1
Zbigniew Juroszek
CZYNNIKI WARUNKUJĄCE WYSOKOŚD KOSZTÓW
KRAOCOWYCH POZYSKANIA PALIW ODNAWIALNYCH
WPROWADZENIE
Przełom XX i XXI wieku przyniósł w naszym kraju zdecydowany wzrost zainteresowania
energetyką odnawialną (podobnie jak bodaj we wszystkich rozwiniętych gospodarkach
świata). Wyrazem tej tendencji jest między innymi uchwalona w listopadzie 2009 roku przez
Radę Ministrów „Polityka energetyczna Polski do 2030 roku”, przewidująca w najbliższej
dekadzie stały wzrost udziału paliw odnawialnych w bilansie energetycznym naszego kraju,
aż do osiągnięcia poziomu 15% energii finalnej w roku 2020 *11+. W realizacji tych założeo
bardzo ważną rolę odegrad powinny gminy *14+. To właśnie gminy, zgodnie z Ustawą Prawo
Energetyczne, mają dla swoich obszarów opracowywad„Założenia do planu zaopatrzenia
w ciepło, energię elektryczną i paliwa gazowe”*32+. Dokumenty te, mogą owocowad
konkretnymi działaniami samej gminy. Powinny też byd brane pod uwagę przez
przedsiębiorstwa energetyczne przy tworzeniu ich własnych planów rozwoju. Ważnym jest
zatem, aby przewidywały one optymalny (ze społecznego punktu widzenia) stopieo
wykorzystania lokalnych zasobów energii odnawialnej. Poszukiwania takiego optimum
powinny uwzględniad fakt, że w większości przypadków kraocowy koszt dostaw lokalnych
paliw odnawialnych nie jest wartością stałą, lecz zmienia się wraz z ilością pozyskiwanego
paliwa (na ogół rośnie). W przypadku małej skali wykorzystywane są wyłącznie te źródła
energii pierwotnej, które posiadają korzystne parametry techniczno-ekonomiczne (odległośd
od miejsca wykorzystania, dostępnośd, koncentracja przestrzenna, klasa gruntu, itp.).
W miarę zwiększania ilości pozyskiwanego paliwa konieczne jest wykorzystywanie źródeł
(lokalizacji) o coraz słabszych predyspozycjach techniczno-ekonomicznych, a zatem coraz
droższych. Jednocześnie, paliwa nieodnawialne oraz te paliwa odnawialne, które funkcjonują
na rynkach regionalnych i na rynku krajowym (zwykle łatwe i tanie w transporcie), takie jak
np. pelet, posiadają (z punktu widzenia gminy) koszt kraocowy stały, to znaczy niezależny od
wykorzystywanej ilości. Tak więc każde z pozyskiwanych lokalnie paliw odnawialnych może
byd atrakcyjne (ze społecznego punktu widzenia) jedynie do pewnej optymalnej ilości,
powyżej której jego koszt kraocowy będzie zbyt duży w stosunku do paliw alternatywnych.
Oczywiście koszt paliwa jest jednym z głównych, ale nie jedynym społecznym kosztem
zaopatrywania gminy w energię. O ostatecznym wyborze technologii decydują również inne
koszty, dzielone w wykorzystywanych do optymalizacji modelach najczęściej na następujące
2
kategorie: koszty inwestycji, koszty stałe eksploatacji, koszty zmienne eksploatacji (inne niż
paliwo) oraz koszty zewnętrzne *9+.
