Kaip kuo efektyviau panaudoti lėšas, siekiant ekonominio ir socialinio klestėjimo – Hamleto vertas klausimas. Investuojant į mokslinius tyrimus, būtina motyvuotai pasirinkti prioritetus. Lietuvos sporto prioritetas – krepšinis, o kas dominuoja moksle?

Norėdamos gauti finansavimą iš Europos Sąjungos fondų artimiausiems šešeriems metams, ES narės įsipareigojo parengti Sumanios specializacijos strategijas. Jose kiekviena šalis numatys savo šalies mokslinių tyrimų ir eksperimentinės plėtros bei inovacijų raidos kryptis ir prioritetus. Iš esmės tai reiškia – nustatyti, į kurias mokslo ir technologijų sritis investuoti, kad jos atneštų kuo daugiau ekonominės naudos valstybei bei visuomenei. Ir ne tik Lietuvai, bet ir Europai ar net pasauliui.

„Tai, kas susiformavo Lietuvoje, ilgo pasirengimo procesas. Teko nuo pat pradžių dalyvauti, aptariant kokios problemos, su kokiais iššūkiais susiduria Lietuvos visuomenė, ekonomika, mokslas. Visa tai aptarus, išryškėjo šešios proritetinės kryptys. Tarp jų – energetika ir tvari aplinka“, – pasakoja VGTU Pastatų energetikos katedros vedėjas prof. Vytautas Martinaitis.

Energetika – ir socialinių mokslų sritis

Vienas iš esminių reikalavimų – glaudus mokslo ir verslo bendradarbiavimas. Bus finansuojami tyrimai, galintys išspręsti konkrečias problemas. Pavyzdžiui, sukurti saugesnį funkcinį maistą, naujas medžiagas, pasižyminčias unikaliomis savybėmis, biotechnologijas visuomenės sveikatai gerinti, tobulesnius transporto bei logistikos sprendimus ir t.t.

Apie kitas sumaniosios specializacijos kryptis papasakosime artimiausiose straipsniuose, o šįkart kalbėsime apie energetiką.

„Dermė tarp verslo ir mokslo išgrynino perspektyviausias kryptis. Išryškėjo tokios temos, kaip sumaniosios sistemos, pastatai, miestai, generatoriai. Kita grupė – biomasė ir atliekos energetikai panaudoti, tausoti aplinką. Trečia ne iš karto priimta ir suprasta – skaitmeninė statyba arba informacinis pastatų modeliavimas. Ir ketvirta – saulės energetika“, – LRT Televizijos laidoje „Mokslo ekspresas“ vardina V. Martinaitis.

Po sumanios specializacijos krypties „Energetika ir tvari aplinka“ antrašte slypi tokie iššūkiai: taupus ir efektyvus energijos vartojimas; energijos perdavimo ir tiekimo tinklų modernizavimas; energijos gamybos šaltinių diversifikavimas; neigiamo energetikos poveikio aplinkai mažinimas.

Tai svarbu visam pasauliui, kurio energetiniai poreikiai nuolat auga. Norint pasiekti šiuos tikslus, reikia ne tik naujų technologijų. Svarbu įvertinti ir žmonių elgesio pokyčius. Todėl energetikams neretai praverčia ir socialinių mokslų žinios.

„Jeigu kalbame apie poreikius karštam vandeniui, tai glaudžiai susiję su vartotojais ir jų elgsena. Tai – socialinių mokslų sritis. Galime pažiūrėti, kokia karšto vandens vartojimo evoliucija. Prieš 20 metų skalbyklių nebuvo. Dabar jos jau yra kiekviename name ir dažniausiai joms naudojamas šaltas vanduo. Vonios irgi praktiškai nebeįrenginėjamos. Yra dušas. Ir netgi indų plovyklėse naudojamas šaltas vanduo. Karšto vandens poreikis mažėja“, – tvirtina dr. Giedrius Šiupšinskas iš VGTU Pastatų energetikos katedros.

