TECHNOLOGIE PRODUKCJI I WYKORZYSTANIA ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII W ROLNICTWIE ORAZ KOSZTY I BARIERY ICH STOSOWANIA

Transkrypt

1 INŻYNIERIA W ROLNICTWIE. MONOGRAFIE NR 20 ENGINEERING IN AGRICULTURE. MONOGRAPHS NO. 20 Anna Grzybek, Jan Pawlak TECHNOLOGIE PRODUKCJI I WYKORZYSTANIA ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII W ROLNICTWIE ORAZ KOSZTY I BARIERY ICH STOSOWANIA TECHNOLOGY OF PRODUCTION AND USE AS WELL AS COSTS AND BARRIERS OF RENEWABLE ENERGY SOURCES IN AGRICULTURE Falenty 2015 WYDAWNICTWO ITP

2 INSTYTUT TECHNOLOGICZNO-PRZYRODNICZY Falenty, al. Hrabska 3, Raszyn tel./fax ; DYREKTOR INSTYTUTU dr hab. inż. Piotr Pasyniuk Oddział w Warszawie ul. Rakowiecka 32, Warszawa tel , fax Kierownik Oddziału prof. dr hab. Aleksander Szeptycki KOLEGIUM REDAKCYJNE prof. dr hab. Aleksander Szeptycki przewodniczący prof. dr hab. J.Lech Jugowar prof. dr hab. Zdzisław Wójcicki prof. dr hab. Jan Pawlak prof. dr hab. Krzysztof Wierzbicki Recenzenci dr hab. Tomasz Piskier, prof. dr hab. Mariusz J. Stolarski Redakcja naukowa prof. dr hab. Jan Pawlak Kierownik Działu Wydawnictw: dr hab. inż. Halina Jankowska-Huflejt, prof. nadzw. Projekt okładki: Halina Jankowska-Huflejt Opracowanie redakcyjne: Iwona Ornoch Skład komputerowy i przygotowanie do druku: Anna Wysocka Copyright by Instytut Technologiczno-Przyrodniczy w Falentach (ITP), 2015 ISBN ISSN Adres redakcji: Instytut Technologiczno-Przyrodniczy Falenty, al. Hrabska 3, Raszyn tel ; wydawnictwo@itp.edu.pl Realizacja wydania: Agencja Wydawniczo-Poligraficzna Gimpo Warszawa, ul. M. Grzegorzewskiej 8. Ark. wyd. 9,0. Nakład 220 egz.

3 Spis treści Wykaz ważniejszych definicji i pojęć...5 Wykaz ważniejszych oznaczeń i skrótów WPROWADZENIE (Jan Pawlak) TECHNOLOGIE PRODUKCJI I WYKORZYSTANIA ENERGII ODNAWIALNEJ (Anna Grzybek, Marek Hryniewicz) Wprowadzenie Technologie związane z energetycznym wykorzystaniem biomasy stałej Technologia produkcji biopaliw ciekłych I generacji Biopaliwa drugiej generacji Biogaz Technologie wytwarzania energii z wykorzystaniem energii Słońca Technologie wytwarzania energii z wykorzystaniem pompy ciepła Technologie wytwarzania energii z wykorzystaniem energii wiatru Podsumowanie ANALIZA KOSZTÓW PRODUKCJI I KONKURENCYJNOŚCI OZE (Jan Pawlak) Wprowadzenie Metoda oceny celowości zastosowania OZE w gospodarstwie rolnym Oceny celowości zastosowania OZE w gospodarstwie rolnym Podsumowanie WPŁYW PRODUKCJI OZE NA KOSZTY I POZIOM DOCHODÓW W GOSPODARSTWACH ROLNYCH (Anna Grzybek, Adam Świętochowski) Wstęp Koszty energii z tradycyjnych źródeł w działalności rolniczej Koszty energii z OZE w działalności rolniczej Porównanie kosztów prowadzenia działalności rolniczej z zastosowaniem tradycyjnych i odnawialnych źródeł energii Przykład możliwości substytucji energii konwencjonalnej energią z OZE w gospodarstwie rolnym Podsumowanie PRODUKCJA ENERGII ODNAWIALNEJ Z BIOMASY W ROLNICTWIE A BEZPIECZEŃSTWO ŻYWNOŚCIOWE (Jan Pawlak) Wprowadzenie Założenia metodyczne i materiał źródłowy Obecna i przewidywana sytuacja w światowej gospodarce żywnościowej Produkcja energii z biomasy w Polsce i jej skutki Podsumowanie SZANSE I ZAGROŻENIA ZWIĄZANE Z PRODUKCJĄ OZE W ROLNICTWIE (Anna Grzybek) Analiza SWOT dotycząca pozyskania biomasy z rolnictwa Analiza SWOT dotycząca pozyskania biomasy z produktów ubocznych rolnictwa i przetwórstwa rolno-spożywczego Analiza ryzyka pozyskania biomasy rolnej Istniejąca struktura legislacyjna i regulacyjna w odniesieniu do OZE bariery administracyjne PODSUMOWANIE (Anna Grzybek, Jan Pawlak) BIBLIOGRAFIA Streszczenie ZAŁĄCZNIKI...131

