Możliwości wykorzystania odnawialnych źródeł energii na Dolnym Śląsku

Transkrypt

1 Możliwości wykorzystania odnawialnych źródeł energii na Dolnym Śląsku Materiały z konferencji: Wdrażanie przepisów UE regulujących wykorzystanie odnawialnych źródeł energii w wybranych krajach członkowskich, ze szczególnym uwzględnieniem zagadnienia wykorzystania biomasy organizowane we współpracy z Urzędem Marszałkowskim Województwa Dolnoślaskiego Dolnośląską Agencją Energii i Środowiska Stowarzyszeniem na Rzecz Zrównoważonego Rozwoju Temat: Możliwości wykorzystania odnawialnych źródeł energii na Dolnym Śląsku 1. Zasadność stosowania odnawialnych źródeł energii Przyrost populacji ludności na świecie oraz intensywnie rozwijające się gospodarki zwłaszcza państw azjatyckich powodują stały wzrost zużycia energii. Intensywny rozwój gospodarki światowej przyczynia się do dynamicznego wzrostu zużycia konwencjonalnych nośników energii. Liczne analizy wzrostu zużycia energii wskazują, iż nadszedł czas aby na szeroką skalę zająć się zagadnieniami związanymi z alternatywnymi źródłami energii. Mając powyższe na uwadze, Unia Europejska uruchomiła liczne projekty badawcze, ukierunkowane na rozwój technologii pozyskiwania i przetwarzania energii z odnawialnych źródeł. Biomasa zajmuje istotne miejsce w bilansowaniu energii państw, także w aspekcie realizacji podjętych zobowiązań odnośnie udziału energii z odnawialnych źródeł w bilansie energetycznym poszczególnych członków UE. Za energetycznym wykorzystaniem biomasy przemawia nie tylko jej potencjał energetyczny, ale i efekt ekologiczny. Podczas spalania biomasy występuje praktycznie zerowa emisja zanieczyszczeń w postaci dwutlenku węgla do atmosfery. Mówi się o tzw. bilansie zerowym, ponieważ podczas spalania biomasy poziom emisji dwutlenku węgla do atmosfery nie przekracza ilości, jaką rośliny pobrały w fazie wzrostu. Ponadto np. emisja dwutlenku siarki jest znacznie niższa aniżeli przy spalaniu węgla czy ropy naftowej. Wykorzystanie roślin w celach energetycznych tworzy również nowe miejsca pracy zarówno w miastach jak i w terenie. Biomasa jest jednym z największych odnawialnych źródeł energii na świecie. Dostarcza 1250 mln ton masy, co stanowi 14 % światowego zużycia energii. W celach energetycznych można wykorzystywać także inne odnawialne nośniki energii jak : drewno odpadowe w przemyśle drzewnym i leśnictwie, odpadowe opakowania, plantacje roślin energetycznych (jak: wierzba, topola, miscanthus, ślazowiec pensylwański, topinambur), słoma i ziarno zbóż, biogaz z odpadów produkcji zwierzęcej oraz z odpadów ściekowych i organicznych (gnojowica, odpady organiczne z cukrowni, gorzelni, browarów itd., (gnojowica, obornik), osadów ściekowych, wysypisk śmieci, biopaliwa płynne (bioetanol, oleje roślinne, biodiesel). Polska jest krajem, w którym potencjalne zasoby biomasy do zagospodarowania wynoszą ponad mln ton słomy odpadowej, 4 mln ton odpadów drzewnych tj. chrust, trociny, kora, zrębki; około 6 mln ton osadów ściekowych przemysłu celulozowo papierniczego, spożywczego oraz miejskich odpadów komunalnych. Daje to w rezultacie około 30 mln ton biomasy rocznie, co jest równoważne mln ton węgla (Tokarz 2002). Argumentami przemawiającymi za wykorzystaniem

