Obecna sytuacja zobowiązuje do opracowania efektywnego pozyskiwania energii ze wszystkich możliwych źródeł odnawialnych z jednoczesnym racjonalnym gospodarowaniem zasobami energii paliw kopalnianych - nieodnawialnych, których zasoby bardzo szybko ulegają wyczerpaniu. Przykładowo zasoby ropy naftowej przy rocznym zużyciu 3,7 mld ton szacowane są na 40 lat [Jabłoński, Wnuk 2004], a gazu ziemnego według przewidywań wystarczą na 70 lat.

Kraje Unii Europejskiej uzależnione są w 50% od dostaw surowców i paliw energetycznych z importu, w tym ok. 45% ropy naftowej z krajów Bliskiego Wschodu i 40% gazu ziemnego z Rosji. Planowane zmiany w strukturze wykorzystania paliw pierwotnych do produkcji energii elektrycznej wynikaj ą głównie z konieczności ograniczenia emisji zanieczyszczeń powstających podczas spalania węgla i ropy. Zakłada się, że 2010 roku produkcja energii z gazu ziemnego zwiększy się o 91% w stosunku do roku 2001, z biomasy o 32%, natomiast zmniejszy się udział energii wytwarzanej z węgla o 13% i ropy naftowej o 42%.

W ostatnich latach we wszystkich krajach obserwujemy intensywny rozwój energetyki odnawialnej - niekonwencjonalnej - nazywanej od medium, z którego jest pozyskiwana: wiatrową, słoneczną, geotermalną, wodną oraz energią uzyskiwaną z biomasy. Optymalne wykorzystanie wszystkich ww. źródeł energii odnawialnej dla istniejących regionalnych uwarunkowań geograficzno-przyrodniczych przyczyni się do poprawy bilansu cieplnego globu, oszczędzania zasobów surowców energetycznych, ochrony środowiska przez ograniczenie zanieczyszczenia atmosfery i wód oraz zmniejszenie ilości wytwarzanych odpadów. Obecnie w świecie około 19% energii uzyskiwanej jest ze źródeł odnawialnych [Soliński 2004].

W krajach Unii Europejskiej nadal podstawowym źródłem energii są paliwa płynne, a celem Wspólnoty jest 12% udział energii odnawialnej w bilansie energetycznym w 2010 roku. Warto zwrócić uwagę, że zaproponowany przez Komisję Europejską (KE) w projekcie dyrektywy UE z grudnia 2007 r. scenariusz rozwoju wykorzystania poszczególnych rodzajów odnawialnych zasobów energii odpowiada udziałowi energii OZE w 2005 r. plus 51% różnicy pomiędzy celem na 2020 i 2005 r. [IEO ECBREC 2007]. Potencjał techniczny produkcji energii odnawialnej w Polsce jest wysoki, ale możliwości finansowo-inwestycyjne nie są wystarczające, aby w bliskiej perspektywie znacznie zwiększyć udział OZE w produkcji energii elektrycznej. Uzyskanie ciągłego wzrostu produkcji energii odnawialnej możliwe jest przy optymalnym wykorzystaniu wszystkich źródeł energii odnawialnej.

ENERGETYKA WIATROWA

Obecnie najintensywniej rozwijającą się dziedziną energii odnawialnej jest energia wiatrowa, ponieważ technologia budowy turbin wiatrowych staje się coraz prostsza, a efektywność ich pracy wynosi do 99%. W Unii Europejskiej w produkcji energii wiatrowej prym wiodą Niemcy - 23 903 MW (36%) europejskiej energii wiatrowej, Hiszpanie - 16 940 MW (25%) EEW, a z krajów małoobszarowych Dania - 3180 MW (4,8% EEW) [Hammerstein2004].

