Agricultural Advisory Center in Brwinów Branch in Radom dr ing

ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII
- szansą rozwoju obszarów wiejskich
Centrum Doradztwa
Rolniczego w
Brwinowie
Oddział w Radomiu
Zdzisław Ginalski
POLITYKA ENERGETYCZNA UE
Szczyt Rady Europejskiej - marzec 2007r
(3 x 20%)



ograniczenie zużycia energii o 20% w porównaniu z
prognozami na rok 2020;
zwiększenie o 20% udziału energii odnawialnych w
ogólnym zużyciu energii do roku 2020;
ograniczenie emisji gazów cieplarnianych o co najmniej
20% do roku 2020;
POLITYKA ENERGETYCZNA UE
Dyrektywa Paramentu Europejskiego i Rady
2009/28/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r.
w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł
odnawialnych –
zmieniające i w nastęstwie uchylajace dyrektywy
2001/77/WE oraz 2003/30/WE
Cele dla Polski
-
-
15% udziału energii odnawialnej w bilansie energii finalnej do 2020 r.
10% udziału biopaliw w paliwach transportowych do 2020 r.
Udział OZE w krajach UE (rok 2005 – bazowy)
Kraj
Udział OZE w bilansie
energii
końcowej brutto (%)
2005 rok
2020 rok
Szwecja
39,8
49
Łotwa
32,6
Finlandia
Kraj
Udział OZE w bilansie
energii
końcowej brutto (%)
2005 rok
2020 rok
Niemcy
5,8
18
40
Grecja
6,9
18
28,5
38
Włochy
5,2
17
Austria
23,3
34
Bułgaria
9,4
16
Portugalia
20,5
31
Irlandia
3,1
16
Dania
17,0
30
Polska
7,2
15
Rumunia
17,8
24
W.Brytania
1,3
15
Estonia
18,0
25
Holandia
2,4
14
Słowenia
16,0
25
Słwacja
6,7
14
Litwa
15,0
23
Węgry
4,3
13
Francja
10,3
23
Belgia
2,2
13
Hiszpania
8,7
20
Czechy
6,1
13
Lksemburg
0,9
11
Malta
0,0
10
POLITYKA ENERGETYCZNA RZĄDU RP
Rada Ministrów w dniu 5 września 2000 r przyjęła
dokument „Strategia rozwoju energetyki odnawialnej”
Sejm RP przyjął dokument 23 sierpnia 2001r
„Strategia rozwoju energetyki odnawialnej” – zakłada
zwiększenie udziału energii ze źródeł odnawialnych do
7,5% w roku 2010 i do 15% w 2020 r
„Polityka energetyczna Polski do 2025 roku” i Ustawa:
Prawo energetyczne – to podstawowe dokumenty
regulujące rynek energii elektrycznej i ciepła
Kierunki rozwoju OZE przez Rząd RP
W dokumencie ”Polityka energetyczna Polski
do 2025 roku” przyjęto, że wykorzystanie
biomasy stanowić będzie nadal podstawowy
kierunek rozwoju OZE.
Według rozporządzenia Ministra Gospodarki
ilość biomasy pochodzącej z rolnictwa
powinna wynosić 5% ogólnej ilości biomasy
wykorzystywanej do celów energetycznych w
2008 r. i wzrastać każdego roku o 10%, aż
do osiągnięcia 60% udziału w 2014 r.
POLITYKA ENERGETYCZNA RZĄDU RP
„Polityka energetyczna Polski do roku 2030”
(dokument przyjęty Przez Radę Ministrów 10 listopada 2009 r.)
zawiera następujące cele w obszarzw OZE:

wzrost wykorzystania OZE w bilansie energii finalnej do 15% w roku
2020 i 20 % w roku 2030.

