Henryk DĘBICKI1, Marcin NOWAK2

Henryk DĘBICKI
1
CENTRUM EKOENERGII sp. z o.o.
Ul. Sikorskiego 18
66-100 Sulechów
Tel. 0399 099 765
Rozproszona energetyka oparta o Odnawialne Źródła Energii, a
może energetyka jądrowa? Co zrobić z odpadów?
Streszczenie. Referat dotyczy wybranych aspektów wykorzystania biomas do produkcji energii elektrycznej w rozproszonych systemach zasilania, w
szczególności zastosowanie biowęgla w Odnawialnych Źródłach Energii OZE. Przedstawiono schemat systemu rozproszonej energetyki
biowęglowej. Omówiono ogólne zasady decydujące o ochronie klimatu i oszczędzania kopalnych zasobów energetycznych z zastosowaniem
biowęgla.
Słowa kluczowe: biomasa, zasilanie alternatywne, odnawialne źródła energii, biowęgiel
Key words: biomass, alternative power supply, recyclable energy sources, biocarbon.
Przyjęto,
że
dla
zrównoważenia
potencjału
energetycznego naszego kraju w najbliższej przyszłości
potrzeba nam wymienić urządzenia w co drugiej
elektrowni i zwiększyć zasobność energetyczną o 50%.
Mamy ponadto zwiększyć OZE do 20%, wprowadzić
powszechne systemy oszczędzania energii o 20%,
ponadto wdrożyć technologie zmniejszające emisję
CO2, a do tego dochodzi jeszcze zwiększenie udziału
biopaliw. Na to wszystko nakłada się powszechna recesja
spowodowana kryzysem finansowym.
Jak tego dokonać? Jest kilka sposobów wynikających
ze specyfiki naszego kraju.
Najłatwiej, oddać sprawy fachowcom z wielkiej
energetyki. Propozycja realizacji powyższych celów
możliwa, ale koszty tej operacji są największe, według
niektórych sięgające 500% zwyżce cen.
Można też oddać część tego zadania lokalnym
podmiotom gospodarczym. Tam gdzie rzeczywista
władza wykonawcza znajduje się w rękach samorządu,
konkretnie to w rękach włodarzy miast i gmin. Jeżeli jest on
silną władzą i ma za sobą samorząd, albo góruje nad nim
rozsądkiem w podejmowaniu najlepszych dla rozwoju swej
społeczności decyzji, to sprawa wydaje się jest łatwą i
zrozumiałą. Tam jest najkorzystniejszy klimat wielkiej
akceptacji społecznej. Takim samorządom należy w
pierwszej kolejności przedstawić naszą propozycję.
Jak
doprowadzić
do
samowystarczalności
energetycznej gmin i miast w oparciu o własne zasoby,
przy
minimalizacji
transportu
zewnętrznego
i
wewnętrznego danej społeczności?
Można tego dokonać poprzez zastąpienie kopalnych
paliw paliwem odnawialnym powstałym z waloryzowanej
biomasy, czyli biowęgla. Biowęgiel nie jest higroskopijny,
posiada kaloryczność roboczą 28MJ/kg i zastępuje
tradycyjną biomasę roślinną. Zaletą dodatkową biowęgla
jest trzyipółkrotne zmniejszenie masy, dwuipółkrotne
energetyczne podniesienie wartości opałowej oraz
obniżenie zawartości siarki, chloru i azotu z 50 do 70 % do
0,01%. Można go produkować z każdej materii zawierającej
węgiel pierwiastkowy. Przy jego produkcji powstaje
nadwyżka energii cieplnej, która daje się regulować w górę
pomniejszając uwęglanie. Ten walor i to, że gorący
biowęgiel może być spalany od razu w małej elektrowni
przyprodukcyjnej, spowoduje, że łatwo zbudujemy
rozproszony system elektroenergetyczny o istotnym udziale
źródeł alternatywnych, odnawialnych [1,2,3]. Tylko takie
systemy pozwalają skutecznie wykorzystywać mechanizmy
rynkowe w różnych aspektach elektroenergetyki. Jest to
najtańsza energia. Dostarczana na poziomie nn. daje 100
zł/MWh, a na poziomie SN 40 zł/MWh oszczędności dla
systemów przesyłowych.
