Alternatīvie enerģijas resursi

/ Uncategorized / By

Eiropas Savienības līmenī ar katru gadu pieaug pieprasījums pēc lietderīgas enerģijas. Ir zināms, ka ierobežotie fosilā kurināmā krājumi, kā arī vides piesārņojums un globālās klimata pārmaiņas pēdējos gados pasaulē radījis dzīļu interesi par alternatīviem enerģijas veidiem. Alternatīvs nozīme cits vai tāds, kas satur alternatīvu, kurš pieļauj izvēli no dažādām iespējām. Alternatīvie resursi ir dabas resursi, kuri rada izmantošanas alternatīvu parastajiem fosilajiem energoresursiem.

Eiropas Savienība intensīvi atbalsta alternatīvo resursu izmantošanu. Alternatīvie enerģijas avoti ir enerģijas resursu veidi, kuru izmantošana nerada kaitējumu videi vai arī rada to tikai neliela apmērā. Alternatīvie energoresursi (turpmāk AER) ir vējš, ūdens, saules starojums, biomasa, ģeotermālā enerģija jeb zemes enerģijas potenciāls, paisuma un bēguma procesi un paši ūdens viļņi. Pastāv divas iespējas, kādā veidā izmantot AER. Tieša izmantošana, kad fosilie energoresursi tiek pilnībā aizvietoti ar alternatīvajiem un līdzizmantošana, kad izmantojas gan fosilie, gan alternatīvie enerģijas resursi.

Plašāka alternatīvo enerģijas veidu izmantošana ļaus samazināt ES atkarību no enerģijas eksporta. Latvijā siltumnīcas efektu izraisošo gāzu emisija, pārrēķinot uz vienu iedzīvotāju ir minimāla, bet arī šeit pastāv svarīgie valsts līmeņa uzdevumi – nodrošināt, lai valsts ekonomiskās attīstības gaitā siltumnīcas efektu izraisošo gāzu emisijas tiktu ierobežotas, veicot siltumnīcas efektu izraisošo gāzu emisiju samazināšanu, uzlabojot tehnoloģijas. Veids, kā uzlabot tehnoloģijas un samazināt negatīvo emisiju apkārtējā vidē, ir izmantot alternatīvas enerģijas iespējas.

Saules enerģija

Saules starojums sasilda atmosfēru, planētas grunšu un ūdens baseinus. Saules starojuma enerģija ir visu uz zemes notiekošo procesu pamats. Fotosintēze, kā bioloģisks saules enerģijas uzkrāšanas process, nodrošina biomasas veidošanos. Visi fosilie enerģijas nesēji (akmeņogles, nafta, dabasgāze) ir pirms miljoniem gadu pārvērsta un tajos akumulēta saules enerģija. Pēc ķīmiskā sastāva saules vielu veido gāzveida stāvoklī esošs ūdeņradis -81,76%, hēlijs -18,14% un slāpeklis – 0,1%. Saules iekšienē notiek nepārtrauktas kodoltermiskas reakcijas, kurās, ūdeņradim pārvēršoties hēlijā, atbrīvojas starojuma enerģija.

Gada vidējā saules starojuma intensitāte Latvijā ir ap 130 W/m2. Gada laikā līdz zemes virsmai nonāk 10000 reižu vairāk siltuma enerģijas nekā cilvēce patērē. Pat bieži apdzīvotā pilsētas centrā enerģijas daudzums, ko patērē apkurei un karstajam ūdenim, ir viena piektā daļa no ik gada uz šo platību izstarotās saules enerģijas. Kā redzams, saules enerģija ir enerģijas avots ar milzīgu potenciālu.

Saules enerģijas izmantošanai ir sekojošas enerģētiskās priekšrocības:

  • Enerģijas avots ir bezmaksas;
  • Saules enerģijas izmaksas nav atkarīgas no kurināmā veidu, cenu dinamikas un importēta energonesēja cenām;
  • Nav negatīvas ietekmes uz apkārtējo vidi;
  • Saules iekārtas ir viegli uzstādāmas un ekspluatējamas.

