Analiza potencjału odnawialnych źródeł energii

© vencav

Współczesną alternatywą dla konwencjonalnych surowców energetycznych stanowią odnawialne źródła energii (OZE) takie jak energia: wiatru, promieniowania słonecznego, fal, prądów i pływów morskich. Energia aerotermalna, geotermalna i hydrotermalna, a także hydroenergia oraz energia otrzymywana z biomasy, biogazu, biogazu rolniczego i z biopłynów.

Instalacje wykorzystujące źródła OZE

Jak wskazuje dr inż. Amadeusz Walczak, ekspert Atmoterm SA, wspólną cechą źródeł OZE jest ich nierównomierne rozproszenie, co skutkuje ograniczeniami w możliwościach ich pozyskania. - W związku z tym, w skali jednostek administracyjnych takich jak miasto lub gmina, bardzo istotną kwestią staje się wymierna ocena zasobów OZE, która pozwala na wyznaczenie planów mających na celu zwiększenie ich udziału w całkowitym bilansie energetycznym – zauważa dr inż. Walczak. Taki proces dodatkowo umożliwia identyfikację potencjalnych interesariuszy energii odnawialnych, daje podstawy do analiz w aspektach finansowych, a także stanowi promocję regionu dążącego do neutralności klimatycznej Czy zatem odnawialne źródła energii w Polsce są sektorem energetycznym wartym uwagi? [1, 2].

Przeszłość i przyszłość odnawialnych źródeł energii w Polsce

W Polsce udział energii pochodzącej z odnawialnych źródeł w 2010 roku wyniósł ok. 9%, w 2015 r. było to ok. 12%, natomiast w 2020 r. blisko 15%. Niestety taka tendencja wzrostowa nie pozwoliła na spełnienie celów dyrektywy 2009/28/WE (RED). Obecnie, biorąc pod uwagę nowy dokument – dyrektywę 2018/2001 (RED II), należy zmierzyć się z kolejnym wyzwaniem w zakresie transformacji energetycznej, jakim jest zwiększenie udziału energii odnawialnej w Unii do 32% w 2030 roku. W związku z wytycznymi RED II, Polska zadeklarowała osiągnięcie do tego czasu pułapu wykorzystania OZE na poziomie 21–23%. Dyrektywy te wdraża do prawa krajowego ustawa z dnia 20 lutego 2015 r. o odnawialnych źródłach energii [2, 3, 4, 5, 6].

Potencjał energii wiatrowej

rodzaje instalacji: turbiny wiatrowe

Zasada działania elektrowni wiatrowej sprowadza się do zamiany energii kinetycznej wiatru na energię elektryczną. W związku z tym, wydajność pracy takiej instalacji jest zależna od jej lokalizacji. Najbardziej korzystnymi obszarami są tereny płaskie, otwarte, pozbawione przeszkód w postaci zabudowy czy lasów. Wyłączając tereny leśne, wód powierzchniowych, infrastruktury (budynki, drogi, linie kolejowe itp.), a także strefy buforowe, to na terenie Polski dla energetyki wiatrowej jest dostępne tylko 247 km² powierzchni kraju. Dodatkowym ograniczeniem są również warunki wietrzne. Badania wykazały, że pełne wykorzystanie mocy turbin wiatrowych jest możliwe przy prędkościach wiatru w zakresie 10-25 m/s [7, 8].

Potencjał energii geotermalnej

rodzaje instalacji: pompy ciepła, studnie geotermalne

W ramach energii geotermalnej można wyróżnić geotermię płytką – niskotemperaturową, która przy eksploatacji musi być wspomagana innym źródłem energii. Wykorzystanie geotermii niskotemperaturowej jest możliwe w budynkach mieszkalnych, handlowych, usługowych czy też użyteczności publicznej. Drugim rodzajem jest geotermia głęboka –  wysokotemperaturowa, której źródłem są zbiorniki geotermalne znajdujące się na głębokościach 500–4000 m pod powierzchnią terenu. Badania wykazały, że takie zbiorniki występują na 40–55% powierzchni kraju, w tym na terenach górskich i w centrum kraju [8, 9].

