Raport ko cowy z badania dziedzinowego: Kompleksowa ocena uwarunkowa w zakresie produkcji biogazu w województwie lubelskim

Transkrypt

1

2 Anna Oniszk-Pop awska Mariusz Matyka Raport ko cowy z badania dziedzinowego: Kompleksowa ocena uwarunkowa w zakresie produkcji biogazu w województwie lubelskim maj 2012

3 Przedmiotowe badanie zosta o zrealizowane w ramach projektu systemowego pt. Regionalny system zarz dzania zmian gospodarcz, wspó nansowanego ze rodków Europejskiego Funduszu Spo ecznego i wdra anego przez Urz d Marsza kowski Województwa Lubelskiego w Lublinie. O autorach: Anna Oniszk-Pop awska g ówny specjalista ds. biogazu w EC BREC IEO. Uczestniczka licznych zagranicznych projektów naukowo- -badawczych, autorka opracowa w zakresie biogazu rolniczego. Stypendystka Fundacji im. S. Batorego, Fundacji im. M.Nowickiego, Centrum Studiów Zaawansowanych Politechniki Warszawskiej. Mariusz Matyka- adiunkt w Instytucie Uprawy Nawo enia i Gleboznawstwa Pa stwowym Instytucie Badawczym w Pu awach. Uczestnik projektów i autor publikacji oraz ekspertyz z zakresu odnawialnych róde energii (O E). Autorzy pracy pragn w szczególno ci podzi kowa pracownikom Urz du Marsza kowskiego Województwa Lubelskiego w Lublinie oraz Biura Planowania Przestrzennego w Lublinie za pomoc w pozyskaniu danych wykorzystanych w niniejszej pracy. Sk ad i amanie: DUNA duna@konto.pl 2

4 Szanowni Pa stwo, Z przyjemno ci przekazuj w Pa stwa r ce raport ko cowy z badania dziedzinowego, dotycz cego kompleksowej oceny uwarunkowa w zakresie produkcji biogazu w województwie lubelskim. Opracowanie to zosta o przygotowane na zlecenie Samorz du Województwa Lubelskiego w ramach projektu systemowego Regionalny System Zarz dzania Zmian Gospodarcz realizowanego przez Departament Gospodarki i Innowacji Urz du Marsza kowskiego Województwa Lubelskiego w Lublinie. Celem prowadzonych bada by o dok adne okre lenie potencja u produkcji biogazu w województwie lubelskim. Wiedza pozyskana w wyniku analizy zmian wyst puj cych w ró nych dziedzinach spo eczno-gospodarczych regionu, w tym w obszarze dywersy kacji róde energii, stanowi b dzie cenny materia w procesie planowania rozwoju regionalnego. Ma to szczególne znaczenie w aspekcie prac zwi zanych z aktualizacj dokumentów strategicznych dotycz cych przysz ego okresu programowania UE , tj. Strategii Rozwoju Województwa Lubelskiego i Regionalnej Strategii Innowacji. Istotn cz ci raportu, z punktu widzenia dyskusji na temat perspektyw rozwoju odnawialnych róde energii w województwie lubelskim, s równie przedstawione przez zespó badawczy koncepcje i kierunki przysz ego wykorzystania potencja u biogazu rolniczego. Jestem przekonany, e przedstawione w raporcie tre ci tworzy b d fundamenty debaty nad kszta towaniem regionalnej polityki energetycznej województwa lubelskiego. S awomir Sosnowski Wicemarsza ek Województwa Lubelskiego 3

5 4 Kompleksowa ocena uwarunkowa w zakresie produkcji biogazu w województwie lubelskim

6 Spis tre ci Streszczenie raportu... 6 Summary Wprowadzenie Metodyka bada Okre lenie uwarunkowa rozwoju biogazu rolniczego Rekomendacje odno nie kierunków rozwoju biogazu rolniczego ród a i zakres danych Wyniki badania- analiza uwarunkowa Dotychczasowy stan wiedzy w przedmiocie badania Rynek biogazu rolniczego w województwie lubelskim na tle krajowym Surowce do produkcji biogazu Proces fermentacji metanowej Dost pne technologie Podstawowe elementy ci gu technologicznego Analiza uwarunkowa prawnych Analiza uwarunkowa przestrzennych Analiza uwarunkowa rodowiskowych Analiza uwarunkowa inwestycyjnych Identy kacja zakresu projektu Uzyskanie niezb dnych pozwole formalno-prawnych Opracowanie dokumentacji i uzyskanie decyzji o pozwoleniu na budow Budowa i rozpocz cie u ytkowania Analiza uwarunkowa ekonomicznych Op acalno inwestycji Koszty Przychody Monta nansowy Uwarunkowania dla rozwoju du ych biogazowni rolniczych: > 0,5 MW el Baza surowcowa- du e biogazowni rolnicze Baza organizacyjna i infrastrukturalna - du e biogazownie rolnicze Analiza ekonomiczna- du e biogazownie rolnicze Uwarunkowania dla rozwoju ma ych biogazowni rolniczych: kw el Baza surowcowa i organizacyjna Baza infrastrukturalna - ma e biogazownie rolnicze Analiza ekonomiczna- ma e biogazownie rolnicze Uwarunkowania dla rozwoju mikrobiogazowni rolniczych: kw el Baza surowcowa i organizacyjna Baza organizacyjna i infrastrukturalna - mikrobiogazownie rolnicze Analiza ekonomiczna- mikrobiogazownie rolnicze do 150 kw el Podsumowanie uwarunkowa dla rozwoju biogazowni rolniczych Prezentacja uwarunkowa w zakresie wdro enia najlepszych praktyk Studium przypadku dla biogazowni w Uhninie Studium przypadku dla biogazowni w Piaskach Analiza SWOT Za o enia do kierunków przysz ego wykorzystania potencja u biogazu rolniczego Perspektywa do roku Perspektywa do roku Perspektywa po roku Rekomendacje Przyk ad d ugofalowej polityki regionalnego wsparcia dla biogazowni rolniczych na przyk adzie Dolnej Saksonii Literatura

