POLITYKA ENERGETYCZNA

Tom 9

G Zeszyt specjalny G 2006

PL ISSN 1429-6675

Tomasz M

IROWSKI

*

Odnawialne Ÿród³a energii do wytwarzania energii

elektrycznej

S

TRESZCZENIE

. W artykule przedstawiono przegl¹d odnawialnych Ÿróde³ energii do wytwarzania

energii elektrycznej (OZE–E) wed³ug dwóch instytucji, króre zajmuj¹ siê problematyk¹ OZE;
Komisji Europejskiej, a œciœlej Dyrektoriatu Generalnego ds. Energii i Transportu oraz
Miêdzynarodowej Agencji Energii (IEA — International Energy Agency). Zaprezentowany
przegl¹d ekonomicznych i technicznych warunków tworzenia Ÿróde³ OZE–E zgodny z po-
wy¿sz¹ klasyfikacj¹ daje mo¿liwoœæ porównania nak³adów inwestycyjnych, kosztów eksploa-
tacyjnych, sprawnoœci i czasu ¿ycia tych Ÿróde³.
Szczególn¹ uwagê zwrócono na problematykê wykorzystania biogazu do wytwarzania energii
elektrycznej oraz osadów œciekowych z oczyszczalni komunalnych, których utylizacjê
w najbli¿szych latach, zgodnie z za³o¿eniami, bêdzie siê realizowa³o miêdzy innymi poprzez
unieszkodliwiane termicznie w odpowiednich instalacjach. Artyku³ zakoñczono przegl¹dem
rodzajów OZE–E w Polsce, wielkoœci¹ mocy zainstalowanej w Ÿród³ach oraz wielkoœci¹
produkcji energii elektrycznej z OZE–E w 2005 roku.

S

£OWA KLUCZOWE

: odnawialne Ÿród³a energii, technologie OZE–E, koszty wytwarzania energii

z OZE–E w Europie

597

* Mgr in¿. — Katedra Polityki Energetycznej, Wydzia³ Paliw i Energii, Akademia Górniczo-Hutnicza,

Kraków; e-mail: [e-mail]

Recenzent: prof. dr hab. in¿. Eugeniusz M

OKRZYCKI

Wprowadzenie

Wytwarzanie energii elektrycznej z odnawialnych Ÿróde³ energii OZE ma priorytet

w strategii polityki Unii Europejskiej, strategiach polityki energetycznej poszczególnych
krajów, jak równie¿ w skali globalnej. W europejskich dokumentach dotycz¹cych wy-
twarzania energii elektrycznej z OZE zosta³y postawione ambitne cele dla tego nowego
rodzaju wytwarzania energii, tj. Dyrektywa dotycz¹ca promocji energii elektrycznej z OZE
(European Parliament and Council, 2001) oraz Bia³a Ksiêga (European Commission, 1997).

Odpowiedzi¹ na stawiane cele jest opracowywanie strategii rozwoju energetyki odna-

wialnej oraz przedstawianie dotychczasowych osi¹gniêæ w tym zakresie, bêd¹cych wywi¹-
zaniem siê z obowi¹zuj¹cych przepisów prawnych oraz dyrektyw UE.

Obowi¹zek sporz¹dzenia raportu okreœlaj¹cego cele w zakresie udzia³u energii elektry-

cznej wytwarzanej w odnawialnych Ÿród³ach energii znajduj¹cych siê na terytorium Rze-
czypospolitej Polskiej, w krajowym zu¿yciu energii elektrycznej w kolejnych dziesiêciu
latach spoczywa na Ministrze Gospodarki. Zawarte w raporcie cele musz¹ byæ zgodne
z zobowi¹zaniami wynikaj¹cymi z umów miêdzynarodowych dotycz¹cych ochrony klimatu,
oraz przedstawione œrodki zmierzaj¹ce do realizacji tych celów (Prawo Energetyczne, art.
9f, ust. 1).

Niniejszy artyku³ zosta³ oparty o wyniki opracowane dla Komisji Europejskiej z lutego

2006 r. dotycz¹ce potencja³u OZE oraz kosztów wytwarzania energii elektrycznej z odna-
wialnych Ÿróde³ w krajach UE, jak równie¿ o raport Ministerstwa Gospodarki zawieraj¹cy
analizê realizacji celów iloœciowych i osi¹gniêtych wyników w zakresie wytwarzania energii
elektrycznej w odnawialnych Ÿród³ach energii.

