w drodze do Unii Europejskiej

Energia odnawialna

Człowiek przez tysiące lat swojego istnienia przyzwyczaił się do myśli, że zasoby są nieograniczone i można z nich swobodnie korzystać. Początkowo, dzięki procesom samooczyszczenia, ziemia radziła sobie z emitowanymi do atmosfery przez ludzi gazami.

Na przełomie XVIII i XIX wieku rewolucja przemysłowa, doprowadziła do nagłego wzrostu wykorzystania paliw kopalnych, przede wszystkim węgla. Rezultatem była znaczna emisja produktów spalania - głównie CO2. Okres ten obfitował w rabunkową eksploatację zasobów naturalnych oraz małą sprawnością urządzeń produkujących w większości energię z węgla. Oznaczało to dużą emisję CO2. Przez długi czas wydawało się, że CO2 jest gazem naturalnym, ważnym ogniwem obiegu węgla w przyrodzie. W XX wieku nastąpił gwałtowny wzrost stężenie dwutlenku węgla w atmosferze. W rezultacie spalania surowców energetycznych, głównie węgla i ropy naftowej, co roku powstaje 6,5 miliardów ton CO2/rok, kolejne 2,5 mld t CO2 pochodzi ze zmian użytkowania ziemi. Dziś CO2 jest jednym z najważniejszych gazów szklarniowych, który odpowiada za efekt cieplarniany.

Kryzys paliwowy, na początku lat 70., pomógł uświadomić ludzkości, że zasoby energii ze źródeł kopalnych powoli wyczerpują się. Rozpoczęto realizację szeregu programów mających na celu oszczędzanie energii: restrukturyzację energetyki konwencjonalnej i rozwój alternatywnych źródeł energii. Ich koszty początkowo wydawały się ogromne.

zasoby świata

Praktycznie źródłem wszystkich paliw kopalnych jest słońce. Gromadzona w ciągu milionów lat przez naturę energia słoneczna dostępna jest dzisiaj pod postaciami węgla, ropy i gazu.

Według danych Światowej Rady Energetyki przez ostatnie 30 lat zużycie energii pierwotnej wzrosło ponad 2,5-krotnie. Światowe zużycie energii w 1998 roku wynosiło 410 EJ. Z paliw kopalnych uzyskano 78% energii, przy udziale: ropy naftowej 142 EJ, gazu ziemnego 85 EJ, węgla 113 EJ. Energia nuklearna dostarczyła 26 EJ, zaś ze źródeł odnawialnych pochodziło 44 EJ. Szacuje się, że zużycie energii pierwotnej w wartościach absolutnych w najbliższych 20 latach wzrośnie o 52%. Z udokumentowanych do 1999 roku ilości i struktury zasobów paliw kopalnych wynika, że zasoby ropy naftowej i gazu ziemnego ulegną wyczerpaniu już po około 50 lat.

Wzrost populacji ludności oraz stały jednostkowy wzrost zużycia energii może spowodować znacznie szybsze wyczerpanie się konwencjonalnych zasobów energii. Trudno jest przewidzieć zmiany, jednak tendencje światowe wskazują, że do 2100 roku na ziemi może mieszkać ponad 12 miliardów ludzi. Zużycie energii może więc wzrosnąć jeszcze szybciej. Według prognoz amerykańskich już w 2010 r. grozi deficyt ropy naftowej na rynkach światowych. Sytuacja ta stwarza zagrożenie nagłego wzrostu cen ropy oraz recesję w skali świata.

W Polsce struktura zużycia energii odbiega od światowych proporcji. Najwięcej energii czerpiemy z węgla kamiennego 50,4%, ropy naftowej 20%, węgla brunatnego 13,2% i gazu ziemnego 11,8%. Emisja dwutlenku węgla w Polsce przekracza 360 mln ton rocznie, co stanowi około 5,5% globalnej emisji i lokuje nasz kraj w czołówce państw europejskich. Część dwu tlenku węgla wychwytywane jest z atmosfery, głównie przez obszary zielone. W ten sposób neutralizowane jest zaledwie ok. 42 mln ton CO2 rocznie. Bilans wygląda zatem bardzo niekorzystnie. Emitujemy o 320 mln ton CO2/rok więcej niż są w stanie przejąć nasze ekosystemy.

