BIULETYN WDROśEŃ - Czystsza Produkcja GIG Katowice

BIULETYN WDROśEŃ
CZYSTSZEJ PRODUKCJI
Egzemplarz bezpłatny
3/2013 (48)
Motto: Ziemi nie odziedziczyliśmy po naszych przodkach, Ziemię wypoŜyczyliśmy od naszych wnuków
SPIS TREŚCI
Potencjał hydroenergetyczny świata
1. Potencjał hydroenergetyczny świata
Wiele państw na świecie wykorzystuje energię wody do
2. Koszty budowy biogazowni rolniczych
produkcji energii elektrycznej. Główną zaletą energii
w Polsce
wodnej jest jej odnawialność, poza tym energia wodna
powszechnie uwaŜana jest za czyste i przyjazne środowisku źródło energii, którego historia
wykorzystania liczy sobie kilka tysięcy lat. Ekolodzy coraz częściej sygnalizują, Ŝe zbiorniki zaporowe w
zaleŜności od panujących warunków lokalnych (ilości zalegającej i rozkładającej się materii organicznej,
temperatury) mogą przyczyniać się do zwiększenia emisji metanu. Elektrownie wodne charakteryzują się
niskimi kosztami eksploatacyjnymi oraz długim okresem uŜytkowania. DuŜe instalacje
hydroenergetyczne są projektowane w sposób szczególny, z uwzględnieniem uwarunkowań
środowiskowych, takich jak np. zagroŜenie migracji ryb, zniekształcenie rzeźby terenu, naturalnego
układu koryta cieku wodnego. Największe zbiorniki świata spełniają jednocześnie kilka funkcji, łącząc
zastosowanie energetyczne z przeciwpowodziowym i/lub zaopatrzeniem pobliskich terenów w wodę. W
Polsce wykorzystuje się energię przepływu rzek, na świecie korzysta się równieŜ z energii mechanicznej
oceanów. W pierwszym przypadku energia kinetyczna i potencjalna wody zamieniana jest w energię
elektryczną, w drugim przypadku wykorzystuje się
ruchy masy wody wywołane pływami (przypływy i
45%
40%
odpływy), falowaniem i róŜnicami gęstości.
ia
Po
zo
st
ał
e
or
we
g
os
ja
N
R
SA
U
Br
az
yl
ia
Ka
na
da
C
hi
ny
35%
30%
25%
20%
15%
10%
5%
0%
Świat
Światowy potencjał hydroenergetyczny moŜliwy do
wykorzystania wynosi 14280 TWh/rok. W 2010 roku
światowe zasoby energii wodnej wykorzystano
w 24%. Światowym liderem w hydroenergetyce są
Chiny. Na kolejnych pozycjach klasyfikują się:
Brazylia, Kanada, USA, Rosja i Norwegia (rys. 1).
Największą hydroelektrownią na świecie pod
względem mocy jest tzw. Zapora Trzech Przełomów
w Chinach, o mocy maksymalnej 22,5 GW.
Europa
Największy potencjał hydroenergetyczny Europy
stanowi rzeka Dunaj (40 GW), następnie Półwysep Skandynawski (37 GW) i Pirenejski (26,5 GW).
W 2010 roku elektrownie wodne w Europie wyprodukowały blisko 20% całkowitej energii elektrycznej
pochodzącej z tego źródła. Na szczególną uwagę zasługuje Norwegia, która 95% energii elektrycznej
wytwarza w elektrowniach wodnych. W 2010 roku wykorzystano w tym kraju 117,9 TWh energii
wyprodukowanej w elektrowniach wodnych, uzyskując w ten sposób 3,4% udział w produkcji światowej.
We Francji ponad połowa elektrowni wodnych wykorzystuje energię rzek, potencjał hydroenergetyczny
rzek wykorzystywany jest w ponad 90%. Udział energii elektrycznej z elektrowni wodnych w tym kraju
stanowi 11%. Teoretyczny potencjał niemieckiej hydroenergetyki umoŜliwia produkcję 120 TWh energii
elektrycznej rocznie. Potencjał techniczny szacowany jest na 25 TWh/rok, zaś moŜliwości ekonomicznie
uzasadnione na 20 TWh/rok. Niemcy wykorzystują zasoby wodne w 70%. Dla porównania Polska
wykorzystuje potencjał hydroenergetyczny w około 25%. Największe moŜliwości hydroenergetyczne
uzasadnione ekonomicznie posiada Szwecja.
Rys. 1. Hydroenergetyka na świecie, 2010
GŁÓWNY INSTYTUT GÓRNICTWA Zakład Oszczędności Energii i Ochrony Powietrza
Krajowe Centrum WdroŜeń Czystszej Produkcji
Plac Gwarków 1, 40-166 Katowice
tel.: 32 259 21 38. e-mail: [email protected] http://cp.gig.eu
Opracowanie biuletynu: Joanna Krzemień, Piotr Krawczyk Redakcja i skład: Jacek Boba
Biuletyn dofinansowano ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej
Polska
Krajowy potencjał hydroenergetyczny w stosunku do wielkości zapotrzebowania na energię elektryczną
jest nieznaczny. Polska nie posiada dobrych warunków hydrogeologicznych, jest krajem o niewielkich
spadkach terenu, duŜej przepuszczalności gruntów oraz niezbyt
Lp.
Elektrownia
Moc, [MW] korzystnych warunkach klimatycznych (m.in. słabych opadach
1.
śarnowiec
716
atmosferycznych). Zasoby hydroenergetyczne Polski szacuje się
2.
Porąbka-śar
550
w skali roku na poziomie 23 TWh. Ze względów technicznych są
3.
Solina
200
one moŜliwe do wykorzystania w połowie tj. około 12 TWh/rok,
4.
Włocławek
162
z czego 77,6% przypada na dorzecze Wisły, 20,1% na dorzecze
Odry, pozostały udział przypada na rzeki Pomorza. W Polsce
5.
śydowo
150
funkcjonuje duŜa liczba tzw. małych elektrowni wodnych
6.
Niedzica
92,6
(MEW), czyli obiektów wodnych o mocy do 5 MW. Według
7.
Dychów
79,5
szacunkowych danych obecnie zarejestrowanych jest 516 MEW,
8.
RoŜnów
50
z czego znaczna część naleŜy do właścicieli prywatnych.
9.
Koronowo
25
Techniczne
zasoby małych elektrowni wodnych wynoszą około
10.
Tresna
21
1,7 TWh/rok. ZuŜycie energii elektrycznej pochodzącej
Tabela 1. Główne elektrownie wodne z elektrowni wodnych w Polsce w roku 2010 wyniosło 3,5 TWh.
w Polsce
W Polsce funkcjonują następujące typy elektrowni wodnych:
- elektrownie przepływowe - w których praca odbywa się w
Udział
sposób ciągły (24 h/dobę) na przepływie naturalnym,
Produkcja
produkcji
- elektrownie przyzbiornikowe – praca szczytowa na przepływie
energii w
energii
Rok elektrowniach
naturalnym,
elektrycznej
wodnych
- elektrownie przyzbiornikowe z dopompowaniem – praca
wodnej w
[GWh]
szczytowa na przepływie naturalnym i sztucznym,
KSE [%]
- elektrownie pompowe – praca szczytowa i interwencyjna na
1990
3300
2,4
przepływie sztucznym.
1995
3780
2,7
Elektrownie pompowe pobierają energię z sieci na
2000
3967
2,7
przepompowanie wody z dolnego zbiornika w okresie małego
2005
3528
2,2
obciąŜenia systemu energetycznego. Energia jest oddawana w
2010
3155
1,9
godzinach obciąŜeń szczytowych, wykorzystując zgromadzoną
Tabela 2. Udział elektrowni wodnych
energię potencjalną wody do produkcji energii elektrycznej. Do
w Krajowym Systemie Elektrogrupy krajowych elektrowni pompowych zaliczany elektrownie:
energetycznym (KSE)
śarnowiec, Porąbka – śar i śydowo. Elektrownie pompowe nie są zaliczane do odnawialnych źródeł
energii, poniewaŜ do tej grupy zalicza się jedynie produkcję energii elektrycznej w elektrowniach na
dopływie naturalnym. Wskaźnik potrzeb własnych elektrowni wodnych na dopływie naturalnym wynosi
0,7%. Największą w Polsce elektrownia wodną jest elektrownia śarnowiec (szczytowo-pompowa) o
mocy 716 MW. Największy polski zbiornik, poniŜej którego znajduje się elektrownia wodna o mocy 200
MW znajduje się w Solinie na rzece San (tabela 1).
Światowe zapotrzebowanie na energię elektryczną jest pokrywane głównie przez elektrownie zasilane
paliwem konwencjonalnym lub jądrowym, a energia pochodząca z elektrowni wodnych stanowi
uzupełnienie w pokryciu zapotrzebowania energetycznego (tabela 2). Zalety elektrowni wodnych, takie
jak: moŜliwość szybkiego uruchamiania i zatrzymywania
turbozespołów oraz wyrównania obciąŜenia elektrowni
konwencjonalnych, a takŜe wykorzystanie odnawialnego
źródła energii w postaci naturalnego przepływu rzek
powodują, Ŝe są one cennym źródłem energii, a ich rola w
systemie energetycznym jest istotna. (JK)
Rys. 2. Elektrownia wodna Porąbka
Materiały źródłowe:
• Praca zbiorowa, Odnawialne i niekonwencjonalne źródła energii,
Tarbonus Sp. z o.o., Kraków – Tarnobrzeg, 2008
• Statystyka Elektroenergetyki Polskiej 2010, Agencja Rynku Energii S.A.,
Warszawa 2011
• Leszczyński T., Hydroenergetyka w Unii Europejskiej, Biuletyn Urzędu
Regulacji Energetyki, nr 6/2009
• http://www.bp.com, ● http://www.stat.gov.pl/gus, ● http://pl.wikipedia.org
2
Koszty budowy biogazowni rolniczych w Polsce
Wprowadzenie
Produkcja energii elektrycznej i ciepła z biogazu to źródło odnawialnej, przyjaznej środowisku energii.
Przyczynia się ona do ochrony nieodnawialnych zasobów paliw kopalnych (węgiel, gaz ziemny, ropa
naftowa) oraz do ochrony atmosfery przed gazami cieplarnianymi: zarówno poprzez ograniczenie emisji
CO2, jak i metanu pochodzącego z rozkładu niezagospodarowanej biomasy (odchody zwierząt, odpady
organiczne z rolnictwa). Potencjał cieplarniany metanu jest ok. 21 razy większy od potencjału CO2.
Biogaz pozyskiwany z rolnictwa oraz przetwórstwa odpadów spoŜywczych ma jednak w Polsce nadal
skromny udział w bilansie energetycznym kraju. Według danych Agencji Rynku Rolnego (organ
prowadzący rejestr przedsiębiorstw energetycznych zajmujących się wytwarzaniem biogazu rolniczego w
Polsce) w roku 2011 wyprodukowano w naszym kraju 36,64 mln m3 biogazu rolniczego, który następnie
przetworzono w 73,43 GWh energii elektrycznej i 82,63 GWh energii cieplnej. Stanowiło to zaledwie ok.
1,7% udziału w ogólnym bilansie pozyskania energii ze źródeł odnawialnych. Krajowy potencjał biogazu
rolniczego oceniany na podstawie wielkości areału uprawnego i dostępności odpadów z rolnictwa,
porównywalny jest z potencjałem niemieckim. Niemcy są europejskim liderem w produkcji biogazu
rolniczego. Jednak produkcja energii pierwotnej z biogazu ze źródeł rolniczych jest w Polsce, w
porównaniu z produkcją tego rodzaju energii w Niemczech kilkaset razy mniejsza. Wynika to między
innymi z wysokości nakładów inwestycyjnych niezbędnych do uruchomienia biogazowni rolniczej i
zapewnienia jej źródeł surowców do produkcji.
Ogólna klasyfikacja biogazowni rolniczych pod względem wielkości nakładów inwestycyjnych
Wysokość nakładów związanych z budową biogazowni rolniczej zaleŜy od lokalizacji, technologii,
doboru substratów i przede wszystkim wielkości biogazowni. Jednak krajowe i zagraniczne
doświadczenia wskazują, Ŝe w przypadku biogazowni rolniczych działają zasady ekonomiki skali.
Oznacza to, Ŝe jednostkowe nakłady inwestycyjne rosną lub maleją wraz ze zmianą mocy instalacji.
Analizując jednostkowe nakłady inwestycyjne, moŜna dokonać podziału biogazowni rolniczych na
cztery grupy, w zaleŜności od ich wielkości:
- mikrobiogazownie:
poniŜej 100 kWel,
- małe biogazownie:
100÷500 kWel,
- średnie biogazownie:
500÷1000 kWel,
- duŜe biogazownie:
powyŜej 1000 kWel.
Średnie i duŜe biogazownie
Doświadczenia inwestorów z polskiego rynku wykorzystujących własne technologie wskazują, Ŝe
jednostkowe nakłady na budowę biogazowni rolniczych kształtują się na poziomie 8 ÷ 12 mln zł
netto/MWel mocy zainstalowanej. Natomiast deweloperzy wdraŜający w Polsce technologie zagraniczne
(głównie niemieckie) szacują nakłady inwestycyjne na poziomie 18 ÷ 21 mln zł netto/MWel na budowę
1 MWel mocy zainstalowanej.
Najistotniejszy element nakładów inwestycyjnych na budowę biogazowni tej wielkości stanowią wydatki
na dwa podstawowe elementy: budowę komór fermentacyjnych oraz zakup agregatów kogeneracyjnych.
Elementy te stanowią łącznie ok. 40% całkowitych nakładów inwestycyjnych – po ok. 20% kaŜdy.
