Temat energii odnawialnej i wszystko co z tym związane stał się w ostatnim czasie bardzo popularny, między innymi za sprawą polityki Unii Europejskiej, która przywiązuje bardzo dużą wagę do zapobiegania zmianom klimatu oraz zapewnienia Europie niezawodnych i wystarczających dostaw energii. W tym celu w 2008 roku państwa Unii Europejskiej przyjęły pakiet działań służących osiągnięciu założonego celu. Członkowie Unii Europejskiej zobowiązali się przede wszystkim do ograniczenia do 2020 roku ilość emitowanych przez siebie gazów cieplarnianych o 20% w stosunku do roku 1990. Cel powinien być osiągnięty m.in. poprzez zwiększenie wykorzystania odnawialnych źródeł energii.
Co to są „Odnawialne źródła energii (OZE)”?
Odnośnie definicji OZE spotkać można różne stanowiska. Z jednej strony odnawialne źródła energii definiowane są jako „źródła energii, których używanie nie wiąże się z długotrwałym ich deficytem – ich zasób odnawia się w krótkim czasie”1 lub jako „źródło wykorzystujące w procesie przetwarzania energię wiatru, promieniowania słonecznego, geotermalną, fal, prądów i pływów morskich, spadku rzek oraz energię pozyskiwaną z biomasy, biogazu wysypiskowego, a także biogazu powstałego w procesach odprowadzania lub oczyszczania ścieków albo rozkładu składowanych szczątek roślinnych i zwierzęcych”2. Z drugiej strony można spotkać się ze stwierdzeniem, że„Odnawialne źródła energii to nielogiczne sztuczne pojęcie grupujące niepowiązane ze sobą źródła energii. Utkwiło ono jednak tak głęboko w nomenklaturze i jest bardzo wygodne, w użyciu, dlatego trudno spodziewać się, aby zostało wyeliminowane mimo braku podstaw logicznych.”3
Bardzo często energię odnawialną traktuje się na równi z energią przyjazną środowisku. Takie porównanie nie zawsze jest właściwe. Instalacje do produkcji energii odnawialnej mogą w pewnych przypadkach powodować szkody w środowisku.
Jakie są źródła energii odnawialnej?
Do najważniejszych energii odnawialnych zaliczamy:
-
Energię wodną,
Energia wodna jest energią mechaniczną, którą przetwarza się na energię elektryczną przy pomocy silników wodnych i hydrogeneratorów w siłowniach wodnych oraz w elektrowniach wodnych i innych urządzeniach. Energia wodna jest odnawialnym źródłem energii, ponieważ jej wykorzystanie nie wiąże się z długotrwałym deficytem surowca. Pozyskiwanie energii z wód nazywa się hydroenergetyką. Opiera się ona przede wszystkim na wykorzystaniu energii wód śródlądowych o dużym natężeniu przepływu i dużym spadzie. Rzadziej wykorzystuje się energię mórz i oceanów.
Energia wodna dzieli się na energię pływów i prądów morskich, energię fal oraz energię spadku wód. W Polsce najintensywniej wykorzystuje się energię spadku wód na rzekach. Główne znaczenie mają dolna Wisła i rzeka Dunajec. Ponadto duże elektrownie wodne zlokalizowane są na dorzeczach Odry i rzek Przymorza. Według szacunkowych danych zasoby hydroenergetyczne naszego kraju wynoszą 13,7 TWh na rok. 45% tej wartości przypada na samą Wisłę, 43% na dorzecza Odry i Wisły, a około 10% na Odrę. Pozostała część przypada na rzeki Przymorza. Ze względu na najdłuższe tradycje wykorzystywania energii wodnej w Polsce, szacuje się, że łączna moc zainstalowanych dużych elektrowni wynosi około 630 MW. Moc małych elektrowni to około 160 MW. Mimo tego w Polsce wykorzystuje się zaledwie 11% potencjału grawitacyjnego wody, przez co nasz kraj plasuje się na ostatnim miejscu w Europie w tej kategorii niedoścignionym wzorem jest Norwegia – w tym kraju 95% energii pochodzi z elektrowni wodnych.
Energia wodna (hydroenergia) obejmuje energię pochodzącą z wód śródlądowych zmagazynowaną w zbiornikach wodnych i ciekach płynących oraz energię mórz i oceanów.
Elektrownie wykorzystujące energię wód śródlądowych, dzielą się na kilka typów, ze względu na sposób odprowadzania wody do turbiny.
Wyróżniamy:
-
Elektrownie regulacyjne (zbiornikowe) – działają w oparciu o wyrównanie sezonowych różnic w ilości płynącej wody, dzięki wykorzystaniu zbiornika wodnego usytuowanego przed elektrownią. Elektrownie regulacyjne mogą mieć charakter retencyjny;
-
Elektrownie przepływowe – działają dzięki wykorzystaniu energii przepływu wody. Nie posiadają zbiornika gromadzącego wodę. Sprawdzają się najlepiej na rwących, naturalnie spiętrzonych rzekach;
-
Elektrownie szczytowo – pompowe – znajdują się między dwoma zbiornikami wodnymi i służą głównie do magazynowania energii elektrycznej wyprodukowanej w inny sposób. Energia uzyskiwana z tych elektrowni nie jest zaliczana do odnawialnych źródeł!