2 odnawialnych źródeł są: stałe i pewne dostawy krajowego nośnika energii, zapewnienie dochodu przy ograniczeniach produkcji roślinnej i zwierzęcej, tworzenie nowych miejsc pracy, ograniczenie emisji CO2 przy spalaniu nośników odnawialnych, aktywizacja ekonomiczna, przemysłowa i handlowa lokalnych społeczeństw, decentralizacja produkcji energii (wyższy poziom bezpieczeństwa energetycznego poprzez poszerzenie oferty producentów energii). Możliwe wady energetycznego zagospodarowanie biomasy i innych nośników to: ryzyko zmniejszenia bioróżnorodności w przypadku wprowadzenia monokultur roślin o przydatności energetycznej, spalanie biopaliw, jak każde spalanie, powoduje emisję NOx, podczas spalania biomasy, zwłaszcza zanieczyszczonej pestycydami, odpadami tworzyw sztucznych lub związkami chloropodobnymi, wydzielają się dioksyny i furany (pożary lasów i spalanie drewna) o toksycznym i rakotwórczym działaniu, popiół z niektórych rodzajów biomasy w temperaturze spalania topi się, zaślepia ruszta, co stanowi poważne utrudnienie procesu spalania. W Polsce, w najbliższych latach należy spodziewać się wzrostu wykorzystania głównie biomasy ze słomy i drewna a także innych, odnawialnych nośników energii jak energetyka wiatrowa oraz energia promieniowania słonecznego. W najbliższym okresie będzie dominować wykorzystanie biomasy poprzez procesy spalania w energetyce rozproszonej oraz poprzez współspalanie biomasy z nośnikami kopalnymi. Kierunkiem rozwojowym będzie natomiast pozyskiwanie biopaliw płynnych z biomasy drewna w tzw. instalacjach kogeneracji ciepła i elektryczności (jednoczesne wytwarzanie ciepła i elektryczności). Pod względem energetycznym słoma sucha jest dobrym paliwem; wartość opałowa wynosi ok. 16,1 17,4 MJ/kg co oznacza, że 2 tony tego nośnika energii jest równoważne 1 tonie węgla. Zestawione w tabeli 1 wartości opałowe wskazują, że wartość opałowa słomy w znacznym stopniu uzależniona jest od jej wilgotności, rodzaj słomy, stanu w jakim została ona zebrana z pola. Długie pozostawienie słomy na polu przyczynia się do zmian wyglądu słomy a przede wszystkim traci na wartości opałowej. Słoma cechuje się stosunkowo małą gęstością a jednocześnie znaczną ilością frakcji lotnych, co sprawia, że przy jej spalaniu pojawiają się określone problemy. Popiół jako pozostałość z niepalnych substancji może stanowić problem dla kotłowni, zwłaszcza na niską temperaturę topnienia około st.c. Tabela 1. Wartość opałowa słomy (Szlachta 2001) Analizując przydatność słomy jako surowca energetycznego należy stwierdzić, że emisja związków podczas jej spalania w dużym stopniu zależy od przebiegu procesu spalania i wzrasta w miarę spalania niezupełnego. Badania duńskie wykazały bliski związek między obecnością związków PAH i CO a zawartością tlenków węgla. Proces spalania słomy istotnie zależy od wilgotności słomy, zarówno pod względem przebiegu i kompletności spalania jak i uzyskiwanej ilości ciepła (tab.2). Bardzo ważną sprawą w procesie spalania słomy są paleniska, które powinny zapewniać dostarczenie do strefy spalania odpowiedniej ilości powietrza (nadmiaru powietrza), co może zminimalizować emisję dioksyn do atmosfery. Drugim co do wielkości odnawialnym źródłem energii jest biomasa drzewna. W Polsce szacuje się niewykorzystanej odpadowej biomasy na energię około 244 PJ/a co daje nam trzecie miejsce w Europie Środkowo - Wschodniej.