Należy tu nadmienid, że przez społeczny punkt widzenia rozumie się podejście
uwzględniające (oprócz kosztów prywatnych) również zewnętrzne koszty środowiskowe,
które powinny w tego typu analizach byd brane pod uwagę *17+. Pominięte tu zostają jednak
pewne istotne, lecz trudne do wyceny zalety energetyki rozproszonej. Do najważniejszych
zaliczyd można zwiększenie bezpieczeostwa energetycznego kraju, aktywizację społeczności
wiejskich, ograniczenie skutków nadprodukcji żywności w Europie , stymulację rozwoju
nowych technologii, wzrost sprawności konwersji energii pierwotnej na finalną oraz
ograniczenie kosztów funkcjonowania sieci elektroenergetycznych *22+, *23+, *26+. Istotną
zaletą technologii odnawialnych jest również ograniczenie tempa wyczerpywania zasobów
nieodnawialnych mogących dla przyszłych pokoleo mied wielkie (trudno jeszcze dziś
wyobrażalne) znaczenie *3+. Tak więc, wskazane przez modele matematyczne, optymalne
udziały paliw odnawialnych w lokalnym bilansie energetycznym traktowad należy nie tyle
jako cel, ale raczej jako dolny próg, powyżej którego powinna znaleźd się gmina *9+.
Celem niniejszego artykułu jest przeanalizowanie zjawiska wpływu lokalnych
uwarunkowao na koszty kraocowe pozyskiwania paliw odnawialnych oraz zaproponowanie
metody uwzględnienia tego zjawiska przy optymalizacji planów rozwoju gminnej energetyki.
1. LOKALNE ŹRÓDŁA ENERGII ODNAWIALNEJ
Źródła energii odnawialnej można podzielid ze względu na odległośd między miejscem
pozyskiwania energii pierwotnej a miejscem przetwarzania energii pierwotnej na energię
finalną, na następujące kategorie *9+:
- źródła lokalne (źródło energii pierwotnej i miejsce przetwarzania energii pierwotnej na
finalną znajdują się w tej samej gminie lub ewentualnie w gminach sąsiednich),
- źródła regionalne (źródło energii pierwotnej i miejsce przetwarzania energii pierwotnej na
finalną mogą znajdowad się w oddalonych od siebie gminach tego samego regionu, ale nie
powinny znajdowad się w różnych, znacznie od siebie oddalonych regionach),
- źródła o zasięgu krajowym (źródło energii pierwotnej i miejsce przetwarzania energii
pierwotnej na finalną mogą znajdowad się w różnych, oddalonych od siebie regionach).
W przypadku paliw odnawialnych zaliczających się do pierwszej z trzech powyższych
kategorii, kraocowy koszt pozyskania będzie funkcją ilości. Jak już wspomniano we wstępie,
przy pozyskiwaniu lokalnych nośników energii odnawialnej, celem przetworzenia ich na
energię finalną wykorzystuje się początkowo najlepsze i najtaosze zasoby. Wraz ze wzrostem
skali następuje koniecznośd wykorzystania coraz mniej dogodnych i coraz droższych źródeł.
Do najważniejszych parametrów mających znaczenie dla wysokości kosztów kraocowych
możemy tu zaliczyd między innymi: odległośd źródeł energii pierwotnej od miejsca produkcji
energii finalnej, koncentrację terytorialną zasobów, predyspozycje fizyczne terenów
(np. klasa gruntu w przypadku upraw). Jeśli koszt pozyskania jednostki paliwa jest do
3
pewnego momentu stały, jednak dalej wzrasta do nieskooczoności (ograniczonośd zasobów),
mamy do czynienia również z przypadkiem zmienności kosztów kraocowych. Sytuacja taka
może mied miejsce np. przy pozyskiwaniu odpadów z niektórych procesów produkcyjnych
[9].
Dla ponad-lokalnych zasobów energii odnawialnej (druga i trzecia z wyżej wymienionych
kategorii), można przyjąd, bez popełnienia większego błędu, że koszty kraocowe będą
niezależne od ilości. Rynki regionalne i rynek krajowy są na tyle duże, że popyt pojedynczej
gminy nie wpłynie zauważalnie na ceny paliwa (podobnie jak w przypadku paliw
nieodnawialnych). Wyjątkiem mogą tu byd gminy bardzo duże *9+.