Hiszpania charakteryzuje się ponadprzeciętną prędkość wiatru dochodzącą do 10 m/s połączoną z dużą ilością potencjalnych lokalizacji turbin. Dania do 2015 r. planuje uzyskać ponad 50% całkowitej energii elektrycznej z energii wiatrowej, dzięki przemyślanej polityce rządowej promującej energetykę odnawialną [Sadowski i in. 2008]. Założenia polityki rządowej Danii powinny być podstawą tworzenia systemów wspierania zielonej energii w Polsce. Energetyka wiatrowa w Polsce zaczęła się rozwija ć pod koniec XX wieku, głównie w pasie nadmorskim [Soliński 2004]. Do końca 2008 r. łączna moc wiatrowa zainstalowana w Polsce wzrosła o 196 MW w porównaniu z rokiem 2007 i wyniosła 472 MW (według danych EWEA), stanowiąc prawie 10% udziału w krajowym bilansie wytworzonej energii odnawialnej. Generalnie położenie geograficzne Polski nie sprzyja zabudowie siłowniami wiatrowymi w takim stopniu jak w wymienionych krajach zachodnich, dodatkowo energetyka wiatrowa ograniczona jest przez uwarunkowania infrastrukturalne, środowiskowe oraz ekonomiczne.

Analiza zasobów energii wiatrowej dla terenów Polski wykonana przez Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej [Lorenc 1996, Pacific Northwest Labolatory 1996, za IEO 2007], wskazuje, że Polska posiada znaczące zasoby energii wiatru, szczególnie na terenach Wybrzeża Morza Bałtyckiego, północno-wschodniej Polski (okolice Suwałk i Gołdapi), otwartych obszarach Warmii, Mazur i Pomorza, terenach podgórskich Podkarpacia i Dolnego Śląska. W centralnej Polsce instalowanie turbin wymaga stosowania wysokich wież (ponad 30 m) tak, aby prędkość wiatru wzrosła na wysokości wirnika do wartości opłacalnych ekonomicznie. Potencjał teoretyczny energii wiatru dla terenu Polski szacuje się na około 40% powierzchni kraju przy założeniu opłacalności 1000 kWh/m2 w ciągu roku na wysokości 30 m nad powierzchnią gruntu wyniósłby dla obecnie stosowanych technologii konwersji 2049 TWh na lądzie oraz 374 TWh na morzu. Powodzenie rozwoju energetyki wiatrowej będzie zależało od przyjętych zobowiązań w zakresie energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych UE. Według oceny Instytutu Energii Odnawialnej, Polska posiada wystarczający potencjał energii wiatrów, aby w roku 2020 produkować z jego pomocą nawet 35 000 GWh energii [Michałowska-Knap 2009]. Należy również pamiętać o wysokim potencjale energii wiatrowej na morzu, która zaczyna mieć swoich zwolenników.

ENERGETYKA WODNA

Innym źródłem energii odnawialnej wykorzystywanej od wielu lat jest energetyka wodna, która osiągnęła dominująca rolę w Europie wśród odnawialnych źródeł w produkcji energii elektrycznej. W krajach UE-15 udział produkcji energii elektrycznej z tego źródła wynosi 13% w produkcji energii elektrycznej ogółem. Najwięcej energii elektrycznej produkuje Francja (65,2 TWh), Szwecja (53,5 TWh), Włochy (44,2 TWh), Hiszpania (43,8 TWh ) i Niemcy (25,0 TWh) [Wnuk 2005]. Pomimo ciągłej przewagi udziału produkcji energii elektrycznej ze źródeł wodnych, szybciej rozwija się energetyka wiatrowa, wobec czego udział procentowy energetyki wodnej w produkcji energii ze źródeł odnawialnych spadnie z 83 do 53% [Sadowski i in. 2008].

Polska ma bogatą tradycję związaną z energetyką wodną jako odnawialnym źródłem energii. Wodne zasoby energetyczne są niewielkie, wynikają z niewielkich spadków terenu i dużej przepuszczalności gruntów. Zasoby te wynoszą około 13 700 GWh/rok, z czego 45,3% przypada na rzekę Wisłę i około 9,3% na rzekę Odrę, 43,6% na dorzecza Wisły i Odry oraz 1,8% na rzeki Przymorza [PAN 1993]. Udział energetyki wodnej (bez udziału elektrowni szczytowo-pompowych) w krajowej produkcji energii elektrycznej wynosi około 1,1%.

W Polsce wykorzystuje się obecnie zaledwie 11% potencjału grawitacji cieków wodnych, co stawia nas na ostatnim miejscu w Europie, natomiast Niemcy wykorzystują 80%, Norwegia . 84%, Francja prawie 100%. Łączna moc dużych elektrowni wodnych wynosi około 630 MW, a małych o mocy poniżej 5 MW, z których produkcja wynosi około 160 MW. Koniecznym jest wdrożenie nowych technologii umożliwiających produktywne ponowne wykorzystanie wód bez konieczności prowadzenia wielkich prac hydrotechnicznych przynosząc dodatkowe zyski energetyczne. Przykładem może być rzeka Bystra płynąca z Wojciechowa przez Nałęczów do Kazimierza, na której w latach 50-tych było ponad 20 spiętrzeń wody (dzisiaj 2) zasilających przez turbiny wodne urządzenia młynów gospodarczych. Obecnie przy małym nakładzie inwestycyjnym można ponownie napędzić wodą agregaty prądotwórcze uzyskując kilkaset KW ekologicznej przyjaznej środowisku energii elektrycznej.

ENERGETYKA GEOTERMALNA

Energia geotermalna stanowi zasób energii z okresu formowania się Ziemi i jest częścią energii geotermicznej zawartej w podziemnych zbiornikach wodnych, parze wodnej oraz otaczających je skałach. Strumień tej energii jest niewyczerpalny, gdyż uzupełnia go stale strumień ciepła płynący z gorącego wnętrza Ziemi (ok. 6000ºC). Teoretycznie są to zasoby niewyczerpalne i sięgają 387 tys. EJ [Zimny 2005], tj. są trzy razy większe od obecnego zużycia energii na świecie. Zbiorniki geotermalne znajdujemy w Polsce na głębokości od 1,5 do 3,5 kilometra w zakresie temperatury od 20 do 900C, a w skrajnych przypadkach sięga stu

kilkudziesięciu stopni. Energię wykorzystuje się głównie w ciepłownictwie i ogrzewnictwie budynków mieszkalnych, gospodarczych czy rekreacyjnych. Geotermalna temperatura wody ponad 1000ºC umożliwia wykorzystanie jej w siłowni parowej jako obieg Rankina (ORC), z którego można uzyskać energię elektryczną i ciepło. W Polsce strefą wody termalnej jest Niecka Mogileńsko-Łódzka (Uniejów, Wągrowiec, Kalisz) oraz Niecka Szczecińska (Drawsko Pom. - Chociwel - Gorzów). Powierzchnia kalkulacji zasobów statycznych zbiornika wód geotermalnych wynosi 4,23 1023J= 423 EJ [Górecki 2006].

ENERGETYKA BIOGAZOWA

Innym źródłem wykorzystania energii odnawialnej jest biogaz powstający w wyniku procesu fermentacji beztlenowej jaki przechodzi masa organiczna pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego i działania bakterii, w wyniku której powstaje gaz bogaty między innymi w metan. Najczęściej spotykanym sposobem wytwarzania energii elektrycznej z biogazu jest jego spalanie w tłokowych silnikach spalinowych lub skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i cieplnej w silniku Stirlinga, mikroturbinach, ogniwach paliwowych, układach ORC (Organic Ranking Cycle - obieg Rankina z czynnikiem organicznym) lub zasilanie ogniw paliwowych [Biedermann i in. 2004]. Ze względów na pochodzenie biogaz można podzielić na trzy podkategorie:

• biogaz pochodzenia rolniczego powstający w wyniku fermentacji odpadów pochodzenia zwierzęcego i roślinnego;
• surowcem do produkcji jest najczę.ciej gnojowica pochodzenia zwierzęcego z hodowli bydła z domieszkami odpadów rolniczych, np. słoma, trawy, łodygi i liście roślin uprawnych (ziemniaki, buraki); wartość opałowa gazu wynosi 20-23 MJ/Nm2 [Mirowski 2006],
• gaz wysypiskowy to gaz powstający z biodegradowanych części odpadów na wysypiskach, do których zalicza się odpady zielone, opakowania papierowe, niepapierowe oraz domowe odpady organiczne; biogaz pozyskiwany jest systemem rur perforowanych umieszczonych w wysypisku odpadów komunalnych; według przepisów Unii Europejskiej emisja gazu wysypiskowego bezpośrednio do atmosfery jest niedopuszczalna,
• gaz fermentacyjny ze ścieków to gaz powstający z wody opadowej i .cieków w oczyszczalni ścieków poddanych odpowiedniej obróbce będący mieszaniną metanu i dwutlenku węgla w proporcji ok. 65 i 35%.

Odpady ulegające biodegradacji według Dyrektywy 2001/ 77/EC zaliczane są do odnawialnych .ródeł energii. Nakłady inwestycyjne dla bioodpadów są wysokie i związane ze stosowaniem systemów oczyszczania w procesie termicznej utylizacji i transportu bioodpadów do miejsca ich utylizacji. Przewiduje się także zwiększenie współspalania odpadów (w tym osadników .ciekowych) w kotłach energetycznych w energetyce zawodowej [Pająk 2005]. Wysuszone termicznie odpady posiadają wartość energetyczną ponad 20 MJ/kg s.m. Biogaz ze względów na wysokie koszty inwestycyjne, jak i eksploatacyjne będzie miał znaczenie marginalne w produkcji elektrycznej w Polsce. Produkcja biogazu w 2004 roku była niewielka . 66 GWh, w tym z gazu wysypiskowego - 50 GWh, biogazu rolniczego - 10 GWh, biogazu .ciekowego - 6 GWh [Mirowski 2006].
ENERGETYKA SŁONECZNA

Medium przetwarzającym energię słoneczną w energię cieplną są kolektory słoneczne cieczowe i próżniowe. Skumulowana powierzchnia kolektorów zainstalowanych do końca 2007 r. wyniosła 236 tys. m2 i wzrosła w porównaniu z rokiem poprzednim aż o 61 tys. m2 [Więcka, Kwasiborski 2009]. Głównym czynnikiem, który stymuluje wzrost zainteresowania systemami słonecznymi stał się czynnik ekonomiczny. Wynika on z postępu w technologii wytwarzania solarów i ciągłego wzrostu cen konkurencyjnych systemów grzewczych i ich nośników. Zainteresowanie energetyką słoneczną wynika z dofinansowania z Programów Ochrony środowiska nawet do 70% wartości inwestycji. Dotyczy to zarówno dużych inwestorów, jak i gospodarstw indywidualnych, jeżeli będą zakwalifikowane do programu.

ENERGIA ODNAWIALNA UZYSKIWANA Z BIOMASY

Najniższe koszty uzyskania energii wykazuje technologia współspalania biomasy z węglem, która jest zaadaptowana w wielu istniejących elektrowniach i elektrociepłowniach [Więcka, Kwasiborski 2009]. Głównym uwarunkowaniem jest uprawa roślin na biomasę na glebach marginalnych lub tam, gdzie jest nieopłacalna lub niemożliwa produkcja podstawowa stanowiąca ok. 30% gruntów ornych. W Polsce promowane są następujące rośliny wyróżniające się dużym jednostkowym plonem energii, do których należą: krzewy i drzewa szybko rosnące - wierzba, topola, robinia akacjowa; byliny wieloletnie - ślazowiec pensylwański, topinambur oraz trawy wieloletnie - miskant, mozga trzcinowata, proso rózgowate. Charakterystyczną cechą tych roślin jest ich uprawa wieloletnia do 20 lat nie wymagająca corocznego nasadzania tym samym zmniejszając koszty corocznego zakładania plantacji [Ku. i in. 2007].Inną propozycją energetyczną jest wykorzystanie ubocznych pozostałości rolniczych, do których zaliczamy słomę (zbóż, rzepaku, kukurydzy), odpady chmielowe czy łodygi tytoniu. W procesie tym mamy duże korzyści - oczyszczone pole z roślin, ograniczenie chorób, ochrona środowiska (utylizacja odpadów). Plonem są zdrewniałe rośliny wykorzystywane w postaci zrębków, brykietów lub granulatów [Stasiak 2007].

Stosowanie brykietów w warunkach wiejskich jest utrudnione ze względu na brak bezpośrednich możliwości przerobu i dodatkowe koszty. Idealnym rozwiązaniem jest stosowanie zrębków lub sieczki, które można wytwarzać we własnym gospodarstwie zimą, a ułatwi to automatyczne dozowanie biomasy do pieca. Obecnie na ogrzewanie domów jednorodzinnych zużywane jest ok. 7,4 mln ton biomasy. W świetle obowiązujących przepisów prawnych zużycie takie nie może być zaliczone na rzecz redukcji krajowego zanieczyszczenia atmosfery gazami cieplarnianymi. Zakłada się, iż w 2020 roku udział biomasy powinien stanowić 15%, a w 2030 . 20% w stosunku do energii zawartej w węglu [Faber i in. 2009].

Literatura

Biedermann F. i in. 2004: Small-scale CHP Plant Based on a 75 kWelHermeti. Technology end Experiences. Procedings of the 2nd Word Conference and Exhibition of Biomass for Energy, Industry and Climate Protection. Rome. Italy.

Faber A., Kuś J., Matyka M. 2009: Uprawa roślin na potrzeby energetyczne. W&B.

Górecki W. 2006: Atlas zasobów geotermalnych formacji mezozoicznej na Niżu Polskim. Min. środowiska, NFO.iGW, AG-H, PIG, Kraków.

Hammerstein v C. 2004: Fading the future. What new policy will meanfor wind in Germany, Renewable Energy World, James & James ( Science Publishers) London.

Instytut Energii Odnawialnej EC BREC. 2007: Możliwości wykorzystania odnawialnych źródeł energii w Polsce do roku 2020. Ekspertyza wykonana dla Ministerstwa Gospodarki. Warszawa, grudzień.

Jabłoński W., Wnuk J. 2004: Odnawialne źródła energii w polityce energetycznej Unii Europejskiej i Polski. Wydawnictwo Wyższej Szkoły Zarządzania i Marketingu w Sosnowcu, Sosnowiec.

Kuś J., Faber A., Stasiak M., Kawalec A. 2008: Plonowanie wybranych gatunków roślin uprawianych na cele energetyczne na różnych glebach. Problemy Inżynierii Rolniczej, nr 1, s. 79-86.

Lorenc H. 1996: Struktura i zasoby energetyczne wiatru w Polsce. IMGW.

Michałowska-Knap K. 2009: Rynek energetyki wiatrowej w Polsce w 2008 roku. EG Raport, 6/2008.

Mirowski T. 2006: Odnawialne źródła energii do wytwarzania energii elektrycznej: Polityka Energetyczna, tom 9, zeszyt specjalny, s. 597-608.

Pacific Northwest Laboratory Wind energy resource assessment for Poland. 1996.

Pająk T. 2005: Współspalanie odpadów w energetyce . wybrane aspekty prawne, środowiskowe, technologiczne i uwarunkowania eksploatacyjne. I Konferencja Naukowo-Techniczna .Energia odnawialna . paliwa alternatywne. Zawiercie.

PAN 1993: Konwencja termiczna energii promieniowania słonecznego w warunkach krajowych. Ekspertyza Komitetu Termodynamiki i Spalania PAN.

Sadowski T., Świderski G., Lewandowski W. 2008: Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii w Polsce i w krajach UE. Politechnika Białostocka. Zakład Chemii Wydziału Budownictwa i Inżynierii środowiska, s. 289-295. www.energetyka.eu

Soliński I., Soliński B. 2004: Energetyka w Polsce. Polityka Energetyczna, tom 7, zeszyt 1.

Stasiak M. 2007: Efektywność zmian w systemie grzewczym suszarni tytoniu. Przegląd Tytoniowy, nr 2, s. 14-16.

Więcka A., Kwasieborski M. 2009: Rynek energetyki cieplnej w Polsce. Odnawialne źródła Energii. EG Rapor., 6/2008.

Wnuk R. 2005: Energetyka wodna w statystykach. Polski Instalator, nr 7-8.

Zimny J. 2005: Potencjał energii geotermalnej Polski i Niemiec. Polska Asocjacja Geotermalna www.pag.org.pl