POTENCJAŁ I WYKORZYSTANIE ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII W ROLNICTWIE

Transkrypt

1 INŻYNIERIA W ROLNICTWIE. MONOGRAFIE NR 19 ENGINEERING IN AGRICULTURE. MONOGRAPHS NO. 19 Anna Grzybek, Jan Pawlak POTENCJAŁ I WYKORZYSTANIE ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII W ROLNICTWIE POTENTIAL AND USE OF RENEWABLE ENERGY SOURCES IN AGRICULTURE Falenty 2015 WYDAWNICTWO ITP

2

3 INSTYTUT TECHNOLOGICZNO-PRZYRODNICZY Falenty, al. Hrabska 3, Raszyn tel./fax ; DYREKTOR INSTYTUTU prof. dr hab. Edmund Kaca 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: Barbara Wciślińska 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. 8,1. Nakład 220 egz.

4 Spis treści Wykaz ważniejszych skrótów i oznaczeń...5 Wykaz ważniejszych definicji i pojęć WPROWADZENIE (Jan Pawlak) ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII I ICH CHARAKTERYSTYKA (Jan Pawlak) Wprowadzenie Energia promieniowania słonecznego Energia wiatru Energia wodna Energia geotermalna Wykorzystanie geotermii płytkiej za pomocą pomp ciepła Biomasa Istota i definicje biomasy Uprawy energetyczne Produkty uboczne i nadwyżki z produkcji rolnej i przemysłu rolno- -spożywczego Biogaz Sposoby uzyskiwania energii z biomasy Zalety i wady biomasy jako źródła energii Bariery utrudniające wykorzystanie energii z zasobów odnawialnych Podsumowanie MOŻLIWOŚCI PRODUKCJI ENERGII ODNAWIALNEJ PRZEZ POLSKIE ROLNICTWO (Anna Grzybek) Wprowadzenie Klasyfikacja biopaliw Produkty uboczne z produkcji roślinnej, przewidywane na biopaliwa stałe Słoma Drewno z sadów Przetwórstwo spożywcze Rośliny energetyczne Potencjał biomasy przeznaczonej do fermentacji metanowej Surowce przeznaczone na biopaliwa ciekłe Podsumowanie UDZIAŁ ODNAWIALNYCH ŹRODEŁ ENERGII W BILANSIE ENERGII W POLSCE (Jan Pawlak) Wprowadzenie Materiał źródłowy i metoda badań Pozyskanie energii w Polsce do 2030 r Zużycie energii i jego struktura Udział nośników energii w strukturze zużycia na wsad przemiany w produkcji energii elektrycznej i cieplnej Rolnictwo jako producent energii Podsumowanie PODSUMOWANIE (Anna Grzybek, Jan Pawlak) BIBLIOGRAFIA Streszczenie ZAŁĄCZNIKI

5 Contents List of major abbreviations and terms...5 List of selected definitions and notions INTRODUCTION (Jan Pawlak) CHARACTERISTICS OF RENEWABLE ENERGY SOURCES (Jan Pawlak) Introduction Solar energy Wind energy Hydroenergy Geothermal energy Utilization of shallow geothermal energy using heat pumps Biomass Nature and definitions of biomass Energy plantations By-products and surplus of production in agriculture and food industry Biogas Ways to produce the energy from biomass Advantages and weaknesses of biomass as an energy source Barriers impeding utilization of energy from renewable sources Recapitulation POTENTIAL TO PRODUCE RENEWABLE ENERGY IN POLISH AGRICULTURE (Anna Grzybek) Introduction Clasification of biofuels By-products from plant production as potential solid fuels Straw Wood from orchards Food industry Energy plants Potential of dedicated biomass for methane fermentation Raw materials for production of liquid fuels Recapitulation THE SHARE OF RENEWABLE ENERGY SOURCES IN ENERGY BALANCE OF POLAND (Jan Pawlak) Introduction Material and methods Production of energy in Poland until Energy consumption and its structure The share of energy carriers in the transformation input structure of electricity and heat generation Agriculture as an energy producer Recapitulation RECAPITULATION (Anna Grzybek, Jan Pawlak) BIBLIOGRAPHY Summary APPENDIXES

