Energetická a potravinová bezpečnosť – príležitosť pre poľnohospodárov
Súčasná situácia núti európske krajiny prehodnotiť svoj energetický mix. Vo Francúzsku, rovnako ako v Nemecku, platí heslo: odklon od plynu a ropy s cieľom získať energetickú nezávislosť, ale aj CO2 neutralitu. Nie je však možné zabúdať na dodatočné náklady na technológie a nedostatok kvalifikovanej pracovnej sily.
Agrofotovoltaika je v tejto súvislosti obzvlášť sľubná. terraHORSCH hovoril s ľuďmi, ktorí sa na tejto zmene aktívne podieľajú. Sú to: Christian Huyghe, predseda Národného centra pre výskum, inovácie a vzdelávanie v oblasti agrofotovoltaiky, dvaja poľnohospodári Jean Philippe Delacre a Sylvain Raison, Pierre Détain, ktorý je zodpovedný za rozvoj obnoviteľných zdrojov energie v spoločnosti Dijon Céréales, a Paul Buffler, kontaktná osoba pre agrofotovoltaiku v družstve Alliance de coopératives Bourgogne Franche-Comté (BFC).
Perspektívne
„Solárna energia stojí jednoznačne na čele obnoviteľných zdrojov energie,“ hovorí Christian Huyghe. „Keď som bol v roku 2007 predsedom výskumného centra v Lusignane, bola účinnosť modulov solárnej energie 11 %. Dnes je to 22 %, čo je zlepšenie o 100 %, a to sa pravdepodobne ešte zvýši. Hoci v súčasnosti stále existujú problémy s alternatívami, ich dostupnosť z nich robí jeden z najperspektívnejších zdrojov energie. Obavy v súčasnej dobe vzbudzuje skutočnosť, že energia sa obvykle nespotrebúva v čase, keď sa vyrába. Pôvodne EDF (Electricité de France, francúzska elektrárenská spoločnosť) zaviedla špičkové a mimošpičkové časy, aby presunula spotrebu jadrovej energie na noc. Vďaka solárnym panelom však budeme vyrábať viac elektriny cez deň. Takže je to presne naopak.
V závislosti na tom, aký fotovoltaický systém je zriadený na jednom hektári pôdy, je možné ročne vyrobiť až 1 000 MW/h elektriny. Jadrová elektráreň vyrobí 400 000 MW/h ročne. Na vybudovanie jadrovej elektrárne je potrebných viac ako 120 hektárov pôdy. Len fotovoltaika môže na tejto ploche vyrobiť 120 000 MW/h ročne. Plochy, ktoré sú v porovnaní s jadrovou energetikou viazané, nie sú nakoniec také obrovské.
Ak by sa všetka fosílna a jadrová energia mala nahradiť fotovoltaickými panelmi, bolo by potrebných 1,1 milióna hektárov. To sa zdá byť nepredstaviteľné. Len Francúzsko má už 27 814 000 ha poľnohospodárskej pôdy. To zodpovedá iba 3,5 % celkovej poľnohospodárskej pôdy.
Ale nepreháňajme a zostaňme nohami na zemi: Okolo roku 1800 bola všetka energia, ktorá sa používala, poľnohospodárskeho pôvodu. K tomu bola potreba 1/3 poľnohospodárskej pôdy. V tom čase sa menej kúrilo, menej sa jazdilo, a napriek tomu sa na to používalo toľko pôdy.“
Fotovoltaika samozrejme nie je jediným zdrojom energie budúcnosti. Zaujímavým príkladom sú aj e-palivá, ktoré nedávno vyvinula spoločnosť Porsche na báze zeleného a modrého vodíka. Agrofotovoltaika je jedným zo stavebných kameňov energetickej nezávislosti Európy, rovnako ako prísľub opätovného vyrovnania príjmov poľnohospodárskych podnikov.
Francúzska legislatíva
Od 7. februára poskytuje zákon o urýchlení výroby obnoviteľných energií právny rámec pre agrofotovoltaiku vo Francúzsku. Každý projekt musí:
• trvalo prispievať k zakladaniu, udržiavaniu a rozvoju poľnohospodárskej výroby
• poskytovať aspoň jednu z nasledujúcich služieb priamo v teréne: zlepšenie agronomického potenciálu a efektivity, adaptácia na zmenu klímy, ochrana pred nepredvídateľnosťou počasia, zlepšenie životných podmienok zvierat
• poskytnúť poľnohospodárom významnú poľnohospodársku produkciu a udržateľný príjem
• umožniť, aby poľnohospodárska výroba zostala hlavnou činnosťou na pozemku a bola vratná.
