1

Autor:
Tomasz MIROWSKI

Wykład dla studentów Wydziału Energetyki i Paliw

Źródła energii odnawialnej

Wykład

Katedra Zrównoważonego Rozwoju
Energetycznego

Plan wykładu

 wykorzystanie w Polsce

 klasyfikacja OZE

 biomasa jako źródło energii odnawialnej

 Podstawowe pojęcia

2

Terminem Odnawialne Źródła Energii (OZE) są

określane jako źródła wytwarzające energię, które

wykorzystują w tym procesie takie paliwo (nośnik

energii) bądź zasób, który jest odnawialny.

Odnawialne Źródła Energii - BIOMASA

Odnawialne źródła energii zgodnie z definicją URE
to:
„źródła 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”

Odnawialne Źródła Energii - BIOMASA

3

Według Parlamentu Europejskiego odnawialne
źródła energii oznaczają:
„odnawialne, niekopalne źródła energii (energia
wiatru, słoneczna, geotermiczna, fal i pływów,
wodna, biomasy, gazu z odpadów, gazu z zakładów
oczyszczania ścieków i biogazów)”

Odnawialne Źródła Energii - BIOMASA

Źródło takie powinno posiadać jedną
z

następujących właściwości:



jego zasoby są uzupełniane nieustannie
w procesach naturalnych;



można nimi zarządzać w sposób, który zapewni

niewyczerpywalność tych zapasów;



posiada zasoby takiej wielkości, że wyczerpanie ich przez

ludzkość na obecnym poziomie rozwoju jest niemożliwe.

Odnawialne Źródła Energii - BIOMASA

4

Rodzaje odnawialnych zasobów

energii

Realny

potencjał

ekonomiczny

(RPE) –

energia

końcowa

Stan

wykorzystania

RPE w 2005r.

Prognoza

wykorzystania

RPE w 2020 r

[TJ]

[TJ]

[%]

[TJ]

[%]

Energetyka słoneczna

83 312

150

0,1

19 422

23,3

Energia geotermalna

12 367

1535

12,4

12 217

98,8

Biomasa ,w tym:

600 168

192 097

32,0

533 117 88,8

Odpady stałe suche

165 931

160 976

97,0

149 337 90,0

Biogaz(odpady organiczne
mokre)

123 066

2613

2,1

72 609

59,0

Drewno opalowe (lasy)

24 452

24 452

100,0

24 452 100,0

Uprawy energetyczne w tym:

286 719

2056

1,4

286 719 100,0

Celulozowe

145 600

0

0,0

145 600 100,0

Cukrowo – skrobiowe- bioetanol

21 501

2558

11,9

21 501 100,0

Rzepak - biodisel

31 980

1498

3,9

37 980 100,0

Kiszonka z kukurydzy - biogaz

81 638

0

0,0

81 638 100,0

Energetyka wodna

17 974

7351

40,9

11 144

62,0

Energetyka wiatrowa

444 974

922

0,2

119 913 27,0

Razem

1 158 469

202 055 17,0 695 814 60,1

Pierwotne źródła energii

Naturalne procesy
przemiany energii

Techniczne

procesy przemiany

energii

Forma uzyskanej

energii

SŁOŃCE

Woda

parowanie ,

topnienie lodu i

śniegu , opady

elektrownie

wodne

energia

elektryczna

Wiatr

ruch atmosfery

elektrownie

wiatrowe

energia cieplna

i elektryczna

energia fal

elektrownie

falowe

energia

elektryczna

Promieniowanie

słoneczne

prądy oceaniczne

elektrownie

wykorzystujące

prądy oceaniczne

energia

elektryczna

nagrzewanie

powierzchni ziemi

i atmosfery

elektrownie

wykorzystujące
ciepło oceanów

energia

elektryczna

pompy ciepła

energia cieplna

promieniowanie

słoneczne

fotoogniwa

i elektrownie

słoneczne

energia

elektryczna

Fotoliza

paliwa

Biomasa

produkcja biomasy

ogrzewanie

i elektrownie

cieplne

energia cieplna i

elektryczna

urządzenia

przetwarzające

paliwa

5

Pierwotne źródła energii

Naturalne procesy

przemiany energii

Techniczne procesy

przemiany energii

Forma uzyskanej

energii

Zie

mia

Rozpad izotopów

źródła geotermalne

ogrzewanie

i elektrownie

geotermalne

energia cieplna

i elektryczna

K

się

życ

Grawitacja

pływy wód

elektrownie pływowe

energia elektryczna

Klasyfikacja OZE

Rodzaje OZE

Zgodne z „RES–E

Directive”

Zgodne z IEA

Biogaz pochodzenia rolniczego
Gaz wysypiskowy
Gaz fermentacyjny

BIOGAZ

Produkty leśne (drewno)
Odpady z produkcji leśnej (kora, odpady tartaczne,
itp.)
Produkty rolnicze (uprawy energetyczne)

Odpady z produkcji rolniczej (łącznie z substancjami
roślinnymi i zwierzęcymi, np. słoma)

BIOMASA STAŁA

Odpady ulegające biodegradacji (miejskie i
przemysłowe)

ODPADY
BIOLOGICZNE

BIOENERGIA

(łącznie z energią

odpadową)

Energia elektryczna z geotermii

ENERGIA ELEKTRYCZNA

Z GEOTERMII

Małe elektrownie wodne (<10 MW)

MAŁA ENERGETYKA

WODNA

Duże elektrownie wodne (>10 MW)

DUŻA ENERGETYKA

WODNA

ENERGETYKA

WODNA

Fotowoltaika

FOTOWOLTAIKA

Energia elektryczna z kolektorów cieplnych

ENERGIA ELEKTRYCZNA Z

KOLEKTORÓW CIEPLNYCH

Energia pływów morskich
Energia fal morskich

ENERGIA PŁYWÓW I FLAOWANIA

MORSKIEGO

Lądowa energetyka wiatrowa

LĄDOWA ENERGETYKA WIATROWA

Morska energetyka wiatrowa

MORSKA ENERGETYKA WIATROWA

6

Rozwój OZE w Polsce

91,6

3,9

0,9

1,3
2,1

0,2

Procentowe pozyskanie energii wg źródeł

odnawialnych (2007r.)

Źródło: Opracowane na podstawie danych GUS, „Energia ze źródeł odnawialnych w 2008 r.”

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

10,9

10,7

11,7

12,6

13,4

14,7

16,4

5,1

5,2

5,2

5,5

5,8

6,5

7,1

[%]

Rok

Udział energii ze źródeł

odnawialnych w pozyskaniu energii

pierwotnej ogółem

UE

Polska

Ograniczony potencjał energii odnawialnej oraz ograniczone
możliwe tempo jego wykorzystania, co powoduje, że w
okresie do 2030 r. możemy liczyć maksymalnie na 22.5 TWh z
tych źródeł.

0

2500

5000

7500

10000

12500

15000

17500

20000

22500

25000

2008

2010

2012

2014

2016

2018

2020

2022

2024

2026

2028

2030

G

W

h

Deficyt osiągnięcia celu
Fotowoltaika
Biogaz
Biomasa stała/wspolspalanie
Wiatrowe
Male wodne
Duze wodne

7

Biomasa jest to substancja organiczna pochodzenia
roślinnego lub zwierzęcego, która pod wpływem

energii

Słońca oraz metabolizmu społecznego jest

zdolna do regeneracji.

Dzięki działaniu Słońca

odtwarzane

są zasoby drewna czy słomy (proces

fotosyntezy),

stąd

określenie

biomasy

jako

odnawialnego

źródła energii

Odnawialne Źródła Energii - BIOMASA

Kierunki energetycznego wykorzystania biomasy

8

Odnawialne Źródła Energii - BIOMASA

Rośliny oleiste

Rośliny o dużej

zawartości cukru lub

skrobi

Plantacje roślin

energetycznych

Pozostałości i

odpady roślinne

Granulowanie

Spalanie

pośrednie

Piroliza

Tłoczenie

lub estryfikacja

Ługowanie lub

fermentacja

cukru

Gazyfikacja

Gaz

Paliwo stałe

Alkohol, paliwo

(biopaliwo)

Paliwo

z oleju

roślinnego

energia cieplna, energia elektryczna, energia mechaniczna

Wytwarzanie energii z surowców pochodzenia roślinnego

Ślazowiec pensylwański inaczej: malwa pensylwańska (Sida hermaphrodita)
to roślina sprowadzona do Polski w latach 50-tych. Naturalnie występuje w
Ameryce Północnej. Jest rośliną wieloletnią a okres jej użytkowania szacuje
się na 15-20 lat. Malwa pensylwańska Rośnie w postaci kęp o silnym
korzeniowym systemie i wykształca do kilkunastu łodyg o średnicy od 5-35 mm
i wysokości do 4 metów.

