KONSTRUOWANIE PLANÓW ENERGETYCZNYCH GMIN W OPARCIU O ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII (OŹE)

Podobne dokumenty
Biogaz i biomasa -energetyczna przyszłość Mazowsza

IV. PREFEROWANE TECHNOLOGIE GENERACJI ROZPROSZONEJ

Odnawialne źródła energii w sektorze mieszkaniowym

Założenia do planu zaopatrzenia w ciepło, energię elektryczną i paliwa gazowe miasta Kościerzyna. Projekt. Prezentacja r.

Projekt założeń do planu zaopatrzenia w ciepło, energię elektryczną i paliwa gazowe gminy miejskiej Mielec Piotr Stańczuk

Program Czyste Powietrze Szkolenie dla pracowników socjalnych Ośrodków Pomocy Społecznej

Jerzy Żurawski Wrocław, ul. Pełczyńska 11, tel ,

Wpływ sposobu ogrzewania na efektywność energetyczną budynku

Lokalne systemy energetyczne

ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII. Seminarium Biomasa na cele energetyczne założenia i realizacja Warszawa, 3 grudnia 2008 r.

Odnawialne Źródła Energii w systemach grzewczych. Edmund Wach Bałtycka Agencja Poszanowania Energii S.A.

ZAGADNIENIA KOGENERACJI ENERGII ELEKTRYCZNEJ I CIEPŁA

Odnawialne Źródła Energii w ogrzewnictwie. Konferencja SAPE

ODNAWIALNE I NIEODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII. Filip Żwawiak

PIROLIZA BEZEMISYJNA UTYLIZACJA ODPADÓW

Czyste energie. Przegląd odnawialnych źródeł energii. wykład 4. dr inż. Janusz Teneta. Wydział EAIiE Katedra Automatyki

Odnawialne Źródła Energii w systemach grzewczych. Edmund Wach Bałtycka Agencja Poszanowania Energii S.A.

Alternatywne źródła energii cieplnej

Kocioł na biomasę z turbiną ORC

Wykorzystanie energii z odnawialnych źródeł na Dolnym Śląsku, odzysk energii z odpadów w projekcie ustawy o odnawialnych źródłach energii

Tematy prac dyplomowych na kierunku Energetyka

Odnawialne źródła energii w Gminie Kisielice. Doświadczenia i perspektywy. Burmistrz Kisielic Tomasz Koprowiak

Kogeneracja w oparciu o źródła biomasy i biogazu

Dlaczego Projekt Integracji?

Wykorzystanie potencjału lokalnego gminy na rzecz inwestycji w OZE - doświadczenia Gminy Kisielice

PODSTAWOWE INFORMACJE DOTYCZĄCE WDRAŻANIA INSTALACJI BIOGAZOWYCH W POLSCE

ENERGETYCZNE WYKORZYSTANIE BIOGAZU

PODSTAWOWE INFORMACJE DOTYCZĄCE WDRAŻANIA INSTALACJI BIOGAZOWYCH W POLSCE

Józef Neterowicz Absolwent wydziału budowy maszyn AGH w Krakowie Od 1975 mieszka i pracuje w Szwecji w przemy le energetycznym i ochrony

Modernizacje energetyczne w przedsiębiorstwach ze zwrotem nakładów inwestycyjnych z oszczędności energii

OCENA ZAPOTRZEBOWANIA NA ENERGIĘ ORAZ POTENCJAŁU JEGO ZASPOKOJENIA ZE SZCZEGÓLNYM UWZGLĘDNIENIEM ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII W LATACH

Stosowanie wieloźródłowych systemów bioenergetycznych w celu osiągnięcia efektu synergicznego

Jaki wybrać system grzewczy domu?

Instalacje z kolektorami pozyskującymi energię promieniowania słonecznego (instalacje słoneczne)

Energia słoneczna docierająca do ziemi ma postać fali elektromagnetycznej o różnej długości. W zależności od długości fali wyróżniamy: Promieniowanie

M.o~. l/i. Liceum Ogólnokształcące im. Jana Kochanowskiego w Olecku ul. Kościuszki 29, Olecko

4. Wytwarzanie energii elektrycznej i cieplnej 4.1. Uwagi ogólne

STRATEGIA EKOENERGETYCZNA POWIATU LIDZBARSKIEGO doświadczenia z realizacji

Element budowy bezpieczeństwa energetycznego Elbląga i rozwoju rozproszonej Kogeneracji na ziemi elbląskiej

PROJEKT BIOGAZOWNI W CUKROWNI P&L GLINOJECK S.A.