osiągnięcie w 2020 roku 10% udziału biopaliw w rynku paliw
transportowych

ochrona lasów przed nadmierną eksploatacją w celu pozyskania
biomasy oraz zrównoważone wykorzystanie obszarów rolniczych na
cele OZE, w tym biopaliw, tak aby uniknąć konkurencji pomiędzy
energetyką odnawialną i rolnictwem
ODNAWIALE ŹRÓDŁA ENERGII W 2006 R
Biomasa stała
Energia promieniowania słonecznego
91,2 %
0%
Energia wody
3,5 %
Energia wiatru
0,4 %
Biogaz
1,2 %
Biopaliwa
3,3 %
Energia geotermalna
0,3 %
Odpady komunalne
0,01 %
KOSZTY INWESTYCYJNE UZYSKANIA ENERGII ODNAWIALNEJ
Rodzaj energii
Biomasa
Kolektory słoneczne
E. Wodna
E. wiatru
E. geotermiczna
Fotowoltaika
Koszt inwestycji
euro/kWh
75
300
370
1 300
10 000
30 000
(Madsen za Roszkowskim – 2001)
Definicja biomasy
Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Gospodarki i
Pracy z dnia 9 grudnia 2004 roku biomasa to
stałe lub ciekłe substancje pochodzenia roślinnego
lub zwierzęcego, które ulegają biodegradacji,
pochodzące z produktów, odpadów i pozostałości z
produkcji rolnej oraz leśnej, a także przemysłu
przetwarzającego ich produkty, a także części
pozostałych odpadów, które ulegają biodegradacji
(Dz. U. Nr 267, poz. 2656).
Podział biomasy
Biomasę możemy podzielić na:
 Rośliny energetyczne
 Pozostałości po zbiorach
 Zwierzęce produkty uboczne
 Odpady organiczne
Biomasa
Rośliny energetyczne
– szybkorosnące (wierzba,tpola, robinia akacjowa),
trawy (miskant olbrzymi, mozga trzcinowata, proso
rózgowate rośliny zbożowe, oleiste, rzepak,
słonecznik, konopie, łubin, zawierające cukier
burak cukrowy, trzcina, zawierające skrobię
ziemniaki, zboża, kukurydza.
Biomasa
Pozostałości po zbiorach
– drewno (z czyszczenia lasów, z
pielęgnacji zieleni miejskiej, ze zbioru
drewna, słoma, łodygi i liście (z
pielęgnacji zieleni miejskiej, z czyszczenia
lasów, ze zbioru ziemniaków, buraków,
trawa (z koszenia parków i ogrodów, z
koszenia poboczy dróg.
Biomasa
Zwierzęce produkty uboczne – odchody
zwierzęce (gnojowica, obornik, pomiot
kurzy, gnojówka) oraz osady ściekowe.
Odpady organiczne – przemysłowe
(przetwórstwo produktów roślinnych i
zwierzęcych), komunalne (ścieki socjalno
bytowe), ścieki przemysłowe
Główny kierunek rozwoju OZE
Program Innowacyjna Energetyka –
Rolnictwo Energetyczne
Zakłada się, że w wyniku realizacji programu do
2020 r. w każdej polskiej gminie funkcjonować
będzie przynajmniej jedna biogazownia rolnicza.
Moc pojedynczej instalacji wahać się będzie od 0,7
MW do 3 MW.
Wstępnie przewiduje się, że
łączna moc biogazowni
rolniczych do 2020 r. wyniesie
od 2 do 3 tys. MW
Program Innowacyjna Energetyka -Ergetyka –
Rolnictwo Energetyczne
KOLEKTORY SŁONECZNE
Ze względu na fizyko-chemiczną naturę procesów energetycznych
promieniowania słonecznego na powierzchni Ziemi wyróżnić można
trzy podstawowe i pierwotne rodzaje konwersji:
 konwersję fotochemiczną energii promieniowania słonecznego
prowadzącą dzięki fotosyntezie do tworzenia energii wiązań
chemicznych w roślinach w procesach asymilacji
 konwersję fototermiczną prowadzącą do przetworzenia energii
promieniowania słonecznego na ciepło
 konwersję fotowoltaiczną prowadzącą
do przetworzenia energii
promieniowania słonecznego
w energię elektryczną.
