Paliwa biomasowe w sektorze wytwarzania energii elektrycznej i ciepła w Polsce.pdf

GOSPODARKA

SUROWCAMI

MINERALNYMI

Tom 24

2008

Zeszyt 3/3

TOMASZ MIROWSKI*, TOMASZ SURMA**

Paliwa biomasowe w sektorze wytwarzania energii elektrycznej

i ciep³a w Polsce

Wprowadzenie

Znaczenie surowców energetycznych dla gospodarki ka¿dego pañstwa jest szczególnie

istotne, gdy¿ zapewniaj¹ one bezpieczeñstwo energetyczne ze wzglêdu na rosn¹ce zapotrze-

bowanie na energiê. Rozwój gospodarczy i poziom ¿ycia spo³eczeñstwa determinuj¹ za-

pewnione dostawy energii w odpowiedniej iloœci i jakoœci.

Udokumentowane zasoby kopalnych surowców energetycznych, stanowi¹ce podstawê

œwiatowej energetyki s¹ jeszcze znaczne, je¿eli ich zu¿ycie bêdzie siê ocenia³o obecnym

poziomem ich wydobycia. Du¿e rezerwy energii wi¹¿¹ siê z wykorzystaniem ró¿nych form

energii odnawialnej (Ney 2001).

Biomasa jest jedn¹ z tych form energii, które mo¿na w sposób stosunkowo ³atwy

stosowaæ w energetyce opartej na surowcach kopalnych. Energetyka zawodowa, a wiêc

elektrownie i elektrociep³ownie zawodowe, aby sprostaæ wymogom stawianym w regula-

cjach prawnych w zakresie wytwarzania energii ze Ÿróde³ odnawialnych, jak i limitów na

emisjê CO 2 , zaczê³a stosowaæ biomasê sta³¹ pochodzenia roœlinnego (leœn¹ i rolnicz¹) jako

dodatek do spalanego wêgla.

* Dr in¿., Wydzia³ Paliw i Energii AGH, Kraków; e-mail: mirowski@agh.edu.pl

** Mgr in¿., Vattenfall Heat Poland Sp. z o.o.

212

1. Kierunki zmian w zakresie Ÿróde³ odnawialnych

w polityce energetycznej Polski i UE

Podczas zesz³orocznego marcowego spotkania 27 przywódców Pañstw Cz³onkowskich

podjêto decyzjê o przyjêciu przez Uniê Europejsk¹, przedstawionej przez Komisjê pro-

pozycji, ustanowienia 20% celu obligatoryjnego w zakresie udzia³u energii ze Ÿróde³ od-

nawialnych w bilansie energii pierwotnej na rok 2020. Decyzja ta ma prze³omowe znaczenie

dla dalszego rozwoju wykorzystania energii z zasobów odnawialnych po 2010 roku.

2. Wytwarzanie energii z zasobów odnawialnych w Polsce

Do najwa¿niejszych zadañ polityki energetycznej Polski nale¿y zapewnienie niezawod-

noœci dostaw paliw i energii, wzrost konkurencyjnoœci gospodarki oraz minimalizacja

negatywnego oddzia³ywania sektora energii na œrodowisko. Jednym z elementów przy-

czyniaj¹cych siê do realizacji tych priorytetów jest zwiêkszenie wykorzystania odnawial-

nych zasobów energii, co w rezultacie prowadzi do zmniejszenia zale¿noœci gospodarki

kraju od importowanych noœników energii oraz redukcji zanieczyszczeñ powietrza, przez

unikniêcie emisji zanieczyszczeñ powstaj¹cych w przypadku wykorzystania konwencjo-

nalnych noœników energii pierwotnej.

Od 1 paŸdziernika 2005 r. funkcjonuje w Polsce zmieniony system wsparcia energii

elektrycznej wytwarzanej w odnawialnych Ÿród³ach energii. Zgodnie z ustaw¹ – Prawo

energetyczne przedsiêbiorstwa energetyczne, zajmuj¹ce siê sprzeda¿¹ energii elektrycznej

odbiorcom koñcowym, maj¹ obowi¹zek uzyskania i przedstawienia do umorzenia Prezesowi

Urzêdu Regulacji Energetyki okreœlonej liczby œwiadectw pochodzenia energii elektrycznej

wytworzonej w odnawialnych Ÿród³ach energii, b¹dŸ uiszczenia op³aty zastêpczej. Roz-

dzielaj¹c œwiadectwa pochodzenia energii elektrycznej wytworzonej w Ÿród³ach odna-

wialnych od energii fizycznej umo¿liwiono obrót na gie³dzie prawami maj¹tkowymi, wyni-

kaj¹cymi z tych œwiadectw. Uzupe³nieniem tego mechanizmu, jako konsekwencja rozdzia³u

fizycznego przep³ywu energii elektrycznej od œwiadectw pochodzenia, jest obowi¹zek za-

kupu przez przedsiêbiorstwa energetyczne pe³ni¹ce rolê sprzedawcy z urzêdu, ca³ej energii

elektrycznej wytworzonej w Ÿród³ach odnawialnych, przy³¹czonych do sieci znajduj¹cych

siê na obszarze dzia³ania danego sprzedawcy, po œredniej cenie rynkowej (Prawo ener-

getyczne…1997). Wa¿nym czynnikiem wp³ywaj¹cym na rozwój energetyki odnawialnej s¹

tak¿e regulacje prawne umo¿liwiaj¹ce pozyskanie na inwestycje zwi¹zane z odnawialnymi

Ÿród³ami energii dotacji i kredytów preferencyjnych. Udzielane s¹ przez Narodowy Fundusz

Ochrony Œrodowiska i Gospodarki Wodnej oraz w ramach wykorzystanie œrodków unijnych.