Energia pozyskiwana z elektrowni wodnych jest najsilniej wykorzystywanym odnawialnym źródłem energii. Oprócz dużych elektrowni wodnych coraz większą popularnością cieszą się przydomowe elektrownie wykorzystujące energię wodną. Mała elektrownia wodna charakteryzuje się mocą zainstalowaną wynoszącą poniżej 5 MW. Mała elektrownia wodna składa się z kilku ważnych elementów. Należą do nich:
-
Próg piętrzący rzekę: stały lub ruchomy;
-
Budynek elektrowni z siłownią;
-
Kanał doprowadzający i odprowadzający wodę z turbin.
Opcjonalnie montuje się jeszcze przepławkę. Małe elektrownie wodne nie zanieczyszczają środowiska, zwiększają również małą retencję wodną i zmniejszają erozję denną powyżej progu. Małe elektrownie wodne są praktycznie bezobsługowe, mogą być sterowane zdalnie. W Polsce istnieje ponad 400 małych elektrowni wodnych, których właścicielami są w znakomitej większości osoby prywatne.
Największe elektrownie wodne w Polsce
|
Rodzaj elektrowni |
Nazwa elektrowni |
Moc zainstalowana w MW |
|
Szczytowo-pompowa |
Żarnowiec |
680 |
|
Szczytowo-pompowa |
Porąbka – żar |
500 |
|
Szczytowo-pompowa |
Żydowo |
150 |
|
przepływowa |
Włocławek |
160 |
|
przepływowa |
Solina |
138 |
|
przepływowa |
Dychów |
80 |
|
przepływowa |
Rożnów |
50 |
- Energię geotermalną,
Jest naturalnym ciepłem Ziemi nagromadzonym w skałach oraz w wodach wypełniających pory i szczeliny w skałach. Ogromne ilości energii są generowane i gromadzone w jądrze, płaszczu i skorupie ziemskiej.
Energia geotermalna pozyskiwana jest w wnętrza Ziemi. Polska jest krajem, który posiada największe zasoby energii geotermalnej w Europie. Wody geotermalne znajdują się pod powierzchnią prawie 80% terytorium Polski, w ilości ok. 6600 km3, a ich temperatura mieści się w granicach 25-150 o C. Zasoby te są dość równomiernie rozmieszczone na znacznej Powierzchni Polski, co daje możliwość wykorzystania ich na cele energetyczne. Zasoby geotermii w Polsce szacuje się na 25-100 mld t p.u. Potencjał teoretyczny wynosi 625×103 PJ/rok, a realny potencjał ekonomiczny 12,4 PJ i wykorzystany jest zaledwie w 12%. Moc zainstalowana wynosi 170,9 MW. Produkcja energii cieplnej 838,4 TJ/rok.
W Polsce istnieją cztery systemy ciepłownicze w oparciu o wykorzystanie wód geotermalnych – w Pyrzycach, Zakopanem, Mszczonowie i Uniejowie.
Oprócz zakładów zaopatrujących ludność w ciepło, istnieją również uzdrowiska wykorzystujące energię z ciepłych źródeł:
– Cieplice
– Duszniki-Zdrój
– Lądek- Zdrój
– Ustroń
– Konstancin
– Ciechocinek
Ze względu na zbyt niskie temperatury energia geotermalna nie jest w Polsce wykorzystywana do produkcji prądu elektrycznego, jak ma to miejsce np. w Islandii.
Zasadnicze cechy zasobów geotermalnych
– Praktyczna odnawialność
– Możliwość użytkowania bez powodowania zagrożeń środowiska naturalnego
– Niezależność od zmiennych warunków klimatycznych i pogodowych
– Możliwość budowy instalacji osiągających znaczne moce cieplne (do kilkadziesiąt MWt z jednego otworu)
– Ekonomiczna opłacalność ich pozyskiwania.
Możliwości zastosowania zasobów energii geotermalnej:
– wykorzystanie w celach ciepłowniczych: energia geotermalna może być wykorzystana jako lokalne źródło ciepła do celów komunalno–bytowych (ogrzewanie i wentylacja pomieszczeń, przygotowanie ciepłej wody użytkowej)
– rolniczo – hodowlanych: (ogrzewanie upraw pod osłonami, suszenie płodów rolnych, ogrzewanie pomieszczeń inwentarskich, przygotowanie ciepłej wody technologicznej, hodowla ryb w wodzie o podwyższonej temperaturze)
– przemysłowych (przygotowanie ciepłej wody technologicznej, suszarnictwo, ogrzewanie i klimatyzacja obiektów przemysłowych)
– użytkowanie w balneologii i rekreacji: jest to najstarsze zastosowanie geotermalne. Zapotrzebowanie na leczenie uzdrowiskowe w zakresie profilaktyki, rehabilitacji i terapii stale wzrasta, głównie wskutek szkodliwych następstw rozwoju cywilizacyjnego i rosnącej degradacji środowiska naturalnego. Wodami geotermalnymi leczy się między innymi choroby narządów ruchu i reumatyzm, choroby układu krążenia, układu oddechowego, skóry i wiele innych;
– odzyskiwanie substancji towarzyszących mediom geotermalnym: zmineralizowane wody geotermalne mogą być źródłem różnych pierwiastków i związków chemicznych. Do substancji uzyskiwanych z wód wgłębnych można zaliczyć m.in. sole lecznicze i kąpielowe, surowce dla przemysłu chemicznego i produkcji gotowych nawozów mineralnych oraz wiele pożytecznych pierwiastków jak brom, jod, potas, magnez, lit, stront, bar, bor, german i in.
- Energię prądów morskich, pływów i falowania,
Elektrownia pływowa – elektrownia wytwarzająca prąd elektryczny przy pomocy specjalnych urządzeń wykorzystujących przypływy i odpływy morza. Im są one większe, tym bardziej efektywna jest elektrownia. Jest lokowana w miejscach umożliwiających budowę zapór (z turbinami) między otwartym morzem a utworzonym zbiornikiem.
Elektrownie pływowe (hydroelektrownie) wytwarzają prąd elektryczny przy użyciu siły wód. Buduje się specjalne tamy, które powodują w określonych miejscach gwałtowny spadek mas wody. Woda spada wtedy na turbinę wyposażoną w specjalne łopaty ustawione pod odpowiednim kątem. Turbina wprawiona w ruch przekazuje swoja energię prądnicy, która wytwarza prąd. Ściślej mówiąc, aby umożliwić przemianę energii wód płynących do napędu silników wodnych (kół i turbin), spiętrza się wodę za pomocą budowli piętrzących (jazów lub przegród dolinowych). Uzyskany w danym przekroju rzeki przez spiętrzenie spad stanowi energię mechaniczną.
Silnik wodny napędza bezpośrednio maszyny robocze (np: maszyny młyńskie, tartaczne lub papiernicze) lub też prądnicę prądu elektrycznego. Zakłady złożone z budowli piętrzącej i silników wodnych nazywamy zakładami hydroenergetycznymi lub siłowniami wodnymi, a zakłady w których następuje przemiana energii mechanicznej w energię elektryczną, elektrowniami wodnymi. Są to zakłady energetyczne wykorzystują energię pływów (przypływów i odpływów morza). Olbrzymia, choć ilościowo dokładnie nieznana energia ożywia wody oceanów i mórz podczas pływów (dwa przypływy i dwa odpływy w ciągu doby). Różnica poziomów wody podczas przepływów i odpływów wynosi w niektórych miejscach kuli ziemskiej do 12 m, a średnia moc przypływu i odpływu jest oceniana ~10 trylionów KM, tj. 1012 KM.
Elektrownia tego typu nie może wytwarzać energii elektrycznej w sposób ciągły, ponieważ w okresie wyrównywania się poziomów wody w morzu i zbiorniku spad wody jest tak mały, że praca turbin jest nie możliwa. Z tego względu elektrownia tego typu powinna współpracować z elektrownia cieplną lub rzeczną elektrownią wodną, wytwarzającą energie elektryczną w okresie przerwy w pracy elektrowni przepływowej. Inne rozwiązanie problemu zapewnia ciągłej produkcji energii elektrycznej może polegać na pompowaniu wody do położonego wysoko zbiornika w okresie kiedy różnica poziomów wody w morzu i zbiorniku jest dostatecznie duża i wykorzystywaniu tej wody do poruszania turbin w okresie wyrównywania się poziomów w morzu i zbiorniku. Zakład hydroenergetyczny tego typu nazywa się pompowym.
W swym dolnym biegu rzeki są zbyt leniwe, aby budować na nich elektrownie wodne. Alternatywne źródło energii mogą tam stanowić pływy morskie. Siła pływów podobnie jak w zwykłej elektrowni wodnej obraca się turbinę , połączoną z generatorem. Jednak w niewielu tylko miejscach budowa takiej elektrowni jest opłacalna, gdyż elektrownie te cechują się znikomą rentownością. Jedna z istniejących, położona we Francji nad rzeką Rance, ma moc zaledwie 100MW, czyli 10 część tego, co duża elektrownia węglowa.
W korzystnych warunkach topograficznych możliwe jest wykorzystanie pływów morza. Ujście rzeki wpływającej do morza i wysokie jej brzegi umożliwiają budowę zapory, pozwalającej na wpłynięcie wód morskich w dolinę rzeki podczas przypływu i wypuszczeniu ich poprzez turbiny wodne podczas odpływu.