Średnioroczne sumy usłonecznienia, godz./rok
dla reprezentatywnych rejonów Polski
Średnioroczne sumy usłonecznienia na
jednostkę powierzchni poziomej w kWh/m2/rok
Wykorzystanie kolektorów słonecznych
W warunkach Polski, szczególną przydatność
kolektory słoneczne wykazują dla podgrzewania
ciepłej wody użytkowej, a także wody basenowej.
Najkorzystniejszym okresem dla pracy kolektorów
słonecznych jest przedział roku od kwietnia do
października. Pokrycie potrzeb ciepła dla
podgrzewania wody użytkowej
może wówczas sięgać 100%,
a kocioł grzewczy może
całkowicie wyłączać się
z pracy.
Rodzaje kolektorów
Wyróżnia się dwa podstawowe rodzaje kolektorów
słonecznych: płaskie i próżniowe.
Kolektory słoneczne płaskie składają się z
absorbera wykonanego najczęściej z metalowej
płyty, pokrytej powłoką o specjalnych
własnościach optycznych, pokrywy szklanej,
rurociągu cieczowego i odpowiednio zaizolowanej
obudowy
Kolektory słoneczne próżniowe - rurowy kolektor
próżniowy z rurką cieplną to najbardziej
zaawansowany produkt techniki solarnej.
Zbudowany jest z kilkunastu lub kilkudziesięciu
rur próżniowych wsuniętych w przepływowy
wymiennik ciepła.
Kolektor słoneczny z absorberem tytanowym
Kolektory rurowe- próżniowe
W rurkach ciepła znajduje się łatwo odparowywująca ciecz ( temperatura
wrzenia 30 °C), która przy ogrzewaniu rur przez słońce zaczyna parować i
para konwekcyjnie przechodzi do końcówki rury (kondensatora), umiejscowionej
w kanale zbiorczym będącym wymiennikiem ciepła. Kolektory tego typu są
sprawniejsze o 30% w stosunku do kolektorów płaskich
Jaki klektor wybrać?
Dużą zaletą kolektorów próżniowych są
wysokie temperatury uzyskiwane przez
czynnik grzewczy.
Temperatury rzędu 150 oC mogą posłużyć
do ogrzewania wody, ale także do
produkcji pary technologicznej.
Kolektory próżniowe są
zdecydowanie wydajniejsze
i nowocześniejsze,
niestety także droższe.
Zestaw solarny dla 3 osób
W skład zestawu wchodzą:
 kolektor próżniowy "heat
pipe" - 20 rur
 zbiornik 200L, z dwiema
wężownicami (ogrzewany
również piecem)
 kontroler pracy
urządzenia
 pompa cyrkulacyjna
zawór
bezpieczeństwa
 naczynie rozprężne
Kolektory skupiające
Różne wykorzystanie kolektorów
Kolektory powietrzne
Kolektory słoneczne powietrzne powoli powracają do
łask. Dawniej stosowane – proste, wykonane
sposobem gospodarskim, do podsuszania płodów
rolnych zastępowane są nowoczesnymi produktami
komercyjnymi.
PRODUCENCI KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH
Na polskim rynku działa obecnie około 40
krajowych producentów kolektorów słonecznych
oraz centralnych przedstwicielstw producentów
zagranicznych oferujących urządzenia lub gotowe
systemy produkowane
w innych krajach.
NA CO ZWRACAĆ UWAGĘ PRZY WYBORZE
KOLEKTORA:
1) wykonanie kolektorów: czy jest dostosowane do polskich lub trudniejszych warunków klimatycznych
2) wytrzymałość mechaniczna: w niektórych strefach klimatycznych gdzie występuje grad i podobne zakłócenia
atmosferyczne.
3) łatwość samooczyszczenia (śnieg, kurz)
4) zabezpieczenie i rodzaj absorbera: czy absorber jest zabezpieczony przed niszczącym wpływem wilgoci oraz
kurzu? (czy znajduje się w szczelnej obudowie?)