Fotovoltaické moduly a poľnohospodárstvo – realita?
Zmena klímy, dopyt po energii, očakávania spoločnosti, znižovanie poľnohospodárskych vstupov, hospodárenie s vodou, obchod, blízkosť zákazníkom. Z týchto dôvodov sa poľnohospodárstvo, a najmä Alliance BFC, priklonilo k problematike solárnej energie. „Potrebujeme veľké skupiny, ako je TSE alebo Total Energies, aby presadzovali také dôležité projekty. Rozvoj obnoviteľných zdrojov energie je pre nás poľnohospodárov príležitosťou. Musíme to robiť spoločne a konštruktívne, aby sme vytvorili pevný základ na prechod na novú energetiku,“ vysvetľuje Pierre Détain.
Jean-Philippe Delacre potvrdzuje: „Poľnohospodárske prostredie je stále náročnejšie, najmä na plytkých pôdach, na pôdach ílovito-vápenitých, kde je ťažké tradičné striedanie plodín (napr. pšenica-jačmeň-repka). Kvôli problémom so škodcami a zmenou klímy musíme nájsť stabilnú príjmovú základňu, aby sme posilnili naše farmy kvôli kolísaniu cien. V roku 2003 sme zažili prvé veľké sucho. Keď som sa v roku 2017 vrátil na farmu, museli sme sa vyrovnať s tromi po sebe idúcimi rokmi extrémnych klimatických výkyvov. Množstvo zrážok za rok sa nezmenilo, ale ich rozloženie áno. Nás, s našimi plytkými pôdami, tieto ťažké podmienky postihli ako prvých. Napríklad v lese priliehajúcom k našim poliam postupne odumiera 30 % celej populácie bukov. Naše hospodárstvo bolo v rokoch 1960 – 1990 životaschopné vďaka dotáciám v rámci SPP a nízkym nákladom na suroviny. Dotácie SPP sa však znížili. Stroje, hnojivá a pesticídy sú stále drahšie. Stimuly na premenu pôdy, ktorá sa využívala na chov hospodárskych zvierat, na ornú pôdu čoraz viac miznú. Za týchto podmienok je čoraz ťažšie udržať túto pôdu ako ornú.
Vyskúšali sme snáď všetko, aby sme sa poľnohospodárstvom uživili. Ale rastliny, ktoré rastú v suchu, bez hnojív a sú ľahko predajné, neexistujú. Krátke dopravné vzdialenosti sú vždy silným argumentom, ale naša oblasť nie je príliš turisticky navštevovaná a počet obyvateľov na km2 je nízky. Vinárstvo v našej obci tiež nepripadá do úvahy. Vínna réva by bola odolnejšia voči suchu. Nepatríme však ani do departementu Yonne (Chablis), ani do departementu Aube (Champagne), aj keď máme podobnú klímu a pôdu. Na našich pôdach tiež nemôžeme vyrábať Crémant (Bourgogne). Ovocinárstvo by prichádzalo do úvahy pri stromoch, ktoré by plodili do desiatich rokov. U nás je rentabilita príliš dlhá. Intenzívne sa zaoberám udržateľným rozvojom a témou energie. Aj semienko produkuje energiu. Takže nejakým spôsobom už sme výrobcovia energie. Prečo by sme teda nemohli vyrábať aj elektrinu?“
Pierre Détain vysvetľuje: „Dlho sme hľadali, ako merať prínosy agrofotovoltaického projektu. Na tieto účely sme nakoniec využili Land Equivalent Ratio (LER = pozemkový ekvivalent), ktorý sa už používa v lesníctve. Pomocou LER je možné vyhodnotiť účinnosť kombinácie (plodina + fotovoltaika) v rámci vývojového cyklu. Porovnáva výnosy kombinácie (čiže energetický výnos) s výnosmi jednotlivých zložiek. LER zodpovedá ploche s monotypickým využitím, ktorá je nevyhnutná na dosiahnutie rovnakého výnosu ako pri kombinácii. Výroba energie na jednom hektári s vertikálnymi modulmi každých 12 m v kombinácii s pestovaním bio pšenice s výnosom 3 t na ha vedie k LER 1,33. To znamená: 2 hektáre s kombináciou pšenice a fotovoltaických modulov vyprodukujú o 33 % viac ako jeden hektár iba s pšenicou a jeden hektár iba s modulmi.“
„V tomto kontexte LER meria pozitívne a negatívne interakcie, ktoré môžu nastať pri výrobe potravín a energie. Pokiaľ je napríklad kritický nedostatok svetla, je LER nepriaznivý. Na druhej strane, ak tieň chráni kultúry pred zosychaním, je LER pre kombináciu modulov a plodín priaznivý.“
Agrofotovoltaika: Porovnanie projektov
Existujú rôzne typy projektov. Tu predstavujeme dvoch klientov, ktorí sa rozhodli pre dva úplne protichodné varianty.