Zasoby energii odnawialnej są praktycznie nieograniczone. Jednak ich potencjał jest rozproszony, zaś wykorzystanie wiąże się z konieczności ą koncentracji, a co za tym idzie i ze znacznie zwiększonymi nakładami inwestycyjnymi. Stąd na dzień dzisiejszy koszty inwestycyjne wytwarzania energii odnawialnej są w polskich warunkach nieco większe niż koszty pozyskania i przetwarzania paliw kopalnych. Przyczyną są ciągle sterowane globalnie ceny nośników energii.

Wyjątek mogą stanowić ciepłownie oparte na biomasę i energię uzyskaną z rzek. Opłacalność stosowania rozwiązań technicznych opartych o energie odnawialne mogą być uzasadnione w momencie uwolnienia cen wszystkich nośników energii i pełnego obciążenia opłatami za korzystanie ze środowiska. W krajach UE koszty środowiskowe są znacznie większe niż w Polsce.

Jednak nawet obecnie energia odnawialna staje się coraz bardziej opłacalna. W ostatnim roku zaobserwowano w Polsce wzrost cen energii cieplnej dostarczanej z przemysłowych ciepłowni. W niektórych gminach już dziś ceny ciepła są tak wysokie, że pojawiła się, uzasadniona ekonomicznie, możliwość zastosowania rozwiązań opartych o energię odnawialną. Należy jednak pamiętać, że dzisiejsze opłaty za użytkowanie środowiska są bardzo niskie.

Zastosowanie energii ze źródeł odnawialnych zaczyna mieć podstawy ekonomiczne, kiedy jednostka ciepła 1 GJ kosztuje powyżej 50 zł. Jeżeli chodzi o własną produkcję ciepła to trzeba przyznać, że najtańszym źródłem jest nadal gaz ziemny. Pełne koszty produkcji ciepła z węgla z obsługą, kosztami remontów, opłatami ekologicznymi są już wyższe o około 25% do 40% w stosunku do gazu.

Planowane już na ten rok podwyżki opłat za emisje zanieczyszczeń zostały odroczone. Trudności ekonomiczne społeczeństwa uniemożliwiły dostosowanie opłat do poziomów obowiązujących w Unii Europejskiej. Należy się liczyć, że w momencie wejścia Polski do UE koszty ekologiczne i niektóre składowe cen za nośniki energii wzrosną.

Dotychczasowa cena gazu dla Polski była preferencyjna. Niska cena gazu jest wynikiem polityki polskiego rządu. W Unii Europejskiej koszt całkowity gazu jest dwukrotnie wyższy niż obecnie w Polsce. Należy się, więc liczyć z szybkim wzrostem cen i w Polsce.

Stawki opłat za energie wyprodukowaną z węgla

odnawialna Europa

W wyniku pojawiających się problemów środowiskowych oraz wzrostu cen nośników energii zainteresowanie wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii w krajach Unii Europejskiej ciągle wzrasta. W 1994 r. w Deklaracji Madryckiej zostały zawarte postulaty o uzyskaniu do 2010 roku piętnastoprocentowego udziału energii odnawialnej w ogólnym zapotrzebowaniu Unii Europejskiej na energię pierwotną. W grudniu 1997 roku Komisja Europejska przygotowała i przyjęła Białą Księgę "Energia dla przyszłości, odnawialne źródła energii", w której stwierdzono, że odnawialne źródła energii są obecnie wykorzystywane w UE w stopniu niejednakowym i niezadowalającym. Jednocześnie uznano, że celem Wspólnoty jest osiągnięcie w roku 2010 udziału 12% energii brutto i 22,1% energii elektrycznej pochodzącej ze źródeł odnawialnych.

Ustalenia krajów Unii Europejskiej w zakresie wprowadzania energii odnawialnej do roku 2010

Po czterech latach prac w 2001 roku przyjęto w krajach UE dyrektywę (2001/77/EC), która stała się obowiązującym prawem dotyczącym odnawialnych źródeł energii. Celem dyrektywy jest promowanie wzrostu odnawialnych źródeł energii w produkcji energii elektrycznej na rynku wewnętrznym oraz stworzenie podstawy dla przyszłego programu ramowego UE. Przewiduje się stopniowe zwiększenie popytu na energię elektryczną pochodzącą z tych źródeł.

Jednocześnie w dyrektywie przewidziano system oceny uzyskania efektów. Rok po wejściu dyrektywy w życie oraz po każdych pięciu latach, kraje członkowskie są zobowiązane do opracowania raportu prezentującego krajowy udział energii elektrycznej, pochodzącej ze źródeł odnawianych w bilansie całkowitym, wraz z opisem podjętych i planowanych działań w tym zakresie. Komisja Europejska, na podstawie raportów krajów członkowskich oceni, w jakim stopniu kraje te dokonały postępu w zakresie wdrażania przyjętych postanowień oraz na ile ustalenia poszczególnych krajów są zgodne z celami strategicznymi UE.

Wnioski komisji UE mają zostać opublikowane w raporcie w 2004 roku, a następne publikowane co dwa lata raporty zawierać mają odpowiednie propozycje dla Parlamentu Europejskiego i Rady. Jeśli zostanie stwierdzone, iż postanowienia danego państwa nie uwzględniają możliwości osiągnięcia celów wyznaczonych w dyrektywie, wówczas możliwe będzie wprowadzanie celów obligatoryjnych.

W marcu 2003 roku, tuż po wkroczeniu amerykańskich wojsk na pola roponośne Iraku, ministrowie krajów UE uzgodnili projekt kolejnej ważnej dyrektywy. Ma ona wprowadzić nowe, wyższe minimalne stawki podatku akcyzowego na wszystkie rodzaje paliw. Celem dyrektywy, która wejdzie w życie w 2004 roku jest, oprócz ograniczenia szkodliwej dla wspólnego rynku "konkurencji podatkowej", zachęcenie firm do inwestowania w technologie energooszczędne. Największą zmianą będzie dla Polski wprowadzenie akcyzy na węgiel - do tej pory nie mieliśmy takich opłat. Ocenia się, że nawet minimalne podwyżki cen węgla spowodują na polskim rynku rozwój technologii energooszczędnych.

polskie szanse

Energetyka polska nadal oparta jest przede wszystkim na węglu. Około 70% produkowanej energii pochodzi z węgla kamiennego i brunatnego. Szacuje się, że do 2010 roku zużycie energii elektrycznej w Polsce wzrośnie, co najmniej dwukrotnie, czyli do ponad 7000 kWh/osobę w ciągu roku. Dalszy rozwój gospodarczy Polski wymagać będzie systematycznego wzrostu produkcji energii cieplnej i elektrycznej. Z pewnością część potrzebnej energii, zwłaszcza cieplnej, będzie można uzyskać z odnawialnych źródeł.

We wrześniu 2000 roku przyjęta została w naszym kraju Strategia Rozwoju Energetyki Odnawialnej. Jej celem jest zwiększenie udziału energii ze źródeł odnawialnych w bilansie paliwowo-energetycznym kraju do 7,5% w 2010 roku i do 14% w 2020 roku w strukturze zużycia nośników pierwotnych. Przyjrzyjmy się, jakie są szanse rozwoju odnawialnych w Polsce.

Planowany w Polsce wzrost wykorzystania energii odnawialnej
(na podstawie Strategii Rozwoju Energetyki Odnawialnej)

Zacznijmy od energii słonecznej. Na jeden metr kwadratowy powierzchni ziemi pada strumień energii o mocy średnio 1360 W. Największą gęstość energii uzyskuje się na równiku. Jednak w strefie umiarkowanej mamy również pod dostatkiem energii - dzieje się tak dzięki dłuższym dniom. Energię słoneczną można wykorzystywać za pomocą produkujących prąd elektryczny ogniw fotowoltanicznych lub dostarczających ciepło kolektorów słonecznych.

