Referat:
Rośliny energetyczne i energia wodna.
Rośliny Energetyczne
Rośliny energetyczne
Uprawy energetyczne to uprawy roślin w celu pozyskania biomasy z przeznaczeniem na cele energetyczne czyli do produkcji energii cieplnej, energii elektrycznej oraz paliwa gazowego (biogazu) lub ciekłego. Biomasa jest zaliczana do odnawialnych zasobów energii. Za uprawy energetyczne uznaje się te uprawy, które nie wytwarzają żywności. Odpady z upraw roślin przemysłowych i żywnościowych też mogą być używane w celu produkcji energii, ale takie uprawy nie są uznawane za uprawy energetyczne.
Rośliny energetyczne, nadające się do upraw energetycznych to m.in.:
rzepak, słonecznik, len, konopie i inne rośliny oleiste
kukurydza zwyczajna, zboża, ziemniaki,
burak cukrowy, trzcina cukrowa,
ślazowiec pensylwański (tzw. malwa pensylwańska, Sida hermaphrodita),
wierzba wiciowa (Salix viminalis),
rdest sachaliński (Polygonum sachalinense),
miskant (Miscanthus spp.),
mozga trzcinowata (Phalaris arundinacea),
topinambur (tzw. słonecznik bulwiasty) (Helianthus tuberosus),
róża wielokwiatowa (tzw. róża bezkolcowa) (Rosa multiflora),
paulownia puszysta (Paulownia tomentosa).
Uprawy energetyczne wykorzystywane są przez:
przedsiębiorstwa, których produktem finalnym jest biopaliwo i zakłady tłuszczowe, gorzelnie, cukrownie
przedsiębiorstwa, które wytwarzają ciepło i energię elektryczną, np. ciepłownie, elektrociepłownie.
Uprawy energetyczne są czynnikiem wzrostu gospodarczego dając możliwość stabilnego ekorozwoju.
W celu zwiększenia zainteresowania uprawami energetycznymi, w grudniu 2006 roku Rada Wspólnot Europejskich zgodziła się na wprowadzenie w nowych krajach członkowskich następujących rozwiązań:
Wprowadzenia dopłaty do uprawy roślin energetycznych z budżetu Unii Europejskiej w wysokości 45 euro/ha
Zakwalifikowania upraw wieloletnich do płatności bezpośrednich.
Rośliny energetyczne uprawiane w Polsce
Najbardziej popularnymi roślinami energetycznymi w Polsce są: wierzba, miskantus, ślazowiec oraz rzepak. Coraz większego znaczenia zaczyna nabierać uprawa buraka cukrowego na produkcję etanolu.
Uprawy energetyczne to takie, których płody wykorzystuje się do wytworzenia ciepła, energii elektrycznej, czy też paliwa, ciekłego lub gazowego. W europejskiej strefie klimatycznej pod pojęciem roślin energetycznych rozumiane są:
rośliny o dużym przyroście biomasy (np. miskantus, wierzba, ślazowiec), które mogą być stosowane m.in. w celach grzewczych,
rośliny jednoroczne, o dużej zawartości cukru i skrobi (zboża, ziemniaki, buraki, kukurydza na ziarno), wykorzystywane do produkcji etanolu,
rośliny oleiste (rzepak, słonecznik i len), z których wytłacza się olej roślinny.
Biomasa, więc również rośliny energetyczne, to jedno z najbardziej obiecujących źródeł energii odnawialnej w Polsce.
Rośliny na opał
Rośliny energetyczne uprawiane w celach opałowych, zależnie od cech fizjologicznych, można podzielić na trzy grupy:
rośliny trawiaste (m.in.: mozga trzcinowata, manna mielec, tymotka łąkowa oraz miskantus),
rośliny zielne (np.: ślazowiec, topinambur i konopie siewne)
rośliny drzewiaste szybkiej rotacji, nazywane również odroślowymi (topola, wierzba i grochodrzew).
Rośliny na paliwo
W Polsce na paliwo uprawia się rośliny oleiste, przede wszystkim rzepak, w mniejszym stopniu len i słonecznik. Wytwarza się z nich tzw. biodiesla a także dodatki do paliw nieodnawialnych.
Do produkcji etanolu wykorzystuje się przede wszystkim buraki cukrowe, ziemniaki, kukurydzę i inne zboża. Prowadzone są również badania nad wytwarzaniem alkoholu z biomasy wierzbowej. Wzrost ilości biopaliw na rynku oraz obowiązek dodawania biokomponentów do paliw tradycyjnych spowodują zwiększenie produkcji spirytusu przemysłowego, To z kolei przełoży się na wzrost produkcji roślin stosowanych do jego wytworzenia.
Podstawowymi cechami, które powinny charakteryzować rośliny wykorzystywane dla celów grzewczych są: duży przyrost roczny, odporność na choroby i szkodniki a także niewielkie wymagania względem siedliska oraz możliwość zmechanizowania prac polowych przy zakładaniu plantacji i zbiorze biomasy. Innym istotnym parametrem jest wysoka wartość opałowa.
W Polsce uprawianych jest wiele gatunków takich roślin, chociaż część upraw nie wykroczyła jeszcze poza obszar badań – nie mają one jeszcze praktycznego zastosowania.
Gatunki roślin energetycznych uprawianych w Polsce.
| Rośliny na cele paliwowe | Rośliny na cele grzewcze |
|---|---|
| Rośliny cukrowe i skrobiowe | Rośliny zielne |
| Ziemniaki | Ślazowiec (malwa, sida) |
| Buraki cukrowe i półcukrowe | Topinambur |
| Zboża | Konopie siewne |
| Kukurydza | Róża wielokwiatowa |
| Rośliny oleiste | Rożnik przerośnięty |
| Rzepak | Rdest |
| Słonecznik | Rośliny drzewiaste |
| Len | Wierzba |
| Lnianka | Topola |
| Konopie | Grochodrzew |
Uprawy energetyczne
Uprawy roślin energetycznych w Polsce cieszą się coraz większym zainteresowaniem rolników jako alternatywne źródło dochodów. Szybko powiększa się grupa producentów sadzonek wierzby. W wielu miejscach Polski powstają niewielkie, kilkuhektarowe plantacje, ale jak na razie plantatorzy mają jeszcze problemy ze zbiorem i zbytem produktu. Jednak nałożony na zakłady energetyczne obowiązek dotyczący „zielonej” energii (oraz wysokie kary związane z jego niewypełnieniem) stwarzają silny popyt na biomasę wykorzystaną do procesów współspalania z węglem kamiennym w istniejących elektrociepłowniach i ciepłowniach. W sytuacji ograniczonych zasobów drewna z sektora leśnego, rozwój upraw energetycznych na dużą skalę staje się naglącą koniecznością.