Największa na świecie taka elektrownia znajduje się we Francji. Ma ona 24 turbiny wodne rewersyjne o mocy po 10MW, a więc cała elektrownia ma moc 240MW. Pracuje od 1967 roku.
Takie elektrownie pracują również w Kanadzie, Chinach i byłym ZSRR, a są projektowane w Wielkiej Brytanii, Kanadzie, Korei Południowej i Indiach. Dla ekonomii pracy elektrowni wykorzystujących pływy nie jest bez znaczenia, że ich okres eksploatacji jest liczony na 100 lat. Wadami elektrowni tych jest zasalanie ujść rzek oraz erozja ich brzegów wskutek wahań wody, a także utrudnianie wędrówek ryb w górę rzek.
Pomimo nieprzezwyciężonych wciąż trudności, naukowcu uważają, że zasoby energii pływów morskich należą do najpoważniejszych na świecie. Napływające w czasie w czasie przypływu wody są, jak już wspomniałam, zatrzymywane przez zaporę i wykorzystywane do napędzania turbin. Z kolei specjalnie skonstruowane przyrządy przetwarzają energię falową wody morskiej na energię elektryczną.
- Energię słoneczną,
Energia słoneczna jest powszechnie dostępnym całkowicie czystym i najbardziej naturalnym z dostępnych źródeł energii.
Ilość energii docierająca w ciągu roku do powierzchni Ziemi jest wielokrotnie większa, niż wszystkie zasoby energii odnawialnej i nieodnawialnej zgromadzone na Ziemi razem wzięte.
Ze wszystkich źródeł energii, energia słoneczna jest najbezpieczniejsza. W Polsce generalnie istnieją dobre warunki do wykorzystania energii promieniowania słonecznego przy dostosowaniu typu systemów i właściwości urządzeń wykorzystujących tę energię do charakteru, struktury i rozkładu w czasie promieniowania słonecznego. promieniowania słonecznego. Roczna gęstość promieniowania słonecznego w Polsce na płaszczyznę poziomą waha się w granicach 950 – 1250 kWh/m2, natomiast średnie usłonecznienie wynosi 1600 godzin na rok.
Potencjalna energia użyteczna w kWh/m2/rok w wyróżnionych rejonach Polski
|
Rejon |
Rok (I-XII) |
Półrocze letnie (IV-IX) |
Sezon letni (VI-VIII) |
Półrocze zimowe (X-III) |
| Pas nadmorski |
1076 |
881 |
497 |
195 |
| Wschodnia część Polski |
1081 |
821 |
461 |
260 |
| Centralna część Polski |
985 |
785 |
449 |
200 |
| Zachodnia cześć Polski z górnym dorzeczem Odry |
985 |
785 |
438 |
204 |
| Południowa część Polski |
962 |
682 |
373 |
280 |
| Południowo-zachodnia część Polski z obszarem Sudetów z Tuchowem |
950 |
712 |
393 |
238 |
Wykorzystanie energii słonecznej
Energię słoneczną w postaci bezpośredniej wykorzystuje się do produkcji energii elektrycznej przy pomocy fotoogniw – energia fotowoltaiczna, oraz do produkcji energii cieplnej. Ogniwa fotoelektryczne, wykonane z półprzewodników na bazie krzemu charakteryzują się dużą niezawodnością i długą żywotnością. Są one jednak stosunkowo mało wydajne i bardzo kosztowne. Ich podstawową wadą jest wysokie zapotrzebowanie na powierzchnię instalacyjną. Energia wytwarzana przez takie ogniwa jest w tej chwili kilka razy droższa od energii wytwarzanej w konwencjonalny sposób. Wykorzystuje się je w elektrowniach słonecznych, w małych zegarkach i kalkulatorach, a przede wszystkim w przestrzeni kosmicznej, gdzie promieniowanie słoneczne jest dużo silniejsze.
Metody wykorzystywania energii słonecznej znane były już w starożytności i polegały na samoczynnym ruchu ciepła w budynkach, poprzez odpowiednie umieszczenie okien, ścian, otworów wentylacyjnych. W ten sposób energia słońca była magazynowana do ogrzewania pomieszczeń w nocy. Również współcześnie poszukuje się wydajnej metody pozwalającej
w ekologiczny sposób ogrzewać domy, a jednocześnie gwarantującej niskie koszty jej utrzymania. Najpopularniejszym i najtańszym urządzeniem jest obecnie kolektor słoneczny. Pochłania on promieniowanie i następnie przekazuje energię cieplną wodzie, która przepływając przez niego ogrzewa się do temperatury 40-65°C. System ten najczęściej wykorzystuje się w rolnictwie i do podgrzewania wody do celów gospodarczych głównie w domkach jednorodzinnych. Prawidłowo dobrana instalacja słoneczna zapewniająca 95% absorbcji promieniowania słonecznego może zaspokoić 50-60% zapotrzebowania na energię cieplną.
