Energija u permakulturi - predavanje, Zagreb

Energija u permakulturi - predavanje, Zagreb

1. Energija u permakulturi
Energija je mogućnost obavljanja rada. Ona je moć
da se stvari mijenjaju.
U permakulturi je sve povezano s energijom: hrana,
materijali, kuće, voda, biljke, životinje, klimatske
promjene...

2. Zakoni termodinamike:
1. Energija ne može nastati niti nestati. Samo se može
pretvoriti u drugi oblik.
2. Kad se energija pretvara u drugi oblik, uvijek se
mijenja iz više iskoristivog u manje iskoristivo stanje.
==> Svemir teži ka “kaosu”, tj. neredu.
Suprotnost tome su uređeni sustavi (živa bića), a
uređenost je posljedica ulaganja energije.

3. Entropija – mjera uređenosti
(tj. neuređenosti) sustava
Entropija se uvijek povećava, sustavi imaju tendenciju da
iz uređenog stanja prelaze u neuređeno.

4. Entropija

5. Gotovo sva poznata energija dolazi direktno ili
indirektno od sunca:
fosilna goriva, hidroenergija, energija vjetra, sunca,
biomasa, energija valova.
Iznimke, eventualno: nuklearna energija i energija plime i oseke
uskladištena (drevna)
sunčeva svjetlost
tekuća
sunčeva svjetlost

6. Energiju možemo mjeriti:
Osnovna jedinica za energiju: džul (J)
1 J = 1 Ws (vat sekunda) = 1 Nm (njutn metar)
1 kWh = 3,6 MJ (1000.000J)
U svakodnevnom životu češće se upotrebljava kilovat sat (kWh = 1000 Wh)
E (energija) = P (snaga) x t (vrijeme)
[J] = [W] x [s], ili: [kWh] = 1000 x [W] x [h]
Ogrjevne vrijednosti raznih goriva:
•prirodni plin: 9,4 kWh/m3
•lož ulje: 11,86 kWh/l
•ukapljeni naftni plin (autoplin,LPG):
13,73 kWh/kg
•ogrjevno drvo: 3,5 – 4,5 kWh/kg
(ovisno o vrsti drveta)

7. Ciklus svjetske proizvodnje nafte & peak oil
2020. zbog COVID-19: vrhunac potražnje vrlo blizu!

14. Do pojave fosilnih goriva, na planetu se sav život
odvijao uz pomoć obnovljivih izvora energije.
Najstariji oblik
korištenja energije:
biomasa, drvo za ogrjev

15. Prve vjetrenjače kao mlin za žito – u Perziji
Prekooceanska putovanja:
ostvarena uz pomoć
energije vjetra

16. Solarni koncentratori - korišteni za potpalu vatre,
Arhimed navodno zapalio rimske brodove

17. Energija sunca se koristila za grijanje domova:
- antički Rim: pasivno solarno
- Egipat: aktivno solarno grijanje
- Pueblo kultura, Colorado: pasivno
tzv. termalna masa:
dobro upija toplinu i
polagano je otpušta

18. Pasivni vs. aktivni solarni sustavi

pasivni solarni sustavi koriste energiju na licu mjesta –
tamo gdje je i prikupljena

aktivni solarni sustavi koriste uređaje za distribuciju i
skladištenje prikupljene energije

19. Utjelovljena energija (embedded energy, emergy)
= ukupno dobivena energija / ukupno uložena
energija u proces
Važan faktor pri odabiru energenata i tehnologija,
ali i materijala koje koristimo.
Enegetska bilanca = NETO energija, razlika između
dobivene korisne energije i utjelovljene energije.

21. Energetska bilanca raznih tehnologija (NETO energija)

23. Danas ne postoji tehnologija koja bi riješila energetsku
krizu!
- Što napraviti?
1. štednja – promjena načina života, smanjenje
ukupne energije koju trošimo
2. energiju trošiti efikasnije (ogroman potencijal!)
3. koristiti energiju iz obnovljivih izvora

24. Štednja energije!
Čak 33% ukupne energije koju trošimo bi se moglo
uštedjeti uz pomoć postojeće tehnologije bez
smanjenja komfora (čak uz povećanje komfora u
nekim slučajevima).
Dodatnih 33% energije može se uštedjeti uz
minimalno financijsko ulaganje.

25. Neposredna potrošnja energije u kućanstvima RH
prema namjeni
Izvor: Program energetske obnove stambenih zgrada, 2013.-2020. MGiPU
Za više od 83% potrošnje nije potrebno koristiti struju!

26. Potencijal obnovljivih izvora energije

27. energy
Dobar dizajn
presreće tokove energije
od izvora do upoja i na
puno mjesta pohranjuje
energiju.
Energija se hvata na
koristan način puno puta
prije nego se izgubi iz
sustava.