Latvijā mājokļu sektoram pastāv divas Saules enerģijas izmantošanas iespējas. Tie ir karstā ūdens sagatavošana vasaras mēnešos un elektrības apgāde, izmantojot fotoelementus. Galvenais faktors saules enerģijas izmantošanai ir saules radiācijas lielums. Siltā ūdens ražošanai izmanto tehniskas iekārtas – saules kolektorus, kuriem var būt dažādas konstrukcijas: plakanie, saules starus koncentrējošie, vakuuma cauruļu kolektori utt. Par saules baterijām sauc saules kolektorus, kas saules enerģiju pārveido elektriskajā enerģijā. Parasti atsevišķs Saules baterijas elements sastāv no silīcija pusvadītāja slāņiem (plāksnītes diametrs 7-10 cm), starp kuriem Saules iedarbībā inducējas elektromagnētiskais lauks un rodas spriegums. Spriegums vienā elementā var sasniegt līdz pat 0,5 voltiem.

Saules baterijas

Vēja enerģija

Vēl viens dabā esošs enerģijas avots ir vējš. Vējš ir spējīgs veikt mehānisku darbu, ko dažādā veidā var izmantot arī cilvēks. Vēja enerģija ir nekaitīga un reģenerējas saules iedarbības rezultātā. Tādēļ šai iespējai atkal būtu jāvelta lielāka uzmanība. Ir zināms, kā saule Zemi sasilda nevienmērīgi – uz ekvatora dominē karstas gaisa masas, ziemeļpolā un dienvidu polā aukstas. Gaišajā diennakts periodā saule silda zemes virsmu, naktī augsne atdziest. Zemes ainava ir diezgan atšķirīga -ir gan sauszeme, gan ūdeņi. Nevienmērīgi sasilušajos gaisa slāņos rodas spiediena starpības, kuras dēļ rodas gaisa pārvietošana no zema spiediena teritorijām uz augstā spiediena apgabaliem. Šī pārvietošana saucas – vējš.

Simtu metru augstumā no zemes vēji ir visai nepastāvīga parādība, to bremzē meži, kalni un ēkas, bet virs lieliem ūdens klajumiem vējš var uzņemt patiešām lielu ātrumu un iegūt nopietnu enerģijas potenciālu. Lielākos augstumos dominē pastāvīgie un spēcīgie vēji, kuri ir saistīti ar gaisa masu kustību no ekvatora uz poliem. To ātrums ir no 30 m/s līdz 70 m/s. Jo lielāks ir augstums, jo lielāks ir vēja ātrums. Tāpēc vēja enerģētikas tendence ir kāpināt torņu augstumu, un dažviet tie sasniedz 160 m. Vēja enerģiju nav iespējams saņemt nepārtraukti. Kopumā tā ir pastāvīgāka nekā saules enerģija, kura ir pakļauta noteiktam diennakts un gadalaiku ritmam. Gaisa masas spiediena starpības dēļ kustās, dažās vietās pat vēl stiprāk, tādēļ sezonālas atšķirības ir minimālas.

Nekas nav ideāls un arī vējam ir sliktas īpašības, piemēram, brāzmainība, kas negatīvi ietekmē vēja enerģijas izmantošanas drošību. Vēja iedarbību ir samēra grūti nivelēt, vētras laikā vēja spēks pieaug ļoti strauji un ir ārkārtīgi postošs. Brāzmu spēks laika periodā līdz 3 sekundēm var palielināties sešas reizes. Protams, vētras gadījumos īpaši apdraudētas šādos apstākļos ir vēja enerģijas iegūšanas avoti vai spēkstacijas. Jo lielākas ir iekārtas, jo vairāk tās var bojāt vētra. Tā kā vēja enerģija tiek saņemta ar pārtraukumiem, ir skaidrs, ka ir nepieciešama enerģijas uzkrāšana. Pastāv iespējas izmantot sūkņu akumulācijas sistēmas.