3 Tabela 2. Uzyskiwane oraz teoretyczne ilości ciepła przy spalaniu słomy świeżej i szarej (Denysiuk, Piechocki 2005) Drewno może być pozyskiwane z plantacji energetycznych tzw. roślin szybkiej rotacji, do których zalicza się: wierzbę (około 350 gatunków), topolę, różę wielokwiatową, śluzowiec pensylwański, rdest japoński, topinambur) itp., odpadów leśnych, odpadów produkcyjnych z zakładów przemysłu drzewnego oraz odpady z innych gałęzi przemysłu. Wartość opałowa drewna surowego zaraz po ścięciu wynosi MJ/kg (50 % wilgotności) i ulega zwiększeniu do około 19 MJ/kg po wysuszeniu (15 20% wilgotności). Spalanie biomasy drzewnej ze względu na zróżnicowanie pod względem wilgotności, morfologii i przy zróżnicowanym składzie chemicznym może mieć miejsce w kotłach do tego przystosowanych. W większości są to kotły do spalania fluidalnego o nietypowej mocy w porównaniu z dotychczas stosowanymi. Niewątpliwą zaletą spalania fluidalnego jest możliwość spalania paliw o znacznej wilgotności obniżenie temperatury spalania, pełniejsze spalanie cząstek przy znacznym ograniczeniu emisji tlenków azotu, mniejsza komora spalania, wiązanie w złożu fluidalnym w wyniku reakcji chemicznych siarki poprzez reakcję tlenków siarki z tlenkiem wapnia, spalanie biomasy drzewnej o wartości opałowej od 6 MJ/kg, zawartość cząstek niepalnych do 60 %. Szacuje się, że obecnie w Polsce pracuje około 2000 tysięcy różnego typu kotłów przystosowanych do spalania biomasy drewna w postaci zrębem, brykietu, peletów, trocin, kory oraz odpadów przemysłu przetwarzającego drewno i papieru. W grupie technologii przetwarzania biomasy można wydzielić metody pośredniego i bezpośredniego upłynniania biomasy, a także procesy pirolizy. Proces ten jest to przetwarzanie masy drzewnej, którego produktem jest ciekłe biopaliwo. Proces polega na cieplnej degradacji biomasy w warunkach ograniczonego dostępu do powietrza, przy stosunkowo niskiej temperaturze około oc a faza gazyfikacji w temperaturze około oc. W wyniku procesu pirolizy uzyskuje się gaz palny, paliwo ciekłe (olej), i paliwo stałe (węgiel drzewny, ksylit). Proporcje pomiędzy tymi nośnikami zależą od przebiegu i rygoru procesu technologicznego, a w szczególności od temperatury. I tak przyjmuje się, iż: % energii zawartej w biomasie przechodzi do paliw stałych, % - przechodzi do oleju, 20 % - przechodzi do frakcji gazowych (resztę stanowią straty procesu). Na świecie istnieją już instalacje doświadczalne, jednak rezultat ekonomiczny są wciąż dyskusyjne, ponieważ szacunkowy koszt baryłki oleju wynosiłby około 18 $ i jest oceniany jako wysoki, Według natomiast niektórych korporacji sprawność procesu pirolizy przekracza 72 % a wytwarzane paliwo może konkurować z ropą przy cenie poniżej 21 $ za baryłkę. W ostatnimi czasie wiele mówi się o wykorzystanu paliw ciekłych uzyskiwanych z biomasy. Pozyskany alkohol metylowy i etylowy pochodzenia roślinnego w wielu krajach służy jako dodatek do paliw tradycyjnych. Idealnym surowcem do produkcji paliw roślinnych są rośliny uprawiane na terenach skażonych. Także wykorzystanie tzw. biogazu

