Zastosowanie Odnawialnych Źródeł Energii w gospodarstwach rolnych

Od lat 90 polityka Unii Europejskiej zmierza w kierunku silnego wspierania rozwoju energetyki odnawialnej. Komisja Europejska zobowiązała wszystkie kraje członkowskie do opracowania ambitnych planów podniesienia produkcji energii ze źródeł odnawialnych oraz opracowania programów wsparcia dla wytwarzania „zielonej energii”.

Ta tendencja jest również wpisana w zobowiązania członków UE do osiągnięcia w 2020 r. 20% redukcji emisji CO2 i 20% udziału energii odnawialnej w ogółem produkowanej. Polsce udało się wynegocjować poziom 15%, co jest i tak bardzo dużym wysiłkiem dla gospodarki opartej przede wszystkim na węglu. W ostatnim czasie na szczycie klimatycznym w Danii przedstawiciele Komisji Europejskiej forsowali wprowadzenie 30% redukcji emisji CO2, co dla polskiej gospodarki oznaczałoby prawdziwą katastrofę i drastyczny wzrost kosztów nie tylko energii, ale większości produktów i usług, za co zapłacilibyśmy wszyscy.

Choć na szczęście krajom Europy Zachodniej nie udało się póki co przeforsować korzystnych dla nich większych redukcji emisji CO2 (korzystnych – bo wytwarzają energię z innych źródeł niż węgiel i mają do sprzedaży niskoemisyjne technologie), to jednak możemy być pewni, że nie ma odwrotu w najbliższym czasie od wzrostu cen energii oraz szerokiego wykorzystania Odnawialnych Źródeł Energii (OZE) w polskiej gospodarce. Paradoksalnie – mogą na tym skorzystać polscy rolnicy.

Okazuje się bowiem, że zarówno w produkcji ciepła i energii z biomasy, jak i w energetyce wodnej czy wiatrowej, najważniejszą rolę będzie odgrywało rolnictwo. W odróżnieniu od kolektorów słonecznych, paneli fotowoltaicznych czy też pomp ciepła przy budynkach, które mogą być instalowane w miastach i na terenach, gdzie nie jest wymagane posiadanie dużej powierzchni, pozostałe inwestycje w eko-energetykę (biomasa, biogaz, elektrownie wodne i wiatrowe) muszą być rozwijane przede wszystkim na terenach rolniczych. Przewiduje się, że energia z biomasy (produkowanej głównie w krajowym rolnictwie) będzie dawała w przyszłości znaczącą większość energii z OZE. Pojawia się więc, także dla krajowego rolnictwa, duża szansa na wielkie inwestycje w „zieloną energię”, tym bardziej, iż również Polska przyjęła na siebie liczne zobowiązania związane z wytwarzaniem energii odnawialnej. Warto więc przyjrzeć się jakie są możliwości inwestycji w energetykę odnawialną w krajowych gospodarstwach.

Energia z biogazu

W ostatnich latach inwestycje w biogazownie rozwijają się w wielu krajach. W Europie dominują zdecydowanie Niemcy z liczbą ponad 5 tys. biogazowni rolniczych, zbudowanych przede wszystkim w ostatnich 5 latach. Inwestycje w biogazownie nie są tanie. Co prawda najprostsza instalacja do produkcji biogazu może opierać się po prostu na szczelnym przykryciu zbiornika z gnojowicą i zasysaniu przez pompę gromadzącego się biogazu w celu jego spalenia. W takiej instalacji jednak szybkość tworzenia się biogazu jest bardzo mała, gdyż wymagana temperatura, którą trzeba zapewnić do produkcji biogazu w fermentacji chłodnej to ok. 25oC. W warunkach klimatycznych Polski szybkość wytwarzania biogazu w zimie będzie znacznie mniejsza niż ilość potrzebna do spalenia, aby ogrzać ten zbiornik na gnojowicę i utrzymać w nim temperaturę 25oC.

Biogazownia rolnicza pracująca np. w najpopularniejszej w Niemczech technologii NaWaRo składa się z instalacji do przechowywania substratów do produkcji biogazu (zbiorników na gnojowicę, silosów na kiszonkę, ziarno itp.), zbiornika wstępnego mieszania, komory fermentacyjnej, instalacji do przechowywania i spalania biogazu oraz zbiornika na przechowywanie wsadu pofermentacyjnego. Nowoczesne biogazownie są w pełni zautomatyzowane i obsługa składa się w zasadzie z 1-2 pracowników nadzorujących pracę wszystkich urządzeń i dbających o wypełnianie materiałem wsadowym kosza zasypowego.

Biogaz tworzący się w komorze fermentacyjnej gromadzi się w jej górnej części, skąd jest zasysany do zbiornika przejściowego (zbudowanego często z elastycznych, szczelnych plandek), a następnie kierowany do agregatu prądotwórczego. Tam w wyniku spalania wytwarzana jest energia elektryczna (do 40% całości energii) oraz energia cieplna (60%). Część energii cieplnej jest zazwyczaj kierowana na ogrzanie komory fermentacyjnej, bowiem temperatura wsadu musi wahać się w przedziale 35-37oC. Ten fakt jest przyczyną, dla której nie opłaca się budować biogazowni wyposażonych w małą komorę fermentacyjną w naszym klimacie. Wtedy bowiem w skrajnych przypadkach może się okazać, że w warunkach bardzo ostrej zimy ciepło potrzebne do ogrzania niewielkiego zbiornika może być większe niż wartość energetyczna wyprodukowanego biogazu. Dlatego nowoczesne biogazownie rolnicze wyposażone są w duże komory fermentacyjne o pojemnościach z reguły 500-2000 m3. Same komory fermentacyjne pracują w trybie ciągłym, ich zatrzymywanie odbywa się raz na kilka lat celem dokonania przeglądów oraz usunięcia zanieczyszczeń stałych z wnętrza. Stała produkcja energii w biogazowniach jest wielką zaletą w porównaniu np. z równie popularnymi w Niemczech turbinami wiatrowymi. Ocenia się bowiem, że biogazownia o mocy 0,5 MW daje więcej energii elektrycznej niż standardowo spotykany w Niemczech wiatrak o mocy 1,5 MW – a to dlatego, iż ze względu na zmienną siłę wiatru w głębi kontynentu moc turbin wiatraków wykorzystywana jest maksymalnie w 30%.

Czy inwestycja w biogazownię jest opłacalna? Tak, ale w różnych krajach z różnych powodów. W Niemczech głównie dzięki dotacjom, które wynoszą średnio 16-20 eurocentów do 1 kWh wyprodukowanej energii elektrycznej. W Polsce opłacalność biogazowni może być wysoka wówczas, gdy jej wsadem są odpady z przetwórstwa rolno-spożywczego, wydajne biogazowo i tanie w pozyskaniu (najlepiej, gdy dostawca sam płaci za odbiór tych odpadów, jak to może być w przypadku rzeźni). Innym rozwiązaniem może być budowa niewielkich biogazowni przez grupy rolników na własne potrzeby i bez pośrednictwa niemieckich firm oferujących sprawdzone, ale i bardzo drogie instalacje. Trzeba bowiem podkreślić, że nawet w Niemczech obecnie działają niewielkie biogazownie o mocy poniżej 70 kW, również kilka tego typu instalacji działa lub jest budowanych w naszym kraju.

Energetyka wiatrowa

Energetyka wiatrowa jest jednym z najszybciej rozwijających się dziedzin w gospodarce europejskiej. Turbiny wiatrowe można podzielić na dwie grupy: małe, o mocy do 20-50 kW, które produkują prąd na potrzeby własne gospodarstw oraz większe, od 100 kW mocy, które wytwarzany prąd oddają bezpośrednio do sieci energetycznych. Obszary rolnicze bardzo nadają się do zastosowania turbin wiatrowych, zarówno tych dużych jak i mniejszych. Trzeba podkreślić, iż na terenie fermy wiatrowej jedynie kilka procent powierzchni jest zajęte przez wiatraki i dodatkową infrastrukturę naziemną, zaś ponad 95% terenu może być nadal wykorzystywane rolniczo. Z kolei małe turbiny wiatrowe znajdują zastosowanie w miejscach, gdzie nie ma możliwości doprowadzenia prądu z sieci.

Inwestycja w turbinę wiatrową, poza korzyściami w postaci całkowicie ekologicznej energii i brakiem dużych nakładów eksploatacyjnych, niesie ze sobą jednak też duże ryzyko. Cena nowej turbiny o mocy 100 i więcej kW to już koszt rzędu kilkaset tysięcy złotych. Dlatego bardzo ważne jest przeprowadzenie wstępnych badań prędkości wiatru w danej lokalizacji. Drugim niebezpieczeństwem jest brak równomierności wiejących wiatrów, zwłaszcza na terenach położonych z dala od morza. Letnie okresy ładnej, bezwietrznej pogody są również przyczyną zmniejszenia się wydajności turbin wiatrowych. W praktyce odradza się opieranie zasilenia gospodarstwa rolnego tylko na turbinie powietrznej. W takim wypadku najlepiej zdaje egzamin układ mieszany: wiatrak oraz panele fotowoltaiczne, w cenie od 50-100 tys. zł dla pojedynczego gospodarstwa.

