlažovanie hospodárskej pôdy.

Môžeme predpokladať priaznivé využitie takýchto elektrární a keďže 80% svetovej populácie sa nachádza pri pobreží, je využiteľnosť takýchto elektrární úspešnejšia v tom, že je možné zásobovať energiou potrebnú časť pobrežia, aj miesta, kde na pevnine nie je priestor pre vytvorenie elektrárne

Jadrové elektrárneJadrové elektrárne fungujú na rovnakom princípe ako ostatné parné elektrárne, kde sa využíva horúca para na pohon generátorov. V tomto prípade ide o palivo Urán.

Prvý jadrový reaktor spustil Enrico Fermi, taliansky fyzik v USA, v 30. rokoch pribúdali ďalšie experimenty s výrobou reaktorov, vývoj sa významne posunul vďaka druhej svetovej vojne a neskôr v predbiehaní sa dvoch svetových blokov. Na výrobu elektriny sa jadrový reaktor prvý raz využil 20. decembra 1951 vo výskumnej stanici EBR-I pri meste Arco v štáte Idaho v USA. Prvá jadrová elektráreň však bola postavená v bývalom ZSSR v roku 1954 ktorá bola pripojená k distribučnej sieti. Elektráreň však bola po niekoľkých rokoch odstavená a slúžila iba na výskumné účely. Vývoj nasledoval rýchlo a postupne pribúdali po celom svete ďalšie elektrárne a rôzne krajiny financovali vlastný výskum. Medzi Ruskou jadrovou elektrárňou a „Západoeurópskou“ boli však dosť výrazné rozdiely hlavne pre spôsob financovania výskumov a v konečnom dôsledku reálnej výstavby elektrárne. Investičné spoločnosti sa snažli cenu elektrárne znížiť a teda riskovali vynechanie niektorých bezpečnostných opatrení...

Proti využitiu jadrovej energie sa v mnohých krajinách vyspelého sveta zdvihla vlna odporu, založená na obavách z nehody (ako napr. Černobyľská havária), strachu z radiácie, rizikách spojených s ich prevádzkou a problémami s jadrovým odpadom. V Rakúsku (1978), Švédsku (1980) a Taliansku (1987) dokonca prebehli referendá, dôsledkom ktorých sa upustilo od využitia jadrovej energie.V súčasnosti prebiehajú ďaľšie diskusie a postupne od pôvodných plánov ustupujú jednotlivé vlády pre nedávnu katastrofu v Japonsku vo Fukushima Daiichi (18 April 2011, 15:35 UTC) Dôvodom je nevera ľudí v bezpečnosť reaktorov a hlavne to závisí od sily mediálnych antikampaní. Komerčne je jadrová energia výhodnejšia ako dlho používané uhlie alebo ropa a cena jadrového paliva je dosiaľ pomerne stálou komoditou.

Vo svete funguje okolo 436 reaktorov v 30 krajinách a spolu tvoria 16% produkovanej elektrickej energie (inštalovaných 373GW) z ktorých najviac je v USA (110 reaktorov), na druhom mieste Francúzsko (59 reaktorov), Japonsko (54 reaktorov), Rusko (31 reaktorov) atď. 1 118 centrál však funguje už viac ako 30 rokov a v blízkej budúcnosti si vyžadujú rekonštrukciu.

1 WNA (Február 2010)

7

Obrázok 5: Schéma jadrovej elekrtárne, Jadrová elektráreň v Mochovciach, Používa 4 reaktory VVER s výkonom spolu 1896MW, plánovaná výstavba má doplniť 2 VVER o výkone 880MW

Prvou spustenou elektrárňou tretej generácie je ABWR (Advanced Boiling Water Reactor) v Japonsku v roku 1996. Oproti staršej generácii reaktorov sa nová líši hlavne v spôsobe chladenia – transformácie energie čo zvyšuje hlavne účinnosť. Ďalšie reaktory, ktoré vznikajú v Európe a Číne nazývané tiež pasívne majú zlepšené formy bezpečnostných opatrení ktoré sú na základe gravitačnej energie, prirodzeným prúdením atd. Avšak Reaktory ktoré sa stavajú na Slovensku sú však staršieho typu GenII.

Generácia II týchto elektrární má iba okolo 0,7% využitie energie z paliva – uránu. Odpad z jadrových elektrární sa teda skladuje pre ďalšie využitie a predpokladá sa, že Generácia IV jadrových reaktorov bude schopná vyťažiť z odpadu ďalšie množstvo energie. Tento odpad je však kľúčový problém pri stavbe elektrárne. Pre budúce využitie sa ho snažia uchovať v blízkosti, no zbytková radiácia je príliš vysoká a nebezpečná aj stovky tisíc rokov. Jedným z použitých riešení je Onkalo na ostrove vo Fínsku ktoré je vo výstavbe a je to systém „bane“Hĺbkového geologického úložištia. Pôvodné úložištia boli dočasné – povrchové betónové bazény, španielska vláda dala napríklad postaviť centralizovaný sklad jadrového odpadu pre všetky svoje elktrárne, no je problém nájsť miesto najnižšieho odporu obyvateľov pre výstavbu tohto úložištia.

Jadrová loby sa snaží presviedčať vlády, že nasledujúce generácie jadrových reaktorov budú úspornejšie a dokážu spracovať súčasný jadrový odpad vďaka novým technológiám až na 99%

8

Obrázok 7: Úložištia jadrového odpadu

Obrázok 6: Vývoj výstavby jadrových elektrární, Endesa (Publicacion particular)

pričom by mali byť menšie a použiteľné lokálne aj s nižším výkonom pre malé mestá.

Pre IV. Generáciu reaktorov je vyvinutých 6 druhov rýchlych reaktorov, tiež nazvaných reprodukčné reaktory. Sodíkový reaktor je na najbližšej ceste k industriálnemu prevedeniu a jeho vývoj prebieha hlavne vo Francúzsku. 10 svetových krajín je zapojených do rozvoja týchto reaktorov s cieľom zaviesť novú technológiu do praxe už v roku 2020.

Ak by sa podarilo spracovať urán alebo iné palivo a využiť všetku jeho radiáciu tak, že odpad už nebude pre nikoho nebezpečný, verím, že by tento druh energie fungoval ešte dlho rovnako ako ropa – až kým sa nezačnú míňať posledné zásoby. Svetové zásoby ekonomicky dostupných jadrových palív môžu bez recyklácie paliva vystačiť na 90 rokov, pri recyklácii dnešnými spôsobmi na 140 rokov, a ak by svet akceptoval rýchle reaktory, tak teoreticky s recyklovaním až na 5000 rokov.

Jadrové elektrárne už vo svojich gigantických merítkach ktoré začali budovať v USA ešte v 60 a 70 rokoch sprístupnili a rovnomerne rozložili zaťaženie el. siete, čím znížili cenu energie v niektorých lokalitách a to zapríčinilo industriálny rozvoj týchto území.

Jednou z výhod elektrárne je, že neznečisťuje ovzdušie, no produkcia pár je značná a má vplyv na mikroklímu okolia.

Málo sa však rozpráva o uránových baniach, ktoré majú najväčší vplyv na životné prostredie. Z hľadiska ťažby je problémom uránu jeho malá koncentrácia v prírode – u hlbinných baní sa za minimálny obsah vhodný pre ťažbu považuje kovnatosť pohybujúca sa okolo 0,1 % čistého uránu.

Najčastejším spôsobom ťažby uránu je dobývanie rudy v povrchových lomoch alebo v hlbinných baniach. Treťou možnosťou ťažby je vylúhovanie uránu kyselinou sírovou priamo pod zemou. Keďže koncentrácia uránu je veľmi nízka, vyťažená ruda sa zvyčajne hneď na mieste ťažby aj ďalej spracováva. Po rozomletí sa chemicky rozpúšťa, väčšinou v kyseline sírovej.

Z tejto rádioaktívnej žieraviny sa potom extrahuje oxid uránu U3O8 v podobe žltého prášku, ktorému sa hovorí žltý koláč. Ten je surovinou, ktorá sa predáva na svetovom trhu a po obohatení sa používa na výrobu jadrového paliva.

Stavba elektrárne, ťažba uránu a potom jeho skladovanie na niekoľko tisícročí je šialená predstava a má obrovský dopad na životné prostredie. Okolitá urbanizácia je ohrozená narušením stability pôdy banskou činnosťou, územie je uzavreté pre vstup kvôli neviditeľnej radiácii, odkalovacie nádrže a úpravne uránových rúd sú ďalším rizikovým článkom pre nebezpečné žieraviny s ktorými sa pracuje. Po ukončení ťažby sa územie revitalizuje približne 15 - 20 rokov.

9

Obrázok 8: Pri spracovaní vyťaženej uránovej rudy vznikajú aj rádioaktívne a toxické kaly. Ukladajú sa v odkaliskách, ktoré sú obklopené sypanými a postupne navyšovanými hrádzami. Zdroj: Greenpeace, Foto: Václav Vašků

Malé jadrové elektrárne sú vo vývoji a začínajú ich ponúkať firmy ako Mitsubishi Electrics alebo Siemens... Jadrová energia sa týmto dostáva v malom množstve blízko menších miest, čo znižuje náklady na prenos energie, no zvyšuje už obávané riziká.

Alternatívne zdroje, ich porovnanie, výhody, nevýhodyZa alternatívne zdroje energie považujeme možnosti ktoré sú v menšinovom využití. Tvoria alternatívu pri minutí zásob neobnoviteľných palív.