Sylvain Raison sa v roku 2022 rozhodol pre fotovoltickú strechu. Na ploche 3 ha v obci Amance v departemente Haute Saône – uprostred jeho farmy s rozlohou 850 ha – bolo nainštalovaných 5 500 modulov. Inštalácia vysoká 5 m a so stĺpmi vzdialenými od seba 27 m môže v špičke vyrábať 0,85 MWh a v roku 2023 bola pripojená k sieti. Moduly zachytávajú 60 % svetla a pomocou motorov sledujú dráhu slnka od východu na západ. Je možné naprogramovať rôzne scenáre počasia. Napríklad keď prší, moduly sa najprv naklonia o 45°, a tým sa umyjú. Potom sa úplne sklopia, aby sa voda rovnomerne rozprestrela po poli. Údržbu lán, ktorými sú moduly zavesené, zaisťuje firma, ktorá sa na lanové dráhy skutočne špecializuje. Možno ju však vykonávať mimo pozemkov, tj bez zásahu do plodín. Pokiaľ dôjde k poruche motora, počká energetická spoločnosť, až plodiny dozrejú, a až potom pristaví pracovnú plošinu. Porucha niektorých motorov nemá vplyv na konečnú výrobu energie.
V roku 2021 sa Jean-Philippe Delacre, farmár v Chanay, departement Côte d'Or, rozhodol pre vertikálne moduly s roztečou 12 m, aby mohol ako obvykle používať svoje dva Jokery 8 RT a Terrano 8 FM. Moduly produkujú špičkový výkon 0,237 MWh na hektár a sú inštalované v smere sever-juh. Vďaka vertikálnej orientácii produkujú menej elektriny, ale sú aj lacnejšie na inštaláciu a vyžadujú menej údržby. Jean-Philippe Delacre dodáva: „Kým tradičné južne orientované fotovoltaické panely so sklonom 35 % vyrábajú elektrinu podľa Gaussovej krivky, majú tieto panely výhodu výroby podľa M-krivky. Sú účinnejšie počas tradičnej doby spotreby, teda ráno a večer. To eliminuje niektoré problémy s úložiskom, pretože energia je spotrebovaná okamžite.“ Testuje dve značky týchto obojstranných modulov s rôznymi vlastnosťami.
Prach vznikajúci pri rôznych operáciách v teréne sa zatiaľ na moduloch neusadzuje a neznižuje účinnosť systému.
Oba projekty podporuje, vyvíja a financuje konzorcium zložené z Alliance BFC a dodávateľov energie Total Energies (Jean-Philippe Delacre) a TSE (Sylvain Raison). Na výstavbu elektrární nie sú požadované žiadne verejné prostriedky. Každý projekt má rovnaké fixné náklady na plánovanie a pripojenie. Energetická spoločnosť zodpovedá za predbežný projekt, plánovanie, inštaláciu, pripojenie, údržbu a recykláciu. „To už je veľmi upokojujúce,“ potvrdzujú obaja poľnohospodári.
Obaja poľnohospodári sú platení buď za MWh, alebo za hektár, čo v priemere znamená 1 500 až 1 800 EUR na hektár ročne. Vyhladením trhových cien pšenice za desať rokov získame priemerne 180 € na t. Na ílovito-vápenitých pôdach sa výnosy pri konvenčnom pestovaní pohybujú okolo 7 t na hektár, tj 1 260 € ročne. Ak vyrovnáme výnosy s tradičným striedaním plodín pšenice/repka/jačmeň, zistíme, že výnosy z výroby elektriny sa v priemere rovnajú výnosom miestnych plodín.
Nakoniec sa veľmi priblížite modelu veternej elektrárne, ale s lepšou reverzibilitou. Na zemi je menej betónu a organizácia v oblasti recyklácie je stále lepšia.
Čo hovorí pre jeden a čo pre druhý projekt?