Przyczyny, dla których pewne typy źródeł energii odnawialnej muszą mied charakter
lokalny są dwojakiego rodzaju *9+:
- przyczyny techniczne (nie da się wykorzystad energii kinetycznej wiatru wiejącego
w gminie X do konwersji na energię elektryczną, za pomocą instalacji położonej w gminie
Y),
- przyczyny ekonomiczne (przewóz substratów pochodzenia zwierzęcego np. gnojowicy, do
oddalonej o kilkadziesiąt lub kilkaset kilometrów biogazowni, chod możliwy
z technicznego punktu widzenia, byłby nieopłacalny).
Można tu zauważyd, że nieopłacalnośd transportu pewnych paliw odnawialnych na
większe odległości wynika zwykle z jednej z trzech przyczyn (czasem z ich kombinacji):
- niska zawartośd energii chemicznej w jednostce masy (drogi transport ze względu na dużą
wagę ładunków) np. szlamy z oczyszczalni ścieków,
- niska zawartośd energii chemicznej w jednostce objętości (drogi transport ze względu na
duże objętości ładunków), np. słoma luzem,
- niedogodna do transportu forma paliwa, np. pomiot kurzy.
Źródła energii pierwotnej możemy również podzielid inaczej - na istotne i nieistotne dla
planowania przez gminę strategii rozwoju lokalnej energetyki *9+. Pierwsza z tych dwu
kategorii obejmuje te typy paliw, na których wykorzystanie gmina posiada wpływ. Może to
byd działanie samej gminy (budowa lub doprowadzenie do budowy przez inne podmioty
pożądanej infrastruktury energetycznej). Może to byd również działanie pośrednie - wpływ
na strategię przedsiębiorstw energetycznych w zakresie rozwoju ich infrastruktury na terenie
gminy (np. poprzez narzucenie przedsiębiorstwu ciepłowniczemu określonych kierunków
rozwoju w „Założeniach do planu zaopatrzenia gminy w ciepło”).
Do drugiej z dwu powyższych kategorii należą te typy źródeł energii pierwotnej, na
których wykorzystanie władze gminy nie mają decydującego wpływu. Przykładami są rzeki
i wiatr. Zarówno farmy wiatrowe, jak i elektrownie wodne (wyjątkiem mogą tu byd obiekty
bardzo małe) budowane są przez działające regionalnie lub na skalę kraju przedsiębiorstwa
4
energetyczne, a produkowana w tam energia zasila z reguły (poprzez sied dystrybucyjną 110
kV) odbiorców w wielu gminach (często w wielu regionach). Wraz z rozwojem technologii
mikroturbin wiatrowych sytuacja ta będzie się zmieniad.
Przy planowaniu przez gminę strategii zaopatrzenia mieszkaoców w energię warto się
skoncentrowad na tym, na co gmina ma realny wpływ, czyli na pierwszej z dwu wyżej
wymienionych kategorii paliw, traktując kompozycję energii elektrycznej pobieranej z sieci
lokalnego dystrybutora jako zadaną egzogenicznie (tzn. pomijając energię pochodzącą ze
zlokalizowanych w gminie instalacji wytwórczych, na których rozwój gmina nie ma wpływu).
Nie należy jednak w rozważaniach pomijad możliwości rozwoju źródeł energii elektrycznej
zaspokajających bezpośrednio potrzeby gminy, na których rozwój lokalne władze mają
wpływ. Przykładami są tu biogazownie i mikrokogeneracja.
Należy tu podkreślid, że podział paliw na istotne i nieistotne dla planowania w gminie,
przebiega niezależnie od podziału na paliwa odnawialne i nieodnawialne oraz od podziału
paliw odnawialnych na lokalne, regionalne i krajowe.
Tak więc z punktu widzenia modeli optymalizujących lokalną politykę energetyczną
możemy wyróżnid trzy następujące grupy paliw *9+:
- paliwa nieistotne dla planowania rozwoju energetyki w gminie (nieodnawialne – nie
nadające się do wykorzystania w gminie, np. węgiel brunatny, odnawialne – na których
wykorzystanie gmina nie ma wpływu, np. wiatr, woda),
- paliwa istotne dla planowania rozwoju energetyki w gminie, o koszcie kraocowym stałym
(nieodnawialne – nadające się do wykorzystanie w gminie, np. gaz ziemny, odnawialne
o zasięgu regionalnym lub krajowym, np. pelet),
- paliwa istotne dla planowania rozwoju energetyki w gminie, o koszcie kraocowym
zależnym od zużycia (lokalne zasoby odnawialne, na których wykorzystanie gmina ma
wpływ).