Podzia³ odnawialnych Ÿróde³ energii do produkcji energii

elektrycznej

Wiele jest definicji odnawialnych Ÿróde³ energii. Definicja przyjêta w ustawie Prawo

energetyczne (Prawo...2006) okreœla odnawialne Ÿród³o energii jako Ÿród³o wykorzystuj¹ce
w procesie przetwarzania:
G energiê wiatru,

G promieniowania s³onecznego,

G geotermaln¹,

G fal, pr¹dów i p³ywów morskich,

G spadku rzek,

G energiê pozyskiwan¹ z biomasy,

G biogazu wysypiskowego,

598

G biogazu powsta³ego w procesach odprowadzania lub oczyszczania œcieków albo roz-

k³adu sk³adowanych szcz¹tek roœlinnych i zwierzêcych.
Podzia³u odnawialnych Ÿróde³ energii mo¿na dokonaæ ze wzglêdu na rodzaj wytwa-

rzanej z nich energii u¿ytkowej. I tak s¹ Ÿród³a, które mo¿na przetwarzaæ na energiê
u¿yteczn¹ w postaci jedynie energii cieplnej (np. wody geotermalne o temperaturze niskiej
i œredniej <100

°C) oraz energiê u¿yteczn¹ w postaci energii elektrycznej (np. turbiny wodne,

wiatrowe). Ten drugi rodzaj OZE w literaturze anglojêzycznej okreœla siê w skrócie jako
RES–E (Renewable Energy Sources–Electricity). W referacie stosowany bêdzie skrót
OZE–E (Odnawialne
ród³a Energii Elektrycznej) i oznacza Ÿród³a odnawialne, z których
mo¿na wytwarzaæ energiê elektryczn¹.

W polskim piœmiennictwie (literaturze przedmiotu) nie stosowano dot¹d skrótu OZE–E,

a móg³by on znaleŸæ zastosowanie w opisie Ÿróde³ odnawialnych, szczególnie w statysty-
kach porównawczych krajowych zasobów OZE, Unii Europejskiej czy œwiata.

Klasyfikacja odnawialnych Ÿróde³ energii elektrycznej

Poni¿ej przedstawiono klasyfikacjê Ÿróde³ energii odnawialnej, z których mo¿na wy-

twarzaæ energiê elektryczn¹, dwóch znanych instytucji zajmuj¹cych siê t¹ tematyk¹ od
pocz¹tku ich istnienia. Jest to Komisja Europejska, a œciœlej Dyrektoriat Generalny
ds. Energii i Transportu oraz Miêdzynarodowa Agencja Energii (IEA — International
Energy Agency). Dyrektywa okreœlaj¹ca promocjê produkcji energii elektrycznej z odnawial-
nych Ÿróde³ energii jest nazywana w skrócie „RES–E Directive” (Directive 2001/77/EC).

W celu porównania Ÿróde³ OZE–E, wymienionych w tabeli 1, w pracy zamieszczono

kompletny przegl¹d kosztów inwestycyjnych, eksploatacji i utrzymania oraz innych aspek-
tów technicznych dla tych Ÿróde³ wykonany z zastosowaniem modelu Green–X przez
Vienna University of Technology, Institute of Power Systems and Energy Economics,
Energy Economics Group dla Komisji Europejskiej. Dane przedstawia tabela 2.

Krótka charakterystyka biogazu i osadów œciekowych

Ze wzglêdu na ograniczon¹ liczbê stron artyku³u, uwagê skupiono przede wszystkim na

biogazie i osadach œciekowych.

Biogaz

W warunkach braku kontaktu z tlenem oraz pod wp³ywem dzia³ania pewnych bakterii

materia organiczna pochodzenia zwierzêcego i roœlinnego przechodzi szereg procesów

599

biochemicznych, w tym proces anaerobowej fermentacji, w wyniku których powstaje miê-
dzy innymi gaz bogaty w metan. Wydatek i jakoœæ gazu powstaj¹cego przy fermentacji
beztlenowej s¹ zale¿ne od szeregu czynników, w tym przede wszystkim od (KAPE 2006):
G rodzaju surowców pierwotnych (wsadowych),

G stopnia przefermentowania tych surowców,

G temperatury w jakiej przebiega proces fermentacji,

G poprawnoœci obróbki mechanicznej (mieszanie),

G czasu trwania procesu.

Proces fermentacji materii organicznej zwi¹zany jest z udzia³em beztlenowych bakterii

anaerobowych w œrodowisku wodnym. Wiêkszoœæ instalacji biogazowych pracuje przy
temperaturze rzêdu 32—37

°C, co odpowiada zakresowi dzia³ania bakterii mezofilowych.

Dla zapewnienia w³aœciwego przebiegu procesu fermentacji konieczne jest, aby temperatura
procesu utrzymywana by³a na mo¿liwie sta³ym poziomie. Odchylenia temperatury nie
powinny byæ wiêksze ni¿ ± 2

°C.