Uprawa roślin energetycznych może być alternatywą dla tradycyjnej nieopłacalnej produkcji rolnej. Dla plantatorów roślin energetycznych najważniejszym czynnikiem decydującym o podjęciu upraw będzie ich opłacalność i konkurencyjność w stosunku do dotychczasowych upraw.
W wielu krajach coraz popularniejsza jest uprawa wierzby wiciowej, ślazowca pensylwańskiego (zwanego też malwą pensylwańską), topinamburu oraz traw wieloletnich. Rośliny te bardzo szybko rosną i łatwo przyswajają składniki pokarmowe z gleby. Z badań przeprowadzonych w Szwecji wynika, że opłacalność uprawy wierzby na cele energetyczne sześciokrotnie przewyższa opłacalność uprawy żyta i dwukrotnie pszenicy.
Wierzba
Najbardziej przydatną odmianą wierzby na plantacje energetyczne jest wierzba krzewiasta Salix viminalis. Głęboki system korzeniowy i łatwość pobierania składników pokarmowych z gleby pozwala na zakładanie plantacji również na terenach zdegradowanych i nieużytkach. Plantacje można zakładać zarówno na glebach mineralnych, jak i organicznych. Wierzbę sadzi się na początku wiosny, kiedy gleba ma dość dużą wilgotność, potrzebną tej roślinie w pierwszym etapie wzrostu. Na jednym hektarze sadzi się zwykle około 30–40 tysięcy sadzonek. Jednak w naszych warunkach klimatycznych w zależności od klasy bonitacyjnej gleb sadzi się od 15 do 60 tysięcy sadzonek. Ceny sadzonek wahają się od 5 do 7 groszy (inne źródła podają 7–13 groszy). W pierwszym i drugim roku wzrostu plantacji bardzo istotne jest nawożenie (na hektar 30 kg azotu, 20 kg fosforu i 40 kg potasu). W tym okresie również istotne dla powodzenia uprawy jest zwalczanie chwastów (chemiczne i mechaniczne). Ale w pierwszym roku uprawy najważniejsza dla wzrostu plantacji jest woda. Wierzba w tym okresie potrzebuje jej bez przerwy i w dużych ilościach. Dlatego najwłaściwsze na założenie plantacji wierzby są tereny po łąkach i zabagnionych nieużytkach – mogą być krótkoterminowo zalewane, co pomaga w usuwaniu większości chwastów.
Zbiór wierzby na cele energetyczne przeprowadza się zimą (w okresie grudzień-marzec), po opadnięciu liści. Całe, niepocięte łodygi zbiera się ręcznie nożycami wikliniarskimi, piłą łańcuchową lub mechanicznie za pomocą kosiarek o skróconej i wzmocnionej listwie tnącej. Zebraną masę można rozdrobnić specjalnymi żniwiarkami i przechowywać w postaci zrębków. Cena 1 tony zrębków 80–100 zł. Zysk z 1 ha na rok od 1354 zł (cykl jednoroczny) do 1791 zł (cykl trzyletni).
Istotne w uprawie wierzby jest przygotowanie gruntu do nasadzeń. Wymaga ono dokładnego odchwaszczania gleby oraz jej spulchnienia. Wierzbę rozsadza się z krótkich 20–22 cm sadzonek sztobrowych (pędy jednoroczne) z krzewów uprawianych na plantacjach matecznych lub w formie 1 i 2-letnich krzewów ukorzenionych. Sadzenie wierzby odbywa się w okresie wiosennym (od końca marca do końca maja), po zaniknięciu pokrywy śnieżnej i wystąpieniu dodatnich temperatur powietrza, zaś przed nadejściem ciepłego i suchego przełomu maj-czerwiec. Sadzenie w okresie jesiennym, zwłaszcza sadzonek sztobrowych, nie jest wskazane ze względu na możliwość ich przemarznięcia przed ukorzenieniem się. Przed wsadzaniem sztobrów w przygotowaną uprzednio glebę należy je całe namoczyć w wodzie na 24–48 godzin. Nasiąknięcie wodą zabezpieczy je przed przeschnięciem w pierwszych dniach po posadzeniu. Sadzenie polega na wciśnięciu sztobra w ziemię, na głębokość ok. 18 cm, aby 1/5 sadzonki wraz z tzw. oczkiem liściennym pozostała nad powierzchnią gruntu. W zależności od przeznaczenia sztobry sadzi się w odległości 30–70 cm, zaś krzewy ukorzenione 1–1,3 m.
Wierzba łatwo przystosowuje się do różnych warunków siedliskowych. Najlepsze jednak warunki uprawy wierzby to lekko kwaśny odczyn gleby (pH = 5,5–6,5) oraz stosunkowo duża wilgotność siedliska (ustabilizowany i dość wysoki poziom wód gruntowych). W przypadku skrajnie niekorzystnych warunków siedliskowych – pH gleby rzędu 3,5 lub 10 oraz piaszczystego, przepuszczalnego i suchego podłoża z nieustabilizowanym lub niskim poziomem wód gruntowych, przyrosty biomasy są znacznie mniejsze, a wzrost rośliny nie przekracza w jednym okresie wegetacyjnym 2 m. Prawidłowo posadzona i pielęgnowana wierzba może uzyskać w jednym sezonie wegetacyjnym wysokość 3 m lub niższą, lecz przy silniejszym rozgałęzieniu. W warunkach uprawy na madach żuławskich uzyskano nawet roczny przyrost ok. 4 metry. W przypadku potrzeby uzyskania niższych, lecz gęstych krzewów, należy przycinać pędy podrastające na wysokość 1 m.