Potencjał energii słonecznej

rodzaje instalacji: panele fotowoltaiczne, kolektory słoneczne

Zasoby energii słonecznej w Polsce wynikają z położenia naszego kraju w klimacie umiarkowanym. Roczna gęstość promieniowania mieści się w granicach 950–1250 kWh/m². Najkorzystniejsze warunki występują w województwie lubelskim, a najgorsze w województwie śląskim. Niemniej na wielkość dostępnych zasobów mają również wpływ parametry meteorologiczne, np. usłonecznienie, które dla Polski wynosi 1600 godzin (66 dni) w roku. Potencjał helioenergetyki zależy również od możliwości technicznych, w tym od powierzchni, która może zostać przeznaczona do pokrycia panelami fotowoltaicznymi. Takimi miejscami mogą być nieużytki, budynki użyteczności publicznej, mieszkalne, handlowe, usługowe, tereny przylegające do autostrad, dróg ekspresowych, linii kolejowych oraz lotnisk [8, 10].

Potencjał energii wodnej

rodzaje instalacji: elektrownie przepływowe, regulacyjne, szczytowo-pompowe

Możliwości wykorzystania hydroenergii bazują na zamianie energii potencjalnej w energię kinetyczną wód płynących, a finalnie na energię elektryczną. W związku z tym, głównym ograniczeniem wykorzystania tego typu energii jest obecność hydrotechnicznych budowli piętrzących, których podstawowymi parametrami są spad oraz przepływ. Potencjał hydroenergetyczny Polski osiąga 12 tys. GWh/rok, z czego obecnie wykorzystywane jest jedynie 20%. Możliwości zwiększenia produkcji energii dotyczą w szczególności małych elektrowni wodnych o mocy do 5 MW [8, 11].

Potencjał biomasy i biogazu

rodzaje instalacji: spalarnie biomasy i biogazu

Jest to sektor, którego udział w OZE wynosi nawet 80%. Biomasę stanowią m.in. pozostałości z przemysłu rolnego (pochodzenia roślinnego i zwierzęcego), leśnego, a także podatne na rozkład biologiczny odpady z sektora przemysłu i komunalnego. Potencjał energetyczny biomasy zależy od pozyskanej ilości, a także od jej wartości opałowej. Badania wykazały, że potencjał biomasy roślinnej w Polsce osiąga ponad 83 TWh/rok. Natomiast w przypadku biogazu, który powstaje przy beztlenowym rozkładzie biomasy, roczny potencjał wynosi 13–15 mld m³ [8, 12, 13].

Jak określić potencjał OZE dla regionu?

Wyznaczenie potencjału wykorzystania OZE dla miasta/gminy składa się z następujących kroków:

• Przygotowanie bilansu energetycznego regionu. Prawidłowo wykonany bilans powinien składać się z analizy zapotrzebowania na poszczególne nośniki energii w podziale na sektory funkcjonalne takie jak mieszkalnictwo, transport oraz handel, usługi i przemysł. Na osiągniecie prawidłowych i miarodajnych wyników mają wpływ przede wszystkim rzetelne przygotowanie danych potrzebnych do analiz oraz ich bezbłędna interpretacja. Często bilans energetyczny jest przygotowywany w ramach dokumentów gminnych takich jak Założenia do Planu zaopatrzenia w ciepło, energię elektryczną i paliwa gazowe lub Plan Gospodarki Niskoemisyjnej czy Plan działań na rzecz zrównoważonej energii i klimatu. Rezultatem tych działań powinna być baza danych umożliwiająca późniejsze monitorowanie wyników bilansu dla kolejnych lat kontrolnych.
• Uzupełnienie stanu wiedzy o możliwościach zwiększenia wykorzystania OZE w całkowitym bilansie energetycznym. Na tym etapie niezbędne jest zebranie danych i przygotowanie analiz na temat szans oraz barier dla zwiększenia zdolności produkcji energii ze źródeł odnawialnych. Określenie scenariusza rozwoju OZE w oparciu o aktualne i planowane programy wsparcia dla beneficjentów, przy jednoczesnym uwzględnieniu uwarunkowań lokalnych, powinno leżeć u podstaw opracowania celów strategii transformacji energetycznej regionu.

- Bez wątpienia, sektor odnawialnych źródeł energii powinien być jednym z ważniejszych punktów w polityce rozwoju danego regionu. Świadczą o tym zarówno uwarunkowania prawne jak i możliwości wykorzystania potencjału OZE w Polsce - konkluduje ekspert Atmoterm SA.

Bibliografia w przypisach dolnych⁽¹⁾.

Artykuł powstał we współpracy z firmą Atmoterm SA