Dom Autonomiczny. Prąd elektryczny

Ludomir Duda

Powiedzmy sobie szczerze - uzależniliśmy się od prądu, tak jak ryba od wody. Dzisiejsza cywilizacja sprawia, że praktycznie przez 100% czasu jesteśmy konsumentami energii elektrycznej.

31.08.2011 KLESZCZOW , NAJWIEKSZA W EUROPIE ELEKTROWNIA CIEPLNA I KOPALNIA ODKRYWKOWA WYTWARZAJACA ENERGIE ELEKTRYCZNA Z WEGLA BRUNATNEGO , BOT KWB BELCHATOW S.A. FOT. MALGORZATA KUJAWKA / AGENCJA GAZETA
Elektrownia węglowa Bełchatów
Fot. Małgorzata Kujawka/ Agencja Gazeta
Nawet gdy śpimy, działa automatyka centralnego ogrzewania, lodówki utrzymują w chłodzie produkty spożywcze, włączone są systemy monitoringu i świeci się numer posesji. Tymczasem...

W Polsce prąd produkujemy z węgla. To banalne stwierdzenie w żaden sposób nie odzwierciedla rozmiaru poświęceń i nieszczęść, które się za tym kryją. Zacznijmy od tego, że codziennie ponad sto tysięcy górników zjeżdża prawie kilometr pod ziemię, by przez blisko osiem godzin wykonywać wyczerpującą pracę w warunkach nieprawdopodobnie wysokiego zapylenia, temperatury i wilgotności. Są przy tym narażeni na wybuchy metanu (i raz po raz padają ich ofiarą) czy zmiażdżenie przez osuwające się skały.

Do tego wydobyty z ziemi urobek pozostawia w niej pustki, które z czasem powodują zapadanie się terenu nad kopalniami, niszcząc dorobek wielu pokoleń górników i ich sąsiadów.

Wydobyty węgiel transportowany jest do elektrowni, gdzie jedynie około 1/3 zawartej w nim energii chemicznej zamieniana jest na prąd. Pozostałe 2/3 po prostu ogrzewa atmosferę.

Końcowa sprawność systemu energetycznego jest niestety jeszcze mniejsza, bo dochodzą straty na przesyle prądu i transformatorach, w wyniku czego do naszych gniazdek dociera tylko równowartość 10÷20% energii chemicznej węgla w złożu.

Skutki produkcji prądu z węgla

W procesie spalania węgla elektrownia produkuje gigantyczne ilości dwutlenku węgla. Gaz ten zatrzymuje w atmosferze ciepło, powodując zmiany klimatu przejawiające się nie tylko topnieniem lodowców i podnoszeniem poziomu mórz, ale także wzrostem częstotliwości ekstremalnych zjawisk pogodowych, takich jak katastrofalne susze, opady i wichury. To wszystko to jedynie wierzchołek góry lodowej. Jej ukryta, przerażająca część, to zewnętrzne koszty energetyki. Produkując prąd, elektrownie emitują do atmosfery dwutlenek siarki, tlenki azotu, pyły oraz inne szkodliwe dla ludzi i środowiska substancje.

Międzynarodowy zespół uczonych opracował metodykę liczenia kosztów tych emisji. Dla polskiej elektroenergetyki wyliczone w ten sposób koszty wytworzenia 1 kWh prądu to 0,2 zł, czyli prawie 40% jej ceny detalicznej, która wynosi około 0,53 zł.

Bez uświadomienia sobie, co się składa na te koszty, nie dostrzeżemy bezmiaru nieszczęść, które są powodowane przez trujące emisje elektroenergetyki. Są to koszty leczenia chorób układu oddechowego, astmy, uczuleń, układu krążenia, absencji chorobowych i przedwczesnych zgonów najsłabszych, czyli naszych dzieci i dziadków.

Na te gigantyczne, choć mógłby ktoś powiedzieć nieuniknione, koszty cywilizacji nakłada się polityka władz w istocie pomnażająca cierpienia milionów Polaków. Mam tu na myśli sposób, w jaki realizowana jest w Polsce dyrektywa unijna, zobowiązująca państwa członkowskie do zwiększenia udziału paliw odnawialnych w elektroenergetyce.

