Energie Slunce - Občanské sdružení působící v Nových Hradech

Energie pro jihočeský venkov
Tisk: ÚFB JU 2008
Editor: Mgr. Naďa Štysová
OBSAH
Úvod
1
Prognózy energetické spotřeby a nutnost využívání solární energie
2
Energie Slunce
6
Typy slunečních kolektorů
7
Zhodnocení účinnosti teplovodních solárních kolektorů
12
Fotovoltaika
17
Voda v krajině
19
Zásadní význam vody pro strategii zmírňování klimatických změn
24
Energie vodních toků
29
Anaerobní digesce – principy, využití, perspektivy
34
Udržitelné zpracování biologických odpadů
37
Centrum biologických technologií
42
Centrum biologických technologií – shrnutí projektu Prosperita
46
Biomasa - využití obnovitelných zdrojů energie
51
Biotechnologie řas a sinic
53
Udržitelná energetika nutná k přežití civilizací
54
Projekt a čtyři kroky k jeho tvorbě
65
Registr.č.: 07/002/3310a/231/001457
ÚVOD
Směrnice o obnovitelných zdrojích energie stanovuje závazek České republiky do roku 2020
zajišťovat 13% celkové spotřeby energie z obnovitelných zdrojů energie. V důsledku toho by
došlo ke snížení emisí oxidu uhličitého i snížení závislosti na dovozu zemního plynu.
Podle údajů Hnutí duha by mohly v roce 2020 české domácnosti pokrývat více než polovinu
spotřeby energií k vytápění a ohřevu vody z čistých zdrojů. A i když je tato informace až
příliš optimistická, je třeba se zamyslet, jak přispět svojí troškou do mlýna.
Jak dostát závazku ČR?
Krokem, který by mohl vést k většímu rozšíření výroby tepla z obnovitelných zdrojů energie
(OZE), by byl nový zákon o podpoře OZE s pevně a na delší období stanoveným příplatkem
za gigajoul čistého tepla. Tím by se podařilo přilákat investice do tohoto odvětví.
Následovat by měla příprava grantového programu SFŽP pro domácnosti, které hodlají
investovat do kotlů na biomasu, solárních kolektorů apod., s jasně nastavenými podmínkami
pro obdržení dotace. A zajistit také dostatečné množství finančních prostředků, ze kterých by
bylo možno čerpat.
Jaká cesta vede k využívání obnovitelných zdrojů energie?
Jednou z možností je spalování tuhé biomasy (zbytková sláma, energetické plodiny, dřevěná
štěpka) v obecních výtopnách a spalování peletek v domácnostech. Je třeba nastartovat trh
s produkty z biomasy, ale jen na lokální úrovni, aby se zbytečně netransportovalo.
Další možností je využívat sluneční záření. Energii slunečního záření využívají pasivní solární
systémy. Např. u nízkoenergetických a pasivních domů se dbá na vhodnou orientaci ke
světovým stranám a na jižní straně se osazují velká okna, která vedou k energetickým ziskům.
Aktivní solární systémy využívají sluneční energie pro přípravu teplé vody a pro přitápění
nebo pro výrobu elektrické energie. V našich klimatických podmínkách dosahuje celková
doba ročního slunečního osvitu hodnot 1700 – 2200 hodin.
Energie vody a větru v sobě skrývá další ještě využitelný potenciál.
V některých oblastech ČR lze využívat geotermální energii buď ve formě tepla pro vytápění
nebo nepřímo pro výrobu elektrické energie.
Cílem využívání obnovitelných zdrojů energie by mělo být nejen snížení závislosti na dovozu
a snížení emisí skleníkových plynů, ale také diverzifikace energetické soustavy a návrat
k energetické soběstačnosti venkova.
A k tomu chce přispět i náš projekt Energie pro jihočeský venkov.
1
Prognózy energetické spotřeby a nutnost
využívání solární energie
Zpracoval: Prof. RNDr. Tomáš Polívka PhD.
Udržení a zvyšování životní úrovně současné společnosti s sebou nevyhnutelně nese
zvyšování energetické spotřeby. Primárním zdrojem energie dnešní společnosti jsou
především fosilní paliva, která se využívají buď jako přímý zdroj energie, nebo se jejich
spalováním produkuje elektrická energie. Vyčerpatelnost těchto zdrojů a nutnost ochrany
životního prostředí staví před současnou vědu otázku hledání alternativních zdrojů energie,
které budou obnovitelné a šetrné k životnímu prostředí. Současná energetická spotřeba je
pokryta přibližně 14 TW instalovaného výkonu. Projekce této spotřeby do budoucna odhadují,
že výrazný ekonomický a společenský rozvoj bude v roce 2050 vyžadovat výkon přibližně
30 TW. Během následujících čtyřiceti let tedy bude třeba zdvojnásobit produkci energie.
Předpokládáme-li tedy navýšení o 14 TW za čtyřicet let, bude třeba vybudovat 14000
elektráren o výkonu 1 GW (výkon jednoho bloku JETE). Triviální výpočet
(40 let = 14610 dnů) pak říká, že k pokrytí předpokládané energetické spotřeby v roce 2050
by bylo potřeba vybudovat v podstatě každý den jeden energetický zdroj odpovídající výkonu
jednoho bloku Temelína. Vzhledem k rychlosti budování energetických zdrojů je tento úkol
zcela nereálný, a je tudíž třeba hledat alternativní energetické zdroje, které budou schopné
zabezpečit energetické potřeby budoucí společnosti. V každém případě ale bude zcela
nezbytné využívat v rozumné míře všechny dostupné zdroje. Pokud se nebudeme pouštět do
oblasti sci-fi a omezíme se pouze na energetické zdroje prověřené současnými vědeckými
poznatky, možnosti jsou zhruba následující:
1. Fosilní paliva (uhlí, zemní plyn, nafta...) . Dnes primární zdroj energie, ale spalování
fosilních paliv s sebou přináší výrazné environmentální problémy, jelikož se obecně považuje
za hlavní zdroj zvyšování koncentrace CO2 v ovzduší. Navíc je tento zdroj neobnovitelný a je
jasné že přibližně v horizontu století (odhady zásob se různí a do hry vstupuje i ekonomický
faktor, jelikož těžba fosilních paliv z některých úložišť může být ekonomicky neúnosná)
budou zdroje fosilních paliv zřejmě vyčerpány. Ač tedy fosilní paliva mohou (a zcela jistě
budou) hrát roli ve skladbě energetické produkce v nejbližších desetiletích, v dlouhodobém
výhledu s nimi počítat nelze.
2. Jaderná energie. Energie získávaná jaderným štěpením je dnes nejspolehlivější zdroj
energie. Největší výhodou jaderné energie je vysoká hustota energie, která umožňuje získat
z malého objemu paliva obrovské množství energie. Za normálního provozu je navíc i
výrazně šetrnější k životnímu prostředí než spalování fosilních paliv. Hlavní současnou
překážkou rozvoje jaderné energie jsou sociální a politické problémy, které neustále zvyšují
nároky na bezpečnost provozu jaderných elektráren. Přes veškeré výhrady k jaderné energii je
ale zřejmé, že bez výraznějšího rozšíření využívání jaderné energie se v nejbližší budoucnosti
neobejdeme. Jaderné palivo nicméně rovněž představuje vyčerpatelný zdroj energie, i když
odhady světových zásob uranu jsou optimističtější než odhady zásob fosilních paliv. I
s výraznějším rozvojem jaderných elektráren by měly vystačit na několik set let. Problém
s vyčerpatelností zásob uranu potenciálně řeší druhý způsob využití jaderné energie – jaderná
fúze. Zvládnutí termonukleárních reakcí v pozemských podmínkách a jejich využití jako
zdroje energie je systematicky studováno od padesátých let minulého století, ale současné
technologie stále neumožňují využití jaderné fúze jako zdroj energie.
3. Obnovitelné zdroje (voda, vítr, slunce, příliv, geo, biomasa...). Hlavní výhodou
obnovitelných zdrojů je nejen jejich nevyčerpatelnost, ale především nulová produkce CO2 při
2
výrobě energie (s výjimkou biomasy, jejíž spalování ale produkuje zanedbatelné množství
CO2 ve srovnání s fosilními palivy). Využití geotermální a přílivové energie je omezeno jen
na určité lokality a totéž v podstatě platí o vodních elektrárnách, jejichž budování rovněž
přináší jisté environmentální a sociální problémy. Slibnými celosvětovými obnovitelnými
zdroji energie jsou tedy biomasa, vítr a především sluneční energie. Přes nesporné výhody
těchto zdrojů je třeba ale rovněž upozornit na problémy. Ve srovnání s fosilními a jadernými
palivy mají tyto zdroje výrazně nižší hustotu energie, což klade značné nároky na plochu
zařízení pro výrobu energie. Tento parametr například výrazně snižuje možnosti pěstování
biomasy, jelikož není možné „pěstovat energii“ na úkor pěstování zemědělských plodin. U
větrné a sluneční energie představuje další nedostatek nevyrovnaný tok energie, který
vyžaduje nutnost zálohování těchto zdrojů.
Výše uvedený přehled jasně ukazuje na nutnost kombinace všech dostupných zdrojů energie,
přičemž do budoucna by měl výrazně růst podíl obnovitelných zdrojů na produkci energie. Ze
všech obnovitelných zdrojů se jako nejvhodnější jeví sluneční energie. Celkový tok sluneční
energie na Zemi je charakterizován tzv. solární konstantou jež má hodnotu 1366 W/m2.
Spočítáme-li průřez Země, získáme celkový výkon slunečního záření 174000 TW. Tato
hodnota je o čtyři řády vyšší než 14 TW nutných pro pokrytí předpokládaných energetických
nároků v roce 2050. Zbývá tedy „jen“ vyřešit problém jak tuto energii využít. Zaprvé je třeba
si uvědomit, že zemská atmosféra pohlcuje část slunečního záření a tudíž redukovaná solární
konstanta, která charakterizuje sluneční záření na zemském povrchu je nižší a její hodnota
rovněž výrazně závisí na zeměpisné šířce. Navíc je třeba brát v úvahu spektrální složení
slunečního záření - ne všechny vlnové délky je (zatím) možné využít k výrobě energie.
V závislosti na dalších faktorech (počasí, vzdušná vlhkost, teplota...) se pak hodnota
redukované solární konstanty pohybuje zhruba v rozmezí 100-1000 W/m2. Průměrná hodnota
500 W/m2 pak říká, že 1 GW sluneční energie dopadne na plochu 2 km2. Pokud
předpokládáme účinnost konverze sluneční energie na elektrickou 10%, potřebujeme k výrobě
1 GW elektrické energie 20 km2. Tento výpočet jasně ukazuje na problém hustoty sluneční
energie, jelikož 1 GW energie vyrobený z jádra zabírá nepoměrně menší plochu. Obrázek níže
však ukazuje, že při využití pouštních oblastí s vysokým tokem slunečního záření je reálné
dosáhnout energetické produkce až 20 TW.
Obr. 1. Plocha nutná k produkci 20 TW energie pomocí článků s účinností 10%
Současná věda se tedy dnes zabývá otázkou jak co nejlépe využít sluneční energii.
V posledních dvou dekádách se výzkum v oblasti využití slunečního záření zaměřoval
především na přímou přeměnu slunečního záření na elektrickou energii, ať už ve formě
křemíkových solárních článků nebo (zejména v posledním desetiletí) tzv. Grätzelových
článků založených na levných nanokrystalických polovodičích jako TiO2 [1]. Výrazné
3
pokroky v biologii, biochemii, a chemické syntéze v posledních několika letech otevřely zcela
nový přístup k potenciálnímu využití sluneční energie, který umožňuje nejen přímou konverzi
slunečního záření na elektrickou energii, ale rovněž nabízí čistou produkci vodíku jakožto
skladovatelného paliva budoucnosti. Tímto přístupem je kopírování procesů fotosyntézy,
které se během evoluce vyvinuly u mikroorganismů a rostlin za účelem konverze energie
slunečního záření na chemickou energii přímo využitelnou těmito organismy. Výrazný posun
v poznání struktury fotosyntetického aparátu baktérií a rostlin dosažený v poslední dekádě
umožnil začít realizovat myšlenky na syntetickou kopii fotosyntetického aparátu, který by se
v budoucnu mohl stát základním obnovitelným zdrojem energie. Pokroky v poznávání
fotosyntetického aparátu rostlin i mikroorganismů společně s rozvojem nových metod
chemické syntézy dospěly v posledních letech do stadia, které umožnilo uvažovat o
syntetických mimikách foto-syntetického aparátu, případně i o modifikacích směřujícím
k lepšímu využití sluneční energie pro současnou společnost. Touto modifikací je například
rozšíření štěpení vody o syntézu vodíku:
2H2O --> 4H+ + 4e- + O2 --> 2H2 + O2
Takovýto systém by umožňoval produkci vodíku a kyslíku pouze za pomoci světla a tyto dva
produkty by se pak v palivových článcích přeměňovaly na energii za vzniku výchozího
produktu, vody, což vytváří ideální obnovitelný a čistý zdroj energie. Na molekulární úrovni
je tento zdroj energie budoucnosti schematicky znázorněn na obr. 2. Tento, zatím hypotetický
superkomplex povětšinou kopíruje fotosyntetický aparát rostlin, ale na rozdíl od rostlin je zde
jako koncová reakce syntéza vodíku.
hν
S
e-
O2
D
H2O
e-
P
H2
A
2H+
Obr. 2. Umělý fotosyntetický superkomplex. P – fotosenzitizér zahajující reakci, D – donor
elektronu štěpící vodu, A – akceptor elektronu syntetizující vodík, S-světlosběrný systém.
Současné mimiky donorové strany vychází většinou z části fotosyntetického reakčního centra,
které štěpí vodu. Přestože některé funkční a strukturní detaily tohoto komplexu u rostlin jsou
stále neznámé, v posledních letech bylo dosaženo syntézy několika supramolekulárních
komplexů, které se alespoň přiblížily přirozené funkci tohoto komplexu (viz. obrázek 3
vlevo). Tyto semifunkční mimiky nevyužívají jako primární donor chlorofyl (není dostatečně
chemicky stabilní), ale jiná barviva, která jsou dostupná, stabilní a snadno chemicky
modifikovatelná Často se využívá ruthenium tris-bipyridyl [Ru(bpy)3], ve spojení s umělým
donorem obsahujícím tyrosin a Mn. Jedním z možných akceptorů elektronu je
nanokrystalický TiO2. Akceptorová strana nemůže přímo kopírovat přírodní procesy, jelikož
světlem řízená produkce vodíku v přírodě nenastává. Nicméně některé fotosyntetické bakterie
a sinice využívají enzymy zvané hydrogenázy, které umí z protonů a elektronů vytvořit
molekulární vodík, jež je pak dále využíván jako jeden ze zdrojů energie pro metabolismus.
Struktura některých těchto enzymů je známa a úspěšná byla i syntéza funkčního aktivního
místa jednoho z těchto enzymů. V současné době se výzkum zaměřuje především na spojení
této mimiky se senzitizérem, který by umožnil syntézu vodíku za pomocí světla (obr. 3
vpravo).
4
O
3PF6
O
NH
N
N
Mn
O
N
EtOOC
Ru
N
N
EtOOC
N
N
COOEt
N
O
O
O
O
Mn
N
O
N
COOEt
Obr. 3. Vlevo: supramolekulární komplex napodobující reakční centrum rostlin
s modifikovanou molekulou Ru(bpy)3 jako fotosensitizérem a Mn dimerem [2]. Vpravo:
Syntetické aktivní centrum hydrogenázy (horní část molekuly) spojené s fotosensitizérem
Ru(tpy)2 [3].
Třetím směrem ve výzkumu umělé fotosyntézy je konstrukce umělých antén. Syntetické
světlosběrné komplexy jsou nezbytné pro plynulou funkci reakčních center, jelikož tok
slunečních fotonů není bez světlosběrných antén dostačující k zabezpečení průběhu
víceelektronových reakcí jakou je štěpení vody nebo syntéza vodíku. Stejnětak jako mezi
světlosběrnými komplexy v přírodě existuje i značná variabilita mezi syntetickými anténními
komplexy, jež většinou tvoří matrici navzájem propojených pigmentů s definovaným směrem
přenosu energie. Jako příklad umělých světlosběrných antén lze uvést například tzv.
vícejaderné heterometalické komplexy [4] nebo porfyrinové dendrimery [5]. Z výše
uvedených příkladů úspěšné syntézy molekul napodobujících fotosyntetické reakční centrum,
bakteriální hydrogenázy a světlosběrné komplexy je zřejmé, že idea umělé fotosyntézy má
naději na realizaci. Přes nesporné úspěchy v oblasti chemické syntézy je ale funkčnost těchto
modelů stále omezena a plně funkční supramolekuly se dosud nepodařilo syntetizovat. Přes
veškeré problémy spojené s realizací umělé fotosyntézy ale tento projekt zůstává jedním
z nejslibnějších a nejambicióznějších řešení energetických problémů společnosti.
1. GRÄTZEL, M. Photoelectrochemical cells. Nature 414, 338-344, 2001.
2. LOMOTH, R., MAGNUSON, A., SJÖDIN, M., HUANG, P., STYRING, S. HAMMARSTRÖM, L.
Mimicking the
electron donor side of Photosystem II in artificial photosynthesis. Photosynth. Res. 87, 25-40, 2006.
3. OTT, S., BORGSTRÖM, M.,, KRITIKOS, M., LOMOTH, R., BERGQVIST, J., ÅKERMARK, B., HAMMARSTRÖM,
L., SUN, L. Model of the Iron Hydrogenase Active Site Covalently Linked to a Ruthenium Photosensitizer: Synthesis and
Photophysical Properties. Inorg. Chem., 43, 4683-4692, 2004.
4. ANDERSSON, J., PUNTONIERO, F., SERRONI, S., YARTSEV, A., PASCHER, T., POLÍVKA, T., CAMPAGNA, S.,
SUNDSTRÖM, V. Ultrafast singlet energy transfer competes with intersystem crossing in a multi-center transition metal
polypyridine complex. Chem. Phys. Lett. 386, 336-341, 2004.
5. LARSEN, J., ANDERSSON, J., POLÍVKA, T., SLY, J., CROSSLEY, M. J., SUNDSTRÖM, V., ÅKESSON, E. Energy
transfer and conformational dynamics in Zn-porphyrin dendrimers. Chem. Phys. Lett. 403, 205-210, 2005.
5
Energie Slunce
Zpracoval: Vladimír Matajs
V solární technice přichází veškerá využitelná energie ze Slunce. Množství sluneční energie,
která každoročně dopadne na povrch Země je 5000 krát větší, než veškerá potřeba světové
energie, proto se vyplácí podle možností hledat, jak vyřešit alespoň část našich energetických
problémů s použitím této nadměrné nabídky.
Sluneční energie dopadá na Zemi ve značně zředěné formě. Na hranici zemské atmosféry je to
1350W na čtvereční metr = tzv. sluneční konstanta. Při průniku zemskou atmosférou se část
této energie odrazí a pohltí, takže na povrch Země dopadne maximálně 1000W na čtvereční
metr ve formě přímého a difúzního záření. Difúzní složka vzniká rozptylem přímého světla na
oblacích a nečistotách v ovzduší a odrazem od terénu, difúzní složka slunečního záření mimo
jiné způsobuje, že se nebe zdá modré.
Mimo malé energetické hustoty se sluneční záření vyznačuje též značnou časovou a oblastní
nerovnoměrností. V letním půlroce dopadne na zem přibližně 75% z celoročního globálního
záření, navíc jsou velké rozdíly v závislosti na geografické poloze, dokonce i v rámci samotné
České republiky jsou určité rozdíly mezi jednotlivými regiony. Průměrný počet hodin
solárního svitu (bez oblačnosti) se v ČR pohybuje v rozmezí 1400h/rok až 1700h/rok.
Nejmenší počet hodin má severo-západ území, směrem na jiho-východ počet hodin narůstá.
Lokality se od sebe běžně liší v průměru o +-10%, v oblastech se silně znečištěnou
atmosférou nebo v oblastech s vysokým výskytem inverzí je nutné počítat s poklesem
globálního záření o 5-10%. Pro oblasti s nadmořskou výškou od 700 do 2000 m.n.m. je
možné počítat s 5% nárůstem globálního záření. Na Zemi dopadne za rok v našich
podmínkách průměrně 950kWh - 1100kWh energie.
Sluneční energii lze použít pro účely výroby tepla (sluneční kolektory) nebo pro výrobu
elektrické energie (fotovoltaika). U tepelných solárních soustav pak pro přípravu teplé
užitkové vody (dále jen TUV), přitápění objektů a ohřev bazénové vody. Vyrábět elektřinu lze
pro účely vlastní spotřeby v místech, kde není rozvodná síť, nebo ji za účelem zisku prodávat
distributorům elektrické energie.
Tepelná ztráta budovy a vytápění objektu
Dimenzování výkonu solárního systému pro přitápění se provádí na základě tepelné ztráty
objektu, jedná se o energetickou potřebu pro vytopení vnitřku objektu na 20°C při výpočtové
venkovní teplotě –12°C. Pro místa s nadmořskou výškou nad 400 m n.m. se výpočtová
venkovní teplota upravuje na –15°C a pro oblasti s nadmořskou výškou nad 600 m n. m. se
výpočtová venkovní teplota upravuje na –18°C.
Dimenzování výkonu solárního systému pro ohřev TUV
Zjednodušeně se dá říci, že jeden kolektor ohřeje přibližně 100 litrů TUV na teplotu 65°C za
jeden den při optimálních podmínkách (letní den, bezmračná obloha). Potřeba TUV vychází
přibližně na 50 litrů na osobu za den. Při správném dimenzování solárního systému nemůže
nastat přehřátí vody v zásobníku nebo jiný obdobný havarijní stav, a to ani při delší době bez
odběru, například po dobu nepřítomnosti osob z důvodu dovolené a podobně.
6
Typy slunečních kolektorů
Zpracoval: Vladimír Matajs
1.Ploché zasklené sluneční kolektory
Základem plochých zasklených kolektorů je vana v podobě celistvého výlisku z
nekorodujícího Al-Mg, do této nádoby je uložena minerální plsť a měděný trubkový meandr,
ve kterém v průběhu provozu kolektoru proudí nemrznoucí směs, která je průtokem ohřívána.
Přeměnu slunečního záření na teplo zajišťuje absorbér, což jsou tepelně vodivé desky
nalisované na trubkovém meandru. Na svrchní straně absorbéru je nanesena tenká černá
vysoce selektivní konverzní vrstva (AlOx – oxid hlinitý pigmentovaný koloidním niklem),
která zajišťuje pohlcování záření do absorpční plochy a jeho maximální přeměnu na teplo a
zároveň zabraňuje zpětnému vyzařování energie do okolního prostoru a tedy tepelným
ztrátám. Nejsvrchnější vrstva kolektoru je speciální ochranné kalené solární sklo, které má
výborné propustné vlastnosti a zároveň chrání vnitřek kolektoru před povětrnostními vlivy.
Všechny části kolektoru jsou nerozebíratelně zalisovány do zasklívacího rámu z
nekorodujících hliníkových profilů.
Roční energetický zisk z jednoho kolektoru o rozměrech 2040mm x 1040mm dosahuje
hodnot okolo 930kWh/rok. Jeden kolektor je při dobrých slunečních podmínkách schopný
ohřát 100 litrů vody na teplotu až 65°C. Celková účinnost je asi 80%.
Kolektory se pomocí přírub nebo pájecích měděných trubkových vývodů paralelně spojují do
řad, ve vertikálním provedení (na výšku) maximálně po 10 kolektorech za sebou, v
horizontálním provedení maximálně 5 kolektorů za sebou. Sluneční kolektory jsou
dimenzovány pro celoroční provoz, všechny součásti systému jsou schopné pracovat při
venkovních teplotách -32°C až 40°C.
Kolektory jsou tepelně zaizolovaným potrubím spojené s dalšími součástmi systému v tzv.
primárním okruhu. Konfigurace systému se liší dle účelu, pro který jsou kolektory
montovány, kolektory nám mohou ušetřit náklady na energii při přípravě TUV, přitápění v
objektu, temperování bazénové vody, případně libovolné kombinace těchto využití. V
primárním okruhu koluje díky oběhovému čerpadlu teplonosná kapalina - nemrznoucí směs,
která je průchodem kolektory ohřívána a při průchodu výměníkem v bojleru nebo akumulační
nádrži předává teplo pro další využití, případně přes výměník ohřívá bazénovou vodu.
Všechny části solárního systému, které nemusí být na střeše se umisťují do kotelny, resp.
technologické místnosti, kde je umístěna akumulační nádrž (bojler), oběhové čerpadlo,
expanzní nádoba, teploměry, zpětná klapka elektronická regulace atd. Spínání oběhového
čerpadla solárního systému je řízeno dvoučidlovou elektronickou regulační jednotkou, která
vyhodnocuje rozdíl teplot v zásobníku TUV a na kolektorech. Pokud je na kolektorech teplota
vyšší než v zásobníku TUV, uvede do chodu oběhové čerpadlo a při poklesu teplotního
rozdílu čerpadlo odstaví. Celý systém pracuje automaticky a vyžaduje pouze občasnou
kontrolu stavu elektroniky a tlaku v kolektorovém okruhu.
Umístění kolektorů je možné jak na plochou tak na šikmou střechu, na fasádu nebo na volný
terén. Kolektory je možné instalovat nad střešní krytinu nebo integrovat do střešní krytiny,
výrobce kolektorů dodává montážní prvky a podpůrné konstrukce pro všechny možnosti
instalace a pro všechny druhy krytin. Kolektory je nejvýhodnější orientovat jižním směrem,
při odchylkách mezi jiho-východem a jiho-západem jsou ztráty na vyrobené energii do 5%.
Sklon kolektorů je možné přizpůsobit dle provozu systému nebo dle technických možností v
místě instalace, při celoročním provozu je nejvýhodnější sklon 45°, ztráta ve výkonu
kolektoru činí 10% u vodorovného a přibližně 30% u svislého umístění.
7
Životnost kolektorů a záruční doba
Výrobce plochých kolektorů garantuje životnost 25 let, vzhledem k dlouhé tradici výroby jsou
však registrovány instalace, které fungovaly přes 30 let. Standardní záruční doba na tyto
kolektory je 12 let. Kolektory jsou dimenzovány tak, aby fungovaly i při velkých mrazech.
Klidová teplota během letních měsíců může dosáhnout až 170°C, i tak vysokou teplotu tyto
kolektory bez úhony zvládnou.
2.Ploché zasklené sluneční kolektory – vakuové
Popis plochých vakuových kolektorů viz ploché zasklené sluneční kolektory. Vzhledem k
izolačním schopnostem vakua se do těchto kolektorů nedává minerální plsť. Kolektory se po
instalaci na střechu vyvakuují tak, aby byly zaručeny jejich tepelněizolační vlastnosti a
účinnost.
Roční energetický zisk z jednoho kolektoru o rozměrech 2040mm x 1040mm dosahuje
hodnot okolo 1200kWh/rok, což je přibližně o 300kWh/rok více než u nevakuových
kolektorů. Jeden kolektor je při dobrých slunečních podmínkách schopný vodu v zásobníku
ohřát na teplotu dosahující až 100°C.
Celková účinnost je asi 80%.
Vakuové ploché kolektory se pomocí přírub paralelně spojují do řad ve vertikální poloze,
maximálně po 10 kusech. Sluneční kolektory jsou dimenzovány pro celoroční provoz,
všechny součásti systému jsou schopné pracovat při venkovních teplotách -32°C až 40°C.
Klidová teplota tohoto vakuového kolektoru při optimálních podmínkách může dosáhnout až
219°C.
Vakuové kolektory jsou nasazovány výhradně tam, kde je potřeba vyšší teplota připravované
vody (nad 80°C), případně tam, kde je potřeba zvýšit výrobu tepla i při počasí při nízkých
intenzitách slunečního záření.
Vakuové kolektory jsou také účinnější při počasí s nižší intenzitou slunečního záření,
například v zimních měsících, jsou proto velmi vhodné pro přitápěcí systémy. Vakuové
kolektory lze instalovat na jižní střechu, fasádu nebo na terén, na všechny druhy střešních
krytin.
Vakuum v průběhu životnosti kolektoru
Kolektory se vyvakuovávají po nainstalování na místo a po zapojení do primárního okruhu.
Při samotném vyvakuování se provádějí zkoušky těsnosti a úniků, případně problémy je
možné řešit na místě. Do kolektorů difúzně pronikají molekuly vzduchu a úroveň vakua se
během let snižuje. Součástí systému je ukazatel úrovně vakua, které když klesne pod určitou
úroveň, je nutné vakuum servisním zásahem obnovit.
Cena vakuových kolektorů
Vakuové kolektory dosahují vyšších účinností při zhoršených podmínkách, lze díky nim
dosahovat vyšších teplot vody v akumulační nádrži. Za tento komfort je však nutné zaplatit
daň v podobě přibližně dvojnásobné ceny oproti nevakukovaným kolektorům. Zbytek
primárního okruhu solárního systému je obdobný a za obdobnou cenu, jako u klasických
plochých kolektorů.
8
Životnost kolektorů a záruční doba
výrobce plochých kolektorů garantuje životnost 25 let, vzhledem k dlouhé tradici výroby jsou
však registrovány instalace, které fungovaly přes 30 let. Standardní záruční doba na tyto
kolektory je 12 let. Kolektory jsou dimenzovány tak, aby fungovaly i při velkých mrazech.
3.Trubicové vakuové kolektory
Kolektory založené na systému vakuových trubic si můžeme představit jako skleněnou
termosku - menší trubice je vložená do větší a mezi nimi je vytvořeno vakuum, které má
ideální izolační schopnosti. Vakuum v trubicích zabraňuje ztrátám tepla do okolí. Válcový
tvar trubic umožňuje absorbci slunečního záření i při neoptimální orientaci kolektoru nebo při
východu a západu slunce. Uvnitř skleněných trubic je uložená tzv. "tepelná trubice" nebo
"heat-pipe", tedy absorbér vyrobený z mědi s malým obsahem teplonosné kapaliny na bázi
alkoholu, která se teplem odpařuje a tím z absorbéru odebírá teplo. Páry stoupají do horní
části trubice a tam kondenzují, čímž předávají teplo do okolo proudící nemrznoucí směsi
solárního okruhu. Kondenzát pak stéká zpět na dno trubice a koloběh se opakuje. Teplo z
nemrznoucí směsi solárního okruhu je pak přes výměník v bojleru nebo v solárním zásobníku
akumulováno do topné nebo do teplé užitkové vody.
Vakuové trubice jsou oddělené od solárního okruhu měděným sběračem, při poškozené jedné
nebo více trubic tak kolektor funguje dál. Při výměně trubic také není nutné vypouštět
nemrznoucí směs ze solárního okruhu, výměna trubic je pak relativně jednoduchá. Některé
typy vakuových trubicových kolektorů umožňují i přímý průtok nemrznoucí kapaliny ze
solárního okruhu, výměna poškozených trubic je pak náročnější a neobejde se bez vypuštění
solárního okruhu.
Trubicové vakuové kolektory jsou díky výborným izolačním schopnostem (které zajišťuje
právě vakuum) nezávislé na teplotě okolního prostředí. Kolektor je pak oproti klasickým
nevakuovaným kolektorům účinnější v přechodných obdobích a je také účinnější při získávání
energie z difúzního rozptýleného záření, energetický zisk může činit až 900kWh na čtvereční
metr. V průběhu letních měsíců v období vyšších teplot je účinnost vakuových trubic
přibližně shodná s ostaními typy kolektorů, výhoda vakua se projeví až během přechodných a
zimních měsíců. Zásadní nevýhodou trubic je větší náchylnost k mechanickému poškození,
které může způsobit například sněhová pokrývka a led v zimních měsících. Vakuové trubice
jsou oproti nevakuovaným technologiím také 2 až 3 násobně dražší.
Využití trubicových vakuových kolektorů
Trubicové kolektory lze použít pro přípravu TUV, přitápění nebo ohřev bazénu. Přitápění v
objektu je výhodnou variantou vzhledem k vyšším účinnostem kolektoru při zhoršených
slunečních podmínkách v přechodných měsících a v zimě. Účinnost během teplých letních
měsíců je u vakuových trubic srovnatelná s nevakuovanými kolektory.
4.Koncentrační kolektory na bázi lineární Fresnelovy čočky
Koncentrační sluneční kolektor je víceúčelové zařízení, v němž jsou originálním způsobem
skloubeny prvky aktivního i pasivního solárního systému. Základním konstrukčním prvkem je
koncentrátor slunečního záření - lineární Fresnelova čočka, vyráběná ze skla metodou
kontinuálního lití s koeficientem koncentrace cca 5. Dvojskla s lineární Fresnelovou čočkou
osazená do hliníkových nebo dřevěných zasklívacích rámů jsou pak součástí střešního pláště a
nahrazují střešní krytinu.
Lineární Fresnelova čočka soustřeďuje přímou složku slunečního záření do lineárního
ohniska, kde se nachází absorbér z hliníkového profilu s vyvložkovanou měděnou trubkou, na
9
kterém dochází k přeměně koncentrovaného slunečního záření na teplo. To je z absorbérů
odváděno teplonosnou kapalinou, která jimi protéká do zásobníků TUV. Se změnou polohy
Slunce na obloze se mění i poloha ohniska Fresnelových čoček. Z toho důvodu je rám s
absorbéry pohyblivý a řídící elektronika kolektoru se stará o to, aby se absorbéry vždy
nacházely v místě maximálního slunečního záření, tedy v ohnisku čoček.
Osvětlovací funkce kolektoru - střešní plášť nad místností je transparentní (průsvitný) a do
prostoru pod kolektorem tak prochází sluneční záření. Jeho energeticky významná část přímá složka je čočkou zkoncentrována a pohlcena na absorbérech. Interiér je tak rovnoměrně
osvětlen pouze rozptýleným světlem bez kontrastních stínů a není vystaven světelným
"šokům", které způsobuje proměnlivá oblačnost.
Klimatizační funkce kolektoru - energeticky významná přímá složka slunečního záření je
zkoncentrována Fresnelovou čočkou na pohyblivé absorbéry a na jejich černém povrchu je
přeměněna na teplo. Ve formě ohřáté teplonosné kapaliny je pak zhruba 60% energie přímé
složky slunečního záření odvedeno mimo prostor, nad kterým jsou nainstalovány kolektory.
Tento jev významně přispívá ke snížení energetické zátěže interiéru pod kolektorem zejména
v letních měsících. Sluneční záření se po průchodu běžným sklem změní uvnitř v místnosti na
teplo, které je pak nutné energeticky náročnou klimatizací odvětrávat. V zimních měsících
kolektor propouští rozptýlené sluneční záření do místnosti, kde se mění v teplo, které
působením skleníkového efektu v místnosti zůstává a přispívá tak ke snížení nákladů na
vytápění.
Příprava teplé užitkové vody - teplo, které vzniká na černém povrchu absorbérů
fototermální přeměnou koncentrovaného slunečního záření je odváděno protékající
teplonosnou kapalinou a prostřednictvím výměníku tepla je předáváno do akumulační nádrže
nebo do bojleru.
Využití koncentračních kolektorů
Koncentrační kolektor je v první řadě prosvětlovací stavební prvek, až sekundárně poskytuje
funkci zachytávání tepla pro výrobu TUV nebo vytápění. Účinnost koncentračního kolektoru
je oproti klasickým kolektorům přibližně třetinová (vztaženo na metr čtvereční plochy). Jeho
nasazení přichází v úvahu tam, kde by použití klasických kolektorů nebylo možné, například
v historických objektech nebo v historických jádrech měst. Koncentrační kolektory lze využít
také tam, kde má prosvětlení prostoru přednost před výrobou tepelné energie, tedy do zimních
zahrad nebo nad vnitřní bazény.
5.Plastové absorbéry pro přímé temperování bazénové vody
Na černém solárním plastovém absorbéru dochází k přeměně dopadajícího slunečního záření
na teplo. Teplo je využíváno především pro ohřev vody ve venkovních bazénech a nebo pro
potřeby zahrádkářů, chalupářů a chovatelů.
Účinnost plastových absorbérů
Plastové absorbéry nejsou nijak zaizolovány proti vnějšímu prostředí. Jejich účinnost je tedy
tím vyšší, čím vyšší je teplota okolního prostředí. Jakmile teplota vzduchu poklesne, nebo v
případě, že fouká silnější vítr, účinnost kolektorů klesá. To může být nevýhodou v případě
použití absorbéru v jarních a podzimních měsících.
6.Teplovzdušné kolektory
Teplovzdušný kolektor je solární zařízení, které slouží k přitápění objektů v přechodném
období. Je možné je používat nezávisle v kombinaci s klasickým ústředním vytápěním nebo
společně s elektrickým přímotopným vytápěním konvektorovými otopnými tělesy. Jedná se o
solární panel k přímému ohřevu vzduchu. Sluneční záření se při dopadu na absorbér mění na
10
teplo a ohřívá vzduch uvnitř kolektoru. Při zahřátí vzduchu nad 33°C se automaticky uvádí do
provozu ventilátor, který ve spodní části kolektoru nasává chladný vzduch z objektu a vhání
do místnosti vzduch ohřátý.
Tento typ kolektoru je vhodný pro umístění na jižní stěnu nebo na jižní střechu objektu.
11
Zhodnocení účinnosti teplovodních solárních kolektorů
Zpracovali: Mgr. Naděžda Štysová, RNDr. Jan Pokorný,CSc., RNDr. Dalibor Štys,
CSc., Ing. Vladimír Kučeravý
Úvod
Firma ENVI s.r.o. z Třeboně nainstalovala solární zařízení, určené pro celoroční přípravu 9
325 litrů teplé vody, na střechách objektů domova důchodců a penzionu Hvízdal v Českých
Budějovicích na přelomu let 2001 a 2002. Pro ohřev vody toto zařízení využívá fototermickou
přeměnu slunečního záření, dopadajícího na absorbční vrstvu 72 plochých slunečních
kolektorů (127 m2).
Předpokládaný roční energetický zisk ze solárního zařízení by měl být 74 446 kWh/rok.
Vzhledem k tomu, že denní průměrná potřeba teplé vody v domově důchodců a v penzionu je
12,7 m3 a roční spotřeba energie na její přípravu činí 242 725 kWh, měla by procentuální
úspora energie pro přípravu teplé vody při použití solárního systému dosáhnout 30,6 %.
V Českých Budějovicích se hodnota radiace v rovině 45° pohybuje kolem 1180 kWh/m2 za
rok. Z toho usuzujeme, že účinnost solárního systému by mohla být až 50%.
Popis solárního systému na přípravu teplé vody
Použité ploché sluneční kolektory Heliostar 202N mají rozměr 75x1008x2008 mm, absorbční
plocha činí 1,76 m2, hmotnost je 45 kg. Jsou vyrobeny z hlubokotažné korozivzdorné slitiny
Al-Mg a izolovány 40 mm čedičové plsti. Solární absortivita je minimálně 0,93, tepelná
emisivita činí maximálně 0,2. Pracovní teplota dosahuje hodnot menších než 100°C,
maximální teplota na povrchu absorbéru při chodu naprázdno je 180°C.
Při instalaci bylo použito 72 kolektorů Heliostar H202N s celkovou absorpční plochou 127
m2. Jednotlivé kolektory jsou mezi sebou propojeny paralelně do dílčích kolektorových polí
po čtyřech a po osmi kolektorech. Počet kolektorů i jejich rozmístění jsou dány prostorovými
možnostmi i vzájemným odstupem jednotlivých kolektorových polí tak, aby nedocházelo
k zastínění ani v zimních měsících. Kolektory jsou orientovány na jih se sklonem 45°, což
zaručuje optimální využití solárního systému v průběhu celého roku. Vstupy a výstupy dílčích
kolektorových polí jsou napojeny na ocelové sběrací potrubí.
Vzhledem k uspořádání technologické zástavby na střechách objektů jsou dílčí kolektorová
pole řazena do dvou sekcí, jedna s 30 kolektory na střeše domova důchodců a druhá s 42
kolektory na střeše penzionu. Každá z těchto sekcí má vlastní sběrací potrubí. Po vstupu do
objektu se obě sběrací potrubí spojují a do strojovny solárního zařízení v přízemí domova
důchodců už pokračuje rozvod primárního okruhu pouze dvěma stoupacími trubkami pro
přívod a odvod teplonosného média.
Potrubní rozvody primárního okruhu solárního zařízení jsou za účelem minimalizace
tepelných ztrát izolovány. Rozvody na střeše objektů, vystavené povětrnostním vlivům, jsou
izolovány izolací z minerální plsti o tloušťce 30 až 40 mm a opláštěny 0,8 mm silným
hliníkovým plechem, aby se zabránilo mechanickému poškození izolace a degradaci
izolačního materiálu vlivem UV složky slunečního záření.
Pro předávání tepla z teplonosného média do vody slouží deskový výměník Alfa Laval,
umístěný ve strojovně solárního zařízení. Aby se zajistila účinná cirkulace teplonosného
média v primárním okruhu solárního systému, používá se cirkulační čerpadlo Grundfos UPSD
32-120. Kvůli vyrovnání objemových změn teplonosného média při jeho ohřívání a chladnutí
je do primárního okruhu vřazeno osm tlakových expanzních nádob. Aby se zajistil celoroční
provoz solárního zařízení, je primární okruh vyplněn 600 l nemrznoucí směsi Solaren (voda
s monopropylenglykolem).
12
Sekundární – zásobníkový okruh slouží k ukládání tepla, získaného fototermickou přeměnou
sluneční energie na energii tepelnou na selektivní absorbční vrstvě plochých slunečních
kolektorů, do čtyř solárních akumulačních nádrží. Nádrže, každá o objemu 1 865 l, jsou
řazeny za sebou a umístěny v přízemí objektu. Vnitřní povrch nádrží je opatřen nátěrem Bisil,
vnější strana je pak izolována vrstvou minerální plsti a opláštěna hliníkovou fólií s drátěným
pletivem. Každá nádrž je vybavena teploměrem, aby se daly sledovat provozní stavy systému.
Teplo z kolektorů je do akumulačních nádrží předáváno v deskovém výměníku tepla. I
v sekundárním okruhu je osazeno cirkulační čerpadlo. Spouští se zároveň s oběhovým
čerpadlem primárního okruhu. Zajišťuje cirkulaci teplé vody v akumulačních nádržích a tím
jejich postupné nabíjení teplem, dodaným slunečními kolektory.
Rozvody vody v sekundárním okruhu jsou vyrobeny z plastových trubek, izolovaných po celé
délce izolací Mirelon.
Aby se zajistily kontinuální dodávky teplé vody pro objekty domova důchodců a penzionu i
v období s nízkou intenzitou slunečního svitu, byl solární systém pro přípravu teplé vody
doplněn zařízením pro decentralizovanou přípravu teplé vody.
Energie získaná ze slunečních kolektorů ohřívá vodu v nádržích č.1,2,3,4. Z nádrže č.4 je
předehřátá voda vedena do nádrže č.5 a odtud pak k jednotlivým odběrným místům. Ohřátí
nebo dohřátí vody na 60°C v této nádrži, pokud nestačí energie ze slunečních kolektorů, se
provádí pomocí tepla z veřejného horkovodu.
Měření výkonových parametrů
Měření výkonových parametrů zajišťuje zařízení MT 500, které se skládá z průtokové části
zabudované do potrubí a vyhodnocovací jednotky, jenž z velikosti průtoku a teplot,
naměřených v přívodním a vratném potrubí, počítá aktuálně dodávané množství tepla.
Aktuální hodnoty jsou pak zobrazovány na jednořádkovém LCD displeji. Dodatečně byl
osazen modul archívu a hodin reálného času. Pro měření a archivaci meteorologických dat
byly použity tyto přístroje a čidla: datalogger M 4216, pyranometr CG 420, anemometr W2t a
teplotní čidla Pt 100.
Monitorování systému se provádělo v průběhu dvou let od 1.1. 2003 do 31.12. 2004 a probíhá
i nadále.Data se ukládají dvojím způsobem: jedním dataloggerem je meteostanice a druhý
datalogger je ve strojovně solárního systému. Jednou měsíčně jsou data stahována do laptopu.
V průběhu let 2003 a 2004 byly sledovány hodnoty radiace, teplot na vstupech a výstupech,
velikost průtoku a zjišťován výkon slunečních kolektorů. Měřené veličiny jsou snímány třemi
způsoby: v desetiminutových průměrech, v hodinových průměrech a v denních průměrech.
Z grafu 1 lze vyvodit, že od března do srpna postupně rostl výkon kolektorů, protože v této
době je úhel nastavení kolektorů nejblíže optimu a zároveň doba osvitu je již dostatečně
dlouhá. Nejvyššího energetického zisku bylo dosaženo vždy v srpnu. V roce 2003 bylo
dosaženo hodnoty 9 740,8 kWh, v roce 2004 hodnoty 9 050 kWh.
Výsledky měření
Tabulky 1 a 2 ukazují výsledky naměřených měsíčních hodnot za dva roky měření. Objevují
se zde hodnoty sluneční radiace v rovině kolektorů 45°, hodnoty energetických zisků jednoho
kolektoru i celého systému, hodnoty účinnosti systému a hodnoty nejvyššího tepelného
výkonu systému.
Všechna data, která se nacházejí v grafech a tabulkách, pro hodnoty globální radiace a
energetického zisku jsou spočítána z hodinových nebo denních průměrů naměřených hodnot.
Tabulka 1 Měsíční hodnoty radiace, energetický zisk jednoho kolektoru, energetický zisk
celého systému, účinnost systému a nejvyšší tepelný výkon systému v roce 2003
13
Měsíc
Radiace
(kWh/m2)
v rovině
kolektorů
45°
leden
38,2
únor
72,4
březen
107,3
duben
134,5
květen
147,9
červen
154,2
červenec 142,7
srpen
158,2
září
131,0
říjen
75,6
listopad
52,3
prosinec
40,2
celkem
1 254
Radiace
(kWh)
v rovině
kolektorů
45°
4 836,45
9 168,81
13 601,95
17 046,66
18 736,21
19 541,53
18 083,10
20 051,51
16 599,60
9 582,73
6 622,23
5 090,76
158961,54
Energetický
zisk jednoho
kolektoru
(kWh/m2)
Energetický
zisk systému
(kWh)
9,7
21,7
41,3
56,1
67,0
72,5
64,0
76,9
58,3
23,2
16,7
7,4
514
1 226,9
2 750,8
5 232,2
6 103,3
8 489,7
9 181,4
8 104,4
9 740,8
7 392,8
2 933,9
2 117,8
941,4
65 216
Účinnost
systému
(%)
25
30
38
36
45
47
45
48
44
31
32
18
Nejvyšší
tepelný
výkon
systému
(kWh/den)
212,22
298,33
409,44
416,39
443,33
442,22
430,56
409,17
406,11
278,89
236,67
138,33
Tabulka 2 Měsíční hodnoty radiace, energetický zisk jednoho kolektoru, energetický zisk
celého systému, účinnost systému a nejvyšší tepelný výkon systému v roce 2004
Měsíc
Radiace
Radiace
Energetický
Energetický Účinnost Nejvyšší
(kWh/m2)
(kWh)
zisk jednoho zisk systému systému
tepelný
v rovině
v rovině
kolektoru
(kWh)
(%)
výkon
kolektorů
kolektorů (kWh)
systému
45°
45°
(kWh/den)
leden
72,13
9 140,42
22,21
1 599,44
17
190,83
únor
74,18
9 399,89
31,30
2 253,89
24
289,17
březen
116,18
14 722,83
65,86
4 742,22
32
389,44
duben
139,85
17 722,10
91,63
6 597,22
37
424,17
květen
135,88
17 218,52
84,67
6 096,39
35
418,61
červen
121,22
15 361,11
95,16
6 851,39
45
447,22
červenec 129,47
16 406,69
109,60
7 891,39
48
453,33
srpen
138,50
17 550,60
125,69
9 050,00
52
440,56
září
124,45
15 770,65
96,92
6 978,06
44
467,22
říjen
89,08
11 288,22
listopad
44,34
5 618,75
prosinec
55,55
7 039,72
celkem
1 240,83
157 239,5
723,10
52 060,00
Solární instalace fungovala stabilně po celou testovací dobu. Koroze částí systému nebyla
pozorována. Kontrolní měření hodnot pH a hustoty kapaliny po roce činnosti ukázala, že
Solaren má stabilní složení.
Solární instalace vyžadovala pouze minimální množství údržby a kontrol.Údržba se prováděla
v pravidelných intervalech a zahrnovala kontrolu provozních parametrů systému, kontrolu
tlaku v primárním okruhu, kontrolu znečištění povrchu kolektorů, čištění filtrů v primárním a
14
sekundárním okruhu i systému decentralizované přípravy teplé vody, kontrolu tlaku
v expanzních tlakových nádobách atd.
Koncem roku 2004 došlo k poruše zařízení pro sběr a ukládání dat, a proto výsledky měření
za měsíce říjen, listopad a prosinec chybějí.
Firma ENVI s.r.o. provedla další instalaci solárního zařízení v Jindřichově Hradci na přelomu
let 2002 a 2003. V tomto případě se jednalo o systém pro celoroční přípravu 400 litrů teplé
užitkové vody a temperování bytu v bytovém domě v historickém jádru města. Instalace byla
provedena při renovaci části objektu.
Pro instlaci byly opět použity kolektory Heliostar H202N,tentokrát se instalovalo 5 kolektorů
s celkovou absorpční plochou 8,8 m2. Na měření se použily stejné přístroje, jako u předešlého
systému, navíc byl přidán datalogger M 4016G jako telemetrická stanice.
Telemetrická stanice M 4016G je postavena na průmyslovém modulu M 35 od firmy
Siemens, který s řídící mikroprocesorovou jednotkou tvoří celek pro samostatný sběr dat,
jejich následnou archivaci a přenos prostřednictvím GSM sítě. Telemetrická stanice obsahuje
8 analogových vstupů, 8 digitálních vstupů, nastavitelných jako binární nebo pulsní vstupy,
frekvenční vstup a datovou paměť. Telemetrická stanice využívá komunikační software
MOST 32, což je základní programový produkt pro nastavení přístrojů a přenášení
archivovaných dat včetně jejich zpracování. Program pracuje pod Win95 a výše. Verze
MOST/G umožňuje i odesílání a příjem SMS.
Data jsou nejdéle v týdenních intervalech stahována a archivována.
Během let 2003 a 2004 se sledoval průběh radiace a výkon kolektorů v jednotlivých měsících.
Z grafu 2 je možno vysledovat, že v březnu, dubnu, květnu a září se postupně zvyšoval výkon
kolektorů, což samozřejmě souvisí s dostatečně dlouhou dobou osvitu i s úhlem nastavení
kolektorů. V červnu a červenci došlo k propadu výkonu kolektorů z důvodu nízkého odběru
vody.
Tabulka 3 Jindřichův Hradec 2003
měsíc
Radiace
Radiace
(kWh/m2)
(kWh)
v rovině
v rovině
kolektorů
kolektorů
45°
45°
leden
34,60
304,51
únor
87,74
772,14
březen
117,20
1031,30
duben
139,22
1225,11
květen
157,80
1388,62
červen
165,81
1459,17
červenec
139,54
1227,98
srpen
166,10
1461,64
září
133,05
1170,86
říjen
70,91
624,01
listopad
47,71
419,84
prosinec
32,40
285,16
celkem
1292,08
11370,34
Energetický
zisk jednoho
kolektoru
(kWh/m2)
5,87
27,24
33,30
42,46
44,44
33,51
27,04
43,71
43,90
18,67
12,78
4,70
337,62
Energetický
zisk systému
(kWh)
51,69
239,70
293,00
373,63
391,09
294,89
237,95
384,61
386,35
164,33
112,46
41,33
2971,03
Účinnost
systému
(%)
17
31
28
31
28
20
19
26
33
26
27
15
Nejvyšší
tepelný
výkon
systému
(kWh/den)
14,79
19,18
21,59
21,23
22,18
16,46
20,15
18,66
22,65
17,03
12,67
7,72
15
Tabulka 4 Jindřichův Hradec 2004
měsíc
Radiace
Radiace
(kWh/m2)
(kWh)
v rovině
v rovině
kolektoru
kolektoru
45°
45°
leden
45,14
397,23
únor
62,71
551,83
březen
108,20
951,90
duben
126,34
1111,82
květen
129,63
1140,76
červen
130,84
1151,36
červenec
133,67
1176,32
srpen
142,11
1250,53
září
114,54
1007,98
říjen
84,86
746,78
listopad
30,89
271,87
prosinec
34,41
302,85
celkem
1143,34
10061,23
Energetický
zisk jednoho
kolektoru
(kWh/m2)
7,48
14,05
30,46
38,78
38,04
26,47
19,95
23,36
24,00
25,68
6,40
7,16
261,83
Energetický
zisk systému
(kWh)
65,85
123,66
268,02
341,26
334,79
232,93
175,52
205,59
211,18
225,96
56,33
63,02
2304,11
Účinnost
systému
(%)
17
22
28
31
29
20
15
16
21
30
21
21
Nejvyšší
tepelný
výkon
systému
(kWh/den)
10,64
14,50
20,89
20,46
21,15
20,01
19,54
14,20
18,15
17,66
10,70
8,68
Závěry
Solární zařízení v Českých Budějovicích dosáhlo v roce 2003 energetického zisku 65 216
kWh/rok, v roce 2004 energetického zisku 52 060 kWh/rok. To znamená, že v prvním
monitorovaném roce bylo dosaženo 87,6% předpokládaného energetického zisku, v druhém
monitorovaném roce 69,9 % (z důvodu poruchy záznamu dat chybí hodnoty naměřené
v měsících říjnu, listopadu a prosinci, a to je jeden z hlavních důvodů, proč je energetický zisk
za rok 2004 nižší než v roce 2003). Účinnost systému od dubna do září 2003 se pohybovala
mezi 36 a 48%. Účinnost systému od dubna do září 2004 se pohybovala od 35 do 52%.
Použitím solárního systému se zabránilo vzniku 18 260,48 kg emisí CO2 za rok 2003 a
nejméně 14 576,8 kg za rok 2004.
Solární zařízení v Jindřichově Hradci dosáhlo v roce 2003 energetického zisku 2 971,03 kWh,
v roce 2004 to bylo 2 304,11 kWh. Účinnost systému od března do května 2004 se
pohybovala mezi 28% a 31%, od srpna do listopadu 2003 mezi 26% až 33%. Účinnost
systému od března do května 2004 se blížila 31%, v letních měsících – z důvodu nízkého
odběru vody – se snižovala až na 15%, od září do prosince se pohybovala mezi 21% a 30%.
Díky solárnímu systému se zabránilo vzniku 831,89 kg emisí CO2 za rok 2003 a 645,15
kg emisí za rok 2004.
Realizace obou systémů byly umožněny díky dotaci SFŽP.
16
Fotovoltaika
Zpracoval: Vladimír Matajs
Co je to fotovoltaický jev?
Na rozhraní dvou polovodičových materiálů, na něž dopadá světlo, vzniká elektrické napětí.
Světlo se skládá z nesčetných drobných nosičů energie, fotonů. Dopadnou-li tyto fotony na
solární článek, budou uvolněny elektrony na n-vrstvě a přesouvat se k p-vrstvě křemíkového
polovodiče. Tento přesun se nazývá průtok proudu a probíhá vždy od – do +.
Jaký je rozdíl mezi fotovoltaickým článkem a panelem?
Fotovoltaický článek je tenká (méně než 1mm) destička složená z křemíku a dalších materiálů
o rozměrech přibližně 10 krát 10 centimetrů, napětí takového jednoho článku je při
optimálních světelných podmínkách přibližně 0,5V. Fotovoltaický panel je sériově paralelní
zapojení těchto článků, které jsou přilepeny na tedlarový podklad a uchyceny v hliníkové
konstrukci pod solárním vysocepropustným sklem. Fotovoltaika je obvykle dodávána v
podobě panelů, které se usazují do vhodných konstrukcí nad nebo do střešní krytiny, případně
na terén.
Co znamená jednotka výkonu Wp (Watt peak)?
Nominální výkon fotovoltaických panelů je udáván v jednotkách Watt peak (Wp), jde o
výkon vyrobený solárním panelem při standardizovaném výkonnostním testu, tedy při
energetické hustotě záření 1000W/m2, 25°C a světelném spektru odpovídajícím slunečnímu
záření po průchodu bezoblačnou atmosférou Země (Air Mass 1,5). Watt peak je jednotkou
špičkového výkonu dodávaného solárním zařízením za ideálních podmínek, jde tedy přibližně
o výkon dodávaný panelem nebo systémem za běžného bezoblačného letního dne.
Jaké jsou typy fotovoltaických instalací?
Fotovoltaika je využitelná v tzv. ostrovních systémech, tedy v místech bez elektrické
přípojky. Takový systém slouží k výrobě elektřiny, která se uchovává v akumulátorech pro
pozdější spotřebování. Fotovoltaický systém lze však vybudovat i tam, kde elektrická přípojka
je, v takovém případě elektřinu buďto spotřebováváme a přebytky prodáváme, případně je
fotovoltaický systém vybudován výhradně pro prodej vyrobené energie za výkupní cenu
stanovenou Energetickým regulačním úřadem. Samostatnou kapitolou fotovoltaických
systémů jsou FV elektrárny budované na k tomu vyhrazenému pozemku.
Kolik energie vyrobí fotovoltaický panel?
1kWp nainstalovaného výkonu vyrobí za rok průměrně 900kWh elektrické energie. Tato
hodnota může být vyšší až o 10% díky vyšší nadmořské výšce (nebo nižší, v nížinách bývají
častěji mlhy a inverze), může však být nižší i díky nemožnosti umístit panely do optimální
orientace. Vyrobený výkon se může lišit také v závislosti na geografickém umístění,
statisticky nejvíce slunečních dnů je na Jižní Moravě a v Jižních Čechách, nejméně v
Severních Čechách. Hodnota 900kWh/rok/1kWp je průměrná, závisí na počtu slunečních dnů
v daném roce a to závisí na klimatických podmínkách, které jsou rok od roku různé. Do této
hodnoty jsou započítány i ztráty na vodičích a měniči.
Kolik metrů čtverečních je třeba na výkon 1kWp?
1kWp nainstalovaného výkonu obnáší přibližně 8 metrů čtverečních panelů. Pokud jsou
panely instalovány na volný vodorovný terén do řad za sebou, je zapotřebí plocha přibližně
17
2,6x větší, než je plocha samotných kolektorů, protože řady musí být za sebou v takových
rozestupech, aby si nestínily.
Jaká je životnost fotovoltaických panelů?
Většina výrobců udává životnost okolo 25 let. Záruční doba na panely a měniče je obvykle
pět let, u měničů napětí se dá připlatit za prodlouženou záruku až na 7 až 20 let. Fotovoltaický
panel však průběhu životnosti degraduje, výrobci obvykle garantují 90% účinnost po 12
letech a 80% účinnost panelu po 25 letech. Teoreticky lze provozovat fotovoltaický panel
mnohem déle, například 30 let, otázkou je však výhodnost jeho provozování při neustále se
snižující účinnosti a dále díky neustálému vývoji nových technologií může za 20 let (tedy po
uplynutí doby garantované výkupní ceny) být výhodnější nakoupit nové, účinnější a levnější
fotovoltaické panely.
Jaký je optimální sklon a orientace panelů?
Ideální orientace je přímo na jih, při orientaci v rozsahu jiho-východ až jiho-západ jsou
maximální ztráty dosaženého výkonu přibližně 5%. Panely lze orientovat i vodorovně při
ztrátě 10% nebo svisle při ztrátě 30%. Sklon panelů závisí na typu systému a způsobu jeho
využívání, při celoročním provozu ostrovních systémů je lépe umístit panely více "nakolmo"
(49°), protože sluneční kotouč je nízko v zimních měsících, naopak maximalizaci zisku u
systémů pro výrobu elektřiny do sítě dosáhneme umístěním panelů více "naležato" (32°),
protože během letních měsíců, kdy je nejvíce slunečních dnů a Slunce je vysoko na Zemi
dopadá 75% ročního úhrnu globálního záření.
Jak se vyrobená energie vykupuje a co je to zelený bonus?
Fotovoltaický systém můžete mít na výrobu výhradně do sítě distributorské firmy, v takovém
případě inkasujete výkupní cenu (13,46Kč/kWh bez DPH). Pokud část elektrické energie
spotřebováváte, inkasujete zelený bonus (12,65Kč/kWh bez DPH) s tím, že spotřebovanou
energii nemusíte nakupovat, čímž realizujete úsporu. Zelené bonusy lze inkasovat i za výrobu
energie do akumulátorů u ostrovních systémů, vyrobená energie však musí být měřena.
Zelený bonus je zkráceně "prémie za výrobu elektřiny čistým způsobem". Výkupní cena i
zelený bonus jsou garantovány na 20 let od uvedení systému do provozu.
Kolik stojí fotovoltaický systém?
Cena fotovoltaických systémů se obvykle udává v ceně za instalovanou 1kW výkonu zařízení.
Tato cena klesá s velikostí budovaného systému, protože můžeme realizovat množstevní slevy
a podobně, reálné je instalovat velkou solární elektrárnu za cenu okolo 135.000Kč/kWp.
Pokud však budeme poptávat fotovoltaický systém o výkonu pouhé 1kWp, je dost
pravděpodobné, že nás vyjde na částku okolo 160.000Kč. U cenových nabídek je nutné
rozlišovat, co vše je součástí ceny - některé firmy do ceny instalace nezahrnují asistenci při
získání licence na výrobu elektřiny, při získání smlouvy o připojení s distribuční společností a
asistenci při podávání žádosti o dotaci.
18
Voda v krajině
Zpracoval: RNDr. Jan Pokorný, CSc.
Krajinou rozumíme část zemského povrchu s typickou kombinací přírodních a kulturních
prvků. Žijeme v kulturní krajině, dlouhodobě využívané člověkem. Pouze v odlehlých
místech Země a v některých národních parcích můžeme poznávat krajinu přirozenou, kterou
neutváří člověk přímo svoji činností. Šest miliard obyvatel Země přetváří na začátku třetího
tisíciletí svoji krajinu rychlým tempem, soustavným úsilím a globálně díky globálně sdíleným
technologiím a principům hospodaření. Fosilní paliva umožnila transport zboží denní potřeby
na dálku a exodus obyvatel z venkova do měst a odpoutání člověka od základního zdroje
obživy – od půdy, od krajiny. V rozvinutých zemích pracuje v zemědělství méně než 5%
populace, obyvatelé měst ztratili kontakt s krajinou a neuvědomují si, že zemědělec a lesník
určuje svým hospodařením množství a kvalitu vody v tocích, ovlivňuje klima a vytváří
základní podmínky pro život včetně potravin a obnovitelných zdrojů.
Současný anglický historik, Clive Ponting ukazuje ve své knize „Zelená historie světa“, že
vývoj a zánik velkých lidských civilizací má společné rysy – člověk zemědělec odvodňuje
močály, žďáří lesy a jeho stáda domestikované zvěře vypásají trvalé travní porosty.
Lidské civilizace odvodňují krajinu a vyčerpávají zdroje
Dva miliony let se člověk živil na Zemi převážně lovem a sběrem, teprve „nedávno“
v průběhu několika tisíc let se způsob života člověka změnil – stal se zemědělcem – pěstuje
plodiny a pase zvířata.
Tato nejdůležitější změna v historii člověka se odehrávala nejdříve v jihozápadní Asii, v Číně
a ve střední Americe. Vyšší produkce potravin vedla k růstu populace, vzniku sídlišť a rozvoji
hierarchické společnosti.
Před 10 000 roky, tedy po konci poslední doby ledové, žily na Zemi asi 4 miliony lidí a
populace pomalu vzrůstala na 5 milionů v průběhu dalších pěti tisíc let. Poté s rozvojem
zemědělství počet lidí na Zemi začal rychleji růst, populace se zdvojnásobovala přibližně za
každé milénium až na 50 milionů před 1000 roky, další zdvojnásobení přišlo za 500 let, další
za následujících 200 let a poté během 300 let dosáhla světová populace dnešního stavu 5 – 6
miliard.
První domestikované zvíře byl pes. Doklady o tom jsou z Austrálie, kde žil s původními
obyvateli (aboriginci) již před c. 20 – 30 000 roky. Ovce a kozy se začínají chovat před 8000
roky, skot zdomácňuje ještě později. Pozoruhodné je, že většina civilizací až do dnešní doby
pěstuje pšenici a ječmen (Mezopotámie, Egypt., Evropa). Tyto dvě obilniny byly vyšlechtěny
ze stepních trav, vyžadují proto stepní podmínky a provázejí lidské civilizace od jejich
počátku. Jejich kořeny nesnášejí zatopení a půda pro jejich pěstování musí být proto
odvodněna. V Řecku měnilo zemědělství krajinu postupně již od 5000 př.n.l. a v průběhu
několika tisíců let se posunovaly zemědělské praktiky na sever do Evropy, kde se musel
vykácet klimaxový les a obdělat půda. V mírném pásmu zaujímal původní les před rozvojem
zemědělství cca 90 % plochy, na území našeho státu se začalo systematicky odlesňovat na
přelomu prvního a druhého tisíciletí, tedy v ranném středověku. Současné lesní porosty se
zásadně liší od lesa původního, jsou to převážně stejnověké kultury převážně jednoho druhu
dřevin, které se sklízejí v mýtním věku a dřevo (biomasa) se odváží. Původní les měl mnoho
19
druhů dřevin různého věku. Biomasa v porostech zůstávala. Studium vodního a tepelného
režimu zachovalých pralesních porostů prokázalo uzavřený koloběh vody a živin v těchto
původních porostech oproti lesním porostům současným, které jsou často odvodněny.
V Číně se pěstovaly i odlišné plodiny – proso a rýže, chovala se drůbež a prasata. Rýže se
pěstovala nejprve „na sucho“; zakládání klasických rýžovišť a pěstování rýže na zaplavené
půdě, přišlo později a je to výjimečný způsob recyklace vody a látek, využívající též
mikroorganismy (sinice) k vázání vzdušného dusíku (přirozené hnojení). Rýže se začala
pěstovat brzy též v Indii a jihovýchodní Asii.
Před více než 5000 roky v Mezopotámii a v Egyptě, několik století později v údolí Indu a o
tisíc let později v Číně a o další dvě tisíciletí později na území střední Ameriky se ustavily
hierarchické, militaristické společnosti vedené náboženskými a světskými (politickými)
elitami. Většinu populace tvořili zemědělci, bezzemci a otroci. Vytvářely se různé státní
útvary, které spolu bojovaly, potíraly se navzájem avšak jejich způsob uspořádání a způsob
hospodaření byl v principu shodný - poškozovaly podstatně prostředí, což je přivádělo
k politickému krachu a podrobení se jiné mocnosti, která svoje prostředí ještě nestačila
zdecimovat.
Například, civilizace středního Jordánu vyčerpala svoji krajinu již 6000 př.n.l., po odlesnění
se zrychlila eroze půdy a snížila její úrodnost. Zvykli jsme si, že archeologové objevují
historii dřívějších civilizací ve zdevastované krajině bez stromů a trvalé funkční vegetace
(např. Egypt, Persie, Golfský záliv). Civilizace se rozvíjí v úrodné krajině s bohatou vegetací
a dostatkem vody, postupně vysouší krajinu, poté zavlažuje, (pšenice se nahrazuje ječmenem),
půda se zasolí a přestává rodit.
V údolí Indu zkolabovala civilizace po odlesnění pro zemědělskou půda a pálení cihel pro
stavbu chrámů cca 1400 př.n.l. Odlesnění povodí Žluté řeky v Číně a japonských řek
způsobilo silnou erozi. Křesťanské království v Etiopii vyčerpalo v krátkém časovém období
krajinu kolem roku 1000 (Eritrea) a bylo nuceno přesunout své hlavní město. Situace se
opakovala, když se stala hlavním městem Addis Abeba .(1883) a za dvacet let byl
zdevastován les v okruhu více než 100 km, lesy byly vykáceny a stromy použity na výrobu
dřevěného uhlí.
Středomoří (Mediterán): současná krajina s olivami, vinicemi, pastvinami a macchií
(xerofytní křoviny) je výsledkem zemědělského hospodaření. Oliva patří k nejodolnějším
stromům vůči suchu, kořenuje do hloubky přes 10m. Před rozvojem zemědělství zde byly
duby, buky, cedry a borovice. Dřevo se spotřebovalo na pálení a stavby, tráva je vypasena a
půda odnesena erozí. V Libanonu se zachovalo jen několik cedrů, jako symbol státu, podobně
v Sýrii. Podobná je situace na blízkém východě, v Afganistanu a střední Asii. Plato popsal
sugestivně „plundrování“ krajiny v Critias (str. 76, C. Pontony 1991)“. To co zde nyní
zůstalo je ve srovnání s tím, co zde bylo dříve jako kostra nemocného člověka, tuk a měkká
zem odplaveny (promrhány) a zůstala holá kostra země…některé hory poskytují potravu
pouze včelám a přitom nedávno na nich rostly stromy“ Dále popisuje jak „voda po dešti
rychle odtéká zatímco dříve dešťovou vodu využívaly četné lesy a pastviny a bohatá jílovitá
půda uchovávala vodu a napájela četné prameny.“
Zemědělství v Egyptě fungovalo po více než 5000 let, záplavy na dolním toku Nilu
přicházely pravidelně avšak s různou intenzitou a ovlivňovaly prosperitu společnosti v deltě
nejdelší řeky světa. Snahy regulovat výkyvy záplav vyvrcholily postavením Asuánské
přehrady v padesátých letech 20. století, půda degraduje, protože sedimenty se usazují
převážně v přehradě. Státy na povodí Bílého i Modrého Nilu se řídí smlouvami o sdílení vody
v Nilu. Tyto smlouvy pocházejí z počátku dvacátého století, kdy tuto část Afriky ovládali
20
Britové. Smlouvy zaručují Egyptu minimální průtok Nilu, státy na horním toku nesmí měnit
tok řeky, odvádět vodu, stavět přehrady bez souhlasu Egypta. Přesto a právě proto, je otázka
množství odtékající vody do dalšího státu trvalým objektem rozhovorů a zdrojem napětí. A to
člověk vnímá pouze vodu v jejím tekutém stavu a v tocích. Hovoříme o koloběhu vody, ale
vnímáme pouze jeho část (vodu tekutou), nevnímáme vodní páru, která je nedílnou součástí
koloběhu a nevnímáme vodu na plochách, v krajině, v půdě, v rostlinách.
Vývoj naší krajiny od posledního zalednění s ohledem na koloběh vody, odtok látek a
tok sluneční energie
Výzkumy jezer na jihu Švédska, které vedl počátkem 70. let dvacátého století Digerfeldt a jež
byly zaměřeny na pochopení vývoje krajiny, odhalují vývoj krajiny od jejího posledního
zalednění: zpočátku (12000 př. n.l.) těsně po ústupu zalednění , byla rychlost zanášení jezer
poměrně vysoká. Během dalších 3000 – 4000 let se rychlost zanášení jezer snížila až 10x a
udržovala se na nízké úrovni (0,1 – 0,2 mm/rok) až do druhé poloviny 19. století. Prudké
zvýšení sedimentace nastalo, když města a příměstské zóny začaly odvádět své splašky do
jezer, tehdy se rychlost ukládání zvedla téměř 100x na 8 – 10mm za rok. Současně se obsah
živin v povrchových vodách zvyšoval následkem odvodňování krajiny (půdy), protože
odvodnění půdy je provázeno rozkladem (mineralizací) organických látek v půdě,
okyselováním a odtokem živin, zejména alkálií (vápník, hořčík, draslík, sodík).
Poznatky o vývoji koloběhu vody, látek a energie v naší krajině pod vlivem člověka znázornil
v ikonickém modelu W. Ripl.
Postglaciální pionýrská vegetace
Nedávno, v době ledové, bylo na našem území sucho a chladno, vegetace připomínala tundru.
Na sever od nás pokrýval krajinu ledovec. Po ústupu ledovců se formovaly vodní toky.
Srážky byly spíše nepravidelné, voda odtékající poměrně rychle z krajiny byla bohatá na
živiny. Převládal otevřený (dlouhý koloběh vody) mezi oceánem a pevninou.
Klimaxové porosty
Krajina postupně porůstala vegetací, přirozeným vývojem (sukcesí) se na rozsáhlých plochách
vytvořily dlouhodobě ustálené formy vegetace (klimax), na území našeho státu to byl
převážně smíšený les s nesčetnými druhy nejrůznějších organismů, které mají jedno společné
– váží ve svých tělech vodu a podle nabídky vody a živin se rozmnožují, rostou, odumírají a
stávají se zdrojem obživy jiným organismům. Voda a živiny v takových ekosystémech
obíhají. Provázán je tok sluneční energie, vody a látek. Voda odtéká z těchto porostů
rovnoměrně a obsahuje málo živin a dalších látek, protože ty jsou využívány a vázány
v tělech organismů. Převažuje uzavřený (krátký) koloběh vody- voda se slunečním zářením
z porostů odpařuje (evapotranspirace) a vodní pára se sráží na chladnějších místech a zejména
v noci, vyrovnávají se tak teploty v prostoru i v čase. Při výparu se totiž sluneční energie
spotřebovává (0.7 kWh/L) a při kondenzaci se opět uvolňuje. Transport látek krajinou se
zmenšil, řeky tekly klidně, snížila se rychlost ukládání sedimentů, klima bylo mírné.
Další dvě stádia ukazují následky zásahů člověka v krajině
Kolonizace krajiny – kulturní porosty se zvýšeným odtokem látek. Klimaxové porosty se
zachovaly v severní Evropě zhruba do 1500 př. n.l., na našem území až do raného středověku,
kdy je člověk začal se stoupající intenzitou kultivovat, tedy přeměňovat na zemědělskou
půdu. Při tehdejší populační hustotě, samoregulační mechanizmy uvnitř systému ještě
dovolovaly trvale udržitelný rozvoj. Na malých plochách se pěstovaly různé plodiny a domácí
zvířata, cykly vody a živin byly ještě uzavřené. Postupně se však zvětšují pole, snižuje
21
druhová pestrost kultur, odvodňuje se půda a napřimují vodní toky. V krajině ubývá voda
vázaná do organismů a půdy (zelená voda), snižuje se hladina podzemní vody, půda je
střídavě zaplavována a vysoušena, což vede ke zrychlenému rozkladu organických látek
v půdě, k okyselování půdy a odtoku (ztrátám) látek. Půda se okyseluje, povrchové vody trpí
naopak nadbytkem živin, zhoršuje se kvalita odtékající vody, vytvářejí se vodní květy. Navíc
voda odtéká nepravidelně podle dešťových srážek. Střídá se sucho a povodně, zvyšuje se
četnost přívalových srážek. Krátký (uzavřený) cyklus vody je nahrazován cyklem dlouhým
(otevřeným) – voda rychle odtéká z krajiny, snižuje se množství vody odpařované
evapotranspirací, ubývá mlh, rosy a místních drobných srážek, zvyšují se proto teplotní
rozdíly v krajině.
Před zásahy člověka byla elektrická vodivost vody (měřítko koncentrace iontů) v povrchové
vodě 10 – 30uS.cm-1, odtok fosforu okolo 10 ugP.L-1 nebo méně a odtok dusíku cca 50 – 300
ug.L-1. Elektrická vodivost postupně stoupla na 150 – 300 uS.cm-1, koncentrace fosforu a
dusíku na odtoku z krajiny stouply pětinásobně. Růst měst v průmyslové revoluci přinesl další
dramatické skoky v úniku látek, který je dnes 50x až 150x vyšší ve srovnání s nedotčenými
půdními systémy. V zemědělských oblastech jsou plošné ztráty rozpuštěných pevných látek
přes tunu na hektar za rok, průměrné koncentrace fosforu v řekách se pohybují v současnosti
mezi 200 – 500 ug P.L-1, koncentrace dusíku 2 – 4 mg.L-1 a vodivost mezi 400 – 1000 uS.cm1
. Labem v Hřensku odteče řádově milion tun čistých kationtů ročně, kdybychom toto
množství měli nahradit, musely bychom přivážet každou druhou minutu kamion naložený
vápencem a dalšími minerály.
Zhroucení koloběhu vody
Zásoby látek v půdě jsou konečné. Kontinenty, na nichž nedošlo k posledním zalednění
(Austrálie, Afrika, tropické oblasti Asie) mají chudé půdy, z nichž odtéká voda o nízkém
obsahu rozpuštěných látek. Tyto látky již stačily odtéci. Výjimkou jsou mokřadní půdy, kde
se hromadí rostlinný materiál s vázanými živinami a zbytky deštných lesů s nahromaděnou
biomasou. V půdě, která ztratila schopnost držet vodu a která ztrácí základní živiny, klesá pH
a uvolňují se do roztoku těžké kovy i hliník, v takové půdě se špatně daří běžné vegetaci a
může dojít k jejímu odumírání až kolapsu. Snižuje se odolnost vegetace a tak podléhá
houbovým chorobám, hmyzu, polomům, suchu nebo mrazu. Chřadnutí vegetace je provázeno
zhroucením vodního cyklu a změnou klimatu.
Krátký uzavřený) a dlouhý (otevřený) cyklus vody
V zásadě lze rozlišovat v krajině koloběh vody uzavřený nebo otevřený, jinými slovy krátký
nebo dlouhý. Schématicky jsou oba typy koloběhu vody znázorněny na obrázku. Dlouhý
koloběh vody je charakteristický pro současnou zemědělskou krajinu i pro aridní (suché)
oblasti. Voda z krajiny rychle odtéká a pokud se odpaří, tak se nesráží (nekondenzuje) v této
krajině, protože tlak vodních par nedosahuje rosného bodu. Srážky bývají nepravidelné, po
období sucha přicházejí často přívalové deště, které působí erozi a odnášejí z krajiny
rozpuštěné i nerozpuštěné látky. Vytvářejí se velké teplotní rozdíly mezi dnem a nocí
(extrémním příkladem jsou pouště) i značné teplotní rozdíly mezi místy. Otevřený koloběh
vody, jako výsledek lidské činnosti v krajině, vytváří průkazné změny klimatu a vede k
rychlému vyčerpávání půd.
Naproti tomu krátký koloběh vody je charakteristický pro krajinu s dostatkem vody a
vegetace. Odpařená voda se sráží na povrchu rostlin a zůstává v porostu, po nočním poklesu
teplot se tvoří mlhy a sráží se rosa. Voda obíhá v krátkém cyklu a opakovaně je využívána
rostlinami. Výpar vody rostlinami (transpirace) a celým porostem včetně půdy
(evapotranspirace) tlumí přehřívání krajiny ve dne a srážením vodní páry v noci se uvolňuje
skupenské teplo, které tlumí pokles teploty. Krajina s uzavřeným cyklem vody má vyrovnané
22
teploty v čase (den-noc) i v prostoru (mezi místy). Častější a pravidelnější srážky udržují
srážky udržují vysokou hladinu spodní vody, což snižuje reaktivitu a mikrobiální aktivitu
v půdě, a odtékající voda odnáší jen málo rozpuštěných látek. Vysoká hladina spodní vody
znamená vodou nasycené půdy, v nichž jsou metabolické pochody a tok energie pomalejší a
odtok látek z půdního systému minimální.