Vertinti sudėtinga

Vienas svarbiausių globalių prioritetų – mažai energijos naudojantys pastatai su atsinaujinančią energiją vartojančiais generatoriais. Kol kas sunku ir dar neįprasta vertinti energetinį efektyvumą iš anksto, projektuojant tokį pastatą.

Todėl šiuo metu VGTU Pastato energetikos ir mikroklimato sistemų laboratorijoje kuriami įvairių energiją naudojančių sistemų efektyvumo vertinimo modeliai.

„Mūsų sritis yra galutinis vartotojas, pastatas, žmonės, jiems reikalingos paslaugos. Kuomet generatoriai yra sklype. Kalbama apie atsinaujinančius energijos išteklius pastatuose. Kompleksinį jų panaudojimą konkrečiomis sąlygomis ir visus metus“, – aiškina V. Martinaitis.

„Bandome pastate galimas atsinaujinančių išteklių technologijas pritaikyti ir įvertinti, kaip pastatuose tai veikia. Pagrindinė problema – 40 proc. ES energijos poreikio yra pastatuose. Didžioji dalis jų yra seni. Juos reikia modernizuoti“, – teigia G. Šiupšinskas

Modeliuose vertinama bendra saulės, vėjo, grunto, vandens ir oro teikiama energija ir jos panaudojimo galimybės šildymo, vėsinimo, vėdinimo, karšto vandens ruošimo ir apšvietimo sistemoms.

Norint tai sužinoti, reikia apskaičiuoti sklypo energinį potencialą ir pagal jį kartu su architektais bei konstruktoriais rengti mažai energijos naudojančio pastato projektą. Tokios modeliavimo priemonės koncepcija kuriama nacionalinės mokslo programos „Ateities energetika“ projekte.

„Reikia skaičiuoti, modeliuoti, kiek per visus metus, iš grunto, iš saulės, iš vėjo, kitų išteklių galima gauti energijos. Ar pastatas, esantis konkrečiame sklype, galėtų pats apsirūpinti energija, naudodamas modernias, aplinkai draugiškas technologijas“, – „Mokslo ekspresui“ pasakoja V. Martinaitis.

Pagal naudojamą bendrąjį tvarumo kriterijų skaičiuojama, kiek įvairioms pastato sistemoms reikia energijos, įvertinamas patalpose pasiekiamas komforto lygis. Taip pat atsižvelgiama, ar toks pastatas teršia aplinką, kiek jis išskiria anglies dioksido. Skaičiuojamos ir išlaidos.

„Mažai kas dar gali įvertinti tuos pastatus, kuriuos nuo 2020 metų privalėsime statyti. Jie vadinami beveik nulinės energijos pastatai. Tai aprašyta ES direktyvose. Tame pastate – visai kitos šildymo, kitų energijos poreikių proporcijos“, – sako V. Martinaitis.

Vienintelė tokia Baltijos šalyse

Pasaulyje jau yra sukurta įvairių technologinių sprendimų, kaip naudoti atsinaujinančius išteklius. Deja, tai kas tinka, tarkime, Vokietijai, ne visuomet pritaikoma Lietuvai. Neatsižvelgus į gamtines sąlygas, rezultatais galima nusivilti.

Antai viena didžiausių atsinaujinančių energijos šaltinių problemų – jų nepastovumas. Be to, ištekliai elgiasi vienaip, o vartotojai – kitaip.

„Jeigu kalbėtume apie saulę, vėją, svarbu suderinti energijos poreikį su tų šaltinių ištekliais. Tada atsiranda klausimas – kaip akumuliuoti energiją? Akumuliatorius, generatorius ir vartotojas – tuos dalykus reikia suderinti. Kita vertus, žmogus nori pats aktyviai dalyvauti savo mikroklimato aplinkos sudaryme ir todėl skirtingų sistemų derinys turi būti aktyvus“, – sako G. Šiupšinskas.

Savo laboratorijoje ir ant pastato stogo mokslininkai įrengė saulės kolektorius, gaminančius šilumą iš saulės energijos. Vasarą tą šilumą galima paversti vėsa. Tai atlieka vienintelė kol kas Baltijos šalyse veikianti adsorbcinė vėsinimo mašina.

