Bioenergia. Dr Magdalena Rogulska PIMOT. Zespół Energetyki Odnawialnej (poprzednio ECBREC / IPiEO)

Transkrypt

1 Bioenergia Dr Magdalena Rogulska PIMOT Zespół Energetyki Odnawialnej (poprzednio ECBREC / IPiEO) Letnia Szkoła SEMS w ramach projektu UE Sustainable Energy Management Systems (SEMS), Słubice,

2 Zawartość prezentacji Uwarunkowania rozwoju bioenergii Stan wykorzystania w Europie i Polsce Biomasa stała Biopaliwa ciekłe Biometan w transporcie

3 Dlaczego OZE i bioenergia??? Środowisko Aspekty globalne: redukcja emisji CO2, protokół z Kioto, odnawialne źródło energii Aspekty lokalne: redukcja niskiej emisji, Bezpieczeństwo energetyczne Globalne, długoterminowe : nowe źródła energii wykorzystanie zasobów lokalnych, planowanie energetyczne Ekonomia Rozwój lokalny: miejsca pracy, średnie i małe przedsiębiorstwa, aktywacja obszarów wiejskich Wsparcie bilansu lokalnego oraz rozwoju społeczności lokalnych

4 Definicja biomasy Biomasa oznacza ulegającą biodegradacji część produktów, odpadów lub pozostałości pochodzenia biologicznego z rolnictwa (łącznie z substancjami roślinnymi i zwierzęcymi), leśnictwa i powiązanych z nimi przemysłów, w tym rybołówstwa i akwakultury, a także ulegające biodegradacji frakcje odpadów przemysłowych i komunalnych Biopaliwa oznaczają ciekłe lub gazowe paliwa dla transportu, produkowane z biomasy Biopłyny oznaczają ciekłe paliwa dla celów energetycznych, innych niż w transporcie, w tym do wytwarzania energii elektrycznej oraz ciepła i chlodu, produkowane z biomasy Źródło: Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady nr 2009/28/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r.

5 POLITYKA KRAJOWA/ EU Zmiany klimatyczne - produkcja OZE, efektywność energetyczna Bezpieczeństwo energetyczne Wsparcie przemysłu krajowego Ochrona środowiska - bioróżnorodność, woda, powietrze NAUKA I TECHNOLOGIA Dostępność innych OZE Rozwój produkcji bioenergii Agrotechnika Nowe odmiany RYNEK Konkurencja z paliwami i OZE Konkurencja z importem biopaliw Konkurencyjne użytkowanie ziemi - produkcja żywności, rośliny przemysłowe, ochrona przyrody, rekreacja itp. ZAPOTRZEBOWANIE NA BIOENERGIĘ Mechanizmy wsparcia Różnorodność biologiczna Zasady odłogowania i ugorowania System planowania przestrzennego możliwość optymalnego doboru lokalizacji przetwórni i organizacji zaplecza surowcowego Wpływ na bioróżnorodność i zasoby wodne Technologie zbioru, przechowywania i przetwarzania Relacje cenowe dla różnych upraw energetycznych Czy produkcja bioenergii może przynosić zyski konkurencyjne do produkcji tradycyjnej? PRODUKCJA BIOMASY (skala, lokalizacja, logistyka, zastępowane uprawy) WPŁYW PRODUKCJI BIOMASY NA ROZWÓJ ZRÓWNOWAŻONY

6 Ograniczenie globalnego ocieplenia Europejska polityka energetyczna Zielona Księga Plan działania 2007 Pakiet energetyczny 2007, Rada Europy 2006 Rada Europy 2007 Gospodarka zrównoważona Rynek wewnętrzny Relacje zewnętrzne Europejska polityka energetyczna do 2020 r. stawia ambitne cele ilościowe: 20% redukcji emisji gazów szklarniowych w stosunku do poziomu z 1990 r. 20% zmniejszenie zużycia energii 20% udział energii ze źródeł odnawialnych w zużyciu energii w UE w roku 2020

7 Zużycie biomasy w UE (Eurostat 2008) Ok. 60% udziału w zużyciu OZE Ok. 6,7% udziału w zużyciu finalnym energii Ciepło z biomasy 62,8 Mtoe (w tym ciepło sieciowe 7,8 Mtoe) Produkcja energii elektrycznej 8,1 Mtoe Biopaliwa transportowe 10 Mtoe