W polskich warunkach możliwość wykorzystania energii słonecznej jest znacznie zróżnicowane. Średnia gęstość energii słonecznej wynosi 950 do 1250 kWh/m2. Średnie nasłonecznienie wynosi 1600 godzin, najdłuższe nad morzem, najkrótsze na Dolnym Śląsku. Niestety dostępne technologie są jeszcze zbyt drogie. W budownictwie mieszkaniowym zwrot poniesionych nakładów przekracza trwałość urządzenia. Rzecz się ma zupełnie inaczej w obiektach o dużym zużyciu wody, np. pensjonatach, hotelach, basenach. Opłacalność wzrasta tu kilkakrotnie. Warto więc w takich przypadkach rozważyć zastosowanie kolektorów słonecznych.

W polskich warunkach najłatwiejszą do pozyskania i najbardziej efektywną ekonomicznie jest energia z biomasy. Biomasa powstaje w wyniku fotosyntezy i jest to skumulowana część energii słonecznej gromadzona i przetwarzana przez liście. Sprawność procesu fotosyntezy wynosi zwykle 1-3% i nie przekracza 6% całkowitej energii słonecznej padającej na liść. Wzrost sprawności o 1% zwiększa produkcję żywności nawet dwukrotnie. Biomasę można wykorzystać w formie balotów słomy, peletów, okrąglaków drewnianych.

Ilość energii możliwa do pozyskania z odnawialnych źródeł w ciągu roku w Polsce, Danii i Szwecji

Z 1 ha pola można uzyskać, jako odpad z produkcji zboża, około 2-3 ton słomy. Jej wartość energetyczna kształtuje się pomiędzy 12 do 15 GJ/t, przy wartości opałowej węgla wynoszącej 26 GJ/t. W przypadku produkcji roślin energetycznych, ilość uzyskanej słomy wynosić może nawet 20 ton z hektara, co w korzystnych warunkach stanowi odpowiednik nawet 11 ton węgla dobrej jakości lub 7200 litrów oleju opałowego. Szacuje się, że po zaspokojeniu potrzeb rolnictwa, do wykorzystania jako odnawialne źródło energii, można byłoby przeznaczyć 21 mln ton słomy, co pozwoliłoby na rezygnację ze spalania około 12 mln ton węgla.

Niedogodnością biomasy jest duża objętość paliwa oraz zagrożenie pożarowe na składowiskach. Koszt budowy kotłowni na biomasę jest 2,5 do 3 razy większy od tradycyjnej kotłowni na gaz i 2 do 2,5 razy większy od kotłowni na olej.

Biomasa może być też źródłem paliw płynnych. Z roślin oleistych uzyskiwany jest olej napędowy. Z innych roślin np. ziemniaków i buraków cukrowych można uzyskać alkohol, który przy odpowiednim wymieszaniu, można używać jako paliwa do silników. Z biomasy można uzyskać również biogaz, który powstaje podczas fermentacji beztlenowej substancji organicznych. Jest to gaz o wartości energetycznej około 30 MJ/m3 - co stanowi 70% wartości energetycznej metanu. Z tony odpadów komunalnych można wyprodukować 3-7m3 biogazu, z obornika pochodzącego od 20 szt. bydła lub 100 szt. trzody chlewnej 15-20 m3 biogazu na dobę. Ostrożne szacunki wskazują, że w Polsce można uzyskać do 1,5 mld m3 biogazu z odchodów zwierzęcych.

Mniej optymistycznie wygląda możliwość wykorzystania energii wiatru, choć w Polsce, pierwsze wietrzne młyny powstały w XIV i XV wieku. Około 2% energii słonecznej dopływającej do ziemi zmienia się w energię kinetyczną wiatru. Z tego 33% to energia mas powietrza, przemieszczająca się w najniższych warstwach atmosfery. Energia przenoszona przez dolne masy powietrza charakteryzuje się dużą zmiennością i zależy od temperatury, prędkości oraz ciśnienia, warunków geograficznych. Warunkiem podstawowym jest prędkość na poziomie 6-7 m/s, minimum 3-4 m/s. Dla prędkości mniejszej niż 4 m/s uzyskuje się bardzo małe moce i efektywność ekonomiczna jest bardzo niska, wręcz nieopłacalna.

W Polsce wykorzystanie wiatru do celów energetycznych ma największe uzasadnienie ekonomiczne na wybrzeżu, Suwalszczyźnie i Równinie Mazowieckiej. Jak dowodzą badania z Saksonii, potencja ł energetyczny na obszarze pogórzy jest porównywalny z wybrzeżem Bałtyku i Morza Północnego. Jednak budowanie tu siłowni wiatrowych jest bardziej skomplikowanym przedsięwzięciem. Tereny o złożonej topografii wpływaj ą bowiem na znaczne zróżnicowanie gęstości energii wiatru, co wpływa na wzrost ryzyka inwestycyjnego. Dlatego też obecnie wiatraki powstają przede wszystkim na wybrzeżu. Aktualnie w Polsce pracuje 29 elektrowni wiatrowych o łącznej mocy 10 MW.

Źródłem ciepła geotermalnego jest rozpad pierwiastków promieniotwórczych, głównie uranu i toru, w głębi ziemi. Ocenia się, że zasoby energii geotermalnej są 20-krotnie mniejsze niż potencjał energetyczny wszystkich istniejących zasobów. Ze względu na jej rozproszenie i wysokie koszty inwestycyjne jest ona jednak trudna do wykorzystania. Energię geotermalną pozyskuje się w formie ciepłych wód podziemnych. Wody te niestety zawieraj ą często duże ilości soli mineralnych i gazów CO2 oraz N2, co z uwagi na korozyjność znacznie utrudnia ich wykorzystanie. Ciepło geotermalne można również wykorzystać do produkcji energii elektrycznej pod warunkiem pozyskiwania wody w temperaturze powyżej 90 stopni C.

Polska posiada stosunkowo duże zasoby energii geotermalnej, możliwe do wykorzystania dla celów grzewczych. Temperatura pozyskiwanych wód zazwyczaj nie przekracza 60°C. Ze względu na duże zasolenie wód podziemnych i potrzebę ochrony instalacji sieci grzewczych przed korozją wymagane jest zwykle zastosowanie kosztownych pośrednich wymienników ciepła. Koszty instalacji wzrastają również z uwagi na konieczność ponownego zatłaczania pod ziemię schłodzonych, wysokozmineralizowanych wód. Na obszarze Polski znajdują się zasoby wód geotermalnych o temperaturze złoża od 30°C do 120°C, odpowiadające około 10 000 mln ton paliwa umownego. Rozmieszczenie ich jest nierównomierne. Najbardziej korzystne wydaje się wykorzystanie wód geotermalnych w obrębie niecki podhalańskiej, a także okręgu grudziądzko-warszawskiego oraz szczecińskiego.

Pod względem wykorzystania energii wodnej, zwanej do niedawna białym węglem, Polska zajmuje jedno z ostatnich miejsc w Europie. Siła rzek służy produkcji zaledwie 7% energii elektrycznej. Z energią wód płynących wiązano kiedyś, głównie w latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych, znaczne nadzieje. Wieloletnie obserwacje dużych elektrowni wodnych wykazały jednak, że mają one w dłuższym okresie niekorzystny wpływ na biologię rzeki i obszarów nadrzecznych. Dodatkowo zamulanie się zbiorników oraz procesy erozyjne i podmywanie zapór wymusza konieczność dalszych inwestycji i obniża efektywność ekonomiczną elektrowni. Wydaje się zatem, że w przypadku energetyki wodnej nadzieje należy wiązać z wykorzystaniem energetycznym już istniejących stopni oraz rozwojem małych elektrowni wodnych, o mocy do 5 MW.

Jerzy Żurawski
JaCo Ośrodek
Oszczędzania Energii
Dolnośląska Fundacja Ekorozwoju