Z punktu widzenia przydatności promieniowanie słoneczne ma zarówno wady, jak i zalety. Pomimo, że dociera do całej powierzchni Ziemi, oświetlenie jej nie jest równomierne i zależy od szerokości geograficznej, pory roku i pory dnia. Obecność pyłów lub pary wodnej w atmosferze oraz zachmurzenie, uniemożliwiają efektywne wykorzystanie tego źródła energii. Z drugiej strony, spośród źródeł niekonwencjonalnych, energia słoneczna wykazuje najmniejszy ujemny wpływ na środowisko, przy czym szczególnie ważny jest brak emisji szkodliwych substancji. Oszacowano, że 20-letnia eksploatacja instalacji słonecznej wspomagającej grzejnictwo elektryczne, obniży emisję SO2 o 500kg a CO2 o 60 ton!
- Energię wiatru,
Wiatr to energia kinetyczna poruszających się mas powietrza
Wiatr jest czystym źródłem energii, nie emitującym żadnych zanieczyszczeń. W korzystnych warunkach wiatrowych (przy prędkości średniej długoterminowej V>5.5 m/s na wysokości wirnika) cena jednostkowa energii pochodzącej z tego źródła może być i często jest niższa od ceny energii z konwencjonalnych elektrowni cieplnych.
Polska jest uważana za kraj średnio zasobny w wiatr. Potencjał techniczny wiatru w Polsce wynosi ok. 25 TWh, z czego ok. 16 TWh przypada na ląd, pozostała część na obszar morski znajdujący się w polskiej strefie brzegowej.
Wykorzystanie elektrowni wiatrowych – zalety:
– Możliwość zasilania w energię miejsc trudnodostępnych
– Zaspokojenie rosnących potrze energetycznych ludności poprzez rozwój ekologicznie czystej energii
– Niskie koszty eksploatacyjne pozyskiwania energii wiatru,
– Brak kosztów paliwa
– Kreowanie wzrostu gospodarczego
– Redukcja emisji gazów cieplarnianych w tym CO2
– Poprawa jakości powietrza przez uniknięcie emisji pyłów SO2, NOx,
– Nie powodują powstawania opadów atmosferycznych, zanieczyszczeń, degradacji terenów.
- Biopaliwo,
Biopaliwem nazywamy paliwo uzyskane z przetwórstwa biomasy (produktów organizmów żywych roślinnych, zwierzęcych, jak też mikroorganizmów). Biopaliwa możemy ogólnie podzielić na:
– stałe (np. drewno, zrębki drzewne, słoma, brykiety, pellety, ziarno zbóż, itp.)
– płynne – zwane inaczej biobenzynami powstałe w wyniku procesów:
fermentacji alkoholowej węglowodanów (głównie cukrów i skrobi zawartych w roślinach energetycznych jak: ziemniaki, buraki cukrowe) których produktem jest etanol
fermentacji butylowej biomasy (np. słomy) w wyniku której powstaje butanol
estryfikacji olei roślinnych np. rzepakowego, w wyniku czego powstaje biodiesel
– gazowe – powstałe w wyniku fermentacji beztlenowej (anaerobowej) odpadów ciekłych i stałych produkcji roślinno-zwierzęcej np. gnojowicy, obornika w wyniku której powstaje tzw. biogaz, czy też procesów suchej destylacji drewna (zgazowania drewna) w wyniku której powstaje tzw. gaz drzewny (generatorowy).
Biopaliwa możemy też dzielić w zależności od metody ich wytwarzania na biopaliwa:
– I generacji
– II generacji
– III generacji
Europejska klasyfikacja biopaliw ze względu na stan skupienia
Biopaliwa ciekłe:
– bioetanol otrzymywany z biomasy i/lub z biodegradowalnych frakcji odpadowych, możliwy do zastosowania jako biopaliwo E%, zawierające 5% etanolu i 95% benzyny silnikowej oraz jako E85, zawierające 85% etanolu i 15% benzyny,
– biodiesel zawierający estry metylowe (PME, RME, FAME) otrzymane z olejów pochodzenia roślinnego i zwierzęcego lub odpadowych (np. posmażalniczych) tłuszczów i olejów, spełniające wymagania odpowiednich norm na oleje napędowe B5, zawierający 5% estrów i 95% naftowego oleju napędowego, B30, odpowiednio 30% i 70% oraz B100, stanowiący czyste estry o właściwościach zgodnych z odpowiednią normą,
– biometanol jako paliwo lub komponent paliwowy otrzymywany z biomasy,
– bio-ETBE, eter etylo tert-butylowy otrzymywany z bioetanolu jako dodatek przeciwstukowy do benzyn podwyższający ich liczbę oktanową, stosowany w ilości 47%,
– bio-MTBE, eter metylo tert-butylowy otrzymywany z biometanolu o tym samym przeznaczeniu jak Bio-ETBE, stosowany w ilości 36%,
– BtL, jako ciekłe frakcje i ich mieszaniny otrzymywane z biomasy, mogące stanowić biopaliwa lub komponenty paliwowe,
– czyste oleje roślinne, otrzymywane z procesów tłoczenia, ekstrakcji i podobnych procesów, łącznie z rafinacją, z wyłączeniem modyfikacji ich składu metodami chemicznymi, mogące stanowić biopaliwa spełniające wymogi ochrony środowiska, do odpowiednich typów silników.
Biopaliwa gazowe:
– bio-DME, eter dimetylowy otrzymywany z biomasy do bezpośredniego stosowania jako biopaliwo do silników o zapłonie samoczynnym,
– biogaz jako biopaliwo otrzymywane z biomasy i/lub biodegradowalnych frakcji odpadowych, odpowiednio oczyszczony, aby odpowiadał jakością gazowi naturalnemu,
– biowodór jako biopaliwo otrzymywane z biomasy lub biodegradowalnych frakcji odpadowych.
Inne paliwa z odnawialnych źródeł energii (powyżej niewymienione) – biopaliwa otrzymywane ze źródeł definiowanych dyrektywą 2001/77/EC, które mogą być zastosowane do napędu w środkach transportu.
Generacje biopaliw
I generacja – biopaliwa I generacji zwane są konwencjonalnymi, do ich produkcji stosuje się rośliny jadalne takie jak buraki cukrowe, kukurydza, trzcina cukrowa, ziemniaki (skrobia), czy oleje roślinne z których produkowany jest bioetanol (fermentacja alkoholowa) lub biodiesel (estryfikacja olejów roślinnych). Generalnie zaliczamy do nich:
· etanol jako odwodniony, konwencjonalny etanol gorzelniany, otrzymywany z procesów hydrolizy i fermentacji z takich surowców jak: zboża, buraki cukrowe itp.,
– biometanol jako produkt suchej destylacji drewna
· czyste oleje roślinne (PVO-pure vegetable oils), otrzymywane z procesów tłoczenia na zimno i ekstrakcji ziaren spożywczych roślin oleistych,
· biodiesel stanowiący estry metylowe oleju rzepakowego (RME) lub estry metylowe (FAME) i etylowe (FAEE) wyższych kwasów tłuszczowych innych spożywczych roślin oleistych, otrzymywane w wyniku procesów tłoczenia na zimno, ekstrakcji i transestryfikacji,
· biogaz, stanowiący oczyszczony biogaz z zawilgoconego biogazu składowiskowego bądź rolniczego (aktualnie biogaz oczyszczony do czystości gazu ziemnego, otrzymywany z wszelkich substancji odpadowych różnego pochodzenia klasyfikowany jest jako biopaliwo II generacji),
· bio-ETBE, otrzymywany z przeróbki chemicznej etanolu gorzelnianego.
II generacja – to biopaliwa pozyskiwane z roślin niejadalnych lub z odpadków roślinnych, nie mają więc wpływu na produkcję żywności. Rośliny energetyczne mogą być uprawiane na glebach o niskiej klasie bonitacyjnej (np. gleby nawodnione, nieużytki). Do paliw II generacji zalicza się:
• bioetanol otrzymywany w wyniku zaawansowanych procesów hydrolizy i fermentacji lignocelulozy pochodzącej z biomasy (z wyłączeniem surowców o przeznaczeniu spożywczym),
• syntetyczne biopaliwa stanowiące produkty przetwarzania biomasy poprzez zgazowanie i odpowiednią syntezę na ciekłe komponenty paliwowe (BtL),
• bioDMF (dimetylofuran) jako perspektywiczne paliwo do silników o ZI otrzymywane z procesów katalitycznego przetwarzania cukrów (np. celulozy, skrobi),
• paliwa do silników o zapłonie samoczynnym pochodzące z przetwarzania lignocelulozy z biomasy w procesach Fischer-Tropscha,
• biodiesel syntetyczny z kompozycji produktów lignocelulozowych,
• pochodne metanolu i etanolu oraz mieszaniny wyższych alkoholi,
• dimetyloeter (bio-DME) otrzymywany pośrednio lub bezpośrednio z biomasy jako paliwo gazowe do silników o zapłonie samoczynnym,
• biodiesel, jako biopaliwo lub komponent paliwowy do silników o ZS, otrzymywany w wyniku rafinacji wodorem (hydrogenizacji) odpadowych olejów roślinnych i tłuszczów zwierzęcych,
• biogaz jako syntetycznie otrzymywany gaz o właściwościach gazu ziemnego (SNG), pozyskiwany w wyniku procesów zgazowania lignocelulozy i odpowiedniej syntezy (także z procesów WtG – „wastes to gas”).
III generacja – zaliczamy do niej biopaliwa uzyskane z glonów i alg. Algi charakteryzują się bardzo szybkim wzrostem, pozwalają na bardzo efektywne wykorzystanie terenu – z jednostki powierzchni można uzyskać 30x więcej energii niż z biopaliw 1 czy 2 generacji. Nie muszą to być wcale tereny uprawne, do ich uprawy doskonale nadają się nieużytki, a jeszcze lepiej pustynie, zapewniające algom nieskrępowany dostęp energii słonecznej.