Najczêœciej spotykanym sposobem wytwarzania energii elektrycznej z biogazu jest jego

spalanie w t³okowych silnikach spalinowych o sprawnoœci <40%. Inne rozwi¹zania wy-
twarzania skojarzonego energii elektrycznej i cieplnej, to silnik Stirlinga, mikroturbiny,

600

T

ABELA

1. Przegl¹d stosowanej klasyfikacji ró¿nych rodzajów OZE do produkcji energii

elektrycznej

T

ABLE

1. Overview on classifications applied for the various RES-E

Rodzaje OZE–E

Zgodne z RES–E Directive

Zgodne z IEA

Biogaz pochodzenia rolniczego
Gaz wysypiskowy
Gaz fermentacyjny ze œcieków

Biogaz

Bioenergia

(³¹cznie z energi¹

odpadow¹)

Produkty leœne (drewno)
Odpady z produkcji leœnej (kora, odpady tartaczne, itp.)
Produkty rolnicze (uprawy energetyczne)
Odpady z produkcji rolniczej (³¹cznie z substancjami
roœlinnymi i zwierzêcymi, np. s³oma)

Biomasa sta³a

Odpady ulegaj¹ce biodegradacji (miejskie i przemys³owe)

Odpady biologiczne

Energia elektryczna z geotermii

Energia elektryczna z geotermii

Ma³e elektrownie wodne (<10 MW)
Du¿e elektrownie wodne (>10 MW)

Ma³a Energetyka Wodna
Du¿a Energetyka Wodna

Energetyka wodna

Fotowoltaika

Fotowoltaika

Energia elektryczna z kolektorów s³onecznych

Energia elektryczna z kolektorów s³onecznych

Energia p³ywów morskich
Energia fal morskich

Energia p³ywów i flaowania morskiego

Energia wiatru na l¹dzie

L¹dowa Energetyka wiatrowa

Energia wiatru na morzu

Morska Energetyka wiatrowa

ród³o: Resch G. i in. 2006

601

T

ABELA

2.

Przegl¹d

ekonomiczny

ch

i

techniczny

ch

w

arunków

tworzenia

Ÿróde³

O

ZE–E

T

ABLE

2.

Overview

on

economic

and

technical

specifications

for

n

ew

RES-E

p

lant

Podkategoria

OZE–

E

Rodzaj

elektrowni

Ko

sz

ty

in

w

e

st

yc

yj

n

e

[E

uro/kW

el

]

Ko

sz

ty

eksploatacji

iu

tr

z

y

m

a

n

ia

[E

uro/kW

el

·rok]

Spraw

noϾ

energety

czna

Spraw

noϾ

cieplna

Przeciêtny

czas

¿y

cia

(lata)

T

y

pow

a

w

ielkoϾ

elektrowni

[MW

el

]

1

2

3

4

5

678

Biogaz

E

lektrow

nia

n

a

b

iogaz

2

550–4

290

115–140

0,

28–0,

34

–

2

5

0

,1–0,

5

E

lektrociep³ow

nia

n

a

b

iogaz

2

760–4

500

120–145

0,

27–0,

33

0,

55–0,

59

25

0,

1–0,

5

E

lektrow

nia

n

a

g

az

w

y

sy

piskow

y

1

280–1

840

50–80

0,

32–0,

36

–

2

5

0

,75–8

E

lektrociep³ow

nia

n

a

g

az

w

y

sy

piskow

y

1

430–1

990

55–85

0,

31–0,

35

0,

5–0,

54

25

0,

75–8

E

lektrow

nia

n

a

g

az

ze

œcieków

2

300–3

400

115–165

0,

28–0,

32

–

2

5

0

,1–0,

6

E

lektrociep³ow

nia

n

a

g

az

ze

œcieków

2

400–3

550

125–175

0,

26–0,

3

0

,54–0,

58

25

0,

1–0,

6

Biom

asa

E

lektrow

nia

b

iom

a

sow

a

2

225–2530

75–135

0,

26–0,

3

–

30

1–25

E

lektrow

nia

(w

spó³spalanie)

550

60

0,

37

–

3

0

–

E

lektrociep³ow

nia

b

iom

a

sow

a

2

600–4

230

80–165

0,

22–0,

27

0,

63–0,

66

30

1–25

E

lektrociep³ow

nia

(w

spó³spalanie)

550

60

0,

2

0

,6

30

–

Bioodpady

E

lektrow

nia

–

spalarnia

odpadów

(spalanie

ca³kow

ite)

4

300–5

820

90–165

0,

26–0,

3

–

30

2–50

E

lektrociep³ow

nia

–

spalarnia

odpadów

(spa

lanie

ca³kow

ite)