Veterná energiaVeterná energia bola jednou z prvých zdrojov energie z prírody ktorá sa použila na pohon strojov a presun po mori. Veterné mlyny ako prvé fungovali už v starej Perzii približne 3000 rokov pred našim letopočtom. Horizontálne rotory priamo poháňali kamenné mlecie kolesá a používali sa na mletie obilia.

S príchodom elektrickej energie vznikli prvé veterné generátory elektrického prúdu, jedným z nich bol ešte v 19. storočí zostrojený „veterný mlyn“ s výkonom 12kW a priemerom lamelového kolesa o priemere 17 metrov, fungoval na osobné potreby vlastného sídla vynálezcu Charlesa F. Brusha od roku 1888 celých 20 rokov. Veterný mlyn dobíjal 34 článkový akumulátor a vysvecoval 350 svetiel a niekoľko motorov ktoré slúžili v jeho sídle. Pán Brush postavil prvé elektrické siete v Ohio a v New Yorku, ktoré neskôr nahradil A. Edison svojou výkonnejšou sieťou ktorej elektrárne boli poháňané parnými turbínami na uhlie.

Súčasné veterné elektrárne dosahujú pri rovnakom priemere od 70 – 100kW. Principiálne existujú dva typy elektrární podľa využitia na malé, generujúce jednosmerné napätie 12V alebo 24V (do20kW), stredné a veľké turbíny generujúce priamo striedavé napätie zväčša pre dodávanie do distribučnej siete alebo pre menšie priemyselné, prípadne hospodárske objekty.

Nevýhody využívania veternej energie

- závislosť na aktuálnej meteorologickej situácii - malý výkon veterných elektrární (najväčšie veterné elektrárne vo svete majú výkon do 3,2 MW, bežný výkon je od 0,5 do 1 MW) - veterné elektrárne v súčasnosti nie sú schopné využiť rýchlosť vetra väčšiu ako 30 m/s (108 km/h). Ak má vietor vyššiu rýchlosť, potom je nevyhnutné elektráreň zastaviť, aby nedošlo k poškodeniu listov rotora. Väčšina veterných elektrární zároveň nie je schopná využiť energiu vetra s rýchlosťou nižšou ako 3 m/s - pomerne vysoké kapitálové výdavky (výdavky na stavbu) - veterné elektrárne sú náročné na pevnosť použitých materiálov - môžu spôsobiť rušenie elektromagnetického poľa vo svojom okolí. To je možné kompenzovať tým, že sa na listy rotora používajú materiály ako drevo alebo sklolaminát - pri otáčaní listov rotora vzniká hluk - vizuálny efekt na prírodnú scenériu spôsobený veternými elektrárňami je často negatívny

10

Obrázok 9: Využitie veternej energie v závislosti od rýchlosti vetra, Účinnosť veternej turbíny (600kW), Vzdušný výr veternej turbíny © Riso National Laboratory, Dánsko

Výhody využívania veternej energie:

- pri výrobe elektriny vo veterných elektrárňach nevzikajú emisie ani žiadny škodlivý odpad, - nemá negatívny vplyv na zdravie ľudí (s výnimkou možného vzniku hluku pri prevádzke veternej elektrárne), - výroba elektriny nie je závislá od ceny vstupnej suroviny (na rozdiel od tepelných, plynových, jadrových elektrární), - zanedbateľne nízke prevádzkové náklady, - pre nenáročnosť obsluhy a nízke prevádzkové náklady sa ponúka možnosť využitia veterných elektrární v rozvojových alebo zaostalých krajinách, - verejná mienka je pozitívne naklonená výstavbe a využívaniu veterných elektrární (žiadne emisie, žiadne významnejšie ohrozenie životného prostredia v prípade havárie).

Veterné elektrárne na to aký majú malý vplyv na prírodné prostredie a ekologickú záťaž, oveľa viac vplývajú na životné prostredie a urbanizované oblasti. V Európskej Únii bol zavedený zákon minimálnych odstupových vzdialeností pre stavbu veterných turbín. Od urbanizovanej zóny je minimálna vzdialenosť 1km. Dôvodom je emisia hluku, ktorá nie je silná v počuteľnom pásme, ale frekvenčné pásmo vytvára silné „infrazvuky“ ktoré vplývajú na podvedomie obyvateľov. Vo vzdialenosti 500m od turbíny je však jej hlučnosť okolo 33dB, čo je pri zatvorenej stavbe v interiéri nepočuteľné. Nepočuteľné vlnové dĺžky pri neustálej emisii však dlhodobo vplývajú na organizmus. Optická zmena rázu krajiny je ďalším dôležitým faktorom pri výbere územia. Často vznikajú protesty ľudí ktorí majú estetický vzťah k prírode proti postaveniu veterných elektrární v oblastiach s výhľadmi, no väčší zásah majú veterné mlyny na vtáky. Nemali by byť stavané v preletových zónach migrujúcich vtákov ani v blízkosti ich zdržiavania. Tieto parametre značne obmedzujú miesta stavby týchto elektrární.

V architektúre sa objavuje čoraz častejšie priame implementovanie veterných turbín do stavby

11

Kresba 1: Porovnanie technológií, Environmentálne aspekty veternej energie, Mgr. Peter Socháň, Centrum energetických alternatív, máj 2007

čím sa snaží stavba ako samotná znižovať svoju spotrebu a zabezpečiť aspoň čiastočnú nezávislosť, pričom nie je potrebné budovať v blízkosti konvenčný typ „veterného mlynu“ a to hlavne v urbanizovanej oblasti miest. Umiestnenie veternej turbíny na už existujúcu stavbu nie je novým pokusom, no prvou takouto stavbou kde je veterná turbína implementovaná do výškovej architektúry bola veža v Bahraine, ďalšie sú v štádiu projektov alebo výstavby.

Inováciu podporilo aj zníženie daní pri využití obnoviteľných zdrojov až o 33%, ďalej predstava, že energia vyrobená na mrakodrape je priamo aj na nej spotrebovaná, výška budovy má lepšie veterné podmienky a samotný tvar budovy je aerodynamicky prispôsobený tak aby zosiloval prúdenie v medzere kde budú umiestnené turbíny. Hlavným problémom veterných turbín je ich hlučnosť prúdiacich vetrov ale aj generátorov a vibrácie prenášajúce sa do konštrukcie. Pri chladnom podnebí je tiež možné ohrozenie padajúcej námrazy, ktorá je pri svojom páde s odstredivou silou rotora ešte nebezpečnejšia. Operačne však tieto turbíny nevykazujú znamenite väčší výkon ako fotovoltaické panely, pričom však treba zvážiť poveternostné podmienky, kde sa stavba nachádza. Testované zariadenia (19 malých veterných elektrární) ktoré boli použité v Severnej Amerike v Massachusetts, kde majú veterné mlyny tradíciu už od konca 19. storočia. Namerané výsledky však ukázali, že priemerne zariadenia použité od roku 2005-2007 vykázali ročnú produkciu okolo 750-1500kWh na 1kW inštalovaného výkonu, čo znamená okolo 4%-8% účinnosť. Tento výkon je porovnateľný v rovnakej oblasti s fotovoltaickými panelmi, ich výhodou je bezúdržbová prevádzka a nevykazujú vonkajšie vplyvy ako hlučnosť a vibrácie.

Energia morských prúdovMorské prúdy vznikajú pôsobením gravitačných síl, termálnych a odstredivej sily rotácie Zeme. Oceány sú teda považované za veľmi perspektívny zdroj energie. Pohyb vody v oceánoch so sebou nesie obrovskú energiu vo forme prílivu a odlivu, morských prúdov, tepelných rozdielov alebo vĺn. Všetky tieto formy energie je možné využiť na výrobu elektrickej energie.

12

Obrázok 11: Greenway Self Park spoločnosti HOK+Cubellis má na svojej fasáde v dvoch rohoch 12 vertikálnych turbín (VAWT od Helix Wind po 4,5kW). Tieto turbíny zabezpečia dostatok energie na vonkajšie fungovanie objektu. So strešnéňými solárnnymi panelmi dopľňajú energetickú účinnosť systému, keďže v letných mesiacoch je málo vetra a naopak v zime zas málo slnečného žiarenia. Chicago 2011 (http://www.greenwayselfpark.com/)

Obrázok 10: 1-Tento otvor na fasáde Pearl River Tower vtiahne vietor k vertikálnej turbíne (Rendering: Atkins) 2- World Trade Center, Bahrain, s troma 225kW turbínami uniestnenými na mostíkoch medzi dvoma dvojičkovými vežami je prvou stavbou integrujúcou malé veterné turbíny do stavby (Photos: Ole Sangill, Norwin A/S) 3-Helické „Aerotektonické“ turbíny na budove v Chicago fungujú len zriedkavo (Photo: Jeff Titcomb) 4-Revolučné turbíny vivinuté v Anglicku produkujú 3kW energie už pri rýchlosti vetra 11m/s 5-Tieto turbíny na vietor su vyrobené z vystužených polymérov. 1,5kW turbína začína fungovať už pri vestre s rýchlosťou 2,3m/s a sú považované za najtichšie s horizontálnou osou, ktoré sú dostupné na trhu, len 35dB hluku (The Folly of Building-Integrated Wind, Alex Wilson)

Prílivové elektrárne

Prílivová elektráreň pri Saint-Malo na francúzskom pobreží Severného mora bola postavená ako prvá a zatiaľ jediná na svete. Získava elektrickú energiu z energetického potenciálu morského prílivu a odlivu. Odhaduje sa že na svete je len 50 vhodných miest pre stavbu podobného druhu elektrárne, kde je dôležitých viac prírodných faktorov. Principiálne je elektráreň rovnaká ako priehrady na riekach vo vnútrozemí, Najdôležitejšia je výška prílivu, ktorá je v zálive Saint-Malo okolo 8m, ďalším faktorom je množstvo vody, ktoré je zachytené takouto hrádzou, najvhodnejší je teda záliv ktorý je možne prehradiť a zachytiť tak dostatok vody. Elektráreň v Saint Malo bola postavená v rokoch 1960-1966 a má výkon okolo 540GWh ročne, inštalovaný výkon je 230MW.

