Odnawialne Źródła Energii (OZE)

Jak będzie wyglądał rynek Odnawialnych Źródeł Energii? Obecnie najwięcej energii produkuje się z paliw pierwotnych: węgla kamiennego i brunatnego, ropy naftowej, gazu  ziemnego oraz uranu. Zasoby te są  teraz znaczne, ale  w kolejnych latach,  w związku ze wzrostem zapotrzebowania na energię będą ulegać wyczerpaniu. Spalanie paliw pierwotnych ma  negatywne oddziaływanie na środowisko. Podczas tego procesu do atmosfery przedostają się znaczne ilości tlenków węgla, siarki i azotu.

Około roku 2060 większość produkowanej energii będzie pochodzić z niekonwencjonalnych źródeł, które w procesie jej produkcji wykorzystują: promieniowanie słonecznebiomasęwiatru oraz w  wodzie.

23 stycznia 2008 roku powstał unijny projekt nowej ramowej dyrektywy dotyczącej promocji wykorzystania OZE. Mówi ona między innymi o tym, iż w Polsce do roku 2020 docelowa ilość energii pochodząca z OZE musi wynieść 15 proc. Dla porównania: wytyczne dla Szwecji zostały określone na poziomie 49 proc., dla Łotwy na poziomie 42 proc., Finlandii 38 proc. Jeśli Polska nie wypełni zobowiązań,  będzie musiała kupować „zielone certyfikaty” od krajów, które mają nadwyżki produkcji.

W  Polsce „zielona energia” produkowana jest z wody – są to głównie małe elektrownie wodne, z biomasy stałej, oraz wiatru i słońca. Udział energii odnawialnej w całkowitej energii sprzedanej odbiorcom końcowym, w roku 2006 wyniósł ok. 3,8 proc. Polska posiada jednak duży potencjał do produkcji energii odnawialnej głównie z biomasy stałej i biogazu oraz wiatru.
Pomimo konieczności spełnienia wymaganych limitów produkcji rozwój energetyki odnawialnej w Polsce jest ciągle utrudniony. Brakuje norm prawnych określających w jednoznaczny sposób politykę w zakresie OZE. Inwestycje związane z OZE mają najcześciej długi okres zwrotu i potrzebują stałych unormowań prawnych. Niejasne przepisy skarbowe oraz brak spójnych interpretacji prawnych dotyczących przepisów podatkowych od nieruchomości stanowią duże utrudnienie dla inwestorów. Utrudniony jest  dostęp do informacji na temat samych procedur i kosztów postępowania inwestycyjnego, istotnych w  początkowej fazie podejmowania decyzji o rozpoczęciu działalności. Brak dostatecznej liczby programów nauczania uwzględniającym w swym zakresie OZE – zarówno w szkolnictwie jak również szkoleń dla inżynierów, projektantów, bankowców czy decydentów.

Polska ma do dyspozycji 880 mln euro z funduszy unijnych. Nie brakuje też inwestorów kraju i zagranicy, gdyż, jak wskazują długoterminowe prognozy wzrostu cen energii, taka inwestycja może przynieść ogromne dochody, mimo początkowych wysokich nakładów. Plany wkroczenia do Polski, z projektami rozwoju naszego potencjału wytwórczego OZE zapowiedziały miedzy innymi  zachodnie fundusze inwestycyjne. Cele postawionego nam przez Unię  wydają się więc realne do spełnienia – przynajmniej jeśli chodzi o ich  finansowe aspekty, tym bardziej,  że inwestowanie w odnawialne źródła energii jest atrakcyjną alternatywą dla gry na giełdzie czy korzystania z funduszy inwestycyjnych. Strategia Polskiej Grupy Energetycznej przewiduje, że każdego roku produkcja “energii zielonej” będzie zwiększana o 4-6 terawatogodziny.

Biomasa

Motyw ekologiczny nie jest jedynym czynnikiem przyczyniającym się do wzrostu popularności systemów grzewczych wykorzystujących paliwo odnawialne.  Biomasa  stała jest coraz bardziej pożądaną formą ogrzewania w Europie ze względu na jej wysoką wydajność energetyczną i niższą cenę w stosunku do paliwa pierwotnego.

Technologia spalania biomasy ma swoje korzenie w Stanach Zjednoczonych, Kanadzie oraz Skandynawii i wiąże się z dużą ilością budowanych tam domów z drewna. W tartakach pozostawało mnóstwo drewnianych odpadów: zrębków, wiórów oraz trocin. Postanowiono je wykorzystać  produkując tzw. pelet (granulat drzewny), który spala się w celu  ogrzania domów mieszkalnych, osiedli mieszkaniowych, budynków użyteczności publicznej, a także zakładów przemysłowych czy elektrociepłowni. Jedyną czynność, jaką musi wykonać użytkownik, jest wypełnienie zasobnika peletem kilka razy w sezonie grzewczym.

Pelet jest  paliwem ekologicznie czystym, gdyż nie zawiera żadnych dodatków chemicznych. Spalanie peletu nie powoduje zanieczyszczenia środowiska w wyniku zerowej emisji dwutlenku węgla i niskiej emisji dwutlenku siarki. Pozostałość popiołu powstałego w wyniku spalania peletu to maksymalnie 0,5 – 1%. Można go wykorzystać jako pełnowartościowy nawóz.

Ciekawym rozwiązaniem jest uprawianie owsa w celu wykorzystania do spalania. Rolnicy, którzy decydują się na takie rozwiązanie są samowystarczalni i nie interesują się podwyżkami cen gazu czy oleju opałowego.

Wykorzystanie peletu i owsa wymaga zainstalowania odpowiednich urządzeń, modernizacji kotłowni lub pieca. Inwestycja ta zwraca się już  po roku ( w niektórych przypadkach najwyżej po 2 latach) i redukuje koszty ogrzewania o 40-50 procent.

Energia wiatrowa

Pomysł czerpania energii z wiatru jest starszy niż można by przypuszczać. W Europie pierwsze wiatraki pojawiły  się już  w 644 roku.  W Polsce natomiast w XIV wieku na Kujawach i terenach Wielkopolski. W 1390 r. powstał pierwszy czteroskrzydłowy wiatrak skonstruowany z bryły dachowej ze śmigłami. Dzięki wynalezieniu pomocniczego koła już w XVIII wieku, wiatraki zaczęły  być automatycznie kierowane w stronę wiatru. W roku 1942 r. w naszym kraju pracowało  ponad 6 tys. wiatraków. Powojenna budowa wielkich młynów i elektrowni wyparła je z polskiego krajobrazu.

Od lat siedemdziesiątych ubiegłego stulecia świat zaczął poszukiwać odnawialnych źródeł energii. Przyczyną powrotu do myślenia o energii wiatrowej był kryzys energetyczny. Problemem okazała się jednak opłacalność – wiele elektrowni było nieopłacalnych ekonomicznie, bo koszty amortyzacji były dłuższe od czasu działania urządzenia.

W latach 80 powstały pierwsze farmy wiatrowe w USA i Niemczech. NASA skonstruowała eksperymentalną turbinę ze skrzydłami o długości 100 m. W Lisewie w województwie pomorskim w roku 1991 r. powstała pierwsza nowoczesna turbina wiatrowa w Polsce. W 1999 r. pojawiła się pierwsza farma wiatrowa w Polsce.

Polska zajmuje  miejsce w trzeciej dziesiątce w światowym rankingu państw korzystających z energii wiatru. W czołówce są: Niemcy, USA , Hiszpania, Indie oraz  Chiny. 61 proc. wszystkich zainstalowanych turbin wiatrowych znajduje się w Europie, 20 proc. w Ameryce Północnej, 17 proc. w Azji, 1,2 proc. w Australii i Oceanii, 0,6 proc. w Ameryce Południowej, 0,4 proc. w Afryce.

Współcześnie stosowane turbiny wiatrowe przekształcają wiejący wiatr na energię mechaniczną, która dalej zamieniana jest na elektryczną. Najczęściej obecnie spotykane w energetyce wiatraki mogą pracować przy prędkościach wiatru od 3 do 30 m/s, przyjmuje się, że granicą opłacalności jest średnioroczna prędkość wiatru 5 m/s (dla śmigłowej turbiny około 1 MW), ale aby określić opłacalność inwestycji trzeba dysponować dużo dokładniejszymi danymi na temat wiatru w danej lokalizacji i innymi danymi ekonomicznymi.

W Polsce jest deficyt dogodnych miejsc dla stawiania farm wiatrowych, także dlatego, że  nie wszystkie lokalizacje gwarantują podłączenie do sieci energoelektrycznej, co wyraźnie hamuje rozwój całego sektora.

Energia wodna

Kilkadziesiąt lat temu nawet na niewielkich rzeczkach prosperowały młyny. Obecnie w  przypadku energii wodnej – w porównaniu z innymi krajami – w Polsce potencjał jest niewielki.  Na świecie energia rzek zaspokaja ok. 3 % zapotrzebowania na energię pierwotną. U nas nie przekracza 0,2 % energii pierwotnej zasilającej mieszkańców Polski. Razem z elektrowniami szczytowo – pompowymi stanowi to tylko 2,7 % ogólnej energii elektrycznej.

Wynika to miedzy innymi z rodzaju działania elektrowni wodnych: woda z rzek spływa z wyżej położonych terenów takich jak np. góry, czy wyżyny do zbiorników wodnych (mórz lub jezior) położonych na nizinach. Tak więc czerpanie energii z przepływu wody zależne jest w dużym stopniu od warunków geograficznych oraz  od przyrody, w którą można ingerować bez narażania jej na istotny uszczerbek. Energetyczne zasoby wodne w Polsce są niewielkie również ze względu na niezbyt obfite i niekorzystnie rozłożone opady, dużą przepuszczalność gruntów i niewielkie spadki terenów. Największa koncentracja zasobów wody ma miejsce w dorzeczu Wisły – ok. 68% i Odry oraz rzek przymorza.

Ze względu na wysokie koszty inwestycyjne, długi okres budowy i niekorzystny wpływ na środowisko atrakcyjność wielkich systemów jest niska. Natomiast rozwija się dział energetyki wodnej o małych mocach jednostkowych. Tzw. małe elektrownie wodne budowane są przeważnie na istniejących stopniach wodnych i często na terenach górzystych, gdzie występuje dużo opadów. Jezioro lub zbiornik wodny gromadzi wodę wysoko ponad elektrownią. Ilość potencjalnej energii zależy od wysokości spadku wody. Elektryczność powstaje dzięki poruszaniu przez wodę urządzenia zwanego turbiną, połączonego bezpośrednio z prądnicą.

Przykładem małej elektrowni wodnej,  jest elektrownia powstała w Namyślinie  już w 1998 roku. Do jej budowy wykorzystano zaniedbany stopień wodny na odnodze rzeki Myśli o wysokości 2,9 m. Obecnie w elektrowni czynne są dwie turbiny rurowe śmigłowe o mocy docelowej 2 x 60 kW.Średni przepływ wody przez elektrownię wynosi 4,6 m3 na sekundę.

Ostatnie dane o planowanych inwestycjach w energię wodną na terenie Polski dotyczą regionu łódzkiego. Zarząd Melioracji i Urządzeń Wodnych opracował listę 351 miejsc na rzekach, które można zagospodarować, piętrząc tam wodę.Dziś zajętych jest około 30 takich miejsc. Jeszcze nie wiadomo ile z zaplanowanych do wydzierżawienia przez WZMiUW, miejsc nadaje się do produkcji energii wodnej. Ocenić mają to sami potencjalni inwestorzy.

Budowa małej elektrowni wodnej o mocy 55 kW to wydatek równy  co najmniej pół miliona zł, a stan wód na niewielkich rzekach bywa niepewny.

Z kolei władze Portugalii utworzyły  nietypową  strefę przemysłową, w której będą testowane urządzenia produkujące ekologiczną energię z fal morskich. Portugalscy naukowcy uważają, że energia fal morskich może w przyszłości zaspokoić  do 20 proc. zapotrzebowania ich kraju na energię.

Energia słoneczna

W 1981 r. samolot Solar Challenger przeleciał nad kanałem La Manche wykorzystując jako jedyne źródło zasilania energię słoneczną. Skrzydła tego samolotu pokryte były bateriami słonecznymi, które zasilały silnik elektryczny.

Gdybyśmy potrafili przetworzyć całą energię słoneczną docierającą na Ziemię w czasie 40 minut pokryłaby ona całoroczne zapotrzebowanie ludzkości. Póki co możemy wybrać jedną z wielu istniejących technologii.

Zamiana energii promieniowania słonecznego na inną formę energii nazywa się konwersją fototermiczną. Wykorzystują ją specjalnie skonstruowane urządzenia. Aktywne systemy przygotowania ciepłej wody użytkowej budowane są w różnej skali. Mają swoje zastosowanie w domkach jednorodzinnych  – kolektory o powierzchni kliku metrów kwadratowych jak i duże instalacje – kolektory powyżej 500m² dostarczające ciepłą wodę do budynków wielorodzinnych, dzielnic, czy miasteczek.

System CRS (Central Receiver System) to system, który polega na odbiciu promieni słonecznych z dużego obszaru i skierowaniu ich w jeden centralnie umieszczony punkt, gdzie można osiągnąć bardzo wysoką temperaturę. Na tej samej zasadzie działają piece słoneczne.

W systemie DSS (Distributed Solar System) promienie są kierowane (najczęściej za pomocą kolektorów parabolicznych) na rurę, w której płynie czynnik (najczęściej olej o małej lepkości dużej pojemności cieplnej). Czynnik przepływając przez wiele kolektorów osiąga dość wysoką, choć dużo niższą (poniżej 400 °C) niż w systemach CRS, temperaturę.

Wieża słoneczna to bardzo wysoki komin (np.1000 m) otoczony przezroczystym pokryciem, pod którym powietrze ogrzewa się (zmniejszając równocześnie swoją gęstość i pod wpływem siły wyporu dąży do wydostania się przez komin, w którym instaluje się turbinę wiatrową połączoną z generatorem.

Graniczną mocą energii słonecznej, jaką można uzyskać bezpośrednio z jednego metra kwadratowego, jest tzw. stała słoneczna, która wynosi średnio 1 367 W/m2 i jest mocą promieniowania słonecznego docierającą do zewnętrznej warstwy atmosfery. Część tej energii jest odbijana lub pochłaniana przez atmosferę. Efektywnie wykorzystać przy powierzchni Ziemi możemy do 1000 W/m^2.

W polskich warunkach kolektory słoneczne  najlepiej sprawdzają się latem. Jesienią i zimą, kiedy słońca jest niewiele, u niektórych rolników, którzy zainwestowali w energię słoneczną pojawiają się  problemy z ciepłą wodą. Trzeba też czekać co najmniej 8 lat na zwrot inwestycji.

Zagadnienie OZE to szeroki temat, który wraz z nowymi technologiami  będzie przynosił wiele ciekawostek. Wbrew obiegowym opiniom Polacy nie są skazani na węgiel, a Unia europejska pomimo nacisków ze strony wielu środowisk nie odstąpi od dążenia do redukcji CO₂ i walki z ociepleniem klimatu.

Przed nami grudniowa Konferencja ONZ w Poznaniu, która wyznaczy nowe cele i obowiązki w zakresie ochrony środowiska. Im prędzej pokonamy strach przed nowymi technologami i alternatywnymi źródłami energii, im wcześniej dostrzeżemy korzyści – także finansowe  dla każdego z nas – a wynikające z inwestowania w odnawialne źródła energii, tym mniej czasu stracimy na walkę o utrzymanie na piedestale paliw pierwotnych. Wszystkie zmiany cywilizacyjne przynoszą stres i niepewność. Tak było chociażby w przypadku kolei. Dziś nie potrafimy wyobrazić sobie bez niej świata, a jutro nie będzie świata bez dominacji OZE.

Tańsza alternatywa dla tradycyjnych źródeł energii