Истине и заблуде о обновљивим и еколошким „чистим“ енергијама

„Најтеже се уочавају стратешке грешке.“

(Maynov zakon, Marphyjevi zakoni)

 Заоштравање еколошких проблема због глобалних климатских промена и све убрзаније исцрпљивање необновљивих енергетских ресурса усмерили су стратегију енергетског развоја у свету према коришћењу тзв. обновљивих, еколошки чистих енергија. Државе су увеле и економски стимуланс за такве произвођаче на више начина: (1) бенифицираним знатно већим тарифама таквих врста енергије, (б) наметањем електроенергетским системима (ЕЕС) обавезе да морају да прихвате ту врсту енергије, без обзира када је и у којој количини произвођачи упуте према ЕЕС, (3) пребацивањем те повећане цене на потрошаче, кроз посебну ставку у рачунима „за обновљиве изворе”. Занемарeна je чињеница да се ради о енергији са доминантном случајном компонентом појаве (ветар, сунце), због које највећи број ЕЕС не може унапред да планира покривање дневног дијаграма оптерећења, што је услов за његов оптималан и стабилан рад. Сликовито: ЕЕС је у обавези да такву енергију прихвати и скупо плати и онда када му није потребна, па чак и онда када мора због њеног прихватања да прелива (читај: баца) практично бесплатну енергију на проточним хидроелектранама, или да термоелектране ставља у неповољан режим рада, са већим специфичним утрошцима енергената. Инструисани медији су припремили јавност да су ветар, сунце и биомасе једини спас за планету Земљу, а неки у свом ентузијазму толико претерују да ту енергију проглашавају за – бесплатну, па се још и ишћуђавају због чега се споро уводи у коришћење.

Није спорно да су обновљиви еколошки чисти видови енергије један од важних начина за смањење „гасова стаклене баште“ (ГСБ) и проблема које они стварају на глобалном плану. Проблем је, међутим, што нико није на јасан, егзактан начин разграничио кључно питање: из којих извора и у којим условима се добија енергија која је заиста обновљива и еколошки „чиста“. До неверице чуди упрошћавање по коме су сви уређаји који користе енергију ветра, сунца, биомаса, малих водених снага и других таквих природних извора проглашени за „обновљиве, еколошки чисте изворе“, оне које треба наведеним мерама фаворизовати. Притом се пренебрегавају неке изузетно важне чињенице, оне које су једино релевантне да би се разграничили уређаји који спадају у изворе заиста обновљиве и чисте енергије, од оних који то нису, без обзира што се ради о ветру, сунцу, биомаси, морским таласима, плими и осеци и неким другим природним феноменима, који се заиста могу користити за производњу енергије. Ево шта су све заборавили некритички ентузијасти „обновљивих и чистих енергија“.

(а) Не узима се у обзир примарна енергија (нафта, угаљ, електрична), која је утрошена за материјале који су уграђени у уређај за производњу енергије из ветра, сунца, биомасе, или утрошени током њихове изградње. Ти материјали (челик, бакар, алуминијум, стакло, пластика, бетон, итд.) су енергетски врло „скупи“ и за њихову производњу се утроше огромне количине примарне енергије, која се мора обухватити на расходној страни при анализама укупне енергетске доходовности уређаја за производњу енергије. Та примарна енергија утрошена за материјале, сведене на исту енергетску јединицу - џул (Ј), често је већа од оне енергије која ће се добити током укупног времена коришћења уређаја. У том случају не ради се о обновљивој енергији, већ је такав уређај, уствари, потрошач енергије.

(б) Када се говори о „обновљивој“ енергији биомаси, запрепашћује да нико не води рачуна о огромној количини енергије која се утроши за цео процес производње биомасе, њено сакупљање и транспорт до уређаја за енергетску прераду. Несумњиво се може доказати да је утрошена енергија за производњу, транспорт и прераду биомасе (нафта за рад машина, енергија утрошена за ђубриво, транспорт и у процесу прераде) већа од енергије која се од биомасе добије, тако да енергије биодизела и биоетанола сигурно не спадају у обновљиве изворе енергије, већ се тако третирају и намећу као обавезне због политичких притисака снажних интересних група. А некада ће у регистар највећих непочинстава према планети Земљи бити уписано и то да су због тих наводно обновљивих и еколошки чистих горива крчене Амазонија и друге тропске шуме, плућа планете, да би се ослободио простор за монокултуре из којих се добија такво гориво, наводно обновљиво и еколошки чисто. 

Сеча тропских шума у Амазонији да би се створио простор за монокултуре за производњу биоетанола

(в) Неки природни ресурси (сунце, ветар) временски су врло променљиви, тако да ЕЕС мора да има у резерви друге електране (акумулационе и реверзибилне хидроелектране, термоелектране на угаљ и гас) са којима се може покрити конзум када „обновљиви“ извори не раде. Значи, „обновљиви“ извори морају због сигурности ЕЕС да буду дуплирани са класичним електранама, чиме се само повећава притисак на све материјалне, али и еколошке ресурсе.

(г) Да би се неки уређај сматрао еколошки „чистим“ извором енергије неопходни су следећи услови:

• да се њиме током века експлоатације „уштеди“ емисија ГСБ у већем износу од емисије ГСБ која је већ извршена током производње (било где у свету) материјала за изградњу таквих уређеја;

• да се не смањује биолошка разноврсност у зони такве електране. У случају соларних електрана (СЕ), које заузимају велики простор, у биланс губитака енергија морају се још урачунати:

• изгубљена енергија биомасе која би се остварила на простору који таква електрана заузима,
• смањење производње кисеоника О₂ као и апсорпција СО₂ у процесу фотосинтезе биљака. Када се и то уведе у рачун, билансне анализе су неумољиве: ако се соларна електрана гради на зиратном земљишту било које класе бонитета (укључив и оног лошијег, на коме је могућа само шумска производња), енергетски биланс соларног уређаја у нашим условима је негативан, тако да није обновљив извор. Али, није ни еколошки чист извор енергије: сума гасова стаклене баште који су емитовани током производње материјала и грађења већа је од суме „уштеђених“ гасова током читавог века рада електране. И, што нико не урачунава: смањена је продукција кисеоника и апсорпцији СО₂ као последица уништења вегетације на том простору. Код таквих електрана је посебно рањива биолошка разноврсност, јер уместо богате разноврсности на том простору (шуме, ливаде), добија се ограђен простор са биолошком разноврсношћу – нула, јер се због заштите соларних панела од вегетације тај простор третира хербицидима и биолошки је потпуно мртав. Пошто у Србији нема земљишта које се не би могло искористити за пољопривреду или за узгој култивисаних шума, соларне уређеје никако не треба градити на земљипту, већ су они и могући и пожељни само на крововима кућа и других објеката.