7 Streszczenie raportu Wzrost cen ropy na owej, rosn ca emisja gazów cieplarnianych oraz obawy o bezpiecze stwo i samowystarczalno energetyczn powoduj intensy kacj dzia a maj cych na celu dywersy kacj róde energii. Wa ne miejsce w kszta towaniu regionalnej polityki energetycznej zajmuj ród a energii odnawialnej (OZE), w tym produkcja biogazu rolniczego. Wykorzystanie nowych róde energii rozproszonej zwi ksza bezpiecze stwo energetyczne regionu, lokalne przep ywy nansowe oraz generuje dodatkowe korzy- ci rodowiskowe. Rolniczy charakter województwa lubelskiego w szczególny sposób predestynuje je do lokalizacji biogazowni, wykorzystuj cych jako wsad substraty pochodzenia rolniczego. Rozwój takich inwestycji mo e przy pieszy restrukturyzacj lubelskiego rolnictwa w kierunku wzrostu wydajno ci i towarowo ci produkcji. Z licznych bada i analiz wynika, e województwo lubelskie mo e odegra znacz c rol w produkcji energii z biogazu rolniczego, dla którego wsadem s pochodz ce z rolnictwa nawozy naturalne (gnojowica, obornik), odpady rolnicze z przemys u rolno-spo ywczego lub biomasa z celowych upraw (kukurydza, sorgo etc.). Rozwój nowej bran y pozwoli w znacz cy sposób przy pieszy rozwój gospodarczy województwa lubelskiego, zmniejszy si równie niekorzystny bilans transferu rodków nansowych zwi zanych z zakupem paliw kopalnych w innych regionach kraju. Dotychczasowe do wiadczenia wskazuj, e zielone inwestycje sprzyjaj powstawaniu nowych miejsc pracy, nie tylko bezpo rednio przy inwestycji ale równie w jej otoczeniu biznesowym. Takie inwestycje w znaczny sposób aktywizuj gospodarczo obszary, na których s zlokalizowane. Nale y jednak pami ta, e rozwój bran y musi przebiega w zgodnej koegzystencji z produkcj ywno ci i pasz w celu zabezpieczenia bezpiecze stwa ywno ciowego oraz w oparciu o zasady zrównowa onego rozwoju (oznacza to, e w perspektywie d ugookresowej dost pno terenów przeznaczonych pod uprawy energetyczne b dzie ograniczona). Dokument Kompleksowa ocena uwarunkowa w zakresie produkcji biogazu w województwie lubelskim ma na celu dok adne okre lenie potencja u produkcji w regionie poprzez analiz dost pnych lokalnych zasobów: bazy surowcowej, infrastrukturalnej oraz regionalnych uwarunkowa przestrzennych. W dalszej cz ci pracy przedstawiono wst pn propozycj kierunków rozwoju tej technologii do roku 2030, która pozwoli na sformu owanie szczegó owych, regionalnych mechanizmów wsparcia. Dalsza analiza mo e by kolejnym elementem dziedzinowego planowania regionalnego. Rozwój sektora biogazu przyczyni si do korzystnych zmian spo ecznych i gospodarczych w województwie lubelskim. Nale y jednak pami ta o tym, e produkcja zielonej energii jest skomplikowanym przedsi wzi ciem, opartym na innowacyjnych rozwi zaniach technologicznych (Rozdzia 4.1), co wymaga nabycia nowej wiedzy od wszystkich uczestników rynku. Funkcjonowanie sektora biogazu oparte jest równie o szereg do skomplikowanych regulacji prawnych (Rozdzia 4.2), co skutkuje przed u aniem si procedur inwestycyjnych. Do g ównych barier rozwoju w tej bran y nale : protesty spo eczne, d ugie i skomplikowane procedury administracyjne (Rozdzia 4.5), organizacja bazy surowcowej oraz przechowywania i zagospodarowania osadu pofermentacyjnego. Przedstawione w Rozdziale 4 analizy dotycz nast puj cych obszarów tematycznych: Ocena bazy substratowej i infrastrukturalnej. Województwo lubelskie posiada korzystne uwarunkowania do produkcji surowców na potrzeby biogazowni rolniczych. Rozwój inwestycji powinien by oparty o substraty wyst puj ce lokalnie, przy uwzgl dnieniu dost pno ci i jako ci infrastruktury, szczególnie w zakresie energii elektrycznej (ale równie wa ne s infrastruktura ciep ownicza i gazu ziemnego). Jako wsad do biogazowni rolniczych w pierwszej kolejno ci powinny by wykorzystywane odpady rolnicze, cho badanie wykaza o, e ich potencja surowcowy w d u szej perspektywie jest bardzo ograniczony. Pomimo du ego znaczenia gospodarczego omawianego sektora podstawow funkcj rolnictwa, poza dostarczaniem surowców na cele energetyczne, powinna pozosta produkcja ywno ci. Ocena ekonomiczna. Efekt skali powoduje, e op acalno inwestycji (Rozdzia 4.6) jest w znacznym stopniu warunkowana wielko ci instalacji: wraz ze spadkiem mocy jednostkowe nak ady inwestycyjne rosn logarytmicznie. Dlatego w pierwszej kolejno ci b d zapewne realizowane wi ksze inwestycje (Rozdzia 4.7), cho ich potencja do rozwoju w regionie jest ograniczony w porównaniu z mniejszymi instalacjami (Rozdzia y 4.8, 4.9). Tempo rozwoju instalacji sektora biogazu zale e b dzie od przyj tych krajowych warunków wsparcia, obecnie sprzyjaj cych du ym instalacjom (Rozdzia 4.2, 4.6). Oczekiwane jest podwy szenie poziomu wsparcia dla mniejszych instalacji w nowo projektowanym prawodawstwie krajowym tj. Ustawie OZE. Ocena bazy organizacyjnej. Rozdrobniona struktura agrarna i niski poziom koncentracji produkcji zwierz cej w znacznym stopniu ograniczaj mo liwo ci wykorzystania du ego teoretycznego potencja u surowcowego do produkcji biogazu w województwie lubelskim. Analiza wskazuje na konieczno podj cia dzia a maj cych na celu poziom konsolidacj gospodarstw rolnych w celu wspólnej produkcji biogazu. W procesie tworzenia rynku oraz systemu doradztwa inwestycyjnego, wa ne jest równie zainicjowanie wspó pracy pomi dzy uczestnikami rynku w ramach struktury klastrowej, a w pocz tkowej fazie funkcjonowania bardzo wa na b dzie rola Zarz du województwa. Niniejsze badanie dziedzinowe, które obejmowa o organizacj 2 paneli bran owych, skupiaj cych najwa niejszych obecnych i przysz ych uczestników rynku biogazu rolniczego na Lubelszczy nie, by o pierwsz prób stworzenia zal ka takiego klastra tematycznego. Analiza wykaza a, e przy utrzymaniu istniej cych uwarunkowa na terenie województwa lubelskiego wybudowane zostanie ok. 42 MW el mocy zainstalowanej biogazowni rolniczych, w tym wi kszo ci du e instlacje o mocy powy ej 0,5 MW el. Zwi kszenie dynamiki realizacji instalacji zale e b dzie od dzia a wspieraj cych rozwój ro lin energetycznych jako substratu do produkcji biogazu oraz dzia a organizacyjnych maj cych na celu w czenie mniejszych gospodarstw w jego produkcj (np. poprzez konsolidacj poziom ). Gdyby dzia ania takie zosta y podj te w województwie lubelskim mo na zrealizowa w ci gu najbli szych 20 lat nawet 6

8 kilkaset MW el mocy zainstalowanej. Analiza wykaza a, e na tle województwa najkorzystniejszymi uwarunkowaniami w zakresie bazy surowcowej dysponuj powiaty bialski, che mski, lubelski i hrubieszowski (Rozdzia 4.10), zarówno dla du ych, ma ych jak i mikro instalacji. Wp yw efektu demonstracyjnego mo na zaobserwowa w powiecie parczewskim, gdzie uruchomiona w 2011 instalacja w Uhninie (Rozdzia ) spowodowa a zwi kszone zainteresowanie innych inwestorów. Nale y jednak pami ta, e decyzje inwestycyjne s motywowane przede wszystkim przez krajowe mechanizmy wsparcia w postaci dop at do produkcji energii elektrycznej. St d ogromne nadzieje pok ada si w przyj ciu Ustawy OZE, która w praktyce przes dzi o rozwoju tego sektora w ci gu najbli szych 20 lat. W polityce kszta towania rozwoju regionalnego wyró ni mo na poszczególne fazy, w pierwszej kolejno ci dok adnie nale y opisa uwarunkowania oraz przeprowadzi analiz SWOT (Rozdzia 4), w drugiej kolejno ci proponuje si dalsz strategi dzia ania. Punktem wyj cia do opracowania za o e takiej strategii jest analiza potencja ów mo liwego rozwoju biogazowni rolniczych w regionie oraz ustalenie wizji rozwoju tego sektora w wybranym horyzoncie czasowym (Rozdzia 5). Niniejsze opracowanie mo e sta si zal kiem Zintegrowanej Strategii rozwoju generacji rozproszonej na ternie województwa lubelskiego w perspektywie do roku 2030, która powinna zawiera cele ogólne oraz operacyjne (w perspektywie krótko, rednio i d ugoterminowej); wyznacza organy odpowiedzialne za jej realizacj ; precyzowa narz dzia, które b d mog y by wykorzystane do realizacji celów. Summary The increase of oil prices on one hand, and the climate change and energy security concerns on the other; have triggered e orts to diversify the por olios of dispersed power genera on. In the process of formula on of energy policies special a en on has been always paid to renewable sources (RES), including agricultural biogas. The use of RES increases the regional energy security, incomes in rural areas and generates addi onal environmental bene ts. The agricultural character of the Lubelskie voivodeship makes it a natural arena for the development of agricultural biogas plants. Such investments may accelerate the restructuring of agriculture, and increase the regional high commodity produc on. According to numerous research results, the Lubelskie province can play a signi cant role in the energy produc on from agricultural feedstock: natural fer lizers (slurry and manure), agricultural wastes from agro-food industries or energy crops (maize and sorghum, etc.). The development of this new sector will signi cantly accelerate the economic development of the Lubelskie voivodeship, and decrease its energy dependence. It will also keep the nancial resources within the region, which have been otherwise transferred outside of the region for the purchase of fossil fuels. The past experience indicates that green investments create new jobs, both direct and indirect, and s mulate the economic ac vity in areas where they are located. However, it should be remembered that the development of this sector must be implemented in line with the food and feed security rules, also sustainable development should take priority (in other words the land availability for energy crops in the long-term perspec ve will be limited). The document A comprehensive assessment of condi ons for the produc on of agricultural biogas in the Lubelskie voivodship aims to precisely determine the produc on poten al in the region through the analysis of available local resources: substrates, infrastructure and regional spa al condi ons. This paper also presents a preliminary proposal for the development of the technology to 2030 and beyond. The analysis of trends can help formulate speci c regional support mechanisms in the future, indica ng detailed ac ons in the process of the regional planning towards the biogas economy. The development of the agricultural biogas sector will contribute to favourable social and economic changes in the Lubelskie voivodship. However, it must be noted that green energy produc on is a complex, innova ve technological undertaking (Chapter 4.1); which means absorp on of new, specialised knowledge by all market actors. The func oning of the biogas sector is also restricted by a number of fairly complex legal regula ons (Chapter 4.2), which slow down the investment process. The main barriers to the development of the biogas sector are: public protests, long and complicated administra ve pre-investment procedures (Chapter 4.5), problems with the organiza on of feedstock and the management of storage and spreading of the digestate onto elds. The following thema c areas were covered in Chapter 4: The assessment of the availability of substrates and accessibility to the infrastructure. The Lublin province has favourable condi ons for the produc on of agricultural feedstock for biogas plants. Locally available resources should be used and the accessibility to the local infrastructure, in par cular electricity grids (but also heat and natural gas pipelines), should be assessed. Agricultural waste should be given priority as feedstock material for agricultural biogas plants, however, the study showed that the poten al for such substrates is very limited. The priority should be given to the rule that the primary func on of agriculture is to secure food and feed supplies. Thus, providing raw materials for energy (energy crops) will be limited in the long-term perspec ve. The economic assessment. The economy of scale translates into the pro tability of a biogas investment: the smaller the power unit the higher speci c investment costs. Therefore, while the regional biogas economy unfolds, bigger installa on will probably be preferred at the beginning of the process (Chapter 4.7), although their long-term development poten al in the region is limited in comparison to smaller units (Chapters 4.8, 4.9). Anyhow, the pace of development of biogas installa on will depend on the na- onal support schemes in the rst place (so far more in favour of bigger projects- Chapter 4.2, 4.6). It is expected that the level of support for smaller installa ons will be increased in the newly proposed na onal legisla on: the RES Act. 7

9 The assessment of the organiza onal structure. The fragmenta on of farms accompanied by a low concentra on of livestock produc on signi cantly restrict the use of the large theore cal feedstock poten al for biogas produc on in the Lubelskie voivodeship. The analyses indicate the need for a horizontal consolida on of agricultural holdings for joint produc on of biogas. Equally important is to create an external organiza onal structure to improve the rela onships between di erent market players. Such consolida on in a cluster form, has a role to play especially at the ini al stage of market organiza on. The func oning of a thema c cluster should be ini ated by the regional authori es. Under this study two panels were organized, gathering the most important biogas market actors in the Lubelskie region, as the rst a empt to create a nucleus for the future, mature cluster. The analysis has shown that if the current condi ons prevail some 42 MW el (in this mostly bigger plants) can be built in the Lubelskie province in the short me perspec ve without much addi onal e ort. However, further increase of the investment dynamics will depend on dedicated ac ons such as: support for the u liza on of biogas energy crops as well as organiza onal measures in order to engage smaller farms in the process (such as horizontal consolida on). If such suppor ve measures are taken in the Lubelskie province, a few hundreds of MW el installed capacity can be realized in the coming 20 years. Out of 20 territorial sub-provinces 3 coun es were iden ed as having the best condi ons for the development of biogas investments: Bialski, Che mski, Lubelski and Hrubieszowski Coun es (Chapter 4.10). The demonstra on e ect of the installa on in Uhnin (Chapter ) can be observed, so far it has a racted quite a few new investors in its close vicinity. However, it has to be remembered that investor s decisions have been so far mainly mo vated by the na onal support mechanisms for green electricity (either in the form of green). Thus, hopes are set at the dra of the new RES Act, the support mechanisms listed in this legal document shall determine the development of the agricultural biogas plants in the next 20 years. In the process of forming of the regional development policies, at rst exis ng condi ons must be iden ed, followed by a SWOT analysis (Chapter 4.12). In the second stage a detailed ac on plan should be elaborated. The star ng point for the development of the assump ons for such a strategy is to formulate visions for the development of the biogas sector in the selected me horizons (Chapter 5). This study may be a star ng point for the future development of an Integrated Strategy for the Development of dispersed power genera on for the Lubelskie voivodeship to 2030, which should include general and opera onal targets (short, medium and longterm perspec ves); as well as designate the authori es responsible for its implementa on; and nally specify tools that can be used to achieve its objec ves. 8