Pędy po pierwszym roku muszą być ścięte na wysokości 7–10 cm, ścięcie powoduje rozrost i zwiększenie ilości pędów. Ścinki dokonuje się ręcznie lub mechanicznie (pilarki spalinowe). Wycięte pędy można przechowywać w stertach lub pryzmach. Można też pędy zrębkować
Drewno wierzbowe może być wielorako wykorzystane. Zrębki mogą być surowcem do produkcji płyt drewnopodobnych, np. płyt wiórowych, płyt stolarskich, budowlanych itp. Biomasa wierzbowa, zarówno świeża (wilgotna), jak i przesuszona może być przeznaczona do celów grzewczych. Drewno wierzbowe można spalać w normalnych piecach, wówczas sprawność ciepła nie będzie zbyt wysoka, ale można także zgazowywać je i wytworzony gaz przeznaczać do ogrzewania. Wówczas sprawność grzewcza jest wielokrotnie większa.
Wady plantacji wierzbowych:
wysokie koszty likwidacji plantacji (niektórzy porównują je z kosztem likwidacji lasu)
wysokie koszty ochrony roślin przed szkodnikami i chorobami (wg niektórych źródeł 300–500 zł na ha)
duża zawartość chloru w drewnie wierzby w połączeniu z wodą (12–18 proc. zawartość wody w dobrze wysuszonym drewnie) i temperaturą powodują podczas spalania powstawanie kwasu solnego w postaci gazowej, który niszczy kotły niskotemperaturowe (korozja).
Droga wierzbowa
W gminie Sułów, powiat zamojski, wierzba energetyczna rośnie na ponad 100 hektarach. W Sąsiadce, jednej ze wsi w tej gminie, została wybudowana droga, której nawierzchnią są maty z wierzby energetycznej. Dwukilometrowy odcinek drogi kosztował 7 tysięcy złotych. Dzięki tej „wierzbowej” drodze rolnicy będą mogli bez problemów dojechać do swych pól także wtedy, gdy padają intensywne deszcze. Po takiej nawierzchni jedzie się dobrze, bo jest miękka, a maty zatrzymują spływające błoto. Raz na jakiś czas trzeba jednak drogę kosić. Maty o rozmiarach pięć na półtora metra są wypalane przez osoby, które zostały zatrzymane przez policję za jazdę po pijanemu.
Jan Martynów z Dobrocina, na Dolnym Śląsku skonstruował piec opalany słomą, który może służyć do suszenia ziarna zbóż, kukurydzy, rzepaku i innych płodów rolnych we wszystkich dostępnych typach suszarni. Pomysł skonstruowania takiego pieca nasunął mu się, gdy musiał suszyć zebrane we własnym gospodarstwie z około 70 hektarów ziarno kukurydzy wynajętą suszarnią. Zużywała ona 1,5-2 l oleju opałowego na zmniejszenie wilgotności tony ziarna o jeden procent, czyli około 20 l na wysuszenie tony ziarna. Koszt wysuszenia olejem opałowym 1 t kukurydzy wynosił około 60 zł. Koszty te udało się znacznie zmniejszyć dzięki wykorzystaniu do suszenia ziarna pieca na słomę. Piec waży 5 t i mieści balot słomy o średnicy 1,8 m. Na wykonanej przez Jana Martynowa suszarni 13 t kukurydzy o wilgotności 26 proc. wysuszono zużywając 7 balotów słomy o średnicy 1,2-1,5 m, każdy o wadze 150 kg. Koszt wysuszenia 1 t kukurydzy wyniósł 7 zł. Oszczędność na wysuszeniu tony kukurydzy wyniosła zatem 54 zł, co przy plonie 8 t kukurydzy z hektara dało oszczędność 432 zł na hektar.
Przystosowanie kotłów centralnego ogrzewania spalających węgiel do spalania biomasy w większości wypadków nie przedstawia dużego problemu. Proste jest też zautomatyzowanie procesu spalania. Nakład inwestycyjny wynosi od około 10 tysięcy zł – przy mocy kotła do 40 kW, 15 tys. zł – przy mocy 120 kW i 50 tys. zł – przy mocy 500 kW. Inwestycje te mogą być dofinansowane przez Wojewódzki Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej do wysokości 75 proc. nakładów.
Plantacje roślin energetycznych na świecie powiększają się z roku na rok. Również w Polsce coraz więcej osób jest zainteresowanych taką uprawą.
Z jednego hektara plantacji wierzby energetycznej w ciągu roku otrzymuje się przeciętnie ok. 20 ton suchej biomasy. Tonę takiego surowca można sprzedać za 130–250 zł, co w efekcie daje dochód 2600–5000 zł z hektara. Odbiorcami biomasy są ciepłownie i elektrociepłownie, które – zgodnie z wytycznymi Unii Europejskiej i polskim prawem energetycznym – mają obowiązek kupowania określonej ilości energii pochodzącej z odnawialnych źródeł. Jest jeszcze inna korzyść finansowa dla właściciela takiej energetycznej plantacji.
Już 0,5 ha uprawy wierzby z odmian Salix viminalis może zabezpieczyć w opał każde gospodarstwo rolne na przeciąg całego roku.
Trawy wieloletnie
Jako źródło energii odnawialnej mogą być wykorzystywane następujące egzotyczne gatunki traw: miskant olbrzymi (zwany trawą chińską lub trawą słoniową), miskant cukrowy, spartina preriowa i palczatka Gerarda. Są to rośliny wieloletnie. Plantacje traw wieloletnich mogą być użytkowane przez 15–20 lat.
Trawy te nie wymagają gleb wysokiej jakości, wystarczy V i VI klasa, a także nieużytki. Mają głęboki system korzeniowy, sięgający 2,5 m w głąb ziemi, dzięki temu łatwo pobierają składniki pokarmowe i wodę. Rośliny te osiągają znaczne rozmiary, przekraczające 2 m (miskant olbrzymi wyrasta do 3 m wysokości). Miskant olbrzymi w warunkach europejskich nie rozmnaża się z nasion, lecz z sadzonek korzeniowych. Młode pędy wyrastają późno, zwykle nie wcześniej niż w trzeciej dekadzie kwietnia lub w pierwszej dekadzie maja, ale później dość szybko rosną. W ciągu miesiąca osiągają pół metra wysokości, a pod koniec czerwca – wysokość człowieka. W pierwszym roku po zasadzeniu miskant jest podatny na wymarzanie, dlatego plantację warto przykryć słomą. Trawy te plonują już od pierwszego roku uprawy. Wówczas ich średni plon z hektara wynosi około 6 ton, w drugim roku – ok. 15 ton, a od trzeciego roku 25–30 ton (miskant olbrzymi nawet 40 ton z 1 ha).
Wegetacja miskanta olbrzymiego trwa od kwietnia do jesiennych przymrozków. Najkorzystniejszym okresem zbioru jest luty-marzec, kiedy zawartość suchej masy w roślinach wynosi 70 proc.
Ślazowiec pensylwański (zwany też sidą lub malwą pensylwańską) jest rośliną wieloletnią, o pędach corocznie zamierających. Dobrze rośnie na glebach średnich, a nawet lżejszych, ale niezbyt suchych. Jego uprawa wymaga większego niż przy uprawie zbóż nawożenia mineralnego. Plantacje ślazowca mogą być użytkowane przez 15–20 lat. W roku zasiewu rośliny rosną wolno. W 50 dni od wschodów ślazowiec osiąga 11–18 cm, a pod koniec sezonu wegetacyjnego wysokość pędu wynosi 40–70 cm. W następnych latach osiąga prawie 4 m wysokości.
Ślazowiec można rozmnażać generatywnie lub wegetatywnie. Siew można przeprowadzać zwykłymi siewnikami zbożowymi lub buraczanymi, wysiewając w kwietniu na głębokość 2 cm około 5 kg nasion na hektar. Do rozmnażania wegetatywnego służą odcinki korzeni (długości 8–12 cm) z pączkami lub fragmenty pędów (jak przy wierzbie). Rośliny rozmnażane wegetatywnie rozwijają się szybciej niż z nasion, dzięki czemu w pierwszych trzech latach po posadzeniu uzyskuje się większą masę zieloną (później tempo wzrostu i plony wyrównują się).
Róża
Róża bezkolcowa to kwiat polskiej energetyki. Roślina ta zwraca uwagę małymi, śnieżnobiałymi kwiatami z jaskrawożółtymi pręcikami oraz błyszczącymi liśćmi, które jesienią przybierają piękną, pomarańczowoczerwoną barwę. Na początku miała być przeznaczona do nasadzeń celem zwiększenia pojemności łowisk dla zwierzyny dzikiej oraz wykorzystana do obsady obrzeży lasów, nieużytków i remiz. Kiedy odkryto jej zalety, głównie szybkie odrastanie, zaczęto postrzegać ją jako wysokoenergetyczną roślinę, która może stanowić alternatywne źródło energii.
Gatunek ten występuje w Polsce w stanie dzikim i jest odporny na niskie temperatury. Dużym atutem róży wielokwiatowej jest to, że ma niewielkie wymagania, znosi skrajne warunki suszy, rośnie na wydmach i ubogich glebach piaszczystych V i VI klasy, a jej gatunek jest chętnie zjadany przez sarny, jelenie, zające i króliki. Ponadto stanowi gatunek osłonowy dla ptactwa i zwierzyny drobnej, głównie w okresie rozrodu zwierząt. Sadzona na obrzeżach lasu może tworzyć również pasy przeciwpożarowe w okolicach, gdzie mimo zakazów nadal są wypalane trawy. Małe wymagania temperaturowe sprawiają, że od wczesnej wiosny krzewy róży są dobrze uwodnione, przez co ogień, dochodząc do zwartych nasadzeń, znacznie słabnie, a po pewnym czasie przygasa.
Róża odmiany Jatar może być uprawiana na plantacjach energetycznych – samodzielnie lub razem z innymi roślinami energetycznymi, tworząc tzw. pola i pasy fitosanitarne, wpływające na poprawę zdrowotności plantacji i stwarzając podstawy do stabilności plonowania. Zaletą tej rośliny jest zbiór biomasy co roku, poczynając od roku założenia plantacji.
Jako roślina energetyczna róża wielokwiatowa jest sadzona na plantacjach kilkudziesięciohektarowych w rozstawach 1 x 1 m lub – na ziemiach słabszych – 0,5 x 1 m. Plon tej rośliny to biomasa z 1 ha od 10 do 15 ton.
Tworząc głęboki system korzeniowy, róża jest wytrzymała na suszę. Stąd nadaje się do nasadzeń na glebach słabszych klas bonitacyjnych. Przy czym gleby dobrze utrzymujące wilgoć umożliwiają osiąganie większych przyrostów biomasy. Dobrze rozwinięty system korzeniowy róży bezkolcowej przenika w głąb profilu glebowego, zwiększając podsiąkalność. Powoduje wzrost retencji gruntowej sąsiadujących gleb. Wpływa pozytywnie na produktywność upraw przyległych, szczególnie w latach posusznych. Osłabia zjawisko erozji wodnej i wietrznej. Róża kształtuje korzystny miroklimat strefy przygruntowej i górnych poziomów profilu glebowego.
Dla celów energetycznych pod koniec października kosi się ją na wysokości 15–25 cm nad ziemią. Następnie pędy są cięte na zrębki, dzięki czemu materiał szybciej wysycha. Produkt ten może być brykietowany, spalany czy też zgazowany do metanolu.
