Alternativní alternativy

JAN HORČÍK  |  Věda
altrnativy

Hučící vrtule a plantáže solárních panelů nejsou jedinou cestou k čistší energii. Alternativní zdroje mohou být účinnější i hezčí.

Poručíme větru, slunci?

Alternativní zdroje energie se staly módním tématem a postupně i denním chlebem všech, kteří se zajímají o nové trendy v oblasti energetiky. Vítr, slunce, geotermální a přílivové elektrárny, to všechno se už dnes začíná v masovém měřítku prosazovat v praxi. Když ne u nás – těžko se kdy dočkáme přílivových elektráren :) – tak alespoň v zahraničí. Ale nejsou to jen klasické větrné turbíny, které známe z kopců u našich západních sousedů, nebo fotovoltaické elektrárny, na jejichž odlesky můžeme narazit na jižní Moravě. Neustále se pracuje na řadě dalších zajímavých alternativních technologií, které využívají slunce či větru originálními, novými způsoby.

Za větrné elektrárny tišší a výkonnější

Spousta lidí nejen v Česku si stěžuje, že klasické větrné turbíny s horizontální osou hyzdí krajinu, jsou příliš hlučné a potenciálně i nebezpečné. Všechny tyto problémy, možná až na velice subjektivní názor na jejich estetiku, řeší turbíny s tzv. vertikání osou. Tento typ turbín má hned několik výhod: lze jich využít v místech, kde je vítr velmi proměnlivý, například v městských oblastech. Jsou snadněji přístupné pro údržbu, a mohou se tedy pochlubit nižšími provozními náklady – veškeré převody i generátor se nacházejí na zemi a je k nim okamžitý přístup. Případné problémy lze řešit velice rychle a efektivně. Na druhou stranu VAWT turbíny (Vertical Axis Wind Turbine) nebývají tak výkonné jako klasické turbíny – umisťují se obvykle do míst, kde fouká pomalejší vítr. A nakonec je tu také nutnost turbínu „nastartovat“ – na rozdíl od té horizontální potřebuje impulz k tomu, aby se roztočila. Existuje velké množství typů VAWT, žádná se však zatím nezačala využívat ve skutečně masovém měřítku. To by se ale mohlo změnit již během následujících let. Z Číny, konkrétně Výzkumného institutu energií v Guangzhou, totiž přednedávnem připutovaly zprávy o zcela novém typu vertikální větrné turbíny postavené na maglev technologii. Jinými slovy na magnetické levitaci, která už našla využití například v oblasti železniční dopravy. Podle Guokuna Li, vedoucího projektu maglev větrných turbín, by mohl být jejich výkon až o 20 % vyšší ve srovnání s klasickými, horizontálně položenými turbínami. Navíc cena za 1 kW vygenerované energie by měla být pod $ 5 centů – u klasických větrných turbín se pohybuje od $ 12 do $ 4 centů, v závislosti na výkonu turbíny a jejím zapojení ve větrné farmě.

Maglev navíc dokáže využít už větrů od rychlosti 1,5 m/s. Hlavní výhodou maglev větrných turbín je skutečnost, že odpadají velké energetické ztráty způsobené nutností olejového mazání. U klasických turbín se tak zejména v nízkých rychlostech větru významně snižuje výkon. Využití magnetických ložisek postavených na permanentních magnetech, nikoli elektromagnetech spotřebovávajících velkou část energie, slibuje tuto nevýhodu zcela odstranit.

Maglev z Česka

Vývojem maglev větrných turbín se ale nezabývají pouze v daleké Číně. Krátce poté, co se informace o čínském vynálezu objevily na webu Ekobydleni. eu, dozvěděli jsme se od Zdeňka Svobody z Komořan, že na podobném projektu už delší dobu také pracuje. „Řešení, které jsem navrhoval, je založeno na magnetické levitaci maglev a umožňuje otáčení věže bez dotyku se základnou, a to na polštáři magnetického pole, jako je tomu u stávajících rychlovlaků. Základna (točna – stator rozvinutý) a větrák (rotor – rozvinutý) tvoří soustavu zabudovaných supravodivých magnetů u těchto částí zařízení. Velikost těchto elektráren co do průměru a výšky je vcelku neomezena, a tudíž výkon lze očekávat ve stovkách MWh. Konstrukce samotných větráků (věží – lopatek) je založena a pracuje na vztlakovém principu, kdy vítr obtéká lopatky,“ řekl pan Svoboda v rozhovoru. Dodal, že se pokusil tento svůj vynález nabídnout podnikům, ale prozatím neměl štěstí. Na svém projektu ale dále pracuje. Jednou z mnoha firem, které se taktéž rozhodly využít koncept vertikálních větrných turbín, je skotská Windpower z města Blyth.