W tabeli 1 przedstawiono moc zainstalowan¹ w poszczególnych technologiach wyko-

rzystuj¹cych odnawialne zasoby energii w latach 2002–2007, natomiast w tabeli 2 przed-

stawiono iloœæ energii elektrycznej wyprodukowanej w Ÿród³ach odnawialnych i jej udzia³

w zu¿yciu energii elektrycznej brutto w latach 2000–2007. W tabeli nie ujêto mocy jed-

213

TABELA 1

Moc zainstalowana w elektrowniach wytwarzaj¹cych energiê elektryczn¹ ze Ÿróde³ odnawialnych

w latach 2002–2007 [MW]

TABLE 1

Installed capacity in RES power plants 2002–2007 [MW]

Wyszczególnienie

2002

2003

2004

2005

2006

2007

Biogaz

15,0

18,0

25,6

32,7

36,8

45,7

Biogaz rolniczy

b.d.

1,0

0,4

0,2

Gaz wysypiskowy

15,0

17,8

23,7

31,7

Gaz ze œcieków

b.d.

2,0

7,4

8,8

Biomasa

1,1

16,6

51,6

51,7

238,8

255

Elektrownie i elektrociep³ownie

przemys³owe

b.d.

15,5

50,5

b.d.

Elektrownie pozosta³e

1,1

1,2

b.d.

Elektrownie wodne

847,0

876,0

886,0

921,5

931,0

934,8

Du¿e elektrownie wodne > 10 MW

624,0

644,0

633,0

663,8

b.d.

670

Ma³e elektrownie wodne < 10 MW

223,0

232,0

253,0

257,7

b.d.

264,8

Elektrownie wiatrowe

59,0

60,0

65,0

83,3

173

287,9

Razem OZE

922,1

970,6

1 028,2

1 089,2

1 379,6

1 523,4

ród³o: dane URE 2008

TABELA 2

Udzia³ energii elektrycznej z OZE w krajowym zu¿yciu energii elektrycznej brutto

TABLE 2

Share of electricity from RES in Poland’s gross electricity consumption

Wyszczególnienie

2002

2003

2004

2005

2006

2007

Produkcja energii elektrycznej w OZE [GW×h]

2 767 2 250 3 074 3 849 4 222 4 410

Zu¿ycie energii elektrycznej w Polsce brutto [TW×h]

137

141

144

145

150

Udzia³ energii ze Ÿróde³ odnawialnych [%]

2,02

1,59

2,12

2,64

2,80

2,94

ród³o: dane URE 2008

nostek, w których energiê elektryczn¹ produkuje siê wykorzystuj¹c biomasê w techno-

logii wspó³spalania. Wed³ug URE w roku 2006 moc ta wynosi³a oko³o 1700 MW. Dane

statystyczne za rok 2007, wykorzystane w artykule, s¹ generowane na postawie liczby

œwiadectw pochodzenia wydawanych przez Prezesa Urzêdu Regulacji Energetyki. Ze wzglê-

du na termin sk³adania wniosków potwierdzaj¹cych iloœæ wyprodukowanej energii elek-

trycznej z zasobów odnawialnych mog¹ one ulec zmianie

in plus

(Raport... 2007).

214

henergii

elektrycznej. W stosunku do roku 2000 nast¹pi³ ponad 10-krotny wzrost produkcji energii

elektrycznej z wykorzystaniem biomasy. W najbli¿szych latach jest przewidywany dalszy

wzrost produkcji energii elektrycznej z tych Ÿróde³, przede wszystkim dziêki rozwojowi

generacji rozproszonej opartej na skojarzonym wytwarzaniu energii elektrycznej i ciep³a.

Wydaje siê, ¿e zgazowanie biomasy powinno odgrywaæ coraz wiêksz¹ rolê dla produkcji

energii elektrycznej i ciep³a. Wykorzystanie biomasy w procesie wspó³spalania, jak do-

wodz¹ analizy Ministerstwa Gospodarki powinno w coraz wiêkszym stopniu obejmowaæ

biomasê odpadow¹ i z upraw energetycznych. W zwi¹zku z tym wprowadzono mechanizmy

wymuszaj¹ce stosowanie w tej technologii biomasy innej ni¿ biomasa pochodzenia leœnego.

Od pocz¹tku 2008 roku trwaj¹ prace nad zmian¹ regulacji dotycz¹cych zasad wspó³spalania

biomasy z innymi paliwami. Przewiduje siê, ¿e nowe rozporz¹dzenie wymusi, w przypadku

wspó³spalania, wykorzystanie biomasy pochodz¹cej tylko z upraw energetycznych.