Do wzrostu algi potrzebują dwutlenku węgla, a pochłaniając go uwalniają tlen (ewentualnie, w środowisku bezsiarkowym – wodór). Doskonałym źródłem dwutlenku węgla może być np. działająca elektrownia konwencjonalna – po spaleniu paliwa dwutlenek węgla trafia do zbiornika z algami, gdzie służy im do wzrostu. Mogą rosnąć na zanieczyszczonej wodzie, w tym ściekach, które przy okazji oczyszczają.
- Biomasa,
Biomasa to substancje pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, które ulegają biodegradacji, pochodzące z produktów, odpadów i pozostałości z produkcji rolnej oraz leśnej, a także przemysłu przetwarzającego ich produkty, a także inne części odpadów, które ulegają biodegradacji. Biomasa wyrażana jest w jednostkach tzw. świeżej masy (naturalna masa.
Biomasa wyrażana jest w jednostkach tzw. świeżej masy (naturalna masa organizmów) oraz suchej masy (masa bezwodna). Jest to źródłem energii odnawialnej w największym stopniu wykorzystywane w Polsce. Ogólnie, w krajach europejskich jej wykorzystanie znacznie przewyższa wszystkie pozostałe źródła.
Obecnie w Polsce wykorzystywana w przemyśle energetycznym biomasa pochodzi z dwóch gałęzi gospodarki:
– rolnictwa
– leśnictwa
Najpoważniejszym źródłem biomasy są odpady drzewne i słoma. Część odpadów drzewnych wykorzystuje się w miejscu ich powstawania (przemysł drzewny), głównie do produkcji ciepła lub pary użytkowanej w procesach technologicznych. W przypadku słomy, szczególnie cenne energetycznie, a zupełnie nieprzydatne w rolnictwie, są słomy rzepakowa, bobikowa i słonecznikowa. Rocznie polskie rolnictwo produkuje ok. 25 mln ton słomy.
Pozyskiwanie energii z biomasy
– Spalanie biomasy roślinnej (np. drewno, odpady drzewne z tartaków, zakładów meblarskich i in., słoma, specjalne uprawy roślin energetycznych),
– Fermentację alkoholową trzciny cukrowej, ziemniaków lub dowolnego materiału organicznego poddającego się takiej fermentacji, celem wytworzenia alkoholu etylowego do paliw silnikowych,
– Wytwarzanie oleju opałowego z roślin oleistych (np. rzepak) specjalnie uprawianych dla celów energetycznych,
– Beztlenową fermentację metanową odpadowej masy organicznej (np. odpady z produkcji rolnej lub przemysłu spożywczego)
W Polsce z 1 ha użytków rolnych zbiera się rocznie ok. 10 ton biomasy, co stanowi równowartość ok. 5 ton węgla kamiennego. Podczas jej spalania wydzielają się niewielkie ilości związków siarki i azotu. Powstający gaz cieplarniany – dwutlenek węgla jest asymilowany przez rośliny wzrastające na polach, czyli jego ilość w atmosferze nie zwiększa się. Zawartość popiołów przy spalaniu wynosi ok. 1% spalanej masy, podczas gdy przy spalaniu gorszych gatunków węgla sięga nawet 20%.
- Biogaz,
Biogaz powstaje w procesie beztlenowej fermentacji odpadów organicznych, podczas której substancje organiczne rozkładane są przez bakterie na związki proste. W procesie fermentacji beztlenowej do 60% substancji organicznej zamienianej jest w biogaz.
Wykorzystywany do celów energetycznych powstaje w wyniku fermentacji:
– odpadów organicznych na wysypiskach śmieci
– odpadów zwierzęcych w gospodarstwach rolnych
– osadów ściekowych w oczyszczalniach ścieków
Typowe przykłady wykorzystania biogazu:
– produkcja energii elektrycznej w silnikach iskrowych lub turbinach,
– produkcja energii cieplnej w przystosowanych kotłach gazowych,
– produkcja energii elektrycznej i cieplnej w jednostkach skojarzonych,
– dostarczanie gazu wysypiskowego do sieci gazowej,
– wykorzystanie gazu jako paliwa do silników trakcyjnych/pojazdów,
– wykorzystanie gazu w procesach technologicznych, np. w produkcji metanolu.
- Energię cieplną oceanu.
Prawie 71 % powierzchni Ziemi to wody. Jest to ogromny obszar, w dużej części dziki i niewykorzystany. Morza w strefie międzyzwrotnikowej każdego dnia pochłaniają ciepło z promieniowania słonecznego. Zebranej tam energii jest 4000 razy więcej niż wykorzystujemy na całym świecie. Czy można więc z niej skorzystać? Teoretycznie można.