Ta před časem prezentovala svou větrnou elektrárnu nazvanou Aerogenerator, kterou navrhl bývalý letecký inženýr David Sharp. Velmi netradiční tvar využívající vertikální hřídele prý umožňuje dosáhnout výkonu až 9 MW. Nová větrná elektrárna dokáže „zpracovat“ vítr ze všech stran, lze ji postavit i na moři. S výškou 144 metrů a výkonem až 9 MW představuje výrazně účinnější alternativu ke klasickým větrným turbínám. Výhodou je, že Aerogenerator (ale v podstatě všechny typy vertikálních turbín) lze vyrábět v různých velikostech – od těch nejmenších po skutečně gigantické. Naproti tomu klasické větrné turbíny s horizontálním ložením limituje váha jejich rotorů. Aerogenerator by se mohl stát jednou z důležitých zbraní britské vlády v nové energetické koncepci. Ta počítá s masivním budováním větrných farem po celém území Británie a dokonce i podél pobřeží. Do roku 2020 má být větrnou energií zásobováno podle Johna Huttona, ministra obchodu, až 25 milionů domácností.

Vize městské elektrárny kombinující solární články s konceptem superturbine.

„Funky“ turbíny

Trochu jiný, ale neméně zajímavý přístup k větrné energii zvolila začínající massachusettská společnost FloDesign Wind Turbine. Firmu, která vlastní na 19 cenných patentů, z nichž 16 už licencuje dalším společnostem, koupil podnikatel Stanley Kowalski III. Ten se zabývá především tzv. „nebezpečnými technologiemi“. Nikoli nebezpečnými z hlediska ohrožení života, ale ohrožení různých průmyslových odvětví a především konkurence.To, čím se FloDesign zabývá, jsou především inovace a vynálezy. Kowalski zaměstnává zástupy vynikajících inženýrů a dává jim možnost pracovat na technologiích, které změní svět.A jednou z nich je také nová větrná turbína, na první pohled inspirovaná leteckou technologií. Jedním ze sloganů firmy je ostatně „Letecké technologie všude“.

Návrh větrných turbín VAWT umístěných na 40 metrů vysokých sloupech od Marks Barfield Architects a XCO2 je určen pro Londýn.

Inspirace letectvem

Společnost FloDesign přišla nedávno s klasickou horizontální větrnou turbínou, která ale nepřipomíná „větrné mlýny“, které běžně známe.Naopak více než cokoli jiného vypadá jako proudový motor. A to dává smysl, protože proudové motory letadel jsou výkonnější než klasické vrtule. Turbíny společnosti FloDesign mají podstatně více menších listů rotoru, které jsou „zabalené“ do válcovitého obalu. Turbína využívá energie pomalého i rychlého větru.Nový koncept větrných turbín společnost FloDesign nazývá MEWT (Mixer/ Ejector Wind Turbine). Obecně řečeno, mohou být tyto turbíny až o 50 % menší než klasické třílisté, a přitom generovat o 50 % více energie při nákladech o 25–35 % nižších.Výhodou je, že je možné je stavět na volné ploše právě mezi velkými větrníky, případně na dalších méně obvyklých místech. Stejně jako většina ostatních firem či jednotlivců v oboru si však FloDesign své vynálezy chrání jako oko v hlavě, takže je obtížné najít jakékoli podrobnější informace.Konkurenční boj v mnohamiliardovém byznysu nezná pojem cti.

Balony pokryté solárními články z projektu SunHopes.

Létající elektrárny

Vysoké větrníky se tyčí v kopcích nad krajinou proto, aby zachytily co možná nejvyšší rychlosti větru. Kanadská společnost Magenn Power proto přišla se zajímavým nápadem: proč prostě nevypustit turbínu co možná nejvýš.A tak vznikl koncept Magenn Air Rotor System neboli MARS. Jedná se o horizontální větrnou turbínu (HAWT) lehčí než vzduch. V podstatě taková vzducholoď převlečená za větrnou elektrárnu. Statický balon naplněný heliem je připojený dlouhými dráty přímo k rozvodné síti, případně k bateriím, kde skladuje energii pro pozdější využití. Turbína MARS je projektována pro výšky mezi 200 až 300 metrů. Její obrovskou výhodou je mobilita – lze ji „pověsit do vzduchu“ prakticky kdekoli – ve vnitrozemí i na moři, v neprostupných džunglích i městské zástavbě. Není nebezpečná pro ptactvo, není ani tak hlučná jako běžné větrníky. Přitom se dokáže udržet ve vzduchu až do rychlosti větru kolem 100 km/h. Její výkon se přitom může pohybovat od 10 do 1000 kW. Z větrem ošlehaných britských ostrovů pochází také společnost BroadStar Wind Systems. Ta se, stejně jako řada dalších firem, zabývá především menšími větrnými elektrárnami určenými mimo jiné do městské zástavby. Takzvané mikroturbíny jsou v oblasti větrné energie velmi žhavým tématem. Dají se totiž nasadit v masovém měřítku ve velkých metropolích, kde o ně mohou mít zájem jak firmy, tak jednotlivci.