„Turime saulės sieną. Tai – įrenginys, kuris saulės energiją naudoja orui pašildyti. Antai žiemos metu, kai lauke yra 15 šalčio, oras, kurį naudojam vėdinimui, perėjęs per saulės sieną, sušyla iki penkių ar dešimties laipsnių. Nenaudodami jokių papildomų šilumos šaltinių, mes susišildome orą dvidešimt penkiais laipsniais. Tokius sprendimus bandome tarpusavy suderinti ir integruoti į pastato sistemas“, – pasakoja G. Šiupšinskas.

Pasaulyje ir Europoje siekiama, kad tokios sistemos ne tik gamintų energiją, elektrą, šilumą, bet ir pakeistų kai kuriuos konstrukcinius elementus. Tarkime, saulės elementai jau dabar sėkmingai pakeičia stogo dangą, atlikdami dvi funkcijas.

„Kalbant apie saulės elementus, technologijos sparčiai pinga. Vėjo energetika ne visur tinka. Pagrindinė bėda, kad miestuose vėjo greitis nėra pastovus ir kryptis nėra pastovi. Todėl generuoti elektrą iš vėjo sudėtinga“, – tvirtina G. Šiupšinskas.

Norint įkinkyti vėją, lemia net tokios detalės, kaip vėjo jėgainės vieta ant stogo. Šiaip ar taip, tendencijos akivaizdžios – Europos mokslininkai ir inžinieriai pastatuose mėgina integruoti kuo įvairesnes energijos generavimo sistemas.

„Mažai energijos naudojantis pastatas turėtų būti statomas nuo 2021 metų. Tuose pastatuose energijos poreikis yra labai mažas. Šildymui tas poreikis beveik nulinis. Reikia tik pašildyti šaltą orą ir ruošti karštą vandenį. Technologijos, kurios įrengiamos tokiuose pastatuose, turi užtikrinti tokius konkrečius poreikius“, – „Mokslo ekspresui“ pasakoja G. Šiupšinskas.

Sutaupoma beveik trečdalis energijos

VGTU mokslininkai jau yra sukūrę keletą daugiabučių ir individualių namų skaitmeninių modelių. Tyrimų rezultatai liudija, jog gyvenant išmaniajame, pagal skaitmeninio modeliavimo sistemos pasiūlymus statytame daugiabutyje, galima sutaupyti beveik 28 proc. energijos, vien tinkamai parinkus pastato formą.

Atsižvelgus į kitus pasiūlymus, ekonominis efektas dar labiau išauga. Elektrą apšvietimui ir inžinerinėms pastato sistemoms pastatas pasigamins pats. Dar reikia sukurti sistemą, kaip bus keičiamasi energija su centralizuotu elektros tinklu.

„Ant stogo turime saulės kolektorius, kurie saulės energiją verčia į šilumą ir perduoda ją į laboratoriją. Laboratorijoje yra akumuliacinės talpos, kuriose yra skystis. Ant stogo yra dviejų tipų saulės kolektoriai. Mes žiūrime, kaip tas efektyvumas kinta, kaip sistemas naudoti įvairiu metu“, – aiškina G. Šiupšinskas.

„Skirtingų technologijų integravimas kompiuteryje vis vien rizikingas. Čia naujų atradimų nėra. Vyksta žinomi klasikiniai procesai. Tačiau kaip jie tarpusavyje pradeda veikti laike, skirtingomis sąlygomis, mes ir testuojame.“

Sumanūs gyventojai – sumanus pastatas

Bręstančios trečiosios pramonės revoliucijos vienas iš trijų komponentų – greta informacijos ir logistikos interneto – yra energijos internetas. Tikimasi, jog per pora dešimtmečių vis daugiau namų ūkių pažangiausiose valstybėse patys gaminsis energiją, o jos perteklių galės parduoti, naudodami globalų energijos tinklą.

Tarptautinė energetikos agentūra prognozuoja, jog saulės jėgainės 2050 metais pasaulyje gamins daugiau elektros energijos, nei elektrinės, naudojančios kitas tradicines technologijas.

