Energija na Imanju

Slede isečci iz naše knjige Život u Prirodi.

U ovom poglavlju ćemo se fokusirati prevashodno na proizvodnju energije neophodne za grejanje, kao i na proizvodnju električne energiju u domu. Pogledaćemo koje tehnike i sisteme možemo postaviti kako bismo osigurali održivi nivo proizvodnje uz minimalno oslanjanje na spoljašnje izvore.

Kada govorimo o lokalnoj proizvodnji električne energije, podrazumevamo korišćenje izvora koji nikada neće presušiti: voda, vetar i sunce. Iako su ovi izvori energije praktično nepotrošivi, njihova dostupnost zavisi od meteoroloških uslova. Neka imanja su posebno pogodna za proizvodnju struje putem turbina koje pokreću vetar ili voda, dok skoro svako imanje koje ima celodnevnu osunčanu poziciju tokom čitave godine ima potencijal za pretvaranje sunčevog zračenja u električnu struju. Pre nego što se opredelimo za jedan ili više sistema koje ćemo uspostaviti, neophodno je uraditi preciznu računicu o potencijalnoj proizvodnji:

• Potencijal proizvodnje za svaki mesec u godini;
• Troškovi uspostavljanja i puštanja sistema u rad;
• Troškovi dugoročnog održavanja sistema;
• Uticaj sistema na okolni živi svet.

Pošto naše imanje nije položilo ispit za postavljanje efikasnih mikro-hidroelektrana i vetrenjača u ovom trenutku, opredelili smo se za solarni sistem u kombinaciji sa cikličnom sadnjom drveća za ogrev. Ukoliko imanje nema vodene tokove koji su aktivni tokom cele godine, solarni sistemi su uglavnom prvi koji se postavljaju radi proizvodnje električne energije. Topografija dalje diktira da li se isplati postavljati vetrenjače kao dopunski izvor koji obezbeđuje električnu struju kada paneli ne mogu. To se uglavnom odnosi na noći, jer danju, kada paneli slabo proizvode struju, znači da su se oblaci nisko spustili, a tada su i vetrovi najčešće slabiji. Ovo je generalizacija koja zavisi od konteksta, ali činjenica da se retko koje domaćinstvo opredeli za postavljanje vetrogeneratora dosta govori o efikasnosti ovih sistema u malim razmerama u ovom trenutku. Ukoliko bi se više domaćinstava udružilo i postavilo jači vetrogenerator, situacija bi možda bila povoljnija i u tom slučaju bi vredelo ozbiljnije sagledati ovu mogućnost.

Ogrevno Drvo

O aktivnom grejanju na drva smo govorili u Poglavlju 9, kao i o tehnikama gradnje koje je moguće primeniti kako bismo smanjili potrošnju drva za grejanje. Sada ćemo govoriti o odabiru, sadnji, spremanju i skladištenju drva koja se potom koriste za proizvodnju toplotne energije.

Sveže posečeno drvo sadrži 50-60% vode u sebi i daje 2 kWh energije po kilogramu, dok drvo koje je osušeno do 20% vlažnosti može proizvesti čak 4 kWh/kg. To praktično znači da grejnu sezonu možemo izdržati sa upola manje drva ukoliko koristimo sušeno drvo umesto onog koje je nedavno oboreno i nacepano.

Drvo	Rod	kg/m3
Grab	Carpinus	804
Bagrem	Robinia	785
Hrast	Quercus	708
Bukva	Fagus	708
Dud	Morus	705
Breza	Betula	641
Jasen	Fraxinus	609
Orah	Juglans	609
Smrča	Picea	449
Topola	Populus	449
Vrba	Salix	432
Bor	Pinus	421

Korišćenjem drva veće gustine, manjom količinom možemo proizvesti više energije, što znači da nam treba manje prostora za skladištenje i ređe otvaranje ložišta kako bismo dodavali drva u vatru. Tabela prikazuje okvirne vrednosti za različite rodove drveća, koje mogu varirati ako ih dalje raščlanimo na vrste. Pored gustine, treba uzeti u obzir i druge karakteristike drveta. Četinari sadrže smolu koja im daje divnu aromu dok gore. Sadržaj smole povećava formiranje čađi unutar šporeta i u dimovodnim cevima zbog čega je četinare, a pogotovo Borovinu, bolje koristiti za vatre na otvorenom ili u malim količinama kao potpalu.