Lze je totiž snadno umístit na střechy skladů, továren, ale například i vystavět podél komunikací, na parkovištích a dalších místech. BroadStar má proto připraveny horizontální větrné turbíny Aerocam, opět inspirované leteckým průmyslem. Speciálně navržené lopatky a možnost 360° rotace turbíny nabízí využití prakticky jakýchkoli větrných podmínek. Nízké vibrace a hluk, dlouhá životnost a přizpůsobivost prostředí jsou jejich hlavními přínosy.

Jak zkrotit Slunce

Slunce na naši planetu vysílá dennodenně obrovský proud energie. Kdybychom dokázali efektivně využít jen jedno její procento, stačilo by to na zásobování energií celé naší civilizace. Nejčastěji využívanou technologií pro získávání solární energie jsou dnes fotovoltaické solární panely. Jde o křemíkové pláty, které dokážou měnit elektrickou energii přímo v elektřinu. Jenže tento přístup v sobě ukrývá hned několik problémů. Především fotovoltaika je, i přes vytrvalý pokles cen, už od 80. let stále velmi nákladná. Návratnost investice do solárních panelů se počítá na desítky let. Navíc je výroba fotovoltaiky náročná na suroviny.

Dalším zádrhelem je efektivita/výtěžnost panelů. Ta se dnes pohybuje od 8 % do 25 % u těch nejlepších panelů. To znamená, že přinejmenším tři čtvrtiny dopadající energie zůstanou i nadále nevyužity. Efektivita se navíc snižuje s časem „služby“, a přestože mohou panely sloužit až desítky let, jejich výkonnost může spadnout až na polovinu.To je důvod, proč se hledá řada alternativních způsobů využití solární energie.

SolarMission

Jeden z těch nejoriginálnějších, který funguje jako kombinace větrné a solární elektrárny, pochází od australské firmy SolarMission. Původním autorem konceptu této technologie je stuttgartská společnost Schlaich Bergermann & Partners založená už v roce 1980. Déle než 25 let se zabývá investicemi a vývojem nejrůznějších solárních technologií. Společný projekt dostal název Solar Tower a je vpravdě nápaditým využitím solární energie ve velkém měřítku. Princip je následující: v poušti se postaví obrovský, stovky metrů vysoký betonový komín (nebo lépe řečeno dutý válec). Kolem něj ve výšce několik metrů nad zemí bude v poloměru 2,5 km rozprostřen průsvitný materiál pohlcující sluneční záření. V rozšířené spodní části komínu se umístí tlakové horizontální větrné turbíny. Vzduch ohřátý na obrovské ploše pod kolektorem se pak bude snažit skrze turbíny dostat nahoru komínem, čímž turbíny roztočí a ty pak pomocí generátorů budou vyrábět energii. Hlavní výhodou tohoto konceptu je skutečnost, že jde o obnovitelný zdroj energie, který pracuje s výkonem 100–200 MW, což stačí pro napájení až 200 000 domácností. Velký výkon je dán zejména turbínami, které jsou uzavřené a využívají proměny tlaku. Energetický zisk z jedné takové turbíny pak může být až osmkrát vyšší než z běžné větrné turbíny stejných rozměrů umístěné na volné ploše. Přitom výrobci slibují, že turbíny budou podobně tiché. Další zásadní výhodou Solar Tower je fakt, že pod obrovskou plochu kolektoru lze umístit speciální, teplo pohlcující materiál. Ten se přes den „nabije“ a pak může vypouštět teplo také během noci, takže i samotná elektrárna potom dokáže fungovat i tehdy, když nesvítí slunce. To je z hlediska využití obnovitelných zdrojů v dnešních energetických sítích důležitá vlastnost. Navíc ani náklady na zbudování takovéhoto typu elektrárny nemusejí být nijak zvlášť vysoké – komín, ač vysoký, lze postavit z betonu, solární kolektory pak z nějakého levného průsvitného materiálu. Zbývají už jen náklady na samotné turbíny, které se naštěstí nemusejí instalovat nikam do závratných výšek.