Ekonomiczno-techniczne aspekty wykorzystania gazu w energetyce

5.5. Możliwości wpływu na zużycie energii w fazie wznoszenia

OCENA ZAPOTRZEBOWANIA NA ENERGIĘ ORAZ POTENCJAŁU JEGO ZASPOKOJENIA ZE SZCZEGÓLNYM UWZGLĘDNIENIEM ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII W LATACH

69 Forum. Energia Efekt Środowisko

Raport z inwentaryzacji emisji wraz z bilansem emisji CO2 z obszaru Gminy Miasto Płońsk

woj. kujawsko-pomorskie

Załącznik 4 do programu

ZałoŜenia strategii wykorzystania odnawialnych źródeł energii w województwie opolskim

Technik urządzeo i systemów energetyki odnawialnej

gospodarki energetycznej Cele polityki energetycznej Polski Działania wspierające rozwój energetyki odnawialnej w Polsce...

Proekologiczne odnawialne źródła energii / Witold M. Lewandowski. - Wyd. 4, dodr. Warszawa, Spis treści

DYLEMATY POLSKIEJ ENERGETYKI W XXI WIEKU. Prof. dr hab. Maciej Nowicki

Elektrociepłownie w Polsce statystyka i przykłady. Wykład 3

OZE - ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII

Biogazownie rolnicze w Polsce doświadczenia z wdrażania i eksploatacji instalacji

OCENA ZAPOTRZEBOWANIA NA ENERGIĘ ORAZ POTENCJAŁU JEGO ZASPOKOJENIA ZE SZCZEGÓLNYM UWZGLĘDNIENIEM ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII W LATACH

Wykorzystanie biogazu z odpadów komunalnych do produkcji energii w skojarzeniu opłacalność inwestycji

Niniejsza prezentacja zawiera odnośniki w postaci hiperłączy. W celu przejścia do kolejnego slajdu kliknij łącze oznaczone kolorem niebieskim.

Wsparcie inwestycyjne dla instalacji wytwarzających ciepło z OZE

Biogazownie w energetyce

WYBRANE TECHNOLOGIE OZE JAKO ELEMENT GOSPODARKI OBIEGU ZAMKNIĘTEGO. Dr inż. Alina Kowalczyk-Juśko

Seminarium Biomasa - Odpady - Energia 2011 Siłownie biomasowe Piotr Lampart Instytut Maszyn Przepływowych PAN, Gdańsk Gdańsk, marca 2011

Wykaz ważniejszych oznaczeń i jednostek Przedmowa Wstęp 1. Charakterystyka obecnego stanu środowiska1.1. Wprowadzenie 1.2. Energetyka konwencjonalna

CIEPŁO Z OZE W KONTEKŚCIE ISTNIEJĄCYCH / PLANOWANYCH INSTALACJI CHP

1. Ocena stanu istniejącego 2

Budowa układu wysokosprawnej kogeneracji w Opolu kontynuacją rozwoju kogeneracji w Grupie Kapitałowej ECO S.A. Poznań

Biogazownie w Polsce alternatywa czy konieczność

Działanie 4.1 Odnawialne Źródła Energii

Teresa Szymankiewicz Szarejko Szymon Zabokrzecki

Efektywność wspierania energetyki odnawialnej w regionalnych programach operacyjnych na lata wybranych województw

Sposoby ogrzewania budynków i podgrzewania ciepłej wody użytkowej

Pompy ciepła

Program Ograniczania Niskiej Emisji - KAWKA

Analiza NPV dla wybranych rozwiązań inwestycyjnych podmiotów społecznych

PLAN DZIAŁANIA KT 137. ds. Urządzeń Cieplno-Mechanicznych w Energetyce

Analiza efektywności zastosowania alternatywnych źródeł energii w budynkach

PL B1. INSTYTUT TECHNOLOGICZNO- PRZYRODNICZY, Falenty, PL BUP 08/13

Odnawialne źródła energii. Piotr Biczel

13.1. Definicje Wsparcie kogeneracji Realizacja wsparcia kogeneracji Oszczędność energii pierwotnej Obowiązek zakupu energii

Ośrodek Szkoleniowo-Badawczy w Zakresie Energii Odnawialnej w Ostoi

Alternatywne źródła energii

Podsumowanie i wnioski

Środki publiczne jako posiłkowe źródło finansowania inwestycji ekologicznych

Rozwiązania dla klientów przemysłowych Mała kogeneracja

TECHNOLOGIA PLAZMOWA W ENERGETYCZNYM ZAGOSPODAROWANIU ODPADÓW

Skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła w źródłach rozproszonych (J. Paska)

Finansowanie inwestycji z zakresu OZE i efektywności energetycznej

WYSOKOTEMPERATUROWE ZGAZOWANIE BIOMASY. INSTYTUT BADAWCZO-WDROŻENIOWY MASZYN Sp. z o.o.

Dr inż. Andrzej Tatarek. Siłownie cieplne

Podsumowanie i wnioski

Uwarunkowania rozwoju gminy

Ciepło z OZE źródła rozproszone: stan i tendencje rozwojowe w Polsce

Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej

Finansowanie infrastruktury energetycznej w Programie Operacyjnym Infrastruktura i Środowisko

Ankieta do opracowania "Planu Gospodarki Niskoemisyjnej na terenie Gminy Konstancin-Jeziorna"

G S O P S O P D O A D R A K R I K NI N SK S O K E O M

OKREŚLENIE MAŁYCH PODMIOTÓW TYPU CHP NA BIOMASĘ

Ekonomiczna analiza optymalizacyjno porównawcza możliwości wykorzystania systemów alternatywnych zaopatrzenia w energię i ciepło

Układy kogeneracyjne - studium przypadku

Zastosowanie słomy w lokalnej. gospodarce energetycznej na

Transkrypt:

mgr inź. Marian Dutkiewicz Ośrodek Rzeczoznawstwa SEP Oddział Bydgoszcz KONSTRUOWANIE PLANÓW ENERGETYCZNYCH GMIN W OPARCIU O ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII (OŹE) Postępujący wzrost wykorzystania odnawialnych źródeł energii (OŹE) jest częścią światowej strategii mającej na celu obniżenie emisji dwutlenku węgla do atmosfery i poszukiwanie sposobów na obniżenie kosztów wytwarzania i dystrybucji energii. Powyższa strategia pociąga za sobą konieczność nowego spojrzenia na przyszły rozwój energetyki w gminie, który zakłada ograniczenie centralnych źródeł wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej na rzecz rozwoju rozproszonego wytwarzania energii z preferencją kogeneracji i wykorzystania biomasy, biogazu oraz energii wody, wiatru i słońca. Kogeneracja polega na wytwarzaniu energii elektrycznej i cieplnej w skojarzeniu w miniblokach energetycznych. Można tu użyć skrótu myślowego wytwarzanie w jednym urządzeniu prądu i ciepła w sposób pokazany na rysunku Nr 2. Biomasę pozyskuje się z odpadów drewna leśnego i przemysłu drzewnego, słomy i roślin energetycznych z przeznaczeniem do spalania w kotłach dla potrzeb centralnego ogrzewania, ciepłej wody użytkowej lub pary i gorącej wody dla potrzeb technologicznych. Aktualne potrzeby energetyczne nakładają na gminy obowiązek opracowania planów energetycznych uwzględniających OŹE zgodnie z Prawem energetycznym i Prawem ochrony środowiska. Konstruowany plan (audyt) energetyczny dla gminy powinien wynikać z uzasadnionego przekonania, że po jego wdrożeniu do praktyki gospodarczej, gmina uzyska dodatkowe znaczące dochody, nowe miejsca pracy i poprawi ochronę środowiska w procesie wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej. Plan energetyczny powinien uwzględniać potrzeby gminy oraz praktyczną możliwość realizacji planowanych przedsięwzięć. Zapewnienie energii elektrycznej nie stwarza trudności, ponieważ można ją pozyskiwać z dużych odległości od źródeł wytwarzania. Gęsta sieć linii elektroenergetycznych zapewnia łatwą dostępność tej energii. Natomiast energię cieplną można przesyłać tylko na krótkie odległości do kilku kilometrów, dlatego powstaje konieczność jej wytworzenia w miejscu występujących potrzeb. Lokalne małe elektrociepłownie pozwalają na zapewnienie tańszej energii, a małe elektrownie wodne (MEW) i wiatrowe (EW) zabezpieczają dostawę w przypadku awarii w sieciach wysokiego napięcia. W planowaniu rozwoju nowych źródeł ciepła oraz modernizacji źródeł istniejących z wykorzystaniem biomasy powstaje potrzeba powstania aktualnego rynku biomasy, co będzie skutkować dla gminy pożądanymi efektami gospodarczymi. 27

Energia chemiczna Energia cieplna Energia mechaniczna Energia elektryczna Rys. 1. Podstawowy schemat technologiczny cieplnej elektrowni kondesacyjnej Spaliny 500 C Silnik tłokowy (turbina gazowa) Paliwo Komin 120 C Generator 105 C 1 2 3 65 C 400 V Spaliny woda Woda woda Olej woda Wymienniki ciepła Własne potrzeby energetyczne Sprzedaż energii dystrybutorom komunalnym 15 kv Rys. 2. Prosty układ skojarzony oparty na silniku tłokowym lub turbinie gazowej. (Wymienniki 1 i 2 występują tylko z silnikiem tłokowym) 28

W celu zdefiniowania potrzeb energetycznych gminy, ważnym jest przeanalizowanie możliwości w pokonywaniu bariery finansowej i prawnej oraz bariery informacyjnej o dostępności urządzeń i nowych technologii. W dalszej części artykułu przedstawiono podstawowe sprawy, które mogą pomóc w podjęciu właściwych decyzji w rozwoju lokalnej energetyki na terenie gminy. 1. Skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i cieplnej W lokalnych małych elektrociepłowniach minibloki energetyczne są uniwersalnymi źródłami energii elektrycznej i cieplnej wytwarzanej w kogeneracji zasilanych biogazem lub gazem ziemnym, jak na rysunkach Nr 2, 4, 6, 7 i 8. Biogaz jest wykorzystywany głównie w oczyszczalniach ścieków i na komunalnych wysypiskach odpadów dla większych miast. Instalacje do wytwarzania biogazu z biomasy i gnojowicy wymagają wysokich nakładów inwestycyjnych, dlatego nie znalazły szerszego zastosowania. Wysoka cena oleju napędowego również nie zachęca do stosowania w wytwarzaniu energii. Rozwinięta sieć gazu ziemnego stwarza perspektywę wytwarzania w kogeneracji energii elektrycznej i cieplnej na planowany dalszy rozwój, co uzasadnia stosowanie tego paliwa. Zakłady gazownicze oferują doprowadzenie gazu na własny koszt do odbiorców posiadających zapotrzebowanie powyżej 80 kw. Warunek ten spełnia każda mała elektrociepłownia i kotłowania o łącznej mocy jednostek powyżej 80 kw. W miniblokach energetycznych pokazanych na rysunku Nr 2 wytwarzających energię w kogeneracji sprawność wynosi około 90 %, dzięki temu, że ciepło zawarte w spalinach i wodzie chłodzącej wykorzystywane jest do celów grzewczych i ciepłej wody użytkowej. Najczęstszymi użytkownikami układów skojarzonych są zakłady przemysłowe, szpitale, obiekty użyteczności publicznej i skupiska domów jednorodzinnych. Minimalny czas pracy minibloku energetycznego warunkujący opłacalność przedsięwzięcia wynosi 4500 godzin rocznie. Rzeczywisty czas pracy jest znacznie większy, co potwierdza opłacalność tego rozwiązania. Dobór jednostek dokonuje się według potrzeb cieplnych poza szczytowym obciążeniem zimowym. Energia elektryczna jest produktem ubocznym, której nadmiar może być sprzedany do rejonowej sieci elektroenergetycznej. Dystrybutorzy energii mają obowiązek dokonywać jej zakupu po cenie opłacalnej dla producenta. W praktyce przyjęły się dwa poniższe rozwiązania. 1) Minibloki energetyczne ze spalinowymi silnikami tłokowymi oferowane są o mocy elektrycznej od 50 do 5000 kw i mocy cieplnej około dwa razy większej. Na rysunku Nr 3 przedstawiono typowy układ urządzeń z jednym miniblokiem z dwoma kotłami szczytowymi zasilającymi miejską lub osiedlową sieć ciepłowniczą. 2) Minibloki z turbinami gazowymi pokazane na rysunku Nr 4 są oferowane o mocy elektrycznej od 100 kw do 10000 kw z przeznaczeniem do wytwarzania pary technologicznej z możliwością dostosowania ich do centralnego ogrzewania i ciepłej wody użytkowej. Turbiny gazowe najczęściej znajdują zastosowanie dla potrzeb zakładów przemysłowych. 29

1 2 spaliny energia elektryczna gaz ziemny BSC kocioł szczytowy 1 kocioł szczytowy 2 zasilanie powrót zasobnik ciepła użytkownik 6 7 8 9 10 3 4 Rys. 3. Elektrociepłownia zasilana gazem ziemnym MEC wytwarza energię elektryczną i cieplną c.o. i c.w.u. 8 bar (g) Energia elektryczna do sieci 80 C Zasobnik pary 545 C By-pass (obejście) Kocioł parowy Zbiornik kondensatu 210 C 400 V Gaz naturalny 13 bar (g) Rys. 4. Układ skojarzony turbiny gazowej z kotłem parowym Na rysunkach Nr l i 2 pokazano porównanie centralnego wytwarzania energii w źródle centralnym elektrowni kondensacyjnej z agregatem prądotwórczym o spalinowym silniku tłokowym wytwarzającym w rozproszeniu na potrzeby lokalne energię elektryczną i cieplną z możliwością zastosowania gazu ziemnego lub biogazu pozyskiwanego w oczyszczalniach ścieków i na wysypiskach komunalnych odpadów w sposób przedstawiony na rysunku Nr 6, lub biogazu rolniczego według rysunku Nr 7 i biogazu uzyskiwanego na drodze przemysłowej jak na rysunku Nr 8. 30