Na rysunku 1 przedstawiono strukturê produkcji energii elektrycznej z zasobów od-

nawialnych w 2007 roku w Polsce oraz przewidywan¹ w roku 2010, zgodnie z analizami

Ministerstwa Gospodarki.

Biogaz

Wodne

44%

Wiatrowe

31%

Biomasa

45%

Biomasa

53%

Wiatrowe

Wodne

16%

Rys. 1. Obecna struktura produkcji energii elektrycznej ze Ÿróde³ odnawialnych oraz przewidywana w 2010 r.

ród³o: opracowanie w³asne na podstawie (Obwieszczenie... 2005, URE 2008)

Fig. 1. Current structure of electricity generation from RES and foreseen structure of RES in 2010

Poda¿ energii elektrycznej wytworzonej z odnawialnych Ÿróde³ energii jest œciœle

uzale¿niona od mocy instalacji wytwórczych. Nie jest to jednak zale¿noœæ liniowa, bowiem

przyrosty mocy w ró¿nych technologiach wykorzystuj¹cych odnawialne zasoby energii

skutkuj¹ ró¿nymi iloœciami wytwarzanej energii elektrycznej. Stabilne wytwarzanie energii

gwarantuj¹ Ÿród³a wykorzystuj¹ce biomasê i biogaz. Elektrownie wodne s¹ uzale¿nione

w znacznym stopniu od warunków pogodowych, bowiem poziom wody w ciekach i dyna-

mika jej przep³ywu decyduje o iloœci wytwarzanej energii. Najmniej stabilne dostawy energii

elektrycznej oferuj¹ turbozespo³y wiatrowe, których funkcjonowanie zale¿y od zmiennych

warunków wiatrowych. Zazwyczaj czas ich pracy, rozumiany jako roczny czas wykorzy-

stania mocy zainstalowanej, ocenia siê na 20–30% ogólnego czasu w ci¹gu roku (Paska,

Surma 2007).

W Ÿród³ach wykorzystuj¹cych biomasê w 2007 roku wytworzono 1970 GW

215

3. Stosowanie biomasy jako paliwa

ród³em energii chemicznej biomasy s¹ organiczne zwi¹zki chemiczne. W przypadku

biomasy pochodzenia roœlinnego g³ównymi substancjami tworz¹cymi biomasê s¹ wêglo-

wodany oraz lignina. Zwi¹zki te powstaj¹ dziêki procesom syntezy komórkowej z dwutlenku

wêgla i wody na skutek procesu fotosyntezy. W roœlinach mog¹ wystêpowaæ równie¿

znaczne iloœci skrobi, a tak¿e cukry proste i dwucukry. Gatunki roœlin w uprawach na cele

¿ywnoœciowe s¹ tak dobierane, aby mia³y jak najwiêksz¹ zawartoœæ skrobi i cukrów,

gdy¿ tylko te sk³adniki mog¹ stanowiæ pokarm. Sk³adniki te wykorzystywane s¹ równie¿

w produkcji bioetanolu. Œwiatowe organizacje zwi¹zane z pomoc¹ humanitarn¹ dla krajów

trzeciego œwiata apeluj¹ jednak o niestosowanie roœlin uprawnych, które mog¹ stanowiæ

¿ywnoœæ, na cele energetyczne (wytwarzanie paliw ciek³ych, spalanie).

W masie odpadowej z przetwórstwa rolnego roœlin wystêpuje przede wszystkim ce-

luloza, hemiceluloza i lignina. Udzia³y poszczególnych sk³adników s¹ nastêpuj¹ce (Biomass

Basics):

— 15–25% lignina,

— 23–32% hemiceluloza,

— 38–50% celuloza.

W celulozie zakumulowana jest znaczna czêœæ wêgla w stosunku do ca³ej biomasy

roœlinnej.

Przyk³adowo, dla wierzby energetycznej

Salix Viminalis

TABELA 3

Plon wierzby Salix Viminalis oraz zawartoœæ organicznych zwi¹zków chemicznych w zale¿noœci od

czêstotliwoœci jej zbioru

TABLE 3

Salix Viminalis

willow crop and content of organics

Czêstotliwoœæ zbioru

Rodzaj danych

co roku

co 2 lata

co 3 lata

bez nawo¿enia

19,9

49,1

79,5

Plon z biomasy [Mg/ha]

N 20 P 40 K 60

25,5

61,6

102,1

Plon s.m. drewna w [Mg/ha·rok]

11,2

13,9

15,6

Zawartoœæ celulozy [%]

49,2

50,7

52,0

Zawartoœæ ligniny [%]

13,5

13,2

12,3

Zawartoœæ hemicelulozy [%]

14,4

11,0

ród³o: Szczukowski, Romanow i in. 2001

, bêd¹cej jedn¹ z podstawowych

roœlin energetycznych, w zale¿noœci od okresu jej zbioru, zawartoœæ celulozy, hemicelulozy

i ligniny zmienia siê w zale¿noœci od czêstotliwoœci jej zbioru. Dane przedstawiono w ta-

beli 3.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: