Zyskają kieszenie nabywców i środowisko...

Od 1996 roku ceny ropy uległy sześciokrotnemu wzrostowi, natomiast odnawialne nośniki energii w tym czasie staniały przeciętnie aż o 30%. Szybki wzrost kosztów pozyskiwania konwencjonalnych nośników energii: ropy, gazu ziemnego i węgla oraz czekająca nas wkrótce konieczność limitowania emisji CO2 z ich spalania, spowoduje wzrost cen energii elektrycznej oraz ciepła użytkowego o co najmniej 35%, czego nie wytrzymają gospodarki niektórych państw Unii Europejskiej.

W tej sytuacji wytwarzaniu energii elektrycznej winna towarzyszyć przede wszystkim utylizacja powstającego ubocznie w sporych ilościach ciepła. Aby uzmysłowić sobie ogrom występującego w elektrowniach marnotrawstwa pierwotnych nośników energii, wystarczy przytoczyć następujące fakty.

Nasze, krajowe elektrownie osiągają w większości sprawność poniżej 40%, a przy pełnej utylizacji ciepła odpadowego, ten podstawowy wskaźnik gospodarności – a w tym również kosztów produkcyjnych – wzrasta do prawie 90%. Po prostu wielkie chłodnie, stojące na terenie elektrowni to symbole marnotrawstwa energii na gigantyczną skalę.

Tymczasem „Elektrownia Opole” jest w stanie swoim ciepłem odpadowym ogrzewać w mieście wojewódzkim mieszkania, szpitale, szkoły i wszystkie inne instytucje taniej niż obecny dostawca ciepła. Czemu się z tej oferty nie korzysta?

Zaprezentowana wyżej sytuacja mobilizuje kraje rozwinięte – w naszym otoczeniu takie, jak Niemcy, Szwajcarię, Danię, Austrię, itp. – do budowy elektrociepłowni – głównie lokalnych – i to nawet w domkach jednorodzinnych. Jednocześnie usiłuje się opalanie tych elektrociepłowni – szczególnie miejskich i gminnych – oprzeć na biomasie oraz różnorakich odpadach. Wśród nich dominują odpady komunalne oraz przemysłu rolno-spożywczego.

Elektrociepłownie miejskie, opalane odpadami komunalnymi są proste w konstrukcji, tanie w budowie oraz niezawodne w eksploatacji. Nie są uciążliwe dla środowiska, co dokumentuje fakt, że bywają lokalizowane w centrach takich miast jak w Wiedeń czy Hamburg.

Schemat procesowo-techniczny standardowej, miejskiej elektrociepłowni ilustruje rys. 1. Takowa spala rocznie przeciętnie 250 – 350 tys. ton odpadów komunalnych, a emitowane z nich gazy cieplarniane nie będą podlegały limitowaniu, co ma istotny wpływ na koszty wytwarzania energii elektrycznej oraz ciepła użytkowego dla okolicznych mieszkańców.

Każde składowisko odpadów komunalnych wytwarza samorzutnie ogromne ilości biogazu, zawierającego przeciętnie 60% CH4 oraz około 40% CO2. Przy użyciu odpowiednich, dziurkowanych studni, można ten gaz odprowadzić wentylatorami do lokalnej elektrociepłowni, co doskonale ilustruje rys. 2. Z każdej tony odpadów komunalnych uzyskuje się dla tego typu elektrociepłowni około 290 m3 biogazu.
W naszym kraju ilość składowanych odpadów komunalnych na lokalnych składowiskach sięga 8,5 mln ton/rok.

Również odpady rolnicze, obejmujące trawy, słomę, odchody zwierzęce itp. przetwarza się w prostej konstrukcji fermentatorach cylindrycznych do biogazu, który poprzez silniki spalinowe służy do wytwórczości energii elektrycznej wraz z ciepłem użytkowym. Doskonale ilustruje to rys. 3.

W tego typu poczynaniach, nowością w krajach wysoko rozwiniętych jest budowanie lokalnych elektrociepłowni zasilanych biomasą z własnych plantacji.
Przykładem – godnym do naśladowania przez nasze krajowe zakłady energetyczne – jest inicjatywa niemieckiego koncernu RWE. Ten, drugi co do wielkości koncern energetyczny Niemiec, wytwarzał dotychczas tylko 5% energii elektrycznej z odnawialnych źródeł. Jest to zaledwie 30% tego, co w zakresie przetwarzania odnawialnych nośników energii elektrycznej osiągnęła cała Republika Federalna Niemiec w 2007 roku.

Koncern ten postanowił założyć własne plantacje drzew energetycznych na powierzchni 10 000 ha. Potrzebne tereny dla uprawy tego typu drzew - wśród nich wierzby, topoli, klonów – zamierza na okres 20 lat wydzierżawić w leśnictwie, głównie w okolicach miejscowości Benkamp, gdzie w 2007 roku trąba powietrzna wyniszczyła totalnie sporo z tamtejszego drzewostanu (J. Heup; neue energie, 70, 05, 2008).

Z góry założono, że nie musi to być zwarta powierzchnia, ale działki różnej wielkości, jednak każda powyżej 500 ha. Koszty zakładania plantacji wyceniono w granicach 1500 – 1800 euro/ha.
Dla obsadzenia 10 000 ha terenu drzewami energetycznymi potrzeba aż 100 milionów sadzonek w cenie po 0,08 – 0,15 euro/sztukę.
Założono roczne zbiory suchej biomasy w ilościach nieco ponad 10 ton/ha po kosztach własnych około 50 euro/tonę.

Wybuduje się 10 – 12 elektrociepłowni lokalnych o mocy każdej z nich w wysokości około 5 MWel przy pozyskiwaniu drewna w promieniu 70 km. Przy okazji skupi się odpady drewna tak z leśnictwa, jak i z pielęgnacji zielonych terenów miejsko-gminnych, itp.

Wśród roślin energetycznych w Europie czołową pozycje zajmują miskantus oraz wierzba krzewiasta. Pierwsza – znana również pod nazwą trawy chińskiej – osiąga plony (w postaci suchej słomy o wysokości około 3 m) w ilości około 30 ton z 1 ha. Stało się to możliwe dzięki temu, że zawiera ona bakterie, które zamieniają azot z otaczającego powietrza w postać nawozową. Zbiór słomy dokonuje się w kwietniu, co ilustruje rys. 4.

Tymczasem wierzba krzewiasta – przy zbiorach co 3 lata – osiąga plony w przeliczeniu rocznym w ilościach około 25 ton/ha. Plonuje ona w okresie około 25 lat. W cyklach 3-letnich osiąga wysokość około 7 metrów, co dokumentuje załączone zdjęcie (rys. 5).

Skoro fabryczne elektrociepłownie, opalane nieodnawialnymi nośnikami energii otrzymają niebawem limity emisji ditlenku węgla – z czym wiążą się pokaźne koszty – to warunki konkurencyjności po prostu wymuszają tu skuteczne działania innowacyjne.
Przemysł chemiczny, czy farmaceutyczny – należy do relatywnie wysoce energochłonnych. W krajach wysoko rozwiniętych zaczyna się przestawianie fabrycznych elektrociepłowni z nieodnawialnych na odnawialne nośniki energii. Przykładem, może tu być PARK PRZEMYSŁOWY koncernu Infraserv Hoechst w Niemczech. Na terenie tego giganta przemysłowego branży chemicznej oraz farmaceutycznej powstaje elektrociepłownia o mocy 75 MWel oraz wytwarzająca 250 tys. t/r pary technologicznej. Ten obiekt energetyczny będzie kosztował 400 mln USD, będąc jednocześnie największą pojedynczą inwestycją w ciągu 140-letniej historii tego koncernu przemysłowego. Dzięki tej inwestycji zarząd spółki Infraserv Hoechst będzie mógł zaoferować ponad 90 firmom atrakcyjną lokalizację u siebie z gwarantowaną, relatywnie tanią dostawą wszystkich mediów energetycznych i pełną infrastrukturą przekazywanych działek przemysłowych.

Elektrociepłownia ta – opalana odpadami komunalnymi oraz przemysłowymi – zostaje wyposażona w kotłownię ze złożem fluidalnym.
Cieszyć musi fakt, że współrealizatorem tej inwestycji jest polska spółka ABB, która dostarcza transformatory, aparaturę rozdzielczą średniego oraz niskiego napięcia, napędy, systemy sterowania, itp. Szczególną pozycję w dostarczanym rozwiązaniu firmy ABB jest rozdzielnica MNSiS – pierwszy na świecie zintegrowany układ przeznaczony do sterowania silnikami niskiego napięcia. Urządzenie to zapewnia kontrolę nad pracą silników, a także funkcję monitorowania, ochrony oraz komunikacji z systemami sterowania wyższego rzędu.
Tymczasem w kraju posiadamy ogromne odłogi ziemi agrarnej – tylko na Opolszczyźnie ich powierzchnia wynosi 8600 ha. Można na nich z ogromną efektywnością ekonomiczną oraz ekologiczną uprawiać takie rośliny energetyczne, jak wierzba krzewiasta, czy miskantus, o czym była mowa wcześniej.

Wykorzystując te ogromne odłogi agrarne, odpady komunalne, jak i te pochodzące z przemysłu rolno-spożywczego, można w licznych miastach kraju istniejące ciepłownie – opalane nieodnawialnymi nośnikami energii – przestawić na odnawialne nośniki i uzyskiwać tanią energię elektryczną, ciepło użytkowe – a to wszystko w pełnej harmonii z otaczającym nas środowiskiem.
Oferta ta staje się w dodatku tym bardziej atrakcyjna, że bywa współfinansowana ze środków Unii Europejskiej.

Konsekwentna, zakrojona na szeroką skalę działalność w zaprezentowanej problematyce energetycznej w Niemczech już przynosi znaczne efekty w ograniczaniu emisji gazów cieplarnianych, co zaprezentowano na załączonym rys. 6. U nas może być podobnie.