Jest to kolejny przykład - po sposobie wdrożenia dyrektywy o certyfikacji energetycznej budynków, w wyniku którego wzrosła energochłonność nowo budowanych mieszkań - który pokazuje, że potrafimy wdrażać dyrektywy ze skutkiem odwrotnym do zamysłów ich autorów.

Zewnętrzne koszty energetyki w Polsce

Takim negatywnym przykładem sposobu wdrażania unijnych zaleceń, jest współspalanie w elektrowniach węgla z biomasą. W wyniku tego procesu spada sprawność elektrowni, co niweluje korzyści płynące z obniżenia emisji CO2, natomiast prawdziwe spustoszenie czyni w okolicznych lasach, znajdujących się do 100 km od elektrowni. Generowana przepisami o zielonych certyfikatach cena biomasy jest tak duża, że opłaca się spalać zarówno odpady drzewne, jak i drewno nadające się produkcji mebli i papieru. Pozbawia to surowców przemysł meblarski i papierniczy, ale także drewna do palenia w kotłach domów w małych miejscowościach i na wsi.

Przy rosnących cenach węgla i dramatycznie niskim standardzie energetycznym domów, mieszkańcy palą absolutnie wszystkim. Smród palonych tworzyw i opon samochodowych zimową porą szczelnie otula polskie wsie i miasteczka, rujnując zdrowie ich mieszkańców. Z przeprowadzonych przeze mnie szacunków wynika, iż w Polsce zewnętrzne koszty domowej energetyki cieplnej to 1 zł/kWh (przy opalaniu węglem). Nawiasem mówiąc, jeszcze do niedawna do opinii publicznej nie docierały żadne informacje o kosztach zewnętrznych energetyki, mimo że ich społeczne koszty to 25,6 mld zł! (roczna produkcja energii elektrycznej z węgla w wysokości 128 TWh pomnożona przez jednostkowe koszty zewnętrzne elektroenergetyki węglowej 0,2 zł/kWh). To aż 13% dochodu narodowego (323 mld zł) lub aż 49% budżetu Narodowego Funduszu Zdrowia (52,6 mld zł).

Informacje o zewnętrznych kosztach energetyki pojawiły się dopiero w ramach kampanii promocyjnej energetyki jądrowej, która oferuje nam inną apokalipsę. Natomiast kosztów zewnętrznych energetyki śmieciowej nikt nie badał (łatwo domyślić się dlaczego), ale nie ulega wątpliwości, że muszą być przerażające.

Powyższe rozważania pokazują, jak ważne - nie tylko dla naszego budżetu domowego - jest efektywne korzystanie z energii elektrycznej.

Racjonalizacja zużycia prądu

Jedynym sposobem, by zminimalizować nasz osobisty udział w bilansie nieszczęść generowanych przez węglową elektro- energetykę, jest w pierwszej kolejności racjonalne korzystanie z energii elektrycznej.

Pierwszym działaniem w tym kierunku są lampy LED, które już dzisiaj zapewniają nam oświetlenie o parametrach porównywalnych, a czasem lepszych niż tradycyjne żarówki. Kolejny sposób to unikanie marnotrawstwa energii w postaci włączonych na okrągło świateł, komputerów i sprzętu audio-wideo.

Ponieważ zarządzanie system ogrzewania domu i wody w Autonomicznym Domu Dostępnym wymusza stosowanie zaawansowanej automatyki, to rozszerzając zakres jej zastosowań, przy niewiele wyższych kosztach możemy zbudować "inteligentny dom".

Pod tą nazwą kryje się system automatyki, sterujący wieloma jego funkcjami - poza pilnowaniem temperatury, może on sterować systemami bezpieczeństwa, roletami, sprzętem audio-wideo itp. Niejako przy okazji, systemy te skutecznie zapobiegają marnotrawstwu energii, wyłączając zbędne w danym momencie urządzenia i optymalizując ich działanie wtedy, gdy są nam potrzebne.

Dalsze obniżanie zapotrzebowania na prąd, to rozsądny wybór sprzętu AGD. Starajmy się wybierać urządzenia możliwie najwyższej klasy energetycznej, a więc klasy A+ i wyższych.