Małe biogazownie i mikrobiogazownie
W przypadku mikrobiogazowni i małych biogazowni brak jest aktualnie wiarygodnych informacji
o rynku w Polsce. Dlatego dla mikrobiogazowni oraz małych biogazowni (poniŜej 500 kWel)
zaprezentowano wartości wskaźników na podstawie danych z rynku biogazowni w Niemczech.
Informacji z rynku niemieckiego nie moŜna w bezpośredni sposób przełoŜyć na warunki polskie, gdyŜ
niemiecki rynek urządzeń i usług w branŜy biogazu rolniczego, w przeciwieństwie do polskiego, jest
bardzo rozwinięty. A im więcej klientów, tym marŜe, a co za tym idzie równieŜ ceny jednostkowe są
niŜsze. Z tego względu szacuje się, Ŝe dla takiej samej wielkości małej biogazowni w Polsce nakłady
inwestycyjne mogą być nawet kilkukrotnie wyŜsze niŜ w Niemczech. RównieŜ w przypadku małych
biogazowni działa ekonomia skali. Jednostkowa wysokość nakładów maleje wraz ze zmianą wielkości
instalacji, czyli jednostkowe nakłady inwestycyjne na budowę małej biogazowni będą znacznie wyŜsze,
niŜ na budowę biogazowni duŜej. PowyŜszą zaleŜność, na bazie danych z rynku niemieckiego,
przedstawiono na rysunku 1.
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
55 kWel
420 m3
75 kWel
480 m3
150 kWel
1500 m3
220 kWel
3300 m3
0
330 kWel
2400 m3
500
500 kWel
3000 m3
Koszt jednostkowy [EUR/kWel]
4500
Moc, objętość komory
Rys. 1. Jednostkowe nakłady inwestycyjne na budowę biogazowni rolniczych
Pogląd na faktyczny poziom nakładów inwestycyjnych na budowę biogazowni rolniczych w Polsce daje
analiza parametrów technicznych oraz nakładów inwestycyjnych konkretnych inwestycji w tym zakresie.
W tabeli 1 zestawiono podstawowe dane inwestycyjno-techniczne wybranych biogazowni
zrealizowanych, bądź będących w trakcie realizacji w naszym kraju.
Tabela 1. Dane inwestycyjno-techniczne wybranych biogazowni w Polsce
Jednostkowe
Jednostkowe
Moc
Moc
Moc
Moc
nakłady
nakłady
Biogazownia elektryczna cieplna
Biogazownia elektryczna cieplna
inwestycyjne
inwestycyjne
[MW]
[MW]
[MW]
[MW]
[tys. zł/kWel]
[tys. zł/kWel]
Studzionka
0,03
40
13,3
Krzepice
0,4
0,4
37,5
Koczała
2,1
2,2
7,9
Liszkowo
2,1
2,4
9,5
Nacław
0,625
0,698
15,2
Brzeźnica
1,0
1,1
10,0
Skrzatusz
0,526
0,505
31,0
Przykona
1,9
2,1
14,5
GiŜe
1,06
1,1
18,1
Rzeczyce
2,0
2,2
7,5
Zajdy
1,06
1,1
18,5
Grabowiec
0,5
0,5
24,6
Szarlej
3,2
3,3
20,3
Hieronimowo
1,2
1,35
15,3
Buczek
1,7
1,8
16,8
Mełno
1,6
1,65
16,6
Nowe Borza
1,0
1,1
17,0
Starogard Gd.
1,5
1,7
13,3
SkarŜyn
1,56
1,7
12,9
Konopnica
1,99
2,01
13,9
Jaromierz
1,0
1,0
13,4
Zalesie
2,0
2,1
15,0
Czerkasy
1,5
1,6
12,4
śórawina
2,0
2,1
9,4
Gajewo
0,76
0,76
16,4
Grzmiąca
1,6
1,6
12,5
Jak wynika z powyŜszej tabeli jednostkowe nakłady inwestycyjne zawierają się w przedziale od 7,5 do
37,5 tys. zł/kWel. Porównując obiekty o podobnej wielkości moŜna stwierdzić, Ŝe w Polsce nakłady
inwestycyjne na budowę biogazowni są nawet 5- krotnie wyŜsze, niŜ w Niemczech. (PK)
Materiały źródłowe:
• http://www.arr.gov.pl, http://www.nfosigw.gov.pl
• Curkowski A., Mroczkowski P., Oniszk-Popławska A., Wiśniewski G.: Biogaz rolniczy – produkcja i wykorzystywanie. Mazowiecka
Agencja Energetyczna: Warszawa 2009 r.
• Główny Urząd Statystyczny: Energia ze źródeł odnawialnych w 2011 roku. Warszawa 2012 r.
• Instytut Energetyki Odnawialnej: Przewodnik dla inwestorów zainteresowanych budową biogazowni Rolniczych. 2011 r.
4