10 1. Wprowadzenie Wzrost cen ropy na owej, rosn ca emisja gazów cieplarnianych oraz obawy o bezpiecze stwo i samowystarczalno energetyczn powoduj intensy kacj dzia a maj cych na celu dywersy kacj róde energii, k ad c szczególny nacisk na ród a odnawialne (Khanna i in. 2008, Turley 2008). Odnawialne ród a energii s równie jednym z elementów europejskiego planu ograniczania niekorzystnych zmian klimatu i maj przyczyni si do wzrostu gospodarczego, zwi kszenia zatrudnienia oraz zapewnienia bezpiecze stwa energetycznego. Produkcja biogazu postrzegana jest jako jedno z istotniejszych róde energii odnawialnej gwarantuj cych bezpiecze stwo dostaw, które dodatkowo dostarcza korzy ci rodowiskowych i mo e zwi kszy dochody rolników. Spo ród krajów wchodz cych w sk ad Unii Europejskiej najwi ksze do wiadczenie na rynku biogazu rolniczego posiadaj Niemcy (ponad 80% produkcji biogazu rolniczego w UE). Biogaz rolniczy rozwijany jest tam od 30 lat, dlatego mechanizmy zastosowane w RFN stanowi doskona y wzorzec do na ladowania. Wypracowane rozwi zania mog by inspiracj dla gotowych rozwi za na polski rynek. Zarówno niemiecka technologia jak i mechanizmy wsparcia s na ladowane w innych pa stwach. Obecnie ca kowita liczba dzia aj cych biogazowni rolniczych to instalacji, które osi gaj sumaryczn moc zainstalowan na poziomie 2,6 GW el. rednia moc instalowana biogazowni niemieckich w 2009 i 2010 roku wynios a odpowiednio: 500 kw el i 430 kw el, a niemieccy eksperci szacuj, e warto ta nadal b dzie si zmniejsza, co wiadczy o rosn cym udziale ma ych instalacji. Niemiecki sektor biogazu rolniczego, który rozwija si najbardziej dynamicznie na wiecie, wygenerowa dotychczas ponad 39 tysi cy miejsc pracy w skali ca ego kraju (Linke B. 2011). Kolejnym wyró nikiem Niemiec jest wi ksze nasycenie obszaru infrastruktur sieciow (energia elektryczna), w Polsce nale y uwzgl dnia g ównie mo liwo ci przy czenia do sieci redniego napi cia, które cz sto s w z ym stanie technicznym. O cjalne dokumenty oraz niezale ne prognozy przewiduj, e sektor biogazu rolniczego w Polsce w najbli szym 10 leciu b dzie si dynamicznie rozwija, w tempie si gaj cym kilkudziesi ciu procent rocznie. Wiele wskazuje na to, e w ci gu najbli szych kilku lat technologia ta nabierze znaczenia na rynku energii, a tempo wzrostu b dzie jednym z najwy szych w ca ym zielonym koszyku energetycznym. wiadcz o tym równie zauwa alne obecnie tendencje na rynku deweloperskim i inwestorskim. Prowadzony przez Instytut Energetyki Odnawialnej monitoring funkcjonuj cych lub przygotowywanych inwestycji (ok. 500, w tym ok. 180 mikrobiogazowni) pokazuje, e w obecnych warunkach istnieje zapotrzebowanie rynkowe raczej na du e inwestycje kogeneracyjne o redniej mocy elektrycznej rz du 0,9 MW el. Jednocze nie ro nie te oddolne zapotrzebowanie i przychylno polityczna dla rozwoju ma ych biogazowni o mocach kilkuset kilowatów oraz mikrobiogazowni o mocach rz du kilkudziesi ciu kw el zlokalizowanych w typowych, rodzinnych gospodarstwach rolnych. Korzy ci, jakie niesie ze sob wsparcie dla biogazowni nale y rozpatrywa na kilku p aszczyznach - jako korzy ci lokalne i globalne oraz gospodarcze, rodowiskowe i spo eczne. Spo eczny wymiar energetyki rozproszonej mo na sprowadzi do nast puj cych punktów: stymulacja rozwoju lokalnej aktywno ci (przedsi biorczo i us ugi); tworzenie nowych miejsc pracy, zw aszcza na terenach wiejskich, poprawa jako ci rodowiska. Wobec rosn cego zapotrzebowania na energi na terenach wiejskich oraz bardzo niskiego standardu infrastruktury; zarówno wytwarzaj cej energi jak i s u cej do jej przesy u; istnieje pilna potrzeba budowy nowych jednostek generacji rozproszonej (w tym biogazowni i mikrobiogazowni). Z licznych bada i analiz wynika, e województwo lubelskie mo e odgrywa znacz c rol w produkcji energii z biogazu rolniczego dla którego wsadem mog by pochodz ce z rolnictwa nawozy naturalne (gnojowica, obornik), odpady rolnicze z przemys u rolno-spo ywczego lub biomasa z celowych upraw np.: kukurydzy, sorga, itd. Nale y zak ada, ze rozwój nowej bran y pozwoli w znaczny sposób przyspieszy rozwój gospodarczy województwa lubelskiego. B dzie to konsekwencj zwi kszenia samowystarczalno ci energetycznej, a przez to ograniczenie transferu rodków nansowych zwi zanych z zakupem paliw kopalnych w innych regionach kraju. Dotychczasowe do wiadczenia wskazuj równie, e tego typu dzia ania sprzyjaj powstawaniu nowych miejsc pracy zarówno przy samych biogazowniach jak i w ich otoczeniu oraz w znaczny sposób aktywizuj gospodarczo obszary, w których s zlokalizowane. Rolniczy charakter województwa lubelskiego w szczególny sposób predestynuje go do lokowania biogazowni opartych o substraty pochodzenia rolniczego. Mo e to przyspieszy restrukturyzacj lubelskiego rolnictwa w kierunku wzrostu wydajno ci i towarowo ci produkcji. Nale y jednak pami ta, e rozwój tej bran y musi by realizowany w zgodnej koegzystencji z produkcj ywno ci i pasz oraz w oparciu o zasady zrównowa onego rozwoju. Rozwój upraw energetycznych, jako g ównego ród a produkcji biomasy, jest przyk adem wdra ania innowacyjnych praktyk uwzgl dniaj cych aspekt ochrony rodowiska, a co wi cej sprzyja aktywizacji gospodarczej obszarów wiejskich. Rozwój sektora biogazu powinien równie w wydatny sposób przyczyni si do przemian strukturalnych obszarów wiejskich oraz rolnictwa. Zasadnicze znaczenie ma perspektywa kreowania nowych miejsc pracy zarówno bezpo rednio przy obs udze dzia aj cych instalacji jak równie w szeroko poj tym sektorze obs ugi. Funkcjonowanie biogazowni generowa b dzie równie zwi kszony popyt Wprowadzenie 9

11 na p ody i us ugi rolnicze (zbiór, transport). Zak ada si, e w konsekwencji rozwoju produkcji rolniczej na cele energetyczne w sposób zrównowa ony ros a b dzie intensywno ca ego rolnictwa, co powinno skutkowa zwi kszonym popytem na czynniki i rodki produkcji. W zwi zku z tym funkcjonowanie biogazowni nios o b dzie za sob korzy ci zarówno dla inwestorów jak i pozosta ych mieszka ców obszarów wiejskich, co przek ada si b dzie na przyspieszenie rozwoju gospodarczego i przekszta ce strukturalnych na lubelskiej wsi. Udowodniono, e dynamiczny rozwój nowych technologii (tu biogazownie rolnicze) zale y w du ej mierze od przyj cia d ugofalowej strategii wsparcia. Teoria rozprzestrzeniana si innowacji na danym obszarze badana jest od 40-u lat. Innowacje technologiczne polegaj ce na odst pieniu od danego re imu technologicznego (tu przej cie z scentralizowanego wytwarzania energii na energetyk rozproszon ) musi przej przez faz przyswojenia sobie nowej wiedzy, diametralnie odmiennej od tego co by o (Doma ski R. 2006). Na terenie województwa lubelskiego konieczne b dzie zaprogramowanie przemian nie tylko technologicznych ale i spo ecznychprzej cie od biernego konsumenta w aktywnego prosumenta energii. Wa ny jest proces uczenia si wszystkich uczestników dyfuzji innowacji technologicznej. Lokalne zasoby wiedzy, znajomo pewnych produktów i procesów oraz technologicznych wspó zale no- ci, ukszta towane relacje sieciowe (tworzenie klastrów czy sieci organizacji) i unormowane zachowania uczestników rynku tworz pod o e dla rozprzestrzeniania si innowacji. Regiony posiadaj ce odpowiednie zasoby wiedzy i stosuj ce rozwi zania organizacyjne, wspieraj ce dyfuzj innowacji b d lepiej prosperowa ni regiony, które nie zaimplementuj mechanizmów wsparcia dla technologii i kapita u ludzkiego (Doma ski R. 2006). 10 Wprowadzenie