5) wydajność energetyczna (cieplna) w odniesieniu do powierzchni kolektora
6) ilość produkowanej ciepłej wody w poszczególnych porach roku
7) temperatura rozruchu (temperatura parowania płynu w rurce ciepła)
8) moc kolektora przy różnym nasłonecznieniu oraz w różnych temperaturach otoczenia
9) długość gwarancji oraz czas eksploatacji bez zmniejszenia wydajności
10) kontrola jakości: czy jakość wszystkich kolektorów jest na bieżąco kontrolowana (np. ISO 9001:2000) czy
może są one kontrolowane tylko wyrywkowo?
11) odporność konstrukcji wsporczych na korozję (w końcu zestaw ma funkcjonować przez wiele lat)
12) czas realizacji zamówienia
13) dostępność części zamiennych
14) sterowniki: czy regulują obroty pompy solarnej, czy zabezpieczają zasobniki przed przegrzaniem?
15) zasobniki (zbiorniki): jaką mają odporność na wysokie temperatury?
Ogniwa fotowoltaiczne
Podstawowy przyrząd elektronowy używany do zamiany energii
słonecznej na elektryczną za pomocą efektu fotowoltaicznego,
nazywany jest ogniwem fotowoltaicznym lub słonecznym.
Uformowany jest on w materiale półprzewodnikowym, w którym
pod wpływem absorpcji promieniowania powstaje napięcie na
zaciskach przyrządu. Po dołączeniu obciążenia do tych
zacisków płynie przez nie prąd elektryczny.
Najpowszechniejszym materiałem używanym do produkcji ogniw
jest krzem.
Typowe ogniwo fotowoltaiczne jest to płytka półprzewodnikowa
z krzemu krystalicznego lub polikrystalicznego, w której
została uformowana bariera potencjału np. w postaci złącza
p-n. Grubość płytek zawiera się w granicach 200 - 400
mikrometrów. Na przednią i tylnią stronę płytki naniesione są
metaliczne połączenia, będące kontaktami i pozwalające płytce
działać jako ogniwo fotowoltaiczne
Zasada działania ogniw fotowoltaicznych
ENERGIA WIATRU
Wiatr jest zjawiskiem powszechnym i
wykorzystywanym przez ludzi na ich użytek już od
tysięcy lat.
Przed pojawieniem się maszyn parowych był
głównym motorem rozwoju przemysłowego.
Szacuje się, że globalny potencjał energii wiatru
jest równy obecnemu zapotrzebowaniu na energię
elektryczną
Strefy korzystności
Wyróżnia się
pięć klas
korzystności dla
energetyki
wiatrowej:
I - wybitnie
korzystna
II - korzystna
III - dość
korzystna
IV - niekorzystna
V - wybitnie
niekorzystna
Strefy korzystności
Małe turbiny wiatrowe
Małe turbiny wiatrowe przetwarzają energię kinetyczną
wiatru w prąd elektryczny za pomocą układu wirnikgenerator. Popularnie zwane wiatrakami są produkowane w
różnych wariantach, jednak najpopularniejszym
rozwiązaniem jest turbina o osi
poziomej z łopatkami wykonanymi
z profili podobnych do tych
stosowanych w lotnictwie.
Moc przydomowych elektrowni
wiatrowych wynosi zazwyczaj
od 300W do 5KW, przy czym
ocenia się turbina o mocy 3KW
może pokryć całkowite roczne
zapotrzebowanie na energię
elektryczną średniej wielkości domu.
Turbiny o pionowej osi obrotu
Zalety turbin o pionowej osi obrotu to:
 jednakowa praca niezależna od kierunku wiatru;
 łatwy montaż;
 cicha praca nawet przy maksymalnej prędkości obrotowej;
 odporność na silny wiatr;
 odporność w warunkach zimowych na okrycie
szronem i śniegiem;
 bezobsługowa praca zespołu
prądotwórczego
 niska cena w porównaniu klasycznymi
wiatrakami o poziomym układzie osi
obrotu (koszt elektrowni o mocy 2-3 kW
wynosi około 10,5 tys. zł)
PRZYDOMOWA ELEKTROWNIA WIATROWA 4 kW
Moc
znamionowa
4 KW
Średnica
wirnika
3,5 m
Wirnik
3 łopaty
Prądnica
generator
synchroniczny
trójfazowy, prąd
przemienny
Nominalna
prędkość
wiatru
12 m/s
Masa gondoli z
wirnikiem
ok. 80 kg
Ustawianie do
wiatru
ster kierunkowy
długość 2,4 m.