4

600–6

130

100–185

0,

14–0,

16

0,

64–0,

66

30

2–50

Energia

e

lektry

czna

z

g

eoterm

ii

E

lektrow

nia

g

eoterm

alna

2

000–3

500

100–170

0,

11–0,

14

–

3

0

5–50

Du¿a

energety

ka

w

odna

Jednostki

du¿ej

m

o

cy

850–3

650

35

–

–

50

250

Jednostki

œredniej

m

o

cy

1

125–4

875

35

–

–

50

75

Jednostki

m

a³ej

m

o

cy

800–3

600

35

–

–

50

20

Ma³a

energety

ka

w

odna

Jednostki

du¿ej

m

o

cy

800–1

600

40

–

–

50

9,

5

Jednostki

œredniej

m

o

cy

1

275–5

025

40

–

–

50

2

Jednostki

m

a³ej

m

o

cy

800–3

600

40

–

–

50

0,

25

Elektrow

niew

odne

602

T

AB.

2c

d

.

T

AB.

2

cont.

1

2

3

4

5

678

Fotow

o

ltaika

E

lektrow

n

ie

fotow

o

ltaiczne

5

080–5

930

38–47

–

–

25

0,

005–0,

05

Energia

e

lektry

czna

z

kolektorów

s³oneczny

c

h

E

lektrow

nia

s³oneczna

term

a

lna

2

880–4

465

163–228

0,33–0,38

–

3

0

2–50

En

erg

ia

p

³y

wó

w

mo

rs

k

ic

h

E

lektrow

nia

w

odna

w

y

korzy

stuj

¹ca

energiê

p

³y

w

ó

w

m

orskich

—

na

linii

brzegow

ej

2

670

44

–

–

25

0,

5

E

lektrow

nia

w

odna

w

y

korzy

stuj

¹ca

energiê

p

³y

w

ó

w

m

orskich

—

blisko

brzegu

2

850

49

–

–

25

1

E

lektrow

nia

w

odna

w

y

korzy

stuj

¹ca

energiê

p

³y

w

ó

w

m

orskich

—

oddalona

od

brzegu

3

025

53

–

–

25

2

En

erg

ia

fal

m

orskich

E

lektrow

nia

w

y

korzy

stuj

¹ca

energiê

fal

m

o

rskich

—

n

a

linii

brzegow

ej

2

135

44

–

–

25

0,

5

E

lektrow

nia

w

y

korzy

stuj

¹ca

energiê

fal

m

o

rskich

—

b

lisko

brzegu

2

315

49

–

–

25

1

E

lektrow

nia

w

y

korzy

stuj

¹ca

energiê

fal

m

o

rskich

—

oddalona

od

brzegu

2

850

53

–

–

25

2

E

n

ergia

w

iatru

n

a

l¹dzie

E

lektrow

nia

w

iatrow

a

890–1

100

33–40

–

–

25

2

E

n

ergia

w

iatru

n

a

mo

rz

u

E

lektrow

nia

w

iatrow

a

m

orska

—

blisko

brzegu

1

590

55

–

–

25

5

El

ek

tr

o

w

n

ia

w

ia

tr

o

w

a

m

o

rs

k

a

—

5

...3

0

k

m

o

d

b

rzeg

u

1

7

7

0

6

0

–

–

2

5

5

El

ek

tr

o

w

n

ia

w

ia

tr

o

w

a

m

o

rs

k

a

—

3

0

...5

0

k

m

o

d

b

rzeg

u

1

9

3

0

6

4

–

–

2

5

5

El

ek

tr

o

w

n

ia

w

ia

tr

o

w

a

m

o

rs

k

a

—

5

0

k

m

...o

d

b

rzeg

u

2

0

7

0

6

8

–

–

2

5

5

ród³o:

Resch

G

.

i

in.

2

006

ogniwa paliwowe czy uk³ady ORC (Organic Rankine Cycle — obieg Rankine’a z czyn-
nikiem organicznym). Do przysz³oœciowych technik produkcji energii elektrycznej z bio-
gazu nale¿y jednak zaliczyæ zastosowanie biogazu do zasilania ogniw paliwowych (Bie-
dermann i in. 2004).

Kategoriê „Biogaz” przedstawion¹ w tabeli 1 mo¿na podzieliæ na trzy g³ówne podkategorie:
Biogaz pochodzenia rolniczego (agricultrual biogas). Jego powstawanie jest wyni-

kiem procesu fermentacji odpadów pochodzenia zwierzêcego i roœlinnego. W przypadku
biogazu pochodzenia rolniczego surowcem do produkcji biogazu jest gnojowica pocho-
dzenia zwierzêcego z hodowli byd³a z domieszkami odpadów rolniczych, takich jak: trawy,
s³oma, odpadki rolnicze (np. z buraków cukrowych), ³odygi i liœcie roœlin uprawnych (np.
ziemniaków). Biogaz produkowany w rolniczych biogazowniach ma nastêpuj¹cy przybli-
¿ony sk³ad w % (wg Romaniuk, Wradal 2003):
G metan CH

4

60,0—70,0,

G dwutlenek wêgla CO

2

30,0—40,0,

G siarkowodór H

2

S

0,05—1,5,

G azot N

2

1,0—4,0,

G inne

1,0—3,0.