W tym drugim wariancie zyskamy ponadto najtańsze
rozprawienie się z odpadami. W technologii biowęgla
odpad energetyczny nadający się do uwęglenia staje się
materiałem rynkowym i może przynosić dochód dla jego
posiadacza. Cena 25 zł/Mg jest realna, ponadto producent
odpadu uzyska prawo do tańszej energii z lokalnej
elektrociepłowni. Dodatkowo stanie się opłacalnym
produkcja roślin energetycznych do uwęglania i biopaliw.
Jest to kompleksowe rozwiązanie problemu odpadów i
OZE.
Co proponuje się nam zrobić z odpadów?
Plazma- super technologia, ale nie na naszą kieszeń.
Za utylizowany odpad należy zapłacić nawet 1000 zł/Mg.
Spalarnia- za utylizowany odpad należy zapłacić 600
zł/Mg.
Zgazyfikowaniew
instalacjach
makro
energetycznych ponad 30 MW. W krajowym rozwiązaniu
należy ponieść koszt 100 zł/ Mg, dla odpowiedników
zagranicznych nawet 350 zł/Mg.
Jedynie technologia biowęglowa jest najtańsza.
Nie od dzisiaj wiadomo, że najlepszym systemem
energetycznym jest rozproszony, oparty o OZE i z lokalnych
zasobów, który z samej swej natury jest najtańszy, a przy
tym antyterrorystyczny i antykryzysowy. Lokalne OZE jest
UPS-em dla Systemu, a System UPS-em dla lokalnego
OZE. Tą lekcję odrobili już najlepsi.
My stoimy przed tą niepowtarzalną szansą.
Zamiast trwonić cenne pieniądze tylko w wielkiej
energetyce, która i tak będzie zawsze daleko, czyli
kosztowny transport energii- opłaty przesył, ale również
kosztowny transport biomas dla zaspokojenia wskaźnikowej
fikcji, która przekłada się na wzrost cen energii, możemy
postawić na samowystarczalność energetyczną gmin i
miast w oparciu o to, co mamy, czyli paliwa z odpadów i
biomasy pochodzenia roślinnego i zwierzęcego.
Wytwórnia biowęgla z mikroelektrownią jest takim
źródłem. W przyszłości planuje się uzupełnić lokalne centra
energetyczne
bazujące
na
biowęglu
o
ogniwa
fotowoltaiczne, ogniwa paliwowe, wiatraki i inne źródła
energii odnawialnej. Tak jak rozpoczynano z wierzbą
energetyczną i zarobili jedynie producenci sadzonek, tak
popełniono kardynalny błąd z zastosowaniem biopaliw do
transportu. Przecież w naszym kraju istnieje jedynie premia
dla producentów energii elektrycznej zielonej, a taką może
być
energia
z
agregatów
prądotwórczych
wysokoczęstotliwościowych
zlokalizowanych
przy
niestabilnych OZE ( wiatraki i fotoogniwa). Współpraca z
systemem elektroenergetycznym może być przy tym
realizowana poprzez:
a) włączanie tych źródeł w okresach niedoboru
energetycznego,
b) włączanie
ich,
jako
kompensatory
źródeł
nieprzewidywalnych wiatrowych i słonecznych w
okresach niedoboru energetycznego przy osłabieniu
wiatru lub słońca,
Lokalne centra EKOENERGII
Bazując na miejscowych zasobach materialnych i
ludzkich możliwe jest prowadzenie zintegrowanej, jednolitej
polityki opartej na wzajemnie zazębiających się relacjach
biznesowych i społecznych.
Zasadniczym celem tego przedsięwzięcia jest
zaspokajanie potrzeb społecznych w zakresie ochrony
klimatu przy zachowaniu obecnego tempa rozwoju
gospodarczego. Zróżnicowano sektory przedsięwzięcia
według poniższego zestawienia:
1. Przetwórstwo odpadów organicznych: biomasy
roślinnej, biomasy zwierzęcej i innych w tym
odpadów komunalnych na BIOwęgiel (biocarbon).
2. Edukacja energetyczna skierowana na racjonalne i
oszczędne korzystanie z energii.