Wszystkie te zabiegi pozwalają na obniżenie zużycia energii elektrycznej o co najmniej połowę w stosunku do rozwiązań standardowych; nadal będzie to jednak rocznie około 750 kWh na osobę, czyli około 3 MWh przy 4-osobowej rodzinie.

Energia słoneczna i wiatrowa

By pozyskać taką ilość prądu, nie generując automatycznie nieszczęść, o których pisałem wcześniej, musimy skorzystać z energii słońca i wiatru. Jest to możliwe dzięki rozwojowi technologii ogniw fotowoltaicznych oraz mikroturbin wiatrowych zarówno o pionowych, jak i poziomych osiach obrotu. Szczególnie te o osi pionowej nie hałasują, nie powodują drgań i dzięki temu mogą być połączone z konstrukcją budynku oraz - co bardzo ważne - nie stanowią zagrożenia dla ptaków.

Energię słoneczną możemy skutecznie przekształcić w prąd i ciepło za pomocą wspomnianych w poprzednim odcinku naszego cyklu hybrydowych ogniw PVT. Najprościej rzecz ujmując, są to płaskie kolektory słoneczne, w których zwykły absorber został zastąpiony ogniwem fotowoltaicznym PV. Z powodu nagrzewania się czynnika grzewczego w kolektorze, następuje chłodzenie ogniwa PV, przez co jego sprawność wzrasta o 20-30% w stosunku do "zwykłego" ogniwa fotowoltaicznego. Dzięki temu panel o wymiarach 0,86 m × 1,66 m może wyprodukować w przeciętnych warunkach nasłonecznienia w Polsce ponad 150 kWh energii elektrycznej, a równocześnie uzyskujemy co najmniej 350 kWh ciepła w postaci wody o temperaturze 30-40°C.

Na południowej połaci dachu ADD możemy zamontować 40 takich paneli, co pozwala na wyprodukowanie 6000 kWh prądu i 14 000 kWh ciepła. Problem polega jedynie na tym, że prawie nigdy nie pozyskujemy tej energii w potrzebnej nam ilości w czasie, kiedy jest nam potrzebna. Dlatego nie możemy się obejść bez akumulatorów energii.

W odniesieniu do ciepła rozwiązaniem jest opisany w poprzednim odcinku naszego cyklu gruntowy zasobnik ciepła. Jego sprawność jest niewielka, ale też potrzebujemy do ogrzewania zaledwie 7% energii cieplnej wyprodukowanej przez hybrydowe ogniwa PVT.

Gorzej jest natomiast z akumulacją energii elektrycznej. Można mieć nadzieję, że problem ten zostanie wkrótce skutecznie rozwiązany, ale na razie akumulacja energii elektrycznej jest droga i nieekologiczna, jeśli weźmiemy pod uwagę środowiskowe skutki produkcji akumulatorów. Rozwiązaniem tego dylematu jest ograniczenie pojemności akumulatorów do poziomu wynikającego z dobowego zapotrzebowania na prąd systemów niezbędnych do funkcjonowania domu, a więc energii na potrzeby zasilania pomp obiegowych systemów ogrzewania i przygotowania ciepłej wody, wentylatorów centrali wentylacyjnej i oświetlenia awaryjnego.

Z opisanych wyżej powodów powinniśmy zminimalizować ilość akumulatorów, a więc i poziom zapotrzebowania na energię w stanach awaryjnych. Maksymalne zapotrzebowanie na moc tego systemu nie może przekraczać 200 W, na które składają się minimalne pobory mocy:

- rekuperatora na najniższym biegu - 10 W;

- pompy kominka z płaszczem wodnym - 30 W;

- pompy centralnego ogrzewania - 60 W;

- pompy ciepłej wody - 40 W;

- oświetlenia awaryjnego - 10 W;

- zasilania internetu - 50 W.

Gwarantuje to nam bezpieczeństwo w razie coraz bardziej prawdopodobnych awarii systemów elektroenergetycznych, przy równoczesnym braku słońca i wiatru.

Dla nadwyżek prądu nad bieżące zapotrzebowanie odbiorcą powinna być sieć elektroenergetyczna. Najprostszą formą takiego systemu są liczniki dwukierunkowe, które zliczają, ile prądu zastało przekazane do sieci, a ile zastało z niej pobrane przez właściciela domu. Rozliczenie z zakładem elektroenergetycznym wynika z bilansu tych przepływów. Taki równocześnie producent i konsument energii nazywany jest prosumentem. Według ekspertów na całym świecie (z wyłączeniem tych pracujących dla polskiego rządu), taki sposób działania będzie podstawą budowy systemu bezpieczeństwa energetycznego.

Narusza to niestety interesy energetyki profesjonalnej i dlatego nie może, wbrew unijnym dyrektywom, być wdrożony w Polsce. Schemat działania władzy jest tu identyczny, jak przy narzucanych przez Unię innych rozwiązaniach prawnych, wspierających racjonalizację użytkowania energii. Prawo polskie na poziomie ustaw dopuszcza takie rozwiązania. Natomiast rozporządzenia do tych ustaw praktycznie je wykluczają.

Nad całością zabezpieczeń interesów energetyki zawodowej przed konkurencyjną rozproszoną energetyką odnawialną czuwa całkowicie bezkarny monopol przedsiębiorstw dystrybucyjnych. Broni on, co oczywiste, własnych źródeł energii, w tym także odnawialnych - w postaci ogromnych farm wiatrowych.

Rozwiązanie na dziś i na przyszłość

Ponieważ obecnie przekazywanie nadwyżek energii elektrycznej do sieci jest skomplikowane i nieopłacalne, rozwiązaniem na dzisiaj jest pokrycie tylko części dachu budynku ADD ogniwami hybrydowymi.

Ogniwa hybrydowe - obecnie. Ich liczba powinna być tak dobrana, by produkowane przez nie w ciągu roku ciepło w pełni pokrywało zapotrzebowanie Domu Autonomicznego; według wyliczeń jest to około 900 kWh. Jeśli tę ilość podzielimy przez sprawność gruntowego zasobnika ciepła (szacowaną ostrożnie dla korzystnych warunków gruntowych na 30%) i przez produkcję ciepła z jednego ogniwa w ciągu roku (350 kWh), to okaże się, że potrzebujemy ich: 900 kWh/0,3/350 kWh = 8,57, czyli 9 sztuk.

Przy tej liczbie ogniw mamy gwarancję, że maksymalna produkcja energii elektrycznej nie przekroczy chwilowych potrzeb domu i równocześnie uzyskamy potrzebną do ogrzewania domu i wody ilość ciepła.

Ogniwa hybrydowe i turbina wiatrowa - w przyszłości. Jeśli kiedyś nastąpią zmiany w myśleniu naszej klasy politycznej lub Unia wprowadzi skuteczne sankcje za naigrywanie się z jej dyrektyw, będzie się opłacało pokrycie całego dachu ADD ogniwami hybrydowymi i zainstalowanie mikroturbiny wiatrowej z pionową osią obrotu o mocy 3 kW lub więcej.

Zainstalowanie mikroturbiny wiatrowej jest w warunkach pogodowych Polski niezwykle korzystne, z reguły bowiem gdy świeci słońce, to nie wieje wiatr i odwrotnie.

Uwaga! Wydajność mikroturbin wiatrowych zależy od bardzo wielu parametrów, poczynając od lokalnych warunków pogodowych, otoczenia (las, sąsiednie budynki itp.), aż po ich rodzaj. Z tego powodu to samo urządzenie o mocy 3 kW może wyprodukować rocznie zarówno 3000, jak i 1000 kWh (a nawet mniej).

Dlatego przed zakupem mikroturbiny warto skonsultować się z ekspertem i dokonać rocznego pomiaru siły wiatru w miejscu planowanego montażu urządzenia. Jeśli pomiary potwierdzą efektywność mikroturbiny, nasze odnawialne źródła energii wyprodukują 9 MWh, co nie tylko pokrywa zapotrzebowanie na energię elektryczną 4-osobowego gospodarstwa domowego, ale także zapewnia prąd dla dwóch samochodów elektrycznych o rocznym przebiegu 15 000 km każdy!