Powstaj¹cy gaz ma z regu³y ciœnienie max. 30 mbar, jego wartoœæ opa³owa jest rzêdu

20–23 MJ/Nm

3

, a gêstoœæ wynosi oko³o 1,2 kg /Nm

3

.

Gaz wysypiskowy (landfill gas). Powstaje z biodegradowalnych czêœci odpadów na

wysypiskach odpadów, do których zalicza siê odpady zielone, odpady z opakowañ papie-
rowych, papier nieopakowaniowy oraz domowe odpady organiczne. Pozyskiwany jest
przewa¿nie za pomoc¹ systemu perforowanych rur umiejscowionych w nagromadzonych na
wysypisku odpadów komunalnych, które zawieraj¹ materiê organiczn¹.

G³ównym sk³adnikiem gazu wysypiskowego jest (% obj.) (Dudek, Zaleska-Bartosz 2004):

G metan CH

4

57,6—62,1,

G dwutlenek wêgla CO

2

32,7—36,2,

G tlen O

2

0,3—0,6%.

Wed³ug przepisów obowi¹zuj¹cych w Unii Europejskiej emisja gazu wysypiskowego

bezpoœrednio do atmosfery bez spalenia w pochodni, wykorzystania do celów energe-
tycznych lub innego sposobu utylizacji jest niedopuszczalna. Polska jako cz³onek spo-
³ecznoœci miêdzynarodowej podpisa³a Konwencjê Sztokholmsk¹ w sprawie trwa³ych zanie-
czyszczeñ organicznych (TZO). Nast¹pi³o to jeszcze przed przyst¹pieniem do Unii Europej-
skiej. Ze wzglêdu na fakt, ¿e UE 16.11.2004 roku ratyfikowa³a Konwencjê Sztokholmsk¹,
Polska zamierza ratyfikowaæ j¹ najpóŸniej do koñca 2007 r.

W dokumencie „Prognoza oddzia³ywania na œrodowisko projektu Krajowego Planu

Gospodarki Odpadami 2010” w gospodarce odpadami komunalnymi w Polsce przyjêto
nastêpuj¹ce cele (KPGO 2006):
G objêcie umowami na odbieranie odpadów komunalnych wszystkich mieszkañców, naj-

póŸniej do koñca 2007 roku,

G zapewnienie objêcia wszystkich mieszkañców systemem selektywnego zbierania od-

padów, dla którego minimalne wymagania okreœlono w niniejszym Krajowym planie,
najpóŸniej do koñca 2007 r.,

603

G zmniejszenie iloœci odpadów komunalnych ulegaj¹cych biodegradacji kierowanych na

sk³adowiska odpadów (zgodnie z wymaganiami okreœlonymi w art. 5 dyrektywy Rady
1999/31/EC), które powinny wynosiæ wagowo nie wiêcej, ni¿:

G

75% w 2010 roku,

G

50% w 2013 roku,

G

35% w 2020 roku.

Realizacja tych celów spowoduje zmniejszenie potencja³u wytwórczego biogazu ze

sk³adowisk odpadów komunalnych. Odpady te bêd¹ musia³y byæ przetworzone b¹dŸ uty-
lizowane termicznie.

Gaz fermentacyjny ze œcieków.
ród³em gazu œciekowego (ang. sewage gas) s¹ wody

odpadowe oraz œcieki odpowiednio poddane obróbce w oczyszczalni œcieków. Gaz œcie-
kowy, inaczej okreœlany jako po prostu biogaz, jest paln¹ mieszanin¹ metanu i dwutlenku
wêgla œrednio w proporcji 65/35%.

Odpady ulegaj¹ce biodegradacji (biodegradable fraction of waste)
Zgodnie z definicj¹ RES-E zawart¹ w Dyrektywie 2001/77/EC odpady ulegaj¹ce bio-

degradacji zaliczane s¹ do odnawialnych Ÿróde³ energii. Wytwarzanie energii z bioodpadów
charakteryzuje siê stabilnoœci¹ (energetyczn¹), podobnie jak w przypadku stosowania paliw
konwencjonalnych.

Niskim kosztom zmiennym odpowiadaj¹ wysokie nak³ady inwestycyjne. W porównaniu

z innymi Ÿród³ami biomasowymi wykorzystanie bioodpadów w energetyce stanowi do-
datkowe Ÿród³o odnawialnej energii. Jakkolwiek, nak³ady inwestycyjne dla bioodpadów s¹
stosunkowo wysokie i zwi¹zane s¹ z koniecznoœci¹ stosowania odpowiednich systemów
oczyszczania w procesie ich termicznej utylizacji. Dodatkowo nak³ady te zwi¹zane s¹
z tansportem bioodpadów do miejsca ich utylizacji.