12 2. Metodyka bada 2.1 Okre lenie uwarunkowa rozwoju biogazu rolniczego Analiza uwarunkowa dla rozwoju biogazowni rolniczych na terenie województwa lubelskiego zosta a przeprowadzona w ramach trzech etapów: Etap I. Organizacja pierwszego panelu bran owego w celu doprecyzowania metodologii i zakresu badania. Nadrz dnym celem panelu bran owego by o zidenty kowanie i zintegrowanie jednostek zaanga owanych w realizacj inwestycji w biogaz rolniczy na terenie województwa lubelskiego. Podstawowym narz dziem wykorzystywanym do realizacji I etapu badania by y klasyczne badanie sonda owe oparte o arkusz papierowy (PSAQ 1 ). Etap III badania wykonano w oparciu o ewaluacj uzyskanych wyników wykonan przez uczestników panelu bran owego. Ca o uwag utrwalono w formie papierowej (PAPI 2 ) i elektronicznej (CAPI 3 ). Uzyskane wyniki badania ankietowego by y poddane wst pnej wery kacji oraz w dalszej kolejno ci analizie. Etap II. Przeprowadzenie pog bionego badania ewaluacyjnego opracowanie wst pnej analizy uwarunkowa w zakresie biogazu rolniczego dla województwa lubelskiego. Punktem wyj cia do przeprowadzenia pog bionego badania ewaluacyjnego by a analiza danych zastanych (desk research), dost pnych w formie istniej cych opracowa i baz danych, a tak e danych pozyskanych od zewn trznych instytucji (np. G ównego Urz du Statystycznego). Oddzielnie dla ka dej kategorii biogazowni rolniczej dokonano oceny istniej cej bazy surowcowej, infrastrukturalnej i organizacyjnej dla przysz ych przedsi wzi w regionie: du e biogazownie rolnicze (0,5-1 MW el ), ma e biogazownie rolnicze ( kw el ), mikrobiogazownie (do 150 kw el ). Kolejnym krokiem by y badania ankietowe, w trakcie których zgromadzono dane do wykonania analizy ekonomicznej. Ko cowym efektem prac drugiego etapu by o opracowanie wst pnej analizy uwarunkowa wraz z analiz SWOT. 2.2 Rekomendacje odno nie kierunków rozwoju biogazu rolniczego Ko cowym etapem pracy by o opracowanie za o e do kierunków rozwoju biogazu rolniczego na terenie województwa lubelskiego poprzez zarysowanie 3 wizji rozwoju inwestycji biogazowych w regionie w perspektywie rednio (do roku 2020) i d ugookresowej (do roku 2030). Etap III. Organizacja drugiego panelu bran owego w celu zaprezentowania wyników bada i zebrania opinii nt. ko cowej wersji analizy uwarunkowa Spotkanie mia o na celu przedstawienie wyników prac z drugiego etapu bada oraz zebranie uwag i opinii od uczestników panelu nt. opracowanej wst pnej analizy uwarunkowa i kierunków dla rozwoju inwestycji biogazowych w województwie lubelskim w perspektywie rednio i d ugo terminowej. Na podstawie zebranych uwag i opinii zosta a przygotowana ostateczna wersja ko cowego z badania dziedzinowego pt.: Kompleksowa ocena uwarunkowa w zakresie produkcji biogazu w województwie lubelskim. 1. PSAQ Ankieta papierowa wype niana samodzielnie przez respondenta 2. PAPI Wywiad osobisty z kwes onariuszem papierowym 3. CAPI Wywiad osobisty ze wspomaganiem komputerowym Metodyka bada 11

13 3. ród a i zakres danych Do wykonania opracowania wykorzystano dane z nast puj cych róde : Instytut Energetyki Odnawialnej. Instytut Upraw Nawo enia i Gleboznawstwa Pa stwowy Instytut Badawczy. Urz d Marsza kowski Województwa Lubelskiego (w tym Biuro Planowania Przestrzennego). G ówny Urz d Statystyczny. Agencja Modernizacji i Restrukturyzacji Rolnictwa. Analiza potencja u odnawialnych róde energii w powiatach województwa lubelskiego i mo liwo ci jego wykorzystania w ramach projektu Energetyczni kreatorzy zmian realizowanego przez Fundacj Rozwoju Lubelszczyzny wraz z rekomendowanymi projektami. Wyniki przeprowadzonych bada ankietowych. Wykorzystane dane obejmowa y nast puj cy zakres: Dane klimatyczno glebowe dla uprawy ro lin energetycznych. Wska nik Waloryzacji Rolniczej Przestrzeni Produkcyjnej (WRPP). W a ciwo ci upraw energetycznych przeznaczonych jako wsad do biogazowni (plon z ha oraz produktywno biogazu). Ekonomika uprawy ro lin na potrzeby biogazowni. Charakterystyki organizacyjne gospodarstw mog cych potencjalnie produkowa surowce na potrzeby biogazowni. Baza wewn trzna programu Biogaz Inwest (dane techniczne i ekonomiczne dla biogazowni rolniczych). Baza inwestycji biogazowych, w tym mikrobiogazownie z o one do programu PROW 311 Wykaz zak adów przemys owych wytwarzaj cych mokre odpady organiczne. Wykaz obszarów ograniczonego u ytkowania w rozumieniu przepisów o ochronie i kszta towaniu rodowiska oraz oddzia- ywaniu transgranicznym. Odpady organiczne z przemys u rolno-spo ywczego (zak ad, lokalizacja, ilo i rodzaj odpadów organicznych). Przestrzenna struktura sieci miejsc przy czenia w elektroenergetycznej sieci dystrybucyjnej. Istniej ca infrastruktura elektroenergetyczna. Struktura ciep ownictwa. Przestrzenne rozmieszczenie infrastruktury inwestycyjnej. rednia powierzchnia gospodarstwa. Struktura gospodarstw wg powierzchni UR. Struktura posiadania ziemi wg grup obszarowych Struktura u ytkowania gruntów (lasy, UR, pozosta e). Struktura i powierzchnia zasiewów. Pog owie zwierz t w rozbiciu na byd o, trzod i drób. Dominuj cy sposób utrzymania zwierz t tj. obory bez ció kowe, ció ka p ytka, ció ka g boka. Gospodarstwa utrzymuj ce byd o, trzod chlewn, drób wg skali chowu. 12 ród a i zakres danych

14 4. Wyniki badania- analiza uwarunkowa 4.1 Dotychczasowy stan wiedzy w przedmiocie badania Rynek biogazu rolniczego w województwie lubelskim na tle krajowym Programowanie rozwoju biogazowni rolniczych znajduje swoje umocowanie prawne w opracowanym przez Ministerstwo Gospodarki dokumencie pt. Kierunki rozwoju biogazowni rolniczych w Polsce w latach Zak ada on utworzenie do 2020 r. rednio jednej biogazowni w ka dej gminie, przy za o eniu posiadania przez t gmin odpowiednich warunków do realizacji takiej inwestycji. Pozytywn atmosfer tworz tak e podejmowane przez rz d inicjatywy na rzecz rozwoju tej technologii, w tym liczne dzia ania legislacyjne oraz kampanie informacyjne, wpisuj ce si w program rozwoju biogazowni rolniczych. Zwiastunem dobrego klimatu dla inwestycji w zakresie biogazu rolniczego jest równie o ywienie na rynku deweloperskim i inwestorskim. W Polsce rednia moc zrealizowanych dotychczas du ych biogazowni rolniczych wynosi 0,9 MW el, a sumaryczna moc przygotowywanych projektów na ró nym etapie realizacji ok. 300 MW el (ok. 500 projektów w tym ok. 180 mikrobiogazowni), w 2011 r. 17 by o ju oddanych do eksploatacji. Na tym tle województwo lubelskie w charakteryzuje si ponad przeci tn liczb przygotowywanych projektów, (2 miejsce w kraju), W bazie danych Instytut Energii Odnawialnej (IEO) odnotowano na terenie województwa 55 inwestycji biogazowych w ró nym stadium zaawansowania. Dwie instalacje (Uhnin 1,26 MW el, Piaski 1 MW el ) zosta y uruchomione w 2011 roku. Dok adny opis inwestycji w Uhninie znajduje si w rozdziale Na terenie województwa, w Szewni Dolnej, dzia a tak e jedna mikrobiogazownia. W ramach dzia ania 311 PROW , do lubelskiego oddzia u ARiMR z o ono 21 wniosków, co stanowi. 12% w skali kraju. Tabela 1. Przygotowywane inwestycje biogazu rolniczego Liczba przygotowywanych projektów w województwach Projekty zaawansowane Projekty ma o zaawansowane Biogazownie Mikrobigoazownie Dolno l skie Kujawsko-pomorskie Lubelskie Lubuskie ódzkie Ma opolskie Mazowieckie Opolskie Podkarpackie Podlaskie Pomorskie l skie wi tokrzyskie Warmi sko-mazurskie Wielkopolskie Zachodniopomorskie Polska ród o: Baza Inwestycji Biogazowych Instytut Energii Odnawialnej (2011) W ekspertyzie dla Ministerstwa Rozwoju Regionalnego (IEO 2011a) oszacowano, e na terenie województwa lubelskiego 2015 powstanie ok. 40 inwestycji o cznej mocy zainstalowanej MW el 13