Seču drva je najbolje izvesti krajem zime kada su stabla lako pristupačna i pre nego što im se količina vlage poveća tokom prolećnog listanja. Neću govoriti o tehnikama obaranja i cepanja drva jer nemam mnogo iskustva u tom poslu, samo želim napomenuti da bezbednost mora biti na prvom mestu. Drva se kod nas prodaju „na metar“ što je skraćenica za kubni metar (m³) koja ne predstavlja precizno merilo zapremine. Dva metra cepanih drva nabacanih u traktorsku prikolicu zapremine 2 m³ postaje oko 1,4 m³ kada se drva pravilno slože. Kada bismo izračunali tačnu zapreminu drva, dakle bez vazdušnih šupljina između složenih cepanica, dobili bismo zapreminu koja ne prelazi 1 m³. Sve to treba imati u vidu prilikom kupovine drva i planiranja prostora za skladištenje.

Suvo drvo gori bolje od vlažnog, što je osnovni razlog zašto ogrevno drvo skladištimo pre upotrebe. Kada se sveže drvo zapali, ono ispušta vodenu paru koja rashlađuje vatru, pa je za istu količinu toplotne energije potrebna veća količina svežeg nego sušenog drveta. Pored toga, vodena para sadrži kreozot koji, kada se osuši, formira talog čađi na dimovodnim cevima i dimnjacima, zbog čega je potrebno češće održavanje i čišćenje.

Pravilno skladištenje pre upotrebe može smanjiti potrebnu količinu drva čak i upola. U najboljim uslovima, drvo zahteva najmanje 3-4 topla suva meseca skladištenja, dok neki izvori tvrde da Hrastovo drvo zahteva i do godinu dana sušenja pre upotrebe. Da bismo znali koja je vlažnost drveta, uzećemo jednu cepanicu odmah nakon cepanja, potom izmeriti i zabeležiti njenu masu. Istu cepanicu potom merimo svakog meseca i pratimo kako joj se tokom sušenja i otpuštanja vode smanjuje masa. Kada se osuši do 20% vlažnosti, naredna merenja će ukazati da drvo prestaje da gubi masu i da je spremno za loženje.

Optimalni uslovi za skladištenje ogrevnog drveta su sledeći:

• Cepano drvo ili kratke oblice kojima je skinuta kora;
• Postavljanje na sunčanoj i provetrenoj poziciji;
• Odignuto od zemlje, tako da omogućava strujanje vazduha odozdo;
• Prekriveno krovom sa koga voda ne curi po drvima;
• Nedaleko od mesta loženja i sa lakim pristupom vozilima.

Pre nego što iskoristimo drva, najpre ih unosimo u kuću i držimo dan-dva u blizini šporeta. Na taj način će se drva dodatno osušiti ukoliko je napolju povišena vlažnost vazduha. Idealno je u skladištu uvek imati dovoljno drva za naredne dve godine. Tako ćemo biti sigurni da su drva dovoljno suva i bićemo bezbedni tokom izuzetno hladnih godina kada je potrošnja ogrevnog drva veća.

Bagrem (Robinia pseudoacacia) predstavlja odlično drvo za loženje u našem bioregionu. Brzo raste, trpi suše, fiksira azot za okolne biljke i daje kvalitetno ogrevno drvo. Nakon čepovanja (seča do nivoa zemlje), Bagremu treba 5-10 godina da ponovo naraste dovoljno za loženje. Brzina rasta zavisi od količine vlage, sunca i malča, što znači da sadnjom Bagrema na dobru poziciju možemo ubrzati njegov rast. Nakon seče drvo nastavlja da živi, i naredne godine raste ponovo iz istog korena, time nastavljajući ciklus snabdevanja ogrevom na imanju. Neophodnu površinu pod zasadom Bagrema za ogrev je teško tačno odrediti jer na računicu utiče previše faktora, ali u ovom slučaju od viška na boli glava. Šta god se ne iskoristiti za loženje, naći će funkciju u vidu stubova za gradnju ili podizanje ograda.

Solarni Sistem

Osvrnućemo se sada na nezavisnu proizvodnju električne energije na imanju. Uprkos visokom broju sunčanih sati tokom godine u našem bioregionu, solarni sistemi su ovde i dalje relativno neiskorišćena tehnologija. Oni trenutno predstavljaju najjednostavnije rešenje za nezavisnu proizvodnju energije na svakom imanju koje ima otvoren pogled ka suncu.

Ne treba zanemariti činjenicu da same panele nabavljamo izvan imanja i time učestvujemo u globalnom potrošačkom sistemu. Zbog toga ne mislim da su solarni paneli dugoročna zamena za fosilna goriva. Čak i kada bi se paneli proizvodili bez korišćenja fosilnih goriva i dalje bi zavisili od eksploatacije ograničenih ruda, čime se nastavlja ideologija uzimanja više nego što se može nadoknaditi.

Zato je korisno gledati na solarne panele kao na tranzicioni most između fosilnih goriva i nečeg drugog. Čega? Imam nekoliko ideja, ali i sumnje o tome kako će izgledati sledeća energetska etapa naše civilizacije. Ako vam se ovo čini klimavim i nesigurnim – odlično. Pravi je trenutak da počnemo da se navikavamo na život u nesigurnim vremenima.

Nakon dve do tri decenije rada, panelima počinje da opada efikasnost i potrebno je zameniti ih, čime se ponavlja ciklus nabavke. Ne želim da obeshrabrim ljude koji bi krenuli ovim putem, već da unapred skrenem pažnju da solarni paneli nisu rešenje za sva vremena – uprkos grandioznim izjavama tehno-potrošačkog sektora koji ih predstavlja kao Veliko Rešenje™ za sve naše energetske muke.

• Solarni paneli – proizvode električnu energiju i šalju je ka kontroleru;
• Kontroler – kontroliše punjenje baterija i daje jednosmeran (DC) napon za male potrošače;
• Baterije – skladište višak energije za kasnije korišćenje;
• Pretvarač (inverter) – jednosmernu struju pretvara u naizmeničnu (AC), napona 220 V;
• Kablovi – svi elementi su međusobno povezani kablovima čiji presek zavisi od napona i njihove dužine, odnosno od razdaljine elemenata koje kablovi povezuju.

Snaga panela se izražava u vatima (W) i predstavlja maksimalan kapacitet proizvodnje u idealnim uslovima osunčanosti. Same panele je moguće postaviti u fiksiranom položaju ili na sistem koji se automatski ili ručno pomera kako bi paneli bili okrenuti direktno ka suncu. Automatski sistemi koji prate sunce se isplate ukoliko se iskoristi sva energija koja se proizvede putem panela. U našem slučaju, čak i delimično osunčani paneli proizvode više energije nego što baterije mogu u tom trenutku da prime, jer baterijama više odgovara sporo punjenje. I kada uključimo sve aparate u kući, 90% energije koju proizvedemo tokom sunčanog dana ne koristimo niti skladištimo. Iz tog razloga su naši paneli postavljeni u fiksiranom položaju – direktno ka jugu i pod nagibom od 45°.

Proizvodnja struje potpuno staje tokom noći, maglovitih i snežnih dana, a paneli rade sa 5-15% snage kada su dani oblačni. Postavljanje panela na konstrukciju koja se pomera ne bi znatno promenilo ove brojke. Ako se sneg redovno čisti sa panela dok pada, moguće je nastaviti proizvodnju sa oko 10% kapaciteta. Čišćenje panela je dobrodošla fizička aktivnost tokom snežnih dana na imanju. Sa druge strane, za niske oblake i gustu maglu nema leka. Zato je neophodno višak proizvedene energije sačuvati za crne dane, o čemu ćemo detaljnije govoriti na kraju poglavlja.

Kontroler je mozak operacije koji prima struju sa panela i šalje je ka baterijama. Ova spravica usklađuje brzinu punjenja i trenutnu temperaturu sa maksimalnim kapacitetom baterija, kako ne bi došlo do njihovog oštećenja i skraćenja životnog veka. Pretvarač (inverter) se može zaobići, a jednosmerna struja se može koristiti direktno sa kontrolera na naponu baterija i panela (uglavnom 12 V, 24 V ili 48 V). Na taj sistem je moguće priključiti manje potrošače kao što su punjači za mobilne uređaje i osvetljenje, dok će za veće potrošače ipak biti potreban napon sa invertera. Da bismo koristili sve električne uređaje, inverter pretvara jednosmernu struju sa napona panela i baterija na naizmeničnu struju napona 220 V. Načelno pravilo glasi da snaga invertera treba da bude jednaka ili nešto viša od ukupne snage postavljenih panela. Ako paneli u sistemu imaju snagu od 1000 W, postavićemo pretvarač snage 1000-1500 W. Sam pretvarač troši oko 10% ukupne energije koju pruža. Ako priključeni aparati troše 500 W, pretvarač će trošiti dodatnih 50 W zbog gubitaka u konverziji. Sve ovo treba imati u vidu tokom planiranja solarnog sistema, zbog čega je važno temeljno proučiti specifikacije proizvođača komponenti. 

Skladištenje Energije

Proizvodnja električne energije je relativno jednostavan proces, pogotovo ako se energija koristi u isto vreme kada se i proizvodi. Pravi izazovi nastaju tek kada pokušamo da proizvedenu energiju sačuvamo za kasnije korišćenje.