Grup¹ bioodpadów, która zostanie szerzej opisana, s¹ osady œciekowe. Powstaj¹ one

w oczyszczalniach œcieków w procesie oczyszczania i s¹ w postaci p³ynnego konglomeratu
ulegaj¹cego procesom rozk³adu i humifikacji zanim stanie siê ustabilizowan¹ substancj¹
organiczn¹. Sk³adniki organiczne takiego osadu stanowiæ mog¹ nawet 50% masy odwod-
nionych osadów. S¹ to najczêœciej wêglowodany, bia³ka i t³uszcze.

Iloœæ powstaj¹cych osadów to oko³o 3% objêtoœci oczyszczanych œcieków, a koszty

przerobu i zagospodarowania osadów mog¹ stanowiæ nawet po³owê kosztów eksploatacyj-
nych oczyszczalni.

Obecnie szacuje siê, ¿e rocznie powstaje oko³o 390 tys. ton s.m. osadów, natomiast w roku

2014 po pe³nej realizacji programu budowy oczyszczalni œcieków, prognozowany jest dwukrotny
przyrost masy osadów w stosunku do roku 2000, wynosz¹cy 700 tys. Mg s.m. (Wzorek 2005).

W perspektywie do 2018 r. podstawowe cele w gospodarce komunalnymi osadami

œciekowymi w Polsce s¹ nastêpuj¹ce:
G ca³kowite ograniczenie sk³adowania osadów œciekowych,

G zwiêkszenie iloœci komunalnych osadów œciekowych przetwarzanych przed wprowa-

dzeniem do œrodowiska oraz osadów przekszta³canych metodami termicznymi,

G maksymalizacja stopnia wykorzystania substancji biogennych zawartych w osadach przy

jednoczesnym spe³nieniu wszystkich wymogów dotycz¹cych bezpieczeñstwa sanitarnego
i chemicznego.

604

Najwiêkszy wzrost przewiduje siê dla utylizacji termicznej osadów œciekowych, co

przedstawia rysunek 1. Unieszkodliwianie poprzez utylizacjê termiczn¹ bêdzie wymaga³o
zatem odpowiednich kot³ów energetycznych wyposa¿onych w zaawansowane technicznie
instalacja oczyszczania spalin, które posiada jedynie energetyka zawodowa. W pracy (Paj¹k,
Ing 2005) zaproponowano wspó³spalanie odpadów (w tym osadów œciekowych) w kot³ach
energetycznych w energetycze zawodowej. Za wykorzystaniem istniej¹cej infrastruktury
obiektów energetyki zawodowej przemawiaj¹ wzglêdy techniczne (zachowanie standardów
dotycz¹cych emisji podczas spalania odpadów oraz spe³nienie okreœlonych warunków
procesowych).

Wysuszone termicznie osady charakteryzuj¹ poni¿sze parametry (Janosz–Rajczyk

2004):
G zawartoϾ suchej masy

85—92%

G zawartoœæ py³u < 100 µm

poni¿ej 1%

G ciê¿ar nasypowy

650—750 kg/m

3

G wartoϾ energetyczna:

G

osad surowy mieszany, wstêpny + wtórny

20 MJ/kg s.m.

G

osad beztlenowo stabilizowany, mieszany wstêpny + wtórny

11 MJ/kg s.m.

W obecnej strukturze zagospodarowania osadów œciekowych w Polsce (dane za rok

2005) ze wzglêdu na wysokie koszty, jedynie 1,7% tych osadów jest przekszta³cane ter-
micznie (rys. 2).

605

Rys. 1. Zmiany w strukturze odzysku i unieszkodliwiania osadów z komunalnych oczyszczalni œcieków

w perspektywie do 2018 roku wed³ug Krajowego Programu Gospodarki Odpadami (KPGO)

ród³o: KPGO, 2006

Fig. 1. The changes in structure of sewage sludge recovery and neutralization from municipal sewage treatment

plant to 2018 based on National Waste Management Programme

Zawarte w osadach substancje organiczne, bakterie i patogeny oraz metale ciê¿kie, ze

wzglêdu na szkodliwoœæ ekologiczn¹, stwarzaj¹ zagro¿enie dla œrodowiska przyrodniczego.
Coraz wiêcej prac dowodzi, ¿e osady oprócz metali ciê¿kich i substancji mikrobiolo-
gicznego ska¿enia zawieraj¹ równie¿ dioksyny, wielopierœcieniowe wêglowodory aroma-
tyczne oraz polichlorowane bifenyle, dlatego te¿ w wielu krajach wykorzystanie osadów na
cele rolnicze zosta³o znacznie ograniczone (Niemcy, Kanada), czy te¿ zabronione, jak
w Szwajcarii (Wzorek 2005).