Cena elektrowni: 15.500,00 zł netto.
Zintegrowane elektrownie wiatrowe
Często mała turbina wiatrowa działa w połączeniu z
zestawem ogniw fotowoltaicznych tak aby
zminimalizować wahania w ilości
dostarczanej energii. Głównymi
składnikami systemu są
wtedy: źródło energii
odnawialnej oraz inwerter
dostosowujący wyprodukowaną
energię do parametrów
wymaganych przez sieć,
czyli w polskich warunkach:
230V i 50 Hz
Farmy wiatrowe
Elektrownie wiatrowe pracują ok. 1500 - 2000
godzin rocznie, tj. trzykrotnie krócej niż siłownie
konwencjonalne i atomowe. Zatem aby
wyprodukować tyle samo energii elektrycznej co
jedna duża siłownia klasyczna potrzeba ok. 3000
elektrowni wiatrowych o mocy 1 MW.
W niektórych krajach
budowane są elektrownie
wiatrowe składające się
z wielu ustawionych blisko
siebie turbin – tzw.
farmy wiatrowe.
Stan w 2008 R
1. Dąbrowa
220kW
2. Nowogard 225 kW
3. Zagórze
30 MwW
4. Jagniątkowo 30,6 MW
5. Tymień
50 MW
6. Cisowo
18 MW
7. Barzowice
5 MW
8. Zajączkowo 90 MW
9. Zwarcienko 320 kW
10. Strarbienino 250 kW
11. Lisewo
10,8 MW
12. Lisewo
150 kW
13. Połczyno 1,6 MW
14. Swarzewo 1,2 MW
15. Puck
22 MW
16. Bogatka
850 kW
17. Malbork
18 MW
18. Kisielice 40,5 MW
19. Wrocki
160 kW
20. Kłonowo 450 kW
21. Zagorzyce 750 kW
22. Sokoły
600 W
23. Kramsk
750 kW
24. Kwilicz
160 kW
25. Sosnowiec 160 kW
26. Słup
160 kW
27. Kamieńsk 30 MW
28. Rembertów 20 kW
29. Chwałowice 300kW
30. Mielec
250 kW
31. Zawoja
16 kW
32. Rytro
160 kW
33. Pielgrzymka 150 kW
34. Sieniawa
600 kW
35. Wróblik
320 kW
36. Wiżajny
600 kW
ENERGIA WODY
Energetyka wodna wykorzystuje potencjał
grawitacyjny cieków wodnych.
Jest ona w Polsce wykorzystywana w niewielkim
stopniu ponieważ wykorzystuje ten potencjał
zaledwie w 11%, co stawia nas na ostatnim miejscu
w Europie
Mała elektrownia wodna
Mała elektrownia wodna (MEW) – o mocy
zainstalowanej poniżej 5 MW.
To kryterium stosuje się w Polsce oraz
większości państw Europy zachodniej, poza
krajami skandynawskimi, Szwajcarią i
Włochami, gdzie za "małe" uznaje się
elektrownie do 2 MW.
Małe ektrownie wodne
Wyróżnia się trzy podstawowe warianty eksploatacji MEW:
współpraca hydrozespołu wyłącznie z siecią państwową:
W układzie tym elektrownie pracują równolegle z siecią
energetyczną, która decyduje o wielkości napięcia i
częstotliwości.
praca samotna hydrozespołu na wydzieloną sieć
energetyczną, zwaną często siecią lokalną; zadaniem
elektrowni jest zasilanie odbiorców nie posiadających innego
źródła energii elektrycznej; praca MEW w tym układzie
charakteryzuje się dużą zmiennością obciążenia w czasie.
współpraca z państwową siecią energetyczną oraz
rezerwowe zasilanie wydzielonego sektora sieci lokalnej w
przypadku braku napięcia w sieci państwowej.