Егзактно разграничење да ли енергетски извори производе обновљиву или необновљиву енергију може се обавити ако се уведу следећи показатељи:

1. време враћања примарне енергије утрошене за грађење и одржавање,
2. индекс стратешког приоритета извора енергије и/или инвестиционе мере штедње.

Време враћања примарне енергије утрошене за грађење и одржавање је врло важан показатељ који дефинише време, изражено годинама, за које извор енергије, односно инвестициона мера штедње, можа да врати примарну енергију која је утрошена за њену реализацију. Тај показатељ је веома индикативан, јер уколико су врло дугачки периоди враћања утрошене енергије (у неким случајевима дужи од периода експлоатације), то јасно показује да са дугорочног стратешког енергетског становишта нема смисла градити таква постројења.

Укупна примарна енергија (UPE) утрошена за грађење и одржавање уређаја за производњу енергије, увећана за изгубљену енергију биомаса због ангажованог простора, може се дефинисати изразом (све врсте енергије се претварају у џуле – Ј):

UPE = PE + EE×k + OE×tе + BE   [J]   (1)

Користе се следеће ознаке: PE – примарна енергија утрошена за производњу материјала за реализацију електране (угаљ утрошен за производњу кокса који се користи у производњи челика и за друге потребе, гас, течна горива итд.); EE – електрична енергија утрошена за реализацију постројења; k = 1/Кк – коефицијент за претварање електричне енергије у одговарајућу величину примарне енергије горива: k = 3; Кк – коефицијент корисног дејства (kkd) у процесу конверзије горива (угаљ, гас, течна горива) у електричну енергију, при чему се прелиминарно може усвојити: Кк = 0,33; OE – примарна енергија која се троши на одржавање постројења у току године, tе – период експлоатације (број година), BE – укупна енергија биомаса што се зацео период експлоатације губи на електраном запоседнутом простору, који би могао да се употреби за неки вид производње биомасе, рачунајући са турнусима могуће производње биомаса – огревног дрвета или једногодишњих култура; Pе– номинална снага уређаја за конверзију обновљиве или необновљиве енергије у корисни облик енергије; Ti – годишње време коришћења снаге уређаја (време / година); Кu – kkd уређаја при конверзији у корисну енергију; Кopt – номинални (оптимални) средњи степен искоришћења снаге уређаја.

Енергија која је добијена (DEi), као просечни годишњи енергетски приход од уређаја који обавља конверзију примарне енергије у корисну енергију, може се представити у општем виду:

DEi = Pe×Кop×Ti×Кu   [J/god]   (2)

Пошто су велике флуктуације производње, остварена снага се исказује кривом трајања снаге N(t), па се произведена електрична енергија добија на уобичајен начин интеграљењем функције снаге у временском опсегу (0-8760), тј. за фонд сати једне године.

Ако се конверзија обавља у електричну енергију, добијена енергија има енергетски еквивалент уштеђене примарне енергије DE:

DE = DEi×  k   [J/god]   (3)

Време враћања примарне енергије (VREME VRAĆANJA) која је утрошена за изградњу постројења или заспровођење инвестиционих мера рационализације потрошње може се дефинисати изразом:

VREME VRAĆANJA = UPE / DE   [J : J/god = god]   (4)

Оквирне анализе показују да се по овом показатељу (VREME VRAĆANJA) најбрже враћа енергија утрошена за изградњу већих термоелектрана и гасних електрана, код којих је око годину дана. Следе хидроелектране рационалних прибранских типова, код којих је тах показатељ око 1,5¸2 године. Изразито су доходовне нуклеарне електране, код којих је време враћања око две године. По том показатељу знатно су неповољнија нека постројења за коришћење тзв. обновљиве енергије. Због велике расутости енергије већине обновљивих извора неизбежни су врло високи специфични утрошци материјала по јединици расположиве снаге, односно произведене енергије, тако да за таква постројења показатељ времена враћања енергије најчешће износи више од 10 година. Неки видови конверзије тзв. обновљиве енергије толико су скупи са становишта тог показатеља да током целог века експлоатације нека таква постројења једва успеју, а нека и не успеју да врате примарну енергију која је утрошена за њихову изградњу. У ту категорију спадају неки типови соларних уређаја.

Индекс стратешког приоритета извора енергије и/или инвестиционе мере штедње (ISP) аналитички разграничава дугорочни стратешки приоритет коришћења појединих обновљивих и необновљивих извора енергије и/или инвестиционих мера за штедњу потрошње (доградња термичких изолација зграда, повећана улагања у тзв. соларну архитектуру итд). Тај индекс ISP дефинише се у облику:

ISP = DE / ((UPE/tе) + GE + OE)   (5)

Нове ознаке: GE – потрошња примарних необновљивих енергија у процесу производње корисних облика енергије (потрошња у термоелектранама угља, гаса, течних горива итд). Уштеђена примерна енергија (DE) има шире тумачење у односу на једначину (3), јер обухвата и енергетски еквивалент произведене и/или уштеђене енергије применом инвестиционих мера за уштеду потрошње енергије (ефекат енергетских уштеда због додатне термичке заштите зграда итд.).