Zásady a kritéria setrvalého užívání krajiny – zdravý metabolismus krajiny
Člověk výrazně ovlivňuje svým hospodařením koloběh vody v krajině a ovlivňuje tak
metabolismus krajiny, pokud použijeme analogie mezi krajinou jako živým systémem a
organismem. Metabolismem rozumíme v širokém smyslu látkovou výměnu, tedy chemické a
energetické pochody probíhající v živém systému. Podobně jako jednotlivý organismus je i
krajina otevřeným systémem pod příkonem energie (sluneční) a má tendenci využívat tuto
energii k sebeutváření. W. Ripl definoval chemické a energetické kritérium pro hodnocení
krajiny, obě kritéria souvisejí s vodním cyklem. Chemickým kritériem jsou ztráty
rozpuštěných látek z daného povodí. Nízké ztráty ukazují na vysoký stupeň recyklace látek,
což je situace typická pro krátký koloběh vody – voda obíhá a látky jsou využívány
organismy. Energetickým kritériem je poměr mezi teplem vázaným ve vodní páře (výparkondenzace) a teplem uvolňovaným ve formě tepla zjevného (vzrůst teploty povrchu). Nízké
výkyvy teplot v čase a prostoru na povodí ukazují krátký koloběh vody, kdy se většina
sluneční energie disipuje přes výpar a kondenzaci vody. Ztráty látek lze měřit jako průtok
vody a koncentraci látek, disipaci sluneční energie lze hodnotit z družicových snímků
v teplotní oblasti a pozemním měřením teplot.
Příklady odvodnění a snahy o obnovu krajiny
Ukázali jsme, že lidské snažení směřuje k odvodnění krajiny. Města jsou odvodněna totálně,
voda se vede odděleně v potrubí. Na družicovém snímku je město v létě vždy jedním
z nejteplejších míst. Odvodněny jsou silnice, letiště, sídliště, technologické plochy,
odvodněny jsou rozsáhlé plochy zemědělských polí. Porovnáním naší současné krajiny
s mapou stabilního katastru ze čtyřicátých let 19. století zjišťujeme, že za minulých 150 let
jsme ztratili z krajiny okolo 50% trvalé vegetace nasycené vodou i když v té době žilo na
venkově několika násobně více obyvatel než dnes. Návrat trvalé vegetace a vody do krajiny je
podmínkou obnovy půdy a zachování základního zdroje obživy.
V České republice máme positivní příklady krajiny vytvářené a užívané člověkem po staletí.
Jsou to rybníkářské oblasti jižních Čech v třeboňské a českobudějovické pánvi.Tato člověkem
vytvářená vodní díla vznikala jako umělé vodní systémy od středověku, dnes budí dojem
přirozené jezerní krajiny, jsou předmětem mezinárodních smluv na ochranu přírody a přitom
jsou ekonomicky soběstačná. Není mnoho míst na Zemi, kde se takové funkční
vodohospodářské systémy zachovaly. Dnes je na území našeho státu přibližně 55 000 ha
rybníků, na konci 16.století byla plocha rybníků u nás přibližně 3x větší
23
Zásadní význam vody pro strategii zmírňování
klimatických změn
Zpracoval: RNDr. Jan Pokorný, CSc.
ÚVOD
Klimatická změna
Klimatická změna se projevuje zesílenými extrémy počasí a klimatu: střídání sucha a povodní,
přívalové deště, zvyšující se teplotní výkyvy v poměrně krátkém časovém období, zvýšená
četnost vichřic, tornád a ničivých cyklonů. Narušena je i pravidelnost období dešťů a sucha
v tropických oblastech. Mění se rozložení dešťových srážek jak v prostoru, tak v čase. Více
srážek je na horách ale i ve Skandinávii, ubývá srážek v nížinách a ve středomoří. Průměrné
teploty se zvyšují a to zejména ve městech. Ubývá ledovců na horách i v Arktidě a Antarktidě.
Přímořské státy se obávají stoupající hladiny oceánů. Dlouhotrvající sucha mají za následek
nedostatek potravy zejména v rozvojových zemích, které jsou potom odkázány na humanitární
potravinovou pomoc a dlouhodobě zápolí s nedostatkem vody.
Probíhající klimatickou změnou se zabývají vlády četných zemí a přijímají se opatření na
zmírnění klimatických změn.
Mezivládní panel klimatické změny (Intergovernmental Panel of Climate Change - IPCC)
shrnuje poznatky o průběhu a příčinách klimatické změny a s využitím matematických
modelů se snaží odhadnout další průběh klimatických změn a navrhnout opatření na jejich
zmírnění.
IPCC vychází z koncepce skleníkového efektu – od průmyslové revoluce přibývají
v atmosféře plyny, které absorbují dlouhovlnné záření vysílané povrchem Země a vyzařují jej
částečně zpět k zemskému povrchu. Zemský povrch a spodní vrstvy atmosféry dostávají díky
těmto tzv. skleníkovým plynům více energie a proto stoupá průměrná teplota. Vyšší příkon
sluneční energie se potom projevuje i zesíleným prouděním vzduchu (vichřice, cyklony),
přívalovými srážkami a dalšími extrémy počasí.
Podrobnosti lze nalézt na stránkách IPCC.com.
Toto sdělení si klade za cíl upozornit na zásadní úlohu vody při utváření počasí a klimatu.
Stručně shrneme kvantitativní údaje o skleníkovém efektu jak jsou prezentovány
Mezivládním panelem pro klimatickou změnu (IPCC) a tyto hodnoty porovnáme
s energetickými toky, které se odehrávají při oběhu vody. Popíšeme stručně jak člověk
ovlivňuje a nevědomky usměrňuje ohromné toky sluneční energie svým hospodařením
s vodou a vegetací na velkých plochách v krajině. Grafy, schémata a ilustrativní fotografie
budou uvedeny v prezentaci.
Tok energie od Slunce k zemskému povrchu
Na vnější hranici zemské atmosféry přichází 1351 – 1431 W.m-2, množství sluneční energie
přicházející na k Zemi se v průběhu roku mění tak, jak se Země pohybuje po eliptické dráze.
Dlouhodobě se toto množství mění jen málo v rozsahu několika promile a proto se nazývá
solární konstantou. V průběhu roku tedy hodnota solární konstanty kolísá v rozsahu +, - 3%,
dlouhodobě jsou tyto hodnoty stálé v rozsahu několika promile. (IPCC, Hansen 2000).
Hodnoty solární konstanty byly měřeny pomocí satelitů. Vynásobíme-li plošný průmět Země
včetně její atmosféry hodnotou solární konstanty, dostaneme představu o množství sluneční
energie, kterou naše planeta dostává o Slunce každým okamžikem 180 000 TW, v ekonomice
24
si celosvětově prodáváme a kupujeme asi 10TW. Kdybychom Slunce od Země dokonale
zastínili, klesla by teplota o téměř 290 o, na několik stupňů Kelvina. Atmosféra by ztuhla.
Průnik slunečního záření na zemský povrch závisí zejména na oblačnosti. Při jasné obloze
naměříme čidlem o spektrální citlivosti 300 – 2500 nm až 1000W.m-2. Při zatažené obloze
naměříme méně než 100 W.m-2, protože větší část sluneční energie se pohltí v mracích.
Povrch Slunce má teplotu přibližně 6000 Ko a vysílá záření převážně ve viditelné oblasti
spektra. Podle Wienova zákona závisí vlnová délka vysílaného záření na teplotě tělesa, které
záření vysílá (lmax = 2897 / T). Teplota se udává ve stupních Kelvina a vlnová délka
v mikrometrech. Slunce o teplotě cca 6000 Ko potom vysílá záření s maximem okolo 0,5
mikrometrů a Země, která má teplotu přibližně 300 Ko, vysílá záření o vlnové délce
s maximem okolo 10 mikrometrů.
Skleníkový efekt
Mezivládní panel klimatické změny (Intergovernmental Panel of Climate Change – IPCC)
vysvětluje probíhající změny klimatu skleníkovým efektem. Některé plyny jako oxid uhličitý,
metan a další absorbují dlouhovlnné záření, které vyzařuje zemský povrch. Sluneční záření o
krátké vlnové délce těmito plyny prochází, zatímco dlouhovlnné záření vysílané zemským
povrchem tyto plyny částečně absorbují a vracejí jej zpět k Zemi. IPCC zavedl kvantitativní
měřítko skleníkového efektu tzv. radiační účinnost (radiative forcing), což je změna radiační
bilance Zemského klimatického systému. Taková změna může být vyvolána zvýšenou
koncentrací radiačně aktivních plynů, změnou slunečního záření přicházejícího k Zemi nebo
změnou albeda (odrazivosti zemského povrchu. Radiační účinnost (radiative forcing) je
změna energetického toku v troposféře (vnější vrstva atmosféry), působená skleníkovými
plyny vyjádřená ve wattech na jeden metr čtverečný (W.m2).
(BASC 2005)
Podle materiálů IPCC se od počátku průmyslové revoluce, tedy od druhé poloviny 19. století,
radiační účinnost zesílila následkem zvýšení koncentrace skleníkových plynů o 1 – 3W.m-2.
Podle klimatických modelů působí zvyšující se koncentrace oxidu uhličitého nárůst radiační
účinnosti o 0,2 W.m-2 za desetiletí, čili o 1W.m-2 v průběhu půl století. Hodnota radiačního
zesílení za desetiletí je tedy řádově v rozsahu 0,01% solární konstanty a je nižší nežli
dlouhodobé kolísání radiační konstanty. Teorie skleníkového efektu počítá s homogenně
promíchanými skleníkovými plyny v atmosféře a nevysvětluje tvorbu tepelných rozdílů a
z toho vyplývající rozdíly tlaku vzduchu.(Hansen 2000, BASC 2005). Teorie skleníkového
efektu je ovšem vážně zpochybňována (Gerlich, Tscheuschner 2007).
Oběh vody – klimatizační systém Země
Toky sluneční energie zprostředkované oběhem vody
Z porostů dobře zásobených vodou se vypaří několik litrů vody z metru čtverečního za den.
Výpar vody, tedy přeměna skupenství kapalného na skupenství plynné vyžaduje příkon
energie. Tato energie nutná na přeměnu kapaliny ve vodní páru se nazývá skupenské teplo
vody a je rovna cca 2,5MJ nebo 0.7kWh na litr vody. Výpar vody z vodní hladiny nebo
z porostů je tedy provázen spotřebou energie. Tato energie se nazývá též latentním neboli
skrytým teplem. Při výparu vody se okolí neohřívá, naopak vypařováním vody se okolí
chladí. Pokud sluneční energie přichází na suchý povrch, tak jej ohřívá a teplo potom ohřívá
vzduch a ten stoupá výše. Takové teplo nazýváme zjevné, protože vzestup teploty pociťujeme
a můžeme jej snadno měřit teploměrem. Výparem vody se tedy chladí povrch, z něhož se
voda vypařuje. Vodní pára se potom sráží na místech, kde je nízká teplota a vodní pára
dosáhne hodnoty rosného bodu (relativní vlhkost vzduchu se přiblíží 100% nasycení). Při
25
srážení vodní páry (kondenzaci) se skupenské teplo opět uvolňuje. Voda tedy při odpařování
sluneční energii na sebe váže (chladí) a při srážení vodní páry se tato energie uvolňuje
(otepluje se okolí).
Přeměna skupenství vody je spojena s přenosem vysokého množství energie. Jestliže se
vypaří například 4 litry vody za den z metru čtverečného, potom se na výpar spotřebuje 2,8
kWh a sluneční energie vázaná ve vodní páře se roznáší na chladná místa nebo se srazí ráno
v podobě rosy a tlumí tak ranní pokles teploty. Pokud by výpar 4 litrů vody postupoval
rovnoměrně po dobu 12 hodin, spotřebovávalo by se 230W. Výpar vody je však dynamický
proces, závisející na množství sluneční energie, vlhkosti vzduchu a na dostupnosti vody. Čím
sušší vzduch a čím více slunečního záření, tím více vody se vypařuje. Voda ovšem musí být
k dispozici. V krajině dosahuje spotřeba energie na výpar vody běžně několika set wattů na
metr čtverečný.
Výpar vody z povrchů porostů a vodní hladiny vyrovnává teploty mezi místy a vyrovnává
teplotní rozdíly i v čase. Intenzity tohoto klimatizačního působení dosahují i několika stovek
wattů na metr čtverečný. Energie, která se váže do skupenského tepla vody na místě přebytku
energie se uvolňuje na místech nedostatku energie, uvolňuje se na místech chladných. Při
výparu dochází přirozeně k destilaci vody na vodní páru, voda se dokonale čistí. Pokud
k výparu dochází prostřednictvím rostlin, kdy voda přijatá kořeny prochází rostlinou a
uvolňuje se jako vodní pára z listů, nazýváme tento proces transpirací. Výpar vody z porostů
sestává z výparu z půdy (evaporace) a výparu vody prostřednictvím rostlin (transpirace) a
nazývá se evapotranspirace.
Evapotranspirace tedy pozitivně ovlivňuje klima. Navíc, při dostatku vody se vytváří více
rostlinné biomasy, protože fotosyntéza rostlin není omezena nedostatkem vody. Při
fotosyntéze se na tvorbu biomasy spotřebovává řádově nanejvýš několik Wattů na metr
čtverečný. Tato energie je ovšem vázána v biomase dlouhodobě a uvolní se až při rozkladu
biomasy.
Srovnání hodnoty solární konstanty, radiační účinnosti, energie přeměňované při
evapotranspiraci a při fotosyntéze
Hodnota solární konstanty se pohybuje během roku v rozmezí 1351 – 1431 W.m-2. Na povrch
Země přichází až 1000 W.m-2.
Radiační účinnost, tedy zesílený tok záření způsobený skleníkovými plyny od poloviny 19.
století je v rozsahu hodnot 1-3W.m2.
Evapotranspirace, tedy výdej vody porosty dosahuje hodnot několika set wattů na metr
čtverečný.
Fotosyntéza spotřebovává na fotochemický rozklad vody, redukci oxidu uhličitého a tvorbu
biomasy až několik wattů na metr čtverečný.
Rozklad organických látek v půdě zrychlený odvodněním převyšuje několikrát rychlost
tvorby biomasy. Po odvodnění se tedy uvolňuje teplo převyšující hodnotu radiační účinnosti.
Evapotranspirace váže o dva řády vyšší množství energie nežli je hodnota radiační účinnosti.
Nejvyšší hodnoty toků sluneční energie jsou spojeny s oběhem vody.
Vysoušení krajiny je provázeno uvolňováním zjevného tepla
Pokud není k dispozici voda, sluneční energie se přeměňuje na zjevné teplo (stoupá teplota).
Po odvodnění se v našem případě sluneční energie spotřebovaná na výpar vody (2,8 kW.m2 )
uvolní jako zjevné teplo, protože se nemohla spotřebovat na výpar vody. Odvodníme-li 100ha
(1km2) porostu z něhož se z den vypařily 4litry vody z metru čtverečného, uvolní se za jediný
slunný den energie ve formě zjevného 2,8 GWh. To odpovídá rovnoměrnému toku zjevného
tepla 230 MW. Na několika čtverečných kilometrech odvodněné plochy se tedy ve slunný den
26
uvolňuje teplo srovnatelné s energií produkovanou velkou tepelnou elektrárnou resp. Jadernou
elektrárnou Temelín (na 5km2 více než 1000MW).
Podle údajů FAO (Food Agriculture Organisation) se rozloha pouští na světě zvětšuje ročně o
60 000km2. Ročně ztrácí na světě 200 000 km2 schopnost ekonomické zemědělské produkce
pro nedostatek vody. Více než třetina celkové plochy kontinentů trpí nedostatkem vody –
produkce rostlin je zde nedostatkem vody omezena.
Dokumentace pomocí termovizní kamery a satelitů
Jedinečnou úlohu vody při utváření místního klimatu zažíváme v běžném životě a lze ji
názorně demonstrovat na rozdílech teplot mezi dlažbou, asfaltem a zalitým trávníkem nebo
stínem stromu a lesa. Vědecky exaktně, tedy opakovatelným způsobem a kvantitativně lze
tyto rozdíly zaznamenat nejen přímým měřením teplot ale zejména s využitím termovizní
kamery a ve větším rozsahu s využitím satelitních snímků pořízených v infračerveném
spektru. V prezentaci ukazujeme rozdílné teploty ve městě a na okolních mokrých loukách a
ve větším rozsahu na odvodněných plochách a lesních porostech.
Voda pro obnovu klimatizace –nové vodní paradigma
Pro zmírňování klimatické změny jak na regionální, tak na globální úrovni je nutné obnovovat
krátký oběh vody. Obnova krátkého cyklu vody předpokládá návrat vody na rozsáhlé plochy,
které byly v průběhu staletí postupně zbavovány trvalé vegetace a půdní vlhkosti. Nutné je
navracet vodu do podzemních zásob. Návrat vody do krajiny předpokládá změnu přístupu
k vodohospodářské politice – změnu paradigmatu. Srovnání mezi starým a novým vodním
paradigmatem uvádějí (Kravčík et al 2007, 2008).
ZÁVĚR
Sucho a povodně, vyčerpání a erozi půdy, snižování hladiny podzemní vody, nízký letní
průtok až vysychání řek stejně jako tornáda a vichřice nelze svádět pouze na skleníkový efekt
o hodnotě 1-3W.m-2. V prvé řadě musíme hledat příčinu v odvodnění, likvidaci trvalé
vegetace odlesňováním, nadměrnou pastvou až zabetonováním.
Návrat vody do krajiny povede ke zvýšené produkci biomasy a zmírní rozklad organických
látek v půdě. Růst rostlin (tvorba biomasy) váže množství energie srovnatelné
s proklamovaným skleníkovým efektem. Vytvořená biomasa a dostatek vody disponují
úžasnou schopností vyrovnávat rozdíly teplot (tlumit tepelné potenciály) v krajině. Ukázali
jsme, že tato schopnost převyšuje o dva řády proklamovaný efekt skleníkových plynů.
LITERATURA
BASC 2005: Committee on Radiative Forcing Effects on Climate (CRFEC) 2005: Radiative
Forcing of Climate Change: Expanding the Concept and Addressing Board on Atmospheric
Sciences and Climate (BASC). The National Academic Press, NW Washington, 208 pp,
ISBN 0-309-09506-9
Gerlich, G., Tscheuschner, R.D. 2007: Falsification of the Atmospheric CO2 Greenhouse
Effects within the Framework of Physics, Version 1.0, Inst. Fur Mathematische Physik TU
Braunsweig.
Hansen, J.E. 2000: The Sun´s role in long-term climate change. Space Science Reviews 94:
349 – 356. Kluwer Academic Publishers. The Netherlands
27
Kravčík, M., Pokorný, J., Kohutiar, J., Kováč, M., Tóth, E. (2007) Voda pre ozdravenie klímy
– Nová vodná paradigma. Municipalia, 92 stran, ISBN 978 80 969766 5 2
Kravčík, M., Pokorný, J., Kohutiar, J., Kováč, M., Tóth, E. (2008) Water for the Recovery of
the Climate – A New water Paradigm, 122 stran, ISBN 978 80 89089 71 0
Waterparadigm.org
28
Energie vodních toků
Zpracoval: RNDr. Jan Pokorný, CSc., Ing. Bořivoj Šourek
Energie vodních toků je vlastně energií sluneční. Sluneční energií se vypařuje voda,
vodní pára stoupá vzhůru, sráží se a srážky sytí prameny.
Výhody a nevýhody vodních elektráren
•
•
•
•
•
•
•
•
•
energie vodních toků se počítá k obnovitelným zdrojům - nelze ji vyčerpat. Zároveň
její provoz minimálně znečišťuje okolí.
Vodní elektrárny vyžadují minimální obsluhu i údržbu a lze je ovládat na dálku.
Mohou startovat během několika sekund. Lze je využít k pokrytí okamžitých nároků
na výrobu elektrické energie.
Nevýhodou je značná cena a čas výstavby a nutnost zatopení velkého území.
Neopomenutelná je závislost na stabilním průtoku vody. Zachování sanačního průtoku
vody v původním toku limituje často výstavbu a obnovu vodních elektráren, protože
se snižují průtoky v létě následkem ubývání vody v krajině
Přehradní hráz dokáže zabránit i menším povodním, velké katastrofální povodně však
ovlivňuje velmi málo
Přehradní hráze a jezy brání běžnému lodnímu provozu na řece, je nutno vybudovat
systém plavebních komor resp. zdymadel
Přehradní jezera mohou sloužit i pro jiné další účely, zejména jako zdroje pitné či
užitkové vody.
Jezy a přehradní nádrže jsou barierou pro ryby. Budují se proto různé typy rybích
přechodů
Orientační výpočet výkonu:
•
Výška vodního sloupce (m) x průtok v m3 x gravitační zrychlení (9,8) x účinnost
•
Uvádíme dva příklady pro základní představu:
Při spádu 1,5 m a průtoku 1 m3/s lze očekávat výkon asi 7 kW.
Při spádu 50 m a průtoku 10 l/s (0,01 m3/s) lze odhadnout výkon na 3 kW.
29
Primární teoretický hydroenergetický potenciál vodních toků v ČR a SR podle hlavních
povodí a jeho současné využití
1 – teoretický hydroenergetický potenciál, 2 – současné využití
Třídění malých vodních elektráren
HLEDISKO:
• Instalovaný výkon malé vodní elektrárny (do 10 MW):
– průmyslové (nad 1 MW)
– minielektrárny, též drobné elektrárny (do 1 MW)
– mikrozdroje (do 100 kW)
– domácí (do 35 kW)
• Možnosti hospodaření s vodou:
– průtočné (průběžné) bez akumulace vody, využívající přirozený průtok až do
maximální hltnosti turbin)
– akumulační (s přirozenou nebo umělou akumulací, se schopností odběru vody
podle potřeby energie po určitý čas)
• Velikost spádu:
– nízkotlaké (spád do 20 m)
30
–
–
středotlaké (spád do 100 m)
vysokotlaké (spád nad 100 m)
Pomocné třídění
•
•
•
•
•
•
podle použitelného typu turbíny s:
– přímoproudou turbínou,
– kašnovou turbínou,
– turbínou Bánki atd.
podle použitelného typu generátoru:
– synchronní,
– asynchronní.
podle stupně automatizace zdroje:
– zdroje vyžadující obsluhu,
– bezobslužné (s periodickou kontrolou).
Podle hydrologických podkladů se vypočítávají výkony pro dvě hodnoty průtoku:
Q50% - střední průtok s 50 % pravděpodobností překročení,
Q95% - minimální průtok s 95 % pravděpodobností překročení.
Přečerpávací vodní elektrárny
•
•
•
Jelikož se el. energie nedá nijak skladovat, používá se vody k její přeměně na energii
elektrickou a naopak.
Pokud je spotřeba elektrické energie minimální (tj. je jí v napájecí soustavě přebytek),
soustrojí plní horní nádrž přečerpávací elektrárny vodou z dolní nádrže, systém
spotřebovává elektrickou energii z elektrorozvodné sítě. Spotřebovává tak obvykle
elektrickou energii vyrobenou z jiných zdrojů, zpravidla se jedná o energii z
tepelných či jaderných elektráren.
Voda z horní nádrže je v tomto případě řízeně vypouštěna do dolní nádrže přes turbíny
elektrárny.Akumulovaná potenciální energie vody je tím vlastně přeměňována zpět na
energii elektrickou, která se tak opožděně vrací zpět do elektrorozvodné sítě.
Malé vodní elektrárny
• Jako malé vodní elektrárny se označují vodní elektrárny s instalovaným výkonem
maximálně do 10 MW. Malé vodní elektrárny se většinou budují v místě bývalých
mlýnů a jezů.
Zákon 180/2005 Sb
• Zákon o podpoře výroby elektrické energie z obnovitelných zdrojů.
• Energetický regulační úřad stanovuje každoročně minimální výkupní cenu elektrické
energie z obnovitelných zdrojů
• www.eru.cz
• správní předpisy
31
Vodní elektrárna Celkový instalovaný výkon [MW] Rok uvedení do provozu
(poslední blok)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Vodní elektrárny
Lipno
120 MW
Orlík
364
Kamýk
40
Slapy
44
Štěchovice 22,5
Vrané
13,88
Střekov
19,5
Celkem723,88
1959
1962
1961
1955
1944
1936
1936
Roční výkon
• Vodní elektrárna Orlík vyprodukovala za rok 398 GWh
• Výkon 364 MW
• Skutečná roční produkce odpovídá c. 1100 hodinám provozu při plném výkonu
• Koeficient ročního využití pro vodní elektrárny v ČR je 17 %. Většina velkých
vodních elektráren pracuje ve špičkovém režimu" v období největší denní spotřeby špičky. Využívá se zde rychlý náběh vodních elektráren.
Malá vodní elektrárna Celkový instalovaný výkon [MW] Rok uvedení do provozu
(poslední blok)
•
•
•
•
•
Lipno II
1,5
Hněvkovice 9,6
Kořensko
4,8
Mohelno
1,76
Dlouhé Stráně 0,16
1957
1992
2000
1977
2000
Oblast použití různých typů turbín
nq = 5, 55 ⋅ n ⋅
Q 0j ,5
E
0,75
j
Kde n je
Qj
Ej
provozní otáčky turbíny (min-1),
jmenovitý průtok turbínou (m3 .s-1),
jmenovitá měrná energie turbíny (J/kg).
SOLab
32
Největší hydroelektrárna
Tři soutězky
• Přehrada Tři soutěsky ( 三峡大坝, San-sia Ta-pa , Three Gorges) je český název
pro přehradu s největší vodní elektrárnou na světě, budovanou na řece Jang-c´-tˇjang
(Dlouhá řeka) v ČLR. Stavba hráze byla dokončena v roce 2005, zahájení plného
provozu se předpokladá v roce 2009. Oficiální náklady na vybudování díla byly
vyčísleny na 25 miliard dolarů, skutečné náklady jsou ale mnohem vyšší. Po uvedení
vodní elektrárny do provozu bude pokrývat až desetinu čínské spotřeby elektrické
energie. Postupné napuštění ohromné nádrže si vynutilo přestěhování asi 1,3 milionů
lidí, pro něž musela být přesunuta celá města, pod vodou zmizelo 13 velkoměst, 140
měst, 1352 vesnic (plocha odpovídající zhruba 1/3 Libereckého kraje) . Po úplném
napuštění stoupne hladina řeky o desítky metrů.
•
Stavba přehrady je provázena varováními odborníků, že její existence způsobuje a
bude způsobovat velké škody na životním prostředí. V roce 2007 bylo oficiálními
čínskými sdělovacími prostředky oznámeno, že z okolí přehradní nádrže budou
přesídleny další 4 miliony lidí kvůli rozsáhlým sesuvům půdy, půdní erozi a
znečištění.
Nedostatek vody v krajině se projevuje sníženým celoročním výkonem některých
elektráren. Na výtoku z Viktoriina jezera na řece Nilu byla v roce 1952 postavena
hydroelektrárna o výkonu c. 350MW. Po roce 2000 poklesla hladina jezera (68000km2)
přibližně o metr následkem vysoké spotřeby vody pro elektrárnu . V té době byla
postavena další hydroelektrárna, paralelně, nikoli v sérii. Tato hydroelektrárna není
v provozu kvůli nízké hladině jezera. V Keni v oblasti jezer Nakuru, Naivasha postavil
japonský investor velkou hydroelektrárnu na řece Sondumiriu. Tato řeka má v posledních
letech ovšem málo vody, protože se odlesnily tisíce km2 v horní části povodí. Keňská
vláda rozhodla vystěhovat na 250 000 obyvatel, kteří byli dosídleni do oblasti před 15 –
10 roky. Oblast se má oplotit a opět zalesnit, aby se do oblasti a do řek vrátila voda.