3. Uruchamianie odnawialnych źródeł energii:
solarnych, wiatrowych, geotermalnych i
gazogeneratorowych.
4. Rozwój budownictwa ekologicznego z ideą
pasywności i aktywności energetycznej domów.
Powyższe jest idealnym kołem zamachowym rozwoju
gospodarki lokalnych społeczności.
Zastosowanie
najnowocześniejszych
metod
oszczędzania energii poprzez regulatory strumienia
oświetlenia, kolektory słoneczne i pasywność i aktywność
energetyczną domów da w efekcie obniżenie zużycia
energii i jej kosztów powyżej 25%.
Podstawą
działania
jest
optymalizacja
wykorzystania zasobów naturalnych w celu aktywizacji
gospodarczej. Jest możliwe, połączenie, ochrony
klimatu i oszczędzanie istniejących kopalnych źródeł
energii, z rozwojem gospodarczym bez zmiany tempa
rozwoju nawet w warunkach recesji i kryzysu.
Zastosowanie biowęgla do wychwytu CO2.
CO2 + NaOH
C+
NaHCO3
+ 50°C
Proces zachodzący w szklarni
CO2
CO2
NaOH
O2
ROŚLINY
SZKLARNIOWE
ELEKTROWNIA
BIOwęgiel jest bardzo tanim węglem aktywnym i
dzięki niemu staje się opłacalnym wychwyt CO2 z instalacji
energetycznych. Gaz zamieniamy w proszek. Jako proszek
łatwo go transportujemy do szklarni rolniczych i tam z CO2
robimy tlen, a węgiel magazynujemy w roślinach.
Najlepiej i najefektywniej, bo z minimalizacją transportu
możemy to zrealizować przy każdej małej elektrociepłowni.
Lokalne elektrociepłownie biowęglowe
Mając lokalnie wyprodukowane super paliwo – biowegiel
o wysokiej sprawności 28 MJ/kg i nowoczesne tanie i łatwe
w obsłudze generatory energii,możemy produkować
energię elektryczną zawsze kiedy mamy zbyt na ciepło.
Mała skala to i łatwiej o zbyt. Ponadto każda taka
elektrociepłownia powinna mieć hybrydową
elektrociepłownię słoneczną, a jak istnieje już sieć gazowa
to hybrydową elektrownię wysokoczęstotliwościową bo
najsprawniejsza w mini skali.
Ogniwa paliwowe węglowe
Biowegiel jest również idealnym tanim paliwem do
ogniw paliwowych średniotemperaturowych o 50%
sprawniejszych od wodorowych. Jeżeli elektrownie z
wodorowymi ogniwami paliwowymi są porównywalne
kosztowo z jądrowymi, to węglowe bezwzględnie są
wydajniejsze i bezpieczniejsze.
SCHEMAT OGNIWA DCFC
Anoda: C + 4OH- → CO2 + H2O + 4eKatoda:
O2 + 2e- → O22O22- + 2H2O + 2e- → 4OH-
Czy stać nas na taką nowoczesność?
Zamiast budowy daleko kosztowniejszych elektrowni
jądrowych, kiedy już dziś wiadomo, że zasoby uranu są na
wyczerpaniu, w rozproszeniu, czyli w najlepszym modelu
energetycznym, przy zastosowaniu paliwa odnawialnego,
jakim jest biowegiel, zbudujmy nowy przyrostowy potencjał
energetyczny. Koszty globalne będą daleko niższe przy
perspektywie niewyczerpywania się zasobów.
Bezwzględnie stać nas na taką nowoczesność.
Korzyści z takiego rozwiązania są kolosalne.
Wnioski:
1. W warunkach Polski możliwe jest utrzymanie
wysokiego tempa rozwoju przy dotrzymaniu
zobowiązań w zakresie ochrony klimatu i
oszczędzania kopalnych źródeł energii.
2. Jednym z najlepszych sposobów zwiększenia
udziału odnawialnych źródeł energii jest
produkcja energii w oparciu o biocarbon i inne
biopaliwa.
3. Możliwe jest obniżenie o 20% zużycia energii
poprzez zastosowanie reduktorów strumienia
oświetlenia reagujących na zmienne naturalne
warunki oświetlenia.