28. - Koliko nam je potrebno energije i koje kvalitete?
(npr. putovanje na posao; na koliko stupnjeva se grijemo ili hladimo;
za koje potrebe trebamo električnu energiju)
- Razmjer tehnologije?
(npr. solarni sustavi prikladniji za kućanstva, hidro za zajednice)
- Kakva je efikasnost sustava? (emergy, tj. energetska bilanca)
- Kvaliteta energenta, odnosno sposobnost obavljanja zadatka? (neki
energenti su koncentriraniji od drugih - npr. besmisleno pogoniti
kompjuter na drva, ali i grijati se na struju)
- Koliko zagađenja proizvodi energetski sustav?
(emisije CO2, drugi polutanti, nuklearni otpad, otpad nakon korištenja)
Pitanja za dizajnera:

29. Primjer dimenzioniranja samostalnog energetskog
sustava u kućanstvu:

30. Jednostavne, ili prikladne tehnologije
Karakteristike:
•ograničenih veličina – npr. male peći na biomasu
•decentralizirane – npr. puno manjih solarnih elektrana
umjesto malog broja velikih
•radno intenzivne – npr. ručne pumpe, bicikli
•energetski učinkovite – npr. pasivna solarna arhitektura
•ekološki prihvatljive - prirodni i reciklirani materijali
•iz lokalnih izvora – drvo, zemlja, kamen, pijesak,
otpad...

31. Ljudska energija?
- aktivna osoba generira 500W toplinom tijela
- princip "navijanja": 500 W biciklom, 150W ručno
ali: po tržišnim cijenama u EU, ta osoba bi zaradila
svega 0,015€ po satu!
Oprez: kroz povijest, jeftinu energiju je snabdijevao ropski rad!

32. Dobrovoljna ljudska energija?

33. Dobrovoljna ljudska energija?
Plan za studentski dom u
Utrechtu:

22 kata

750 korisnika

100% human powered!
https://www.humanpowerplant.be/

34. Puno efikasnije je grijati osobu, nego zrak u prostoriji!

35. Gravity Light:

36. Jednostavni energetski sustavi i tehnologije
pasivni sustavi

37. pasivni sustavi
Keramički hladnjak
- 2 glinene posude između kojih je vlažan pijesak
- najbolje radi kad je vruće, suho i vjetrovito

38. pasivni sustavi
"žarulja" od boce s vodom
- za podrume i mračne šupe
zalijevanje uz slobodan pad

39. skupo, ali
jednostavno :)

40. Pasivna solarna energija

41. Jednostavni primjeri pasivnih solarnih sustava
plastenici / staklenici

42. Plastenici / staklenici
(naročito učinkoviti uz termalnu
masu ili veću kompostnu hrpu)

43. Plastenici / staklenici
Walipini – dizajn neprikladan za našu zemljopisnu širinu!
–funkcionira samo u hladnoj klimi blizu ekvatora (na
visokim planinama)
–potreban je puno veći nagib prozora kako bi biljke
dobile direktnog sunca zimi

44. Sunčeva klopka

46. pasivno hlađenje

47. pasivno hlađenje

48. pasivno hlađenje

49. pasivno hlađenje

50. pasivno hlađenje

51. solarni tuš

52. solarna pećnica

53. solarna pećnica

54. solarno kuhalo

58. Pasivni solarni uređaji koji mogu biti i aktivni
Auroville, Indija
solarno kuhalo

59. solarni zračni kolektori -
za grijanje prostora

60. solarni zračni kolektori

61. Samogradnja zračnih kolektora!

63. Pasivna solarna energija u arhitekturi
Trombe-ov zid

64. solarna sušara

65. sušara za voće/ bilje
od kartonskih kutija

66. Pasivni solarni uređaji koji mogu biti i aktivni
Zagrijavanje sanitarne vode pomoću zračnih kolektora

67. Zagrijavanje vode – termosifonski efekt

69. Aktivni solarni sustavi
solarni kolektori za zagrijavanje vode s pumpom

70. Aktivni solarni sustavi
solarni kolektori za zagrijavanje vode
Veličina sustava za
kućanstvo (4 člana):
3,6 m2 solarni
kolektori
+ 200l spremnik

71. Samogradnja solarnih kolektora

72. Priručnik za samogradnju solarnih kolektora:
http://s3-eu-west-1.amazonaws.com/zelena-akcija.production/
zelena_akcija/document_translations/830/doc_files/original/pr
irucnik_SK_za_web.pdf
Video-priručnik:
https://www.youtube.com/watch?v=FkYr3-aKziE

73. Fotonaponski sustavi
solarne ćelije – fotoelektrični efekt

74. Autonomni sustavi (off grid)

75. autonomni sustavi

76. Isplativost?

77. snaga elektrane 0,45kW
mjesec mjesečno kWh dnevno (PROSJEČNO) kWh
Siječanj 20 0,68
Veljača 27 0,95
Ožujak 38 1,26
Travanj 47 1,58
Svibanj 53 1,71
Lipanj 51 1,71
Srpanj 58 1,89
Kolovoz 54 1,76
Rujan 46 1,53
Listopad 34 1,13
Studeni 20 0,68
Prosinac 14 0,45
prosječno 39 1,28
UKUPNO
sati rada pri max.
Snazi
Energija sunca FN (Sjeverna Hrvatska, 30º Jug)
464
1030