Inną, nie mniej ciekawą możliwością wykorzystania róży wielokwiatowej, są jej właściwości rekultywacyjne. Róża mianowicie zapobiega erozji i przesuszaniu gleb. Osłabia zjawisko erozji wodnej i wietrznej znacznie intensywniej niż trwałe zadarnienie. Jej silnie rozbudowany system korzeniowy przeciwdziała rozmywaniu się gleb podczas ulew i roztopów. Skutecznie powstrzymuje wywiewanie i rozwiewanie najżyźniejszych cząstek gleb. Polepsza także warunki zdrowotne przylegającego lasu lub drzewostanów i wpływa pozytywnie na produkcyjność w rolnictwie zwłaszcza w latach posusznych.
Z uwagi na wysokość i gęstość krzewów – latem piękne kwiatostany i jesienią piękne grona czerwonych owoców – róża jest wartościową rośliną do kształtowania terenów zielonych w miastach, do nasadzeń w ogrodach i parkach. Róża bezkolcowa jest rośliną niezwykle uniwersalną, którą warto się zainteresować szerzej, wykorzystując jej wszystkie walory i możliwości.
Paliwa uszlachetnione
Rośliny energetyczne można spalać albo w całości, albo w formie zrębków, brykietu czy peletu. Przetworzenie zebranej biomasy ułatwia jej spalanie, magazynowanie i transport. Brykiet można wykonywać z każdego rodzaju biomasy, ale najczęściej produkowany jest z trocin, wiórów, zrębków drzewnych i słomy. Natomiast do produkcji peletu nadaje się kora, zrębki, rośliny energetyczne i słoma, ale najczęściej wykorzystywane są trociny i wióry.
Zrębki drzewne to rozdrobnione drewno w postaci długich na 5–50 mm ścinków o nieregularnych kształtach. Wartość opałowa zrębków wynosi 6–16 MJ/kg, wilgotność 20–60 proc., a zawartość popiołu stanowi od 0,6 do 1,5 proc. suchej masy. Zrębki są doskonałym paliwem dla kotłów, wykorzystuje się je też do produkcji płyt wiórowych i jako topnik w hutnictwie. Wadą tego paliwa jest wrażliwość na zmiany wilgotności powietrza i podatność na choroby grzybowe.
Brykiet drzewny to walec lub kostka utworzona z suchego rozdrobnionego drewna (trocin, wiórów czy zrębów, słomy), sprasowanego pod wysokim ciśnieniem (200 atmosfer) bez dodatku substancji klejących. Brykietowanie następuje w prasach mechanicznych lub hydraulicznych. Linie do produkcji brykietu oferują firmy krajowe i zagraniczne. Wartość energetyczna brykietu wynosi 19–21 GJ/t, wilgotność 6–8 proc., zawartość popiołu 0,5–1 proc. suchej masy. Wartość opałowa jest wyższa od zrębków.
Produkcja brykietu jest prostsza niż peletu. Doświadczenia krajów takich jak Dania czy Czechy pokazują, że produkcja brykietu może być powszechnie stosowana przez społeczności lokalne. Znaczenie brykietu w Polsce jako paliwa na lokalnych rynkach wzrasta. Stosunkowo niewielkie koszty inwestycji w porównaniu z produkcją peletu, rozwojowy rynek i zgodność z trendami ochrony środowiska skłania wielu producentów do zwiększenia produkcji brykietu. Jednym z poważnych ograniczeń jest dostępność surowca i możliwość jego pozyskania w odległości do 100 km.
Analizując sprzedaż brykietu w ciągu trzech ostatnich sezonów grzewczych, można zauważyć, że ma on większy udział na lokalnych rynkach. O ile w 2002 r. producenci przeznaczali brykiet na eksport do krajów skandynawskich, o tyle już w roku 2003 paliwo to w zdecydowanej większości sprzedawano w kraju. Wzrastające jest zainteresowanie dotychczasowych użytkowników kotłów węglowych.
Brykiet można stosować w kotłach małej mocy z zasypem ręcznym lub automatycznym oraz w kotłowniach kontenerowych średniej mocy z automatycznym systemem podawania paliwa i komputerowo sterowanym procesem spalania. Może zastępować węgiel i miał lub być z nimi współspalany. Najefektywniej brykiet spala się w kotłach o specjalnej konstrukcji, które mają większe powierzchnie wymiany ciepła i lepsze mieszanie spalin przy dużych współczynnikach nadmiaru powietrza. Pelety (inaczej granulat) to produkowane najczęściej z trocin i wiórów granulki o długości kilku centymetrów i średnicy 6–25 mm. Wytłacza się je w prasie rotacyjnej bez dodatku substancji klejącej i pod dużym ciśnieniem. Pelety są paliwem łatwym do transportowania, najłatwiejszym w magazynowaniu i najwygodniejszym w eksploatacji. Ich zaletą jest też niska zawartość popiołu (0,4 proc. suchej masy). Wartość energetyczna peletów wynosi 16,5–17,5 MJ/kg, a wilgotność 7–12 proc.
W UE produkcja i zastosowanie peletów wzrosły kilkukrotnie w ostatnich latach. Pelety są używane do ogrzewania budynków użytkowych i gospodarstw domowych od kilkunastu lat. Produkcja peletu polega na poddaniu biomasy trzem kolejnym procesom: suszeniu, mieleniu i prasowaniu (w prasie rotacyjnej).
Granulat z odpadów drzewnych jest konkurencyjny dla oleju, węgla i gazu. Jest to jedno z najtańszych paliw, jego cena jest znacznie niższa od cen oleju opałowego i gazu. Pelet może być produkowany z surowców lokalnych.
Pelety spalane są w pełni automatycznych kotłach c.o. Na rynku polskim jest już wielu producentów i dystrybutorów kotłów, przystosowanych do spalania peletów. Istnieje również możliwość zastosowania przystawki do kotła starego typu. Do starego kotła można tez wmontować specjalny palnik do spalania granulatu. Wartość opałowa 2,1 kg pelet zastępuje 1 l oleju opałowego. Dobry granulat ma wartość kaloryczną przekraczającą 70 proc. wartości kalorycznej najlepszych gatunków węgla, niskie koszty składowania i transportu, jest odporny na samozapłon i na naturalne procesy gnilne, a gładka powierzchnia skutecznie chroni go przed absorbowaniem wilgoci z otoczenia.