8 Biomasa w KPD Na stronie Komisja Europejska umieściła Krajowe Plany działań państw członkowskich, Na zlecenie KE holenderski instytut ECN przeanalizował 21 planów, a następnie 13 grudnia 26 planów, dane są zestawione w raporcie opublikowanym na stronach KE i ECN 8

9 Biomasa w KPD (EU) W 2020 r. największy udział w produkcji OZE będzie miała zielona energia 45%, następnie ciepło i chłód 43%, pozostałe 12% - transport. Biomasa będzie stanowiła ok. 12% w całkowitym zużyciu energii, i ok. 55% zużycia OZE. Produkcja ciepła będzie nadal najważniejszym sektorem bioenergii. Biomasa leśna pozostanie głównym źródłem surowca, procentowo jej udział zmniejszy się, zwiększy się procentowy udział biomasy z rolnictwa, nieznacznie wzrośnie udział biomasy odpadowej.

10 Polityka energetyczna Polski do roku 2030 Podstawowe kierunki: 1. Poprawa efektywności energetycznej 2. Wzrost bezpieczeństwa energetycznego 3. Dywersyfikacja struktury wytwarzania energii elektrycznej poprzez wprowadzenie energetyki jądrowej 4. Rozwój wykorzystania odnawialnych źródeł energii, w tym biopaliw 5. Rozwój konkurencyjnych rynków paliw i energii 6. Ograniczenie oddziaływania energetyki na środowisko

11 Cele w obszarze OZE Wzrost wykorzystania OZE w finalnym zużyciu energii do 15% w roku 2020 oraz dalszy wzrost tego wskaźnika w latach następnych Osiągnięcie w 2020 roku 10% udziału biopaliw w rynku paliw transportowych oraz utrzymanie tego poziomu w latach następnych Ochrona lasów przed nadmierną eksploatacją w celu pozyskiwania biomasy oraz zrównoważone wykorzystanie obszarów rolniczych na cele OZE, w tym biopaliw, tak żeby uniknąć konkurencji pomiędzy energetyką odnawialna i rolnictwem.

12 Zapotrzebowanie na energię do 2030 r. Zapotrzebowanie na energię: struktura produkcji z OZE Źródło : Polityka energetyczna Polski do 2030r ktoe solid biomass hydro liquid biofuiels biogas wind geothermal solar Wzrost zapotrzebowania na OZE z 4,8 Mtoe w 2006 do 12,9 Mtoe w 2030

13 Krajowy Plan Działań (z dn r.) Uwzględnia zapisy PEP 30 Zawiera sektorowe uszczegółowienie tej polityki w zakresie OZE Ma przede wszystkim charakter informacyjny i zawiera prognozę o możliwości pozyskania energii z poszczególnych OZE Udział OZE w 2020 r. - 15,5%; w podziale na sektory: ciepło i chłód 8,6%, elektroenergetyka 4%, transport 2,9%.i Przewidywany podział sektora elektroenergetyki na pszczególne technologie OZE: energia wiatru 48%, biomasa stała - 31%, biogaz 12%, energia wody 9% Przewidywany podział sektora ciepła i chłodu: biomasa stała 78%, en. Słoneczna 9%, biogaz 8%, en. geotermalna 3%, pompy ciepła 2% Przewidywany podział sektora transportu: biodiesel 73%, bioetanol 22%, inne 3%, en. elektryczna 2%

14 biomasa pochodzenia rolniczego uprawy energetyczne pozostałości produkty uboczne odpady zbiór wstępne przetwarzanie transport przechowywanie konwersja termochemiczna konwersja fizyko-chemiczna konwersja biochemiczna wytłaczanie / zgazowanie piroliza ekstrakcja estryfikacja fermentacja hydroliza komposto - wanie paliwa stałe paliwa gazowe paliwa ciekłe spalanie energia elektryczna energia cieplna

15 STAN TECHNOLOGII - bioenergia wg DG TREN, 2006 odpady Potencjał rynkowy duży średni niski IGCC - biomasa współspalanie Blok parowy metanol wodór piroliza Fermentacja an. zgazowanie Biodiesel Biodiesel in. duże średnie niskie Zaawansowanie technologii bioetanol Bioetanol lig.