Показатељ ISP је бездимензионална величина, која може да буде већа или мања од 1. У случају када је ISP>1, сасвим је очито да се ради о извору енергије или мери рационализације потрошње који имају неоспорну дугорочну стратешку ваљаност јер је енергетски приход већи од суме свих расхода – потрошених примарних енергија и за изградњу и за одржавање уређаја. У тој категорији су концентрисани обновљиви извори енергије (водне снаге) и неке енергетски ефикасне инвестиционе мере штедње. Јасно је да већи дугорочни стратешки приоритет имају извори енергије и мере штедње с већим показатељем ISP, тако да се критеријум за оцену дугорочне стратешке ваљаности при избору енергетских извора или мера штедње, у случају више могућих опција, може формализовати у облику:

ISP   maximum   (6)

Вредност показатеља ISP < 1 имају сви извори необновљиве енергије, али и они извори обновљиве енергије који због велике расутости захтевају велике утрошке материјала по јединици произведене енергије, па тако велику утрошену енергију не успевају да „врате“ током целог века коришћања. Уколико је ISP < 1, такав енергетски извор, чак и ако је у питању конверзија обновљиве енергије (сунце, ветар, биомасе) не може да носи атрибут „обновљости“ јер се за његову израду и одржавање утроши више примарне енергије но што он може да произведе у процесу експлоатације. Такође, ако се анализирају инвестиционе мере за рационализацију потрошње, ако је индекс ISP < 1, сасвим је очито да таква мера нема енергетског смисла, јер се више примарне енергије изгуби за њено спровођење него што ће се енергије уштедети током читавог периода експлоатације.

Анализе показују да највиши ранг у категорији стратешки највреднијих извора и мера, оних који имају ISP > 1, има мера штедње енергије применом термичке изолације зграда. Те мере су посебно ефикасне уколико се изведу одмах, током грађења, мада су и мере санације већ изграђених недовољно термички заштићених зграда енергетски врло ефикасне. Мерења у Немачкој и неким другим земљама показују да се добром изолацијом зидова, подова и тавана, уз боље бритвљење (дихтовање) прозора и замену обичног стакла вакум стаклом, утрошак енергија за грејање може се свести на само око 30% у односу на енергију која се троши у енергетски необезбеђеној згради. Када се урачунају сви енергетски утрошци за производњу изолационих и других додатних материјала добијају се вредности ISP > 7-10. Битна је чињеница да је коришћење те мере врло дуготрајно (рачунато је са 50 година, али познато је да куће трају и дуже), што повећава енергетску ефикасност те мере. Без обзира на изванредну енергетску доходовност, та мера се још мало спроводи, због већих почетних инвестиција, неадекватно вредноване још јефтине енергије и због тога што се управо та ефикасна мера не стимулише адекватним мерама фискалне политике. Међутим, у новије време неке земље (у томе предњачи Канада) увеле су обавезу и нормативе за термичко опремање зграда, што већ почиње да даје жељене ефекте.

На другом месту на листи стратешки најваљанијих, заједнички вреднованих енергетских извора и мера штедње, према индексу ISP, налазе се хидроелектране разних типова, код којих је индекс ISP, по правилу, већи од пет (5). То хидроелектране убедљиво ставља на прво место извора енергије, са гледишта дугорочних стратешких приоритета. Оне су знатно испред свих других обновљивих извора, од којих неки, често апострофирани као „енергетска будућност“ света (нпр. соларне електране, електране на ветар) имају индекс ISP нешто мало већи од један (1), што значи да се, са гледишта биланса унете и добијене енергије, једва могу сврстати у класу обновљивих енергетских ресурса. Наизглед парадоксално, али потпуно тачно, јер су ти извори енергије велики потрошачи материјала, односно енергије, по јединици произведене енергије. Поред тога, соларне електране онемогућавају производњу биомаса на великим површинама земљишта које заузимају.

Електране које троше необновљиве примарне ресурсе (угаљ, гас, течна горива, итд.) имају индекс ISP < 1. То не значи да такве изворе енергије не треба градити, јер се без њих не могу затворити енергетски биланси у највећем броју земаља. Међутим, индекс ISP квантифицира једну логичну чињеницу: једина разумна дугорочна политика једне земље је да најпре форсира коришћење оних извора енергије и оних мера штедње чији је индекс ISP највећи, како би се што више успорио утрошак необновљивих примарних енергената. Из тог угла треба разматрати и логичан захтев да се форсира изградња оних средњих и већих хидроелектрана, које насумњиво спадају у категорију економски искористивог потенцијала, јер се њима успорава трошење фосилних горива.

Полазећи од наведених егзактних показатеља могу се извући неки битни закључци о приоритетнима и проблемима реализације сада најчешће коришћених извора енергије.

Хидроелектране

Хидроелектране (ХЕ) су једини концентрисани извори обновљиве енергије, због чега их одликује висока укупна енергетска доходовност. To посебно важи за ХЕ на средњим и већим рекама (на овом подручју: све три Мораве, Ибра, Дрине, Мораче, Лима, Врбаса, Босне, итд.). Постоји тенденција у свету да све већи део технички искористивог хидропотенцијала (потеницијал за кога постоје погодна техничка решења за коришћење) прелази у категорију економски искористивог потенцијала (потенцијал чије је коришћење оправдано). У догледној будућности укупан технички искористив хидропотенцијал, онај који је стављен под заштиту државе (просторним плановима и другим мерама чувања од обезвређивања намене простора и водних потенцијала) – прећи ће у категорији економски искористивог потенцијала. Разлога за тај смер развоја има више:

(1) са развојем ЕЕС и променама нивоа конзума и структуре производње мења се улога хидроелектрана у ЕЕС: хидроелектране преузимају све важнију и скупљу улогу у обезбеђивању вршне снаге и енергије, као и обезбеђивања захтеване резерве и поузданости система;

(2) тенденције поскупљења фосилних горива као и све оштрија, скупља обавезујућа еколошка ограничења које се постављају у вези са дозвољеном емисијом ГСБ мењају услове вредновања ХЕ: економичне постају све ХЕ чија је цена енергије мања од цене енергије најскупљих ТЕ које хидроелектране истискују из ЕЕС својим уласком у погон;

(3) вишенаменски системи су учинили економичним многе хидроелектране који нису биле економичне када су планирани једнонаменски;

(4) увођење нових ХЕ у ЕЕС повећава економску стабилност ЕЕС;

(5) брзи развој технологије опреме за ХЕ (посебно за објекте на малим падовима) као и њихова типизација чини опрему специфично јефтинијом и проширује опсег економичне експлоатација многих раније неекономичних хидро потенцијала.

(6) ХЕ разних типова и величина повећавају виталност ЕЕС у условима изванредних догађаја.

Хидроелектране се могу успешно уклопити у окружење, па се могу искористити и за побољшавање услова за опстанак и развој водених екосистема, наменским испуштањем већих протока из акумулација у маловодним периодима и управљањем температурним режимима воде низводно од акумулација (тзв. оплемењавање малих вода). Рибљим стазама и другим објектима и мерама, нпр. стабилизацијом нивоа у акваторијама у периодима мреста риба) неутралишу се неповољни ефекти на ихтиофауну. Све хидроелектране, посебно акумулационе су и вишенаменске и служе и за ублажавање поплавних таласа, чиме се њихова оправданост знатно повећава, посебно у условима већ евидентних погоршања наравномерности падавина и пораста опасности од поплава због климатских промена.