Lokalni sistemi su uglavnom postavljeni tako da na vrhuncu proizvodnje struje daju više energije nego što se u tom trenutku troši. Višak proizvedene struje se tada skladišti u sisteme za čuvanje energije (najčešće baterije). Kapacitet skladišta treba da bude dovoljan za osnovne potrebe tokom prekida u proizvodnji, sve dok se ponovo ne uđe u fazu visoke proizvodnje.

	Vrhunac proizvodnje	Niska proizvodnja	Prekid u proizvodnji
Solarni paneli	Sunčan dan	Sneg, niski oblaci	Noć, magla
Vetrenjača	Snažni vetrovi	Slabi vetrovi	Prestanak vetrova
Hidroelektrana	Snažan tok vode	Slab tok vode	Suša

Retko koji sistem ima kapacitet koji pokriva 100% potreba u slučajevima niske ili prekinute proizvodnje. Čak i da koristimo sva tri izvora energije iz navedene tabele, proizvodnja bi nam ipak bila prekinuta tokom mirnih, sušnih noći.

U vreme kada je proizvodnja potpuno onemogućena, naš sistem za skladištenje je projektovan tako da pokriva tri dana normalne potrošnje, ili sedam dana ako uvedemo mere štednje. Ukoliko nam je, povrh toga, potrebna električna struja za rad na računaru, uključujemo agregat. U zavisnosti od godine, broj radnih časova agregata u te svrhe varira između 40 i 100, što se za sada pokazalo isplativijim nego ulaganje u veći kapacitet baterija.

Hemijske Baterije

Trenutno najzastupljeniji sistem za skladištenje energije su hemijske baterije, konkretno olovni akumulatori u kojima se električna energija skladišti za sisteme lokalne proizvodnje. Najnaprednije baterije su zatvorene AGM ili Gel (VRLA) baterije koje ne zahtevaju održavanje i ne oslobađaju gasove. Iako je duboko pražnjenje jedna od karakteristika ovih baterija, ne bi ih trebalo prazniti ispod 50% ukupnog kapaciteta kako bismo postigli optimalan radni vek, a idealno bi bilo ne prazniti ih ni ispod 70-80%. Kada ih koristimo na taj način, baterije mogu potrajati od 10 do 15 godina, nakon čega se menjaju.

NiFe (nikl-gvožđe) baterije koriste stariju tehnologiju i mogu trajati i više od 20 godina, ali otpuštaju gasove, zahtevaju povremeno održavanje i mnogo više prostora od olovnih akumulatora za skladištenje iste količine energije. Od novijih tehnologija, litijumske baterije pružaju veće kapacitete pražnjenja i duži vek trajanja od olovnih, koristeći složeniju tehnologiju. Iako trenutna cena litijumskih baterija ne opravdava njihovu kupovinu, verovatno je pitanje vremena kada će litijumske baterije biti pristupačnije za sisteme lokalnog skladištenja električne energije.

Međutim, ni ovaj tip baterije ne predstavlja krajnje rešenje za skladištenje energije, već samo jedan korak na tom putu. Ekosistemi već sada nisu u stanju da podnesu izvlačenje elemenata neophodnih za proizvodnju baterija koje koriste prenosivi uređaji poput računara, telefona i tableta. Kada na to dodamo povećanu potražnju za električna vozila i stambene zgrade, dobijamo potpuno neodrživ sistem. Potraga za sledećom tehnologijom baterija je uveliko počela. Po svemu sudeći, sledeće su baterije na bazi aluminijuma, ali njihova korisnost izvan laboratorijskih uslova ukazuje da će proći dugi niz godina pre nego što ih vidimo na tržištu – a postavlja se i pitanje koje će one nedostatke nositi sa sobom.

Za koji god tip tehnologije baterija da se opredelimo, jasno je da čuvanje struje u baterijskoj kutiji iziskuje novčana ulaganja koja se vremenom moraju ponavljati. Moja preporuka je da ne štedite na ovom elementu, već da kupujete isključivo nove baterije od zvaničnih prodavaca. Često čujem da ljudi kupuju povoljne baterije kako bi uštedeli, a ubrzo nakon toga i kako je vreme da se te baterije zamene jer im kapacitet naglo slabi. Pošto je tehnologija koja stoji iza baterija zaista impresivna i nema nade da je reprodukujemo na imanju, funkciju skladištenja električne energije ne smatram rešenom. Zbog toga vredi aktivno razmišljati o alternativnim metodama čuvanja energije za kasniju upotrebu, makar te metode za sada bile samo u domenu teorije.

Ovo je bio isečak iz naše knjige Život u Prirodi, koju možete naručiti ovde.