Z porównania centralnych źródeł wytwarzania w elektrowniach i elektrociepłowniach ze źródłami lokalnymi wytwarzającymi energię elektryczną i cieplną w kogeneracji nasuwają się następujące wnioski: a) centralne źródła zajmują powierzchnię terenu około 30 ha, wymagają bardzo wysokich nakładów inwestycyjnych, zanieczyszczają atmosferę, pracują przy niskiej sprawności, elektrownie około 40 %, a elektrociepłownie w granicach 70-80 % oraz dochodzą jeszcze znaczne straty przesyłu energii do 20 %, b) na szczególną uwagę zasługuje przebudowa ciepłowni zasilanych gazem ziemnym na elektrociepłownie o sprawności 90 %, ponieważ jest doprowadzenie gazu, wyprowadzenie energii cieplnej i powiązanie po stronie elektrycznej z siecią 15 kv. Wstawienie agregatu energetycznego pozwala na zwrot nakładów inwestycyjnych w okresie około 5 lat. Przychód uzyskany ze sprzedaży energii elektrycznej pokrywa zakup gazu ziemnego, a energia cieplna jest dodatkowym przychodem pomniejszonym o dotychczasowe koszty obsługi w eksploatacji ciepłowni, c) biogaz powstaje w procesie fermentacji różnych odpadów, składa się z metanu 55-80 %, dwutlenku węgla 20-45 % oraz w mniejszych ilościach z siarkowodoru, azotu i wodoru. Materiał do fermentacji można podzielić na trzy podstawowe kategorie: gospodarcze: odpady organiczne, ścieki i odpady komunalne, ścinki organiczne itp., rolnicze: obornik, gnojówka, uprawy energetyczne i pozostałości po uprawie, przemysłowe: przetwórcze, rzeźnie, mleczarnie, cukrownie, papiernie itp. Wysypiska odpadów komunalnych spełniają wymagania do zagospodarowania energetycznego po 10 latach eksploatacji, o powierzchni powyżej 3 hektarów i głębokości odpadów około 10 m. W warunkach krajowych na wysypiskach odpadów budowane są elektrownie o mocach 100-1000 kw. Biogazownie rolnicze najczęściej budowane są z instalacjami o małych komorach fermentacyjnych o objętości około 10 m 3 najczęściej do obsługi jednego gospodarstwa. Dla zapewnienia potrzebnej energii elektrycznej i cieplnej w gospodarstwie wymagana jest minimalna ilość dużych zwierząt około 100 sztuk. Przemysłowe instalcje do produkcji i wykorzystania biogazu wymagają dokładnej analizy techniczno-ekonomicznej dla określenia jej opłacalności ze względu na wysokie nakłady inwestycyjne. Wytwarzanie biogazu z różnych materiałów wsadowych daje większą produkcję biogazu. Procesy metanogazowe zachodzą w temperaturze 4-98 C zależnie od rodzaju bakterii. O poprawnie przeprowadzonej fermentacji decyduje temperatura, czas retencji, optymalne obciążenie ładunkiem zanieczyszczeń organicznych. Jeden metr sześcienny biogazu o zawartości 70 % metanu jest równoznaczny z: 1,7 kwh energii elektrycznej; 2,5 kwh energii cieplnej; 0,9 kg węgla; 1,7 kg drewna; 0,85 l alkoholu i 0,6 l benzyny. Potencjał energetyki odnawialnej w poszczególnych województwach przedstawionny jest na rysynku Nr 5 z podziałem na odnawialne źródła energetyki (OŹE). 31

IEO www.ieo.pl Energetyka słoneczna Biomasa stała Biogaz Energetyka geotermalna Energetyka wiatrowa Potencjał OŹE w regionie Niski Średni Wysoki Rys. 5. Potencjał energetyki odnawialnej w poszczególnych województwach Studnie gazowe Opady Filtry Składowisko odpadów Drenaże do odprowadzenia wody infiltracyjnej Gazociąg zbiorczy Dmuchawa i instalacja filtrująca Moduł energetyczny Transformator Rys. 6. Uproszczony schemat technologiczny elektrowni biogazowej na wysypisku odpadów 32

Obora Zbiornik surowca Biogaz Wymiennik ciepła System skojarzony Komora fermentacji osadu Energia Energia elektryczna cieplna Rozwożenie nawozu Składowanie nawozu Rys. 7. Schemat blokowy instalacji do produkcji biogazu rolniczego Ujęcie gazu z zaworem bezpieczeństwa Mieszadło Detektor piany Łapacz piany System płukania Wziernik Agregat energocieplny z wymiennikiem ciepła Instalacja do odsiarczania gazu Pochodnia do spalania gazu Zbiornik gazu Właz Osad surowy Injektor Wymiennik ciepła Pompa cyrkulacyjna osadu Filtr żwirowy Separator kondensatu Pompa osadu surowego Rys. 8. Instalacja do produkcji i wykorzystania biogazu 33