OZE–E w Polsce

W Polsce obecnie najwiêkszy udzia³ w produkcji energii elektrycznej z OZE, wy³¹czaj¹c

udzia³ elektrowni wodnych, maj¹ elektrownie wspó³spalaj¹ce biomasê z wêglem, a nastêpnie
elektrownie biomasowe (tab. 3).

Struktura Ÿróde³ wytwarzania oraz moce zainstalowane w Ÿród³ach OZE–E w Polsce

przedstawia tabela 4. Na uwagê za³uguje wzrost mocy zainstalowanej w Ÿród³ach spa-
laj¹cych biomasê, który jak wynika z danych URE wyniós³ 189,8 MW, co stanowi 14,5%
udzia³u w OZE–E w 2005 roku. W 2004 roku udzia³ ten wyniós³ jedynie 5,1% (51,9 MW).
Rysunek 3 przedstawia strukturê mocy zainstalowanej w OZE–E w 2004 i 2005 roku.

606

przekszta³cane

termicznie, w tym

spalane

1,7%

stosowane do produkcji

kompostu oraz

preparatów

nawozowych

7,5%

inne, w tym

wykorzystywane

przyrodniczo

13,3%

magazynowane

czasowo na

oczyszczalniach

0,3%

sk³adowane na

sk³adowiskach odpadów

28,1%

stosowane w

rekultywacji terenów, w

tym gruntów na cele

rolne

27,2%

stosowane w rolnictwie

21,8%

Rys. 2. Gospodarka osadami œciekowymi w Polsce w 2005 roku

ród³o: Ministerstwo Œrodowiska, 2006

Fig. 2. Sewage sludge management in Poland (2005)

607

T

ABELA

3. Moce zainstalowane oraz wielkoϾ produkcji energii elektrycznej w odnawialnych

Ÿród³ach energii w Polsce w 2005 r.

T

ABLE

3. Installed capacity and electricity production from Renewable Energy Sources in Poland

(2005)

Rodzaj OZE

WielkoϾ produkcji

[MW·h]

Moc zainstalowana

Ÿróde³* [MW]

Elektrownia wodna

2 175 115,869

1 002,495

Elektrownia biomasowa

467 018,483

189,790

Elektrownia biogazowa

103 350,194

31,972

Elektrownia wiatrowa

135 158,809

83,280

Elektrownia wykorzystuj¹ca technologiê wspó³spalania

877 009,321

–

Suma

3 757 652,676

1 307,537

* Moc zainstalowana Ÿróde³ odnawialnych nale¿¹cych do wytwórców, dla których wydano koncesje na

wytwarzanie energii elektrycznej.

ród³o: Prezes URE 2006

T

ABELA

4. Moc zainstalowana w elektrowniach wytwarzaj¹cych energiê elektryczn¹ ze Ÿróde³

odnawialnych w latach 2002—2004

T

ABLE

4. Installed capacity in RES–E plants for the period 2002—2004

Moc zainstalowana [MW]

Rok

2002

2003

2004

Biogaz

15,0

18,0

22,0

w tym

Biogaz rolniczy

b.d.

1,0

2,0

Gaz wysypiskowy

15,0

15,0

17,0

Gaz œciekowy

b.d.

2,0

3,0

Biomasa

1,1

16,6

51,9

Elektrownie i elektrociep³ownie przemys³owe

b.d.

15,5

17,0

Elektrownie pozosta³e

1,1

1,1

1,4

Elektrownie wodne (w tym):

840,0

873,0

881,0

Du¿e elektrownie wodne >10 MW

630,0

637,0

638,0

Ma³e elektrownie wodne <10 MW

210,0

236,0

243,0

Elektrownie wiatrowe

59,0

60,0

65,0

Suma OZE

915,1

967,0

1 091,6

Suma OZE bez elektrowni wodnych

75,1

94,0

138,6

ród³o: Raport Ministra Gospodarki (Za³¹cznik...2006)

Podsumowanie

Z przytoczonych w refaracie danych dotycz¹cych ekonomicznych i technicznych wa-

runków budowy nowych Ÿróde³ oraz planów redukcji iloœci odpadów sk³adowanych na
wysypiskach ulegaj¹cych biodegradacji wynika, ¿e biogaz ze wzglêdu na wysokie koszty
zarówno inwestycyjne, jak i ekoploatacyjne bêdzie mia³ znaczenie marginalne w produkcji
energii elektrycznej w Polsce. Produkcja ta, w porównaniu z innymi odanwialnymi Ÿród-
³ami, by³a niewielka i wynios³a w 2004 roku 66 GW·h, w tym z z gazu wysypiskowego
50 GW·h, biogazu rolniczego 10 GW·h, biogazu z oczyszczalni œcieków komunalnych
6 GW·h. W tym samym roku produkcja energii elektrycznej w elektrowniach wiatrowych
wynios³a 142 GW·h, a z biomasy 604 GW·h (Za³¹cznik... 2006). Najni¿sze koszty wskazuj¹
na technologiê wspó³spalania biomasy z wêglem, która jest ju¿ zaadoptowana w wielu
elektrow- niach i elektrociep³ownach w Polsce.