Roślina rozmnażana jest poprzez sadzonki korzeniowe lub nasiona. Plantacje
zakłada się pod koniec kwietnia do maja. Ślazowiec można uprawiać na
glebach wszystkich z wyjątkiem klasy VI i słabej klasy V, o odczynie obojętnym,
lub lekko kwaśnym.

Plonem pozyskiwanym corocznie są zdrewniałe i zaschnięte łodygi. Zbiór
odbywa się w zależności od regionu od lutego do kwietnia. uzyskując około
12 t.s.m./ha.

Przegląd wybranych roślin energetycznych

9

Ślazowiec pensylwański

Przegląd wybranych roślin energetycznych

Przegląd wybranych roślin energetycznych

Słonecznik Bulwiasty (Topinambur) - roślina blisko spokrewniona ze
słonecznikiem zwyczajnym. Roślina uprawna należąca do rodziny astrowatych.
Jej nazwa wywodzi się od nazwy plemienia północnoamerykańskich Indian
Tupinamba. Wysoki na 2-4 m Topinambur występuje w postaci pojedynczych
łodyg o średnicy do 30 mm. Roślina ma szerokie, ponad 20-cm, owalno-sercowate
liście i rozległy system korzeniowy. Korzenie zakończone bulwami różnego
kształtu i koloru.

Topinambur uprawiany może być w zasadzie na każdym stanowisku, jednak
najlepiej nadają się przewiewne, bogate w składniki pokarmowe gleby o
dostatecznej wilgotności. Roślina nie najlepiej udaje się na terenach podmokłych
i kwaśnych. Zaletą topinamburu jest zdolność jego do samo odnawiania, bulwy
potrafią przetrwać trzydziestostopniowe mrozy, jak również czas suszy,
charakteryzuje się dużą odpornością na choroby.

Przy odpowiednim prowadzeniu plantacji można użytkować ją przez 15 – 20 lat.
Zbioru masy zielonej dokonuje się ścinając rośliny na wysokości 20-30 cm, i
można uzyskać 3 pokosy: w lipcu, sierpniu i listopadzie. Natomiast bulwy zbiera
się późną jesienią. Topinambur daje duży plon. W Polsce zbiór suchej masy
wynosi najczęściej od 10 do 16 t/ha.

10

Przegląd wybranych roślin energetycznych

Topinambur

Jako roślina energetyczna topinambur może być:



- spalany bezpośrednio, bądź dopiero po przetworzeniu na brykiet czy pelety,



- jest też wykorzystywany do produkcji etanolu i biogazu (także po zakiszeniu).

Topinambur można wykorzystać do rekultywacji terenów po przemysłowych lub
zdewastowanych przez gospodarkę komunalną.

Przegląd wybranych roślin energetycznych

Róża wielokwiatowa (Rosa multiflora) - pospolity gatunek krzewu z rodziny
różowatych, na terenie Polski spotykany w postaci dzikiej. Charakteryzuje się
długimi pędami o wysokości od 4 do 7 m z krótkimi i hakowatymi kolcami, oraz z
drobnymi kwiatostanami o płatkach białych lub różowych.

Gatunek jest mało wymagający pod względem klimatycznym i glebowym. Rośnie
na glebach V i VI klasy, spotykana jest nawet na wydmach. Posiada skłonność do
tworzenia wielu pędów i szybkiego rozrostu, dzięki temu nadaje się do produkcji
biomasy. Raz w roku należy przyciąć pędy na wysokości 15-20cm. Pędy te są cięte
na zrębki, następnie są brykietowane i spalane lub zgazowywane do metanu.
Różę bezkolcową sadzi się na plantacjach energetycznych w rozstawach 0,5x1 m.

Uzyskany z 1 hektara roczny plon w zależności od warunków glebowych oscyluje
w granicach 10 - 20 t. Różę wielokwiatową wykorzystuje się przy rekultywacji
gleb narażonych na erozję wodną i wietrzną.