6 Streszczenie Energia z zasobów odnawialnych, produkowana i wykorzystywana w rolnictwie polskim pochodzi głównie z biomasy, a w mniejszym stopniu z promieniowania słonecznego oraz z pomp ciepła, których jedną z postaci są schładzarki mleka. W monografii przedstawiono: charakterystykę odnawialnych źródeł energii (OZE), pozyskiwanych i wykorzystywanych w rolnictwie; ocenę potencjalnych i realnych możliwości produkcji energii odnawialnej przez polskie rolnictwo; analizę udziału OZE w bilansie energii w Polsce i udziału rolnictwa w tym bilansie. Energia z zasobów odnawialnych stanowi substytut paliw kopalnych oraz zwiększa niezależność energetyczną kraju. W przypadku biogazu pozyskiwanego z odchodów zwierzęcych oraz produktów ubocznych rolnictwa, ogrodnictwa, gospodarstw domowych i przemysłu spożywczego, poza korzyściami w dziedzinie gospodarki energią, zapewnia się też lepsze wykorzystanie tych materiałów, często uciążliwych dla środowiska naturalnego (odór, zanieczyszczenia wód) oraz uzyskanie homogenizowanego nawozu organicznego o zredukowanej zawartości nasion chwastów zdolnych do kiełkowania oraz mikroorganizmów chorobotwórczych. Zmniejsza się też zapotrzebowanie na nawozy mineralne. Rolnictwo i przemysł spożywczy mogą być liczącymi się dostawcami surowców do produkcji energii ze źródeł odnawialnych, w różnej postaci. O przestrzennym rozmieszczeniu potencjalnych zasobów tych materiałów decydują warunki naturalne, przesądzające o możliwości uprawy poszczególnych gatunków roślin na konkretnych obszarach, a także bilans podaży i zapotrzebowania na cele produkcji rolniczej, powodujący, że na przykład nie we wszystkich województwach występuje nadwyżka słomy do produkcji energii. Obecnie tylko część potencjalnych surowców do pozyskiwania energii pochodzących z obszarów wiejskich jest w tym celu wykorzystywana. Istnieją znaczne rezerwy, których wykorzystanie będzie zależało od stworzenia korzystnych warunków w obszarach polityki gospodarczej, infrastruktury, uregulowań legislacyjnych i podatkowych. Z zasobów odnawialnych pochodziło w 2000 r. niespełna 5%, a w 2010 r. 10% energii pozyskanej w Polsce. Wśród odnawialnych źródeł energii dominowała biomasa, z udziałem 95,2% w 2000 r. i 93,7% w 2010 r. W strukturze nośników energii pozyskiwanych z biomasy największy udział miały paliwa stałe (96,1% w 2000 r., 91,1% w 2010 r. i 89,2% w 2012 r.). Udział odnawialnych źródeł w krajowym zużyciu energii wyniósł w 2000 r. 4,2%, natomiast w 2010 r. 7,2%. W krajowym zużyciu nośników energii pochodzących z biomasy 85,4% w 2010 r. stanowiły biopaliwa stałe. Szacuje się, że w 2010 r. z rolnictwa pochodziło ok. 76% energii z zasobów odnawialnych w Polsce. W strukturze biopaliw produkowanych w rolnictwie paliwa stałe stanowiły 91,2%. Udział biodiesla wyniósł 6,7%, bioetanolu 2,1%, a biogazu 0,1%.

7 Summary Energy from renewable resources, produced and consumed in Polish agriculture, originates mostly from biomass. Less important is the role of solar energy and heat pumps (mostly in form of milk refrigerators). In this monograph the following subjects have been presented: characteristics of renewable energy sources produced and consumed in agriculture; evaluation of potential and real possibilities to produce renewable energy by Polish agriculture; analysis of a share of renewable energy sources in energy balance of Poland and a share of agriculture in the balance. Energy from renewable resources is a substitute of fossil fuels and increases the energy independence of the country. In a case of biogas produced from animal wastes and by-products from agriculture, horticulture, housekeeping and food industry, the benefits are not limited to the energy balance. The biogas generation ensures also better use of the by-products, in general inconvenient for environment (odor, contamination of waters). An organic fertilizer, being its by-product, has a reduced content of weed seeds able to germinate as well as pathogenic microorganisms. Besides it causes a reduction of demand for mineral fertilizers. Agriculture and food industry can be important producer of raw materials to produce different kinds of energy from renewable resources. Natural conditions determine the territorial distribution of particular energy crops, as well as the supply and demand balance in particular regions. For instance, the surplus of straw for energy purposes is available only in majority of provinces in Poland. At present, only a part of potential raw materials from rural areas is used for energy purposes. There are significant reserves in this field. Their use will depend on creating favorable state policy, friendly legislative and fiscal regulation as well as a development of convenient infrastructure. In 2000 only less than 5% of energy produced in Poland originated from renewable resources. In 2010 an increase to 10% was noted. Biomass dominated among renewable energy sources. Its share amounted to 95.2% in 2000 and 93.7% in Solid biofuels had the most important share in the structure of energy carriers produced from biomass (96.1% in 2000, 91.1% in 2010 and 89.2% in 2012). In Poland, the share of renewable energy sources in inland consumption of energy amounted to 4.2% in 2000 and 7.2% in Solid biofuels dominated in a structure of energy carriers originated from biomass (85.4% in 2010). One can estimate that agriculture produced about 76% of energy from renewable resources. Solid biofuels had 91.2% share in the structure of biofuels produced in agriculture. Accordingly, the share of biodiesel amounted to 6.7%, the one of bioethanol 2.1%, and of biogas 0.1%.