У условима све већег учешћа извора енергије са врло израженом случајном компонентом (ветар, сунце) расте потреба за грађењем и реверзибилних хидроелектрана (РХЕ). РХЕ у околностима повећавања и смањивања снаге таквих извора имају задатак да „пеглају“ дневни дијаграм оптерећења, јер у периодима вишка енергије коју испоручују „обновљиви“' извори, РХЕ користе ту енергију за пумпање воде у горње акумулације РХЕ, а у условима када се на тим уређајима смањи расположива снага, РХЕ преласком у турбински режим надокнађују мањак енергије у односу на потребе. У регији постају посебно значајне планиране РХЕ Бистрица 2 на систему Увац – Лим, и РХЕ Бук Бијела у оквиру Система „Горња Дрина“. Ова друга, захваљујући могућности годишњег регулисања протока била би врло корисна за све хидроелектране на дринској каскади.

Мале хидроелектране

Мале хидроелектране (МХЕ) су на низу места врло користан извор (нпр. на испустима из акумулација за испуштање еколошких протока, на денивелацијама у оквиру каналских система, на испустима из компензационих базена, итд.), али само ако у складу са већ наведеним критеријумима спадају у заиста обновљив извор енергије, и ако немају неповољан утицај на еколошко окружење. Међутим, њиховом развоју у Србији, али и у околним земљама, приступило се врло неселективно, без брижљивијих анализа. Неке МХЕ уништавају непроцењиво вредне еколошке потенцијале геоморфолошки и хидролошки раритетних водотокова, оних који би требало да се ставе под режиме еколошке заштите у складу са ратификованом конвенцијом НАТУРА 2000, по којој су земље обавезне да на 12,5% повећају површине под неким видом еколошке заштите.

Изградња мале ХЕ на Црновршкој реци у Парку природе Стара планина

Бројне мале ХЕ које се граде или за које су дате дозволе за градњу, не спадају у категорију обновљивих извора, јер се за њихово грађење троши већа количина примарне енергије од оне коју оне могу да произведу током читавог века експоатације, а енергетски учинци су им веома скромни. А нису ни еколошки „чисте“, јер је уштеда гасова стаклене баште (ГСБ) мања од количине ГСБ који су емитовани током израде материјала потребних за њихово грађење. Посебна слабост таквих МХЕ су врло дугачке деривације, којима се врши концентрација пада (цевоводи дуги по два до три km, у које се „убацује“' мала река), што уништава најфиније хидрографско и еколошко ткиво таквих водотока, који су еколошки најдрагоценији биотопи. Колика је опасно такво некритичко грађење МХЕ врло често безначајних енергетских перформанси (снаге по 200 до 300 kW) показује чињеница да се оне граде чак и на водотоцима у заштићеним природним добрима (паркови природе Стара Планина и Голија). Неоходно је да се одмах приступи строгој селекцији које се МХЕ могу градити, полазећи од показатеља који су наведени, који показују да ли се ради о обновљивим изворима, и у складу са оценом њиховог утицаја на еколошко окружење.

Ветрогенератори

Ветрогенератори као извори обновљиве енергије су оправдани у подручјима у којима постојано дувају доминантни ветрови, који омогућавају стабилан рад тих уређаја и реализацију снага и енергија са којима се може доста поуздано априорно рачунати, при планирању покривања дневних дијаграма оптерећења у ЕЕС. Такви ветрови дувају у ширим приобаљима мора. Није случајно да су управо у ширем појасу Северног мора, али и у врло дугачким плићацима тог мора, реализовани „ветропаркови“ највећих снага (Данска, Холандија, Немачка). Међутим, некритичке аналогије („тако раде у Данској“) при разради стратегије развоја већих инсталисаних снага ветрогенератора бесмислене су на подручјима на којима је случајна компонета појаве ветра врло изражена, са великим флуктуацијама, јер у таквим околностима не може да се, иоле поздано, планира њихово уклапање у ЕЕС. У тим случајевима реализација ветропаркова великих снага (код нас се помињу и снаге од 300 MW!) постаје врло проблематична, јер нагле (некада готово тренутне) уласке и испаде тако великих снага ЕЕС не може да савлада без великих губитака. Искуства у више држава, оних које су погрешним аналогијама и политичким одлукама натеране да инсталишу велике снаге у ветрогенераторима су упозоравајућа: због наглих флуктуација тих извора и немогућности њиховог логичног уклапања у ЕЕС долази до изнуђеног преливања практично бесплатне енергије на проточним ХЕ, као и до превођење темоелектрана у неповољне режиме рада са гледишта утрошка енергената, итд. Реализација великих инсталисаних снага ветрогенератора је посебно дубиозна на подручјима у којима у дугим периодима нема ветра, и то управо у кризним периодима највећих зимских и летњих оптерећења у ЕЕС.

Пошто је снага ветрогенератора пропорционална са брзином ветра на трећи степен (v³) у подручјима у којима су велике флуктуације и појаве ветра и његове брзине (код нас је оправдан израз „удари ветра“) искоришћење инсталисане снаге ветрогенератора било би веома малог трајања. Рачунајући са реалном кривом фреквенције брзине ветра на овим просторима аутор је израчунао да би ветрогенератор инсталисане снаге од 5 MW развијао ту снагу само око 130 сати годишње, или само 1,5% од времена коришћења! У 50% времена развијао би снагу само 250 kW (само 5% od инсталисане снаге), или мање од тога. А последице тога су енергетски и економски неумољиве: укључивање електрана на ветар у ЕЕС уопште не смањује потребну инсталисану снагу других електрана, већ се своди на штедњу горива у термолектранама. Међутим, и та наводна „штедња“ је под знаком питања, јер би у условима наглих укључивања и искључивања ветрогенератора термоелектране често радиле у неоптималним режимима, са већим специфичним утрошком енергената по произведеном kWh. Ето, то је тајна садашњих „негативних цена“ енергије у Европи у неким периодима: земље које су се префорсирале у изградњи тих уређаја, суочене са немогућношћу да их уклопе у ЕЕС, а морају да је прихвате од произвођача и плате великом ценом због силе државне принуде, нуде чак и новчану накнаду ако неко тада, баш тада, прихвати ту енергију. Ето, то је прилика за добар посао оних земаља које имају реверзибиле електране са годишњим регулисањем протока: да призимају такву енергију и да је троше на пумпање у горње акумулације, да би је пласирале у енергетски кризним периодима.