33
Anaerobní digesce – principy, využití, perspektivy
Zpracoval: Mgr. Petra Innemanová PhD.
1. Definice pojmů
Biomasa je definována jako hmota vytvořená činností živých organismů. Biomasu obecně lze
považovat za energetický zdroj s nulovou bilancí CO2. To znamená, že oxid uhličitý uvolněný
při spalování biomasy je opět spotřebován při její obnově a to v procesu fotosyntézy.
Biologicky rozložitelný odpad (bioodpad) je jakýkoli odpad, který je schopen anaerobního
nebo aerobního rozkladu (např. potraviny, odpad ze zeleně, papír).2 Velmi důležitou částí
biologicky rozložitelných odpadů jsou biologicky rozložitelné komunální odpady (BRKO).
V ČR je nakládání s bioodpady ošetřeno Vyhláškou č.341/2008 o podrobnostech nakládání
s biologicky rozložitelnými odpady. Bioodpady jsou skupinou odpadů, které lze dobře využít
např. kompostováním nebo k výrobě bioplynu.
Naopak skládkování biologicky rozložitelných komunálních odpadů je omezováno. Tato
povinnost vyplývá ze směrnice o skládkování 99/31 Evropského společenství, která byla
implementována do Plánu odpadového hospodářství ČR.1
Bioplyn je plynný produkt anaerobní methanové fermentace organických látek uváděné též
pod pojmy anaerobní digesce, biomethanizace nebo biogasifikace.
Může být produkován z bioodpadů, z cíleně pěstované biomasy, ale i ve skládkách odpadů
komunálních anebo jiných, biologicky rozložitelných odpadů. Nezanedbatelné množství
bioplynu vzniká v trávicím traktu přežvýkavců.
Za účelem výroby bioplynu v bioplynových stanicích (BPS) lze uplatnit kaly z čistíren
odpadních vod, produkty zemědělské výroby a biologicky rozložitelné odpady, včetně obtížně
zpracovatelných.
Bioplyn a bioplynové systémy představují energetické zdroje s vysoce pozitivními přínosy
pro ochranu a tvorbu životního prostředí. Jedná se o plně obnovitelné energetické zdroje
transformující a spoluvyužívající solární energii.3
Anaerobní digesce označuje kontrolovanou mikrobiální přeměnu organických látek bez
přístupu vzduchu za vzniku bioplynu a zfermentovaného zbytku - digestátu. Kromě bioplynu
je možné dále využívat i digestát vzhledem k jeho hnojivým účinkům.
2. Složení bioplynu
Názvem „bioplyn“ je obecně míněna plynná směs methanu a oxidu uhličitého. V plynném
produktu dobře prosperujících methanogenních mikroorganismů představuje suma CH4 a CO2
hodnoty velmi blízké 100% obj., vždy s výraznou převahou obsahu methanu. V technické
praxi se však vyskytuje celá škála dalších plynů, které může bioplyn obsahovat. Mohou to být
zbytky vzdušných plynů (N2, O2, Ar), neúplně spotřebované produkty acidogeneze (H2,
přebytek CO2) – viz. kap.3, další minoritní a stopové příměsi z předcházejících anebo
simultánních reakcí organické hmoty (H2S, N2O, HCN, uhlovodíky i jejich deriváty, většinou
kyslíkaté i sirné)3, dále amoniak (NH4) a příměsi vody (H2O).4
3. Biochemické a mikrobiologické principy anaerobní digesce
Během anaerobní digesce dochází ke konverzi organických sloučenin na methan a oxid
uhličitý v anaerobních podmínkách. Celý proces konverze je obvykle popisován jako
34
třístupňový proces, kdy jednotlivé stupně mohou probíhat souběžně v anaerobním reaktoru
(fermentoru):
hydrolýza nerozpustné organické hmoty
produkce kyselin z menších, rozpustných organických molekul (acidogeneze)
produkce methanu (methanogeneze)
Fakultativní anaeroby, představované početnými hydrolytickými a acidogenními
mikroorganismy, schopnými činnosti v přítomnosti i nepřítomnosti kyslíku, zajistí poměrně
rychle vytvoření plně anaerobního prostředí, v němž se pak mohou vyvíjet také methanogeny.
Acidogeny přitom produkují oba hlavní substráty pro tvorbu methanu3:
kyselinu octovou, která je zpracovávána na methan tzv. acetotrofními methanogeny
CH3COOH → CH4 + CO2
směs vodíku a oxidu uhličitého, která je ještě rychleji konvertována na methan
hydrogenotrofními methanogeny. Velmi rychle se rozvíjející hydrogenotrofy způsobují
prakticky úplné vymizení vodíku z produkovaného bioplynu.
4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O
4. Suroviny (vstupy) pro anaerobní digesci:
Mezi běžně využívané substráty fermentačního procesu patří:
zemědělské organické odpady (hovězí a vepřová kejda, hnoje, hnojůvky, močůvky, silážní
šťávy atd.)
cíleně pěstovaná biomasa (silážní kukuřice, slunečnice, obiloviny, travní senáž atd.)
odpadní biomasa (tráva, sláma atd.)
odpady z výroby biopaliv (obilné výpalky, řepkové výlisky, G-fáze atd.)
odpady z potravinářské výroby (cukrovarnické řízky, bramborové slupky, gastroodpad atd.)
kaly z čistíren odpadních vod
komunální odpad – organická frakce.
5. Klasifikace bioplynových stanic:
Podle typu zpracovávaného substrátu:
Čistírenské BPS (zpracovávají kaly z biologických čistíren odpadních vod)
Zemědělské BPS (zpracovávají substráty pouze ze zemědělské produkce – exkrementy
hospodářských zvířat a cíleně pěstovaná nebo odpadní biomasa ze zemědělství)
Kombinované BPS (mohou vedle výše uvedených substrátů zpracovávat bioodpady).
Podle typu fermentačního procesu:
mokrá fermentace (obsah sušiny ve fermentovaném substrátu do cca 15 %)
suchá fermentace (obsah sušiny v rozmezí cca 20-50%).
Podle reakčních teplot:
mezofilní režim (provozní teplota 30-40oC)
termofilní režim (provozní teplota 45-60oC).
6. Možnosti využití bioplynu
Bioplyn vznikající v procesu anaerobní digesce lze využít následujícími způsoby:
35
výroba tepla (spalování v kotli)
kombinovaná výroba tepla a elektřiny (kogenerace)
kombinovaná výroba tepla, elektřiny a chladu (trigenerace)
dodávky do plynárenské sítě (po přečištění)
využití v dopravě (po přečištění a úpravě)
7. Perspektivy technologie anaerobní digesce
Vzhledem k politice zvyšující se nezávislosti na fosilních palivech představuje bioplyn velice
perspektivní alternativu výroby energie. Při omezené rozloze využitelné zemědělské plochy a
nárocích na produkci potravin, alternativních pohonných hmot a energetické biomasy může
být v budoucnu diskutabilní smysl cíleného pěstování zemědělských plodin výhradně pro
produkci bioplynu.
Nezpochybnitelný smysl však má energetické využití jakékoliv odpadní biomasy a obecně
odpadů organického původu. Skládkování biologicky rozložitelného odpadu je v prostředí
platné legislativy značně (a zcela logicky) omezováno a v budoucnu bude zřejmě úplně
zakázáno. Nekontrolovaným anaerobním rozkladem bioodpadu v tělese skládky vzniká tzv.
skládkový plyn. Methan patří mezi skleníkové plyny s účinností 20x vyšší v porovnání
s CO2.2 Pokud není skládkový plyn stoprocentně jímán a dále využit, představuje CH4 v něm
obsažený závažnou hrozbu pro životní prostředí.
Další alternativy zpracování bioodpadu vedle skládkování jsou následující:
kompostování a následné využití kompostu jako hnojivo, případně rekultivační materiál
(využití organické hmoty z biomasy)
spalování (využití energie obsažené ve vazbách organických molekul biomasy a
akumulované v procesu biosyntézy)
anaerobní digesce (současné využití energie vazeb – transformace na energeticky bohatý
CH4 a využití organické hmoty – digestát).
Z tohoto hlediska se anaerobní digesce spojená s produkcí bioplynu a digestátu jeví jako
nejhospodárnější postup materiálového a energetického využití odpadů biologického původu
a tento postup by měl být upřednostňován vždy, kdy je to (zejména z hygienického hlediska a
vzhledem k biologické rozložitelnosti) možné.
8. Literatura
http://cs.wikipedia.org/ , 23.10.2008
Vyhláška č.383/2001 Sb. o podrobnostech nakládání s odpady
Straka, F. (2008): Bioplyn, GAS s.r.o., Říčany
Metodický pokyn MŽP „K podmínkám schvalování bioplynových stanic před uvedením do
provozu“, http://biom.cz/data/mp-bps-final-4-8-2008.pdf , 23.10.2008
36
Udržitelné zpracování biologických odpadů
Zpracoval: Ing. Josef Urban
Úvod
Cílem tohoto příspěvku je částečně zodpovědět, nebo alespoň částečně objasnit otázku
udržitelného nakládání s některými biologicky rozložitelnými odpady. Těchto odpadů je, dle
řady studií a pilotních projektů sběru a nakládání s nimi, cca 40% v celkovém množství
komunálních odpadů produkovaných obyvateli. To je celkem dost na to, abychom skutečně
usilovali o jejich lepší využití, než prosté ukládání na skládky. K tomu nás vede i stávající
legislativa, dnes již obecně známá čísla zavazující ČR ke splnění snížení celkového množství
ukládaného BO na skládky (snížení hmotnostního podílu biologicky rozložitelných odpadů
(BRO) uložených na skládky na 75 % hmotnostních do roku 2010, na 50 % hmotnostních do
roku 2013 a na 35 % hmotnostních do roku 2020 ve srovnání s produkcí biologicky
rozložitelných odpadů v roce 1995), čísla daná EU - Směrnicí rady 99/31/EC "o skládkování
odpadů". Stejně tak je již dnes zřejmé, že k jejich naplnění dojde jen s velkými obtížemi.
V současné době se pohybují předběžná čísla snížení hmotnostního podílu BRO uložených na
skládky na hodnotách cca 85 - 90 % hmotnostních, ve srovnání s produkcí BRO v roce 1995.
Co je za tímto faktem také možná naznačí tento příspěvek.
Proč se vlastně bráníme ukládání bioodpadu na skládky? Bioodpad uložený na skládku jednak
umožní nekontrolovaný únik emisí CO2 a CH4 do ovzduší, nehledě na možné pachové zátěže
okolí skládky. Je znehodnocen bez užitku, dokonce s uvedeným možným negativním vlivem
na životní prostředí, nebo v případě jímání skládkového plynu pouze částečně využit. Stejně
tak lze hodnotit i spalování, pokud se tedy nebude jednat o bioodpad typu dřevní štěpka,
sláma apod. Spalování ostatních BRO je spíše jejich likvidací, než využitím, navíc za značně
vysokých nákladů (cena likvidace ve spalovnách se pohybuje na úrovni cca 1300 – 1600Kč/t).
Spalování by tedy měly předcházet jiné formy nakládání s BRO směřující k jejich skutečnému
materiálovému či energetickému využití.
Technologie využití bioodpadů
Jaké máme nyní možnosti bioodpady využívat? Bioodpady (BO) lze biologickými procesy
transformovat na hnojiva, paliva, spolu se vznikem „vedlejších“ produktů. Co je hlavní a co
vedlejší produkt je otázkou pojetí každého jednotlivého projektu.
První z možností využití bioodpadů je již zmíněné spalování. V mnohých městech a obcích
lze vidět fungující kotelny spalující štěpku, slámu, nebo z dřevních a rostlinných odpadů
vyráběné peletky, brikety, apod.. Zde je význam zcela zřejmý – spalováním bioodpadů
získáváme energii, ať již ve formě tepla, elektrické energie (el.en.). Jedná se však o specifické
druhy bioodpadů, vyskytující se primárně v lesnictví a zemědělství, ne v běžném biologicky
rozložitelném komunálním odpadu (BRKO).
Další možností materiálového využití BRO je jejich přeměna na hnojivo pomocí
kompostování. Jedná se vlastně o protipól výše uvedeného přímého spalování, kdy dochází
k energetickému využití, s výstupem ve formě popela. Kompostování je procesem, kdy je
výsledným produktem hnojivo (stabilizovaná organická hmota – kompost), obsahující
minerální živiny, které lze touto přirozenou formou vrátit zpět půdě, zachovat tak její
úrodnost, saturační schopnost, kvalitu pro další generace. Tento proces však není energeticky
soběstačný – je nutno počítat s nemalou energetickou náročností procesu - nutnost předúpravy
materiálů před vstupem do kompostovacího procesu (drcení, štěpkování, ..), přerovnávání
bioopadů do zakládky, následné překopávání, zalévání, po ukončení kompostovacího procesu
37
potom drcení, třídění, a další příprava pro distribuci, zatěžuje produkovaný kompost
značnými náklady. Zejména se jedná o náklady na pohonné hmoty, el.en., odpisy strojů a
zařízení, pracovní sílu.
V pomyslném středu mezi materiálovým a energetickým využitím BRO leží bioplynové
stanice (BPS), které produkují jak energii (ve formě el.en. a tepla spalováním bioplynu), tak i
hnojivo (ve formě digestátu, fermentačního zbytku). Navíc jsou bez problémů schopny zajistit
další funkci, kterou je hygienizace přijímaných BO. Tato funkce je důležitá pro určité druhy
BO, vymezené nařízením evropského parlamentu ES 1774/2002 o hygienických pravidlech
pro vedlejší produkty živočišného původu, které nejsou určeny pro lidskou spotřebu. Jedná se
o potřebu určité bioodpady (např. jateční odpad, BRKO z kuchyní a stravoven,...) pomocí
určené teploty a tlaku zbavit možných nežádoucích patogenů, které se v těchto materiálech
mohou vyskytovat. V bioplynových stanicích je většinou pro tento hygienizační proces
potřebného tepla dostatek, takže se prakticky jedná pouze o instalaci zařízení, které tento
proces umožní realizovat, včetně sledování jeho kvality.
Technologie BPS lze v zásadě rozdělit na základní dva technologické druhy – suchá a mokrá,
kdy každá má své opodstatnění, výhody a nevýhody. V zásadě lze říci, že využitelnost
každého z těchto technologických směrů se odvíjí od přijímaných bioodpadů, nebo biomasy,
jejich sušiny – materiály s nízkým % sušiny jsou vhodné pro mokrou fermentaci, a obráceně.
Je potřeba říci, že ne všechny materiály jsou vhodné pro anearobní fermentaci. Jsou materiály
obtížně rozložitelné v běžných podmínkách fermentace. Jedná se např. o materiály s vysokým
podílem ligninu, který se rozkládá velice pomalu, a v procesu působí spíše potíže (míchání,
čerpání substrátů v případě mokré fermentace..), prakticky tak není v procesu anearobní
fermentace energeticky využit. Tyto materiály se prosto spíše hodí pro výše uvedené přímé
spalování, nebo kompostování (dlouhodobější proces, kdy dojde k rozkladu i obtížně
rozložitelných složek). Potom jsou to nežádoucí příměsi (nerozložitelné látky – kameny,
písek, skla, kovy, PVC, PET apod.), které v případě využití mokré technologie mohou
způsobit zanášení systému, vedoucí až k jeho poškození, nutnosti jeho čištění. V tomto ohledu
má nespornou výhodu využití technologií suché fermentace, neboť proces nevyužívá
míchadel, čerpadel apod., které by mohly být znečištěnými vstupy poškozeny. Výsledný
fermentační zbytek je po průchodu fermentačním procesem před jeho odvozem k aplikaci na
půdu přetříděn, tedy zbaven těchto nežádoucích příměsí.
Nicméně, praktické zkušenosti a technologická úroveň nabízených zařízení dává v současné
době spíše přednost vzniku projektů využívajících technologií mokré fermentace. Navíc s
využitím biomasy cíleně pěstované namísto přednostního využívání bioodpadů. Proč je tomu
tak, vyplyne z následují části.
Ekonomika zařízení
Osobně považuji anearobní fermentaci bioodpadů v BPS se vznikem bioplynu a následnou
aplikací fermentačního zbytku jako hnojiva na zemědělské pozemky, za dokonalou formu
jejich využití. Žijeme v tržním prostředí, kde nerentabilní projekty nemají dlouhodobou šanci
uspět. BPS mají nespornou výhodu v možnosti propojení energetického a materiálového
využití přijímaných materiálů, v našem případě primárně bioodpadů.
Jak již bylo uvedeno v předchozích odstavcích, spalování BO je procesem, který vyžaduje
dotace, většinou ve formě poplatku producenta odpadů za likvidovaný BO. Stejně tak je tomu
bohužel i v případě kompostáren. Náklady na výrobu kompostu s důrazem na kvalitu
výsledného produktu lze v součanosti odhadnout na cca 500 – 1500Kč/t (záleží na strojním
vybavení, pojetí procesu, pracovní síle, nabízeným službám pro producenty odpadů a
38
odběratele kompostu,..) . Přestože jsou hnojivé účinky výsledného produktu poměrně
významné, není možno kalkulovat s prodejní cenou produktu větší, než na spodní hranici
těchto nákladů. Tedy možnost profitu při zachování kvality produktu, a legislativních nároků
provozu je minimální. Pokud započteme náklady na vybudování kompostárny bez dotací,
doba návratnosti vychází zcela mimo rámec komerční realizovatelnosti těchto projektů. Spíše
je u většiny těchto zařízení nutno počítat s dotací na úrovni cca 500 - 1000Kč/t přijímaného
bioodpadu, což jsou částky v průměru stejné, jako částky za uložení komunálního odpadu na
skládky.
Spolu s faktem, že třídění a svoz bioodpadů do jejich zpracoven jsou také činnosti vyžadující
finanční prostředky, je zřejmé, že v současné době není motivačním faktorem využití
kompostáren pro nakládání s BO jejich příznivý vliv na celkové zlevnění nakládání s odpady.
Tento fakt je potom potřeba řešit legislativními požadavky (např. novelou zákona o odpadech
eliminující ukládání BRKO na skládky), kvůli nutnosti plnit dohodnuté směrnice a z nich
vycházející plány odpadových hospodářství (POH).
Bioplynové stanice mají výhodu ve finančním bonusu z vyrobeného bioplynu, která umožňuje
snížení poplatku za příjem BRO výrazně pod úroveň v případě kompostáren. V ideálním
případě by bylo možno uvažovat o příjmu BRO do těchto zařízení i bez poplatku, ovšem za
předpokladu navýšení jiných příjmů. Hlavním tímto jiným příjmem je dotovaná cena za
vyrobenou elektrickou energii (vyráběná na kogeneračních jednotkách (KJ) spalujících
bioplyn), v některých případech potom tepelná energie, která může být využívána pro další
podnikatelské aktivity provozovatele, nebo prodávána do okolí, v ideálním případě potom
např. do systémů centrálního zásobování teplem (CZT) obcí a měst. V současné době je pouze
zlomek BPS primárně zaměřen na využití BRO, většina BPS provozovaná, realizovaná, a
plánovaná v ČR je farmářského typu, tzn. spotřebovávající cíleně pěstovanou biomasu a
statková hnojiva většinou vlastní produkce farem. Důvodem velmi omezené výstavby
„odpadářských“ BPS je nízká rentabilita zařízení, kterou způsobuje hned několik faktorů:
vysoké pořizovací náklady v poměru k instalovanému elektrickému výkonu KJ, způsobené
nutností řešit příjem a předúpravu vstupních materiálů do fermentačního procesu (drcení,
hygienizace, čištění od nežádoucích příměsí apod.). Reálné navýšení investičních nákladů na
instalovanou kW je na cca dvojnásobek oproti farmářským BPS
dotovaná výkupní cena. Oproti farmářským BPS je stávající cena nižší o 0,6Kč/kWh, tedy o
cca 15% (3,9Kč/kWh „farmářské“, 3,3Kč/kWh „odpadářské“ – ceny stanovené vyhláškou
ERÚ pro rok 2008).
vysoká vlastní energetická potřeba – vlastní spotřeba el.en. a tepla v BPS „odpadářských“ je
několikanásobně vyšší oproti „farmářským“ aplikacím (vlivem vyšší technologické náročnosti
- instalaci dalších technologických částí vyžadujících el.en., teplo pro hygienizaci apod..).
Např. vlastní spotřeba el.en. u „farmářské“ BPS je 5% el. en., 30% tepla, u „odpadářské“
potom 30% el. en., 60% tepla
vyšší nároky na pracovní sílu, administrativní nároky – vyšší legislativní požadavky,
technologická náročnost a monitoring provozu, zatěžují „odpadářské“ BPS více i po stránce
obsazení pracovní silou, monitorováním procesu a administrativou
uplatnitelnost fermentačního zbytku – bez přímé vazby na zemědělství je jeho uplatnitelnost
organizačně i ekonomicky horší, navíc existuje větší riziko vnosu nadlimitních koncentrací
sledovaných látek
značná averze veřejnosti proti výstavbám těchto zařízení v blízkostí jejich obydlí – veřejnost
je stěží schopna akceptovat zemědělské bioplynové stanice, navíc jsou obavy z opakování
výstavby technologicky a provozně špatných projektů, na základě negativních zkušeností z
nedávné minulosti
39
nevýrazná podpora krajských úřadů, ačkoliv se jedná o zařízení, která jsou uvedena v
Krajských POH (podpora v procesu EIA, územního řízení apod.)
Vysoké měrné investiční náklady, vysoká spotřeba vlastní energie a další provozní náklady
jsou proměnnými, které lze ovlivnit velice těžko, jsou dány technickou vyspělostí
technologických řešení, provozními a legislativními požadavky. Tyto negativní vlivy na
ekonomiku jsou tak výrazné, že nepomůže ani fakt, že „farmářské“ BPS biomasu z části
nakupují. Jedinou ovlivnitelnou proměnnou ekonomiky „odpadářské“ BPS tak zůstává
dotovaná výkupní cena. Záměrně není zmiňován vliv cen bioodpadů na trhu, hnojiv apod.,
jejich úroveň stanovuje tržní prostředí a to je pro všechna zařízení společné, ani investiční
dotace, na kterou není právní nárok, a nemůže fungovat v celkové koncepci nakládání s BO
jako řešení.
Závěr
Z výše uvedených informací je patrné, že na našem trhu není vytvořeno prostředí vhodné pro
vznik většího počtu „odpadářských“ BPS, které by byly schopny řešit poměrně velkou část
produkce BRO. S vyloučením méně vhodných a nevhodných materiálů lze uvažovat o
možnosti takového využití minimálně 50% BRKO. Osobně jsem přesvědčen, že navýšení
výkupní ceny za vyrobenou kWh na úroveň blížící se farmářským BPS je cestou, která
umožní realizaci dalších projektů BPS zaměřených více na nakládání s bioodpady. Pokud
bude příjem BPS z prodané el.en. dostatečný pro její provoz a zajistí rentabilitu vložených
prostředků investorům v reálném čase, bude jejich přínos významný i pro obyvatele – vliv
takových provozů na zvyšování poplatků obyvatelům za systémy nakládání s odpady bude
minimální. Porovnání možné výkupní ceny např. 4,2Kč/kWh na takové „odpadářské“ BPS v
budoucnu, a v současnosti platné výkupní ceny z výroby el.en. na fotovoltaických
elektrárnách 13,46Kč/kWh, potom dostatečně prezentuje skutečný význam pojmu dotovaná
cena pro tento případ. Podíl vyrobené el. en. na „odpadářských“ BPS bude i v případě
několikanásobného počtu těchto zařízení oproti ostatním zdrojům výroby elektřiny z OZE
v řádu několika %. Možný negativní dopad navýšení výkupní ceny vyrobené el.en.
„odpadářskou“ BPS na obyvatele ve formě navýšení prodejní ceny el.en. na českém trhu lze
tedy také hodnotit jako minimální.
Je zřejmé, že ke splnění Směrnicí rady 99/31/EC stanovených hodnot nám chybí poměrně
podstatné zvýšení zpracovatelských kapacit zařízení pro nakládání s BRO. V současné době
se může jednat o množství cca 600tis t/rok, což může být např. 3000 kompostáren o průměrné
kapacitě 200t, nebo větších zařízení, např. 50 kompostáren, BPS o průměrné kapacitě 12000t.
Skutečnost bude samozřejmě kombinací těchto zařízení, spolu s dalšími, jde jen o to, čemu
bude dána přednost, a jaký bude dopad na obyvatele.
Zdroje:
BIOPROFIT s.r.o. , POH ČR, POH Jihočeského kraje, www stránky http://biom.cz
Seznam zkratek:
BRO
BRKO
BO
BPS
biologicky rozložitelný odpad
biologicky rozložitelný komunální odpad
bioodpady
bioplynová stanice
40
El.en.
elektrická energie
CZT
centrální zásobování teplem
ERÚ
Energetický regulační úřad
POH
Plán odpadového hospodářství
Zákon o odpadech Zákon č.185/2001 Sb., o odpadech a o změně některých dalších
zákonů, ve znění pozdějších předpisů
EU
Evropská unie
41
Centrum biologických technologií
Zpracoval: Petr Kohout
patří mezi akreditované vědeckotechnické parky v ČR a plní několik úkolů, zejména funkci
inovačního centra a inkubátoru, kde je cílem podpora malých a středních inovačních podniků,
jejich konkurenceschopnost a rozvoj nových technologií. V Centru biologických technologií
je velký prostor na spolupráci veřejných vědeckých institucí s neveřejným sektorem (převážně
výrobními firmami) a tím pak prostor ke zefektivnění činnosti vzniklého inovativního
potenciálu.
Centrum biologických technologií je rozděleno na dva technologické celky: technologickou
halu a objekt laboratoří.
Součástí biotechnologické haly jsou další technologická zařízení vybraná dle nejnovějších
poznatků z výzkumů, testovacích zařízeních a pokusných kultivačních jednotek či reaktorů.
V technologické hale je připraven rozvod čisté vody dle ČR lékopisu, rozvod stlačeného
vzduchu, rozvod technické páry a produktovody napojené na technologická zařízení.
Technologické vybavení v N. Hradech je zaměřeno na kultivaci mikroorganismů:
-solární technologie tvoří čtyři reaktory v objemu cca 100 l/jednotku. Solární fotobioreaktor je
složen ze skleněných trubic pro biomasu umístěných pod koncentračním rastrem napojených
na kultivační systém přes peristaltická čerpadla. Nedílnou součásti kultivačních jednotek jsou
produktovody na dopravení sterilního média, živin a dalších médií. Dalším prvkem jsou
separační troubele na dopravení suspenze do zpracovatelské linky.