4. Samowystarczalność energetyczna miast i
gmin w warunkach Polski jest możliwa w
oparciu o OZE w systemie rozproszonej
energetyki.
Praca realizowana w ramach projektu badawczego Min.
Nauki i Informatyzacji Nr 4T10A 037 25 pt.
„Energoelektroniczne układy elastycznego sterowania
przepływem mocy w rozproszonych systemach zasilających
prądu przemiennego”
LITERATURA
[1]
M e s s e n g e r R., V e n t r e J., Photovoltaic Systems
Engineering, CRC Press LLC, New York, 2000
[2] B e c k H. P., W e n s k e J., W o l f A., Power Conditioning in
Network with High Wind Energy Systems, Electrical
Engineering, Vol. 81, Nr. 6, 1999, 395-407
[3] C a s a d e i D. et all, Active AC Line Conditioner for a
Cogeneration Systems, in Proc. 8th European Conference on
Power Electronics and Applications - EPE '99 (CD-ROM),
Lausanne, 1999, 10
[4] G h o s h A., L e d w i c h G. Power Quality Enhancement Using
Custom Power Devices, Kluwer Academic Publishers, Boston,
2002
[5] S t r z e l e c k i R. Aktywne układy kondycjonowania energii –
nowa moda czy jakość?, w Materiałach Konferencji
„Nowoczesne urządzenia zasilające w energetyce”, Kozienice
(2002), 1.14-9.14
[6] S t r z e l e c k i R. Aktywne układy kondycjonowania energii –
APC, Przegląd Elektrotechniczny (2002), Nr 2, 196-202
[7] Casadei D., Grandi G., Rossi C., A Parallel Conditioning
Systems with Energy Storage Capability for Power Quality
Improvement in Industrial Plants, in Proc. 8th European
Conference on Power Electronics and Applications - EPE '01
(CD-ROM), Graz, 2001, 8
[8] K r a s B., Układ hybrydowy ogniwa paliwowego z ogniwem
chemicznym do zasilania rozproszonych odbiorników o dużej
dynamice zmian obciążenia. Rozprawa doktorska, Politechnika
Warszawska, 2003, 235
[9] S t r z e l e c k i R., K u k l u k J.: Single phase active power line
conditioners, in Proc. 3-th International Symposium All Electric
Ship Civil or Military - AES 2000, Paris, 2000, 379-384
[10] http://svr.huee.hokudai.ac.jp/friends/
[11] M e c k i e n G., Oszczędnościowe układy kondycjonowania
energii. Rozprawa doktorska, Uniwersytet Zielonogórski, 2003,
134
[12]
Kobyłecki R., Bis Z., Węglowe ogniwo paliwowe –
wysokosprawne źródło czystej energii elektrycznej, Polityka
Energetyczna t. 11 zeszyt 1, ISSN 1429-6675, Wydawnictwo
IGSMiE PAN, Kraków 2008,
[13] Kobyłecki R., Bis Z., Wykorzystanie paliw odnawialnych do
czystej i wysokosprawnej konwersji energii w ogniwach
paliwowych, XX Zjazd Termodynamików, Wrocław 2-6
września 2008,
[14] Kobyłecki R., Bis Z., Autotermiczna Termoliza Jako Efektywna
Technologia Produkcji Czystych i Wysokoenergetycznych
Paliw, Archiwum Spalania vol. 6, nr 1-4, 2006,
[15] Kobyłecki R., Bis Z., Biocarbon – Efektywna Konwersja Energii
ze Źródeł Odnawialnych, Energetyka, czerwiec 2006,
[16] Kobyłecki R., Tchórz J., Bis Z., Densification of Biomass
Energy for Large Scale Co-Combustion, Proc. of the 9th
International Conference on Circulating Fluidized Beds CFB-9
in conjunction with 4th Int. VGB Workshop, Hamburg, Germany,
13–16 May, 2008, ISBN 978-3-930400-57-7,
[17] Dębicki H. "Co możemy zrobić na rzecz ochrony klimatu",
Wiadomości Elektrotechniczne, nr 7/2008 str.3 – 6
Autor: mgr inż. Henryk Dębicki, Krężoły ul. Pszenna 3
66-100 Sulechów,
[email protected]