Vēja enerģija ir pievilcīga arī ar to, ka ir „bezmaksas” enerģija. Maksā vienīgi vēja enerģētiskas iekārtas, vai tā saucamie vēja ģeneratori. Tāda netradicionāla atjaunojamas enerģijas avota kā vējš izmantošana ir saprātīgs un mērķtiecīgs risinājums. Vēja enerģija ir gandrīz ekoloģiski tīra un praktiski nerada negatīvu ietekmi apkārtējai videi, bet vēja ģeneratoru ražošanas, transportēšanas un instalācijas procesi līdz šim nav dziļi izpētīti no vides viedokļa, tādejādi nevar viennozīmīgi pateikt, ka vēja enerģijas izmantošana ir 100% videi draudzīga.

Vēja enerģijas izmantošana patērētāju apgādei ar siltumenerģiju nozīmē šo iekārtu pieslēgšanu jau esošajai vietējai siltumapgādes sistēmai nelielās pilsētās vai lauku apdzīvotā vietā, kura atrodas vējainajā apgabalā un kurā zināmu iemeslu dēļ ir problēmas ar standarta fosiliem kurināma veidiem. Šeit arī ir nepieciešams izmantot enerģijas uzkrāšanas tehnoloģiju. Vēja kinētiskā enerģija sākumā tiek pārveidota elektriskajā, tad siltumenerģijā un uzkrāta attiecīgajos akumulatoros ar siltuma nesējiem.

Vēja ģeneratori

Hidroenerģija

Hidroenerģija jau vairāk nekā 100 gadus tiek izmantota elektrības ģenerēšanai. Ūdens enerģijas krājumi uz Zemes ir ievērojami. Milzīgs enerģijas akumulators ir Pasaules okeāns. Notiek paisumi un bēgumi. Gandrīz visa hidroenerģija ir viena no saules enerģijas formām un tāpēc ir ieskaitāma atjaunojamo energoresursu grupā. Virs pasaules ūdens resursiem izveidojas ūdens tvaiks – mākoņi, atmosfēras ūdens kustās gaisā masās un noteiktās vietās lietus veidā nokļūst atpakaļ zemē. Ar tādu ūdens riņķojumu dabā ir saistīta milzīga enerģijas daudzuma kustība.

Hidroenerģija ir enerģija, kas ir koncentrēta ūdens masās, straumēs, gultnēs, ūdenstecēs un paisumu kustībās. Visbiežāk tiek izmantota krītošā ūdens enerģija. Ūdens līmeņu diferences paaugstinājumam, īpaši upju lejastecēs, elektriskas enerģijas ģenerēšanai ir veidoti dambji. Hidroenerģija ir pirmais enerģijas veids, kurš bija izmantojams tehnoloģiskiem mērķiem. Ar hidroenerģijas palīdzību pasaulē tiek saražoti 19% no visas elektriskās enerģijas. Tas ir vairāk nekā dod visi citi alternatīvie enerģijas veidi kopā. Lielākā daļa vietu, kur potenciāli var izmantot hidroenerģiju, jau ir liktas lietā.

Runājot par hidroenerģiju, ir nepieciešams uzsvērt sekojošus aspektus. No ekonomiskā viedokļa hidroenerģijai ir zemas izmaksas, pateicoties kuram tā var konkurēt ar kodolenerģiju vai fosiliem kurināma veidiem. Izmaksas HES celtniecībai ir samērā lielas, bet tās kompensējas ar to, ka nav enerģijas avotu maksājumu. Mūsdienīgu HES jauda var pārsniegt 100 MWh, lietderības koeficients ir līdz 80-90%. Attiecībā uz hidroenerģiju ir nepieciešams zināt, ka ūdens resursi ir bezmaksas, ūdens enerģiju ir iespējams izmantot tajā dienas laikā, kad tā ir visvairāk nepieciešama, bet diemžēl ūdens enerģiju nevar saņemt nepārtraukti. Latvijā hidroenerģija ir viens no nozīmīgākajiem atjaunojamo resursu veidiem. Hidroelektrostaciju (HES) un ūdensdzirnavu izmantošanai Latvijā ir senas tradīcijas, kuras sākas pagājušā gadsimta sākumā. Hidroelektrostaciju priekšrocības ir acīmredzamas – pastāvīgi atjaunojams ar pašu dabu enerģijas veids, ekspluatācijas vienkāršība, apkārtējās vides minimāls piesārņojums.