2. Elektrownie wodne i wiatrowe Energia wody i wiatru jest wykorzystywana przez człowieka od czasów starożytnych do napędzania młynów, pomp i systemów irygacyjnych, a obecnie jest wykorzystywana do wytwarzania energii elektrycznej. Elektrownie wodne Pierwsze hydroelektrownie na ziemiach polskich powstały w XIX wieku. W okresie międzywojennym było 8100 obiektów, ocalało z tego 300. Obecnie po wyremontowaniu jest czynnych 650. Na istniejących spiętrzeniach można jeszcze wybudować 400 obiektów. Małe elektrownie wodne (MEW) są w Polsce produkowane o mocach od 7 kw do 130 kw jn.: rurowe lewarowe TSP H=l,5-3 m Q=0,5-4 m/s, N=7-80 kw, (rys. Nr 9), rurowe napływowe TSPu H=l,5-5 m Q=0,3-4 m/s, N=7-130 kw, kielichowe (4 wykonania) H=2-4 m, Q=0,3-3,5 m/s N=7-100 kw. Turbiny lewarowe usytuowane nad poziomem wody górnej, uruchomiane pompą próżniową. Turbiny napływowe są uruchomiane i zatrzymywane przez otwarcie i zamknięcie zasuwy. Turbiny kielichowe mają 4 rodzaje uruchomień: zasuwy, dzwonowe, lewar i zawory. Generatory małych turbin wodnych są silnikami asynchronicznymi połączonymi z turbinami sprzęgłami zębatymi lub pasami płaskimi albo klinowymi, mają sprawność od 85 do 93 %. Zabezpieczenia: przed pracą silnikową generatora, zwarciami, przeciążeniem, asymetrią napięć oraz przed nadmierną zwyżką obrotów w przypadku zaniku napięcia. Do kompensacji mocy biernej stosowane są baterie kondensatorów. Elektrownie wiatrowe Elektrownie wiatrowe w obecnej technologii powstały w połowie XX wieku w Danii. Sprawność zamiany wiatru na energię elektryczną wynosi około 40 %. Moc wytwarzana przez turbinę zależy od prędkości przepływającej przez nią masy powietrza. Wymagana prędkość wiatru wynosi od 3 do 25 m/s. Czas pracy elektrowni zależy od ilości dni wietrznych, które w warunkach polskich wynoszą przeciętnie 2000 godzin rocznie. Zwrot nakładów inwestycyjnych nowych elektrowni wynosi od 12 do 15 lat, a używanych kilku letnich jest o połowę krótszy. W Polsce brak jest producentów kompletnych dużych elektrowni wiatrowych z wyjątkiem o małych mocach z przeznaczeniem dla potrzeb grzewczych. Rozpowszechniło się w praktyce sprowadzanie używanych paro letnich elektrowni wiatrowych z Danii, Niemiec, Holandii głównie z generatorami asynchronicznymi o mocach od 75 kw do 2000 kw po wycofaniu ich z eksploatacji zastępowanych jednostkami o większej mocy. Teren do lokalizacji elektrowni powinien być w promieniu około 500 m nie zabudowany i nie zadrzewiony, najlepiej na wzgórzu w pobliżu linii elektroenergetycznej 15 kv. Na rysunku Nr 11 pokazane są strefy wiatrów energetycznych od I najlepszej do V najgorszej, a na rysunku Nr 12 sposoby włączenia ich do sieci elektroenergetycznej 15 kv. Duże farmy wiatrowe są włączane do sieci elektroener- 34

getycznych wysokich napięć. Przy wyznaczeniu potencjalnej lokalizacji elektrowni należy się upewnić u dystrybutora energii elektrycznej czy istnieją możliwości techniczne włączenia elektrowni do najbliższej linii 15 kv. Rys. 9. Zabudowa turbiny lewarowej TSP 650 w małej elektrowni wodnej (MEW) SSH średniospadowe turbiny Banki Michella NSH niskospadowe turbiny Banki Michella TSP (u, k), TZun turbiny śmigłowe kielichowe i rurowe Rys. 10. Zakres zastosowań turbin w MEW opracowanych w IMP-PAN w latach 1981-95 35

Ośrodek Meteorologii IMGW Rys. 11. Strefy energetyczne wiatru w Polsce wg. IMGW 1 Elektrownia lub mała farma przyłączona do linii 15 kv 2 Farma wiatrowa przyłączona do GPZ 110/15 kv Rys. 12. Schemat powiązania z siecią elektroenergetyczną 15 kv elektrowni wiatrowych 36

