Bioteplofikace venkovských obcí na bázi topných biopelet (I)

Tato část je nedílnou součástí Studie proveditelnosti bioteplofikace obce Struhařov a podléhá ochraně autorských práv podle autorského zákona. Kopírování a jiné využití údajů podléhá souhlasu autorů a statutárního zástupce CZ Biom.

Shrnutí
V programech "obnovy vesnice" se stále více objevují požadavky na modernizaci způsobů vytápění obytných, provozních i správních budov. Vedou k tomu snahy o zlepšení životního prostředí náhradou ekologicky málo vhodného hnědého uhlí, využití místních zdrojů biopaliv a zvýšení zaměstnanosti na venkově. Rozvoj plošné plynofikace a elektrických přímotopů se v posledních létech podstatně omezuje a více se uvažuje o využívání dřevních a stébelnatých zdrojů paliv. Vedle způsobu, který využívá některý ze systémů centrálních výtopen na spalování biopaliv v surovém stavu, jako je dřevní štěpka a balíky slámy, známých z Dánska a Rakouska, se ve stále větší míře začíná prosazovat systém automatických topenišť na topné pelety, jako je tomu ve Švédsku, Bavorsku nebo v USA. Studie prokázala výrazné úspory investičních i provozních nákladů a lepší operativnost u systému s topnými peletami tam, kde stavební dispozice a způsob využívání staveb by podmiňovaly nákladné rozvody tepla a instalace předávacích stanic.

Orientační hodnocení variant vytápění vybrané obce Struhařov

Pro orientační hodnocení několika variant vytápění objektů na vesnici byla vybrána obec ve Středočeském kraji, která se svým uspořádáním blíží pomyslnému průměru a zkušenosti z tohoto hodnocení mohou mít širší platnost, zvlášť s ohledem na zahájení pěstování energetických rostlin.

Struhařov je typickou středočeskou zemědělskou obcí mezi Benešovem u Prahy a Vlašimí v mírně zvlněné pahorkatině s relativně soustředěnou zástavbou rodinných domků a bývalých selských usedlostí, se zemědělsko-obchodním družstvem (ZOD), prosperující soukromou zemědělskou farmou a několika živnostenskými podniky. Obec se rozkládá na mírném svahu se sklonem na západ, poloha je otevřena západním větrům, což se při nadmořské výšce 430 až 470 m projevuje poněkud vyšší náročností na vytápění, neboť obec sousedí s oblastí zvanou Česká Sibiř.

V obci je 162 rodinných domků, správní budova ZOD, restaurace, dva obchody, truhlářství, podnik autoopravny, provozní areál ZOD, areál soukromé farmy, nádražní budova. Na katastru obce se územně odděleně nachází chatová kolonie s cca 25 chatami, což svědčí o tom, že se jedná o rekreační oblast, kde se zvlášť požaduje chránit životní prostředí. Z toho důvodu byla proto již dříve, tj. v roce 1999, vypracována studie a projekt plynofikace. Vlastní realizace byla pozastavena ze závažných důvodů, z nichž prvým je perspektiva růstu cen zemního plynu, dalším je vysoký potenciál místních biopaliv, vedlejších produktů zemědělské a dřevařské výroby a existence několik malých kotelen, které je možno upravit na spalování biopaliv. V obci byl již dříve provoz na výrobu dřevních briket. Naprostá většina objektů v obci je dosud vytápěna uhlím, což se nepříznivě projevuje na ovzduší zejména za zimních tepelných inverzí. Několik domků je vytápěno kotli na kusové dřevo.

Na pozemcích místního VOD se začalo v roce 2001 pod záštitou dr. Vl. Petříkové s pěstováním energetických rostlin. Na 30 ha pěstovaný energetický šťovík ETEUŠA dává přes 10 tun suché hmoty z jednoho hektaru. (Zatím bylo jeho spalování úspěšně ověřeno v biokotelně města Žlutice a briketování u firmy BRIKLIS). Kapacitní zázemí obce tvoří tři tisíce ha zemědělské půdy (z toho řepka se pěstuje na cca 300 ha) a několik desítek ha lesa.

Klimatické podmínky území

Dlouhodobé klimatické podmínky obce jsou klasifikovány jako mírné, vyjímečně chladnější a charakterizují je s ohledem na vytápění tyto údaje:

nadmořská výška = 430 až 470 metrů expozice k světovým stranám - západní, mírný svah nejnižší teplota po více dní (dle ČSN te) = - 15 °C dlouhodobý roční souhrn srážek = 620 mm intenzita větrů = mírná až střední, západní průměrná roční teplota venkovního vzduchu = 6,7 °C délka topného období (dle ČSN tem) = 12 °C je 240 dnů (pro 15 °C je 290 dnů) střední venkovní teplota v topném období (tes) = 2,7 °C pro (tem = 12 °C) denostupňů ... 4 152 (vytápění na teplotu 20 °C z 2,7 °C 240 dní) denní střední teplota v lednu = - 3,8 °C průměrná roční rychlost větru = 4,4 m/s (4,1 až 4,9 m/s), převážně západní

Poznámka:
(t_em) = střední denní venkovní teplota, která ohraničuje začátek a konec topného období, obvykle + 12 °C, vyjímečně je to více (což prodlužuje topné období).