11

Przegląd wybranych roślin energetycznych

Róża wielokwiatowa

Przegląd wybranych roślin energetycznych

W celach energetycznych można wykorzystywać rodzime jak i obce gatunki traw
wieloletnich. Do rodzimych gatunków należą np. pozyskiwana w warunkach
naturalnych trzcina pospolita, trawy wieloletnie takie jak obficie plonujące
kostrzewy i życice.

Jednak większe znaczenie dla energetyki mają rośliny obcego pochodzenia.
Trawy te, pochodzą z Azji i Ameryki Północnej, charakteryzują się większą
wydajnością, zdolnością wiązania CO

2

i niższą zawartością popiołu, powstającego

podczas spalania.

Trawy wieloletnie

12

Przegląd wybranych roślin energetycznych

Przedstawiciele:
• Miskant olbrzymi (Miscanthus Sinensis Gigantea)

Miskant olbrzymi jest okazałą trawą kępową, sięgającym na 2,5 m w głąb ziemi
systemie korzeniowym i grubych, sztywnych, wypełnionych gąbczastym rdzeniem
źdźbłach wysokości 2-3,5 m o średnicy pędów do 3 cm.

Miskant charakteryzuje się szybkim wzrostem, wysokim plonem biomasy z
jednostki powierzchni. Produktywność uprawy miskanta olbrzymiego wynosi od
10 do 30 ton/ha suchej masy. Trwałość rośliny określa się na około 15 lat.
Sadzonki wysadza się w rozstawie 1x1 m.

Miskant może być uprawiany na glebach V i VI klasy. Wartość energetyczna
miskanta olbrzymiego wynosi 19,25 MJ/kg s.m.

Trawy wieloletnie

Przegląd wybranych roślin energetycznych

Trawy wieloletnie

Miskant
olbrzymi

13

Przegląd wybranych roślin energetycznych

Trawy wieloletnie

Miskant cukrowy (Miscanthus sacchariflorus)

Przegląd wybranych roślin energetycznych

Trawy wieloletnie

Spartina preriowa

14

Three groups of technical solutions may be distinguished in the
field of biomass utilization in power technologies

BIOMASS

COAL

PYROLYSIS

CARBONISAT

GAS

BOILER

HIGH-
TEMP.

COMBUSTION

GASIFICATION

GAS

TURBINE/GAS

ENGINE

CO-COMBUSTION

COMBUSTION

GASES

BOILER

Termochemical conversion of biomass and coal

Źródło: Ściążko M., Kubica K.

Przemiany termochemiczne węgla i biomasy

Podczas procesu pyrolizy biomasa ulega termicznemu
przekształceniu przy braku dostępu tlenu. W zależności od
warunków przebiegu tego procesu można wyróżnić pyrolizę
konwencjonalną, szybką i błyskawiczną.

PYROLIZA

Przebieg procesu pyrolizy:

• suszenie paliwa do wilgotności poniżej 10%,

• mielenie biomasy na bardzo małe cząsteczki, aby

zapewnić szybki przebieg reakcji,

• reakcja pyrolizy,

• wydzielenie produktów stałych,

• schładzanie i gromadzenie bio-oleju.

15

Przemiany termochemiczne węgla i biomasy

PYROLIZA

W procesie szybkiej pyrolizy drobne cząsteczki biomasy, o niskiej wilgotności
podgrzewane są bardzo szybko do temperatury 450-550°C.

Produkty powstające w procesie szybkiej pyrolizy:

• produkt ciekły – olej pyrolityczny (75%)

• produkt stały – węgiel drzewny (12%)

• mieszanina gazów palnych (13%)

Powstaje produkt ciekły – olej pyrolityczny o wartości kalorycznej około 16-19
MJ/kg. W niewielkich ilościach powstają również gaz i węgiel drzewny, które są
bezpośrednio spalane i dostarczają ciepło na potrzeby procesu pyrolizy.

Olej powstający w procesie szybkiej pyrolizy stanowi od 60 do 75% masy
paliwa. Może on być używany bezpośrednio jako paliwo lub też
wykorzystywany do wytwarzania innych substancji.

Przegląd ekonomicznych i technicznych warunków

tworzenia źródeł OZE–E

16

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