3. Energia słoneczna Słońce jest nieograniczonym źródłem ciepła na ziemi. Pod koniec XX wieku powstały rozwiązania techniczne pozwalające na wykorzystywanie energii słonecznej. Najpowszechniejsze zastosowanie znalazły pompy ciepła i kolektory słoneczne. Kolektory słoneczne Promieniowanie słoneczne w naszych warunkach klimatycznych dociera na ziemię o intensywności promieniowania do 1000 kwh/m 2/rok (3600 MJ/m 2/rok). Kolektory słoneczne o sprawności od 50 do 80 % znalazły powszechne zastosowanie do podgrzewania ciepłej wody użytkowej do temperatury 60 C w okresie marzec październik. Na rysunku Nr 17 pokazana jest współpraca kolektora z kotłem gazowym. Powierzchnia 1 m 2 kolektora zapewnia ciepłą wodę na potrzeby l osoby. Czas podgrzewu wody zależy od intensywności promieniowania. Ilość otrzymywanej wody użytkowej bez dodatkowego podgrzewania wynosi 10 l/min. Kolektory słoneczne dobrze nadają się do stosowania w budownictwie jednorodzinnym, w małych firmach i biurach. Ostatnio coraz częściej zestawy kolektorów o dużych powierzchniach znajdują zastosowanie w większych firmach i instytucjach, także jako wspomagające w instalacjach centralnego ogrzewania. Przeciętny czas zwrotu nakładów inwestycyjnych wynosi około 5 lat. Pompy ciepła W naszych warunkach klimatycznych zasobnym źródłem ciepła jest ziemia. W okresie letnim nagrzewa się, utrzymując zimą stałą temperaturę w granicach od 8 do 12 C już na głębokości poniżej 1,5 m. Pompa ciepła działa na odwrotnej zasadzie jak chłodziarka. Wykorzystuje temperaturę zewnętrzną do wzrostu temperatury wewnętrznej do około 50 C spełniając warunki do ogrzewania niskotemperaturowego, np. do ogrzewania podłogowego o mocy od 2 do 500 kw. Koszt instalacji pompy ciepła jest bardzo wysoki, dlatego jest mało rozpowszechniona. Istnieje jednak możliwość wykorzystania dla pomp ciepła studni głębinowych odległych od siebie od 10 do 20 m, co pozwala na ograniczenie największego składnika kosztu inwestycyjnego. Na rysunku Nr 14 pokazano głębinowe ujęcie ciepła z wody gruntowej. Koszt eksploatacji jest bardzo niski. Pompa pobiera energię elektryczną, a oddaje około czterokrotnie większą w postaci energii cieplnej. 37

Promieniowanie słoneczne Warianty montażu kolektorów słonecznych Wiatr, deszcz, śnieg, konwekcja Bezpośrednie nasłonecznienie Promieniowanie cieplne absorbera Promieniowanie cieplne pokrywy ze szkła Odbicie Straty na skutek konwekcji Konwekcja Optymalne ustawienie kolektorów słonecznych 20 w kierunku płd.-wsch. Moc użytkowa kolektora Straty przewodzenia Moc użytkowa kolektora Rys. 13. Usytuowanie kolektorów słonecznych do pozyskiwania energii cieplnej F D C B A E A B C D E F Pompa ciepła Vitocal 300/350 Wymiennik ciepła obiegu pośredniego Studnia z pompą ssącą Studnia chłonna Kierunek przepływu wody gruntowej Niskotemperaturowa instalacja grzewcza Rys. 14. Pozyskiwanie ciepła z wody gruntowej za pomocą pompy ciepła 38

4. Kotłownie centralnego ogrzewania i ciepłej wody użytkowej W kotłowniach najczęściej stosowanym paliwem jest węgiel. W województwie kujawsko-pomorskim część kotłowni węglowych została zmodernizowana na kotły olejowe. Wysoka obecnie cena oleju opałowego zwiększyła koszty wytwarzania energii cieplnej. Uzyskane doświadczenie potwierdza celowość zastosowania dla potrzeb ogrzewania i ciepłej wody użytkowej biomasy roślinnej w postaci: zrębów drzewnych, brykiet i palet pochodzących głównie z odpadów leśnych i zakładów przetwórstwa drzewnego, roślin energetycznych jak wierzba, słomy formowanej w balotach lub brykietach. W naszym regionie są producenci kotłów i urządzeń do brykietowania biomasy z drewna i słomy. Istniejące kotłownie miejskie lub osiedlowe opalane słomą pokazano na rysunku Nr 15. Kotłownia o mocy 1 MW ma zapotrzebowanie na uprawę słomy z 300 ha. Koszty inwestycyjne są wyższe od kotłowni węglowych, za to w eksploatacji rekompensują je koszty tańszego paliwa z biomasy. Korzystniejszym rozwiązaniem są lokalne kotłownie na biomasę dla każdego budynku. Dodatkowym efektem, inwestycyjnym i eksploatacyjnym, są zbędne sieci ciepłownicze pomiędzy budynkami. Dobrym przykładem takiego ogrzewania obiektów jak szkoły, przedszkola, przychodnie zdrowia jest gmina Pruszcz Pomorski, która obniżyła koszty ogrzewania o 40 %. Zastosowanie preferowanego wyżej ogrzewania w szerszym zakresie wymagać będzie stworzenia rynku biomasy począwszy od jej zbierania, przetwarzania, składowania i dystrybucję. Na rysunku Nr 15 pokazano schemat kotłowni na biomasę. Koszt inwestycyjny kotłowni na biomasę bez zasobnika wynosi: dla małej kotłowni 15 kw 7,000 zł i większej 320 kw 42 000 zł. Koszt brykieciarki o wydajności 150 kg/godz. wynosi 220 000 zł. Sąsiadujące ze sobą gminy mogą rozwiązać wspólne stworzenie rynku biomasy. 5. Racjonalizacja kosztów nośników energetycznych W zakładach gospodarki komunalnej podległych gminom oraz w przedsiębiorstwach produkcyjnych i usługowych istnieje możliwość racjonalizacji kosztów nośników energetycznych pozwalająca uzyskać w prosty sposób obniżkę kosztów w skali roku od 10 do 30 % na drodze technicznej, organizacyjnej lub prawnej. 39