Iki 2020 metų investicijos į pastate veikiančią saulės jėgainę kartu su elektros akumuliavimo įranga, reikalinga dieną generuojamai elektrai išlaikyti, buitiniams vartotojams išsivysčiusiose šalyse atsipirks maždaug per 6–8 metus, o dar po dešimtmečio – dvigubai greičiau.

„Šiandien elektra beveik tapo internetine. Galime pirkti nežinia iš kur gaminančio įrenginio elektrą. Su elektra jau taip atsitiko. Bet atsiranda ir kita tendencija, kad generatoriai pradeda keltis iš centre stovinčių galingų generatorių į kiekvieną pastatą. Sistema pasidaro kitokia, sumani“, – pasakoja V. Martinaitis.

Tokios sumanios sistemos sudėtinės dalys – įvairių tipų generatoriai, aprūpinantys būstą ne tik elektros energija, bet ir šiluma, vandeniu ir pan. Vienas energetinis sumaniųjų specializacijų prioritetas vadinasi „Išmaniosios energijos generatorių, tinklų ir vartotojų energetinio efektyvumo, diagnostikos, stebėsenos, apskaitos ir valdymo sistemos“.

Sumani sistema turėtų pasirūpinti, kiek reikės elektros ar šilumos, kuo kada geriausia šildytis, vėsintis ar apsišviesti. Ji kuriama konkrečiame sklype esančiam pastatui ir jo gyventojui.

„Esame parengę algoritmą, kaip pastatas nuolatinės stebėsenos procese sau pats kuria rekomendacijas. Jis randa savo silpnąsias vietas ir pats formuoja pasiūlymą ar sprendimą“, – sako V. Martinaitis.

Taip nepastebimai pastatas tampa vis sumanesnis. Būtina, kad ir tokio namo gyventojai būtų nemažiau sumanūs, suvokiantys sistemos privalumus, jos perspektyvas, ekonominį bei ekologinį efektą ir norintys ją įdiegti.

„Sumaniosiose specializacijose yra numatyta, ką reikia atlikti su pastatu, kad jis galėtų būti parengtas sumaniam valdymui. Jį reikia kiek pertvarkyti“, – aiškina V. Martinaitis.

Tikisi žmonių ir valdžios supratingumo

Inžinieriai ir mokslininkai vis geriau supranta pastatuose vykstančius energijos generavimo ir apykaitos procesus, naujųjų technologijų ypatybes, tad belieka idėjas ir sprendimus paversti algoritmais, pasinaudojant IT specialistų pagalba.

„Naujuose pastatuose po 2021 metų turėsime geriausia, ką turi ir kitos Europos šalys. Pagrindinė problema – senieji pastatai, o naujųjų sprendimų, kurie leistų tuos pastatus patobulinti, kol kas trūksta, jie diegiami lėtai“, – laidoje „Mokslo ekspresas“ tvirtina G. Šiupšinskas.

Šiuo metu vykstanti daugiabučių renovacija orientuojasi į dabartinius reikalavimus. Jai įsibėgėjus, bus sunku ir finansiškai brangu keisti technologinius sprendimus. O tai įvyks, nes po 2021 metų keliami reikalavimai energijos vartojimo efektyvumui augs.

Jau dabar reikia ruošti ateičiai, siūlyti esamų pastatų modernizavimo finansavimo modelius, kurie skatintų vartotojus pasirinkti efektyvesnius, bet sudėtingesnius sprendimus. Pavyzdžiui, nepakankamai dėmesio skiriama pastato vėdinimo problemoms. Kol kas Lietuvoje nėra tokių demonstracinių projektų.

„Stengiamės prisidėti, kad jau dabar integruotume sprendimus, kurie liktų nauji ir po dešimties metų. Labai tikiuosi, kad valdžia tą supras. Ir žmonės supras, kad vertėtų šiek tiek daugiau pinigų investuoti dabar, ir tą naudą pajusti po dešimties metų“, – viliasi G. Šiupšinskas.