-heterotrofní kultivace jsou tvořeny reaktory o objemu 20 litrů a 200 litrů, Heterotrofní
kultivace zahrnuje fermentační jednotky pro sterilní kultivaci mikroorganismů na organickém
substrátu. K fermentorům jsou dovedeny média, produktovody na živné roztoky, stlačený
vzduch a rozvod páry. Fermentory jsou propojené na zpracovatelskou linku přes separační
rozvody.
- annulární kolonové reaktory tvoří jednotky o objemech 20 a 60 litrů vhodné k testování
podmínek kultivací a k následné řízené kultivaci mikroorganismů. Tento systém je technicky
navolen tak, že se během krátké doby dá přizpůsobit požadavkům provozu a napojit na
všechna potřebná média.
-zpracovatelská linka je koncipována tak, aby zařízení bylo možno přestavěním systému
jednotlivě používat. Zpracovatelská linka zahrnuje separátor na odstředění zahuštěné biomasy
a supernatantu. Po centrifugaci se zahuštěná biomasa přes separační čerpadlo dopravuje do
chladícího zásobníku. Dále biomasa prochází dezintegrací. Po dezintegraci jsou
mikroorganismy připraveny na sušení, purifikaci, analýzy atd. Sušení je závislé na
požadavcích dle využití produktu a probíhá buď ve sprejové sušárně přes atomizér, nebo
v lyofilizátoru. V případě sprejového sušení je produkt veden přes cyklon do čisté laboratoře a
uchováván a připravován ke konečné úpravě.
-čistý prostor třídy C s odděleným Flowboxem zajišťující čistotu A . Čistý prostor je propojen
s technologickou halou personální a materiálovou propustí. Dále je vybaven technologií
potřebnou pro uchování sterilních vzorků a dvěma bioinkubátory pro kultivaci inokula a
dalších řasových kmenů.
42
Výzkumné a studentské laboratoře jsou vybaveny chemickými výlevkami,
vzduchotechnickými jednotkami a oddělenou chemickou kanalizací končící v neutralizační
jímce. V těchto laboratořích je prováděna činnost spojená se základním výzkumem až po
provozní aplikace a jsou přístrojově vybaveny tak, aby splňovaly nejmodernější technické
požadavky. V přilehlých studentských laboratořích probíhají jak rekvalifikace, tak vzdělávání
studentů v oblasti biotechnologií a nových technologických procesů.
GMO laboratoře jsou přístupny přes hygienickou smyčku a jsou rozčleněny do několika
pracovních sektorů splňujících požadavky správné výrobní praxe. V objektu je
kultivační temperovaná místnost vhodná pro kultivaci mikroorganismů a přístroje k uchování
sbírky kultivovaných kmenů. Rozvod stlačeného vzduchu a kontrolované směsi(CO2) jsou
základem pro veškeré činnosti provozované v CBT.
AKADEMICKÉ A UNIVERZITNÍ CENTRUM NOVÉ HRADY
Hlavním cílem tohoto technologického inkubátoru je vytvořit nejvhodnější podmínky
pro úspěšný start inovačních a vývojových projektů. Kromě služby zvýhodněného pronájmu
po inkubační dobu projektu, jde především o širokou nabídku podpůrných služeb, jejichž
cílem bude zvýšit šance inovačního projektu dosažení stádia úspěšné komercionalizace.
Jedná se především o tyto služby:
• poradenství a asistence při vypracování projektového záměru inovačního nebo vývojového
projektu
• poradenství a asistence při hledání vhodných finančních zdrojů inovačního nebo vývojového
projektu
• podpora řízení projektu
• vzdělávání zaměřené na podnikání v oblasti vývoje a inovací
• ochrana duševního vlastnictví - poradenství a spolufinancování
• ověření a demonstrace projektu v reálném provozu
Centrum biologických technologií Nové
Hrady tvoří technologický inkubátor,
vědeckotechnický park a centrum transferu
technologií. Na jejich základě funguje
spolupráce mezi inkubační firmou a zástupci
CBT, kde za velice úzké spolupráce řeší
inkubační projekty.
Technologický inkubátor jsou prostory v nichž je využívána biotechnologická hala a
laboratoře firmami, které mají zájem o spolupráci s akademicko-univerzitním pracovištěm, na
jejímž základě společně vyvíjejí inovační produkty.
Vědeckotechnický park je prostor se sídly společností rozvíjejících špičkové technologie
(high-tech) a místo seskupující podnikatelské inovační aktivity napojené na pracovníky
výzkumné a akademické sféry, kteří společně se zástupci VTP zajišťující rozvoj firem a
zabezpečují základní funkce VTP.
43
Centrum transferu technologií je kancelář, která vyhledává, zpravidla v akademické sféře,
výsledky vhodné pro využití v praxi a pomáhá jejich uvedení do komercionalizace. Služeb
přenosu technologií zajišťované touto kanceláří využívají nejen inkubované firmy, ale i
výzkumné organizace a spolupracující instituce při Centru biologických technologií.
- technologický transfer v Nových Hradech je zaměřen na transfer technologií a realizaci
přenosu procesu do praxe v oblasti biotechnologických, biochemických a molekulárněbiologických firem a firem zaměřených na vývoj přístrojů, strojů a dalších zařízení
- mezinárodní transfer v Akademickém a univerzitním centru probíhá nejen přenosem
technologií z ČR, ale též úspěšně přenosem technologií do ČR. Kancelář inkubátoru
poskytuje poradenskou činnost v oblasti ochrany duševního vlastnictví, kde úzce spolupracuje
s odborníky z patentové kanceláře s potřebnými právními a procesními znalostmi
Poskytování odborného poradenství při Centra biologických technologií:
1) Technické konzultace vycházející z portfolia znalostí pracovníků a spolupracovníků VTP
2) Technická pomoc a testování při CBT, které se podílí na provozu unikátních přístrojů a
zajišťuje jejich odborné vedení na realizovaných projektech
3) Právní konzultace (studie, manuály, zprostředkování partnerů)
4) Marketing a vzdělávání
5) Biotechnologie a přístrojová technika
6) Pořádání kooperačních burz, seminářů a konferencí
2005
2006
2007
2008
1103
1103
1103
1103
1103
1703
1703
1703
150
750
750
750
2
3
4
5
0
15
17
30
0
9
11
24
Počet
pracovníků
ve VTP
celkem
Počet
pracovníků
IF
Nově
vytvořená
místa v IF
Počet IF
Pronajatá
plocha IF
Pronajatá
plocha
Celková
plocha
VTP
Rok
Statistické údaje VTP Nové Hrady
5
8
14
14
44
45
Centrum biologických technologií Nové Hrady – shrnutí
projektu Prosperita 605-001
Zpracoval: Doc. RNDr. Dalibor Štys, CSc.
Co to je?
Centrum biologických technologií Nové Hrady je technologický inkubátor, vědeckotechnický
park a centrum transferu technologií. Na jejich základě byl financován biotechnologický
poloprovoz, firemní a společné výzkumné laboratoře, ochrana duševního vlastnictví
a podobně.
Technologický inkubátor jsou prostory, v nichž akademičtí pracovníci, z univerzit nebo
z akademie věd, dokončují své prakticky uplatnitelné výsledky.
Vědeckotechnický park je, zjednodušeně řečeno, místo, kde se setkávají výzkumní pracovníci
z akademické a průmyslové sféry.
Centrum transferu technologií je kancelář, která vyhledává v akademické sféře výsledky
vhodné pro využití v praxi a pomáhá jejich uvedení do života.
Jak jsme se poučili
Je docela dobře možné, že ve velké instituci, kde působí stovky vědců zaměřených na fyziku,
chemii nebo medicínu, a vzniká ročně deset firem či technologií, se dají tři výše zmíněné
funkce jednoznačně rozlišit, administrativně pokrýt a zbyrokratizovat. My jsme slíbili, že
v našich prostorách umístíme pět firem, z nich tři již existující a dvě začínající. Výsledek se
rozprostírá po celé časové škále a škále způsobů provedení a to několika způsoby. Například
jasné časové měřítko je registrace firmy. My jsme byli svědky jak založení firmy, tak
znovuzrození firmy dlouho neaktivní, založení matky existující dceřinné firmy i převzetí
existující technologie novou firmou. Takže jaké časové kritérium jsme měli vzít v potaz? Měli
jsme kvůli tomu ty nejzajímavější projekty zavrhnout?
Podobně v ochraně duševního vlastnictví. Měli jsme patenty a technologie vlastní, ale získali
jsme i 50% podíl na mezinárodním patentu vzniklém na univerzitě v Bonnu. Ochrana
duševního vlastnictví je vůbec hodně problematická kategorie, jak poukážeme na konkrétních
případech v dalších odstavcích.
Jako již tolikrát v historii Akademického a univerzitního centra Nové Hrady, jsme byli opět
schopni oslovit ty, kteří se nemohou jednoduše zařadit do nějaké byrokratizovatelné
kategorie. Díky naší (malé) velikosti nás nic nenutí procesy formalizovat, vždy máme
dostatek času problém detailně probrat a dohodnout se. Kvalitních nápadů, které neprošly
byrokratickým procesem a hledají prostor, je tolik, že si můžeme dovolit ty, na nichž jsme se
nedohodli, v klidu opustit. Nové, zejména interdisciplinární, projekty, si nás nacházejí samy –
možná, troufám si tvrdit, že jich zákonitě musí být víc než těch jasně zařaditelných.
V dalších odstavcích se pokusím vybrat některé typické výsledky jako praktickou ukázku šíře
problematiky.
Příběh firmy Bonapol
Technologie výroby velmi čistého pylu, vyvinutá panem Tomkem, má za sebou poměrně
pohnutou investorskou historii včetně osobního bankrotu jejího tvůrce. Každopádně v roce
2003 byla založena firma Bonapol a.s. Vznikla s cílem zajistit zavedení výroby velmi čistého
pylu do praxe. To se však stalo až v roce 2006, kdy došlo k definitivní dohodě mezi majitelem
patentů a investory. Po pravdě řečeno, investory u projektu držela především materiální
podpora Centra biologických technologií, které poskytlo zázemí jak pro kontrolní laboratoře,
tak pro výrobní technologie, konferenční a reprezentační prostory. Dnes, po necelých třech
46
letech od vlastního spuštění, je Bonapol v černých číslech, investice jsou splaceny a firma
zaměstnává jak dělnické profese, tak vysokoškoláky včetně doktorandů přírodovědecké
fakulty JU. Firma dnes zahajuje přechod ke kvalitativně lepší technologii, čímž daleko
překročila původní cíl tříletého projektu, s nímž vstoupila do vědeckotechnického parku.
Proto také investuje do nových prostor mimo Nové Hrady a otvírá prostor pro další projekty.
VOR-IP Ltd.
Firma Vítek-Ondřej-Rory Intellectual Property Limited je registrována na ostrově Whigh ve
Velké Británii. Byla zřízena za účelem ochrany duševního vlastnictví technologie Compotech,
pomocí níž se vyrábějí nejtužší trubky z uhlíkových kompozitů na světě. Výrobní firmou je
Compotech Plus s.r.o ze Sušice. Vlastníci oboru firem jsou stejní, Vít Šprdlík, Ondřej Uher a
Rory Carter.
Technologie původně vznikla jako projekt dvou magisterských studentů ČVUT, kteří si chtěli
vylepšit své sportovní náčiní, pádlo. Bez velkého studia literatury se pustili do výroby
prototypu a vyvinuli technologii, která levně řeší řadu technických problémů, s nimiž si
konkurence neví rady. Problém je ovšem, jak takový jednoduchý princip chránit. Patentování
se nehodí, to je dobré pro velké firmy schopné nasadit velké prostředky do soudních procesů a
zcela jednoznačně definované objekty, například chemická individua. A také trochu pro
zmatení konkurence.
Vlastníci technologie Compotech se rozhodli jít cestou založení „mateřské“ firmy VOR-IP
Ltd., na níž převedli všechna práva k technologii Compotech. A to se dělo právě s pomocí
našeho Centra biologických technologií.
To byl původní plán a byl naplněn. Vedlejším produktem této spolupráce bylo, že jsme si
s kolegy z Compotechu důkladně povídali, připravili jsme společné projekty a získali je i pro
výuku speciálních kursů v našem novém doktorském programu..
BP Medical s.r.o.
Ing. Vitězslav Březina CSc. pracoval v Akademickém a univerzitním centru od roku 2001.
Věděli jsme, že kdysi měl firmu provozující medicínskou laboratoř, ale po dlouhou dobu
nebyla aktivní. Po vzniku a dovybavení vědeckotechnického parku nastal prostor pro rozvoj
těch technologií, které byly dlouho v našem výhledu, ale nebyly pro ně dokončeny materiální
podmínky. Byly to biotechnologie využívající řasy a sinice a technologie tkáňových kultur.
Dnes má BP Medical s.r.o. zaregistrováno několik kosmetických produktů využívajících
řasovou biomasu a v procesu registrace jsou potravní doplňky. Testů biokompatibility
s využitím tkáňových kultur se udělalo několik set.
Gali-3D s.r.o. – spin-off jak má být
Ing. Dr. Michal Hušák pracoval na některých našich vědeckých projektech do roku 2003. Ve
svém volném čase (hlavním úvazkem byl na VŠCHT) programoval na našem počítači Silicon
Graphics software na trojrozměrné zobrazování molekul. Od roku 2004 ve vlastní firmě Gali
3D s.r.o. produkuje trojrozměrné filmy. Mezi jeho hlavní zákazníky patří například americká
chirurgická asociace, která chce zobrazovat a zaznamenávat mikrochirurgické operace.
Dlužno říci, že Gali 3D infrastrukturu inkubátoru nepotřebovala, pro jejich činnost je
vhodnější méně hmotných závazků. Alespoň ale máme v naší zasedací místnosti trojrozměrné
kino.
Mimochodem, jak CompoTech, tak Gali-3D byly pozvány na konzultaci na European Space
Agency.
47
Code Farms Inc. a projekt Expertomica
Code Farms z Richmondu v Ontariu je firma Ing. Jiřího Soukupa CSc. Jirka emigroval v roce
1969 a od té doby se byl například v Bell Laboratories hlavním inženýrem týmu, který
vyvinul první 32 bitový čip. Stál za softwarem Cadence, pomocí nějž se dodnes navrhuje 70%
silikonových čipů. Poté, co se z Cadence stala rutina, začal s vývojem nových databázových
algoritmů. To, co se dnes jako object-oriented databáze s velkou slávou implementuje do
softwaru hlavních výrobců, prodávala Code Farms už v roce 1990. Slušně se živila, ale
nezbohatla.
Jednou z oblastí, pro něž je objektově orientované programování vhodné, jsou různé –omické
databáze – genomika, proteomika, metabolomika. My jsme se na ÚFB začali zabývat
metabolomikou. Jako poradce jsem si pozval našeho rodinného přítele Jirku Soukupa. Vznikl
projekt Expertomica a v současné době se dokončuje první verze software pro metabolomiku.
Projekt běží již třetí rok a stal se východiskem pro celou skupinu dílčích projektů v analýze
biologických dat, která je hlavní náplní naší laboratoře biologického inženýrství. Namísto
vlastní implementace technologie Code Farms, kterou zatím nepoužíváme, jsme se dostali
k mnohem obecnějšímu poznání, k teorii technického experimentu, která stála za všemi
Jirkovými úspěchy. A úspěchem největším je zajisté to, že „the famous doctor Sucoup“ se
stane školitelem našich doktorandů, a že s naší pomocí dokončí své „akademické“ projekty –
psaní učebnic, knih a článků.
Expertomica je ochranná známka registrovaná Ústavem fyzikální biologie Jihočeské
univerzity.
HIC & services s.r.o. a výroba křemíku fotovoltaické kvality
Firma HIC&services s.r.o. se začala zabývat vývojem krystalizačních metod pro velmi čistý
křemík před téměř čtyřmi lety. Vývoj probíhal na akademických institucích v Arménii, odkud
pochází majitel firmy Ing. Armen Jegijan. Ukázalo se, že v principu stejnou metodou, jako se
vyrábějí monokrystaly safíru pro vysoce výkonné lasery se daří vyrábět i monokrystalický
křemík, a to z mnohem levnějších vstupních surovin, než pomocí běžných metod. Navíc
s nižšími energetickými nároky. V současné době, s velkou podporou Centra biologických
technologií, dochází k převodu celého výzkumu do České republiky. Vedle toho se již
v Hospodářském parku České Velenice – Gmünd staví továrna, kde se bude tato technologie
využívat. Ústav fyzikální biologie díky této spolupráci získal i zajímavé přednášející
v oborech, o nichž se nám dříve ani nesnilo, například termodynamika pevné fáze či
anorganická krystalografie.
Zentiva a.s.
(Téměř) každý český organický chemik, biochemik či molekulární biolog by chtěl
spolupracovat se Zentivou. Ředitel pan Michal si vytýčil za cíl získat spolupráce nejen
v Praze, ale i v regionech, včetně jižních Čech. Když jsme se o této iniciativě dozvěděli,
nabídli jsme několik možností. Z nich jsme se nakonec dohodli na expresi terapeutických
proteinů. Jedná se o akademický projekt, i když kolegové ze Zentivy se nás snaží na
pravidelných schůzkách udržovat na cestě k průmyslově použitelné technologii. Nám se
podařilo pro tento projekt získat doc. Josta Ludwiga, jednoho z nejlepších molekulárních
biologů v kvasničných systémech. Ten se nesnaží dosáhnout rychlé metody produkce
menšího rozsahu v jednom systému – tím jsou zjevně savčí buněčné linie – ale produkce
stabilní, rychle transformovatelné do jiných typů buněk, která umožní dlouhodobou produkci
větších množství proteinů. To bude mít výhodu i pro naše akademické projekty. Další
nespornou výhodou bude i stabilnější působení doc. Ludwiga na našem pracovišti a jeho
nedocenitelné odborné a pedagogické zkušenosti a mezinárodní kontakty.
48
Triana Sci&Tech s.r.l.
Může být ještě něco lepšího než Zentiva? Jistěže, Hi-Tech firma, jejíž produkty se používají
na předních světových akademických i průmyslových výzkumných pracovištích a
k experimentům na kosmických orbitálních stanicích. V našem případě španělská firma
Triana Sci&Tech kterou založil profesor Juan Manuel Garcia Reina.
Profesor Garcia Reina je od roku 2003 hostujícím profesorem Jihočeské univerzity a s námi
spolupracuje již od roku 2001. V laboratoři proteinové krystalografie, vedené Dr. Ivanou
Kutou Smatanovou, byly vyvinuty některé technologie, které Triana Sci&Tech vyrábí, a další
zde byly testovány. Proto naše proteiny například létají do vesmíru. Proto také jediná
reference k našemu pracovišti na National Institute of Health USA byla zprostředkována
právě firmou Triana Sci&Tech až do té doby, než tam letos přednášel doc. Ettrich. Jinými
slovy, to, k čemu CompoTech and Gali 3D teprve směřují, Triana Sci&Tech už dokázala.
Kvantifikující přehled - Centrum biologických technologií Nové Hrady
(Provozovatel vědeckotechnického parku v Nových Hradech)
(Doc. RNDr. Dalibor Štys, CSc.)
Počet zaměstnanců: 14
Firmy ve vědeckotechnickém parku a technologickém inkubátoru (plán 5 firem):
B.P.Medical s.r.o., Ing. Vítězslav Březina, CSc., Zaječí
Počet zaměstnanců: 2
Bonapol a.s., JUDr. Ing. Milan Marko, MBA, Linecká č.p. 345, 382 41 Kaplice
počet zaměstnanců: 15
Akvakultury Blafka, Lubomír Blafka, Vilová 283, 373 33 Nové Hrady
Počet zaměstnanců: 2
Vorip Ltd. , Rory Carter, 10 Princess Esplanade, Gurnard. Isle of Wight, PO31 8LE, United
Kingdom
Počet zaměstnanců: 4
Pátá a šestá firma jsou před uzavřením smlouvy o inkubaci
Spolupracující firmy (plán 7 firem):
Gali-3D s.r.o. ., Česká 189/32, 370 01 České Budějovice 1
Zentiva a.s., U kabelovny130, 102 37 Praha 10
Korowatt.s.r.o. , Bušanovice 13, 38422 ČR
HIC&servis s.r.o., Teplárenská 611/1, 108 00 Praha-Malešice
CASTECH - novohradské sdružení pro povznesení vědy a technologií, Zámek 136, 373 33
Nové Hrady
Milcom a.s., Ke Dvoru 12a, 16 00 Praha 6 – Vršovice
Rybářství Hluboká a.s.
Hospodářský park České Velenice, a. s., 378 10 České Velenice 555
Castitech - Novohradská společnost pro rozvoj technologií s.r.o., Zahradní čtvrť 394, 373 33
Nové Hrady
CompoTech Plus s.r.o. , Družstevní 159, 342 01 Sušice
Jegi s.r.o., K Horkám 11 E, 102 00Praha 15
Společnost solárních stavitelů s.r.o., Zámek 136, 373 33 Nové Hrady
STP plast s.r.o., Karel Tomsa, Letné 211, 471 24 Mimoň
Chlorella Hellas Ltd., Navarinou 113, Kalamata 24 100, Greece
49
Závěr a poděkování
Projekt Dobudování vědeckotechnického parku Nové Hrady daleko předčil očekávané
výsledky. Nikoliv především proto, že došlo ke stabilizaci firem a vzniku pracovních míst,
vzniku nových technologií a přenosu do praxe. Daleko větší je přínos k poznání, vstup lidí
vzdělaných v teorii stochastických systémů, rozvoj teorie i praxe experimentu a další
kvalitativní skok v exaktnosti a efektivnosti všech činností našeho ústavu, především těch
akademických. Právě to nás, jak všichni věříme, činí dlouhodobě konkurenceschopnými
v mezinárodní konkurenci.
Nabyté zkušenosti a kontakty nám zajisté také hodně pomáhají při plnění bodovacích kritérií
Rady pro výzkum a vývoj. Za jeden mezinárodní patent je 500 bodů, z jednoho objevu je pak
většinou 5-7 patentů. I když, a to je třeba jasně říci, k rozvoji skutečného principiálního
poznání ani k zavedení nových technologií tato stále se měnící kritéria přispívají málo a často
škodí. Nadále chceme pokračovat zejména v činnosti vědeckotechnického parku. Nutnost
neustálého vznikání, která je základním předpokladem technologického inkubátoru, se
ukázala být spíše na obtíž. A centrem transferu technologií by se podle bodovacích kritérií pro
hodnocení VaV měla stát každá laboratoř, není-liž pravda?
Kromě většiny pracovníků Ústavu fyzikální biologie Jihočeské univerzity a Ústavu systémové
biologie a ekologie AVČR v Nových Hradech a některých kolegů z Třeboně, je třeba
poděkovat též všem pracovníkům firem, kteří měli tu vstřícnost, trpělivost, důvěru a odvahu.
Ono totiž jakmile se jedná o soukromé peníze, riziko neúspěchu je přirozeně posuzováno
z úplně jiného hlediska. Dík patří také politikům, zejména politikům Jihočeského kraje, kteří
nám dali důvěru. Doufám, že jsme ji nezklamali, i když jsme možná ne úplně přispěli
k zvýšení počtu voličů. Na to jsme na moc malém městě.
50
Biomasa - využití obnovitelných zdrojů energie
Zpracoval: RNDr. Jan Pokorný, CSc.
Biomasa je tradičním celosvětovým zdrojem energie. Její využívání je limitováno nízkou
účinností přeměny slunečního záření při fotosyntéze a navazujících pochodech.
Rostlinná biomasa vzniká přeměnou sluneční energie s účinností menší než 1%, nepočítaje
v to náklady a energetické výdaje na její těžbu, zpracování a transport. Roční produkce
biomasy se pohybuje okolo 0,5 kg sušiny na metr čtverečný. Jen v některých mokřadech,
úrodných půdách, případně s další dodatkovou energií ve formě hnojiv a agrotechnických
zásahů lze dosáhnout vyšší produkce. 0,5 kg sušiny na metr čtverečný odpovídá 5 tunám
sušiny na hektar, což odpovídá energetickému obsahu 2-3 kWh (na metr čtverečný) respektive
20 - 30 MWh na ha za rok.
Biomasa ovšem vzniká na rozsáhlých plochách a přes malou účinnost přeměny při růstu je
v ní vázáno vysoké množství energie.
Navrhujeme využívat biomasu ze záplavových území, jejichž hlavní funkcí je retence vody.
Celospolečenský přínos takového území spočívá v tlumení povodňové vlny, váže se zde oxid
uhličitý do biomasy a vznikající půdy (tlumení skleníkového efektu), váží se živiny do půdy a
biomasy (zlepšení kvality vody, snížení eutrofizace), zvyšuje se biodiverzita. Mokřadní
porosty vypařují vodu a přispívají tak k obnově krátkého vodního cyklu a zmírnění klimatu.
Využitelné jsou jak dřeviny přizpůsobené zaplavení (duby, vrby, olše, topoly, jasany), tak
byliny (rákos, chrastice, psárka, ostřice).
Nabízí se využívání biomasy luk sečených s podporou MZe. Posečená tráva zůstává často
ležet, nesklízí se nebo se mulčuje. Předpokládáme energetické využití této rostlinné biomasy
přes bioplyn nebo pyrolýzu. Nabízí se možnost využít stávající bioplynové stanice u čistíren
odpadních vod a adaptovat je tak, aby bylo možné přimíchávat rostlinnou biomasu
(kofermentace). Bioplyn se potom využívá na výrobu elektrické energie a na vytápění.Takové
postupy se ověřují v praxi. Lze tak využít i odpady městské zeleně.
Náklady na instalovanou kW bioplynové stanice se počítají cca 3500 EUR, náklady na kW při
instalaci 1MW jsou cca 2700 EUR (ČOV Třeboň).
V rámci našich aktivit jsme schopni:
a) zhodnotit potenciální produkci biomasy v nivách, v obnovených nivách a množství travní
biomasy ze zemědělských ploch a zeleného odpadu.
b) zhodnotit možnosti využití stávajících bioplynových stanic pro kofermentaci rostlinné
a jiné biogenní biomasy se stávajícími substráty – kaly ČOV, odpady ze živočišné výroby
Na zemědělských plochách doporučujeme zhodnotit možnost produkce plodin s dalším
technologickým zpracováním, řepka (pro olej, metyl ester do bionafty), kukuřice a další
obilniny pro etanol. Doporučujeme zhodnotit jak energetickou bilanci (energetické vstupy a
výstupy), tak dlouhodobé aspekty vyčerpávání půdy a kvality odtékající vody.