4 Contents List of important definitions and terms...5 List of important symbols and abbreviations INTRODUCTION (Jan Pawlak) TECHNOLOGIES OF PRODUCTION AND UTILIZATION OF RENEWABLE ENERGY (Anna Grzybek, Marek Hryniewicz) Introduction Technologies of energy use of solid biomass Liquid biofuels production technology I generation Second generation biofuels Biogas Technologies of producing energy with the use of solar power Technologies of producing energy with the use of a heat pump Technologies of producing energy with the use of wind energy Summary ANALYSIS OF PRODUCTION COSTS AND COMPETITIVENESS OF RES (Jan Pawlak) Introduction Method of evaluating the advisability of the use of RES in a farmstead Assessments of advisability of the use of RES in a farmstead Summary THE IMPACT OF RES PRODUCTION ON COSTS AND LEVEL OF INCOME OF FARMSTEADS (Anna Grzybek, Adam Świętochowski) Preface Costs analysis of running an agricultural operation with the use of traditional energy sources Costs analysis of running an agricultural operation with the use of RES Costs comparison of running an agricultural operation with the use of traditional and renewable energy sources Example of the possibilities for substituting conventional energy with energy from RES in a farmstead Summary PRODUCTION OF RENEWABLE ENERGY FROM BIOMASS IN AGRICULTURE AND FOOD SAFETY (Jan Pawlak) Introduction Methodical assumptions and source material The current and anticipated situation in the world food economy Energy production from biomass in Poland and its consequences Summary CHANCES AND RISKS RELATED TO THE PRODUCTION OF RES IN AGRICULTURE (Anna Grzybek) SWOT analysis concerning the obtaining of biomass from agriculture SWOT analysis concerning the obtaining of biomass from agricultural and food- -processing byproducts Analysis of risk in obtaining agricultural biomass Existing legislative and regulative structure with reference to RES administrative barriers SUMMARY (Anna Grzybek, Jan Pawlak) BIBLIOGRAPHY Summary ATTACHMENTS...131