Technologie spalania
Spalanie jest najprostszą i najbardziej rozpowszechnioną formą pozyskiwania energii z biomasy. Jest wiele typów kotłów do spalania słomy.
Trzy podstawowe to:
kotły wsadowe – używane do okresowego spalania całych bel słomy, stosowane najczęściej w gospodarstwach rolnych, szklarniach, małych i średnich przedsiębiorstwach i niewielkich osiedlach;
kotły do spalania słomy rozdrobnionej, używane najczęściej obok kotłów wsadowych;
kotły do „cygarowego” spalania całych bel słomy, nie są tak rozpowszechnione, jak dwa poprzednie typy ze względu na małą odporność na zawilgocenia.
Jak jest w UE?
W Unii Europejskiej założono, że do roku 2010 udział odnawialnych źródeł energii w bilansie energetycznym krajów członkowskich zwiększy się dwukrotnie i wyniesie 12 procent. Rządy państw UE promują energetykę odnawialną na wiele sposobów: gwarantują określony poziom zakupu energii odnawialnej, stwarzają ulgi podatkowe dla jej producentów i opodatkowują surowce konwencjonalne. Proekologiczna polityka państwa często przynosi spodziewane efekty. W Niemczech od roku 1998 ilość energii elektrycznej pozyskiwanej z biomasy potroiła się, zaś produkowanej z wiatru wzrosła sześciokrotnie.
W UE w 2003 r. produkcja energii z biomasy wynosiła 69 mln ton ekwiwalentu olejowego i pokrywała 4 proc. zapotrzebowania na energię. Aby kraje UE osiągnęły zakładany udział energii odnawialnej w strukturze produkcji energii, do roku 2010 produkcja energii z biomasy powinna się podwoić (to znaczy wynieść 180 mln ton ekwiwalentu olejowego), zaś do roku 2030 potroić (210–250 mln ton). Obecnie udział biomasy w strukturze produkcji energii ze źródeł odnawialnych wynosi w Unii 65 proc., a wykorzystywana w celach energetycznych biomasa znajduje zastosowanie przede wszystkim jako surowiec do produkcji energii cieplnej i elektrycznej. Zwiększenie produkcji biomasy w UE z 69 mln ton ekwiwalentu olejowego w 2003 r. do 149 mln ton w roku 2010 pozwoli zmniejszyć emisję CO2 o 209 mln ton rocznie. Pozyskując energię z biomasy, zapobiega się też marnotrawstwu nadwyżek żywności, zagospodarowywuje odpady produkcyjne, utylizuje odpady komunalne.
Warto wiedzieć
Są firmy, które zrobią analizę ekonomiczną przedsięwzięcia, mają sadzonki, przystosują obiekt do spalania biomasy, zorganizują produkcję (uprawę i przetwarzanie ) biomasy.
Wartość energetyczna jednej tony suchej masy drzewnej wynosi 4,5 MWh, co odpowiada wartości jednej tony niskiej jakości miału węglowego lub 500 litrów oleju opałowego.
Ważna biomasa
Zastępowanie kopalnych surowców energetycznych odnawialnymi źródłami energii regulują przepisy międzynarodowe oraz dyrektywy unijne. Biała Księga „Energia dla przyszłości – odnawialne źródła energii” zakłada, że do roku 2010 ich udział w bilansie energetycznym krajów członkowskich zwiększy się dwukrotnie i wyniesie 12 proc. W nawiązaniu do postanowień UE przyjęto w Polsce ,,Strategię Rozwoju Energetyki Odnawialnej”, która przewiduje 7,5 proc. udział odnawialnych źródeł energii w bilansie energetycznym kraju w roku 2010 i 14 proc. w dziesięć lat później. W tym czasie udział biomasy (m.in. słoma, odpadki drzewne, osady ściekowe i rośliny energetyczne) w całości energii pierwotnej pozyskiwanej z odnawialnych źródeł energii powinien wynosić ponad 90 proc., ponieważ – jak twierdzą fachowcy – w polskich warunkach klimatycznych jest to jedno z korzystniejszych rozwiązań.
Rośliny z energią
Ze względu na ograniczone możliwości wykorzystania drewna opałowego z lasów, drewna odpadowego z przemysłu drzewnego czy też słomy z rolnictwa, konieczne będzie zakładanie plantacji roślin energetycznych. W takich uprawach najlepiej sprawdza się wierzba krzewiasta (zwłaszcza odmiana Salix viminalis). Potwierdzają to doświadczenia innych krajów (np. USA, Danii, Szwecji), a także wieloletnie badania polskich naukowców. Wierzba ta szybko rośnie, ma stosunkowo niewielkie wymagania glebowe, jest dość odporna na choroby wirusowe, bakteryjne i grzybowe, a co najważniejsze – posiada wysoką wartość kaloryczną (energię wewnętrzną suchej masy) i dużą wydajność jednostkową plonów z hektara.
Jako biomasa mogą być też uprawiane inne rośliny energetyczne np.: róża wielokwiatowa nazywana bezkolcową, ślazowiec pensylwański zwany także malwą pensylwańską, rdest sachaliński, trawy wieloletnie, np. miskant olbrzymi czy miskant cukrowy. Brak jest jednak dokładnych badań związanych z ich uprawą.