Глорификација ветрогенератора као „еколошки чисте енергије“ није заснована на реалности. Таква похвала се може применити за ветропаркове у плићацима Северног мора где ти објекти не сметају и где дувају постојани ветрови. Међутим, бар три утицаја су релевантна:

Ветропаркови у плићацима Северног мора, изванредно решење у зони сталних, доминантнних ветрова, без икаквог неповољног утицаја на окружење

(а) Осим у подручјима са постојаним ветровима где су показатељи ветрогенератора повољни, време враћања утрошене енергије за добијање материјала за грађење ветрогенератора у зонама у којима нема таквих ветрова је доста дуго, тако да је у тим околностима упитан термин да је то „обновљив извор“. Није ни неке хвале вредан „еколошки чист“ извор, јер су за добијање материјала за његову израду већ емитовани гасови стаклене баште у износу који може да буде и већи од количине тих гасова које ће тај уређај да уштеди током читавог века рада.

(б) Буку и вибрације ниских фреквенција и у инфра делу спектра не подносе животиње и дивљач, тако да се подручја око тих објеката брзо „спразне“ јер дивљач напусти те зоне, бежећи од звука и вибрација које их иритирају (а ми се спремамо да дамо странцима да у Делиблатској пешчери, специјалном резервату природе, релизују велике ветропаркове, без икаквих озбиљних анализа утицаја на тај драгоцен екосистем пун дивљачи која нема где да одатле пребегне).

(в) Може се поменути и визуелна девастација пејзажа и естетских вредности.

„Ветроентузијасти“ чине невероватан превид (хотимичан!) када не узимају у обзир врло велике количине материјала и енергије потребних за производњу уређаја електрана на ветар, које спадају у специфично „скупе“ електране, управо са гледишта утрошка материјала по јединици инсталисане снаге. Та ресурсна „скупоћа“ је много већа када се узме у обзир стварно расположива снага. Као да претпостављају да материјал и енергија за израду тих ресурсно врло скупих уређаја - пада са неба. Због тога је веома наивна тврдња неких аутора да „иза коришћења енергије ветра нема непожељних отпадака, а да би се искористио ветар нису потребни ни рудници, ни воде река“.

То само показује или непознавање или игнорисање врло дугог производног ланца, од фабрика за производњу индустријског експлозива, преко рудника, транспортних возила, флотација, челичана, топионица бакра, цементара, каменолома, термоелектрана - све док се не произведе ветрогенератор и монтира на стуб висок стотинак метара. Ветар јесте обновљив извор енергије, али су необновљиви ресурси који се морају утрошити за израду уређаја за његово коришћење. А ти ресурси се никако не могу произвести без великог загађења околине, само негде другде - у Смедереву, Руру, Бору, Мајданпеку, Беочину, Кини - а не на самом локалитету фарми ветрогенератора. Зато је нетачна и генерална тврдња да ветрогенератори не емитују ГХГ: не емитују их они, али их емитују сви остали у претходним карикама технолошког ланца, они који су морали да произведу обиље материјала за њихово грађење. А ти материјали и те како еколошки „коштају“ планету Земљу. Време враћања примарне енергије ветрогенератора је не краће од 15-так година. Ако им је радни век око 25 година, јасно се види да нема места за неки претерани „ветроенергетски ентузијазам“: највећи део свог радног века ветрогенератори раде да би „отплатили“ примарну енергију, која је утрошена за њихову производњу и градњу. Уколико се имају у виду и трошкови одржавања, који, такође, односе енергију, која се мора узети из других извора, произилази да је њихов нето енергетски учинак доста скроман.

Управо због ових еколошких разлога све се чвршће консолидује и јача отпор масовном грађењу ветропаркова. Недавно је у штампи био објављен врло инструктиван чланак под насловом „Ла Манча поново против ветрењача“ у коме се доста сликовито, уз поређење са Сервантесовим јунаком који је јуришао на ветрењаче, на врло документован начин описује отпор житеља шпанске провинције Ла Манче, који су листом устали против  тога да се на њиховом подручју настави са градњом тих постројења. Они су против ветрењача управо из поменутих еколошких разлога, јер фарме ветрогенератора разарају еколошки склад и равнотежу у окружењу, а имају и економске последице јер фармери тврде да се смањила количина млека код крава музара.

Соларни извори енергије

Коришћење енергије сунца је енергетски веома користан, препоручљив извор, посебно на нивоу тзв. мале енергетике, непосредном конверзијом у топлоту, чиме се штеди енергија преузета из ЕЕС. То се односи и на соларну архитектуру, чије је циљ да се уз нешто већа улагања, користећи геофизичке законитости дође до енергетски самодовољних зграда. Такав вид коришћења сунчеве енергије државе треба да стимулишу фискалним и другим мерама. Колико је то логичан и енергетски разуман приступ говори чињеница да се сада у низу земаља готово да не може видети кућа на чијем се јужном крову не налазе панели за грејање воде, а често и за конверзију у електричну енергију. Тај вид коришћења је неспоран и неће се овде разматрати.

Међутим, са гледишта енергетске доходовности и еколошке разборитости веома је спорно једнострано оцењивање успешности конверзије соларне енергије у електричну енергију у оквиру великих постројења (електране „високих температура“ и већих снага). Посебно је то спорно уколико се изузетно високим ценама соларне енергије и обавезношћу њеног преузимања од стране ЕЕС стимулише градња таквих електрана и на зиратном земљишту, у неким условима чак и на земљиштима највишег квалитета, не узимајући у обзир и енергетске, еколошке и развојне последице таквог коришћења драгоцених земљишних ресурса.