16 Konkurencja o zasoby biomasy Konkurencja po stronie podaży (rolnika): Produkcja żywności Produkcja biomasy na cele przemysłowe Zalesianie Konkurencja po stronie popytu: Elektroenergetyka Ciepłownictwo Produkcja biopaliw płynnych Przemysł Przykład: konkurencja o biomasę z leśnictwa między elektroenergetyką a przemysłem celulozowo-papierniczym, przemysłem produkcji płyt wiórowych i przemysłem meblarskim. Problem ograniczoności zasobów dostrzeżony po raz pierwszy przy planowaniu współspalania biomasy na dużą skalę

17 PALIWA STAŁE Z BIOMASY Słoma: wilg 15-30% W u = GJ/t Zmienność K, Si Zaw. S, Cl, mineralne Paliwa drzewne prasowane (Pelety, Brykiety): wilg <10 % r = 0,6-0,7 t/m 3 W u = > 15 GJ/t Paliwa drzewne naturalne: wilg % r = 0,2-0,4 t/m 3

18 Wykorzystanie biomasy w energetyce Ważne jest zapewnienie dostaw odpowiedniej jakości paliwa (sezonowość pozyskiwania biomasy i konieczność długiego przechowywania), przygotowanie surowca bio (pozyskanie, transport, długoterminowe przechowywanie, rozdrabnianie), minimalizacja wpływu właściwości biomasy na pracę i stan kotła oraz instalacji oczyszczania gazów odlotowych (zagrożenia: wysokotemperaturowa korozja kotła; tworzenie osadów; aglomeracja popiołów powodowana dużą zawartością metali alkalicznych, siarczanów, glinokrzemianów), zagospodarowanie popiołów

19 Czynniki wpływające na jakość biomasy Etap I Etap wzrostu Etap II Zbiór i przechowywanie Etap III Energetyczne wykorzystanie Charakterystyka paliwa gatunek metoda zbioru zawartość wody warunki klimatyczne warunki wodne odmiana, klon wiek plantacji transport właściwości fizyczne zanieczyszczenia warunki glebowe produkcja biomasy zebrana biomasa Paliwo z biomasy wartość opałowa pestycydy termin zbioru przechowywanie przetwarzanie grzyby zawartość popiołu agrotechnika nawożenie suszenie tworzenie żużlu zanieczyszczenia

20 Ograniczone zasoby leśne Przemysł drzewny zużywa odpady z produkcji drzewnej brak nadwyżek Duży potencjał roślin energetycznych Ogromny potencjał produkcyjny w rolnictwie Zasoby biomasy Zmiany strukturalne i reforma WPR wzrost ilości ziemi odłogowanej Potrzeba alternatywnej produkcji w rolnictwie

21 Źródła biomasy rolniczej Uprawy energetyczne: drzewa szybkorosnące (np. wierzba, topola, akacja), wieloletnie byliny dwuliścienne (np. topinambur, ślazowiec pensylwański, rdesty), trawy wieloletnie (np. trzcina pospolita, miskanty) Znaczący potencjał Perspektywa średnio- i długo-terminowa Produkty rolnicze: rzepak, burak cukrowy, żyto, jęczmień, kukurydza, ziemniaki Odpady organiczne z rolnictwa: słoma, pozostałości przerobu owoców, odchody zwierzęce Perspektywa krótko- i średnio-terminowa

22 Uprawy energetyczne. Jakie Rośliny charakteryzujące się: dużym przyrostem rocznym, wysoką wartością opałową, rośliny? znaczną odpornością na choroby i szkodniki stosunkowo niewielkimi wymaganiami glebowymi. WAŻNE: możliwość mechanizacji prac związanych z zakładaniem plantacji oraz zbieraniem plonu. Wierzba krzewiasta (Salix viminalis) Topola (Populus L.) Malwa pensylwańska (Sida hermaphrodita Rusby) Miskant Topinambur (Helianthus tuberosus L.) Róża bezkolcowa (Rosa multoiphlora var.)

23 Ciepło z biomasy- opcje Instalacje indywidualne: nowoczesne kotły na biomasę (około 1 mln. instalacji w UE), głównie piece na pelety, z ręcznym i automatycznym załadunkiem drewno kawałkowe, itp. Sprawność około 80% - relatywnie niska emisyjność. Małe instalacje sieciowe: lokalne kotłownie na biomasę (DH). Alternatywa dla kotłowni tradycyjnych. Małe i średnie instalacje przemysłowe: piece przemysłowe na odpady drzewne produkcyjne (przemysł celulozowo-papierniczy, tartaczny i meblarski) Średnie i duże instalacje: ogrzewanie sieciowe skojarzone z produkcją energii elektrycznej. W EU-15 > 70% ciepła sieciowego pochodzi z instalacji CHP. W NMS < od 25%. Instalacje wielkiej mocy: ogrzewanie biomasą i współspalanie jako strategia adaptowania tradycyjnych kotłów w celu redukcji emisji. Produkcja paliw: przetwarzanie biomasy na paliwa stałe, ciekłe i gazowe które mogą być m.in. wykorzystane do produkcji ciepła np. pelety.

24 Rynek biomasy Energetyka zawodowa i przemysłowa współspalanie i kotły dedykowane biomasie, przy współspalaniu od 2008 r. obowiązek wykorzystania określonego udziału biomasy pochodzenia rolniczego (100% w 2015 r.). Lokalne ciepłownie (śr.1-10 MWh), konieczna modernizacja starych kotłowni węglowych, możliowść zamiany na kotły biomasowe (przykłady - PEC Lubań 8 MW, EC Płońsk- 10 MW th,2 MW el ) Indywidualni użytkownicy, w tym gospodarstwa domowe- duża dynamika sprzedaży kotłów, ale brak rynku paliwa i bezpieczeństwa dostaw paliwa, w tym peletów (85 % na eksport).

25 Ciepłownie na biomasę - przykłady 15 MW DHP w Czarna Białostocka, 2001 Paliwo: zrębki / drewno odpadowe, t/rok Technologia: FEROLLI (IT) Koszty inwestycji: 12,3 mln PLN Finansowanie: dotacje 55%, pozyczki 29%, wkład własny 16% 7 MW DHP Lubań, paliwo: słoma, t/rok Technologia: AGROENEREGTYKA (PL) Koszty inwestycji: 6,4 mln PLN Finansowanie: dotacje 43%, pożyczki 19%, wkład własny 38%

26 PEC Lubań schemat instalacji (kocioł 1 MW)

27 Przygotowanie słomy grupa powołanych sezonowo pracowników (prasowanie, transport, magazynowanie słomy), magazynowanie w stogach, w miejscach uzgodnionych z rolnikami (dogodny dojazd), zabezpieczenie przed wilgocią, zapas składowany w przyinstalacyjnych magazynach (ciągłość pracy instalacji) Źródło: foto-archiwum własne EC BREC

28 Słoma- rekomendacje Energetyczne użytkowanie słomy w wielkiej skali ograniczone dostępnością słomy w regionie Uzasadniona ekonomicznie odległość transport słomy km Preferowane regiony: z dużym udziałem produkcji zbóż oraz intensywną produkcję - stanowią opcje dla lokalnych ciepłowni/ elektrociepłowni lub zakładów peletyzacji i brykietowania Regiony z dużą populację zwierząt hodowlanych, zwłaszcza bydła, są wykluczone

29 Biopaliwa transportowe Zapotrzebowanie na energię wg rodzajów biopaliw Źródło : Polityka energetyczna Polski do 2030r. ktoe Bioethanol 1st Biodiesel 1st Bioethanol 2nd Biodiesel 2nd Biohydrogen

30 Oczekiwania wobec nowych generacji biopaliw Wysoka jakość gwarantująca trwałość i niezawodność pracy silnika Obniżenie emisji gazów cieplarnianych Konkurencja cenowa w stosunku do paliw z surowców kopalnych Dostateczna podaż na rynku Rozwinięta sieć dystrybucji

31 Rodzaj biomasy proces PRODUKT proces Produkt końcowy Biomasa lignocelulozowa zgazowanie GAZ SYNTEZOWY Płukanie + rozdzielenie Synteza katalityczna Wodór (H 2 ) Metanol (CH 3 OH) DME (CH 3 OCH 3 ) FT diesel (C X H X ) fermentacja anaerobowa BIOGAZ oczyszczanie SNG (CH 4 ) szybka pyroliza hhydrotermiczna obróbka BIOOLEJ obróbka wodna i rafinacja Biodiesel (C X H X ) Rośliny skrobiowe i cukrowe hydroliza mielenie i hydroliza CUKIER fermentacja Etanol (CH 3 CH 2 OH) Rośliny oleiste Tłuszcze odpadowe (posmażalnicze, zwierzęce) tłoczenie lub ekstrakcja OLEJ estryfikacja Biodiesel (estry) Bioolej

32 STATUS TECHNOLOGII - biopaliwa wg DG TREN Potencjał rynkowy duży średni niski 1-sza 2-ga 3-cia metanol wodór DME F-T Biodiesel in. Bioetanol lig. Biodiesel Biodiesel duże średnie niskie Zaawansowanie technologii bioetanol Biometan