Różne dopłaty
Osoby zajmujące się uprawą roślin energetycznych mogą otrzymać dopłatę z Agencji Restrukturyzacji i Modernizacji Rolnictwa. Płatności obejmują tylko plantacje wierzby lub róży bezkolcowej wykorzystywane na cele energetyczne. Aby się o nie ubiegać, trzeba posiadać minimum 1 hektar gruntów przeznaczonych na produkcję. Niezbędne jest także zawarcie wieloletniej umowy z zakładem przetwórczym. Kolejny warunek to prowadzenie plantacji zgodnie z zasadami dobrej kultury rolnej, przy zachowaniu wymogów ochrony środowiska. Wnioski (specjalne formularze przygotowane przez agencję) można składać od 15 marca do 15 maja w oddziałach regionalnych ARiMR. Decyzje są wydawane w ciągu 8 miesięcy od dnia złożenia dokumentów, a wypłata (obecnie jest to 217,32 zł do 1 ha plantacji) następuje w ciągu 60 dni od dnia wydania decyzji. Dofinansowaniem plantacji roślin energetycznych (nie tylko wierzby) zajmuje się też Fundacja EkoFundusz. Biomasa jest traktowana jako najczystsze źródło energii. Podczas spalania bowiem oddaje do atmosfery tyle samo dwutlenku węgla, ile pobrała go wcześniej w procesie fotosyntezy. Jednym z warunków tego typu dofinansowania jest wymóg, aby plantacja nie wpływała negatywnie na różnorodność biologiczną okolicznych obszarów. Można także, jak Robert Łapiński i Michał Marański, starać się o dotacji na ,,Różnicowanie działalności rolniczej i zbliżonej do rolnictwa w celu zapewnienia różnorodności działań lub alternatywnych źródeł dochodów”.
Inne możliwości uzyskania dofinansowania to np. Małe Dotacje GEF (Funduszu na Rzecz Globalnego Środowiska UNDP) czy Wojewódzkie Fundusze Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Po pomoc i informację warto też zwracać się do urzędów gminnych czy Ośrodków Doradztwa Rolniczego. Nadal, niestety, nie ma jednego ośrodka, który by promował, wspierał i koordynował tego rodzaju działania.
Energia Wodna
Energia wodna
Wykorzystywana gospodarczo energia mechaniczna płynącej wody. Współcześnie energię wodną zazwyczaj przetwarza się na energię elektryczną (hydroenergetyka, często oparta na spiętrzeniach uzyskanych dzięki zaporom wodnym). Można ją także wykorzystywać bezpośrednio do napędu maszyn – istnieje wiele rozwiązań, w których płynąca woda napędza turbinę lub koło wodne.
Przed wynalezieniem maszyn elektrycznych i upowszechnieniem elektroenergetyki energię wodną powszechnie wykorzystywano do napędu młynów, foluszów, kuźni, tartaków i innych zakładów przemysłowych. W latach 30. XIX wieku, w szczytowym okresie rozwoju transportu rzecznego, napęd wodny stosowano przy przemieszczaniu barek po pochylniach pomiędzy odcinkami kanałów na różnych poziomach (pochylnie takie zachowały się do dziś na Kanale Ostródzko-Elbląskim).
Energia wodna może być znacznie tańsza od spalania paliw kopalnych lub energii jądrowej. Obszary bogate w energię wodną przyciągają przemysł niskimi cenami elektryczności. W niektórych krajach o wykorzystaniu energii wodnej zaczynają decydować względy ochrony środowiska, przeważając nad kalkulacją cen.
Energetyka wodna ma w Polsce największe tradycje mimo stosunkowo słabych warunków do rozwoju tej branży. Zasoby energii wody zależą od dwu czynników: spadku koryta rzeki oraz przepływów wody. Polska jest krajem nizinnym, o stosunkowo małych opadach i dużej przepuszczalności gruntów, co znacznie ogranicza zasoby tego źródła. Jednakże pierwsze siłownie wodne na ziemiach polskich powstały zapewne wcześniej niż struktury państwa. Świadczą o tym stare nazwy miejscowości oraz historia zapisów, regulujących przywileje i prawa wykorzystywania urządzeń wodnych.
Energia wody jest ekologiczne czysta, ale dostępna jedynie na obszarach posiadających odpowiednio dużo opadów oraz korzystne ukształtowanie terenu. Większość krajowych zasobów (około 68%) skupionych jest w obszarze dorzecza Wisły, zwłaszcza jej prawobrzeżnych dopływów. Dogodne warunki do budowy małych elektrowni wodnych istnieją w Karpatach, Sudetach, na Roztoczu, a także na rzekach Przymorza. Również istotne znaczenie ma potencjał rzeki Odry.
Zasoby techniczne
| dorzecze Wisły | 9 270 GWh/a | 77,6 % |
|---|---|---|
| dorzecze Odry | 2 400 GWh/a | 20,1 % |
| rzeki Przymorza | 280 GWh/a | 2,3 % |
Razem zasoby techniczne
| głównych rzek | 11 950 GWh/a |
|---|---|
| mała energetyka | 1 700 GWh/a |
| rzeki Przymorza | 280 GWh/a |
Realny potencjał ekonomiczny:
18 PJ (5 TWh/rok) [wykorzystany w 41%]
Elektrownie wodne:
Moc zainstalowana instalacji w 2009 roku: 944,130 MW[i]
Ilość energii elektrycznej wytworzonej w 2009 roku: 1 616 039,309 MWh[ii]
Czynnikiem ograniczającym rozwój dużych obiektów hydroenergetycznych są obawy przed dewastacją naturalnych dolin rzecznych poprzez ich zatapianie. Wobec licznych protestów przeciwko budowie dużych stopni wodnych, w ostatnich latach nie wzrasta liczba elektrowni wodnych o dużych mocach, natomiast notuje się znaczny wzrost liczby małych elektrowni wodnych o mocy poniżej 2 MW. Energia wody wykorzystywana jest do produkcji prądu elektrycznego.
Bariery w wykorzystaniu wody:
1. Brak woli wsparcia dla budowy dużej elektrowni wodnej na Dolnej Wiśle. Budowa dużej elektrowni wodnej na Wiśle powinna być traktowana jako alternatywa dla budowy elektrowni jądrowej w Polsce.
2. Niezwykle skomplikowana sytuacja własnościowa obiektów wodnych, mogących służyć rozwojowi małej energetyki wodnej.
3. Zbyt duże koszty inwestycyjne, przy konieczności budowy od podstaw stopnia wodnego. Niezbędne jest zidentyfikowanie i właściwe zarządzanie istniejącymi obiektami wodnymi oraz wpisywanie inwestycji energetycznych w działania inwestycyjne służące bezpieczeństwu przeciwpowodziowemu.