15 4.1.2 Surowce do produkcji biogazu Obecnie powszechnie stosowane jest przetwarzanie przez biogazownie rolnicze mieszaniny kilku substratów, zwane kofermentacj. Wsad do biogazowni powinien zapewnia wysok wydajno produkcji biogazu, stabilny przebieg procesu fermentacji oraz mo liwo wykorzystania powsta ej masy pofermentacyjnej zgodnie z obowi zuj cym prawem. W du ych biogazowniach stosuje si wspóln fermentacj mieszaniny odchodów zwierz cych z odpadami z przemys u rolno-spo ywczego lub ro linami energetycznymi. Praktyka wykazuje, e uzupe nianie nawozów naturalnych substratami o wi kszej zawarto ci suchej masy organicznej w jednostce masy (lub obj to ci) oraz wysokiej warto ci energetycznej wp ywa na wzrost produkcji biogazu. Nale y jednak pami ta, aby w trakcie trwania procesu nie zmienia w niekontrolowany sposób sk adu oraz ilo ci substratów. W przypadku ma ych biogazowni rolniczych zaleca si czenie odchodów zwierz cych jedynie z ro linami energetycznymi. Nawozy naturalne pochodzenia zwierz cego z gospodarstw rolnych Do produkcji biogazu mo e by wykorzystywana gnojowica, gnojówka lub obornik, które ró ni si pod wzgl dem w a ciwo ci w zale no ci od: gatunku zwierz t, sposobu ich karmienia i chowu ( ció kowy, bez ció kowy) oraz sk adu i proporcji sk adników (np. uwodnienie). Biomasa ro linna, w tym ro liny energetyczne Szerokie zastosowanie mo e znajdowa biomasa odpadowa z gospodarstw rolnych lub z uprawianych w tym celu ro lin energetycznych, charakteryzuj cych si wysok efektywno ci wytwarzania biogazu. Najcz ciej wykorzystuje si kukurydz, buraki, trawy oraz sorgo, przewa nie w formie kiszonek. Ponadto mo na wykorzysta : koniczyn, ziemniaki, bób, yto, s onecznik, cebul, gorczyc, groch, kalarep, kapust, kala or, pszenic, owies, j czmie, rzepak czy dyni. Ro liny mog by stosowane w ca o ci lub cz ci (owoce, bulwy, li cie, nasiona). W ród gatunków wykorzystywanych do produkcji biogazu w innych krajach dominuje kukurydza (90% udzia u). Kukurydza w postaci kiszonki do produkcji biogazu jest najcz ciej stosowana z uwagi na nast puj ce czynniki: wysok wydajno produkcji biogazu w porównaniu do innych ro lin zbo owych, mniejsze koszty pozyskania w porównaniu z innymi uprawami, brak konieczno ci zmiany dotychczas stosowanej techniki uprawy i zbioru, atwe, d ugookresowe magazynowanie. Odpady z przetwórstwa spo ywczego i owocowo-warzywnego Takie odpady s powszechnie stosowane w wi kszych biogazowniach rolniczych, nie zaleca si natomiast ich wykorzystania w ma ych instalacjach, ze wzgl du na trudno ci eksploatacyjne. Mog by to m.in. odpady z przemys u owocowo-warzywnego, mleczarskiego, piekarniczego, cukrowniczego, gorzelnianego czy mi snego. Tabela 2. Kwali kacja przydatno ci odpadów do produkcji biogazu rolniczego wg obowi zuj cych kodów Kod odpadu Przemys 02 Odpady z rolnictwa, sadownictwa, upraw hydroponicznych, rybo ówstwa, le nictwa, owiectwa oraz przetwórstwa ywno ci Odpady z rolnictwa, sadownictwa, upraw hydroponicznych, le nictwa, owiectwa i rybo ówstwa Odpady z rolnictwa Osady z mycia i czyszczenia Odpadowa tkanka zwierz ca Odpadowa masa ro linna Odchody zwierz ce Odpady z gospodarki le nej Odpady z upraw hydroponicznych Odpady z przygotowania i przetwórstwa produktów spo ywczych pochodzenia zwierz cego Przemys drobiarski Przemys mi sny Odpady z mycia i przygotowywania surowców Odpadowa tkanka zwierz ca Surowce i produkty nie nadaj ce si do spo ycia i przetwórstwa Osady z zak adowych oczyszczalni cieków Inne nie wymienione odpady 14

16 Kod odpadu Odpady z przygotowania, przetwórstwa produktów i u ywek spo ywczych oraz odpady pochodzenia ro linnego, w tym odpady z owoców, warzyw, produktów zbo owych, olejów jadalnych, kakao, kawy, herbaty oraz przygotowania i przetwórstwa tytoniu, dro d y i produkcji ekstraktów dro d owych, przygotowywania i fermentacji melasy (z wy czeniem 02 07) Przemys Przemys ziemniaczany Przemys owocowo-warzywny Olej rzepakowy Przemys t uszczowy Szlamy z mycia, oczyszczania, obierania, odwirowywania i oddzielania surowców Surowce i produkty nie nadaj ce si do spo ycia i przetwórstwa Osady z zak adowych oczyszczalni cieków Wyt oki, osady i inne odpady z przetwórstwa produktów ro linnych (z wy czeniem )* Odpady z produkcji pasz ro linnych* Inne nie wymienione odpady Odpady z przemys u cukrowniczego Przemys cukrowniczy Osady z zak adowych oczyszczalni cieków Wys odki* Odpady z przemys u mleczarskiego Przemys mleczarski Surowce i produkty nieprzydatne do spo ycia oraz przetwarzania Osady z zak adowych oczyszczalni cieków Odpadowa serwatka* Inne nie wymienione odpady Odpady z przemys u piekarniczego i cukierniczego Surowce i produkty nieprzydatne do spo ycia i przetwórstwa Odpady z produkcji napojów alkoholowych i bezalkoholowych (z wy czeniem kawy, herbaty i kakao) Przemys spirytusowy i dro d owy Przemys piwowarski Odpady z mycia, oczyszczania i mechanicznego rozdrabniania surowców Odpady z destylacji spirytualiów Surowce i produkty nie przydatne do spo ycia i przetwórstwa Osady z zak adowych oczyszczalni cieków Wyt oki, osady moszczowe i pofermentacyjne, wywary* Inne nie wymienione odpady Inne dodatkowe odpady nieuwzgl dnione w analizie potencja u ze wzgl du na prawne ograniczenia 07 Odpady z produkcji, przygotowania, obrotu i stosowania produktów przemys u chemii organicznej Odpady z produkcji, przygotowania, obrotu i stosowania podstawowych produktów przemys u chemii organicznej Inne nie wymienione odpady Odpady z produkcji biopaliw 20 Odpady komunalne cznie z frakcjami gromadzonymi selektywnie Odpady komunalne segregowane i gromadzone selektywnie (z wy czeniem 15 01) Mo liwo wykorzystania w biogazowniach nierolniczych Odpady kuchenne ulegaj ce biodegradacji Oleje i t uszcze jadalne Odpady z ogrodów i parków (w tym z cmentarzy) Mo liwo wykorzystania w biogazowniach nierolniczych Odpady ulegaj ce biodegradacji ród o: KE. 2001; * dodatkowe odpady nie wymienione w dokumencie KE 15

