06. ENERGIA ODNAWIALNA Spis tre ści: 6.1. Wprowadzenie ........................................................................................................ 1 6.2. Energia słoneczna .................................................................................................. 1 6.3. Energia wodna ....................................................................................................... 6 6.4. Energia wiatru ........................................................................................................ 7 6.5. Energia geotermalna ........................................................................................... 11 6.6. Biomasa ............................................................................................................... 16 6.7. Energia biogazu .................................................................................................. 19 ZAŁO ŻENIA DO PLANU ZAOPATRZENIA W CIEPŁO, ENERGI Ę ELEKTRYCZN Ą I PALIWA GAZOWE GMINY KISIELICE 6.1. Wprowadzenie Tematem niniejszego rozdziału jest ocena stanu aktualnego oraz mo żliwo ści wykorzystania zasobów energii odnawialnej na terenie gminy Kisielice. Gmina Kisielice jest przykładem dobrych praktyk wdra żania odnawialnych źródeł energii w zaopatrzeniu energetycznym. Du żym sukcesem gminy jest funkcjonowanie na jej terenie dwóch du żych ferm wiatrowych a tak że kotłowni miejskiej zasilanej biomas ą. Projekty zmierzaj ące do wykorzystania paliw odnawialnych do ogrzewania gminy s ą wdra żane od 2003 r., doprowadziły m.in. do zamkni ęcia osiedlowych i szkolnych kotłowni opalanych w ęglem, sukcesywnie likwidowane s ą kotłownie w ęglowe i olejowe w domach jednorodzinnych. Gmina cały czas pod ąż a w kierunki rozwoju odnawialnych źródeł energii na swoim terenie. Planuje wykonanie m.in. instalacji solarnych w swoich budynkach publicznych, budowę nowych farm wiatrowych, rozbudow ę ciepłowni w oparciu o biomas ę oraz budow ę biogazowi w oparciu głównie o surowce ro ślinne. 6.2. Energia słoneczna Na terenie gminy Kisielice generalnie istniej ą dobre warunki do wykorzystania energii promieniowania słonecznego przy dostosowaniu typu systemów i wła ściwo ści urz ądze ń wykorzystuj ących t ę energi ę do charakteru, struktury i rozkładu w czasie promieniowania słonecznego. Najwi ększe szanse rozwoju w krótkim okresie maj ą technologie konwersji termicznej energii promieniowania słonecznego, oparte na wykorzystaniu kolektorów słonecznych oraz ogniw fotowoltaicznych. Ze wzgl ędu na wysoki udział promieniowania rozproszonego w całkowitym promieniowaniu słonecznym, praktycznego znaczenia w naszych warunkach nie maj ą słoneczne technologie wysokotemperaturowe oparte na koncentratorach promieniowania słonecznego. Ze wzgl ędu na fizyko-chemiczn ą natur ę procesów przemianom energetycznych promieniowania słonecznego na powierzchni Ziemi wyró żni ć mo żna trzy podstawowe i pierwotne rodzaje konwersji: • konwersj ę fotochemiczn ą energii promieniowania słonecznego prowadz ącą dzi ęki fotosyntezie do tworzenia energii wi ąza ń chemicznych w ro ślinach w procesach asymilacji, 1 ZAŁO ŻENIA DO PLANU ZAOPATRZENIA W CIEPŁO, ENERGI Ę ELEKTRYCZN Ą I PALIWA GAZOWE GMINY KISIELICE • konwersj