Existuje seznam povolených energetických rostlin, jejichž pěstování je v ČR podporováno
dotacemi, do tohoto seznamu patří například:
jednoleté: laskavec, konopí seté, sléz přeslenitý
dvouleté: komonice bílá, pupalka dvouletá
víceleté a vytrvalé: mužák prorostlý, topinambur, šťovík krmný, sveřep bezbranný, lesknice
rákosovitá
51
Biomasa je vhodná pro lokální využití a je žádoucí, aby zde byl nastartován trh s produktu
z biomasy jako jsou štěpky či pelety, ale pouze na lokální úrovni, abychom pracně
„vyrostlou“ energii spolu se státními dotacemi nepromrhali v transportních nákladech.
Navržené projekty, zejména ty, které předpokládají delší transportní vzdálenosti a manipulace
s materiálem, by měly být podrobeny kritické analýze energetické bilance.
Tepelná čerpadla – jsou někdy zavrhována z důvodu využívání a podpory centrálních
rozvodných sítí a nízké účinnosti, dané účinností výroby elektrické energie. Tepelná čerpadla
využívají geotermální energii (hluboké vrty) nebo využívají nepřímo energii sluneční z vody,
půdy, vzduchu.
Domníváme se, že mají své opodstatnění díky dobré regulovatelnosti, především tam, kde
není jiný dostupný zdroj tepla (a používáno přímotopné vytápění elektřinou) nebo obsluha
není schopná připravit si např. biomasu na otop. Jako ideální se jeví kombinace tepelného
čerpadla s vodním zdrojem elektrické energie.
Pro využívání obnovitelných zdrojů energie a tedy pro diversifikaci energetické soustavy
hovoří velká zranitelnost současné centrální energetické soustavy. Všichni víme, co znamená
zastavení dodávky elektrické energie, případně plynu v jakémkoliv ročním období.
V moderních (zejména kancelářských) budovách ve městech je jedno, zda k výpadku dochází
v zimě či v létě – objekty jsou „nefunkční“. Vesnice si dokáže poradit, ale používáním
teplovodních topných systémů s nuceným oběhem se také projevují značné problémy při
výpadcích el. energie.
Proto jsme zastánci vytváření energetických systémů s částečnou autonomií, které dokáží byť
v omezené míře fungovat nezávisle na velkých zranitelných rozvodných sítích. K vytváření
takových systémů je vhodné využívat obnovitelných zdrojů energie, jako jsou solární
soustavy v kombinaci s fotovoltaikou pro pohon oběhových čerpadel a nové úsporné
energetické zdroje jako například kogenerační jednotky se Stirlingovými motory atd.
Odkazy a literatura:
Pastorek, Z., Kára, J., Jevič. P. 2004: Biomasa – obnovitelný zdroj energie, FCC Public, pp
288.
52
Biotechnologie řas a sinic
Zpracoval: Ing.Vítězslav Březina, CSc.
Primární otázkou, s níž se setkáváme na podobných setkáních je otázka po smyslu větších
kultivací autotrofních mikroorganismů. Zatímco smysl hromadných kultivací heterotrofních
mikroorganismů je zcela zřejmý a spočívá v celé řadě technologií, jejichž výsledkem je
výroba léčiv, anebo konstrukce léčebných postupů, u podobných biotechnologií zelených
mikrofyt je smysl poněkud skryt. Je to přesto, že Česká republika a zejména Třeboňsko je
průkopníkem vývoje kultivačních zařízení netradičních konstrukcí, které umožnily racionální
hromadné kultivace zejména druhu Chlorella a to i v oblasti klimaticky nepříliš výhodné.
Navíc výzkumná základna Mikrobiologického ústavu AV podstatně přispěla v minulosti
k rozvoji technické či technologické části biotechnologie autotrofních organismů.
Biotechnologii je ovšem nutno chápat jako integrální součást současného života. Co vlastně
tento pojem znamená?
Definice Evropské biotechnologické federace je následující:
INTEGROVANÉ VYUŽITÍ BIOCHEMIE, MIKROBIOLOGIE A INŽENÝRSKÝCH
DISCIPLIN K DOSAŽENÍ PRŮMYSLOVÝCH APLIKACÍ MIKROORGANISMŮ,
BUNĚK TKÁŇOVÝCH KULTUR A JEJICH SOUČÁSTÍ.
V definici EFB chybí užití pro lékařství a zemědělství:
tedy
BIOTECHNOLOGIE JE KAŽDÁ TECHNOLOGIE, KTERÁ VYUŽÍVÁ
ŽIVÉ ORGANISMY NEBO JEJICH ČÁSTI,
K VÝROBĚ ČI MODIFIKACI PRODUKTŮ,
KE ŠLECHTĚNÍ ROSTLIN, ŽIVOČICHŮ, NEBO MIKROORGANISMŮ
PRO MYSLITELNÉ I NEMYSLITELNÉ VYUŽITÍ.
Pro nás je pojmově významné, že biotechnologie je spojení biologie a technologie,
přičemž biologie dává biotechnologiím k disposici dva svoje výstupy sice medicínu a
zemědělství. Technologie dává k disposici své know-how, tedy znalost, jak to racionálně
udělat.
A tak, uvědomíme-li si dosah pojmů a jejich užití, poznáme, že s výstupy biotechnologie se
setkáme všude. Od prostředků denní potřeby (hygiena, strava), přes farmacii (antibiotika), až
po snad nejsložitější aplikace v medicíně (protinádorové buněčné postupy, hybridomy).
Řasy a sinice se řadí k té nespočetné řadě organismů, které můžeme pro biotechnologie
využít, obsahují nejenom řadu biologicky účinných látek, ale jsou schopny je produkovat
řízenými kultivačními postupy. Smyslem biotechnologie řas a sinic není tedy nic nového, je
to pouze řízená produkce biologicky cenných látek, které heterotrofní organismus produkovat
neumí.
53
Udržitelná energetika nutná k přežití civilizací
Zpracoval: Ing. Ivan Beneš
Abstrakt
Omezení dopadů energetické produkce na klimatický systém Země vyžaduje integrovaný
přístup k politice v oblasti energetiky a klimatu, podpořený v březnu 2007 Evropskou radou .
Priority českého předsednictví budou založeny na naplňování akčního plánu pro energetiku v
období 2007-2009. Významným úkolem ČR bude diskuse o posílení energetické bezpečnosti
EU. Již nyní je zřejmé, že druhý strategický energetický přezkum se bude převážně věnovat
právě této otázce. ČR již do prvního akčního plánu prosadila výzvu k analýze energetické
poptávky a nabídky v horizontu několika let společně s nezbytností zmapovat stav
infrastruktury a přenosových soustav významných producentských a tranzitních zemí, a proto
bude pokračovat v hledání konkrétních nástrojů k provedení těchto úkolů. ČR se bude dále
zabývat revizí pravidel pro vytváření nouzových zásob ropy. Tato legislativa bude předložena
Komisí v listopadu 2008 jako jedno z opatření pro zvýšení bezpečnosti zásobování ropou. Pro
EU má zásadní důležitost budování stabilních vztahů nejen s dodavateli a spotřebiteli energií,
ale i s tranzitními zeměmi. V příspěvku je shrnuto geopolitické pozadí těchto mezinárodních
aktivit.
Širší souvislosti mající vztah k zajišťování energie
Dostupnost energie v její různé formě je základním předpokladem pro „život“ jakéhokoliv
společenského uskupení. Proto vlády jednotlivých států věnují energetické dostupnosti
vysokou pozornost.
Z historického hlediska je nepochybné, že existence jakéhokoliv lidského společenství byla
podmiňována zajištěním potravin, energie a vody. Pro 21. století je zřejmé, že zemědělskou
výrobu potravin, dodávky vody, průmyslovou a stavební výrobu, chod státní správy a územní
samosprávy, sociální a zdravotní péči, vzdělávací procesy (školy, výzkum a vývoj) atd., není
možné zabezpečit bez energie. Tu lidstvo získává z neobnovitelné prvotní energie (uhlí,
plyn, ropa, uran) a obnovitelných zdrojů prvotní energie (energie vody, větru, sluneční záření,
biomasa apod.).
Hledisko bezpečnosti a snaha zvýšit ochranu obyvatelstva v krizových situacích spočívá
v nutnosti zachování základních potřeb člověka (viz obrázek 1). Zajistit svým občanům
bezpečí je základní funkcí každého státu. Zajištění přiměřené teploty (stejně jako například
čistého vzduchu pro dýchání) je základní fyziologickou potřebou nutnou k přežití. Zajištění
bezpečí a přiměřené teploty, ale i zajištění pitné vody a potravin se dnes neobejde bez
elektřiny. Je otázkou, do jaké míry mohou být tyto na energii závislé funkce podřízeny
neviditelné ruce trhu, tedy bez jakékoliv regulace. Zde je a bude zřejmá inherence státu, a to
jak v oblasti diplomatice a vojenských doktrín, tak i v oblasti krizového řízení.
54
Obrázek 1 Základní potřeby člověka podle A. Maslowa
Potřeby
seberealizace:
sebenaplnění,
potřeba uskutečnit
to, čím daná osoba
potenciálně je
Potřeby uznání:
sebedůvěry, sebeúcty, prestiže
Potřeby sounáležitosti:
lásky, náklonnosti, shody a ztotožnění,
potřeba někam patřit
Základní role státu
Potřeby bezpečí:
jistoty, stálosti, spolehlivosti, struktury, pořádku,
pravidel a mezí, osvobození od strachu, úzkosti a chaosu
Fyziologické potřeby:
potřeba kyslíku, přiměřené teploty, tekutin, potravin, vyměšování,
pohybu, spánku a odpočinku, sexuálního uspokojení, vyhnutí se bolesti
Naproti tomu dodávky energie pro podnikání, tj. pro chod ekonomiky, mohou být v tržním
hospodářství svěřeny neviditelné ruce trhu plně, neboť náklady na dostupnost energie
zahrnuje investor do podnikatelských rizik stejně jako dostupnost kvalifikované síly,
finančních zdrojů apod.
Je však otázkou, zda je moudré, když část energie souvisí se zajištěním bezpečnosti obyvatel
a suverenity státu, aby energetické sítě vlastnil bez státní kontroly státem, stejně jako stát
nepřipustí vlastnictví armády a policie cizím subjektem.
Podřízení hospodářství tzv. průmyslově vyspělých zemí neoliberálnímu pojetí, kdy trh
dominuje, vyvolává problémy. Je známo, jaké rozpaky a zásahy nikoliv v duchu
neoliberalizmu, vedly v některých západních zemí k zabránění liberálně tržního ovládnutí
částí jejich energetického systému (i další kritické infrastruktury) kapitálovými a suverénními
fondy z východu.
Můžeme proto rozlišit 4 oblasti, či „globální energetická hřiště“, na kterých se odehrává zápas
o energetické zdroje k udržení mocenské a ekonomické převahy a úsilí o ochranu
obyvatelstva (obrázek 2).
55
Obrázek 2 Čtyři energetická hřiště
Vojenské
doktríny
Zahraniční
politika
Krizové
řízení
Liberalizovaný
trh
240/2000
Účast
v misích
Civilní nouzové
plánování
Diplomacie
406/2000
406/2006
241/2000 239/2000
Podnikání
v energetice
458/2000
91/2005
Zajištění přístupu ke zdrojům
primárních nosičů energie
Zajištění dopravních cest
Zábrana nukleární proliferace
Objekty kritické
infrastruktury
Integrovaný
záchranný
systém
Podnikání
v energetice
Ústřední důležitost pro sílu
moderních armád má ropa
Kontinuita
činnosti
Minimalizace ztrát
v území
Maximalizace
zisku
Na českou i evropskou energetiku mají nejvýraznější vliv tyto zahraničně-bezpečnostní
aspekty energetické bezpečnosti: omezenost neobnovitelných zdrojů, nerovnoměrné rozložení
jejich zásob, cenová volatilita a růst cen paliv a elektřiny.
Problém 21. století spočívá v tom, že lidstvo sdílí společný osud na přeplněné planetě.
Současně známé a předpokládané pravděpodobné zásoby neobnovitelných zdrojů energie
nejsou schopny pokrýt rozvoj současného počtu obyvatel země (6,5 miliard) a s růstem počtu
obyvatel se tato disproporce ještě zvýší. Problémy nedostatku energie, rostoucího narušování
životního prostředí, růstu světové populace, legální a ilegální hromadné migrace, vzrůstající
ekonomické nadvlády a obrovských rozdílů životní úrovně jsou příliš velké, než aby byly
ponechány k řešení jen silám trhu a geopolitickému soutěžení mezi národy. Rostoucí napětí
způsobené nevyřešenými problémy může způsobit zánik nebo podstatnou transformaci naší
civilizace. Mírové řešení uvedených problémů je možné, jestliže se v globálním měřítku
uplatní stejný způsob, jaký použily nejúspěšnější společnosti ve svých státech (přitom je však
legitimní otázkou, zda tak neučinily na úkor jiných). Naše globální společnost se bude rozvíjet
nebo zanikne podle toho, zda budeme schopni sdílet společné cíle a najít praktické řešení jak
tyto cíle uskutečnit.
Základní světová energetická bilance
Nejdůležitější přírodní energetickou infrastrukturou je Slunce a Země (Josip Kleczek: Země
nám půjčuje atomy, Slunce nám dává energii). Pro představu o významnosti a velikosti
obnovitelné energie lze konstatovat, že bez energie slunečního záření by byla teplota povrchu
Země -263°C. Zbývajících 10°C do absolutní nuly představuje vliv geotermální energie nitra
Země.
Za neobnovitelné zdroje energie jsou pokládány fosilní paliva (ropa, zemní plyn a uhlí) a
uranová ruda pro jaderné elektrárny.
Z hlediska byznysu se zdají být obnovitelné zdroje energie marginální, protože jejich podíl na
obchodu s energií je výrazně menší než z neobnovitelných zdrojů
56
Obrázek 3 Obchodní energetická bilance světa (2006) a zemí OECD (2007)
Pramen: IEA 2008, http://www.iea.org/textbase/nppdf/free/2008/key_stats_2008.pdf
Jinak je tomu, pokud namísto obchodní bilance provedeme bilanci disponibilní energie.
Energie slunečního záření dopadající na povrch Země je ve srovnání s energií získávanou
těžbou energetických surovin více než 13 000 krát větší. Avšak naprostá většina slunečního
záření není zatím využívána v lidmi vytvořených systémech. Ve slunečním záření mají původ
(s výjimkou geotermální a slapové energie) i všechny ostatní druhy obnovitelné energie
(energie větru, vody, energie biomasy).
Tabulka 1 Disponibilní primární energie a její ověřené a pravděpodobné zásoby
sluneční záření
ropa
uhlí
zemní plyn
uran
disponibilní energie
(P)
životnost zásob
(R/P)
EJ (109GJ)/rok
5 676 480
172
124
101
31
roky
7 000 000 000
42
155
67
85
ověřené
pravděpodobné
zásoby (R)
EJ (109GJ)
7 203
19 215
6 796
2 666
a
57
Obrázek 4 Porovnání energie slunečního záření, světových zásob a spotřeby energie
1 dopadající sluneční záření za rok
2 současné využití sluneční energie
3 celkové zásoby zemního plynu
4 celkové zásoby uhlí
5 celkové zásoby ropy
6 celkové zásoby uranu
7 roční světová spotřeba energie
Přestože v energetické bilanci jsou neobnovitelné zdroje ve srovnání s energií slunečního
záření marginální, mají obrovskou finanční sílu, která je tvořena na komoditních trzích.
Z hlediska komoditních trhů je energie slunečního záření zcela nezajímavá a tak tomu bude až
do vyčerpání zásob neobnovitelné energie. Do té doby nelze od komoditních trhů nabídku
transformované sluneční energie (včetně) elektřiny očekávat, a to přesto, že velké ropné
společnosti investují do výzkumu užití sluneční energie obrovské prostředky. V jejich
ekonomickém zájmu ale není žádoucí předčasné uvedení solární energetiky na trh, dokud
fosilní a jaderná energetika produkuje dostatečné zisky. Z toho důvodu obsazuje sluneční
energetika pouze tržní výklenky, jako jsou malé nesíťové spotřebiče (kalkulačky, orientační
zahradní osvětlení, apod.), uplatňuje se v odlehlých oblastech s nedostupnou síťovou
elektřinou (armáda, novináři, dálniční technologie, apod.) a také tam, kde je žádoucí zajistit
inherentní zdroj elektřiny pro nejnutnější spotřebiče v případě dlouhodobého výpadku síťové
elektřiny. Specifickým netržním prvkem je dotovaná výstavba malých slunečních elektráren,
převážně fotovoltaických, jejichž výkon se pohybuje od několika desetin, po několik stovek
kilowatů špičkového výkonu (kWp).
V řadě zemí (USA, Španělsko, Izrael apod.), v oblastech s příznivou intenzitou slunečního
záření se začíná s podporou vlád využívat sluneční energie v koncentračních solárních
elektrárnách, jejichž technologie je na rozdíl od fotovoltaických článků schopna dodávat
elektřinu i v noci. Těmito oblastmi jsou především pouště a polopouště, tedy území, kde cena
pozemků je dnes téměř nulová .
Ve všech světadílech se buď takové oblasti nacházejí, nebo se nacházejí alespoň v reálné
dostupnosti pomocí stejnosměrného přenosu elektřiny za přijatelných ztrát. Z obrázku je
patrné, že tyto potenciální zdroje elektřiny jsou rozděleny rovnoměrněji, než zásoby
neobnovitelné energie.
Základní a naléhavou otázkou současnosti z hlediska ochrany obyvatelstva je, zda se
nedostatečnost neobnovitelných zdrojů energie bude řešit vojensky či mírově.
Následující bilanční přehled ukazuje, jak byly přírodou rozdány „energetické karty“ mezi
jednotlivé země. Protože dominantní množství každého druhu neobnovitelné energie se
nachází vždy v méně než v deseti zemích, je zřejmé, že se v neobnovitelné energetice nikdy
nemůže vyvinout svobodné konkurenční tržní prostředí.
58
Země, které byly obdařeny energetickým bohatstvím se budou snažit je směnit za dobrou
cenu, k čemuž potřebují uhájit svou suverenitu, nebo alespoň dosáhnout určitou míru
autonomie od ovládající země. Země, které jsou na dovozu závislé se budou snažit získat
kontrolu nad zeměmi s největšími zásobami.
Ropa
Zásoby v 10ti zemích v tabulce 2 tvoří 85% světových zásob ropy, která má zcela zásadní
důležitost pro udržování síly moderních armád. Tabulka 3 ukazuje naproti tomu 10 největších
dovozů ropy.
Tabulka 2 Země s největšími zásobami ropy
Pořadí
Země
Ropa – ověřené zásoby (mil. barelů)
1
S. Arábie
266 800
2
Kanada
*)
178 800
3
Írán
132 500
4
Irák
115 000
5
Kuvajt
6
**)
SAE
97 800
7
Venezuela
79 730
8
Rusko
60 000
9
Libye
39 130
10
Nigérie
35 880
*)
104 000
včetně nekonvenčních zdrojů (ropné písky) **) Spojené arabské emiráty
Tabulka 3 Největší dovozci ropy
Pořadí
Země
Ropa – dovoz (tis. barelů/den)
1
USA
13 150
2
Japonsko
5 425
3
Čína
3 190
4
Německo
2 953
5
Holandsko
2 465
6
Již. Korea
2 410
7
Itálie
2 182
8
Indie
2 098
9
Francie
1 890
10
Singapur
1 830
Pramen: CIA 2008 (http://indexmundi.com/g/r.aspx?t=10&v=93&l=en)
Zcela zásadní význam má oblast Perského zálivu (62% zbývajících zásob ropy), kde se
jakékoliv aktivity podle Carterovy doktríny (v návaznosti na předchozí doktríny Trumana,
Eisenhowera a Nixona) dotýkají životních zájmů USA: „Let our position be absolutely clear:
An attempt by any outside force to gain control of the Persian Gulf region will be regarded as
59
an assault on the vital interests of the United States of America, and such an assault will be
repelled by any means necessary, including military force.”
Zemní plyn
Zásoby v 10ti zemích v tabulce 4 tvoří 78% světových zásob zemního plynu. Tabulka 5
ukazuje naproti tomu 10 největších dovozů zemního plynu.
Tabulka 4 Země s největšími zásobami zemního plynu
Pořadí
Země
Zemní plyn – ověřené zásoby (mld. M3)
1
Rusko
47 570
2
Írán
26 370
3
Katar
25 790
4
S. Arábie
6 568
5
SAE**)
5 823
6
USA
5 551
7
Nigérie
5 015
8
Alžírsko
4 359
9
Venezuela
4 112
10
Irák
3 170
**)
Spojené arabské emiráty
Tabulka 5 Největší dovozci zemního plynu
Pořadí
Země
Zemní plyn – dovoz (mld. m3/rok)
1
USA
117,90
2
Německo
86,99
3
Japonsko
77,60
4
Itálie
70,45
5
Ukrajina
57,09
6
Francie
47,02
7
Rusko
37,50
8
Již. Korea
35,86
9
Španělsko
31,76
10
Turecko
25,48
Pramen: CIA 2008 (http://indexmundi.com/g/r.aspx?t=10&v=98&l=en)
Porovnání obou skupin zemí vysvětluje úsilí Německa o přímý dovoz z Ruska plynovodem
Nord Stream. Také je zřejmé, že značná část plynu z kaspické oblasti je exportována přes
Rusko a že Spojené státy budou závislé v budoucnosti více na importu zkapalněného zemního
plynu (LNG).
60
Uhlí
Zásoby v 10ti zemích v tabulce 6 představují 91% světových zásob uhlí vyjádřené
v milionech tun.
Tabulka 6 Země s největšími zásobami uhlí
Černé uhlí
Hnědé uhlí Celkem
Pořadí Země
a antracit
a lignit
(mil. t)
1
USA
111 338
135 305
246 643
2
Rusko
49 088
107 922
157 010
3
Čína
62 200
52 300
114 500
4
Indie
90 085
2 360
92 445
5
Austrálie
38 600
39 900
78 500
6
Jižní Afrika
48 750
0
48 750
7
Ukrajina
16 274
17 879
34 153
8
Kazachstán
28 151
3 128
31 279
9
Polsko
14 000
0
14 000
10
Brazílie
0
10 113
10 113
Pramen: BP Statistical review of world energy, June 2007
Uran
Zásoby v 10ti zemích v tabulce 7 činí 88% světových zásob uranové rudy.
Tabulka 7 Země s největšími zásobami uranu
Pořadí
Země
Uran (t)
1
Austrálie
1 243 000
2
Kazachstan
817 000
3
Rusko
546 000
4
Jižní Afrika
435 000
5
Kanada
423 000
6
USA
342 000
7
Brazílie
278 000
8
Namibie
275 000
9
Niger
274 000
10
Ukrajina
200 000
Pramen: World Nuclear Association, 2008
Důsledky pro zahraniční politiku
Pojem energetické krize není spjat ani tak s dobou životnosti zásob energie, jako spíše
s okamžikem, kdy producenti nebudou schopni pokrýt rostoucí poptávku, a to se týká všech
tří druhů fosilní energie i uranové rudy bez výjimky (okamžik, kdy počne klesat těžba, se
nazývá vrchol těžby, ropný zlom apod.).
61
Zcela logicky vede situace nerovnoměrného rozdělení zásob k diferenciaci zahraniční politiky
států, kde se zásoby neobnovitelné energie nacházejí a států (těch je velká většina), které jsou
stále více závislé na jejím importu. Záleží přitom také na míře suverenity resp. síly těchto
států.
Příkladem je proměna ruské energetické koncepce od roku 2000, spočívající na třech pilířích:
(1) zcela otevřené chápání energetiky jako klíčového nástroje zahraniční politiky (oficiální
vládní strategie) a návratu Ruska mezi velmoci;
(2) odstranění závislosti na tranzitních zemích (především Ukrajina, Bělorusko) přímým
vývozem ropy přes nové přístavy (Primorsk, Novorossijsk) a plynu přes podmořské
plynovody (Nord Stream, South Stream) – přímo se dotýká jak českého plynárenství (hrozba
ztráty příjmů z tranzitu plynu), tak i ropného průmyslu (klesající význam ropovodu Družba
pro Rusko, vyloučit nelze ani jeho kompletní „vyschnutí“, když se najdou zajímavější
zákazníci jinde);
(3) vstup na nové trhy v klíčových zemích světa (USA, Čína, Japonsko, Indie; sekundárně i
Velká Británie či Jižní Korea) spojený s tím, že tradiční zdroje ropy (Povolží, Ural, Západní
Sibiř), napájející i „naši“ Družbu, postupně nahradí nová naleziště na východě Sibiře, Dálném
severu a Dálném východě. Obdobně ve střednědobém horizontu klesne význam tradičních
nalezišť plynu (Urengoj, Jamburg) a hlavní část produkce pravděpodobně pokryjí nová
naleziště Jamal, Štokman a Sachalin.
Výjimečné postavení Ruska je možné vyjádřit zjednodušeným ukazatelem, kterým je poměr
zásob ropy určitého státu a její roční spotřeby (obr. 6).
Obrázek 5 Poměr zásob ropy a její spotřeby
milard barelů/miliard barelů za rok
Zásoby
Spotřeba
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Evropa (2,9 roků)
USA (3,9 roků)
Čína (5,4 roků) Rusko (80,6 roků)
Pramen: data BP
Rusko může část svého energetického bohatství bez ohrožení své vojenské síly umístit na
světový trh. Dokonce naopak – získané finanční prostředky může věnovat na její obnovu a
modernizaci.
USA svou geopolitickou převahu opírají o kontrolu Perského zálivu a těžko z této pozice
mohou ustoupit, neboť byt to znamenalo výraznou změnu v rozložení vojenské síly ve světě.
62
Evropa se musí svou energetickou politikou v oblasti ropy a plynu opírat o zajištění zdrojů
z Ruska, Středního východu (v součinnosti s politikou USA) a Afriky. Vzhledem k rozdílným
energetickým podmínkám členských zemí je z hlediska bezpečnosti ale i
konkurenceschopnosti důležité, zda se po přijetí Lisabonské smlouvy stane společná
energetická politika součástí společné zahraniční politiky EU. Politika Unie v oblasti
energetiky v duchu solidarity mezi členskými státy má mezi jiným za cíl zajistit
bezpečnost dodávek energie v Unii a také podporu propojení energetických sítí
(Lisabonská smlouva, Hlava XX, Článek 176a).
Vzhledem k tomu, že největší velmoci (USA, Rusko, Čína, Indie) mají i největší zásoby uhlí
(viz tabulka 4), soustředí se cíle globální politiky na uhlovodíková paliva, tj. ropu a zemní
plyn. Protože v současnosti lze sílu armád ochromit především nedostupností pohonných
hmot, je zřejmé, že geopolitika se bude soustřeďovat především na země se zásobami ropy.