17 Produktywno surowców Aby okre li parametry poszczególnych elementów ci gu technologicznego instalacji, trzeba w pierwszej kolejno ci dokona szczegó owej analizy wsadu (substratów). Parametry surowców istotne z punktu widzenia produkcji biogazu to: zawarto suchej masy, zawarto suchej masy organicznej, wydajno produkcji metanu CH 4. Na tej podstawie mo na okre li potencja do produkcji energii z biogazu, przyjmuj c procentow zawarto metanu w biogazie i jego kaloryczno na poziomie 10 kwh/m 3. Kalkulacj mo na oprze na publikowanych w atlasach substratów wska nikach produktywno ci biogazu (wyra onych w metrach sze ciennych na ton suchej masy organicznej lub na ton wie ej masy). Znacznie dok adniejsz kalkulacj umo liwia wykonanie prób fermentacyjnych. Tabela 3. Przydatno ró nych substratów do produkcji biogazu Substrat Zawarto suchej masy (%) Zawarto suchej masy organicznej - s.m.o. (%) Uzysk biogazu (m 3 /t s.m.o.) Zawarto CH 4 w biogazie (% obj.) Nawozy naturalne Gnojowica byd a Gnojowica wi ok Obornik byd a ok Obornik wi Kurzeniec ok Kiszonki z ca ych ro lin (uprawy celowe na biogaz) Kiszonka z kukurydzy Kiszonka z yta ok. 55 Kiszonka traw Produkty uboczne z przemys u rolno-spo ywczego Wys odziny browarniane Wywar zbo owy Wywar ziemniaczany Wyt oki z owoców Inne substraty Przedterminowa ywno Tre o dkowa ród o: FNR W biogazowniach rolniczych wykorzystuje si zwykle 2-3 substraty np. gnojowic i kiszonk kukurydzy. Tabela 3 podaje udzia suchej masy organicznej w ca kowitej zwarto ci suchej masy porównywanych substratów, a tak e efektywno jej przetwarzania na biogaz Proces fermentacji metanowej Fermentacja metanowa jest procesem rozk adu substancji organicznych zachodz cym w warunkach beztlenowych, przy odpowiedniej zawarto ci substancji od ywczych i w odpowiedniej temperaturze, dokonywanym przez bakterie. W wyniku rozk adu substancji organicznych powstaje biogaz oraz masa pofermentacyjna, która mo e stanowi warto ciowy nawóz. Biogaz jest mieszanin gazow sk adaj c si zwykle w 50 75% z metanu i 25 45% dwutlenku w gla; inne zwi zki wyst puj w ilo ciach ladowych. Przebieg procesu fermentacji mo na podzieli na cztery fazy: hydroliz, faz acydo ln, faz octanogenn i faz metanogenn. W ka dej z nich uczestnicz inne szczepy bakterii, którym nale y stworzy odpowiednie warunki rozwoju. Zachodz cy w biogazowni proces fermentacyjny i sterowanie nim s znane w przyrodzie i porównywane z procesem trawienia przebiegaj cym w waczu krowy. Dlatego biogazownia cz sto nazywana jest betonow krow. 16

18 Zapewnienie odpowiedniej temperatury Dynamika fermentacji jest ci le powi zana z temperatur, w której przebiega proces. Fermentacja mo e przebiega w nast puj cych zakresach temperatur: psychro lowa o C popularna w Azji, mezo lowa o C powszechnie stosowana w Europie, termo lowa o C rzadko stosowana. Najwi ksze zastosowanie znajduj fermentacja mezo lowa (85% instalacji) oraz w niektórych instalacjach fermentacja termo lowa. Fermentacja psychro lowa jest popularna w krajach klimatu zwrotnikowego i podzwrotnikowego. Dla zapewnienia ci g ego i stabilnego procesu wa ne jest zachowanie sta ej, temperatury w ca ej obj to ci zbiornika oraz sk adu i ilo ci wsadu. Zapewnienie odpowiednio d ugiego czasu kontaktu bakterii z substancjami od ywczymi Czas przebywania bakterii w komorze fermentacyjnej powinien by na tyle d ugi, aby mo liwy by pe ny rozk ad substancji organicznych, co równocze nie zapobiega wymywaniu bakterii wraz z nieprzetrawionymi przez nie substancji organicznymi. Z drugiej strony czas ten nie powinien by zbyt d ugi, poniewa prowadzi to do przewymiarowania komory fermentacyjnej i innych elementów biogazowni, co poci ga za sob wzrost kosztów. Optymalny czas kontaktu bakterii z substancjami od ywczymi oblicza si ze stosunku dop ywu substratów do pojemno ci komory; nazywa si go hydraulicznym czasem retencji (HRT). Na przyk ad optymalne HRT dla gnojowicy wi skiej wynosi 15 dni, dla kiszonki kukurydzy 85 dni, a dla ich mieszanki (w proporcji 70:30) 65 dni Dost pne technologie Istnieje wiele mo liwo ci przeprowadzenia procesu fermentacji, ale najwa niejszy jest wybór trybu pracy komory fermentacyjnej. Kon guracja biogazowni, która odbywa si ju na etapie planowania i projektowania, powinna w pierwszej kolejno ci zale e od cech dost pnych substratów. Ich rodzaj, ilo i jako (zawarto suchej masy, mo liwo produkcji metanu, pochodzenie) decyduj o wielko ci produkcji biogazu, a tak e o obj to ci zbiorników, wielko ci urz dze i instalacji oraz o mocy agregatów do produkcji energii elektrycznej i ciep a. Warianty technologiczne Temperatura Sucha masa Etapy fermentacji Tryb 35 o C: fermentacja <16%: fermentacja Kogeneracja 55 o C: fermentacja >=16%: fermentacja sucha o C Rysunek 3. Warianty technologiczne budowy biogazowni rolniczej ród o: Opracowanie w asne, Instytut Energetyki Odnawialnej Podstawowe elementy ci gu technologicznego Pod wzgl dem kon guracji uk adu i zastosowanych urz dze ci g technologiczny biogazowni rolniczej mo e by ró ny, bo zale y od cech gospodarstwa, w którym dzia a biogazownia. Dobór urz dze i ich zestawienie zale y zw aszcza od rodzaju i w a ciwo ci dost pnych substratów, szybko ci procesu fermentacji, sposobu wykorzystania biogazu oraz zagospodarowania masy pofermentacyjnej. Rodzaj, ilo i jako stosowanych substratów decyduje o wielko ci produkcji biogazu, a tak e o obj to ci zbiorników fermentacyjnych i pofermentacyjnych, wielko ci urz dze i instalacji oraz o mocy agregatów CHP. 17

19 Przygotowanie substratów Spo ród potencjalnych surowców do produkcji biogazu znacznego nak adu na przygotowanie wymagaj celowe uprawy ro lin energetycznych. W wi kszo ci przypadków (kukurydza, zbo a) nale y je uprawia przez okres sezonu wegetacyjnego, zebra przy pomocy specjalistycznych maszyn (sieczkarnie), zakonserwowa (kiszenie) i przechowywa przez okres pozwalaj cy zapewniaj cy ci g o dostaw surowca. Przed zastosowaniem biomasa powinna by rozdrobniona za pomoc maceratora (rozdrabniacza), dzi ki czemu uzyskuje si jednorodny materia wsadowy, niezb dny do optymalnego przebiegu procesu fermentacji. Gdy substraty dostarczane s z zewn trz za pomoc rodków transportu, konieczna jest budowa punktu ich zrzutu. Z niego substraty s transportowane do zbiornika wst pnego, który s u y do magazynowania surowców. Konstrukcja zbiornika zale y od rodzaju sk adowanego materia u mo e by wykonana z betonu, elbetu, stali lub tworzyw sztucznych. Substraty o ma ym uwodnieniu mog by sk adowane w pryzmach lub silosach kiszonkowych (kiszonka, ziarno). Nawozy naturalne pochodzenia zwierz cego powinny by przechowywane na p ytach gnojowych (obornik) lub w zbiornikach na gnojowic, które odpowiadaj normom Dobrej Kultury Rolnej. Sanitacja jest stosowana wtedy, gdy wykorzystuje si odpady poubojowe (czyli raczej nie w przypadku ma ych biogazowni), poniewa mog one stanowi ród o patogenów, a zatem zagra a zdrowiu ludzi i zwierz t. Zgodnie z procedur, substraty, dla których wymagana jest higienizacja lub pasteryzacja (w zale no ci od kategorii odpadów), powinny by rozdrobnione, a nast pnie poddane obróbce termiczno-ci nieniowej (w temperaturze 70 o C lub 133 o C i pod odpowiednim ci nieniem, w okre lonym przedziale czasowym). Rysunek 4. Uproszczony schemat produkcji biogazu rolniczego ród o: Opracowanie w asne, Instytut Energetyki Odnawialnej Komora fermentacyjna Ze zbiornika mieszania biomasa wsadowa jest przepompowywana do komory fermentacyjnej (fermentora), w której zachodzi proces rozk adu substancji organicznych oraz produkcji biogazu. Komora fermentacyjna mo e by wykonana z blachy, elbetu lub tworzyw sztucznych i najcz ciej ma kszta t cylindryczny. S komory wolno stoj ce, zag bione w ziemi lub komory o osi poziomej na fundamentach. W fermentacji suchej stosowane s równie zbiorniki gara owe. Reaktor powinien by szczelny i dobrze izolowany termicznie, by ograniczy straty ciep a procesowego. Podgrzewanie materia u wsadowego, które odbywa si za pomoc wymienników ciep a, zapewnia stabiln temperatur procesu. Je eli wymagane jest rozcie czenie biomasy, materia wsadowy mo e by podgrzewany równie przez dodawanie gor cej wody. 18

