Odnawialne źródła energii a efektywność energetyczna w kontekście „drogiej” fotowoltaiki i „taniej” biomasy.

Wielu czytelników zarzuca mi krytyczny stosunek do biomasy i zbytnie koncentrowanie się na energii słonecznej. Prawdą jest, że w obecnej sytuacji pozyskiwanie energii elektrycznej z biomasy charakteryzuje się niższymi kosztami zwłaszcza w porównaniu np. z fotowoltaiką jednak należy zwrócić uwagę na kilka aspektów.

- uprawy energetyczne są tanie gdyż są dotowane w różnoraki sposób od dopłat bezpośrednich do pośrednich jak np. preferencyjne ubezpieczenie społeczne KRUS
- pozyskiwanie biomasy na cele elektro energetyki jest wybitnie nieefektywne energetycznie, dlatego nigdy nie będzie miało szans stać się wiodącym źródłem energii

Z uwagi, że zawsze staram się patrzeć na problemy w szerszym horyzoncie rolę biomasy widzę jedynie w ciepłownictwie gdzie jej wykorzystanie jest znacznie bardziej efektywne a elektro energetykę należy zostawić dla źródeł, które lepiej się do tego celu nadają nawet jeżeli na początku wymagają wyższych nakładów.

W ostatnim poście wyliczyłem, że pozyskanie 10.5 TWh czyli takiej ilości energii, jaką ma dostarczyć w 2020r pierwsza polska elektrownia atomowa potrzeba byłoby ok. 95.5 km^2 paneli fotowoltaicznych. Odnieśmy teraz ten obszar do zapotrzebowania na biouprawy, które pokryją to samo zapotrzebowanie na energię.

Złożenia
Plony wierzby 17 t/ha*rok-1 – 1700 ton / km2*rok-1
Wartość opałowa wierzby 10GJ / tonę – 2778 kWh/tonę (choć niektóre źródła podają wyższą wartość opałową często błędnie pomijają fakt że świeżo zbierana wierzba ma ponad 50% wilgotność i bądźmy szczerzy nikt jej przed załadunkiem do kotła nie będzie suszył na słońcu)

Zasadniczy problem biomasy to fakt że z tych 2778 kWh/tonę świeżej wierzby sporo energii się "ulotni" zanim powstanie prąd.

Przed samym załadunkiem do kotła mamy straty
- 5% transport
- 5% zrębkowanie
- 10% mielenie (biomasa jest włóknista i trudna do mielenia)

Następnie straty wywołane przez biomasę w procesie wytwarzania energii
- 20 % - utrata sprawności kotła (strata ta wynika z uwagi na wysoką zawartość wody i niską wartość opałową, zmienia się rozkład temperatur w kotle, zanieczyszczają się powierzchnie wymiany ciepła. Z analiz przeprowadzonych w elektrowniach współspalających biomasę wynika, że dodanie 5% biomasy powoduje spadek sprawności kotła o 1%pkt. Co oznacza ponad 1% strat energii w paliwie pierwotnym. Przy 5% udziale biomasy stanowi to ok. 20% ilości energii zawartej w biomasie.)
- 10 % utrata sprawności turbin (Na skutek dodania biomasy obniża się temperatura spalin, więc także temperatura pary zasilającej turbiny. Obniżenie temperatury spalin o 5C jaką powoduje biomasa powoduje spadek sprawności termodynamicznej na poziomie 0.22pkt% w przeliczeniu na paliwo jest to 0.44 pkt% a uwzględniając 5% udział biomasy strata ta stanowi to ok. 10% energii zawartej w biomasie)

Jak widać od pola do turbiny tracimy 50% energii zawartej w biomasie . Zakładając teraz że elektrownia pracuje ze sprawnością 50% (bardzo wysoką) otrzymujemy.

(2778 kWh/tonę*ha-1 – 50% ) * 50% = 694 kWh energii elektrycznej na tonę biomasy

Czy nie jest to dziwne że z jednej strony w Polsce promuje się efektywność energetyczną a z drugiej wspiera współspalanie, które tą efektywność ewidentnie obniża? Widać wciskanie gazu i hamulca naraz to w energetyce nasza specjalność.

Wracając do wyliczeń.

694 kWh energii elektrycznej na tonę biomasy daje nam 1179800 kWh (1.18GWh / km2 ) co jest wartością bardzo małą odnosząc ją do fotowoltaiki która przy założonej sprawności 10% pozwoli z 1 km2 uzyskać 110 GWh czyli 100 razy więcej energii.

Jeżeli w przypadku fotowoltaiki do uzyskanie 10.5 TWh potrzebny był obszar 95 km2 tak w przypadku biomasy potrzebujemy aż 8900 km^2 czyli ok. 7.4% wszystkich gruntów oranych.

Na koniec spojrzenie jak te obszary wyglądają na mapie

Jeszcze bardziej ciekawie wygląda mapka gdy naniesiemy na nią obszary potrzebne pod biouprawy i panele fotowoltaiczne do pokrycia całego polskiego zapotrzebowania na energię elektryczną czyli 160TWh
W przypadku bioupraw będzie to ok 142000 km2 czyli 45% obszaru Polski i ok 118% wszystkich gruntów ornych. W przypadku fotowoltaiki będzie to obszar ok 1500 km2 niecałe 0.5% powierzchni polski