Wed³ug Krajowego Planu Gospodarki Odpadami 2010 przewiduje siê, ¿e iloœæ wy-

tworzonych osadów œciekowych w Polsce w 2010 roku wyniesie 612,8 tys. Mg s.m./rok,
a ich utylizacj¹ poprzez „termiczne unieszkodliwianie” zostan¹ najprawdopodobniej obar-
czone polske elektrownie.

Praca finansowana z badañ w³asnych AGH nr 10.10.210.74.

608

Rys. 3. Moc zainstalowana w odnawialnych Ÿród³ach energii na koniec 2004 i 2005 roku wed³ug Prezesa

Urzêdu Regulacji Energetyki

ród³o: Prezes URE 2005, 2006

Fig. 3. Installed capacity in RES–E at the end of 2004 and at the end of 2005

Literatura

[1] Directive 2001/77/EC of the European Parliament and of the Council of 27 September 2001 on the

promotion of electricity produced from renewable energy sources in the internal electricity market.

[2] R

ESCH

G. i in. 2006 — Potentials and cost for renewable electricity in Europe — IEE project

OPTRES. Report (D4) of the Intelligent Energy Europe project. Vienna University of Techno-
logy, Institute of Power Systems and Energy Economics, Energy Economics Group (EEG).
Austria. Vienna, February.

[3] Prawo energetyczne 2006 — Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997 r. (Dz.U. z 1997 r. nr 54, poz. 348)

z póŸniejszymi zmianami (stan na dzieñ 23 czerwca 2006) .

[4] Materia³y informacyjne Krajowej Agencji Poszanowania Energii. www.ozee.kape.gov.pl
[5] B

IEDERMANN

F.et all., 2004 — Small-scale CHP Plant Based on a 75 kWel Hermetic Eight

Cylinder Stirling Engine for Biomass Fuels. Development, Technology and Experiences. Proce-
edings of the 2nd Word Conference and Exhibition of Biomass for Energy, Industry and Climate
Protection. Rome. Italy.

[6] D

UDEK

J., Z

ALESKA

-B

ARTOSZ

J., 2004 — Metody utylizacji gazu sk³adowiskowego. Karbo

nr 3, s. 158—163.

[7] KPGO 2006 — Prognoza oddzia³ywania na œrodowisko projektu Krajowego Planu Gospodarki

Odpadami 2010. Ministerstwo Ochrony Œrodowiska. Warszawa 27.07.2006.

[8] W

ZOREK

M., 2005 — Mo¿liwoœci wykorzystania m¹czek kostnych oraz osadów œciekowych

jako paliwa alternatywnego. Energetyczne wykorzystanie biomasy. Materia³y pokonferencyjne.
Opole, s. 85—91.

[9] P

AJ¥K

T., I

NG

E., 2005 — Wspó³spalanie odpadów w energetyce — wybrane aspekty prawne,

œrodowiskowe, technologiczne i uwarunkowania eksploatacyjne. I Konferencja Naukowo-Tech-
niczna Energia Odnawialna — Paliwa Alternatywne, Zawiercie.

[10] Za³¹cznik do obwieszczenia Ministra Gospodarki z dnia 20 kwietnia 2006 r. (poz. 323). Monitor

Polski nr 31, poz. 342 i 343.

[11] J

ANOSZ

-R

AJCZYK

M., 2004 — Komunalne osady œciekowe — podzia³, kierunki zastosowañ oraz

technologie przetwarzania, odzysku i unieszkodliwiania. Praca zamawiana na zlecenie Mini-
sterstwa Œrodowiska, Warszawa.

Tomasz M

IROWSKI

A review of renewable energy sources for electricity

generation

Abstract

Generating electricity from renewable energy sources (RES-E) has a high priority in the energy

policy strategies at national and European level as well as at a global scale.

609

The paper presents overview on classifications applied for the various RES-E according to two

institutions; European Commision (Directorate-General Energy and Transport) and International
Energy Agency (IEA). The paper also presents overview on economic and technical specifications for
new RES-E plant and current situation of renewable energies in Poland.

K

EY WORDS

: renewable energy sources, overwiev on various RES-E, cost for renewable electricity

in Europe