Obrázek 7 ukazuje svět se zvýrazněním zemí, které jsou a zůstanou tímto terčem.
Obrázek 6 Země s největšími zásobami ropy – místa potenciálních konfliktů
Pramen: The Big Picture
Zdá se, že globální energetická bezpečnost, či prostě bezpečnost světa, bude výsledkem
řešení vztahů čtyřčlenky USA – Rusko – Čína – Írán, přičemž Evropská unie bude do značné
míry záviset na utváření vztahů USA – Rusko a USA – Írán (obr. 8).
Obrázek 7 Nejdůležitější vztahy globální energetické bezpečnosti
Rusko
EU
Írán
USA
Čína
63
Je proto nutné konstatovat, že individuální akce členských zemí Evropskou unii oslabují, jak
v oblasti geopolitické politiky, tak i energetické bezpečnosti. EU by měla být členem
důležitých mezinárodních uskupení jako celek. V opačném případě povedou selektivní
aktivity některých států ke vzniku „dvojrychlostní“ konfederované Evropy, velice nebezpečné
pro státy jako ČR.
Závěr
Založení euroatlantické civilizace pouze na čerpání neobnovitelných zdrojů energie by vedlo
nutně ke globálnímu střetu o zbývající energetické zdroje. Těžištěm takového konfliktu by
byly logicky islámské země Středního Východu (obr. 7). Takový konflikt by patrně otevřel
třetí frontu boje s globálním terorismem. Výsledkem by byla asymetrická válka mnohem
většího rozsahu, než probíhá v současné době na území Iráku a Afganistanu). V gerilové válce
se neberou žádné ohledy, nedodržují se žádná pravidla hry. Asymetrické války jsou zbaveny i
těch posledních zbytků rytířskosti, které snad ještě působily ve 2. světové válce.
Úsilí zakotvené v novém energeticko-klimatickém baličku je proto současně úsilím o
odvrácení asymetrického globálního konfliktu, protože přispívá ke zmírňování růstu poptávky
po neobnovitelných zdrojích a tím oddaluje okamžik, kdy nabídka nebude schopna tuto
poptávku z geologických příčin uspokojit.
Největší reálně využitelný potenciál pro výrobu elektřiny má v Evropě energie větru
využitelná větrnými elektrárnami umístěnými jak na pobřeží, tak i v moři. Premiér Velké
Británie Gordon Brown připodobnil tento potenciál Severního moře jako „the Gulf of the
future". Energie větru z Atlantiku a Severního moře se tak může stát zdrojově druhým
těžištěm vedle potenciálu sluneční elektřiny z pouští severní Afriky a Středního východu.
Bezpečnost Evropy závisí na vztazích s Ruskou federací a na úrovni spolupráce se zeměmi
Severní Afriky a Arabského poloostrova. Vznik Unie pro Středomoří dne 13. července 2008
na summitu 43 států v Paříži otevřel cestu nejenom ke zvýšení bezpečnosti ale i ke
konečnému vyřešení diverzifikované energetické bezpečnosti zemí Evropy. Společný projekt
využití sluneční energie je jedním z prioritních cílů vzniklé Unie.
64
Projekt a čtyři kroky k jeho tvorbě
Zpracoval: Mgr. Michal Jarolímek
Krok první
„Poznejme potřeby těch, kterých se projekt dotkne“
Smyslem jakéhokoliv dotačního či grantového programu je vyvolat aktivitu vedoucí k řešení
okruhu problémů, které poskytovatel dotace/grantu považuje za důležité a které neumí či
nechce řešit sám.
Poskytovatel (stát, obec, nadace, grantová agentura) vždy disponuje určitým obnosem
finančních prostředků a vždy má představu, co by se za tyto prostředky mělo stát, co by se
mělo zlepšit či čemu je třeba zabránit. Sám poskytovatel však aktivity směřující k těmto cílům
realizovat nemůže, ale může podpořit jiné organizace či subjekty, kteří to mohou udělat lépe,
efektivněji a rychleji.
Na straně jedné tedy stojí vyhlašovatel a na straně druhé je možný řešitel, který umí a
chce realizovat projekt, který vyřeší část problému či potřeb poskytovatele nějakou kulturní
akci, grantu. Zatímco úloha obou stran je rozdílná, chápání problému, který má být řešen,
musí být shodné. Lze říci, že míra vzájemné shody ovlivňuje celkový úspěch programu.
Další velmi důležitou podmínkou je znalost potřeb. Poskytovatel musí na jedné straně
velmi dobře znát, co je problémem, co je jeho podstatou a jaké změny chce dosáhnout. Na
druhé straně však také musí vědět, že existuje nevyužitý potenciál organizací či jednotlivců,
kteří mají k řešení identifikovaného problému blízko a kteří potřebují pouze finanční impuls.
Pokud i zde má přehled o potřebách a možnostech žadatelů, může program vyhlásit a čekat,
že bude moci z došlých žádostí vybírat ty, které slibují aktivity s nejvyšším efektem a
přidanou hodnotou.
Úvaha o potřebách všech, které bude projekt přímo či nepřímo ovlivňovat, musí být
prvním krokem při přípravě projektu. A nezáleží na tom, zda se jedná o projekt na pořádání
kulturní akce nebo na výstavbu cyklostezky, mostu, školy nebo informačního centra. Zároveň
je zcela lhostejné, zda se jedná o projekt do grantového programu malého města nebo o
projekt předkládaný do programu financovaného ze strukturálních fondů Evropské unie.
Každý, kdo stojí na počátku projektové přípravy, musí zcela přesně identifikovat potřeby a
zájmy lidí, pro které chce projekt realizovat a kterých se může projekt dotknout, a to i
negativně.
Vžijme se nyní do role řešitele a formulujme si své potřeby, které bychom rádi
realizací projektu uspokojili. Chceme nezištně šířit dobro nebo máme zájem o zvýšení naší
ekonomické prosperity? Cílem může být i získání lepšího společenského či politického
postavení. Asi není třeba dále rozebírat motivy realizátora. Každý si určitě najde svoji
odpověď.
Důležité však je, aby naše zájmy nestály nad zájmy naší cílové skupiny. Ideální je
pochopitelně soulad, ale toho můžeme dosáhnout, jen pokud budeme znát její potřeby.
Podnikatel musí znát přání zákazníka, starosta by měl vědět, co žádají občané jeho obce a
každá organizace poskytující služby svým klientům musí vědět, co klienti vyžadují. Bez
těchto vědomostí nelze připravit dobrý projekt s dlouhodobě udržitelnými výsledky.
Projekty však nemají pouze své realizátory a cílové skupiny. Mají i své oponenty.
Nemusí se přitom jednat pouze o Temelín, dálnici či velkokapacitní drůbežárnu. I sebemenší
akce může vyvolat negativní reakce. Čím dříve si to uvědomíme a čím dříve začneme
zjišťovat postoje a názory oponentních skupin, tím lépe. Velmi častou chybou totiž bývá, že
se opomíjí možnost, že náš zcela jistě velmi prospěšný projekt může někomu přinést i
problémy. U podnikatelů je zřejmé, že to může být konkurenční firma. V případě měst či obcí
65
to mohou být političtí odpůrci a člověk by se divil, jak velká konkurence vládne i v
neziskovém sektoru. Nad tím vším se pak vznáší přízrak ekologicky zaměřených organizací,
které hlídají, aby náš projekt nepřinesl újmu například žabičkám.
Souhrnně lze říci, že základním kamenem budoucího úspěšného projektu je poznání potřeb a
zájmů všech, kterých se projekt dotkne. Předpokladem dlouhodobě udržitelného projektu je
udržení rovnováhy mezi zájmy realizátorů, potřebami našich cílových skupin a postoji
odpůrců projektu. Udržování této rovnováhy je úkolem, který by měl být plněn již od začátku
příprav projektu.
Základním výstupem tohoto kroku by měla být analýza potřeb všech dotčených stran a
identifikace problému, který má být řešen.
Krok druhý
„Víme co a jak chceme?“
Cíl jakéhokoliv projektu je vždy spojen s vyřešením nějakého problému s ohledem na
potřeby všech, na které chceme působit. Tento okruh měl být nalezen v rámci předchozího
kroku. Nyní je tedy možné přejít ke kroku druhému, tj. zpracování projektového záměru.
V tomto okamžiku není nutné, abychom již znali možný zdroj finančních prostředků.
Stejně tak nemusíme znát formát žádosti či jiných povinných náležitostí. Budeme tvořit něco,
co má obecnou platnost a co lze později adaptovat do jakékoliv podoby. Projektový záměr
není ještě projektem. Jde o stručný, ale systematický popis toho, co chceme udělat, proč to
chceme udělat a jak to chceme provést. Projektový záměr by pak měl obsahovat informace o
tom, kdy chceme projekt realizovat a s kým, což znamená popis pravděpodobného
realizačního týmu. Důležitou informací jsou pravděpodobné náklady na realizaci projektu.
A/ Formulace problému nebo potřeby
Problém či potřeby jsme již identifikovali. Nyní je třeba pouze zformulovat závěry, ke
kterým jsme došli. Můžeme přitom vycházet z provedené analýzy potřeb nebo z jiných
dostupných statistických údajů (nezaměstnanost, vyjížďka za prací apod.).
B/ Cíle projektu
Zcela logicky by cílem každého projektu mělo být vyřešení formulovaného problému.
Cíle bychom měli formulovat co nejkonkrétněji.
C/ Cílové skupiny
Realizace každého projektu se dotkne určitých vymezených skupin lidí. Ty, kterým
projekt přinese vyřešení jejich problému, můžeme nazývat cílovými skupinami, a ty, kterým
může naopak problém způsobit, lze nazvat potencionálními oponenty. Je třeba se vždy
zamyslet nad oběma skupinami, vyjmenovat je a současně stručně popsat vliv, který na ně
projekt bude mít. Není přitom dobré volit příliš široké označení jako veřejnost, mládež nebo
občané.
D/ Aktivity, kterými dosáhneme cílů projektu, a způsob jejich realizace
V této části projektového záměru bychom se měli pokusit pojmenovat všechny
podstatné kroky, které nás dovedou ke splnění vytčených cílů.
E/ Časový plán realizace projektu
Nejpřehlednějším vyjádřením harmonogramu projektu je tabulka, kde jsou na jedné
straně uvedeny základní aktivity a na straně druhé jednotlivé měsíce a roky. Důležité je, aby
harmonogram počítal s časovou rezervou a dobou nutnou pro administrativní úkony.
66
Harmonogram projektu může například začínat podpisem smlouvy o udělení dotace a končit
podáním žádosti o provedení závěrečné platby. V případě, že by projekt byl rozdělen do etap
a realizátor by žádal o průběžnou platbu po každé skončené etapě, je třeba si uvědomit, že
doba od podání žádosti do provedení platby může činit 2–3 měsíce. Významné to může být
tehdy, pokud řešitel počítá s penězi za předchozí etapu pro financování etapy následující.
F/ Partneři projektu a skladba realizačního týmu
Úvaha o možných partnerech projektu je v této fázi velmi důležitá. Kdo je to vlastně
partner projektu? Možná bychom ho mohli charakterizovat jako subjekt, který se bude podílet
na realizaci projektu předem dohodnutým způsobem a za určených podmínek a který bude mít
z výsledků projektu užitek. Partner by měl vstupovat do projektu dobrovolně a měl by převzít
část rizik a odpovědnosti za svěřené úkoly. Za partnerství asi nemůžeme považovat klasický
vztah objednatel – dodavatel, který vzniká na základě výběrového řízení. V každém případě je
důležité získat partnery spolehlivé, kteří splní své závazky.
Současně bychom si měli uvědomit, že mnoho partnerů může znamenat zvýšené
nároky na koordinaci realizace projektu a může být v mnoha směrech kontraproduktivní.
Někdy se hovoří o tom, že více než čtyři partneři projektu snižují efektivitu řízení. Přestože
tuto zkušenost nelze brát stoprocentně, je třeba jí mít na paměti.
Další důležitou úvahou by se mělo stát složení realizačního týmu projektu. U projektů
financovaných ze strukturálních fondů se nepředpokládá, že všechny úkony spojené s řízením
projektu bude provádět jedna osoba. Minimálně doporučujeme rozdělení rolí na finanční a
věcné řízení projektu. Častým postupem může být i předání managementu projektu odborné
firmě, která pro realizátora zajistí veškerý servis až do fáze žádosti o konečnou platbu. Výběr
způsobu řízení realizace projektu je plně na rozhodnutí příjemce dotace, ale zvažování všech
možností by mohlo probíhat již při formulování projektového záměru.
G/ Rámcový rozpočet projektu
Posledním bodem projektového záměru je odhad rozpočtu. Jednotlivé aktivity projektu a
způsob jejich realizace nám v podstatě charakterizují základní nákladové položky. V této fázi
ještě není nutné přiřadit k nim přesná čísla, ale uvědomit si jejich existenci. V některých
případech rozpočet může mít také příjmovou stránku. Zde je tedy nutné charakterizovat
jednotlivé příjmové položky a pokusit se je vyčíslit.
Text, který vznikne při formulaci projektového záměru, nemusí být zdaleka
vyčerpávající. Měl by na jedné straně sloužit především nám jako realizátorům k promyšlení
celé akce, dále případným potencionálním partnerům ke stručnému uvedení do problému a v
neposlední řadě by mohl sloužit i pro účely konzultace projektu s odborníky na danou
problematiku. Rozsah tohoto popisu nemusí být delší než tři strany formátu A4.
Krok třetí
„Uvědomujeme si své možnosti a omezení ?“
Pokud jsme v předešlých krocích zjistili potřeby své a svého okolí, dokázali stručně
formulovat aktivity, které by tyto potřeby řešily a pokud jsme našli program podporující náš
projektový záměr, můžeme nyní hledat možnosti přípravy a realizace projektu. Musíme se
seznámit s pravidly vybraného programu a i když se někdy zdají složitá, musíme je
respektovat. Platí stejně pro všechny zájemce a poskytovatel finanční pomoci si jimi
oprávněně zajišťuje efektivní využití rozdělovaných peněz. Zároveň si musíme zodpovědět
následující otázky:
67
•
•
•
•
•
Jaké jsou naše finanční možnosti?
Jaké jsou naše organizační zkušenosti a administrativní možnosti?
Jaká je časová náročnost přípravy a realizace projektu?
Jaká je nebo může být politická podpora našeho projektu?
Jsou výsledky projektu dlouhodobě udržitelné?
Jaké jsou naše finanční možnosti?
Tato otázka by měla stát na začátku našich úvah. Každý žadatel totiž musí počítat s
tím, že pokud jeho projekt získá příslib podpory ze strukturálních fondů, nikdy tyto
prostředky neobdrží před zahájením projektu a nikdy ne ve výši 100 % nákladů. Náklady
projektu přitom můžeme rozdělit na přijatelné, což znamená, že na jejich úhradu se vztahuje
určitá míra podpory, a na nepřijatelné. Ty na sebe žádnou podporu vázat nemohou. Seznam
obou skupin nákladů najdeme vždy v popisu konkrétního programu. Seznam je třeba
prostudovat, protože součtem všech nákladů obou typů získáme celkovou částku, kterou
budeme pro realizaci projektu potřebovat.
Jaké jsou naše organizační zkušenosti a administrativní možnosti?
Ještě předtím, než začneme odpovídat na tuto otázku, je třeba z popisu konkrétního
programového opatření zjistit, jestli splňujeme podmínky pro žadatele. Jde především o typ
naší právní subjektivity a v některých případech o věcnou a územní oblast, ve které můžeme
projekt realizovat. Někdy je také nutno prokazovat několikaletou historii žadatele.
Pokud podmínky splňujeme, je možné se zabývat našimi organizačními a
administrativními možnostmi pro zajištění přípravy a realizace projektu. Ta je odborně pestrá
a časově i organizačně náročná. Každý žadatel by si tak měl vyřešit, jestli ji zvládne sám nebo
vytvoří realizační tým s jasně rozdělenými kompetencemi a odpovědností. Tým mohou tvořit
stávající zaměstnanci nebo externisté přijatí pouze ke splnění daného úkolu. V této souvislosti
je třeba upozornit, že výdaje na činnost tohoto týmu patří mezi uznatelné náklady.
Jaká je časová náročnost přípravy a realizace projektu?
Každý, kdo přemýšlí o realizaci nějakého projektu, musí zvažovat časovou náročnost
přípravy a vlastní realizace. Operační programy a Iniciativy byly připraveny pro období 2007
– 2013. To by mělo znamenat, že až do konce roku 2013 mohou žadatelé předkládat své
projekty a žádosti o podporu. Ale pozor, nebude to platit absolutně. Měli bychom se proto v
popisu opatření, do kterého náš projekt zapadá, soustředit na informace o způsobu
vyhlašování tzv. výzev.
Výzva je pokynem pro žadatele, aby do určitého data předal na stanovené místo žádost
s kompletním projektem. Datem, které zásadně ovlivní přípravu projektu, proto není ani tak
výzva, jako uzávěrka pro podávání žádosti. Jde o přesné určení dne a hodiny, do kdy musí
být žádost doručena na místo stanovené ve výzvě. Zpoždění třeba jen o několik minut
znamená marně vydanou energii a také peníze na přípravu projektu. Přestože se budou moci
tito opozdilci zapojit do další výzvy (pokud ovšem bude vyhlášena), bude to pro ně znamenat
úpravu harmonogramu realizace projektu.
Jaká je nebo může být politická podpora našeho projektu?
Žádný projekt se neuskutečňuje ve vzduchoprázdnu. Podmínkou pro projekty čerpající
podporu ze strukturálních fondů je naopak dosažení co nejširších pozitivních výsledků.
Projekt, který má mít dopad na určité území a na určité cílové skupiny, musí pochopitelně
získat podporu tohoto území a těchto skupin. Velmi jednoduchým, i když ne vždy
dostatečným zjištěním vhodnosti projektu je nalezení souladu projektu s územními
68
rozvojovými koncepcemi různé úrovně. Od územních či regulačních plánů obcí přes
rozvojové strategie mikroregionů či větších měst až k programu rozvoje příslušného kraje.
Zásadním a prvním stupněm politické podpory by měl být souhlas místní samosprávy.
Dalším stupněm ve prospěch projektu může být získání kladného postoje orgánů
mikroregionálních seskupení, tj. svazků či sdružení obcí.
Velmi podstatným krokem v přípravné fázi projektu je pak představení projektového
záměru na úrovni zastupitelů kraje a krajského úřadu. Zatímco u zastupitelů asi půjde o
získání politické a morální podpory, u oborově příslušných zaměstnanců krajského úřadu pak
o podporu odbornou. Pro kvalitu projektu, a řekněme si upřímně, i pro zvýšení jeho šancí na
podporu je významné představit záměr odborníkům, získat od nich odborné připomínky a
následně je zapracovat. Nebojme se proto konzultovat a neváhejme využívat připomínky či
nápady těch, se kterými projekt projednáváme. Pokud si totiž pro konzultace vybereme
odborníky, kteří mají určitý vliv na hodnocení projektů, navodili jsme psychologickou situaci,
která může významně ovlivnit osud našeho projektu. Není třeba se obávat, o korupci
rozhodně nejde. Nikomu nic nedáváme ani nenabízíme. Naopak, jsme to my, kdo požaduje a
získává. Žádáme totiž rady odborníků, které přijímáme a poté zapracováváme do našeho
projektu. Celý tento proces hledání politické, morální a odborné podpory můžeme absolvovat
s již dříve zpracovaným projektovým záměrem, doplněným například fotografiemi aktuálního
stavu. Výsledek našeho snažení však nemusí být vždy pozitivní. Můžeme zjistit, že postoj k
našemu projektu je laxní či přímo negativní. Určitě nás to nebude těšit, ale pokud se
rozhodneme respektovat tento postoj, může nám to ušetřit prostředky, které bychom zbytečně
vynaložili do přípravy projektové dokumentace a zhotovení dalších částí projektu.
Jsou výsledky projektu dlouhodobě udržitelné?
Ve vztahu k pravidlům a podmínkám jde o zásadní otázku. Na pozadí dosavadní praxe
jde o problematiku velmi často opomíjenou. Akce, které se za podpory strukturálních fondů
uskuteční, by měly přinést dlouhodobě udržitelné výsledky. Tento požadavek je zcela jasně
vyjádřen pravidlem o pětiletém období po skončení projektu, kdy se bude kontrolovat jeho
udržitelnost. Pomineme-li pro tuto chvíli různé přírodní katastrofy nebo politická zemětřesení,
můžeme se soustředit na dvě základní rizika, která by mohla udržitelnost ohrozit. Prvním je
nedostatek financí.
Je nutné zodpovědět následující otázky:
• Kolik peněz bude vyžadovat provozní fáze projektu?
• Bude projekt produkovat výnosy, které umožní jeho samofinancování?
• V případě že ne, budeme schopni doplácet na projekt z jiných zdrojů?
• Bude možné na provoz získat finance z jiných dotačních programů a bude to reálné?
Druhým rizikem, ohrožujícím udržitelnost výsledků projektu, je nedostatek schopných a
zodpovědných lidí. Přestože by se dalo říci, že kvalitu lidských zdrojů ovlivňuje výše zdrojů
finančních, neplatí to absolutně. Mnoho projektů s nadějnými předpoklady zkolabovalo v
provozní fázi, protože se nepodařilo získat nebo udržet kvalitního manažera projektu.
Ideální situace nastane, když se manažerem projektu stane původní nositel myšlenky. Dostane
prostor a podmínky, aby projekt připravil, zrealizoval a poté i řídil provozní fázi. Takový
člověk pak má ke svému dílu velmi silný vztah. Často a přirozeně nastane tato situace u
podnikatelů a neziskových organizací. Komunální sféra postupuje jinak. Nositelem myšlenky
je většinou starosta nebo někdo ze samosprávy a teprve při zahájení provozní fáze najímají
odpovědného manažera. Nedá se jednoznačně říci, který postup je lepší. Oba mají své výhody
a nevýhody, ale o obou je dobré v této fázi přípravy projektu přemýšlet.
Výsledkem našich úvah nad udržitelností výsledků projektu by měl být hrubý finanční
výpočet doplněný seznamem konkrétních rizik, která mohou negativně ovlivnit provozní fázi.
69
Důležité však není pouze rizika vyjmenovat, ale současně si promyslet, jak jim preventivně
čelit nebo kde hledat alternativní řešení.
Výsledkem našich úvah nad udržitelností výsledků projektu by měl být hrubý finanční
výpočet doplněný seznamem konkrétních rizik, která mohou negativně ovlivnit provozní fázi.
Důležité však není pouze rizika vyjmenovat, ale současně si promyslet, jak jim preventivně
čelit nebo kde hledat alternativní řešení.
Krok čtvrtý
„Umíme realizovat projekt ?“
Ne každá žádost může být úspěšná, ale pokud se tak díky kvalitnímu projektu a jeho
bezchybnému zpracování stane, je žadatel vyzván k podpisu smlouvy s poskytovatelem
dotace. Datem podpisu této smlouvy začíná vlastní realizace projektu, při které musí příjemce
dodržovat stanovený postup, aby se vyvaroval komplikací nebo v krajním případě vracení
dotace.
Základní předpoklady úspěchu lze formulovat v těchto bodech:
1) Pečlivé prostudování smlouvy
Je potřeba podrobně prostudovat všechny údaje o žadateli a projektu a případné nesrovnalosti
okamžitě řešit s poskytovatelem. V této chvíli je ještě možné případné omyly nebo změny
údajů opravit a připravit správné znění smlouvy.
2) Včasné řešení změn
Pokud by se vyskytly během realizace jakékoli problémy, ohrožující harmonogram akce, nebo
skutečnosti odlišné od stavu popsaného v žádosti, okamžitě je nutné informovat
poskytovatele.
3) Dodržení všech povinností
Smlouva o poskytnutí finanční pomoci ukládá příjemci určitá práva a zároveň povinnosti. S
těmi se musí žadatel seznámit, aby se nevystavil nebezpečí odkladu vyplacení dotace nebo
jejího vracení. Zejména se jedná o dodržení podmínky udržet výsledky projektu po dobu pěti
let od podpisu smlouvy nebo u neinvestičních projektů po dobu trvání programu. Proto je
potřeba také archivovat veškeré doklady, které pro případné kontroly poslouží jako doklad o
dodržení smluvních podmínek.
4) Správně provedené výběrové řízení
Příjemce dotace se musí řídit Zákonem 137/2006 Sb. o veřejných zakázkách. Postup
výběrového řízení je přitom dobré konzultovat s odborníky či přímo s poskytovatelem dotace
Nesplnění povinností vyplývajících z pravidel pro zadávání veřejných zakázek je důvodem
pro neproplacení dotace.
7) Spolupráce s administrativními pracovníky poskytovatele
Po celou dobu realizace by měl být příjemce finanční pomoci v kontaktu s pracovníky
poskytovatele, případně pracovníky subjektů, které jsou pověřeny poskytovatelem
k provádění některých administrativních úkonů. Včasné dotazy a řešení vzniklých problémů
napomůže šťastnému závěru
70
6) Včasná příprava závěrečné zprávy
Dotace může být vyplacena až po předložení všech povinných dokladů, závěrečné zprávy a
vyúčtování. Termín ukončení projektu si žadatel navrhuje sám, stejně jako termín podání
žádosti o proplacení. V dostatečném předstihu si musí zajistit všechny požadované podklady,
aby neohrozil převod peněz na svůj účet.
Čtyři kroky není příliš, ale jejich správné provedení Vás ušetří případného
klopýtnutí a problémům na cestě k úspěšnému zrealizování Vašeho projektu
71
Autoři
Prof. RNDr. Tomáš Polívka PhD.
ÚFB JU
Zámek 136
373 33 Nové Hrady
Vladimír Matajs
Solarenvi
Dukelská 145
379 01 Třeboň
Mgr. Naděžda Štysová
ÚFB JU
Zámek 136
373 33 Nové Hrady
RNDr. Jan Pokorný, CSc.
ENKI o.p.s.
Dukelská 145
379 01 Třeboň
Mgr. Petra Innemanová PhD.
Dekonta a.s.
Divize sanační a ekologické projekty
Ing. Josef Urban
Bioprofit s.r.o.
Petr Kohout
ÚFB JU
Zámek 136
373 33 Nové Hrady
doc. RNDr. Dalibor Štys, CSc.
ÚFB JU
Zámek 136
373 33 Nové Hrady
Ing. Vítězslav Březina, CSc.
BP Medical
Zámek 136
373 33 Nové Hrady
Ing. Ivan Beneš
CITYPLAN spol. s.r.o.
Jindřišská 17
110 00 Praha 1
Mgr. Michal Jarolímek
ÚFB JU
Zámek 136
373 33 Nové Hrady