78. Računanje energetskih potreba za kućanstvo
- važno za dimenzioniranje energetskog sustava
Dnevna potrošnja električne energije,
prosjek
br.potrošači snaga (W)broj potrošača
UKUPNA SNAGA
(W)
prosječno sati
rada dnevno (h)ukupno dnevno (Wh)
0 0,00
0 0,00
0 0,00
0 0,00
0 0,00
0 0,00
0,00 0,00
max. vršna snaga
prosječna dnevna
potrošnja el. energije
(Wh)

79. 1. dnevno
potrebna
energija (Wh)
2. dimenzioniranje
FN modula
3. dimenzioniranje
baterije
- odrediti napon (V)
- kapacitet (Ah)

4. dimenzioniranje ostalih
komponenata
-max. dopuštena struja
-presjek vodiča
-osigurači
-solarni regulator
-inverter
5. odrediti
cijenu
sustava
Primjer dimenzioniranja samostalnog solarnog
fotonaponskog sustava (za proizvodnju el. struje):

80. Dimenzioniranje FN modula – koliko snage (W) nam treba?
Dnevnu potrošnju energije (npr. 850 Wh) dijelimo sa koeficijentima kako bi
dobili snagu modula.

81. Sustavi za praćenje sunca
(povećanje efikasnosti 30 do 40%)

82. Solarna termalna energija
solarni koncentratori -
proizvode toplinu iz
koje se može dobiti
el. struja

83. Stirlingov motor
- radi na toplinu

85. Stirlingov motor

86. Primjer:
ekoselo Tamera

87. Energija vjetra

88. velike vjetroeletrane vs. male kućne vjetrenjače

89. turbine s vertikalnom osi
–nešto manja efikasnost, ali jeftinije su i sigurnije

90. Lokacija u HR Proizvodnja
energije kWh
Nizinski krajevi 450-600 god.
ljeto 120-150
jesen/proljeće150-200
zima 200-400
Gorski krajevi500-750 god.
ljeto 150-200
jesen/proljeće200-240
zima 240-300
Jadran 800-1000 god.
ljeto 200-240
jesen/proljeće240-300
zima 360-...
Primjer malog vjetrogeneratora – 120W

91. moguća samogradnja!

92. moguća samogradnja!

93. Budućnost: vjetroelektrane na zmajeve? (kite power)

nepotrebna masivna konstrukcija

ogromne uštede

sigurni kod orkanskih vjetrova

lako izvediva decentraliziranost

94. Pohranjivanje energije – problem!

95. Budućnost:
decentralizirani sustavi umreženi na nivou zajednice
(microgrids)
- moguće samofinanciranje i veličina prilagođena
mogućnostima i potrebama
- korištenje blockchain tehnologije omogućuje
"razmjenu" kWh i smanjuje potrebu za
baterijama /akumulatorima
npr. Suncoin
- električni automobili mogu funkcionirati kao
stabilizatori mini-mreže

96. Biogoriva
Energija biomase

100. Biogoriva
- emisije CO2 u g/km

101. biodizel od otpadnog ulja
- može u kućnoj radinosti

103. Bioplin

104. Bioplin
- uglavnom metan (CH
4
) i CO
2
- dobiva se anaerobnom razgradnjom
ili fermentacijom organske tvari

105. bioplin od kućnog biootpada

106. bioplin od kućnog biootpada

107. bioplinsko postrojenje Dvor, 135 kW
- koristi otpad iz farme pilića i junica

108. Biomeiler, grijanje na kompost
– izrazito visoka efikasnost, do 98%
pionir: Jean Pain

112. Veličina hrpe?

115. Peći na drva:
- metalne peći cca 50% efikasne
- kaljeve peći cca 70% efikasne
???

116. npr. ruske, finske
Iskoristivost preko 90%!
Masivne zidane peći

117. tzv. finska peć

118. Rocket stove / rocket mass heater
–tzv. raketna peć
Iskoristivost preko 90%!

120. grijaća jedinica masa - akumulacija topline
Rocket stove / rocket mass heater
tzv. raketna peć

130. Mogućnost grijanja više prostorija!

132. Uzgoj biomase – šikara, panjača (coppice, pollard)
Tradicionalno:
- breza, hrast, kesten, joha, lijeska
- rotacija 10 do 20 godina

133. energija biomase
Panjača s kratkom rotacijom (short rotation coppice)
- topola, vrba
(močvarna stabla,
brzorastuća)

134. Uzgoj biomase – šikara (brush)

135. Hidroenergija
mikro-hidroelektrane

136. Geotermalna energija
- iskorištavanje ograničeno na
područja bogata geotermalnim
izvorima

137. toplinske pumpe
- postižu iskoristivost od oko 1 : 8

138. PVGIS – alat za izračun koliko električne energije se može dobiti
od sunca:
http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php#
DIY energija, raznorazni projekti i nacrti:
http://builditsolar.com/
Grijemo se i kuhamo suncem, solarna energija i biomasa (ZMAG
publikacija):
https://docs.wixstatic.com/ugd/c058b2_be250251c58445e1b09
2ae9c2f73e65f.pdf