Dalsza częśd artykułu poświęcona jest lokalnym źródłom energii odnawialnej, istotnym dla
planowania rozwoju energetyki gminnej.
Podział źródeł energii z uwzględnieniem wyżej omówionych kryteriów i aspektów
przedstawiają tabele 1 i 2.
5
Tab. 1. Podział paliw na typy (z perspektywy energetyki gminnej) [9]
Zasięg paliwa
Istotnośd paliwa
dla planowania w gminie
Paliwa funkcjonujące na
rynkach ponadlokalnych
(koszt kraocowy stały)
Paliwa lokalne
(koszt kraocowy zależny od
ilości)
zasoby istotne dla planowania w gminie
paliwa nieodnawialne
nadające się do
wykorzystania w gminie, np.
olej opałowy, LPG, węgiel
ekogroszek
paliwa odnawialne o zasięgu
ponadlokalnym, np. pelet
lokalne paliwa odnawialne, na
których wykorzystanie gmina
ma wpływ, np. słoma, biomasa
pochodzenia zwierzęcego
zasoby nieistotne dla planowania w gminie
paliwa nie nadające się do
wykorzystania w gminie, np.
węgiel brunatny
paliwa odnawialne, na których
wykorzystanie gmina nie ma
wpływu, np. wiatr, woda
(wyjątkami mogą byd obiekty
bardzo małe)
6
Tab. 2. Najważniejsze paliwa z uwzględnieniem zasięgu wykorzystania i istotności dla planowania w gminie (uwarunkowania w Polsce) [9]
Lp. Nośnik energii Zasięg wykorzystania (lokalny /
regionalny / krajowy)
Przyczyny konieczności
wykorzystania lokalnego
(techniczne / ekonomiczne)
Istotnośd dla planów
tworzonych przez gminę
Koszt kraocowy pozyskania
w relacji do ilości (z punktu
widzenia gminy)
1 drewno leśne, z sadownictwa
lub z upraw - nie przetworzone
(zrębki lub polana)
lokalny / regionalny ekonomiczne tak zmienny
2 drewno przetworzone (brykiet
lub pelet)
regionalny / krajowy - tak stały (za wyjątkiem gmin
bardzo dużych)
3 drewno odpadowe np. trociny lokalny ekonomiczne tak zmienny (ograniczonośd
zasobów)
4 gaz wysypiskowy lokalny techniczne tak zmienny (ograniczonośd
zasobów)
5 gaz ziemny sieciowy krajowy - tak stały
6 gaz CNG krajowy - tak stały
7 gaz LNG krajowy - tak stały
8 geotermia lokalny techniczne tak zmienny
9 kiszonka kukurydzy
(biogazownie)
lokalny ekonomiczne tak zmienny
7
10 odpady z procesów produkcyjnych (np. przemysł spożywczy)
różnie różnie tak zmienny (ograniczonośd zasobów)
11 olej opałowy krajowy - tak stały
12 osady ściekowe lokalny ekonomiczne tak zmienny (ograniczonośd zasobów)
13 słoma luzem lokalny ekonomiczne tak zmienny
14 słoma w formie beli i balotów lokalny ekonomiczne tak zmienny
15 słoma w formie brykietów lokalny / regionalny - tak zmienny
16 słooce lokalny techniczne tak zmienny
17 substraty pochodzenia zwierzęcego (biogazownie)
lokalny ekonomiczne tak zmienny
18 węgiel brunatny krajowy - nie stały
19 węgiel kamienny energetyczny
międzynarodowy - tak stały
20 węgiel typu ekogroszek krajowy - tak stały
21 wiatr lokalny techniczne nie zmienny
22 woda lokalny techniczne nie zmienny
8
2. METODYKA OBLICZANIA SPOŁECZNYCH KOSZTÓW POZYSKANIA PALIW
LOKALNYCH
W przypadku zasobów lokalnych mogą istnied dwa sposoby pozyskiwania paliwa:
- wytwórca energii finalnej (np. przedsiębiorstwo komunalne) pozyskuje paliwo
bezpośrednio,
- wytwórca energii finalnej kupuje paliwo od lokalnych firm.