Biokurināmais – biomasa

Biokurināmais ir organiskas izcelsmes izejviela enerģijas iegūšanai. Atšķirībā no fosilā kurināmā (akmeņogles, nafta, dabasgāze), biomasas kurināmais ir uzskatāms par atjaunojamu energoresursu, jo tā veidošanās cikls, akumulējot saules enerģiju, ir daudzkārt īsāks. Plašāk pazīstamie biokurināmā veidi ir koksne, lauksaimnieciskās izcelsmes biomasa (salmi, biogāze, biodīzelis), arī kūdra. Vairākās valstīs kūdra tiek uzskatīta par atjaunojamu energoresursu, ja tās ieguves apjomi nepārsniedz veidošanās daudzumu. Šobrīd biomasas izmantošana veido 14% kopējā pasaules energoresursu bilancē (50 EJ/gadā no kopējā 406 EJ/gadā). Biomasas ieguve balstās uz mežsaimniecības pārpalikumiem vai malku. Nākotne tiek saistīta ar agrobiomasas audzēšanu. Daudz tiek veikts tehnoloģiju attīstības jomā, lai izveidotu videi draudzīgus inženiertehniski un ekonomiski pamatotus risinājumus biokurināmā izmantošanai.

Galvenie biomasas resursu veidi:

  • Mežsaimniecības (vītols, papele, eikalipts);
  • Labības un citu augu valsts pārstāvji (piemēram, skābenes);
  • Cukuru saturošie augi;
  • Cieti saturošie augi;
  • Eļļu saturošie augi;
  • Meža atlikumi;
  • Atkritumi un pārpalikumi no lauksaimniecība sektora (dzīvnieku mēsli, salmi u.c.);
  • Organiskā cietā frakcija no sadzīves atkritumiem;
  • Notekūdeņu dūņas;
  • Rūpnieciskie atkritumi (no pārtikas un papīra ražošanas uzņēmumiem).

Koksne ir uzskatāma par Latvijā visplašāk izmantojamo biomasas kurināmā veidu, jo Latvija ir viena no mežainākajām Eiropas valstīm – aptuveni 47 % no valsts teritorijas aizņem meži. Visvairāk pazīstamie koksnes kurināmā veidi ir šķelda, mežistrādes atlikumi, zāģu skaidas, miza, koksnes briketes un granulas.

Biokurināmā izmantošanai siltumenerģijas ražošanā ir sekojošas priekšrocības:

  • Kurināmā apgādes drošums, jo biomasas kurināmā resursi ir atjaunojami un Latvijā ir pietiekami to apjomi ilglaicīgai izmantošanai;
  • Samazinās atkarība no importētā fosilā kurināmā;
  • Izmantojot atjaunojamos energoresursus, veidojas mazāk kaitīgo izmešu, samazinās globālās sasilšanas efekts;
  • Vietējā kurināmā izmantošana pozitīvi iespaido valsts un reģiona ekonomiku;
  • Saražotās siltumenerģijas cena ir lētāka, salīdzinājumā ar citiem kurināmā veidiem.

Siltuma sūkņi

Siltuma sūknis ir tāda veida tehnoloģija, kas tiek izmantota jau uzbūvētām katlu mājām un kurām ir ļoti liels energoefektivitātes potenciāls. Savu priekšrocību dēļ (nav vajadzīgs kurināmais; dabai un cilvēka veselībai pilnīgi nekaitīgs ēku apkures un ūdens sasildīšanas veids) siltuma sūkņus jau lieto daudzās valstīs un to pielietošana aizvien pieaug. ASV katru gadu tiek uzstādītas aptuveni 100 000 jaunas šāda veida apkures sistēmas. Latvijā siltumsūkņa pielietošana ir aktuāla privātmāju sektorā māju apkurei. Tam ir dažādi iemesli. Pirmkārt, palielinās cena par komunālajiem pakalpojumiem. Otrkārt, cilvēki sāk domāt par apkārtējo vidi, kā viņi to ietekmē un kā to spēj saglābāt. Treškārt, Latvija importē ļoti daudz energoresursu, tāpēc jārisina jautājums, kā samazināt importu un uzlabot Latvijas ekonomisko stāvokli.