Hlavným rozdielom prílivových elektrární v porovnaní s klasickými vodnými elektrárňami je, že okrem slanej vody, musia turbíny pracovať s premenlivou výškou spádu. Navyše elektrina sa v nich počas dňa vyrába len niekoľko hodín. V konečnom dôsledku to znamená zníženie celkovej účinnosti. Prílivové elektrárne tak vyrábajú len asi tretinu elektriny ako výkonovo porovnateľné vodné elektrárne.

Výstavba takýchto priehrad má značný vplyv na ekosystém zálivu, obmedzuje migráciu rýb a mení vlnové vplyvy na pobreží zálivu, čo ma veľký vplyv na rastlinstvo a život v tomto pásme, ktoré je najbohatšie na prírodnú diverzitu.

Pobrežné prúdy

Pobrežné prúdy vznikajú vo vodách v dôsledku síl pôsobiacich na morskom dne, ktoré tlačia prúdy v úzkych kanáloch podobne ako vzniká veľmi silný vietor v údoliach alebo na kopcoch. Keďže hustota vody je až 832 krát vyššia ako hustota vzduchu, prúdy s rýchlosťou napr. 16 km/h nesú so sebou energiu ako vietor s rýchlosťou až 390 km/h. Na rozdiel od silných vetrov je prílivový prúd možné predpovedať, keďže príliv a odliv sa striedajú každých 12 hodín. Na tieto morské prúdy bolo vytvorených viacero systémov od pevne postavených turbín až po plávajúce ľahké turbíny v rôznych zostavách a stále prebieha výskum a hľadanie najvhodnejšieho riešenia.

Nový systém dvojitých turbín nazvaný TidEl používa dve navzájom pevne spojené turbíny, ktoré sú nadľahčené a pripevnené ku dnu mora dostatočne dlhými silnými reťazami. Takéto podmorské "veterné mlyny" budú inštalované v oblastiach so silným prúdením. Čiastočne unášané prúdom sa budú vždy správne vychyľovať smerom, ktorým bude prúdiť voda, čo zabezpečí, aby najlepším možným spôsobom využívali prúd na generovanie elektrickej energie aj v oblasti s premenlivým prúdením vody.

13

Obrázok 12: Vzájomným gravitačným pôsobením Zeme, Mesiaca a Slnka dochádza k periodickej zmene výšky hladiny morí, ktorú nazývame príliv a odliv. Na jeho výšku pôsobí ďalej morfológia morského dna, sila a smer vetra... Na mape sú územia vhodné pre pobrežné elektrárne rôznych druhov a odhad ich možného energetického využitia.

Energia morských vĺn

Táto energia vzniká účinkom slnečného žiarenia, ktoré zohrieva vzduch, pričom vzniká vietor a ten spôsobuje vlny na moriach. Existujú rôzne spôsoby získavania energie z vĺn. Energia vĺn sa mení z miesta na miesto a vo všeobecnosti je možné povedať, že čím je vzdialenosť od rovníka väčšia, tým väčšia je aj energia morských vĺn. V Európe je najvhodnejšie opäť okolie Britských ostrovov a Írska. Pre využitie energie morských vĺn ktorá sa nachádza nahromadená na vodnej hladine vo veľmi tenkej vrstve a veľkom množstve, pričom takmer bez straty je schopná prejsť zo stredu atlantického oceánu až k pobrežiu Islandu. Britská vláda podporuje špeciálnym programom výskumné projekty získavajúce energiu z prílivu alebo z morských vĺn. V pláne majú vystavať na pobreží Cornwall dlhom 15km experimentálnu základňu pre 18 záujmových spoločností. Ostatné krajiny ako Austrália a

Elektrárne na poháňané vlnami sú delené na tri základné typy:

Oscilujúci vodný stĺpec - Oscillating Water Columns (OWC) – Vlny spôsobujú dvýhanie a klesanie vodného stĺpca, ktorý zároveň komprimuje a dekomprimuje stĺpec vzduchu. Energia je získavaná z výsledného oscilujúceho zvduchu prúdiaceho cez „veternú“ turbínu

Prelievacie zariadenia - Overtopping Devices (OTD) – Vlny oceánu sú dvíhané vlastnou kinetickou energiou až do rezervoáru nad morskou hladinou a z ktorého prepadáva zachytená voda naspäť. Energia je získaná týmto malým výškovým rozdielom a väčšinou sa používajú Kaplanove turbíny pre pomalé prúdenie.

Vlnami hýbané telo - Wave Activated Bodies (WAB) – Vlny rozhýbu časti zariadenia do oscilujúcich pohybov relatívne k jeho ostatnej pevnej časti. Pohyblivé časti teda poháňajú generátor alebo hydraulické piesty, ktoré prenášajú energiu na pobrežie.

Jednou z prvých fungujúcich elektrární postavených na princípe premeny energie vĺn na elektrickú pomocou oscilujúceho vodného stĺpca bola v roku 1998 v Japonsku plávajúca 50m dlhá a 30m široká „veľryba - Mighty Whale“. Principiálne slúži na meranie a testovanie možností a všetku jej energiu (150kW) využijú meracie zariadenia na jej palube a funguje na princípe OWC pričom využíva Wellsove turbíny. Pri pobreží je jednoduchšia výstavba aj výskum týchto zariadení, no sila vĺn je iba 20% z energie ktorú majú vlny v stredomorí. Tieto zariadenia a aj udržanie ich pozície v prípade že sú umiestnené na otvorenom mori je najväčším problémom ktorý zvyšuje náklady na stavbu. Na základe experimentov firmy Wavegen, ktorá ako prvá na svete uviedla zariadenie pracujúce na princípe oscilujúceho vodného stĺpca na pobreží do verejnej elektrickej siete pripravuje britská vláda projekt ktorý by mal zabezpečiť dodávku 300MW energie.

Škótska firma Aquamarine Power oficiálne zapojila do distribučnej siete v novembri 2009 najväčší vlnový transformátor v Európe pri meste Orkney. Zariadenie pod morom poháňa generátory na pobreží prenosom energie vysokotlakovým potrubím, čo zjednodušuje údržbu a zvyšuje bezpečnosť. Je navrhnuté na hĺbku vody medzi 10-15m a situované približne 500m od pobrežia. Oyster 1 je prototyp v prevádzke a má maximálny výkon 350kW, novší typ má mať výkon 800kW a v septembri 2011 boli nainštalované 3 jednotky so spoločnou centrálou v výkonom 2,4MW. Výhodou využitia spoločnej centrály je možnosť generovaného vysokého

14

Obrázok 13: Turbína TidEl - http://elektrarne.unas.cz/subory/prilivova.htm

tlaku vlnovým transformátorom v mori a možnosť uskladniť energiu v tlakových nádržiach a využiť ju v prípade potreby.

Najďalej rozvinutá a komerčne sa začína predávať systém Palemis, ktorý je v princípe oceľová trubica ktorá pláve na vode a pohybuje sa s vlnami a premieňa svoj priehyb na elektrickú energiu. Palemis bol vyvíjaný v Portugalsku v spolupráci s britskou spoločnosťou a prvá takáto elektro-farma bola inštalovaná v Aguçadoura v roku 2009 ktorá by sa po dokončení výskumov mala rozšíriť na 26 strojov s celkovým výkonom 20MW.

Pomerne rozšírené sú experimenty s bójami, ktoré obsahujú oscilačné cievky alebo hydraulické prevodníky. Tieto bóje sa pohybujú s vlnami vodnej hladiny, alebo sa ohýbajú prúdením vody.

15

Obrázok 15: Oyster (WAB) – najväčší fungujúci hydro-electrický konverter energie morských vĺn, Jeff Salton, www.gizmag.com, November 2009

Obrázok 14: Pobrežná elektráreň Limpet - OWC (Land Installed Marine Powered Energy Transformer) postavená škótskou firmou Wavegen. Je napojená na elektrickú sieť od roku 2000 s nominálnym výkonom 500kW.

Obrázok 16: príklady štúdii systémov pohyblivých bójí (WAB) na hladine alebo pod vodou

Experimenty a prvé funkčné prelievacie zariadenie (Overtopping Devices OTD) zostrojili v Dánsku. Projekt má názov WaweDragon. Prelievacie zariadenie Wave Dragon dvíha morské vlny do rezervoára nad morskú hladinu, odkiaľ voda voľne preteká viacerými turbínami a týmto spôsobom je transformovaná na tradičnú elektrickú energiu. Rampa pre pretekanie vĺn sa dá prirovnať k pobrežnej pláži. Keď vlna dosiahne pobrežie, zmení svoj prirodzený pohyb a potencionálna energia vlny sa premení na kinetickú a vynesie vodu na pobrežie. Rampa elektrárne je krátka a relatívne strmá aby minimalizovala straty potenciálnej energie vlny, čo sa deje na každej pláži – rovnako ako aj najlepšie surferské pláže sú relatívne strmé a krátke. Špeciálny eliptický tvar optimalizuje efekt a pomáha čo najväčšiemu množstvu vody pretiecť nad okraj rezervoára. Aplikácia prototypu bola spustená v apríli 2007 s predpokladom, že ako predajný produkt by mohol byť spustený a schválený v lete 2011. Testovací program bude demonštrovať dostupnosť, produkciu elektrickej energie a dlhodobý prenos energie pri predpokladaných nákladoch €0.052/kWh pri vlnách s energiou 24kW/m, ktorá je bežne dostupná pomerne blízko európskeho atlantického pobrežia.