20 Ponadto fermentory powinny by zaopatrzone w detektor i wy apywacz piany, uj cie gazu, ruroci gi przelewowe, miernik poziomu cieczy oraz zawory bezpiecze stwa. Uk ad mieszania stanowi zazwyczaj mieszad a mechaniczne i/lub pompy hydrauliczne. Mieszanie hydrauliczne polega na wt aczaniu skompresowanego biogazu do zbiornika, co powoduje powstawanie p cherzyków gazu, wymuszaj cych mieszanie zawarto ci komory fermentacyjnej. Infrastruktura energetyczna Agregat kogeneracyjny Skojarzone, czyli jednoczesne wytwarzanie energii elektrycznej i ciep a w agregatach kogeneracyjnych (CHP) jest obecnie najbardziej rozpowszechnion metod energetycznego wykorzystania biogazu. Energia elektryczna przekazywana jest do sieci elektroenergetycznej, a ok. 9% produkcji biogazownia zu ywa na potrzeby w asne (mieszad a, pompy, uk ad sterowania, o wietlenie). Potrzeby procesowe biogazowni (ogrzewanie komory fermentacyjnej) pokrywane s w 25 40% przez produkowane ciep o, a nadwy ka mo e by wykorzystana przez rolnika lub sprzedana lokalnym odbiorcom. Alternatywnym sposobem wykorzystania biogazu jest jego wt aczanie, po uprzednim oczyszczeniu do parametrów biometanu (93 98% metanu), do sieci gazowej. Technologia ta nie jest stosowana w ma ych biogazowniach rolniczych ze wzgl du na wysokie koszty. Dzi ki zastosowaniu agregatu CHP do skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciep a (kogeneracji) ca kowita sprawno uk adu dochodzi do 80 85%. Sprawno pozyskania energii elektrycznej w najnowszych du ych agregatach mie ci si w granicach 38 44%, a sprawno cieplna 40 50%. Wspó czynniki sprawno ci zwi kszaj si wraz ze wzrostem elektrycznej mocy instalacji. Dla ma ych biogazowni sprawno elektryczna jest znacznie mniejsza 25-33%, cieplna jest zwykle wy sza ni 50%. Nale y zwróci uwag na to, e sprawno rzeczywista agregatów i silników zainstalowanych w biogazowniach mo e by ni sza od sprawno ci podawanej przez producenta, zw aszcza w warunkach pracy przy niepe nym obci eniu. Infrastruktura elektroenergetyczna Biogazownie rolnicze mo na pod czy do infrastruktury elektroenergetycznej, najlepiej jak najbli ej transformatora redniego napi cia 30/0,4 kv lub wy szej mocy. Przyjmuje si, e do 40 kw el mocy zainstalowanej ma a biogazownia mo e by przy czona bez wi kszych problemów do sieci niskiego napi cia, pod warunkiem e zlokalizowana jest ona w niewielkiej odleg o ci od stacji transformatorowej 15/0,4 kv a jej moc nie przekroczy 40 kw el. Obecnie rozwa a si produkcj energii elektrycznej z biogazu do sieci wydzielonej (mikrosieci) jako alternatywne zabezpieczenie przed awariami sieci wiejskich i przerwami w dostawach pr du. Ciep oci gi Je eli w najbli szym s siedztwie biogazowni mo liwy jest odbiór ciep a (np. osiedle mieszkaniowe), nale y rozwa y mo liwo budowy ciep oci gu. Jest to rozwi zanie kosztowne, a jego op acalno zale y od: wielko ci sprzeda y ciep a, rytmiczno ci odbioru (sezonowo ci) oraz odleg o ci od najbli szych odbiorców. Potencjalnemu odbiorcy ciep a, przed z o eniem oferty sprzeda y ciep a nale y przede wszystkim przedstawi korzy ci nansowe z wprowadzenia takiego rozwi zania. Przyjmuje si, e rozbudowa jest op acalna do 3 km. Gazoci gi Je eli odleg o do potencjalnych odbiorców ciep a jest zbyt du a i ciep oci g oka e si rozwi zaniem nierentownym, biogaz mo na przesy a gazoci giem do miejsca lokalnego zapotrzebowania. Jest to ta sze rozwi zanie, a przy tym umo liwia przetwarzanie biogazu na energi elektryczn i ciep o bezpo rednio u odbiorców ko cowych. Taki gazoci g mo e sta si pocz tkiem rozwoju lokalnej mikrosieci biogazowej, wa nej dla rozwoju lokalnego rynku biogazu i bezpiecze stwa energetycznego np. gminy. Obróbka, przechowywanie i wykorzystanie masy pofermentacyjnej Zbiorniki i laguny do przechowywania osadu Aby spe ni warunek bezodpadowo ci instalacji oraz zamkn bilans ekonomiczny inwestycji, nale y zapewni zagospodarowanie masy pofermentacyjnej jako nawozu. Masa pofermentacyjna mo e by wykorzystywana tylko w okre lonych przez ustawodawc terminach; istnieje zakaz wylewania/rozrzucania jej na pola od 30 listopada do 1 marca. Trzeba zatem magazynowa j w zbiornikach lub lagunach przez 4 6 miesi cy. Zbiorniki elbetowe stosuje si wtedy, gdy brakuje terenu do przechowywania masy pofermentacyjnej, ale s rozwi zaniem dro szym. Laguny zbiorniki ziemne wy o one membran s rozwi zaniem ta szym, ale zajmuj du powierzchni terenu. W zbiornikach lub lagunach proces fermentacji, cho z mniejsz wydajno ci, zachodzi nadal, dlatego powinny by one szczelne (lub zakryte), dzi ki czemu ca kowit produkcj biogazu mo na zwi kszy do 4 %. Zbiorniki na mas pofermentacyjn, w których jest odzyskiwany dodatkowy biogaz, nazywa si komorami wtórnej fermentacji. Instalacja do rozdzia u frakcji osadu Rozdzia faz osadu na frakcje sta i mokr (obie mo liwe do wykorzystania jako nawóz), mo e okaza si niezb dny ze wzgl du na potrzeb zmniejszenia obj to ci zbiorników do przechowywania pofermentacyjnej. Rozdzia frakcji odbywa si za pomoc metod - zycznych (sedymentacja, suszenie w szklarniach, ltracja membranowa), mechanicznych (wirówki, prasy) lub termiczno-ci nieniowych 19