Соларна електрана

 Енергија сунца је веома расут и временски неравномеран извор енергије. Зато су за концентрацију те енергије ради конверзије у електричну енергију, потребни врло пространи, велики уређаји, за које се морају утрошити огромне количине енергије:

(а) у фази добијања потребних материјала и током изградње таквих уређаја,

(б) током њиховог одржавања,

(в) са становишта заузимања простора, који такође представља енергетску категорију, јер се велике површине на којима су смештени соларни уређаји не могу користити за производњу биоенергије. Други велики проблем је дневна, сезонска, годишња и стохастичка (метеоролошка) променљивост сунчане енергије, уз врло неповољну асинхроност, тако да је енергија сунца најмања зими, управо када је највећа „глад“ за енергијом у свим системима.

За конвезију сунчеве енергије у електричну енергију постоје два приступа. Први је посредна конверзија: сунчева енергија ® концентрација рефлектоване топлотне енергије на радни медиј ® стварање паре ® механичка енергија у парној турбини ® електрична енергија. Други приступ је непосредна конверзија, преко фотонапонских ћелија. У новије време се посебно развија други приступ, и ту се чине значајни технолошки продори, који повећавају могућ опсег коришћења.

Оквирне анализе показују да је време враћања примарне енергије утрошене за грађење соларних уређаја не мање од 15 година. Време могућег коришћења таквих уређаја није дуже од 20 до 25 година, тако да се највећи део времена таквих електрана троши на враћање примарне енергије утрошене за њену израду и уградњу. Ако се узму у обзир и високи енергетски трошкови одржавања (соларне уређаје, било огледала у првом приступу, или панеле у другом, треба стално прати, јер се радикално смањује ефективност у условима запрљања чак и малим филмом прашине), тај показатељ ефективности постаје још неповољнији. И, што се не сме заборавити: соларна електрана мора да буде „дуплирана“ са одговарајућом класичном електраном, чији је рад неизбежан ноћу и када је време облачно. Значи, поменути енергетски утрошци за изградњу СЕ су додатни, поред оних који су неизбежни за класичну електрану која је и даље потребна.

После велике еуфорије и стратешки неопрезног затрчавања, са масовном градњом СЕ већих снага, у свету наступа извесно отрежњење. Сада се схвата да су огромне бенифициране цене соларне енергије (чак и веће од 27,5 €c/kWh), које су „преваљене“ на потрошаче, последица управо енергетске нерационалности на релацији: (утрошена енергија за градњу СЕ + енергија изгубљена на великом запоседнутом простору + енергија за одржавање), са једне стране, према енергији коју СЕ може да испоручи, са друге стране.

Посебан, не само економски, већ и еколошки проблем соларних електрана (СЕ) је неопходност запоседања великог простора за капацитете чак и врло скромних снага. Еколошка последица те чињенице се може разматрати са гледишта емисије кисеоника и апсорпције угљеника у случају шумске вегетације, са једне стране, и уштеда у емисији ГСБ коју обаве СЕ, са друге стране. Према подацима ФАО (2011.) млада култивисана букова шума са једног хектара емитује око 300.000 m³ кисеоника, а органски веже око 150 t угљеника. Када се направи коректна билансна анализа доприноса шуме гасном билансу планете (продукција кисеоника, апсорпција CO₂), са једне стране, односно, смањења емисије гасова стаклене баште који обави СЕ током свог радног века, са друге стране, биланс је у корист - шума. Наиме, СЕ највећи део свог радног века „отплаћује“ гасове стаклене баште, који су већ емитовани током добијања материјала за њену израду и одржавања (фрапантно, о томе нико не води рачуна), а тек при крају радног века почиње да даје неке доприносе смањењу емисије ГСБ. Међутим, млада култивисана шума тај посао производње кисеоника и апсорпције угљендиоксида обавља континуирано, надмашујући у том погледу у укупном позитивном биласу све класе соларних електрана. Поред тог, неоспорно великог еколошког доприноса, шума има и велики енергетски допринос, јер је годишњи прираст биомасе култивисане букове шуме старости око 30 година око 15 m³/ha∙год, што је еквивалентно енергији од око 3.000 kWh/ha∙год. Ако се у анализу убаци још и изузетно важан еколошки критеријум – биолошка разноврсност, закључак је много убедљивији: у шумским комлексима биолошка разноврсност је висока, док је у ограђеним просторима на којима су СЕ биолошка разноврсност практично – нула.

Имајући све то у виду може се закључити. Државном регулативом, а посебно мерама фискалне политике треба максимално подстицати коришћење соларних уређаја и соларне архитектуре на нивоу тзв. мале енергетике, са уређајима на самим зградама, а треба забранити грађење СЕ на зиратном земљишту, било којих класа, које се може искористити за пољопривреду или за узгој шума. То треба урадити што пре, јер се сада очекује, због нашег сталног кашњења у сагледавању властитих интереса, да страни инвеститори похрле код нас (страни инвеститор је већ направио СЕ на Фрушкој гори на простору идеалном за винограде или шуму), јер се овде још не сагледава и енергетска, еколошка и економска дубиоза соларних електрана на нивоу "велике енергетике".

Биоенергија

Енергија биомаса се користи на више начина:

(а) непосредним сагоревањем,

(б) дигестијом - прерадом отпадака биљног и животињског порекла у биогас, као замена за земни гас,

(в) прерадом биомаса у етанол, као замена за бензин,

(г) производњом биљних уља као замена за дизел.

Прва два начина конверзије су традиционална, док се друга два у новије време уводе у употребу насилно, субвенцијама и обавезношћу, без обзира на енергетске и еколошке дубиозе.

Коришћењем биомаса (огревног дрвета, биљних отпадака) од древних времена до сада се подмирују потребе домаћинстава, док се сточне излучевине користе за стварање биогаса у малим дигесторима. У Азији их има готово у сваком сеоском домаћинству. Биогасом се подмирују енергетске потребе домаћинстава, а користи се и за покретање пољопривредних машина. Таква употреба отпадне биомасе у „малој енергетици“ је изванредно корисна замена енергије из великих система и треба је подржавати фискалним и другим мерама државне политике.

Међутим, веома је спорно коришћењу биомаса у тзв. великој енергетици, за реализацију већих електрана на биогас, или за масовну производњу течних биогорива. Такав вид коришћења биомаса треба подвргнути озбиљној анализи са становишта енергетске, али и еколошке и развојне логике. Постављају се следећа стратешка питања:

(а) имајући у виду утрошак енергије на сакупљање и транспорт расутих биомаса има ли смисла правити велика централизована постројења за њихово енергетско коришћење;

(б) да ли је сакупљање биљних отпадака енергетски сврсисходно, са гледишта базних принципа одржавања екосистема који опстанак дугује кружењу материја у њему,

(в) има ли смисла у енергенте претварати - људску или сточну храну?