Sylvain Raison argumentuje nasledovne: „Projekt s fotovoltaickou strechou ma okamžite zaujal – ako kvôli výrobe elektriny, tak z pohľadu pestovateľského. Umiestnenie modulov v tejto výške znižuje riziko vymrštenia cudzích telies do ovzdušia a tiež kontaminácie prachom.
Spoločnosť TSE je prvou francúzskou spoločnosťou, ktorá namontovala solárne panely vo výške cez 5 m, čo umožňuje, aby pod nimi mohla jazdiť väčšina strojov, ktoré sú v súčasnej dobe na trhu. Stĺpiky sú od seba dostatočne ďaleko – konkrétne 27 m – aby sme mohli pohodlne vojsť s naším 12 metrovým sejacím strojom HORSCH. Môžem teda využiť svoje existujúce stroje. A pokiaľ v určitom okamihu zmením typ produkcie a budem chcieť existujúce činnosti na svojej farme diverzifikovať smerom k pestovaniu zeleniny, bobuľového ovocia alebo chmeľu, je tento typ zariadenia stále ideálny!“
Jean-Philippe Delacre k tomu pristúpil inak: „Najskôr som chcel nájsť partnera, než som sa pustil do technológie. Oslovil som rôzne spoločnosti dodávajúce energiu, pretože som bol presvedčený, že výrobou elektriny môžem zvýšiť svoj príjem. Môj podnik však nebol v takej dobrej finančnej situácii, nemal potrebné investície, a chýbali tiež potrebné znalosti k naplánovaniu projektu. Dostal som niekoľko zamietavých odpovedí. Pozrel som sa aj na niektoré začínajúce podniky, ale nedokázal som odhadnúť, či sú perspektívne. Total Energies bola prvá spoločnosť, ktorá na moju žiadosť odpovedala kladne, pretože sa nachádzala v procese transformácie. Od roku 2035 sa na americkom a európskom trhu nebude predávať mnoho spaľovacích motorov a jadrová energia je štátnym monopolom. Total Energies sa teda musí preorientovať na riešenie výroby energie z obnoviteľných zdrojov. Preto som sa rozhodol im dôverovať. Čo sa týka technológie, rád by som sa rozhodol pre fotovoltaické panely, ktoré podporujú zatienenie a umožňujú znovu zaviesť chov oviec, aký sme na farme mali pred rokom 1960. Prostredníctvom Total Energies som sa dozvedel o vertikálnych moduloch a toto riešenie mi prišlo podnetné na zachovanie poľnohospodárstva . V štyroch z piatich rokov som sa musel vysporiadať s extrémnymi poveternostnými podmienkami. Moduly by mi mali dlhodobo zaistiť úrodu.“
A čo agronómia?
V spoločnosti Sylvain Raison bola najprv zasiata sója. Tá už prináša prvé sľubné výsledky, hoci pôda bola pri siatí ešte veľmi zhutnená. Sylvain Raison v tejto súvislosti zdôrazňuje: „V hĺbke 30 cm bola teplota pôdy o 3° nižšia ako na referenčných poliach.“
Pierre Détain tiež argumentuje v prospech fotovoltaickej strechy: „Tenzometrické sondy ukázali, že po silnom daždi sa referenčný povrch vrátil k vodnému napätiu rýchlejšie ako testovací povrch. To je samozrejme ideálne počas dlhých období sucha. Tiež evapotranspirácia sa zdá byť pod fotovoltaickou strechou nižšia. Celkovo bol zistený rozdiel 27 stupňo-dní. To zodpovedá posunu vývojovej fázy sóje pod strechou o dva dni. Nie je to však významné, pretože dátum zberu sa neposunul. Napriek tomu to vyvoláva nové otázky: Zhromaždené údaje môžu na jar vyzerať úplne inak. Budú pri siatí na jar pod tieniacou strechou nejaké nevýhody? Budeme musieť siatie odložiť?“
Po inštalácii zariadenia sa vyhĺbili pôdne profily. Tie ukázali, že opakované pojazdy strojov viedli k zhutneniu v prvom horizonte (0–20 cm). Avšak sója vysadená po inštalačných prácach sa vyvíjala veľmi dobre a dosiahnuté výnosy boli na ploche pod modulmi a na referenčnom poli podobné. „Lúka, ktorá bola založená počas stavebných prác, obmedzila zhutnenie a uľahčila pohyb strojov. Našim členom budeme odporúčať, aby lúku založili pred stavebnými prácami a obmedzili tak zhutnenie,“ vysvetľuje Pierre Détain.