Uvedené klimatické podmínky vedle tepelně izolačních charakteristik staveb a způsobu využívání staveb zásadně ovlivňují spotřebu energie na temperování budov, podstatně méně spotřebu energie na ohřev užitkové vody (TUV), která činí asi 10 % z celkové spotřeby, přibližně stejně i příprava jídel. Obě tyto potřeby kryje částečně elektřina a kapalný plyn.

S ohledem na charakter využívání budov se v dalším uvažuje zahájení a ukončení topné sezóny při dosažení venkovní teploty 12 °C. (Při poklesu teploty pod + 12 °C po dobu delší než 3 dny se začíná vytápět, při vzrůstu venkovní teploty nad 12 °C po dobu delší než 3 dny se s vytápěním končí nebo se vytápění přerušuje.)

Stávající systém vytápění a potřeba paliva v obci

Přehled o současném stavu vytápění a spotřebě paliva uvádí tabulka l, ve které jsou všechna tepelná zařízení vytápěna hnědým uhlím o výhřevnosti do 15 GJ/tunu, případně u několika rodinných domů dřevem o stejné výhřevnosti. Pomíjí se také příležitostné přimíchávání dřevních odpadů k uhlí v kotelnách. Tepelný jmenovitý výkon u kotle ústředního vytápění uhlím v rodinném domku se uvažuje 20 kW a roční spotřeba energie 125 GJ/dům, to je 8 tun paliva za rok a dům. U kotlů u velkých budov, dílen se potřeba energie úměrně zvyšuje a stejně tak spotřeba uhlí. Při 50 % průměrném využití jmenovitých výkonů kotlů během topné sezóny 240 dní a účinnosti využití energie z uhlí (65 %) vychází pak roční spotřeba paliva v obci na cca 1 600 tun, průměrná doba vytápění 14 hodin denně a provoz kotlů 3 411 hodin za topnou sezónu. (Údaje byly převzaty z projektu plynofikace).

Množství základních emisí CO₂ ze spáleného fosilního paliva je tak 2 911 tun a několik set tun CO a prachu za rok. Přechodem na biopaliva (dřevo, sláma) by měly emise z fosilních paliv zůstat asi na cca 10 %, protože při výrobě, dopravě a spalování biopaliv se určité množství energie fosilního původu ještě používá. U dále popisovaného využití automatických kotlů na topné pelety se počítá s nižším tepelným příkonem (spotřebou paliva v tunách za rok) vzhledem k vyšší účinnosti spalování pelet a předpokládaným úsporným opatřením v budovách. (Pro rodinný domek je to malý kotlík na pelety s tepelným výkonem do 15 kW).

Tab. 1 - Roční energetická bilance vytápění obce Struhařov uhlím - současný stav

Objekt	Počet topenišť (ks)	Tepelný max. výkon (kW/ks)	Celkový max. tepelný výkon (kW)	Spotřeba energie (GJ/r)	Celkové množství paliva (t/r)
Rodinné domy	162	20	3 240	20 250	1 350
Budova nádraží	1	20	20	125	8
Restaurace	1	25	25	156	10
ZOD, kanceláře	2	120	240	1 500	100
ZOD, dílny	1	240	240	1 500	100
Obchody	2	10	20	125	8
Truhlářství	1	10	10	62	4
Farma Šíma	1	140	140	440	29
Autoopravna	1	10	10	62	4
Celkem	172	-	3 945	24 220	1 613

Poznámka:
Při cenách uhlí v rozmezí 1 500,- Kč až 1 700,- Kč/t (včetně dopravy) představuje roční náklad za palivo pro obec 2.420.000,- Kč až 2.742.000,- Kč, které odcházejí každým rokem nenávratně mimo obec.

Podobně by tomu bylo i při vytápění zemním plynem, avšak částka za palivo by byla až trojnásobná, neboť konečná plynofikace počítala, včetně spotřeby plynu na vaření a ohřev TUV (což činí +10 až 15 % k vytápění), s celkovou roční spotřebou ve výši 941 000 m³ plynu v hodnotě 31 053 GJ/r a nákladech cca 6.587.000,- Kč/rok.