Sluneční věž

Už na počátku 80. let byla ve Španělsku zbudována testovací elektrárna Solar Tower s výkonem 50 kW.Na prototypu byla otestována řada postupů a materiálů, celkem byla elektrárna v provozu 15 000 hodin mezi lety 1982 až 1989. Přitom stačila jediná osoba, která se starala o její provoz. Zde se ukrývá další významné plus, totiž minimální provozní náklady tohoto typu elektrárny.

Není třeba dokonce ani ostrahy, protože těžko čekat, že si někdo bude chtít v rukou odnést tuny podpěrných tyčí nebo kolektorového materiálu. A gigantický betonový komín nikdo křesat kladivem nebude. Enviromission, Inc., mateřská firma vlastnící také SolarMission, dnes operuje na australské burze a má ambice stát se jedním z největších tamních dodavatelů energie vyráběné z obnovitelných zdrojů. Do roku 2010 chce dodávat do sítě až 9500 GWh energie ročně. Klíčem k tomuto cíli má být právě projekt Solar Tower. První elektrárna Solar Tower má vyrůst na hranici australských států Victoria a Nový Jižní Wales.Komín by měl být vysoký 1 km, využito bude 32 turbín o výkonu 6,25 MW a celkově zabere stavba 34 měsíců při zapojení 2700 dělníků a následně 15 stálých operátorů.Ročně by měla ušetřit vypuštění až 900 000 tun oxidu uhličitého do ovzduší, a tak pomoci plnit závazky Austrálie dané Kjótským protokolem.

Účinná solární termika

Australský Solar Tower je jedním z mnoha příkladů tzv. termálních solárních elektráren. Ty nevyužívají samotného slunečního záření, ale tepla, které je pak dále zpracováváno. Solární termika, jak se tento typ elektráren přezdívá, je dnes „na výsluní“. Ukazuje se totiž, že za stejné nebo nižší náklady může poskytnout výkon vyšší než fotovoltaika. A tak dnes solární termální elektrárny rostou jako houby po dešti v Kalifornii, Izraeli, Španělsku i na mnoha dalších příhodných místech. Nejčastěji elektrárny pracují na principu ohřevu vody, která pak pohání klasické parní generátory. Účinnost termiky se pohybuje mezi 20 až 40 %, což je výrazně více než v případě fotovoltaiky. Zejména Kalifornie, americký stát potenciálně nejvíce ohrožený změnou klimatu, se nyní staví k termice velmi pozitivně, stejně jako k dalším obnovitelným zdrojům.

V tamní oblasti působí například společnost BrightSource Energy, která využívá technologie Dynamic Power Tower (DPT). Není to žádná velká věda – kolem centrální věže, na které je umístěn bojler, se rozmístí tisíce malých, správně nasměrovaných zrcadel (heliostatů). Ohřívají vodu, která se následně mění v páru pohánějící turbínu. Odtud už rozvodná síť přenáší elektřinu k domácnostem či firmám. Jednoduché jako facka, ale účinné. Solární termální elektrárny mohou mít výkon v řádu desítek i stovek MW. Nevýhodou tohoto typu elektráren je, že těžko mohou pracovat v noci.Ale i na odstranění tohoto nedostatku se už údajně pracuje, například ve společnosti Ausra (opět kalifornské).Řešení spočívá v nalezení takového materiálu, který by dokázal teplo udržet a skladovat až 16 hodin. Ausra údajně na této technologii skladování energie už pracuje. První testování proběhne v prototypu elektrárny, kterou by měla společnost brzy dokončit v Kalifornii.

Solární balonky

Protože jsou fotovoltaické články příliš drahé, snaží se mnoho výrobců jejich využití obejít nebo alespoň omezit.Takovým příkladem je i americká společnost CoolEarth. Ta přichází s nápadem na „solární balonky“.Plastické nafukovací koncentrátory světla (čili balonky) soustřeďují pomocí svých odrazových vrstev světelnou energii do jediného malého fotovoltaického článku. Odrazová strana balonků je vyrobena z mylaru, materiálu využívaného mimo jiné pro balení potravin. Výhodou je, že tyto jednoduché a relativně levné generátory energie lze například pověsit nad zem, a tedy využít třeba na rozlehlých farmách. Jsou odolné proti větru, dešti, špíně i hmyzu a zvládají ustát vítr údajně až do rychlosti 160 km/h.