ę fototermiczn ą prowadz ącą do przetworzenia energii promieniowania słonecznego na ciepło, • konwersj ę fotowoltaiczn ą prowadz ącą do przetworzenia energii promieniowania słonecznego w energi ę elektryczn ą. Z punktu widzenia wykorzystania energii promieniowania słonecznego w kolektorach płaskich oraz ogniwach fotowoltaicznych najistotniejszymi parametrami s ą roczne warto ści nasłonecznienia (insolacji) - wyra żaj ące ilo ść energii słonecznej padaj ącej na jednostk ę powierzchni płaszczyzny w okre ślonym czasie. Na poni ższym rysunku pokazano rozkład sum nasłonecznienia na jednostk ę powierzchni poziomej wg Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej dla wskazanych rejonów kraju, w tym obszaru gminy Kisielice. Gmina Kisielice Rys.1. Rejonizacja średniorocznych sum promieniowania słonecznego całkowitego padaj ącego na jednostk ę powierzchni poziomej w kWh/m 2/rok Liczby na rysunku wskazuj ą całkowite zasoby energii promieniowania słonecznego w ci ągu roku dla wskazanych rejonów kraju. Roczna g ęsto ść promieniowania słonecznego w Polsce na płaszczyzn ę poziom ą waha si ę w granicach 950 - 1250 kWh/m 2. Dla gminy Kisielice roczna gęsto ść promieniowania słonecznego waha si ę w granicach 962 – 985 kWh/m 2. 2 ZAŁO ŻENIA DO PLANU ZAOPATRZENIA W CIEPŁO, ENERGI Ę ELEKTRYCZN Ą I PALIWA GAZOWE GMINY KISIELICE Na obszarze kraju, w tym gminy Kisielice około 80 % całkowitej rocznej sumy nasłonecznienia przypada na sze ść miesi ęcy sezonu wiosenno-letniego, od pocz ątku kwietnia do ko ńca wrze śnia, przy czym czas operacji słonecznej w lecie wydłu ża si ę do 16 godz./dzie ń, natomiast w zimie skraca si ę do 8 godzin dziennie . Tab.1. Potencjalna energia u żyteczna w kWh/m 2/rok w wyró żnionych rejonach Polski Półrocze Sezon Półrocze Rok Rejon letnie letni zimowe (I-XII) (IV-IX) (VI-VIII) (X-III) Pas nadmorski 1076 881 497 195 Wschodnia cz ęść Polski 1081 821 461 260 Centralna cz ęść Polski 985 785 449 200 Zachodnia cz ęść Polski z górnym dorzeczem Odry 985 785 438 204 Południowa cz ęść polski 962 682 373 280 Południowo-zachodnia cz ęść polski obejmuj ąca 950 712 393 238 obszar Sudetów z Tuchowem Źródło: Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej Nie wszystkie regiony Polski cechuj ą si ę wysokim udziałem energii słonecznej. Dla potrzeb pozyskiwania energii słonecznej wykonano podział przydatno ści poszczególnych regionów dla energetyki wykorzystuj ącej energi ę słoneczn ą. Wyró żniono 11 regionów: I - Nadmorski; II - Pomorski; III - Mazursko - Siedlecki; IV - Suwalski; V - Wielkopolski; VI - Warszawski; VII - Podlasko - Lubelski; VIII - Śląsko - Mazowiecki; IX - Świ ętokrzysko-Sandomierski; X - Górno śląski; XI - Podgórski. Gmina Kisielice zaliczona została do regionu pomorskiego. 