4 powstałego w wyniku fermentacji biomasy ma przed sobą przyszłość. Poziom rozwoju technicznego biogazowi na świecie jest zróżnicowany. Najwięcej biogazowi rolniczych jest w na kontynencie azjatyckim (Chiny 6 7 mln, Indie około 1 mln, szereg działa również w Tajlandii i Wietnamie). Są to przeważnie proste technicznie biogazownie wykonane tanimi sposobami gospodarskimi w nie izolowanych podziemnych komorach fermentacyjnych. Najbardziej zaawansowane technologicznie biogazownie powstają w Europie. Już w latach 1980 zaczęto budować biogazownie w byłej NRD oraz Danii. Obecnie uważa się, że są to najbardziej zaawansowane technologicznie biogazownie na świecie. W Danii działało w roku dużych scentralizowanych biogazowi rolniczych odbierających odpady przynajmniej z kilku większych farm zwierzęcych oraz 20 instalacji w indywidualnych fermach. Biogazownie duńskie produkują obecnie ponad 260 GWh energii elektrycznej rocznie. W Niemczech obecnie działa około 1800 biogazowni rolniczych zlokalizowanych głównie na fermach indywidualnych pracujących w większości na nawóz i inne odpady organiczne. Inwestycje w tym sektorze wynoszą 10 mln euro rocznie. Stosowanie biopaliw w warunkach polskich wymaga ciągłej promocji tego rodzaju paliwa. Nowe technologie energetyczne wykorzystujące drewno, odpady biologiczne, a zwłaszcza słomę są jeszcze na etapie badawczym. Jednakże już można powiedzieć, iż efekty środowiskowe wykorzystania biomasy na cele energetyczne to znaczne ograniczenie dwutlenku węgla i tlenków siarki do atmosfery. Ponadto w obliczu nadchodzącego kryzysu energetycznego, zwłaszcza deficytu na rynku ropy naftowej, to alternatywa zapewniająca niezależność na rynku paliw. 2. Możliwości uprawy biomasy w rejonie Dolnego Śląska Trudna sytuacja w rolnictwie, zwłaszcza w rejonach podgórskich a także ograniczone kwotami wielkości produkcji rolniczej po wejściu do struktur UE sprawiają, że zachodzi potrzeba poszukiwania alternatywnego wykorzystania gruntów rolniczych, dotychczas rolniczo użytkowanych lub odłogowanych. Szacuje się, że w skali kraju z areału rolniczo użytkowanego można wyłączyć ok. 2,5-2,8 mln. ha i przeznaczyć ją na uprawę roślin energetycznych. Tabela 3. Powierzchnia odłogów i ugorów w Polsce (Szlachta 2001) Mając na uwadze znaczący udział powierzchni gruntów stanowiących ugory lub odłogowanych w rejonie Dolnego Śląska (tab.3) stanowiący ok. 6,4-7,1 % w skali kraju sprawia, że nasz region jest szczególnie predysponowany pod kątem zakładania plantacji roślin energetycznych. Postawienie na energię odnawialną może znacząco ożywić społeczności lokalne, stworzyć nowe miejsca pracy w rejonach o szczególnie wysokim bezrobociu. Rejon Dolnego Śląska ze względu na ukształtowanie terenu i klimat powinien być przodującym w zakresie upraw wierzby krzewiastej (szczególnie w regionie podgórskim) a także innych roślin energetycznych jak miscanthus (trzcina C4), topinambur,

5 ślazowiec pensylwański. Także tereny o silnym zanieczyszczeniu gleb gorszej jakości powinny być zagospodarowane w kierunku pozyskiwaniu biomasy. Odłogowane grunty orne lepszej jakości należy przeznaczać pod uprawę rzepaku z przeznaczeniem na biopaliwo oraz pod inne rośliny energetyczne przydatne do produkcji etanolu. Także słoma powinna znaleźć znacznie większy udział w bilansie energetycznym Dolnego Śląska, gdzie przeważają dobre gleby, natomiast potrzeby żywieniowe im ściółkowe są odpowiednio niższe. Literatura: Denesiuk W, H., Piechocki J.: Techniczne i ekologiczne aspekty wykorzystania słomy na cele grzewcze. Wydawnictwo UW-M. Olsztyn, J. Szlachta: Wykorzystanie słomy (zbożowej i rzepakowej) do ogrzewania budynków mieszkalnych i szklarni. Konferencja FSNT-NOT, J. Szlachta:2001. Energetyczne możliwości wykorzystania biomasy. Doradztwo rolnicze dla wsi dolnośląskiej, Paszków, J. Takarz: Szanse rozwoju energetyki odnawialnej. Czysta Energia 10(14). Autor: Józef Szlachta, Instytut Inżynierii Rolniczej AR we Wrocławiu Źródło: - Dolnośląska Agencja Energii i Środowiska s.c.