W pierwszym przypadku wytwórca energii finalnej sam ponosi wszelkie koszty pozyskania
paliwa, takie jak np.: wynagrodzenia, wynajem lub zakup odpowiednich maszyn, itp. Jak już
zauważono we wstępie, wraz ze wzrostem ilości pozyskiwanego paliwa jego koszt kraocowy
na ogół rośnie. Całkowity koszt społeczny (total social cost) pozyskania paliwa możemy
obliczyd ze wzoru *9+:
TSC (Q) =
Q
dxxMC0
)(
gdzie:
TSC - całkowity koszt społeczny (total social cost) MC - koszt kraocowy (marginal cost) Q - ilośd
Wartości TSC będzie odpowiadało na rysunku 1 pole powierzchni pod krzywą MC(Q)
oznaczone jako A (założono, tak dużą ilośd źródeł paliwa, że koszt kraocowy jest funkcją
ciągłą, w przypadku kilku źródeł koszt kraocowy były funkcją schodkową).
Rys. 1. Koszt pozyskania paliwa lokalnego bezpośrednio przez wytwórcę energii finalnej [9]
A
(TSC)
MC(Q)
Q
Qo
MC(Q)
(1)
9
W drugim przypadku koszt całkowity (total cost) bezpośrednio poniesiony przez wytwórcę
energii będzie równy iloczynowi ceny i ilości paliwa (powierzchnia A+B na rysunku nr 2).
Zauważmy jednak, że pojawia się tu nadwyżka producentów (producer surplus), wynikająca
z tego, że częśd dostawców paliwa posiada koszty produkcji niższe od ceny. Łączną nadwyżkę
wszystkich producentów obliczyd możemy ze wzoru *9+:
PS =
Qo
0
)]([ dQQMCP
gdzie:
P - cena PS - nadwyżka producentów (producer surlplus) Q0 - ilośd paliwa zakupiona przez wytwórcę energii od dostawców paliwa
Tak więc producent energii płacąc za paliwo, pokryje koszty dostaw tego paliwa
(powierzchnia A) oraz nadwyżkę (marżę) dostawców (powierzchnia B) *2+. Jeśli jednak
spojrzymy na zjawisko z perspektywy ogólnospołecznej, widzimy, że nadwyżka dostawców
(powierzchnia B) nie jest kosztem, a ma jedynie charakter redystrybucji zasobów (wydatek
wytwórcy energii i przychód dostawcy paliwa). A zatem kosztem pozyskania paliwa
z perspektywy społecznej jest tylko powierzchnia A. Tak więc dochodzimy do wniosku, że dla
obliczenia kosztów pozyskania paliw lokalnych, nie ma znaczenia czy są one produkowane
bezpośrednio przez wytwórcę energii finalnej, czy kupowane od lokalnych podmiotów
prywatnych [9].
Rys. 2. Całkowity koszt społeczny paliwa lokalnego w przypadku zakupu paliwa przez wytwórcę
energii finalnej od lokalnych firm [9]
A
(TSC)
MC(Q), P
Q
P
B
(PS)
Qo
MC(Q)
(2)
10
Nadmieomy, że w przypadku zakupu paliwa odnawialnego na rynku ponad lokalnym,
koszt poniesiony przez wytwórcę energii będzie (podobnie jak w przypadku drugim) równy
iloczynowi ceny i ilości zakupionego paliwa. Również i tu może wystąpid nadwyżka
producentów (tym razem spoza gminy). Jeśli jednak założymy, że rynek ponad lokalny jest
rynkiem wysoce konkurencyjnym oraz, że kupowane ilości paliwa są zbyt małe, aby na ten
rynek wpływad, będziemy mogli przyjąd, że nadwyżki dostawców paliwa bliskie są zeru *1+,
*2+. A zatem jako koszt społeczny pozyskania paliwa będziemy mogli przyjąd iloczyn ceny
i ilości paliwa, a jako koszt kraocowy cenę jednostkową paliwa.