Slunečné naděje

Odlišný, nicméně také „balonkový“ přístup zvolily společnosti Geotectura a Technion. Vytvořily koncept vznášejících se solárních elektráren plněných heliem, nazvaných SunHope. Rozlehlé platformy jsou pokryté fotovoltaickými články a upevněné k zemi. Jejich výhody jsou zřejmé: nezabírají žádné místo na zemi, výrazně snižují počáteční investice, lze je využít na těžko přístupných místech.

Navíc lze SunHope jednoduše škálovat, připojovat k sobě. Podle odhadů výzkumníků by jeden balon SunHome mohl dokázat pokrýt spotřebu elektrické energie jedné průměrné domácnosti.Zda indické, nebo západoevropské, to už bohužel nikdo neupřesnil. Faktem je, že dosud vzniklo několik prototypů balonů a cílem je srazit cenu jednoho pod 4000 dolarů. Kolem celého projektu se však točí zapeklité otázky.

Například, jak si balony poradí s nepříznivými povětrnostními podmínkami, či dokonce bouřemi?A není helium zbytečně drahé a jeho výroba neekologická? Ačkoli o praktickém využití některých z prezentovaných vynálezů by se dalo s úspěchem diskutovat, je potěšující vidět zvyšující se zájem o alternativní zdroje energie.

SEKAČKA NA SLUNCE

Automatická sekačka Husqvarna AutomowerTM Solar Hybrid nejenže dovede sama posekat trávník, ale navíc se i sama dobíjí. Solární panel umístěný „na zádech“ robotické sekačky dokáže za příznivých podmínek dodat dostatek energie na prakticky nepřetržité sekání. Pokud je zataženo, sekačka si sama vyhledá stanici, kde se dobije na potřebnou úroveň. Zároveň je nutné zmínit se o využití recyklovaných materiálů, ze kterých se skládá 90 % sekačky. KUCHYNĚ NA SLUNCE Indů je spousta. A jejich kuchyně Evropanům obvykle příliš nesedí. To jsou běžně známé pravdy. Novinka přichází z indického města Taleti poblíž hory Abu. Tam totiž ve spolupráci Akademie pro lepší svět a Světové spirituální univerzity Brahma Kumaris vznikla solární kuchyně, dost možná největší na světě. Technologii dodala německá společnost Solare-Brücke, celkem 84 solárních parabol, které dokážou vařit až při teplotě 650 stupňů. Celý systém pak umí za jediný den při největším svitu vyrobit až 38 500 porcí jídla. Výstavba kuchyně stála pět milionů dolarů, byla součástí demonstračního programu pro obnovitelné zdroje indického ministerstva pro nové a obnovitelné zdroje energie.

Řešení je založeno na magnetické levitaci maglev a umožňuje otáčení věže bez dotyku se základnou. Kdybychom dokázali efektivně využít jen jedno procento veškeré sluneční energie dopadající na Zemi, stačilo by to na zásobování celé naší civilizace.

SOLÁRNÍ PANELY, KTERÉ PRACUJÍ V NOCI

Vědci z americké Idaho National Laboratory ve spolupráci se soukromou i univerzitní sférou přišli se zajímavou technologií, která by mohla proměnit naše nazírání na Slunce jakožto zdroj energie. Jejich objev je spojen s pokroky v oblasti nanotechnologie. Vyvinuli totiž technologii, která umožní levné nanášení miniaturních spirálovitých „nanoantén“ na jakékoli, třeba i ohebné povrchy. Tyto nanoantény mají být schopné vstřebávat až 80 % dopadající energie. Díky svým rozměrům dokážou nanoantény absorbovat i energii infračerveného spektra. Těžko někdo bude chtít odnést tuny podpěrných tyčí a gigantický betonový komín nikdo křesat kladivem nebude. Ačkoli o praktickém využití některých z prezentovaných vynálezů by se dalo diskutovat, je potěšující vidět zvyšující se zájem o alternativní zdroje energie.

SOLÁRNÍ PODPRSENKA

Solární je dnes kdeco. Ale solární podprsenka? Nejspíš je to i tak trochu recese a apel zároveň. Společnost Triumph International Ltd, známý výrobce spodního prádla, nedávno v Tokiu představil podprsenku doplněnou o fotovoltaický panel. Spíš než o cokoli jiného šlo o to ukázat světu, že problém globálního oteplování je skutečně globální. Solární panel umístěný na břiše modelky dokáže generovat elektřinu například pro dobíjení iPodu. Navíc napájí displej se zprávou „ZACHRAŇTE ZEMI“. „Je to velmi pohodlné a opravdu se díky tomu cítím zapojená do ekologického hnutí,“ řekla modelka Yuko Ishida. Velký zájem o podobné technologie má údajně americké ministerstvo obrany…

Nejčtenější