Energia słoneczna

Energia słoneczna jest bardzo znaczącym źródłem energii. Szacuje się, że na 1 m2 powierzchni w Polsce dociera rocznie energia słoneczna w ilości 1000 kWh, co odpowiada w przybliżeniu 100 litrom oleju opałowego. Energia może być wykorzystana do celów grzewczych w wyniku absorpcji przez kolektory słoneczne oraz bezpośrednio do produkcji energii elektrycznej z zastosowaniem paneli fotowoltaicznych.

Kolektory słoneczne są bardzo dobrym rozwiązaniem do zapewnienia ciepłej wody użytkowej. Cena instalacji solarnych (powierzchnia paneli 4-5 m2 i zbiornik 250-300 dm3) do podgrzewania wody użytkowej dla typowej, kilkuosobowej rodziny może wynieść poniżej 10 tys. zł. Nie opłaca się natomiast instalacja kolektorów słonecznych służących do ogrzewania budynku, gdyż powierzchnia paneli musi być wówczas znacznie większa.

Inna jest zasada działania paneli fotowoltaicznych. Podstawowym ich elementem jest ogniwo fotowoltaiczne, gdzie w wyniku padania światła na krzemowe półprzewodniki następuje wytworzenie energii elektrycznej. Zalety ogniw fotowoltaicznych są ogromne: całkowicie ekologicznie czysta produkcja energii elektrycznej w zasadzie bez dodatkowych kosztów, długowieczność, wytwarzanie energii zarówno w dni słoneczne, jak i pochmurne, możliwość dowolnego łączenia paneli, aż do uzyskania wymaganej mocy. Ich jedyną, aczkolwiek najważniejszą wadą jest wciąż bardzo wysoki koszt zakupu.

Małe elektrownie wodne

W Polsce międzywojennej działało ponad 6500 małych elektrowni wodnych, z których zdecydowana większość została zniszczona w okresie powojennym. Dopiero od niedawna powstał w Polsce bardzo sprzyjający klimat dla rozwoju małych elektrowni wodnych, dlatego w ostatnich 15 latach większość zniszczonych, dawnych elektrowni została wykupiona przez prywatnych właścicieli w celu ich odbudowania. W Polsce specjaliści wytypowali ponad 20 tys. miejsc odpowiednich do postawienia elektrowni (w samej tylko stosunkowo płaskiej i ubogiej w wodę Wielkopolsce jest takich miejsc ponad 1500). Wybrane miejsce, oprócz możliwości spiętrzenia wody do co najmniej 2 m wysokości, powinno cechować się także odpowiednim przepływem wody. Niestety – to właśnie brak wody jest największym problemem dla odpowiedniej pracy elektrowni. Ponadto w ostatnim czasie ogromnym problemem staje się uzyskanie wymaganych pozwoleń do budowy zapór. Zorganizowana akcja ekologów doprowadziła do sytuacji, w której decyzją ministra środowiska wstrzymano wydawanie pozwoleń na tego typu inwestycje (przykład Dunajca), a dodatkowo być może w ogóle będą wycofywane już wydane decyzje. Powoduje to, że z powodów prawnych inwestycja w elektrownię wodną staje się w chwili obecnej bardzo problematyczna.

Pompy ciepła

Warto skorzystać z tego rozwiązania zarówno w przypadku ogrzewania samego domu, jak i większej powierzchni gospodarczo-inwentarskiej. W przypadku prawidłowo dobranej pompy ciepła mamy bowiem dostęp do taniej i niezawodnej energii. Przykładowo przy pompie ciepła o mocy 15 kW i pionowym układzie rur możemy uzyskać taką moc przy poborze energii elektrycznej jedynie 3 kW. Tymczasem koszty inwestycji w pompę ciepła spadają z roku na rok i już obecnie są firmy oferujące tego typu instalacje poniżej 40 tys. zł. Trzeba przy tym wziąć pod uwagę, że opłacalność takiej instalacji powinna być rozpatrywana w okresie co najmniej 20-30 letnim.

dr inż. Jacek Dach – Instytut Inżynierii Rolniczej – Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *