Kněžice – energeticky soběstačná obec

Kněžice jsou dnes energeticky soběstačnou obcí. Inspirací pro odvážný krok – výstavbu bioplynové stanice a kotelny na biomasu – byl prý „návrat ke kořenům“, do dob, kdy naši předkové dokázali zdroj veškeré potřebné energie vypěstovat na polích nebo získat od zvířat. Dnes zde vyrábí elektřinu, bioplyn, horkou vodu, topné pelety z biomasy i kvalitní hnojivo.

Jak to celé vzniklo
V roce 2001 se tato obec začala potýkat s otázkou, zda do obce zavést plyn, vybudovat obecní splaškovou kanalizaci a čistírnu odpadních vod. V té době se ve většině místních domů topilo uhlím nebo dřevem a každý měl vlastní žumpu nebo septik. Řešení bývá jasné, ovšem ne tak zde – do hry vstoupil nápad na výstavbu bioplynové stanice. Inspiraci vzal starosta Milan Kazda už na teplárenských dnech v Hradci Králové, ale k projektu bylo ještě daleko, protože takový projekt je v České republice ojedinělý. Téměř pět let.

Nejprve byla ovšem vyprojektována obecní kotelna na biomasu a teplovody, což bylo velmi drahé. Právě proto se jevilo jako dobrý nápad připojit ke kotelně i bioplynovou stanici – elektřina je na rozdíl od tepla dotovaná a teplo je jejím vedlejším produktem. Ne všichni obyvatelé to tak brali, někteří se báli zápachu, ale nakonec se do projektu přihlásilo 142 zájemců.

Stavební práce započaly v listopadu 2005 a o necelý rok později už byl celý komplex v provozu. Tvoří ho bioplynová stanice s kogenerační jednotkou, výtopna na spalování slámy a dřevního odpadu. Dále se vybudovaly teplovodní rozvody z předizolovaného potrubí. Jednotlivé domy mají předávací stanice, přes které se dostane teplo z kotelny a bioplynové stanice do těchto domů, kde slouží pro ohřev vody i vytápění. Bioplynová stanice se postará o obsahy septiků a žump a o jiný organický odpad, například ze stravoven, ze zemědělské farmy nebo jatek. Jejím jediným „odpadem“ je přitom kvalitní hnojivo pro zemědělství.

Zastupitelům se podařilo projekt podpořit ze zdrojů operačního programu Infrastruktura Evropského fondu pro regionální rozvoj a z prostředků Státního fondu životního prostředí, menší část si museli půjčit v bance. Obec založila vlastní společnost s ručením omezeným, které provozuje kotelnu i bioplynovou stanici. Ta vydělává obci peníze a zaměstnává pět jejích obyvatel. Provoz je plně automatický včetně diagnostiky a dálkového hlášení poruch, zaměstnanci mohou volit pouze provozní parametry, doplňují vstupní suroviny, manipulují s těmi výstupními apod.

Objekty kotelny a objekty bioplynové stanice jsou umístěny od sebe odděleně v oploceném obecním areálu na severovýchodním okraji obce. Technologie bioplynové stanice a technologie kotelny jsou propojeny navzájem teplovodním potrubím a informační kabeláží a jsou připojeny na distribuční elektrizační síť 22 kV přes společné trafo 600 kVA, 0,4/22kV.

Bioplynová stanice
Stanice se skládá z příjmové homogenizační jímky o objemu 180 m³, hygienizační linky s kapacitou 10 tun materiálu za den, jednoho vytápěného anaerobního reaktoru – fermentoru (2 500 m³) s nasazeným beztlakovým plynojemem (1 000 m³), jedné kogenerační jednotky s elektrickým výkonem 330 kW a s tepelným výkonem 400 kW a dvou skladovacích nádrží (2 × 6 500 m³) na vzniklé hnojivo – tekutý vyfermentovaný substrát. Součástí stanice je i nová trafostanice 22/0,4 kV pro vyvedení elektrického výkonu kogenerační jednotky do elektrizační sítě.

Stanice zpracovává veškeré biologicky rozložitelné druhy odpadů: kejdu hospodářských zvířat, trávu, obsah z místních septiků a žump, ale i zbytky jídel z restaurací a odpady z jatek. To je možné díky vybavení tepelnou hygienizací rizikových vstupních surovin. Vzniklé kapalné organické hnojivo je používáno na místních zemědělských pozemcích.

Vznikající bioplyn je spalován v kogenerační jednotce, která vyrábí elektřinu a teplo. Stanice i jednotka jsou v provozu nepřetržitě. Zde vyrobená elektřina se prodává do sítě a teplo se z menší části využije pro ohřev fermentoru a veškeré zbylé teplo se trvale dodává do rozvodu tepla v obci.

Kotelna na biomasu
Je určena především pro spalování slámy (len a energetický šťovík) v obřích balíkách a drobného dřevního odpadu. V kotelně se nachází jeden kotel na spalování slámy o výkonu 800 kW a jeden kotel na spalování dřevní štěpky s výkonem 400 kW, provozní zásobníky paliva na 8hodinový automatický provoz, krytý sklad paliva na 2 týdny provozu při jmenovitém výkonu, čerpací stanice cirkulace topné vody, chemická úpravna vody a systém udržování tlaku v soustavě. Popel je využíván jako zemědělské hnojivo.

Kotelna na biomasu je v provozu podle potřeby pouze v topném období, v době, kdy by přebytečné teplo z bioplynové stanice samo nestačilo na vytápění  obce.

Rozvod tepla
Rozvod je veden předizolovaným potrubím o celkové délce cca 12 000 m. Jmenovité teploty topné vody činí 105/70 °C. K soustavě CZT je přes tlakově nezávislé předávací stanice s automatickým provozem připojeno 148 odběratelů tepla. Předpokládaná nejvyšší spotřeba tepla soustavy CZT včetně ztrát teplovodů je cca 1 600 kW. Potrubí má diagnostický systém pro případné poruchy a netěsnosti.

Linka na výrobu pelet
Pelety se vyrábějí z dřevního, zemědělského odpadu a z cíleně pěstovaných plodin. Linka na jejich výrobu se nachází mimo areál bioplynové stanice. K sušení pilin je využíváno odpadní teplo z kogenerace.

Ekonomika projektu
Častým problémem bioplynových stanic je to, že nejsou schopny využít větší část vyrobeného tepla, které se pak musí vypustit přes ventilátorové chladiče do ovzduší. V Kněžicích je ale tento nedostatek odstraněn, což je zároveň ekologické i ekonomické. Kotle se mimo topné období nemusí vůbec uvádět do provozu.
Finance na uskutečnění projektu pocházejí ze zdrojů uvedených v tab. 1.

Na počátku projektu byly očekávány zisky uvedené v tab. 2. Toto očekávání ale neodpovídá dnešní realitě.
Celé dílo stálo 135 milionů korun, ale pokud by obec byla plátcem DPH, cena by se zvýšila. Dalších 40 miliónů Kč můžeme odečíst jako náklady na čistírnu odpadních vod a kanalizaci, které by bylo nutné vybudovat. Po uvedení do provozu byla technologie v Kněžicích doplněna o další nutné komponenty – například o akumulátor tepla, o hermetické zastřešení první uskladňovací nádrže substrátu a o zařízení pro odsíření bioplynu, což stálo další 4 miliony Kč. Celková investice včetně DPH byla tedy v Kněžicích cca 139 milionů Kč. Asi 45 % z celé této investice bylo vynaloženo na vybudování bioplynové stanice, 40 % na vybudování rozvodu tepla v obci a 15 % na vybudování kotelny na biomasu. Celková návratnost investice tak činí 15 let. Návratnost investic je sice dlouhá, ale vzhledem k očekávatelnému růstu cen energie se investice do tohoto typu energetiky jeví jako rozumná.

Také pro obyvatele je odběr výhodný. Zaplatí 10 000 Kč za připojení a 275 Kč za 1 GJ. Na počátku to bylo o něco málo dražší než topení uhlím, dnes už to je levnější, o plynu ani nemluvě. Navíc je ve smlouvě uvedeno, že cena se bude pro odběratele zvyšovat pouze se zvýšením DPH a inflací. Peníze za energii se navíc budou soustředit opět do regionu, což může být pro odběratele také pozitivní.

Obec tedy podle tab. 2 získá za rok asi 3 miliony Kč. Pokud bychom neodečítali náklady, které zůstanou „v obci“, tedy náklady na pěstování biomasy a palivo pro kotelnu a za mzdy, ale ještě připočetli „ušetřené“ platby obyvatel za elektřinu a uhlí, dostaneme se na finanční přínos obci 8 milionů Kč za rok. Prostá návratnost investice tak činí asi 28 let. Bohužel tedy stále taková investice nemá smysl bez dotace, navíc musíme počítat i s výhodnými, opět dotovanými výkupními cenami elektrické energie.

Budeme-li hovořit v jednotkách energie, pak dodávka tepla do teplovodu v Kněžicích činí 3 200 MWh, ovšem ztráty teplovodu jsou vzhledem k velikosti soustavy téměř 40 %. Kogenerační jednotka z tohoto čísla vyrobí přibližně polovinu. Pro druhou polovinu, vyrobenou v kotelně na biomasu, je spotřebováno asi 7 000 GJ biomasy. Ale pokud jde o vytápění a ohřev vody, jsou Kněžice skutečně soběstačné.

Pokud jde o elektřinu, lze mluvit o pomyslné soběstačnosti: bioplynová stanice sice vyrobí více energie, než spotřebuje celá vesnice, ale celý areál i všichni obyvatelé obce jsou dále napojeni na veřejnou elektrickou síť.

Zkušenosti a výhled
Vzhledem k malé zkušenosti dodavatelů tohoto projektu se objevily drobnější závady, které byly opraveny ještě v záruční době, i větší problémy. Jak již bylo zmíněno, dokupovalo se například zařízení na odsíření bioplynu, protože obsahoval velké množství H2S. Dále se dodatečně hermeticky zastřešila 1. uskladňovací nádrž a vyřešilo se zachycování uvolňovaného bioplynu z nádrže, což pomohlo odstranit nepříjemný zápach v okolí.

Ekologické přínosy projektu spočívají v úspoře fosilních paliv a snížení škodlivých emisí jak přímo v obci, tak při výrobě toho množství elektřiny, které vyrobí kogenerační jednotka v Kněžicích a nebude muset být vyrobeno v českých uhelných elektrárnách.

Mezi další přínosy pro životní prostředí patří:

• racionální likvidace zemědělského, dřevního a komunálního organického odpadu,
• ozelenění krajiny, zlepšení vláhových poměrů – zadržování vody v krajině,
• diverzifikace zemědělské výroby – pěstování alternativních energetických plodin a bylin,
• přínos ekonomice zemědělských farem a obcí,
• výroba kvalitních hnojiv a vracení organické složky do půdy.

V roce 2007 získala obec Kněžice Evropskou cenu za energetickou efektivnost – European Energy Award. Mimo projektu ESO Kněžice byla oceněna například i zvýšená efektivita veřejného osvětlení a vlastní výroba topných pelet z biomasy v obci. Toto ocenění Kněžice získaly teprve jako třetí projekt ze zemí střední a východní Evropy.

Zpracováno redakcí z podkladů poskytnutých Milanem Kazdou, starostou obce Kněžice.
Obrázky: Milan Kazda