3. LOKALNE ZASOBY ENERGII ODNAWIALNEJ – DETERMINANTY SPOŁECZNYCH
KOSZTÓW KRAOCOWYCH
3.1. Słoma
Słoma w naszym kraju powstaje głównie przy produkcji zbóż i rzepaku. Częśd słomy
wykorzystywana jest do hodowli zwierząt i do nawożenia. Ilośd nadwyżek nie znajdujących
rolniczych zastosowao szacowana jest na 12-14 mln t rocznie *8+. Wartośd opałowa świeżej
słomy wynosi około 14 GJ/t *5+. Całkowity roczny potencjał energetyczny słomy w naszym
kraju wynosi zatem prawdopodobnie około 100-200 PJ [7], [8].
Słoma jest paliwem ekologicznym. Emisja szkodliwych dla środowiska gazów,
powstających przy spalaniu słomy jest (w porównaniu do tradycyjnych paliw kopalnych)
bardzo niska. Najuciążliwszą dla środowiska substancją emitowaną podczas spalania kopalin
są pyły. Koszt zewnętrzny jednej tony pyłu, emitowanej przez typową elektrownię
systemową w Polsce wynosi około 7,6 tys. EUR *18+. Pyły powstające podczas spalania słomy,
ze względu na swój skład chemiczny, nie stanowią zagrożenia dla środowiska *8+.
Zastępowanie paliw kopalnych słomą skutkuje także redukcją, zanieczyszczającego
atmosferę i odpowiedzialnego za kwaśne deszcze, dwutlenku siarki. Również w przypadku
tlenków azotu, korzystanie ze słomy przyniesie znaczne korzyści środowiskowe. Przejście
z węgla na słomę spowoduje tu redukcję emisji z 200g/GJ do 130 g/GJ *8+. Kolejną znaczącą
korzyścią środowiskową, osiągniętą dzięki wykorzystaniu energetycznym słomy jest
eliminacja emisji dwutlenku węgla. Niewykorzystane nadwyżki słomy pozostawiane są
zwykle na polach i podlegają procesom naturalnego rozkładu. Bywa też, że są spalane.
W obu tych przypadkach emisja dwutlenku węgla do atmosfery jest porównywalna z emisją
powstającą podczas energetycznego wykorzystania słomy *8+.
Słomę jako paliwo stosuje się najczęściej w formie beli (sprasowane bryły o kształcie
okrągłym) lub w formie balotów (kształt prostopadłościanu). Rzadziej wykorzystuje się słomę
luźną (kłopotliwy transport i magazynowanie) lub w formie brykietów (droga produkcja).
W przypadku beli i balotów proces przygotowania paliwa rozpoczyna się jeszcze na polu,
gdzie pozostawiony po żniwach surowiec formuje się za pomocą specjalistycznych urządzeo.
11
Wielkośd beli oraz balotów może byd różna i zależy parametrów kotła, w którym będą
spalane. Sprasowaną słomę transportuje się następnie w miejsce składowania. Kolejnym
etapem procesu jest podawanie porcji słomy do kotła. Jest ono ręczne lub zmechanizowane,
w zależności od wielkości kotła i wagi dozowanych porcji. Dozowanie zmechanizowane może
przy tym byd cykliczne lub ciągłe. Produktami spalania słomy w kotłach ciepłowniczych są:
ciepło, spaliny i popiół, który może byd wykorzystywany do nawożenia. Głównymi kosztami
zebrania i przygotowania słomy do wykorzystania w kotłowni są koszty pracy maszyn
formujących luźną słomę w bele lub baloty, koszty materiałów (sznurek lub folia) oraz koszty
transportu z pól do miejsca składowania i spalania. Możliwe są tu przy tym dwa rozwiązania.