33 A sustainable development meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs. ekologia Brundtland-Commission, 1987 ekonomia akceptacja społeczna Rozwój zrównoważony

34 Kryteria zrównoważonego rozwoju dla biopaliw Dyrektywa 2009/28/WE artykuł wprowadza jednolity system Dotyczy zarówno produkcji surowca na terenie Wspólnoty jak i importu Państwa członkowskie nie mogą nakładać dodatkowych kryteriów Biopaliwa i biopłyny muszą spełniać kryteria zrównoważonego rozwoju określone w ust.2-6 artykułu 17, żeby : Biopaliwa i biopłyny były zaliczone do realizacji celów krajowych (10% i w 15% ) Były zaliczone do realizacji NCW Kwalifikowały się do wsparcia finansowego

35 Obowiązkowe kryteria Ograniczenie emisji GHG wynosi co najmniej 35% (w przypadku biopaliw i biopłynów wytworzonych w instalacjach działających dn. 23 stycznia 2008 r. akapit ten stosuje się od dnia 1 kwietnia 2013 r.) 50% od 1 stycznia % od 1 stycznia 2018 r. dla biopaliw i biopłynow wytworzonych w instalacjach które rozpoczęły produkcję po r. Metoda obliczania emisji GHG podana w art.19 ust.1, załącznik V podaje wartości standardowe Surowce do produkcji nie pochodzą z terenów: O wysokiej wartości dla różnorodności biologicznej Lasy pierwotne, obszary chronione, obszary trawiaste Zasobnych w pierwiastek węgla Torfowiska, tereny podmokłe, obszary stale zalesiane Podmioty gospodarcze muszą stosować metodę bilansu masy (artykuł 18 nt weryfikacji zgodności biopaliw z kryteriami )

36 Możliwości wykorzystania biogazu Produkcja energii elektrycznej i ciepła» Dotychczasowy kierunek wykorzystania w PL Sieć dystrybucyjna gazu» W Polsce możliwe po wprowadzeniu nowych zapisów w Prawie energetycznym Paliwo transportowe»???

37 Biogaz jako paliwo transportowe PLUSY Można wykorzystać istniejące stacje CNG Wysoka sprawność konwersji energetycznej Możliwe wtłaczanie do sieci Wysoki zysk energetyczny z hektara Mała emisyjność procesu spalania WYZWANIA Wysokie koszty oczyszczania i uszlachetniania Uwarunkowania prawne Współpraca z sektorem gazu ziemnego Koszty adaptacji istniejących pojazdów Budowa infrastruktury stacje, magazyny itp..

38 Dobre praktyki np. Szwecja Ważnym producentem biometanu są gminy, odpowiedzialne za gospodarkę odpadami komunalnymi oraz będące również odbiorcami (użytkownikami) tej energii np. we flotach pojazdów komunalnych. Szwedzki model rozwiązań gminnych (regionalnych) w tym zakresie może być przykładem dobrych praktyk. Projekt Biogas Väst jest przykładem regionalnej współpracy w zakresie produkcji i użytkowania biometanu w transporcie w regionie Göteborga i gminy Västra Götaland (Zachodnia Szwecja). Głównym koordynatorem projektu jest Business Region Göteborg AB. Projekt rozpoczął się w 2001 r. Celem projektu było utworzenie lokalnego rynku biometanu: produkcja biogazu, oczyszczanie do biometanu, rozwój dystrybucji i stacji paliwowych oraz zachęcenie użytkowników do przestawienia się na pojazdy gazowe.

39 Zrównoważona gospodarka biogazemmodel szwedzki Za J. Neterowicz, luty 2010 r. biogazownia

40 Dobre praktyki - Szwecja Podstawowe motto projektu Działaj lokalnie-myśl globalnie Akceptacja Lokalne i regionalne samorządy Identyfikacja partnerów Surowce Surowce &&odpady odpady Produkcja Produkcja biogazu biogazu Dystrybucja Dystrybucja gazu gazu Uzgodnienie wspólnych celów Źródło: Bernt Svensén Biogas Väst, Business Region Göteborg Administracja krajowa Stacje Stacjepaliw paliw Transport Transport &&pojazdy pojazdy

41 Rozwój w latach w Zachodniej Szwecji STACJE PALIW BIOGAZ jako paliwo (GWh) POJAZDY Źródło: Bernt Svensén Biogas Väst, Business Region Göteborg

42 Dziękuję za uwagę! Magdalena Rogulska