Latvijā pārsvarā tos izmanto vienas ģimenes māju apkurē, taču ar tiem apsilda arī viesnīcas, autoservisus un pat lopu fermas. Siltuma sūknis var izmantot sekojošus energoresursus: apkārtējais gaiss; grunts; grunts ūdeņi; dūmgāzes. Siltuma sūkņa pielietošana katlu mājās enerģijas ražošanas procesa laikā Latvijā nav tik plaši pielietota. Siltuma sūknis vienlaicīgi veic dzesēšanas un sildīšanas procesu. Dzesējot iztvaikotājā apkārtējās vides siltuma nesēju (grunts, gruntsūdens vai gaiss) vai arī tehnoloģiskās dūmgāzes – kondensatorā notiek pretējais process – akumulēta siltuma izdalīšanās, t.i. sildīšana.

Pasīvās ēkas

Jēdziens pasīva ēka pēdējā laikā ir bieži izmantots būvniecībā. Pēc būtības pasīvai ēkai ir minimāla vajadzība pēc apkures enerģijas, tātad pasīvai ēkai/mājai ir ultrazems apkures enerģijas patēriņš. Pasīvas ēkas specifikācija nav domāta tikai dzīvojamām mājam, par pasīvo ēku var kļūt skola, bērnudārzs vai supermārkets, galvenais nosacījums ir izpildīt pasīvās mājas prasības. Parastai daudzdzīvokļu dzīvojamai mājai, lai uzturētu normālu iekštelpu temperatūru, apkures enerģijas patēriņš ir robežās no 166 – 180 kWh/m2. Renovētu māju vai jauno projektu siltumenerģijas patēriņš varētu būt no 120 – 80 kWh/m2 gadā. Pēc aprēķiniem pasīvām mājam siltumenerģija ir nepieciešama līdz pat 80% mazāk nekā jaunceltnēm, kas celtas pēc pašreizējiem būvnormatīviem. Pasīvas ēkas standarts pieprasa izpildīt sekojošus nosacījumus:

  • Ēkas gada siltumenerģijas patēriņš nedrīkst pārsniegt 15 kWh/m2 gadā;
  • Primārās enerģijas patēriņš, ieskaitot karstā ūdens un elektrības patēriņus, nedrīkst pārsniegt 120 kWh/m2 gadā.
Pasīvās mājas pamatelementi

Lai sasniegtu pasīvas ēkas nosacījumus, ir nepieciešams izmantot nestandarta apkures sistēmu, vai projektēt ēku bez apkures sistēmas, izmantojot saules, elektroiekārtu siltumenerģijas starojumu un citu ēkā esošo objektu pozitīvu temperatūras potenciālu. Pirms pasīvas ēku būvniecības ir nepieciešams veikt dziļo plānošanas procesu. Pasīvas ēkas tiek būvētas, izmantojot īpaši labas materiālu siltumizolācijas īpašības. Lai maksimāli labi izmantotu saules enerģiju, ēkai ir jābūt precīzi izvietotai pret dienvidu pusi, lai caur speciālu stiklojumu iegūtu pietiekami lielu saules enerģijas daudzumu.

Pasīvajās mājās logus izvieto tā, lai maksimālais logu skaits būtu novietots pret dienvidu pusi. Pasīvas ēkas logu izvietošana dienvidpusē dod papildus telpas siltumu līdz pat 40%. Ēkas siltināšanas materiāla slānim ir jābūt ļoti biezam, vismaz 30 cm, izmantojot koka konstrukcijas – 40 cm. Ēkas griestu siltumizolācijas biezums parasti sasniedz līdz pat 50 cm. Siltuma zudumi no pagrabstāva tiek samazināti ar siltumizolāciju no 20 līdz 30 cm. Ir svarīgi pievērst uzmanību logu siltumvadības koeficientam – tiem jābūt labākajiem logiem, kādi vien tirgū ir pieejami. Kopējai logu rāmju izolācijai ir jābūt gandrīz vai perfektai, ne mazāk par 0,8 W/m2K. Izvēloties logus, ļoti svarīgs faktors ir, cik daudz saules enerģijas logs izvada no āra uz ēkas iekštelpām.