W tabeli zestawiliśmy koszt urządzeń niezbędnych do zapewnienia nie tylko autonomii energetycznej Autonomicznego Domu Dostępnego, ale i możliwości ładowania akumulatorów dwóch samochodów elektrycznych, wykorzystywanych przez jego mieszkańców. Przy założeniu najkorzystniejszych, ale realnych cen z rynku europejskiego, będzie to 95 000 zł.

Czy 95 000 zł to dużo? Za tę kwotę otrzymamy rocznie 9000 kWh energii elektrycznej o wartości rynkowej:

9000 kWh × 0,53 zł/kWh = 4770 zł.

Jeśli jednak przyjmiemy, że z tych 9000 kWh 1/3 (około 3000 kWh) zużyjemy w domu, a 2/3 - do zasilania dwóch samochodów elektrycznych, uzyskana przez nas energia będzie miała wartość (zakładając średnie zużycie paliwa samochodu benzynowego na poziomie 6 l/100 km i optymistycznie cenę benzyny w wysokości 6 zł/l oraz koszt 1 kWh energii elektrycznej 0,53 zł), to rzeczywista wartość uzyskanej dzięki tym urządzeniom energii wyniesie:

3000 kWh × 0,53 zł/kWh + 2 × 15 000 km × 6 l/100 km × 6 zł/l = 12 390 zł.

I to bez wartości ciepła, które uwzględniliśmy, licząc efektywność ekonomiczną zasobnika ciepła w poprzednim artykule naszego cyklu.

Taki wynik daje nam bardzo przyzwoity prosty czas zwrotu nakładów (SPBT):

95 000 zł/12 390 zł/rok = 7,7 lat.

Przyjmując 30 lat jako maksymalny okres spłaty, kredytu widzimy, że inwestycja ta spełnia kryterium dostępności, czyli daje mniejszą sumę kosztów kredytu i kosztów eksploatacji, niż gdybyśmy jej poniechali.

Możemy też, podobnie jak przy źródłach energii cieplnej, wyliczyć koszt 1 kWh wytworzonej w tym źródle energii elektrycznej (zakładając trwałość urządzeń na 20 lat):

95 000 zł/ (20 lat × 9000 kWh/rok) = 0,53 zł/kWh,

a wiec tyle samo, co płacimy obecnie.

Jeżeli jednak weźmiemy pod uwagę wypowiedzi polityków na temat przyszłych cen energii, którzy wieszczą, że należy się spodziewać ich podwojenia, może to być naprawdę znakomita inwestycja, zwiększająca nasze bezpieczeństwo energetyczne oraz oszczędzająca cierpienia ludziom i przyrodzie.

Ciąg dalszy nastąpi

W kolejnym artykule zajmiemy się ogrodem, który dla idei ADD jest równie ważny jak standard energetyczny. Ponieważ jest on integralną częścią domu, a zarazem cząstką natury, za którą mieszkańcy biorą osobistą odpowiedzialność, został zaprojektowany szczególnie starannie, zgodnie z założeniami kształtowania ogrodów siedliskowych (biocenotycznych). Dotyczy to szczególnie doboru roślinności, głównie spośród gatunków rodzimych.

Rola ogrodu w ADD nie ogranicza się jedynie do dostarczania wrażeń estetycznych mieszkańcom. Poza nimi ogród pozwala zagospodarować całość odpadów organicznych, ścieków i wód opadowych. Do tego celu posłuży zarówno trzcinowa oczyszczalnia ścieków, jak i staw kąpielowy, zasilany głównie wodami opadowymi spływającymi z powierzchni dachów.

Także nawierzchnie utwardzone (pomosty drewniane, nawierzchnie brukowane) zostały starannie zaprojektowane. Wszystkie one będą przepuszczalne dla wody i w znacznym stopniu aktywne biologicznie.

Ogród będzie też dostarczał owoców, warzyw czy ziół, które dla mieszkańców mają wartość nie tylko spożywczą.

Więcej o Autonomicznym Domu Dostępnym można przeczytać na stronie www.domadd.pl.

Zapisz się na NEWSLETsTER. Co tydzień najnowsze wiadomości o budowie, remoncie i wykańczaniu wnętrz w Twojej poczcie e-mail: Zobacz przykład



Skomentuj:

Dom Autonomiczny. Prąd elektryczny