Paprsky v síti solárních kolektorů

Největší solární systém v Evropě

Ostrov Ærø je svými 90 čtverečními kilometry v žebříčku skoro pěti stovek ostrovů a ostrůvků, které dohromady tvoří Dánsko, na 8. místě. Zatímco většinu z těch větších dánských ostrovů (s výjimkou čtvrtého z nich, Bornholmu) je možné projet suchou nohou díky jejich vzájemnému propojení mosty, ostrov Ærø je opravdovým ostrovem a jede se tam lodí.

Počet obyvatel Ærø se každoročně násobí v letním období. K pobytu na ostrově lákají písčité pláže, nenapodobitelná atmosféra rybářských vesniček na pobřeží, možnost pobytu na farmách a kolorit krajiny, dokreslený větrnými mlýny rozptýlenými v krajině a majáky na cípech ostrova. Vedle typických letních návštěvníků ostrova, plavících se sem především z Německa, přijíždějí – vlastně tedy připlouvají – do pobřežního městečka Marstal na východním cípu ostrova během celého roku i tisíce odborníků, kteří chtějí na vlastní oči vidět a poznat něco, co na okraji městečka drží evropský a možná i světový prim. Takřka 10 tisíc metrů čtverečních solárního teplovodního systému, který se podílí na vytápění městečka a na zásobování jeho obyvatel teplou vodou.

Slunce místo nafty

Teplo pro obyvatele Marstalu začala dodávat společná výtopna Marstal Fjernvarme A.m.b.A. jako společnost vlastněná spotřebiteli tepla roku 1962. Bylo to v době levné nafty a náhrada klasických topenišť spalujících pevná fosilní paliva novým médiem, topným olejem, byla tehdy i relativním ekologickým přínosem. Ceny ropy a ropných produktů však v následujících letech prošly několika vlnami znásobení jejich cen. Dánsko, jako země bez vlastních zdrojů energetických surovin, to pocítilo velmi výrazně. Také pohled na ekologické dopady byl přehodnocen. Každé spalování fosilních paliv – i "ušlechtilého" topného oleje – totiž nevyhnutelně uvolňuje obrovská množství kysličníku uhličitého, způsobujícího spolu s dalšími plyny tzv. skleníkový efekt s následným rizikem oteplení atmosféry i povrchu Země. Už v polovině sedmdesátých let začaly být v Dánsku podporovány programy spějící k reálnému využívání alternativních a obnovitelných energetických zdrojů. V této zemi došlo k nebývalému rozvoji větrné energetiky a energetiky postavené na spalování biomasy, především slámy a dřevní štěpky. Další zdražování ropy a zemního plynu vedlo navzdory tomu, že Dánsko má svůj nevelký podíl na severomořských nalezištích těchto surovin k tomu, že se pozornost energetiků obrátila k dalšímu nevyčerpatelnému energetickému zdroji – ke Slunci. Dánská Energetická agentura ustavila roku 1991 Výbor pro sluneční energii.

Polapené sluneční paprsky

Přímé využívání sluneční energie začalo v Marstalu roku 1994 realizací prvního, z dnešního pohledu velmi skromného projektu: Instalací 75 metrů čtverečních solárních kolektorů k ohřevu vody pro místní krytý bazén. Měření na tomto průkopnickém zařízení prokázala místní potenciál solární energetiky, a proto už po půlroce jeho provozu vznikl projekt s více než stonásobnou plochou kolektorů, sloužící k podpoře výkonu a úspoře topného oleje ve starším centrálním zdroji tepla. Na západním okraji městečka byl vybrán vhodný pozemek, na kterém bylo instalováno na ploše větší než fotbalové hřiště, celkem osmi tisíc metrů čtverečních kapalinových solárních kolektorů dánské výroby od firmy Arcon. Systém byl připojen k rozvodu tepla roku 1996 a v loňském roce byla plocha kolektorů rozšířena na 9043 metrů čtverečních. Celý systém je sestaven ze 720 základních modulů, každý má plochu 12,56 metru čtverečních. Ta je sestavena ze 14 centimetrů širokých vedle sebe uložených pásů hliníkového plechu s tmavým povrchem, které mají uprostřed kanálek, jímž proudí ohřívaná kapalina primárního okruhu. V každém modulu je pouhých 7,5 litru nemrznoucí směsi (40 %voda, 60 %glykol, nezamrzá do minus 30 ºC). Ohřátá kapalina předává získané teplo ve výměníku vodě sekundárního okruhu. Rychlost proudění kapaliny v primárním okruhu je regulována v závislosti na okamžité intenzitě slunečního svitu a vnější teplotě vzduchu. O tom jsme se přesvědčili v blízkosti oběhových čerpadel v okamžiku, kdy Slunce zastínil nevelký mrak. Na zvuku čerpadel byly okamžitě znát jejich nižší otáčky. Průtok kapaliny systémem se pohybuje v rozmezí 0,05 – 0,35 litru za minutu na každý čtvereční metr plochy systému. Podle Leo Holma, vedoucího solární výtopny, má právě tento způsob regulace vliv na vyšší účinnost i lepší ekonomiku provozu celého zařízení proti běžně používané konstantní rychlosti oběhu kapaliny. To se projevuje i v nižší spotřebě energie pro oběhová čerpadla. Ta činí 4,4 kWh na 1 MWh výkonu solárního zařízení proti spotřebě 16–20 kWh u zařízení se stálou rychlostí oběhu kapaliny.