3 ZAŁO ŻENIA DO PLANU ZAOPATRZENIA W CIEPŁO, ENERGI Ę ELEKTRYCZN Ą I PALIWA GAZOWE GMINY KISIELICE Gmina Kisielice Rys.2. Regiony Polski wykorzystuj ące energi ę słoneczn ą Energi ę słoneczn ą mo żna wykorzysta ć do produkcji energii elektrycznej i do produkcji ciepłej wody. Z tego te ż wzgl ędu wyró żniamy dwie metody jej przetwarzania: heliotermiczn ą oraz helioelektryczn ą. Metoda heliotermiczna polega na przemianie promieniowania słonecznego w ciepło, doprowadzane nast ępnie do turbiny nap ędzaj ącej generator, wytwarzaj ący energi ę elektryczn ą. Elementami w niej stosowanymi s ą heliostaty, czyli zwierciadła ogrzewane energi ą Sło ńca, kieruj ące odbite promienie na absorber. Absorber umieszczony jest centralnie na wysokiej wie ży i składa si ę z rurek ogniskuj ących na sobie odbite od heliostatów promieniowanie słoneczne. Wewn ątrz rurek absorbera kr ąż y czynnik roboczy (sód, lit, azotan potasu), którego pary nap ędzaj ą turbin ę. Moc znamionow ą elektrowni słonecznych okre śla si ę w warunkach znormalizowanych, za które uznano napromieniowanie 1 kW/m2 przy temperaturze 20 °C. Elektrownie słoneczne charakteryzuj ą si ę wysokimi kosztami eksploatacyjnymi, co powoduje, że wi ększe nadzieje wi ąż e si ę z wykorzystaniem energii słonecznej w małych instalacjach do produkcji gor ącej wody przy pomocy kolektorów słonecznych. Są to urz ądzenia energetyczne, które zaabsorbowan ą energi ę promieniowania słonecznego przetwarzaj ą w energi ę ciepln ą, tzw. konwersja termiczna. 4 ZAŁO ŻENIA DO PLANU ZAOPATRZENIA W CIEPŁO, ENERGI Ę ELEKTRYCZN Ą I PALIWA GAZOWE GMINY KISIELICE Kolektory słoneczne umieszczone na dachu domu umo żliwiaj ą ogrzanie wody do 40 °C, co wystarcza przy ogrzewaniu podłogowym. Stosowane s ą układy wykorzystuj ące współprac ę dachowych kolektorów słonecznych i pompy ciepła wspomagane niekiedy ogrzewaczem elektrycznym na tani ą nocn ą energi ę elektryczn ą. Kolektory słoneczne podgrzewaj ące wod ę do temperatury około 65 °C wykorzystywane s ą zarówno w rolnictwie, jak i do ogrzewania basenów k ąpielowych oraz do wytwarzania ciepłej wody użytkowej tam, gdzie nie ma systemów ciepłowniczych. Metoda helioelektryczna polega ona na bezpo średniej przemianie energii promieniowania słonecznego w energi ę elektryczn ą za pomoc ą ogniw fotowoltaicznych (fotoelektrycznych). Ogniwa takie przemieniaj ą w energi ę nie tylko bezpo średnie promieniowanie sło ńca, lecz tak że promieniowanie rozproszone (przy zachmurzeniu). Ogniwa fotowoltaiczne są wykonane z krystalicznego krzemu, arsenku galu lub siarczku kadmu. Przoduj ą w ich budowie USA, Japonia, Francja. Energia słoneczna pozyskiwana metod ą fotowoltaiczn ą znajduje w naszym życiu coraz to szersze zastosowanie. Na co dzie ń spotka ć si ę z ni ą mo żemy korzystaj ąc chocia żby z kalkulatorów kieszonkowych, lampek ogrodowych, czy sygnalizacji drogowej. Obecnie mo żna nawet spotka ć prototypy samochodów zasilanych z baterii słonecznych umieszczonych na dachu, które osi ągaj ą pr ędko ści nawet do 130 km/h. Oprócz metod heliotermicznej i helioelektrycznej istnieje jeszcze trzecia metoda pozyskiwania energii ze Sło ńca, a mianowicie fotosynteza . Polega ona na asymilacji przez ro śliny, przy pomocy światła słonecznego, dwutlenku w ęgla z powietrza. Dzi ęki temu tworzy si ę energia biomasy, która mo że by ć pó źniej przekształcona na energi ę ciepln ą, elektryczn ą lub paliwa płynne. Elektrownie słoneczne odznaczaj ą si ę wysokimi kosztami eksploatacyjnymi, co powoduje, że wi ększe nadzieje wi ąże si ę z wykorzystaniem energii słonecznej w małych instalacjach, do produkcji ciepłej wody. Kolektory słoneczne umieszczone na dachu domu umo żliwiaj ą ogrzanie