Pasīvai ēkai ir nepieciešams būt pēc iespējas gaisa blīvai, lai nerastos vietas, caur kurām ēka var pazaudēt gaisu ar pozitīvu enerģijas potenciālu vai iegūt negatīvas temperatūras gaisu no apkārtējās vides. Savukārt ventilācija ar siltuma atgūšanu, ko izmanto pasīvajās mājās, nozīmē izplūdes gaisa siltumu atgūšanu apkures sistēmā, tādējādi samazinot apkures izdevumus. Veidojot šādu ventilācijas sistēmu, kas darbojas tikai uz izplūdi, svaigā gaisa ieplūdei nepieciešams izmantot logus, kuros ir ventilācijas režīms vai arī pašā mājā jāveido rekuperācijas sistēmu. Dabiskā ventilācija nozīmē nevis sūknēt gaisu ar motoru palīdzību, to mehāniski jaucot, bet gan tādas ventilācijas ejas, kurās gaiss pārvietojas pats vēja un temperatūras maiņas dēļ.

Lai nodrošinātu ēkā atbilstošu komfortam gaisa apmaiņu, ir jāizmanto gaisa rekuperatori. Izmantojot gaisa rekuperatorus pieplūstošā gaisa sasildīšanai, ir nepieciešams mazāks enerģijas daudzums. Pasīvajā mājā nav klasiskās apkures sistēmas – ir siltumsūknis un dabiskā ventilācija ar siltuma atgūšanu. Siltumsūkņa darbībai ir nepieciešama elektroenerģija, tādēļ ir būtiski, ka patērētās elektrības un saražotā siltuma attiecība ir 1:5. Gadījumā, ja ir noteikts enerģijas trūkums, to kompensē ar papildus alternatīvajiem enerģijas avotiem. Lai pasīvajā mājā minimizētu kopēju enerģijas patēriņu, tai skaitā arī elektroenerģijas patēriņu, ir nepieciešams lietot gaismas ķermeņus un citas elektroiekārtas ar vislielāko efektivitātes pakāpi.

SunTrackers ir apgaismojuma risinājums, kas ietaupa enerģiju un nodrošina izcilu apgaismojumu skolās, lidostās, tirdzniecības centros un rūpniecības objektos. Galvenie ietaupījumi ir uz elektrību – 10 stundas dienā. Optimizē dabīgo dienas gaismu, kas noved pie: mazākiem darba kavējumiem; uzlabo darba efektivitāti; lielāka preču apgrozījuma; daudz augstāka darba ražīguma. Mazākas apkalpošanas izmaksas, daudz augstāki enerģijas efektivitātes mērķi. SunTracker ir efektīvs, ilgmūžīgs un drošs izmantošanai atsevišķai mājai gandrīz jebkuram stāvam. SunTracker atzinīgi novērtē (ICOB) Amerikas Starptautiskā celtniecības ierēdņu konference.

Pasīvā ēka ir arī pievilcīgs investīciju objekts ēku īpašniekiem – papildus investīciju izmaksas jau dažu gadu laikā tiek amortizētas, pateicoties ietaupītajam par enerģiju. Arī pēc šī laika perioda apkures un dzesēšanas rēķini būs desmitā daļa no attiecīgajiem rēķiniem “parastajās” ēkās. Pasīvo ēku iemītnieki kļūst daudz mazāk atkarīgi no nākotnes enerģijas cenu kāpuma.

Svarīgi ir vienlīdz ar politikas izstrādi un uzstādījumu pasīvo un zema enerģijas patēriņa ēku attīstībai, identificēt un ieviest attiecīgus finanšu un citus motivējošus instrumentus, lai motivētu gan sabiedriskā, gan privātā sektora pārstāvjus, veikt energoefektivitātes pasākumus būvniecības projektos, tai skaitā rekonstrukcijas darbos. Zemas enerģijas ēku būvniecība un rekonstrukcija ir jāparedz pašvaldību attīstības plānos, kā vienu no prioritārajām rīcībām.

Izmantotie informācijas avoti