Zalety małych elektrowni wodnych






nie zanieczyszczają środowiska i mogą być instalowane w
licznych miejscach na małych ciekach wodnych,
mogą być zaprojektowane i wybudowane w ciągu 1-2 lat,
wyposażenie jest dostępne powszechnie, a technologia
dobrze opanowana,
mogą być wykonywane przy użyciu miejscowych materiałów i
siły roboczej, a ich prostota techniczna powoduje wysoką
niezawodność oraz długą żywotność,
nie wymagają licznego personelu i mogą być sterowane
zdalnie,
rozproszenie w terenie skraca odległość przesyłu energii i
zmniejsza związane z tym koszty,
mają korzystny wpływ na środowisko naturalne oraz
możliwość znacznego obniżenia kosztu produkcji energii
elektrycznej w małych elektrowniach wodnych,
Wady małych elektrowni wodnych





mogą mieć niekorzystny wpływ na żyzność gleb w
obszarze nadrzecznym,
mogą mieć ujemny wpływ na lokalne warunki
klimatyczne, powodując powstawanie mgieł,
przegrodzenie koryta rzeki często prowadzi do
zamulenia zbiornika i erozji brzegów,
może nastąpić pogorszenie warunków
samooczyszczania się płynących wód i
zmniejszenia zawartości w nich tlenu, utrudnienia
swobodnego ruchu ryb,
następuje ogólny spadek temperatur, ochłodzenie
w okresie wiosenno-letnim i ocieplenie w zimowojesiennym,
Lokalizacja dużych elektrowni wodnych w Polsce
Największe elektrownie
wodne w Polsce to:
 Żarnowiec o mocy 716
MW,
 Porąbka-Żar o mocy
550 MW,
Włocławek o mocy 162
MW,
 Żydowo o mocy 152
MW,
 Solina o mocy 137
MW.
Mapa małych elektrowni wodnych w Polsce
ENERGIA GEOTERMALNA
Energia geotermalna jest obecna praktycznie w każdym
zakątku Ziemi. Jednak jej wykorzystanie nie zawsze jest
możliwe ze względu na skład chemiczny wody, problemy
techniczne lub finansowe, pomimo iż potencjał geotermalny
jest 380.000 razy większy niż całkowite roczne zużycie
energii pierwotnej na świecie.
Wody geotermalne występują na głębokości do kilku do
kilkunastu kilometrów pod powierzchnią, jednak ich wydobycie
jest ograniczone- dotychczas najgłębszy otwór sięga ok. 8 km
wgłęb Ziemi, a wydobycie wód jest ekonomicznie opłacalne do
3 km wgłęb ziemi- tu temperatury osiągają do nawet 200
stopni Celsjusza, gdzie woda występuje pod postacią gorącej
pary.
POMPY CIEPŁA
Działanie typowej najprostszej pompy ciepła
przypomina więc lodówkę. W lodówce ciepło jest
odbierane z wewnątrz ( tam znajduje się dolne
źródło ciepła i następuje odparowanie czynnika
chłodzącego) i odprowadzane do pomieszczenia
(tu znajduję się skraplacz i ciepło jest uwalniane
do otoczenia). Podobnie w pompie ciepła: ciepło
jest odbierane od gruntu,
który się ochładza a
następnie oddawane w
pomieszczeniu, w którym
znajduje się skraplacz.
Systemy grzewcze z pompami ciepła
Woda
Grunt
Powietrze
Czynniki wpływające na efektywność pompy ciepła






Typ pompy ciepła
Rodzaj dolnego źródła i jego dostępność
Parametry źródła górnego
Straty ciepła na wymiennikach
Straty ciepła na czynnikach
pośredniczących
Ilość urządzeń pomocniczych: pompy,
wentylatory, zbiorniki akumulacyje
KONTAKT
Centrum Doradztwa Rolniczego
w Brwinowie Oddział w Radomiu
26-600 Radom
Ul.Chorzowska 16/18
Tel; (048) 36 56 937
E-mail: [email protected]
DZIĘKUJĘ