Metoda wykorzystująca energię cieplną oceanu nazywa się OTEC. Jest związana z ciepłem wody. Temperatura wody powierzchniowej wynosi około 25°C. Natomiast ta z głębin, czyli ponad 1000 metrów w głąb, ma 4°C. Wykorzystuje się więc różnicę temperatur między tymi poziomami. Musi wynosić minimum 20°C, żeby możliwe było odzyskanie energii. Zimną wodę oceaniczną pompuje się na powierzchnię i tam silnik produkuje energię elektryczną.
Najlepsze w tej metodzie jest to, że woda nagrzewa się codziennie. Jej temperatura w ciągu roku się nie zmienia, więc dostęp do „paliwa” jest stały. Dodatkowo nie produkuje się zanieczyszczeń, a nawet ubogaca się wodę i pochłania dwutlenek węgla. Jest to oczywiście metoda wykorzystująca odnawialne źródło energii, więc przyjazna środowisku.
Dlaczego więc nie wykorzystuje się ciepła oceanu na szeroką skalę? Mimo iż metoda jest dosyć stara, to nie została doprowadzona do stanu, w którym byłaby opłacalna. Wymaga dużych kosztów na początku, a ma małą sprawność. Metoda wymaga też odpowiedniego miejsca. Wszystkie wybrzeża są już zagospodarowane, więc pozostają okolice wysp i punkty pływające. Praca nad usprawnieniem tej metody wciąż trwają.
OZE a województwo lubelskie
W 2009 roku Instytut Energii Odnawialnej opracował ranking województw w zakresie możliwości wykorzystania odnawialnych źródeł energii. Województo lubelskie sklasyfikowane zostało jako województwo o średnim potencjale w skali całego kraju, gdzie najlepiej inwestować w biogazownie, energię wiatrową i słoneczną. Warunki formalno – prawne do inwestowania w OZE na terenie województwa lubelskiego zostały uznane za sprzyjające.
Korzyści wynikające z wdrażania inwestycji wykorzystujących OZE
Korzyści, jakie niesie ze sobą inwestowanie w odnawialne źródła energii należy rozpatrywać na kilku płaszczyznach – jako korzyści lokalne i globalne oraz korzyści gospodarcze, środowiskowe i społeczne. Korzyści gospodarcze to zarówno te w skali mikro jak i makro – bezpośrednie i pośrednie (np. wpływy z podatków, oszczędności na rekultywacji terenów zdegradowanych itp.). Inwestycje w odnawialne źródła energii pozwalają ograniczyć zanieczyszczenie środowiska. Korzyści środowiskowe skorelowane są z korzyściami gospodarczymi, ponieważ korzyść środowiskowa to jednocześnie oszczędności na chociażby renaturyzacji środowiska. Tak jak każda inwestycja, tak również inwestycje w OZE przyczyniają się do tworzenia nowych miejsc pracy i aktywizacji gospodarczej lokalnych terenów.
Akty prawne i dokumenty dotyczące OZE:
- Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE z dnia 23 kwietnia 2009r. w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych, zmieniająca i w następstwie uchylająca dyrektywy 2001/77/WE oraz 2003/30/WE (Dz.Urz.WE L140 z 05.06.2009r.).
- Biała Księga – Energia dla przyszłości: Odnawialne źródła energii (1997).
- Zielona Księga – europejskiej strategii bezpieczeństwa energetycznego (2001).
- Strategia rozwoju energetyki odnawialnej (z 23.08.2001r.).
- Polityka energetyczna Polski do roku 2030 (z 10.11.2009r.).
- Program dla elektroenergetyki (28.03.2006r.).
- Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997r. – Prawo energetyczne (teks jednolity Dz. U. 2018r. poz. 755)
- Rozporządzenie Ministra Energii z dnia 7 sierpnia 2018 r. w sprawie wymagań dotyczących sposobu obliczania, pomiarów i rejestracji ilości energii elektrycznej lub ciepła wytwarzanych w instalacjach odnawialnego źródła energii (Dz. U. z 2018 r, poz. 1596
- Ustawa z dnia 25 sierpnia 2006r. o biokomponentach i biopaliwach ciekłych (tekst jednolity Dz.U. z 2018 r. poz. 1344).
- Ustawa z dnia 20.02.2015r. o odnawialnych źródłach energii (tekst jednolity Dz. U. z 2018 2018 r. poz. 1269
_____________________________________________
Źródła:
1 http://pl.wikipedia.org
2Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997r. – Prawo energetyczne (teks jednolity Dz. U. 2018r. poz. 755)
3 „Solaris Odnawialne Źródła Energii”; mgr inż.Bogdan Szymański specjalista z zakresu odnawialnych źródeł energii.
A.Raczkowski, J.Matczuk, T.Mitura, M.Białach; „Możliwości rozwoju energetyki odnawialnej w województwie lubelskim”; styczeń 2011r.
http://www.enis-pv.com/naslonecznienie-w-polsce.html