„Rybia technológia“ je schopná zachytávať energiu z pomaly prúdiacich vôd. Nedávno publikovaný vynález ktorý kúpila americká fima Vortex Hydro Energy od Michiganskej univerzity je schopný využiť energiu prúdenia vody pomalšie ako 3.7 km/h, čo nevedia využiť bežné turbíny. Princíp vychádza z pohybu rýb, oscilácie valca vyvoláva prúdenie kvapaliny okolo neho tým, že pravidelný tvar pri zmene tlaku je tlačený na niektorú stranu, keď sa posunie, vznikne pretlak na opačnej strane a tlačí valec druhým smerom. Tieto oscilácie vznikajú už pri pomalom prúdení a je možne ich premieňať priamo na elektrickú energiu pomocou cievky. Ostatné elektrárne ako aj veterné vyžadujú čo najrýchlejšie prúdenie pri ktorom majú najlepšiu účinnosť, ale na druhej strane sa viac opotrebúvajú až ich môže príliš veľká sila prúdenia zničiť. Takéto válce sa pohybujú pomaly, približne jedna oscilácia za sekundu no pri veľkom množstve môžu vytvoriť dostatok energie pre potreby miest. Väčšina prúdov (asi 80%) je pomalých a aj oveľa bezpečnejších pre použitie. Tento projekt je v štádiu výskumu, zatiaľ nie sú predstavené fungujúce experimenty.

16

Obrázok 18: Salter's Duck (WAB), princíp fungovania vynálezu zostrojeného už v roku 1970 profesorom Stephenom Salterom. Kyvadlo poháňa generátor umiestnený v jeho trupe. Plávajúci trup zariadenia je rozhýbaný energiou vĺn morskej hladiny, tá sa prenáša kyvadlom na generátor.

Obrázok 19: Wave Dragon, http://www.wavedragon.net

Obrázok 17: Vlnový konverter Palemis (WAB) bol na testovanie pripravený v roku 2004, dnes fungujú pri Portugalskom Agucadora 3 takéto genrátory o dĺžke 120m a 3,5m v priemere zložené zo 4 dielov. http://www.pelamiswave.com/

Absorbovaná energia mora

Asi 1/4 slnečnej energie dopadajúcej na zemský povrch je absorbovaná morom a ohrieva povrchové vrstvy vody. Systém OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion) využíva rozdiel teploty vody na povrchu oceánu a v hĺbke 600 až 1 000 m, ktorý je v teplých moriach vyše 20°K. Teplotné rozloženie na povrchu oceánu sa dá farebne vizualizovať z družíc pomocou termovízie. Tento rozdiel využíva absorpčná elektráreň (výstavba je v rovníkovom pásme výhodná). Prvé zariadenie tohto typu vybudovali na Havajských ostrovoch.

Pokus vyvinúť a zdokonaliť technoógiu konverzie tepelnej energie mora začal už v roku 1880. Jacques Arsene d'Arsonval, francúzsky fyzik, predložil návrh ako zachytiť tepelnú energiu z oceánu. Jeho študent Georges Claude postavil prvú OTEC elektráreň v Matanzas na Kube v roku 1930 a jeho systém generoval 22kW elektrickej energie na princípe nízkotlakej turbíny.

V roku 1956 ďalší francúzsky fyzik navrhol 3MW elektráreň pre Abidjan na Pobreží Slonoviny, ale jeho zariadenie nebolo nikdy dokončené pretože počas výstavby boli objavené ďalšie zásoby ropy a jej cena klesla natoľko, že stavba OTEC sa už nevyplatila.

Na začiatku 70. rokov spoločnosť Tokyo Electric Power úspešne vyvinulo a sprevádzkovalo 100kW OTEC elektráreň s uzavretým prevodníkom na ostrove Nauru. Elektráreň produkovala 120kW elektrickej energie, z čoho 90kW využívala na svoje fungovanie a zvyšných 30kW slúžilo pre školu a malú osadu na ostrove.

Spojené štáty americké vytvorili v 70. rokoch plány pre využívanie alternatívnych zdrojov energie a postavili na Havajských ostrovoch laboratórium. Havaj je najlepším miestom pre OTEC v rámci USA pretože má dostatočne teplú povrchovú vodu a výrazne chladnú hĺbkovú a taktiež vysoké ceny elektrickej energie z ostatných zdrojov. Laboratórium aj elektráreň dodávali do siete 18kW, medzitým bola postavená ďalšia elektráreň ktorá do siete dodáva od roku 1992 výkon 100kW.

17

Obrázok 20: Vortex Hydro Energy, http://www.vortexhydroenergy.com

Obrázok 21: Princíp fungovanie systému OTEC, elektráreň 1MW, India, http://alfin2300.blogspot.com/2008_01_01_archive.html

Od roku 2000 stavia India 1000kW plávajúcu elektráreň pri Tamil Nadu, India má vhodné predpoklady pre teplé podnebie, teda dostatočne teplú povrchovú vodu a z 1000m hĺbky je čerpané chladná voda. Posledná dostupná správa z roku 2004 hovorí, že bolo dokončené 1km dlhé čerpacie potrubie na chladnú vodu z EPDF.

Termálna energia

Geotermálna energia

Geotermálna energia má pôvod v horúcom jadre Zeme, z ktorého uniká teplo cez vulkanické pukliny v horninách. Teplota jadra sa odhaduje na 4 200°C. V hĺbke zhruba 2 500 metrov sa často nachádza voda teplá až 200 stupňov Celzia. Priemerne narastá teplota na každých 30 metrov približne o 1°C, teda súčasnou vŕtacou technikou sa vieme dostať až do hĺbky 10km, kde je teplota okolo 300°C.

Geotermálna energia sa môže buď sama dostať na povrch vo forme prameňov, alebo je potrebné uskutočniť hĺbkové vrty, z ktorých sa odvádza horúca voda na povrch. Geotermálna energia môže byť na jednej strane pomerne neobmedzená, ale na druhej strane nemá príliš veľký potenciál na výrobu elektrickej energie. Je preto vhodné, ak sa geotermálna energia využíva priamo na vykurovanie, kde je možné využiť celú jej energetickú hodnotu. Geotermálne elektrárne je možné budovať v miestach, kde je vysoká teplota zemskej kôry v nie príliš veľkých hĺbkach a privádzajúca voda sa mení priamo na vysokoteplotnú paru, ktorá môže poháňať turbínu. Takéto využitie geotermálnej energie je však pomerne vzácne a vyžaduje značné investície na dosiahnutie určitého výkonu. Na druhej strane je výhodou takejto geotermálnej energie, že je pomerne stabilná bez veľkého kolísania a tým pádom nie je potrebné konštruovať elektráreň na širokú škálu výkonov.

Prvé pokusy s výrobou elektriny začali v Taliansku už v roku 1904 a prvá 250 kW-ová elektráreň bola daná do prevádzky v roku 1913 v Larderello. Po nej nasledovali ďalšie na Novom Zélande (1958), v Mexiku (1959) a v USA (1960). Od roku 1980 výrazne narastá inštalovaný elektrický výkon v geotermálnych elektrárňach a v roku 2000 dosiahol 7974 MW.

Cena výroby elektrickej energie závisí od teploty kvapaliny v geotermálnom rezervoári. Z ekonomického hľadiska je potom výroba elektrickej energie najvýhodnejšia, pri teplote geotermálneho zdroja, vyššej ako 180 °C. Taktiež je možné produkovať elektrickú energiu pri nižšej teplote geotermálneho zdroja, ale v tomto prípade za účelom dosiahnutia vyššej účinnosti, nemožno používať vodu, ale inú organickú kvapalinu, ktorá bude prechádzať turbínou. Organická kvapalina získava teplo od geotermálnej kvapaliny vo výmenníku tepla.

Vláda SR schválila v apríli 2003 Koncepciu využívania obnoviteľných zdrojov energie. Podľa tejto koncepcie patrí geotermálnej energii druhé miesto spomedzi siedmich obnoviteľných zdrojov energie. Najlepší potenciál má biomasa (46,7 %), geotermálna energia (17,5%), solárna energia (14,5%), odpadové teplo (9,8%), biopalivá (6,9%), malé vodné elektrárne (2,9%), veterná energia (1,7%).

Slovensko má 26 perspektívnych oblastí geotermálnych zdrojov s teplotou vody do 150 °C v

18

Obrázok 22: ľavý - potenciál využitia geotermálnej energie v európe (Status of Geothermal Energy Use and Resources in Europe, 2007) ; pravý - aktuálne využitie geotermálnej energie vo svete (http://www.nationmaster.com/ , 2011)

hĺbkach do 5000 m. Sumárny tepelno-energetický potenciál geotermálnych vôd Slovenska vo všetkých perspektívnych oblastiach reprezentuje 5 538 MWt. Doteraz bolo evidovaných 116 geotermálnych vrtov. V súčasnosti sa geotermálna energia na Slovensku využíva v 35 lokalitách s tepelne využiteľným výkonom asi 83 MWt, ale s pomerne nízkou účinnosťou okolo 30 %, čo predstavuje 25 MWt.