5 Streszczenie W monografii przedstawiono: opis technologii produkcji i wykorzystania energii odnawialnej, mającej zastosowanie w rolnictwie; analizę kosztów i konkurencyjności produkcji OZE; ocenę wpływu produkcji OZE na koszty i dochody w gospodarstwach rolnych; przewidywany wpływ produkcji energii z biomasy rolniczej na bezpieczeństwo żywnościowe kraju i wartość produkcji w rolnictwie; ocenę szans i zagrożeń związanych z produkcją energii z zasobów odnawialnych w rolnictwie i przemyśle spożywczym. Dysponujemy obecnie zaawansowanymi technologiami produkcji energii z zasobów odnawialnych, których mamy wiele do wyboru. Przy wyborze odnawialnego źródła energii potrzebna jest wnikliwa analiza, w której z jednej strony trzeba brać pod uwagę charakterystykę tego źródła, z drugiej zaś warunki, w jakich ma ono być zastosowane. O celowości zastosowania OZE decyduje kryterium efektywności, zarówno ekonomicznej, jak i energetycznej. Trzeba też brać pod uwagę skutki pośrednie tzn. oddziaływanie na środowisko naturalne, a także (w przypadku korzystania z biomasy) na konkurencję energii produkowanej z tego źródła w stosunku do żywności. W tym przypadku wpływ ten nie ogranicza się tylko do zmniejszenia powierzchni upraw dostarczających żywność i pasze, ale także (w przypadku słomy) do zmniejszenia zawartości substancji organicznych w glebie, z konsekwencjami w postaci pogorszenia żyzności gleby i spadku plonów w przyszłości. Zmienność cen konwencjonalnych nośników energii oraz środków produkcji stosowanych w procesach pozyskiwania OZE, a zwłaszcza proporcji między poszczególnymi cenami powoduje, że analizy dotyczące celowości zastosowania energii z zasobów odnawialnych w krótkim czasie tracą aktualność i muszą być na bieżąco aktualizowane, co powoduje wątpliwości odnośnie do przydatności takich analiz jako podstawy podejmowania decyzji odnośnie do inwestycji związanych z budową lub zakupem instalacji umożliwiających korzystanie z energii odnawialnej. W celu zmniejszenia ryzyka podjęcia błędnej decyzji w zakresie inwestowania w energetykę odnawialną można posłużyć się metodą analizy, w której miernik pieniężny zastępuje się odpowiednimi wskaźnikami energochłonności skumulowanej. Wobec przewidywanego zwiększania plonów roślin uprawnych oraz zmniejszania liczby ludności, wzrost areału upraw na cele energetyczne do ok tys. ha w 2030 r. nie spowoduje niedoboru żywności w Polsce. Nastąpi jednak wzrost cen żywności średnio o 5 12%, w tym zbóż o 5 18%. Wskutek zwiększenia produkcji biomasy energetycznej wartość dodana brutto w rolnictwie może być w 2030 r. o 2,2 4,3% wyższa niż w 2010 r., co spowoduje wzrost przeciętnych dochodów ludności rolniczej. Dynamika tego wzrostu będzie zależeć od tempa zmniejszania liczby tej ludności. Wytwarzanie energii z zasobów odnawialnych w Polsce utrudniają liczne, opisane w pracy, bariery natury ekonomicznej, technologicznej, informacyjnej, edukacyjnej, a także niestabilna polityka odnośnie do OZE i utrudnienia formalne, wydłużające okres realizacji inwestycji oraz brak stabilnego rynku biopaliw.

6 Summary The monograph presents: a description of production and usage technology of renewable energy, applicable in agriculture; analysis of the costs and competitiveness of production of RES; assessment of the impact of RES production on costs and incomes of farmsteads; the expected impact of energy production from agricultural biomass on the country s food safety and the value of production in agriculture; assessment of opportunities and risks related to the production of energy from renewable resources in agriculture and food industry. We now have at our disposal advanced production technologies of energy from renewable resources, which we have a lot to choose from. When choosing a renewable energy source a thorough analysis is needed, in which on the one hand, we must take into the account the characteristics of this source, on the other hand the conditions in which it is supposed to be applied. The advisability of the use of RES is determined by the efficiency criterion, both economic and energy. It is also necessary to take into consideration indirect effects i.e. the impact on the environment, and also (in case of using biomass) the competitiveness of the energy produced from this source in relation to food. In this case that impact is not limited to a reduction in the cultivation area of food and feed crops, but also (in case of straw) to a reduction of the content of organic substances in the soil, with consequences in the form of a deterioration of soil fertility and declining yields in the future. Variability of prices for conventional energy carriers and means of production used in the processes of acquiring RES and especially the proportion between different prices, causes the analyses concerning advisability of the use of energy from renewable resources to lose topicality in a short time and forces their systematical updates, what causes doubts as to the usefulness of such analyses as a basis for decision making with regard to investments related to the construction or purchase of installations allowing the use of renewable energy. In order to reduce the risk of making a wrong decision when investing in renewable energy you can use the method of analysis, in which the financial measure is replaced by the corresponding rates of cumulative energy consumption. In view of the predicted increase of crop yields and the population decline, the increase of acreage for energy purposes to approx thous. ha in the year 2030, will not cause food shortages in Poland. There will, however, be a rise in food prices by an average of 5 12% including cereals by 5 18%. As a result of increasing production of energy biomass gross value added in agriculture could be in the year 2030 by % higher than in the year 2010, which will increase the average income of the agricultural population. The dynamics of this growth will depend on the rate of decrease in the number of this population. The production of energy from renewable resources in Poland is hindered by many, described in this work, barriers of economical, technological, informative, educational nature and also an unstable policy with regard to RES and formal difficulties, extending the period of investment realization as well as the lack of a stable biofuel market.