Озбиљнија анализа енергетске доходовности преко приказаних показатеља, показује да су одговори на та питања - негативни!

Кључно питање за начин коришћања биомаса је – колика је потрошња енергије која се мора утрошити за сакупљање и концентрацију биомасе на месту коришћења. Кукурузовина, слама и други биљни отпаци имају малу специфичну енергетску вредност и због тога је бесмислено њихово превожење на већа растојања ради коришћење у већим термоенергетским јединицама. Више би се утрошило нафте на рад трактора и машина за сакупљање и превоз тих отпадака, но што би се од њих добило енергије у електрани. Управо из тих разлога се мало калорични лигнит не транспортује на већа растојања, већ се сагорева у термоелектранама у близини рудника.

Стратегија коришћања биомаса се мора разматрати и у светлу одржавања педолошког стања и производног потенцијала земљишта. Ту је битна еколошка чињеница да за разлику од енергије која „протиче“ кроз екосистем материја - кружи у екосистему. То се посебно односи на макро и микро елементе, који представљају основне нутријенте у процесу биљне производње. Одношење биљних отадака са поља доводи до убрзаног сиромашења земљишта макро и микро елементима, који се морају надокнађивати појачаним уношењем вештачких ђубрива, за чију се производњу троше изузетно велике количине енергије. Такође, биљни отпаци, који се разлажу на пољима, имају своју улогу и са гледишта одржавања повољне физичке структуре земљишта, што је јако важно за пољопривредну производњу. Доказано је да би радикално коришћење биљних отпадака управо на енергетском плану било потпуно погрешна стратегија, која би имала два неповољна исхода:

(а) доводила би до осиромашења земљишта и кварења његове физичке структуре, а тиме и до пада биљне производње, која има енергетски еквивалент,

(б) захтевала би знатно већи унос вештачких ђубрива, чија производња је један од највећих „гутача“ енергије.

Са дугорочног становишта се може закључити: сиромашење пољопривредног земљишта одношењем биљних отпадака нелогично је управо са енергетског становишта, јер се више енергије губи но што се добија при конверзији тих отпадака у енергију.

Енергетско, али и важно етичко је питање: има ли смисла храну претварати у енергију? За производњу биоетанола и биодизела користе се енергетски најпродуктивније биљке - шећерна трска, кукуруз, кромпир, уљана репица, слатки сирак - које су основне сировине за производњу људске хране, непосредно, или посредно, преко сточне хране. А за њихову производњу се троши необновљива енергија, пре свега нафта, за погон пољопривредних машина, као и гас и електрична енергија, за производњу вештачких ђубрива и за дестилацију алкохола.

Бесмисленост одлуке да се биоенергија масовно претвара у друге енергетске видове, као замена за деривате нафте, етанол и биљна уља, очитује се када се анализирају енергетски биланси. Човечанство је проблем глади решавало повећањем пољопривредне производње, уношењем све више енергије у производњу. Почетком XX века човечанство је за добијање једног џула (Ј) хране просечно трошило око један џул енергије. Сада се у просеку троши 12 Ј енергије ради добијања 1 Ј хране, се тенденцијом даљег погоршавања тог односа. Због тога је пољопривреда постала један од највећих потрошача енергије.

„Зелена револуција“, којом је у другој половини XX века ублажен проблем хране и глади у свету заснивала се на експоненцијалном повећавању уноса енергије у процес пољопривредне производње. То важи за све пољопривредне културе, па и културе из којих се може добијати енергија. То се јасно уочава на слици 1, на којој је приказана зависност приноса житарица од примене вештачких ђубрива, пестицида и утрошене специцифичне снаге машина. Треба уочити: да би се удвостручио принос, потребно је за неколико пута повећати уношење енергије, преко ђубрива, пестицида и потребне снаге пољопривредних машина. Зато је опасно мишљење да се борба за храну добија генетским инжењерством, а хотимице се пренебрегавају огромне количине енергије које се морају стално уносити у пољопривреду из системске околине, непосредно, преко рада машина (које троше нафтне деривате), или посредно, преко ђубрива и осталих унетих материја, ради подршке тих нестабилних, генетски „допингованих“ агроценоза, које могу да дају високе приносе само у условима „енергетског изобиља“.

Принос житарица у функцији количине ђубрива (I), снаге машина (II) и пестицида (III). У: Odum,E.P. (1975): Ecology, Holth Rinrhart and Winston, New York

Енергетска нелогичност коришћања хране за производњу горива као замене за нафтне деривате јасно се уочава ако се ураде иоле детаљније билансне анализе производње неког горива, свођењем свих утрошених енергија на исту енергетску јединицу – џул (Ј). Приказује се на примеру пшенице (коришћена у Европи за производњу биоетанола), али је исти закључак и када се уради и за друге културе из којих се прави биоетанол (нпр. кукуруз). Енергетским билансом треба што подробније обухватити оба сегмента производње: пољопривредни и индустријски. У пољопривредном комплексу се обавезно обухватају: енергија потребна за производњу пољопривредних машина (опсег 80 до 120 МЈ/kg, а узима се у обзир век њиховог трајања), енергија одржавања механизације, утрошци горива (нафта) за рад машина од припреме земљишта, преко сетве до жетве (урошак: дизел гориво: 37 МЈ/kg, просечно 90 L/ha), енергетски утрошци за производњу и припрему семена (6 МЈ/kg), за све врсте ђубрива (као пример: само за азотно ђубриво потребна енергија 75 МЈ/kg), за хемикалије за заштиту биља (чак до 430 МЈ/kg), за транспорт до фабрика за прераду (камионски транспорт, троши нафту). Уколико се рачуна са просечним приносом пшенице од 4,9 t/ha, може се срачунати да се за пољопривредни сегмент производње етанола утроши 15,3 МЈ/L. На сличан начин се могу одредити и најважније енергетске компоненте у индустријском сегменту производње: изградња и одржавање рафинарије (рачунајући са веком њеног рада), утрошак гаса, електричне енергије, воде (у САД просечан утрошак воде за 1 t етанола око 7 m³), хемикалија, цистерни за превоз (челични лим енергетски „кошта“ око 100 МЈ/kg) и њихово одржавање, дизел гориво за транспорт, итд. На основу тих анализа специфични енергетски утрошак у индустијском сегменту износи 14,8 МЈ/L, тако да се за производњу 1 L етанола укупно утроши 30,1 МЈ/L. Ако се има у виду да је енергетска вредност етанола 21,2 МЈ/L, може се доћи до стратешки важног закључка: за производњу биоетанола се утроши 30,1 МЈ/L примарне енергије, а он у енергетском смислу врати само 21,2 МЈ/L, или само 70% од енергије која је морала да буде унета у процес – од њиве до пумпе за гориво. Види се да је то права енергетска бесмислица, која се покрива само из државних субвенција и намеће принудом одлучивања у ЕУ, јер је то у интересу утицајних интересних група. Слични су биланси и за кукуруз (враћа се око 71% од уложене примарне енерије). Имајући све то у виду несумнјиво се може закључити да је претварање храну у неки течни или било какав други енергент – неразумно, управо се енергетског становишта, јер се више необновљиве примарне енергије мора унети у производњу, но што се може добити од произведеног алкохола или уља.

Због тога су финални закључци супротни:

(а) не треба производити енергију на рачун производње хране, већ обрнуто, потребно је обезбедити енергију за производњу храна.

(б) Употреба биомаса за енергетске сврхе има смисла само на нивоу тзв. мале енергетике, на нивоу домаћинстава, или мањих група потрошача.

(в) Реализација великих постројења, за која је потребно сакупљати биимасе на ширим просторима и транспортовати их до централног постројења - нема смисла због великог утрошка енергије за сакупљање и транспорт.

(г) Са сакупљањем свих биљних отпадака са њива треба бити врло обазрив, због осиромашења земљишта, јер се тиме радикално нарушава драгоцен процес кружења материја у екосистему, чиме се уништава производни потенцијал земљишта, који мора да буде компензиран уношењем нутријената (а тиме и енергије!) са стране.

(д) При коришћењу биоенергије треба ићи на што мањи број енергетских трансформација. Конверзија на релацији: биомасе ® биогас ® електрична енергија, има смисла само на местима где је због неких других разлога сконцентрисана велика количина отпадних органских материја (велике сточне фарме, постројења за пречишћавање отпадних вода, у којима се процес пречишћавања муља преосталог у процесу пречишћавања мора завршити у дигесторима, у којима се као нуспродукт ствара и биогас, који се може искористити за производњу електричне енергије, итд).

Топлотне пумпе

Мада нису произвођач енергије топлотне пумпе су, посредно, један од чистих извора, јер се њима знатно смањује потрошња електрична енергија за грејање. Оне црпу топлоту са хладнијег места и преносе ту топлоту на топлије - потрошачко место које треба грејати. Tај противприродни ток топлоте, супротан смеру познатом из II принципа термодинамике, по коме се топлота преноси само са топлијег на хладније тело, омогућен је утрошком електричне енергије. Пошто се ради само о пребацивању већ постојеће топлоте - енергетска доходовност је врло висока. Наиме, ако топлотна пумпа узима топлоту из средине са температуром t₂, а преноси је у средину са температуром t₁, тада је њена гранична теоријска ефективност x_t, као однос пренете топлоте и утрошене електричне енергије, једнака:

x_t= (t₁ + 273 ^oC) / (t₁ - t₂)

На пример, ако се топлота „пумпа“ из ваздуха, који је на 0^oC, а преноси се на грејна тела који се загревају на 60^oC, тада је теоретска ефективност x_t = 5,55. Наравно, не ради се о „perpetum mobile“, јер није у питању производња енергије, већ веома ефикасано пребацивање, па би у поменутом примеру било пребачено чак 5,55 пута више енергије но што је утрошено електричне енергије за погон топлотне пумпе. Из једначине за ефетивност x_t се види да је ефективност већа уколико је разлика температура (t₁ - t₂) мања, тј. ако се топлота „пумпа“ са топлијег места (из реке или језера). Али, ако се погледа цео енергетски биланс ствар је још повољнија. Наиме, енергетска ефикасност термоелектрана износи до око 40%, јер се у електричну енергију претвара само око 40% топлотне енергије, док је остало отпадна топлота, која се не може избећи. Ако би се за грејање уместо електричних пећи употребљавале топлотне пумпе, са ефикасношћу у преносу око x_t= 6, добило би се око два пута више топлотне енергије него што је произведено изгарањем горива у термоелектрани. Разлози што се овај начин грејања не користи масовније су већа почетна улагања, јефтино вредновање електричне енергије и - традиционализам. Међутим, постоје индикације да ће се свет све више окретати том веома ефикасном начину грејања.

Најсажетије се може закључити. Није тачно, а економски и еколошки је штетно уопштавање које сада преовладава у медијима, јавности, али и код бројних људи који сами себе проглашавају еколошким експертима, да сви извори енергије који користе обновљиве природне ресурсе – сунце, ветар, воду, биомасе – производе обновљиву енергију. Тачан закључак се може добити само ако се објективно анализирају биланси примарне енергије која се утроши за израду и одржавање таквих уређаја - и енергије која ће се њима добити током коришћења. Уколико такав уређај није у стању да „врати“ примарну енергију која је у њега уложена – није обновљив извор. На сличан начин треба разматрати и питање да ли су такви уређаји еколошки чисти и да ли доприносе смањењу емисије гасова стаклене баште (ГСБ). На том важном глобалном плану корисни су само они енергетски извори за које се билансном анализом покаже да су „уштеђене“ количине ГСБ, захваљујући раду таквих извора веће од количина ГСБ које су емитовене у атмосферу при изради материјала неопходних за њихову израду, или за добијање наводно „еколошких горива“. На жалост, брижљивије анализе показују да се из бројних наводно обновљивих извора или „еклошких“ горива не добија ни обновљива, ни еколошки чиста енергија. Гладано из тог рационалног угла потпуно су бесмислене повлашћене тарифе и друге бенифиције којима се стимулишу изворе и енергије које нису ни обновљиве ни еколошки чисте, па се чак намећу државном принудом. Ово разматрање је покушај да се укаже на ту опасну стратешку заблуду коју су смишљено наметнуле моћне добро организоване интересне групе.

(Аутор је дипл.инж.грађ., редовни члан Академије инжењерских наука Србије)