Z hľadiska svojho potenciálu sa ako najperspektívnejšia lokalita u nás ukazuje Košická kotlina, ktorá je charakteristická prítomnosťou geotermálnych podzemných vôd s teplotou 120 až 160 °C, a to v hĺbke menšej ako 3000 metrov. Najvýznamnejšou lokalitou je Ďurkov s potenciálom cca 300 MWt. Sú tu navŕtané už 3 skúšobné vrty, ktoré ukázali, že teplota geotermálnej vody dosahuje až 130 °C. V prvej etape prác sa predpokladá realizácia 8 ťažobných a 8 reinjektážnych vrtov s výkonom 100 MWt. Pripravuje sa využitie tejto energie pre vykurovanie Košíc, napojením sa na sústavu centrálneho zásobovania teplom mesta. Študuje sa aj možnosť výroby elektriny (binárny cyklus) na pokrytie vlastnej spotreby zdroja o výkone cca 3 MW.

Island – Rejkjavik, je považované za „najzelenšie“ mesto na Zemi vďaka 95% pokrytiu spotreby transformáciou termálnej energie. Reykjavik disponuje piatimi tepelnými elektrárňami s celkovým výkonom 750MW a termálne vrty v okolí zásobujú mesto 60mil m3

teplej vody ročne. Tento systém funguje už od roku 1930. Relatívne chudobná krajina takto zabezpečuje vysoký životný štandard svojim obyvateľom a radí sa medzi najčistejšie mestá na svete.

Tepelné čerpadlá

Tepelné čerpadlá sú principiálne určené pre vykurovanie domov a ohrev pitnej vody. Ich účinnosť však znamená výrazný podiel na znížení spotreby elektrickej energie. Pomocou 1 kWh dodanej elektrickej energie dokáže tepelné čerpadlo získať viac tepelnej energie, ako do procesu bolo vložené. Pomer vloženej a získanej energie udáva takzvané výkonové číslo, bežne býva 2,5 až 5. Ďalšia úspora môže nastať v teplom období, kedy sa môže tepelné čerpadlo v obrátenom procese využiť pre ochladzovanie priestorov.

Tepelné čerpadlá sa prejavujú aj pri využití a priamo implementujú do malej architektúry...

19

Obrázok 23: V súčasnosti je na Slovensku vymedzených 26 hydrogeotermálnych oblastí, ktoré zaberajú 27 % plošnej rozlohy územia SR. Sú rozložené predovšetkým v pásme vnútorných Západných Karpát. Rozmiestnenie geotermálnych vrtov na území SR a ich teplotné charakteristiky (www.kvt.sjf.stuba.sk/WEB/Geotermalna energia.ppt)

Obrázok 24: 1 - Centrála geotermálneho zemného vrtu, 14. marec 2008, Lydurs, 2 - Reykjavik mestské centrum (Flickr - Creative Commons)

BioenergieBioenergia je obnoviteľná energia, ktorá vzniká uvoľnením chemickej energie zo surovín biologického pôvodu. Tieto zdroje energie sa označujú ako biopalivá a sú vyrábané z biomasy. Rozdeľujeme ich medzi tri hlavné kategórie: tuhé, kvapalné a plynné biopalivá.

V roku 2008 sa biopalivá uvádzali v titulkoch svetových novín v negatívnom zmysle, najmä v súvislosti so stúpajúcimi cenami potravín. Práca agentúry EEA v oblasti biopalív sa obmedzuje na environmentálne klady a zápory. Ale dokonca aj tu je zjavný rozpor.

Smerovanie k veľkovýrobe bioenergie nesie so sebou značné environmentálne riziká, hlavne z hľadiska zmeny využívania pôdy. Pôda a rastliny sú dva najväčšie úložiská pre CO2 na zemi – obsahujú dvakrát toľko uhlíka než naša atmosféra. Hromadná premena lesov, rašelinísk alebo pastvín na produkciu plodín na výrobu biopalív by spôsobila uvoľnenie viac CO2 než by ušetrila.

Nárast produkcie plodín na ornej pôde v Európe zameraný na uspokojenie kombinovaného dopytu po potravinách a palive by malo závažné dôsledky na biodiverzitu Európy a poškodilo by naše pôdne a vodné zdroje. Lavínovité dôsledky, tzv. nepriame dopady zmeny spôsobu využívania pôdy, by zasiahli aj iné časti sveta: keďže Európa znižuje vývoz potravín, ďalšie oblasti vo svete by produkciu potravín zvýšili, aby túto medzeru vyplnili. Dopady na svetové ceny potravín by mohli byť veľmi vážne.

Riziká v Európe by sa dali zmierniť správnym výberom plodín a hospodárením. Biopalivá vyrobené z odpadu, napríkld zvyškov po spracovaní plodín alebo dreva, sú určite environmentálne prospešné. V tejto súvislosti agentúra EEA posudzuje, ako by sa nastávajúci rozmach bioenergie mohol vyvíjať a hodnotí, či dokáže poskytnúť potrebnú energiu bez poškodzovania životného prostredia.

Biomasa

Biomasa v podobe rastlín je chemicky zakonzervovaná slnečná energia. Je jedným z najuniverzálnejších a najrozšírenejších zdrojov energie na zemi. Z hľadiska svojej perspektívy je považovaná za kľúčový obnoviteľný zdroj energie. Prostredníctvom rastlín, mikroorganizmov a humusu sa v pôde akumuluje značné množstvo transformovanej slnečnej energie, ktorá sa spotrebováva na sústavný vývoj pôd a ich produkčnej schopnosti.

Pre poľnohospodárske pôdy je najreprezentatívnejším indikátorom ich energetického potenciálu rastlina, pri hodnotení tohto parametra i pod-sústavy rastlinnej výroby bola použitá potenciálna produkcia rastlinných spoločenstiev prepočítaná na energetické jednotky. Zohľadnená bola nielen produkcia tzv. hlavného produktu plodín (zrno, buľva a pod.), ale aj vedľajších produktov, t.j. steblá, listy, korene, ba aj predpokladané zaburinenie produkčných porastov.

Najrozšírenejším palivom z kategórie biomasy je drevo. Drevo ako palivo môže mať rôznu podobu - môže byť využívané ako kusové, ako drevný odpad (napr. vo forme štiepok, alebo peliet) alebo môže byť špeciálne pestované ako energetická rastlina napr. vŕba. Existujú však aj iné zdroje, ktoré hrajú významnú úlohu v energetickej bilancii mnohých krajín. Sem patria napr. organické zvyšky z poľnohospodárskej výroby ako je napr. slama. Biomasou je aj bioplyn získavaný zo skládok komunálneho odpadu, čističiek odpadových vôd alebo hnojovice zo živočíšnej výroby.

Reálny produkčný potenciál je pre každú pôdu iný. Najvyššia produkcia bioenergie z pestovaných plodín sa dá očakávať na pôdnom type černozem a čiernica, t.j. pôdnych typoch v ktorých je naakumulovaná aj najvyššia slnečná energia.

Podľa nových smerníc európskej únie, ale aj podľa už všeobecne uznávaných rozvojových aktivít jednotlivých krajín je snaha v čo najbližšej dobe presunúť výrobu energie z fosílnych palív na obnoviteľné zdroje. Keďže Slovenská Republika má územie vhodné na poľnohospodárske účely, v rámci plánov rozvoja Európskej Únie rozhodla podporovať práve toto hospodárske odvetvie aj v rámci snahy o nezávislosť krajín na dovoze základných surovín pre dosiahnutie udržateľného rozvoja.

20

Bioplyn a výroba elektrickej energie

Tradičný spôsob výroby elektriny z biomasy je v najstaršom z prípadov založený na jej priamom spaľovaní a výrobe pary, ktorá poháňa parnú turbínu podobne ako je to v uhoľných elektrárňach.

Výroba elektriny splyňovaním biomasy je pomerne novou metódou. Splyňovanie biomasy je známe od začiatku 19.storočia. Táto technológia počas 2.svetovej vojny nahradila nedostatok ropy na trhu a na európskych cestách sa pohybovali vozidlá so splyňovacím agregátom vyrábajúcim drevoplyn spaľovaný v motore vozidla, čo používali armády aj na pohon techniky, výhoda bola aj bezpečnosť, keďže neprepravovali množstvo výbušného paliva, ale iba drevo, prípadne uhlie. Splyňovanie je teda jednoduchý proces výroby plynných palív z pevných.

Splyňovanie prebieha v kotli s obmedzeným prístupom vzduchu pričom dochádza k nedokonalému horeniu. Teplo vznikajúce pri nedokonalom spaľovaní sa využíva na to, aby sa porušovali väzby medzi uhľovodíkovými atómami. Vznikajúce uhlíkové a vodíkové atómy sa však spájajú s inými, pričom sa uvoľňuje teplo, ktoré udržuje celý proces bez dodávania energie zvonku. Výsledkom je vznik plynov, ktoré sa ďalej môžu spaľovať, čo je vhodnejšie palivo pre výrobu elektrickej energie, prípadne pre zvýšenie účinnosti sa užíva kogeneračná výroba tepla.

V najjednoduchších plynových turbínach sú horúce odpadové plyny vypúšťané priamo do ovzdušia. Pre ďalšie zvýšenie výkonu alebo účinnosti je možné tieto plyny využiť na výrobu pary na vykurovanie objektov (kogeneračná jednotka), alebo je vháňaná späť do turbíny, čím sa zvyšuje výkon a účinnosť výroby (Steam-injected gas turbine - STIG), prípadne sa použije na ďalšiu výrobu elektriny v parnej turbíne (Gas turbine/steam turbine combined cycle – GTCC).

Ďalšou možnosťou výroby plynu z biomasy je vďaka anerobickému vyhnívaniu, prírodnému procesu objavenému a prvýkrát vedecky popísanému roku 1776 (Alessandro Volta) a v roku 1800 Humphery Davy, ktorý ako prvý pozoroval prítomnosť horľavého metánu v hnojovici. Plyn vznikajúci nad hladinou jazier podobne ako plyn vznikajúci pri hnití organických látok v inom prostredí sa nazýva bioplyn a skladá sa hlavne z metánu (CH4) a oxidu uhličitého (CO2).

Bioplyn je produktom látkovej výmeny metánových baktérií, ku ktorému dochádza, keď baktérie rozkladajú organickú hmotu. Všetky procesy sú vedľa seba, pri pravidelnom prísune vstupnej suroviny je tak zabezpečená kontinuálna tvorba bioplynu. Bioplyn je ďalšou osvedčenou a rozšírenou formou výroby elektrickej energie najmä v poslednej dobe rozšírením spaľovacích motorov – kogeneračných jednotiek, ktoré sa uplatňujú pri malej lokánej výrobe zväčša pridruženej k poľnohospodárskej alebo k čističkám odpadových vôd.

21

Obrázok 25: Zastúpenie kategórií pôd podľa potencionálnej produkcie bioenergie rastlín (Výskumný ústav pôdoznalectva a ochrany pôdy, www.podnemapy.sk)

Bioplynová stanica je teda vzhľadom k energetike veľmi stabilným zdrojom kde nedochádza k výkonnostným výkyvom ako napríklad pri fotovoltických riešeniach. Zariadenia pre anaeróbnej digescii organických odpadov môže mať veľa variantov. Na začiatku bioplynovej linky je spravidla prípravná nádrž, kde sa skladuje surový materiál. Ten je podľa potreby prečerpávaný do fermentora, kde sa odohráva vlastný proces anaeróbnej digescie a tvorby bioplynu. Bioplyn vznikajúci vo fermentore je uložený do zásobníka a upravovaný pre ďalšie využitie, prípadne priamo smeruje do kogeneračnej jednotky. V bioplynovej stanici možno spracovávať suspenzií, exkrementy zvierat, hnoj a iné odpady zo živočíšnej výroby, fytomasa a odpady z rastlinnej výroby. Teda odpad zo zeleniny, liehové výpalky, zemiakové šupky, zbytky z čistenia obilia. Odstránenie biologickej zložky komunálneho odpadu obcí a miest, likvidácia triedeného komunálneho odpadu, likvidácia kuchynského odpadu, likvidácie expirovaných potravín a zeleniny. Výhodou tohto procesu je, že odpadom z výroby je hnojovica vhodná na opätovné vyživovanie poľnohospodárskej pôdy.

Výroba elektriny v kogeneračnej jednotke predstavuje asi 30-40%, výroba tepla 40-50 % energie obsiahnutej v bioplyne a zvyšná tepelná energia je potrebná na udržanie optimálnej prevádzkovej teploty fermentora.

Slnečná energiaJe to najdostupnejšia a najčistejšia forma obnoviteľnej energie. Slnko ako centrálna hviezda slnečnej sústavy predstavuje zdroj energie, bez ktorého by nebol možný život na Zemi. Táto energia je výsledkom fúznej protón-neutrónovej reakcie. Táto reakcia prebieha pri veľmi vysokých teplotách, 14 miliónov °C, pričom povrchová teplota Slnka je v priemere len 5 427 °C. Slnko vzniklo asi pred 5 miliardami rokov, a jeho životnosť sa predpokladá na ďalších 5 miliárd rokov. Znamená to, že Slnko môže zásobovať Zem slnečnou energiou ďalších 5 miliárd rokov. Slnečné žiarenie sa po dopade na zemský povrch premieňa na iné formy energie: - tepelnú energiu (ohrievanie zemského povrchu - pôda, voda, vzduch) - mechanickú energiu (vzdušné a morské prúdy) - chemickú energiu - fotosyntéza (viazanie energie prostredníctvom fotosyntézy v rastlinách a iných organizmoch). Principiálne je všetká nahromadená energia Zeme zachytená energia zo Slnka okrem gravitačnej sily samotnej planéty.

Množstvo dopadajúceho slnečného žiarenia na 1 m2 na Slovensku v priemere sa pohybuje medzi 3278 - 3752 Wh/m2/deň. Najviac slnečného žiarenia je v mesiaci júl a najmenej je v mesiaci december. Z pohľadu využívania slnečnej energie prostredníctvom slnečných kolektorov je rozdiel medzi jednotlivými regiónmi Slovenska približne 15%.

Solárne kolektory

Solárne systémy aktívne využívajú slnečnú energiu a transformujú ju na tepelnú energiu alebo priamo pomocou fotovoltaických článkov na elektrickú energiu. Slnečný kolektor je plocha, ktorá zachytáva slnečné žiarenie a premieňa ho na tepelnú energiu. Základom kolektora je absorbér, v ktorom prebieha samotná premena. Teplo sa prenáša na teplonosné médium, ktoré preteká v potrubí absorbéra a následne sa prepravuje do zásobníka vody. Používa sa hlavne na ohrev vody, budov, bazénov atď...

Nízkoteplotné kolektory zohrievajú vodu na menej ako 50 st. Celzia. Zvyčajne bývajú tvorené len absorbátorom (kovovým alebo plastovým) a používajú sa hlavne na ohrev vody v bazénoch.

Strednoteplotné kolektory dosahujú teploty približne 60°C až 80°C a najčastejšie sa používajú na prípravu teplej vody v budovách. Sem patria aj u nás najrozšírenejšie ploché presklenné kolektory. Teplotným médiom môže byť aj vzduch prechádzajúci cez trubky kolektora. Osobitnú skupinu tvoria tzv. vákuové kolektory, ktoré koncentrujú žiarenie do ohniska, v ktorom prechádza trubka s teplonosným médiom. Koncentráciou slnečného žiarenia sa dosahuje vyšší teplotný zisk (viac ako jedno slnko”), čo dáva možnosť využiť takéto kolektory‶ aj na vykurovanie budov.

22

Vysokoteplotné kolektory predstavujú hlavne parabolické zrkadlá alebo iné fokusujúce konštrukcie, ktoré zohrievajú teplonosné médium na viac ako 100 st. Celzia. Takéto solárne termické zariadenia sa požívajú hlavne na výrobu elektriny. Uplatňujú sa predovšetkým v oblastiach s vysokou intenzitou slnečného žiarenia. Takýmto systémom je postavená zatiaľ najväčšia tepelná solárna elektráreň na svete v Californii dokončená v roku 1990 o celkovej kapacite 354MW na ploche 483 960 m2 solárnych zrkadiel a do siete dodáva priemerne 140MW elektrickej energie. Výmenným médiom je olej, ktorý sa zahrieva pretekaním cez ohniská parabolických zrkadiel na teplotu takmer 400°C.

Tieto zariadenia znižujú náklady na vykurovanie, v prípade že je objekt vykurovaný elektrickou energiou, značne znížia jej spotrebu a v kombinácii so zemným tepelným výmenníkom dokážu úplne nahradiť v súčasnosti bežné plynové kotly. Spotreba elektrickej energie sa zníži na nevyhnutný pohon zariadení (čerpadiel).

Solárne veže SHPEGS

Ďalším spôsobom ako zachytiť slnečnú energiu je trochu nepriamym spôsobom pomocou umelo vytvoreného termodynamického prúdenia vzduchu na veľkej rozlohe pri zemi a jeho vyústením do komína s výškou približne veľkou priemeru plochy zahrievajúcej vzduch. Solar Heat Pump Electrical Generation System (SHPEGS). Takáto elektráreň bola prvýkrát otestovaná v španielskom Manzanares v roku 1981-89 s výškou komína 195m a výkonom 50kW. Ukazuje sa, že takýto projekt je výrazne najefektívnejší voči konkurenčným spôsobom získavania energie. Jeho ďalšou výhodou je nepretržitý chod vďaka akumulácii tepla podkladom a teda výkon síce kolíše, no nie je zastavený počas noci. Ďalšou výhodou veže a jej taniera je, že teplotnými rozdielmi noci a dňa zachytí kondenzáciou pomerne veľké množstvo vody, ktoré je možné využiť na zavlažovanie priamo v pôštnej oblasti. Tento spôsob sa ukazuje ako najvhodnejší v púštnych miestach s malou intenzitu vetra a vysokou slnečnou radiáciou. Navrhnuté sú megalománske projekty s výkonom až 1500kW v rôznych častiach sveta. Realizáciou takýchto projektov môže nastať urbanizácia doposiaľ nevhodných podmienok pre život človeka a s tým spojené nové potreby pre tvorbu vhodných priestorov pre jeho život – architektúry.

Fotovoltaika, ako základ pre získavanie elektrickej energie priamo zo slnečného žiarenia

Fotovoltaika je priama premena svetla na elektrinu na atómovej úrovni. Niektoré materiály vykazujú vlastnosti, ktorým sa hovorí fotoelektrický efekt, ktorý spôsobuje, že tieto materiály absorbujú fotóny zo svetla a uvoľňujú elektróny. Výsledkom ich zachytenia a usmernenia je elektrický prúd. Fotoelektrický jav prvý krát zaznamenal francúzsky fyzik Edmund Bequerel v roku 1839, ktorý zistil, že niektoré materiály produkujú malé množstvo elektrického prúdu ak sú vystavené svetlu. V roku 1905 Albert Einstein popisoval charakter svetla a fotoelektrický efekt, na ktorom je fotovoltaická technológia založená, za čo neskôr získal Nobelovu cenu za fyziku. Prvý fotovoltaický modul bol postavený spoločnosťou Bell Laboratories v roku 1954. Bol

23

Obrázok 26: Princíp a veľkostné porovnanie pripravovaných projektov solárnych veží (www.solar-tower.org.uk)

označovaný ako solárna batéria a šlo viac menej len o zaujímavosť, keďže výroba bola príliš drahá pre bežné použitie. V roku 1960 začal kozmický priemysel prvý krát používať technológie na výrobu energie na palube kozmickej lode. Prostredníctvom vesmírnych programov technológia napredovala, získavala na spoľahlivosti a náklady začali klesať. Počas energetickej krízy v roku 1970, získala fotovoltaická technológia uznanie ako zdroj.

Tenká vrstva polovodičových doštičiek upravená tak, že tvorí elektrické pole, na jednej strane pozitívne a na strane druhej negatívne. Keď energia svetla dopadne na solárne články, sú voľné elektróny uvoľňované z atómov polovodičového materiálu. Ak sú elektrické vodiče pripojené na pozitívne a negatívne strany, ktoré tvoria elektrický obvod, môžu byť elektróny zachytené vo forme elektrického prúdu.

Podľa technológie solárnych článkov rozlišujeme monokryštalické (Monokryštalický kremík), polykryštalické (Polykryštalický kremík) a amorfné (Hydrogenizovaný amorfný kremík) solárne moduly.

Monokryštalický kremík bol prvý materiál ktorý sa začal využívať v praxi. Jeho účinnosť premeny sa zo začiatku pohybovala okolo 6 %. Od roku 1954 do roku 1975 sa v tomto smere nedosiahlo takmer žiadneho pokroku, pretože výskum sa orientoval predovšetkým na vesmírne použitie, od roku 1975 až do roku 1980 sa túto hodnotu podarilo posunúť len o pár percent a hodnota 17 % bola považovaná za neprekonateľnú. Dnes sa v bežnej výrobe dosahuje účinnosť 13-17 %

Polykryštalický kremík je stále viacej využívaný ako vstupný materiál vďaka svojej nižšej výrobnej cene. Laboratórne solárne články dosahujú účinnosť 18,5%, v podmienkach hromadnej výroby však nepresahujú 14%. V priebehu tuhnutia kremíkovej taveniny dochádza k tvorbe rôzne veľkých a orientovaných kryštálov.

Hydrogenizovaný amorfný kremík nemá kryštalickú štruktúru ani príliš veľkú čistotu, je chemicky upravený vodíkom čo zlepšuje jeho vlastnosti. Tento druh kremíku sa využíva v tenkovrstvých solárnych článkoch. Materiál sa zvykne nanášať na lacné podklady ako sklo, plast, oceľ. Jeho účinnosť je bohužiaľ dosť nízka - v praxi okolo 4 - 8 %, čo ho predurčuje na zariadenia s malou spotrebou energie ako sú kalkulačky a hodinky...

Arzenid gália je ďalšim materiálom účinne používaným vo fotovoltaickom priemysle. Za zvýšenej teploty napr.100°C vykazuje len veľmi malé zníženie účinnosti, na rozdiel od kremíka kde je pokles týchto hodnôt už pri takýchto relatívne nízkych teplotách veľmi výrazný. Ďalší vývoj v oblasti umožní pravdepodobne použitie tohto materiálu v kombinácii z hliníkom, takéto články sľubujú zvýšenie účinnosti nad 40%. Účinnosť pri vysokých teplotách umožňuje jeho využitie pri kolektoroch kde je možné koncentrovať žiarenie do malého bodu a tým znížiť spotrebu materiálu.

24

Obrázok 27: Fotón dopadajúci na polovodičovú štruktúru s PN prechodom excituje elektrón a vytvorí tak dva nositele elektrického prúdu: voľný elektrón a dieru. Solárne články sa skladajú z dvoch kremíkových vrstiev. Horná vrstva kremíka je polovodič typu N (vodivosť sprostredkujú elektróny), dolná vrstva kremíka je polovodič typu P (vodivosť sprostredkujú tzv. diery). Keď do blízkosti PN prechodu prenikne fotón, dôjde k fotoefektu a uvoľnené elektróny začnú prechádzať do hornej vrstvy. Elektróny v spodnej vrstve začnú preskakovať z jedného atómu na druhý, aby zaplnili prázdne miesta. Voľné elektróny v hornej vrstve sa odvádzajú z článku do elektrického obvodu, do ktorého je solárny článok vsadený (http://www.solarenergy.sk/sk/stranka/fotovoltaika)

Využitie v architektúre

Solárna energia však bola využívaná na vyhrievanie priestoru už v 19. storočí, keď sa rozšírili možnosti použitia presklenných stien. Trombeho stena (r.1956), je najjednoduchším riešením získania energie pre interiér stavby, kde v princípe ide o akumulačnú stenu vhodne umiestnenú v rámci dispozície objektu a presklennému otvoru fasády, pričom v zimných mesiacoch s nízkym azimutom slnka dopadá na tmavú akumulačnú stenu slnečné žiarenie, ktoré sa počas dňa akumuluje a naopak v letných mesiacoch je stena zatienená a príjme prebytočné teplo interiéru.

Použitie solárnych kolektorov v stavebníctve je, v rámci súčasných technických a ekonomických možností, najrozšírenejším obnoviteľným zdrojom energie, ktorý je možné priamo implementovať do architektúry. Posledné technológie zavádzajú fotovoltaické články priamo do strešnej krytiny alebo presklenných stien, pričom zároveň tvoria tieniaci prvok proti prehrievaniu interiéru.

Gravitačná energia a voľná energiaGravitačná energia Zeme je od pradávna otázkou vedcov ako sa dá táto energia využiť a premeniť na iný druh energie. Pojem „perpetuum mobile“ sa stal vďaka odmietaniu niektorých nedokázateľných a nemerateľných javov neuveriteľný a teda nemožný. Gravitačný zákon formuloval Isaac Newton v roku 1687 v svojom známom diele Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Jeho teóriu zovšeobecnil a prepracoval v 20. storočí Albert Einstein vo všeobecnej teórii relativity, podľa ktorej je gravitácia jedným z prejavov zakrivenia časopriestoru. Einstein túto teóriu publikoval v roku 1915. Prvé pozorovanie potvrdzujúce jeho tvrdenia uskutočnil Arthur Eddington 29. mája 1919 počas zatmenia Slnka. Vtedy nameral zakrivenie lúčov hviezd presne zodpovedajúce všeobecnej teórii relativity. Gravitácia je naďalej dôležitým objektom výskumu, mnoho fyzikov pracuje na teórii, ktorá by v sebe zjednotila všetky štyri interakcie pozorované v prírode - gravitačnú, elektromagnetickú, silnú jadrovú a slabú jadrovú (táto teória sa niekedy nazýva teória všetkého - Theory of everything)

Vzťahuje sa k nej však už od dávnych čias množstvo výziev a uctievaní v podobe najvyšších božstiev, no o tomto sa tu nebudem viac zmieňovať. Vedecky a pokusne jej existenciu dokázal Nikolai Tesla a nazval ju chladná energia (cold energy). Takzvaná „atómová energia“ bola pre Teslu len dôsledkom pôsobenia „energie priestoru“ vyžarovanej z kozmu, ktorá o sebe dava vedieť prostredníctvom „rádioaktívnej“ hmoty. Tato hmota má zvláštnu schopnosť reagovať v rezonancii so všadeprítomným „kozmickým žiarením“. Tento výraz Tesla použil už pred rokom 1900. (Každá hmota vo vesmíre, organická či anorganická, má vlastnú rezonančnú frekvenciu...) Podľa neho ma „kozmické žiarenie“ omnoho vyššiu frekvenciu než to, ktorému hovoríme „rádioaktivite“. To bolo pre Teslu len dôsledkom „procesu znižovania rezonancie“, ktorým istá hmota so zvláštnymi vlastnosťami reaguje na všadeprítomné všesmerové kozmické žiarenie – teraz nazývané „žiarením nulového bodu“ (ZPR, Zero Point Radiation). Ide o žiarenie o tak vysokej frekvencii, že nerušene prechádza priestorom, Zemou i našimi telami a ponecháva veci v rovnováhe, pretože jeho extrémne krátka vlnová dĺžka nijak nereaguje ani nerezonuje s atómami väčšiny látok. „Rádioaktivita“ sa prejavuje len u látok, ktoré sú rádioaktívne, teda u hmoty, ktorá podľa Teslu, ma zvláštnu atómovú štruktúru reagujúcu na žiarenie ZPR. „Atómová energia“ teda podľa Teslu nevychádza z atómov, ale spôsobuje ju ZPR.

Koncept ZPE (Zero Point Energy) bol vyvinutý v Nemecku skupinou Fyzikov medzi ktorými boli aj Max Planck, Albert Einstein a Otto Stern. V roku 1916 Walther Nernst postuloval, že vesmírne vákuum je vyplnené vyžarovaním ZPE. Termín ZPE pochádza z nemeckého NullPunktEnergie. ZPE sa niekedy používa ako synonymum pre Energiu Vákua, ako množstvo energie spájané s vákuom prázdneho priestoru (Vesmíru). V kozmológii je vákuová energia jedným z možných vysvetlení pre kozmologickú konštantu. Variácie v ZPE ako hranice oblasti vákua vedú ku Casimirovmu efektu pozorovateľnému napríklad v nano technológiách. Príbuzným pojmom je Zero-Point-Field (Pole nulového bodu), ktorý je najnižším energetickým stavom poľa; základný stav, ktorý je nenulový. ZPE je energia, ktorá je v systéme stále prítomná aj ak sú všetky ostatné formy energie zo systému odstránené... (Wikipedia)

25

„SMOT (Simple Magnetic Overunity Toy) je pôvodne vynálezom Austrálčana menom Greg Watson (publikovaný r.1985) a je to príkladom demonštrujúcim využívanie voľnej energie pri pohybe oceľovej guličky v magnetickom poli série permanentných magnetov. Vynález však nefungoval po dlhšiu dobu, kým sa magnety nevybili, to však neodradilo ďalších bádateľov hladať spôsob ako získať voľnú energiu a premeniť ju na inú formu...