Rys. 15. Schemat kotłowni osiedlowej na słomę 1 Odpady z pielęgnacji drzew 2 Środek transportu 3 Zasobnik 4 Przenośnik kubełkowy 5 Silos 6 Przenośnik taśmowy 7 zasobnik przyjęciowy 8 Kocioł 9 Cyklon 10 Komin Rys. 16. Kotłownia na zrąbki z drewna Kolektor słoneczny 2 Moduł regulacyjny 1 Podgrzewacz pojemnościowy Kocioł 6 5 4 Solar 7 3 Rys. 17. Kocioł gazowy z kolektorem słonecznym centralnego ogrzewania i ciepłej wody 40

Tezę tę można przedstawić i udowodnić na poniższych przykładach: 1) W kotłowni na drodze spalin między kotłem a kominem umieszczony wymiennik ciepła spaliny woda daje możliwość podniesienia sprawności kotła do 15 %. 2) Kocioł olejowy można zmodernizować na opalany gazem ziemnym lub wymienić na kocioł na biomasę. Koszt modernizacji zwraca się wdrugim roku grzewczym. 3) Nieużyteczną moc bierną można skompensować baterią kondensatorów pozwalającą obniżyć koszt energii i zapewnić zwrot nakładów inwestycyjnych w ciągu 1 roku. 4) Zmniejszenie zapotrzebowania mocy i aktualizacja umowy na dostawę energii może obniżyć koszt nawet do 10 %. Powyższe przykłady świadczą, że obniżka kosztów nośników energetycznych zasługuje na poważną uwagę użytkowników. 6. Źródła finansowania Najważniejszymi źródłami finansowania inwestycji są kapitały pochodzące ze: środków własnych, kredytów, leasingu oraz różnego typu dotacji i subwencji, a także finansowanie przez stronę trzecią, co szczególnie jest godne uwagi przy braku własnych środków. 7. Wnioski 1) Rozwój rozproszonego wytwarzania energii w kogeneracji pozwoli zapewnić znaczną obniżkę kosztów produkcji oraz przesyłu energii elektrycznej i cieplnej. 2) Racjonalne wykorzystanie odnawialnych źródeł energii (OŹE) na terenie gminy wiejskiej pozwoli zapewnić pożądany rozwój gospodarczy. 3) Wytwarzanie energii w skojarzeniu i wykorzystanie lokalnych odnawialnych źródeł energii obniża koszty produkcji i dystrybucji energii oraz obniża emisję dwutlenku węgla do atmosfery, co spełnia zalecenia światowej strategii rozwoju energetyki. 4) Plan zagospodarowania energetycznego gminy powinien uwzględniać: inwentaryzację i ocenę istniejących źródeł energii na swoim terenie, ocenę możliwości modernizacji lub rozbudowy istniejących źródeł energii, określenie warunków pozyskiwania biomasy i biogazu, zbadanie możliwości lokalizacji elektrowni wodnych i wiatrowych, upowszechnienie instalowania kolektorów słonecznych dla c.w. u. 5) Plan powinien również zawierać szacunkowy koszt przewidywanych inwestycji i źródeł ich finansowania. 6) Dobrze sporządzony plan energetyczny ułatwi pozyskanie inwestorów, którzy za własne środki podejmą się zbudować: elektrownie wiatrowe lub wodne, pozyskiwanie, przetwarzanie i dystrybucję biomasy lub instalację biogazu. 8. Wniosek końcowy Dobrze przygotowany plan energetycznego rozwoju w gminie wiejskiej wprowadzony do praktycznego zastosowania przyniesie oczywiste korzyści gospodarcze, zwiększy dochody gminy i rolników, stworzy nowe miejsca pracy i przyczyni się do wymaganej ochrony środowiska. 41