Pre Christiana Huygheho je fotovoltaická strecha zaujímavá aj pre plodiny, ktoré v lete potrebujú veľa vody: tráva v oblastiach s chovom oviec alebo lucerny. „Publikácia Sylvaina Edouarda (EDF) ukazuje, že produkciu biomasy lucerny možno zvýšiť o 10 %. Prečo? Keď máte moduly, máte tieň a znižujete evapotranspiráciu pri zachovaní podobného množstva zrážok. Rastlina sa menej rýchlo dostáva do vodného stresu. Pri pšenici je to menej zaujímavé, pretože tá už dosiahla konečnú fázu vývoja, kedy moduly produkujú maximálne množstvo.“
Jean-Philippe Delacre je však opačného názoru. Paul Buffler vysvetľuje: „Medzi modulmi sme zaznamenali zvýšenie teploty o 1,5 °. To bude mať možno významný vplyv na oteplenie pôdy pri jarnom siatí. V prvom roku testovania došlo k malému nárastu priemerného ročného výnosu, bielkovín a špecifickej hmotnosti. To však môže priniesť skutočnú pridanú hodnotu, pokiaľ sa to bude dlhodobo opakovať.“ Pozitívny je už samotný fakt, že fotovoltaický projekt nemá žiadny vplyv na výnosy a kvalitu. Jean-Philippe Delacre dodáva: „Intuitívne je to trochu ako agrolesníctvo, ale pripravené na použitie. Moduly majú efekt vetrolamu To je užitočné pre zníženie účinkov mrazu a evapotranspirácie. A to bez problémov s koreňmi stromov, ktoré sú limitujúcim faktorom pre hospodárenie s vodou.“ Okrem toho sú pod modulmi kryté pásy. V nich je možné vykonávať testy biodiverzity. „V týchto pásoch je oveľa viac užitočného hmyzu, napríklad lienky, ktoré môžu pomôcť s reguláciou škodcov. Ale to treba ešte vedecky potvrdiť,“ dodáva Paul Buffler.
Vykonávajú sa aj testy odrážavosti pôdy a plodín pod modulmi, ako aj testy plodín, ktoré sú najlepšie prispôsobené klimatickým zmenám. Jean-Philippe Delacre si prečítal správy GIEC (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat = Národná expertná skupina pre klimatické zmeny) a vysvetľuje, že „biotop rastlinných druhov sa posúva o 200 km od juhu smerom na sever." Medzi modulmi testuje levanduľu, tymian, rozmarín a saturejku.
Aké agronomické výsledky možno očakávať?To ukáže rok 2023.
Znovu zapojiť poľnohospodárov do diskusie
Oba projekty sú veľmi inovatívne, ale je potrebné ich ešte overiť z agronomického a energetického hľadiska. A čo projekty chovu oviec s pôdnymi modulmi? Sú vládou častejšie zamietané? To nemôžeme s istotou povedať, pretože Francúzsko stále dováža 55 % jahňacieho mäsa a tiež má deficit v chove hydiny. Aj tu môžu byť fotovoltaické panely celkom zaujímavé. Tým skôr, že každý rok stráca 30 000 ha chudobnejšej pôdy svoju poľnohospodársku využiteľnosť. A toto by bol dobrý spôsob, ako zaistiť, aby si tento úžitok zachovali. Bez ohľadu na to, ako tému uchopíte. Všetci zúčastnení sú víťazmi: spoločnosť vďaka energetickej nezávislosti, životné prostredie vďaka zníženiu emisií CO2, poľnohospodári vďaka novému zdroju príjmov a ochrane plodín a víťazmi sú aj dodávatelia energie. VŠETCI sú víťazmi iba a jedine vtedy, ak si poľnohospodári uvedomia výzvy, ktoré sa v ich odbore objavujú. Projekty sú pre vlastníkov pôdy mimoriadne výhodné. Je najvyšší čas, aby sa poľnohospodári zapojili do týchto diskusií a vyhlásili tieto projekty za svoje. Možno by sa o tom všetkom dalo rozhodnúť pod záštitou družstiev. Ak poľnohospodári spoja svoje sily a využijú výrobu energie ako doplnok k rastlinnej výrobe, môžu mať šancu získať rešpekt, zaistiť si príjem a ťažiť z úspor z rozsahu. Treba si však uvedomiť, že Francúzsko a Európa sa nemôžu spoliehať na jednu a tú istú energiu. Kombinácia musí byť vyvážená!