Elektrownie wodne
Elektrownia wodna to zakład przemysłowy zamieniający energię spadku wody na elektryczną.
Elektrownie wodne dzieli się na: "duże" i "małe", przyjmując, że małe elektrownie wodne (określane skrótem MEW) to te o mocy poniżej 5 MW. Podział ten jest dość umowny (w Skandynawii i Szwajcarii granicą są 2 MW, a w USA 15 MW), ale dość ważny, gdyż MEW są zaliczane do niekonwencjonalnych, odnawialnych i ekologicznych źródeł energii. Natomiast duże elektrownie wodne są tak na świecie rozpowszechnione (20% światowej produkcji energii elektrycznej), że traktowane są często jako konwencjonalne źródło energii, a duży stopień ingerencji w środowisko naturalne powstrzymuje wielu badaczy od nazywania dużych elektrowni wodnych ekologicznymi. Wątpliwości te nie dotyczą małych elektrowni wodnych, których wpływ na środowisko jest znikomy.
Elektrownie wodne można podzielić na elektrownie przepływowe produkujące energię elektryczną oraz elektrownie szczytowo-pompowe, które służą głównie do magazynowania energii elektrycznej wyprodukowanej w inny sposób.
Pierwsza elektrownia wodna została zbudowana w 1882 roku w Appleton (Wisconsin) (USA) na rzece Fox. Dostarczała ona energię do fabryki produkującej papier. Było to dwa lata po pokazie, na którym Thomas Alva Edison po raz pierwszy zademonstrował publicznie wytwarzanie światła elektrycznego.
Do lat 80. ubiegłego wieku panował powszechny pogląd, że elektrownie wodne są źródłem "czystszej" energii, to znaczy, że są najmniej szkodliwe dla środowiska naturalnego. Podczas wytwarzania energii przez elektrownię wodną do atmosfery nie dostają się żadne zanieczyszczenia, a poziom emitowanego hałasu (ze względu na małą prędkość obrotową turbin) jest niski.
Jednak budowa elektrowni znacząco zmienia ekosystem i krajobraz otoczenia. Aby uzyskać wysoki poziom wody, często trzeba zalać ogromne obszary dolin rzek. Wiąże się to z przesiedleniem ludzi mieszkających dotychczas w tym miejscu oraz prawdopodobną zagładą żyjących zwierząt i roślin. Powstały w miejsce szybkiej, wartkiej rzeki zbiornik zawiera wodę stojącą, co sprawia, że rozwijają się tam zupełnie inne organizmy niż przed powstaniem zapory. Jednocześnie duży zbiornik charakteryzuje się znacznie większym parowaniem i zmienia wilgotność powietrza na stosunkowo dużym obszarze. Wartka dotychczas rzeka po wyjściu z zapory zwykle płynie już bardzo wolno. Zmniejsza się napowietrzanie wody, brak okresowych powodzi prowadzi do zamulenia dna.
Przykładowo, po wybudowaniu tamy w Asuanie (Egipt) na Nilu osady z górnego biegu rzeki (stanowiące od tysięcy lat istotny czynnik umożliwiający uprawę rolną w delcie Nilu) przestały przepływać przez tamę. Wiąże się to z koniecznością nieustannego pogłębiania zbiornika.
Powyższe uwagi nie odnoszą się do małych elektrowni wodnych, które piętrzą wodę w rzekach na niewielkie wysokości. Dlatego też nie powodują powstania zbiorników wodnych, a jeśli takie powstają, mają niewielkie rozmiary. Małe elektrownie wodne wpływają korzystnie na poziom wód gruntowych i retencję wód, uspokajają nurt rzeki i zatrzymują zjawiska erozji dennej i bocznej. Wyposażone w odpowiednie urządzenia ochrony ryb nie powodują szkód dla środowiska.
Elektrownie wodne na świecie
Największą elektrownią wodną na świecie jest wybudowana w 1983 roku elektrownia na zaporze Itaipu na Paranie na granicy państw Brazylii i Paragwaju. Elektrownia ma maksymalną moc 12,6 GW a produkuje rocznie 93,4 TWh energii. Nieco mniejsze są: Zapora Trzech Przełomów na rzece Jangcy w Chinach i Guri, Raul Leoni na rzece Caroní w Wenezueli (10,06 GW).Energia odnawialna
Największą budowaną zaporą z hydroelektrownią jest budowana w Chinach Zapora Trzech Przełomów. Budowę zapory ukończono 20 maja 2006 r., elektrownia już częściowo pracuje, ale trwa jeszcze napełnianie zbiornika i wyposażanie elektrowni. Ukończenie jest planowane na rok 2009. Po ukończeniu 26 generatorów o łącznej mocy 18,2 GW ma produkować rocznie około 84,7 TWh (terawatogodzin) energii.
Elektrownie wodne w Polsce
Zasoby hydroenergetyczne Polski szacuje się na 13,7 TWh rocznie, z czego 45,3% przypada na Wisłę, 43,6% na dorzecza Wisły i Odry, 9,8% na Odrę i 1,8% na rzeki Pomorza, przy czym same elektrownie na rzekach pomorskich zapewniały przed II wojną światową energię elektryczną portowi morskiemu w Gdyni, Kartuzom oraz Gdańskowi i jego okolicom, co daje wyobrażenie jak duży potencjał mają elektrownie wodne. Obecnie Polska wykorzystuje swoje zasoby hydroenergetyczne jedynie w 12%, co stanowi 7,3% mocy zainstalowanej w krajowym systemie elektroenergetycznym (dla porównania Norwegowie, rekordziści w tej dziedzinie, uzyskują z energii spadku wody 98% energii elektrycznej).
Większe elektrownie wodne w Polsce:
Elektrownia wodna na Odrze Południowej we Wrocławiu - moc łączna 1,6 MW
Elektrownia wodna we Włocławku
Elektrownia przepływowa w Porąbce
Elektrownia Wodna Żarnowiec
Elektrownia Porąbka-Żar
Zespół Elektrowni Wodnych Solina-Myczkowce
Elektrownia Żydowo