Zásobníky energieJedným z problémov veternej a slnečnej energie je ich uskladnenie na dlhšiu dobu, alebo minimálne na dobu potrebnú k obnoveniu transformácie energie. Pri slnečných raktoroch, teda tepelných elektrárňach sa používa viac možností uskladnenia energie, zväčša vo forme tlakovanej vodnej pary alebo topenej soli. Pri dobre izolovaných zásobníkoch je možné uschovať až 400MWh v objeme približne 500m3 po dobu 9 dní. (Andasol Power Plants, Španielsko)

Nadprevodníkový magnetický zásobnik energie (MSP=SMES – ang. Superconducting Magnetic Energy Storage) ulkadá energiu v poli jednosmerného prúdu v supravodivom uhlíku ktorý je kryogenicky schladený pod kritickú teplotu svojej supravodivosti. Energia môže byť vrátená do siete vybitím uhlíka. Pre upravenie je používaný usmerňovač/inverter pre prevod z jednosmerného na striedavé napätie a späť, no pri tomto procese sa strácajú 2-3% energie v každom smere. SMES ale aj napriek tomu je zatiať najúčinnejšia forma uchovania elektrickej energie v porovnaní s ostatnými známimi spôsobmi. Vzhľadom k energetickej náročnosti chladenia a vysokým nákladom na supravodivé vedenia sa SMES v súčasnej dobe používa pre krátkodobé skladovanie trvania energie, teda zlepšenie kvality elektrickej energie pri výskumoch alebo špeciálnych prevádzkach. Ak by SMES mali byť použité pre verejné služby, bolo by vhodné napríklad pre denné skladovacie zariadenia schopné zachytiť prebytky energie z nestálych zdrojov a postupne uvoľniť do siete v prípade potreby.

Znižovanie spotreby energieEnergetická náročnosť ľudskej spoločnosti sa neustále zvyšuje, mierny náznak snahy znižovať spotrebu opatreniami jednotlivých krajín je citeľný a legislatívno ekonomické opatrenia majú svoj efekt, no nepredstavujú významnú zmenu. Tá si vyžaduje závažné kroky, ktoré si nie je žiadna vláda ochotná vziať na zodpovednosť a obáva sa straty voličov.

znižovaním strát jej prenosom, používaním účinnejších spotrebičov a prevodníkov, supravodiče, meď, porovnanie so súčasným stavom a kedy je takáto výmena výhodná z finančného a z ekologického hľadiska

Svetové nadnárodné organizáce a svetové medzinárodné spoločenstvá majú však pozitívny názor a aj cieľ a teda aj ich aktivity sa zameriavajú na zmenu industriálneho konzumu, uvedomenie si dôsledkov vplyvu priemysli na životné prostredie a napíklad na poslednom svetovom kongrese životného prostredie v Rio de Janero už bola veĺmi čitateĺná snaha aj pochopenie nevyhnutnosti zapojenia malých subcelkov do celkového procesu, teda malých organizácií zaoberajúcich a mysliach na budúcnosť obyvateľstva, ktorú riešia vo svojej oblasti. Vznikajú medzinárodné siete na rôznych úrovniach, teda od malých NGO až po siete organizované nadšencami a individualistami, ďalej financované vládami krajín až spoločenstvamy ako Eurúopska Únia (GEN ecovillage …), UN (world summits).

Začiatok procesov prechádza číslami, je nevyhnutné naviazať na existujúcu technikratickú kultúru, kde motivujú čísla a peniaze. To sa však postupne mení, a rozvojom individuálneho vzdelávania a prístupom k informáciam zisťujeme, že svetová populácia je oveľa samostatnejšia a podporením idividualizácie a slobôd sa vytvárajú samostatné celky – komunity, ktoré sú schopné premieňať svoje prostredie veľmi rýchlo a úspešne ak k tomu majú správne nastavenia systému – tu prichádza prejav kreatívnej kultúry, ako ju nazval pred nečasom Richard Florida.

Prieskumy a financovanie vládnych výskumov sa čoraz viac obracajú na environmentálnu stránku a vlády postupne do svojich zákonov začleňujú opatrenia na ochranu životného

26

prostredia.

Na druhej strane sa prejavuje stále väčšia pochybnosť o novom smerovaní vládnucej triedy, ktorí si takto môžu pripravovať ešte sofistikovanejšie prostriedky na ovládanie prírodných zdrojov. Jednotlivé vlády ako aj európska únia nenápadne vyvíja snahy o čo najlepšiu kontrolu nad prírodnými zdrojmi ako v súčasnosti môže legislatíva pomôcť k zníženiu spotreby nerastných surovín, no zároveň vytvára stále väčšie možnosti ich kontolovania, čo je vlastne obojsečná zbraň...

Zoznam použitej literatúry:Endesa (Publicacion particular), Pablo T. León, Dirección General de Energía Nuclear, 03. 11. 2010

Energia Budúcnosti, Thomas A. Christopher- president a CEO Framatome ANP Inc. Slovenské Jadrové Fórum 06-2001

World Energy Outlook 2010, David Fyfe, www.iea.ogr 2010

Renewables 2011 Global Status Report, page 25, Hydropower, REN21, 2011

http://sustainablecities.dk/

Urán - riziká ťažby a spracovania uránu v Slovenskej republike, Greenpeace, august 2009

Environmentálne aspekty veternej energie, Mgr. Peter Socháň, Centrum energetických alternatív, máj 2007

Wind Turbine Noise, Infrasound and Noise Perception, Anthony L. Rogers, Ph.D. Renewable Energy Research Laboratory, University of Massachusetts, júl 2006

Energía Mareomotriz, Federico J. Carnevale, Máquinas Eléctricas y Sistemas Electromecánicos, Instituto Balseiro, Universidad Nacional de Cuyo, máj 2008

http://elektrarne.unas.cz/subory/prilivova.htm

http://www.pelamiswave.com/our-technology/the-pelamis

http://www.wavegen.co.uk

Mooring systems for wave energy converters: A review of design issues and choices, Robert E. Harris, BSc, PhD, CEng, MIMarEST, Lars Johanning, Dipl.-Ing., PhD, Julian Wolfram, BSc, PhD, CEng, FRINA, MSaRS FRSA Heriot-Watt University, Edinburgh, UK 2008

Takahashi, Masayuki Mac; Translated by: Kitazawa, Kazuhiro and Snowden, Paul (2000) [1991]. Deep Ocean Water as Our Next Natural Resource. Tokyo, Japan: Terra Scientific

27

Publishing Company ISBN 4-88704-125-X

http://www.otecnews.org/2009/11/coldwater-pipe-for-indian-1-mw-otec-barge-ready/

http://peswiki.com/index.php/Directory:Ocean_Wave_Energy

http://www.waveenergytoday.com/

www.javys.sk › ... › Energetický slovník

Status of Geothermal Energy Use and Resources in Europe, Miklos Antics, Burkhard Sanner, Proceedings European Geothermal Congress 2007, Unterhaching, Nemecko, 30 máj - 1 jún 2007

http://www.elwa.sk

University of Utah (2007, June 3). A Sound Way To Turn Heat Into Electricity. ScienceDaily.

Electric energy by direct conversion from gravitational energy: a gift from superconductivity. Osvaldo F Schilling Departamento de Física, Universidade Federal de Santa Catarina, Campus, Trindade, 88040-900, Florianópolis, SC. Brazil.

Testing a SMOT, Donald E. Simanek, 1997 (http://www.lhup.edu/~dsimanek/museum/smot.htm)

Cheaper by the Dozen: Making Solar Energy Affordable, Sean Matlis, júl 2010

http://www.intechenergo.sk/sekcie/energia-z-biomasy/biomasa-ako-zdroj-energie

Súčasná situácia v centrálnom zásobovaní teplom na Slovensku, Ing. Karol Keher, Slovenská inovačná a energetická agentúra, Regionálna pobočka Košice 2010

Obnoviteľné zdroje energie v aspekte využiteľnosti pre energetické zásobovanie verejných budov, Regionálna rozvojová agentúra Nitra, 2011

http://www.solar-tower.org.uk

http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_Energy_Generating_Systems

Poznámky:

Zástancovia oživenia Maxwellovej pôvodnej filozofie stále úspešnejšie odmietajú vedecke dogmy, predstavujúce Achillovu patu našej civilizácie – myslene v zmysle správneho vývoja techniky. Takého vývoja, ktorý je s prírodou v harmónii a nie je škodlivý v žiadnej oblasti. Dnes tak veľmi vyzdvihovaný súčasný technický pokrok je totiž iba slabým a veľmi špinavým odvarom skutočných možností.

In 2005, the Slovak Ministry of Economy and the Ministry of Environment approved 20 biomass oriented projects for funding from SF: http://www.inforse.org/europe/Structuralfunds/CEPA/SF_Biomass_SK2.htm

* (poznámka, 2013) Na svetovom summite on environment RIO+20 z júla 2012 sa zhodli účastníci krajín z celého sveta a este doteraz vzchádzajú výsledky z rôznych ustanovení a prieskumov. No najdôležitejšie je, že krajiny, teda ich reprezentanti hlavne svetových lídrov sa pochopili a majú snahu zmeniť súčasný deštrukčný proces. Krajiny sa zaviazali znížiť svetovú spotrebu na 50% do roku 2050 …

28

29