Uskladněné Slunce

Nepříjemnou vlastností i bariérou obnovitelných zdrojů energie je, že nejsou vždy k dispozici v daném čase a potřebném množství. To může částečně překlenout vhodně zvolený způsob akumulace získané energie. Otázka, "jak uskladnit Slunce", je v Marstalu krátkodobě vyřešena provozním zásobníkem na 2100 kubických metrů horké vody a dlouhodobě pak podzemním zásobníkem tepla. Solární systémy mají nadprodukci v letním období. K sezonní akumulaci tepla slouží v Marstalu prototyp podzemního tepelného zásobníku, kde je momentálně nadbytečné teplo akumulováno do čtyř tisíc metrů krychlových metrů písku a vody. Tento experimentální projekt plně financovala Dánská energetická agentura. Teplo, akumulované v tomto zásobníku, je ze zásobníku do topného systému Marstalu odebíráno v podzimním období pomocí tepelných čerpadel. To prodlužuje dobu, kdy se během roku o tepelnou pohodu obyvatel Marstalu stará Slunce.

Splněné předpoklady

Tento v Evropě dosud největší solární systém splnil očekávání projektantů a také i obyvatel města Marstal, které pochopitelně zajímá především cena dodávané energie v podobě tepla a teplé vody. Solární systém se na celoroční potřebě tepla 1250 domácností v Marstalu podílí každoročně průměrným výkonem 3250 MWh, to je asi 15 %veškeré zdejší potřeby. Roku 1997 Slunce přispělo dokonce 3716 MWh. Projektovaného výkonu bylo dosaženo: proti plánovanému energetickému zisku 404 kWh na každý čtvereční metr kolektorů za rok bylo dosaženo v prvních třech letech provozu průměrného zisku 432 kWh na čtvereční metr kolektorů. Výsledkem je, že každou sedmou domácnost v Marstalu celoročně zásobuje teplem a teplou vodou přímo Slunce. Tento podíl současně znamená každoroční úsporu 300 – 400 tisíc litrů topného oleje ve starší výtopně. A také ušetřil atmosféru od emisí 1123 kilogramy síry, 1163 kilogramy kysličníku dusíku a kolem tisíce tun kysličníku uhličitého. Výstavba solární části teplárny pro Marstal stála včetně uložení předizolovaných potrubí, zásobních tanků, kontrolního systému a propojení se starší městskou teplárnou 16 milionů dánských korun, státní dotace pokryla 30 %nákladů. Výrobní cena 1 kWh energie, dodané v podobě tepla do rozvodné sítě, je 0,22 dánských korun za 1 kWh. Návratnost investice je plánována na dvacet let, je však pravděpodobné, že při stoupajících cenách ropy a plynu bude kratší. Dobré zkušenosti a výsledky solárního systému v Marstalu vedou jeho majitele a provozovatele k záměrům na jeho další rozšíření. Je naplánováno rozšíření plochy systému o 10 tisíc metrů čtverečních dalších kolektorů, přibude i další sezonní zásobník s objemem 10 tisíc kubických metrů.

Návštěvám dveře otevřeny

Při pohledu z letadla je solární systém jednoznačnou dominantou městečka. Vedoucí solární teplárny v Marstalu, Leo Holm, je na návštěvy zvyklý a spolu se svým kolegou Niels Aage Jensenem jsou na ně připraveni. Ostatně – jednou z podmínek přidělení státního příspěvku na stavbu tohoto zařízení bylo i to, že zkušenosti s jeho provozem nezůstanou utajeny. Budova je proto vybavena i dobře zařízenou "učebnou", má pro návštěvníky připraveny tištěné materiály, video záznamy, vzorky aktivních částí solárních kolektorů, data o provozu solárního zařízení. Každoročně tudy projdou tři až čtyři tisíce odborníků z celého světa. Na oba průvodce musím ještě prozradit, že jsou shodně námořními inženýry. A co dělají námořníci na suchu? Využívají toho, že toto vzdělání jim dává velkou všestrannost ve všech myslitelných technických oborech, spolu s nezbytnými řemeslnými dovednostmi. Proto jsou absolventi tohoto studia vyhledávanými kandidáty na pozice, kde mohou uplatnit svou všestrannost – i na suchu. A že problémy neřeší jen ryze technickými prostředky, dokázali i ve svém království, na ploše se solárními kolektory. Zatravněný prostor mezi řadami kolektorů je třeba udržovat bez plevelů, které by účinnou plochu zastiňovaly. Běžným řešením by byla malá motorová sekačka. V Marstalu mají sekačky také. Automatické, bezpřevodovkové, čtyřnohé: Ovce. I ty pomáhají snižovat náklady na provoz celého zařízení.

Soběstačné ostrovy

Solární kolektory – stejně jako další zařízení sloužící k využívání obnovitelných energetických zdrojů – je účelné sdružovat do ucelených systémů, kdy může během roku být jeden ze způsobů využíván více než druhý. Příkladem může být propojení solárních systémů, využitelných v podmínkách Dánska od dubna do října, se zdroji využívajícími slámy (ty bývají naopak odstavovány v létě) nebo s větrnými elektrárnami, jejichž výkonová špička bývá v období od podzimu do jara. I takové projekty už v Dánsku existují a ideálním místem pro jejich realizaci jsou právě ostrovy, které by tak mohly být v blízké době energeticky zcela soběstačné. Konkrétní projekt je zpracován pro další dánský ostrov, Samsø, ležící v Baltu jihovýchodně od Aarhusu.

Břetislav Koč, 16.11.2000, Hospodářské noviny