Pierwsze polega na tym, że w celu zebrania słomy wynajęty zostaje kombajn (kombajny)
wraz z obsługą (dla dalszych lokalizacji również transport kołowy). Podmiot pozyskujący
paliwo (dostawca paliwa lub sam wytwórca energii finalnej) pokrywa wtedy jedynie koszty
wynajmu maszyn z obsługą. Są one zwykle proporcjonalne do ilości przepracowanych
motogodzin. Drugim rozwiązaniem jest wykorzystanie przez podmiot pozyskujący paliwo
własnych aktywów. W tym przypadku będzie on musiał pokryd bezpośrednio następujące
rodzaje kosztów *9+:
- amortyzacja środków trwałych,
- zakup paliwa i części zamiennych,
- remonty i przeglądy,
- ubezpieczenie środków trwałych i ubezpieczenie od odpowiedzialności cywilnej,
- wynagrodzenia.
Pozyskanie słomy do lokalnego źródła ciepła wiąże się zatem z dwoma kategoriami
czynności *9+:
- niezależnymi od odległości między polami, parkiem maszynowym, a źródłem ciepła
(sprasowanie słomy pozostawionej na polu po żniwach w bele lub baloty, załadunek
sprasowanej słomy na wózek transportowy lub przyczepę, rozładunek bel lub balotów
w rejonie źródła ciepła i uformowanie ich w stertę)
- zależnymi od odległości między polami, parkiem maszynowym, a źródłem ciepła
(przejazdy maszyn rolniczych z parku maszynowego na pola i transport bel lub balotów
w rejon źródła ciepła).
Sprasowanie, pozostawionej po żniwach, słomy konieczne jest ze względu na niską
objętośd właściwą luźnej słomy – około 20 m3/t *6+. Czynnośd ta generuje przede wszystkim
koszty korzystania ze specjalistycznych urządzeo oraz koszty robocizny. Istotne są tu również
koszty materiałów (sznurek wiązałkowy lub folia). Oprócz prasy (zwijającej lub
wielkogabarytowej) wykorzystujemy tu również zwykle ciągnik, oraz nośnik widłowy lub
podajnik czołowy do załadunku i rozładunku beli lub balotów.
Druga z dwu wyżej wymienionych kategorii prac obejmuje przejazdy maszyn rolniczych
z parku maszynowego na pola (i z powrotem) oraz z koszty transportu bel lub balotów z pól
w rejon źródła ciepła.
12
Koszt przygotowania luźnej słomy do zwózki zależy od lokalnych uwarunkowao oraz
położenia pól w niewielkim stopniu i bywa zwykle w różnych częściach gminy dośd zbliżony.
Koszty przejazdów maszyn i transportu słomy (przypadające na jednostkę masy słomy) mogą
byd natomiast dla poszczególnych lokalizacji bardzo różne. Zależą one przede wszystkim od
trzech następujących czynników *9+:
- odległości parku maszynowego i źródła ciepła od pól,
- plonu słomy z jednostki powierzchni pola,
- powierzchni i koncentracji areałów.
Wpływ pierwszego z trzech wyżej wymienionych czynników na koszt jednostkowy
pozyskania słomy jest dośd oczywisty – im dalej usytuowane pola, tym wyższe koszty
przejazdów maszyn. Pozyskiwanie słomy z odległości większych niż 60-80 km wydaje się
tracid zasadnośd *8+. Istotnośd drugiego i trzeciego parametru wynika z faktu, że im większe
i bardziej skupione są pola oraz im większym cechują się plonem słomy, tym na większą ilośd
surowca rozkładad się będą koszty przejazdów maszyn rolniczych, a więc, tym niższy będzie
koszt jednostkowy pozyskania słomy. Wyżej opisane zjawiska opisad można następującą
formułą:
Kjps = Kjpz + (Lk x Khpł) / (Vk x S x PS) + (Lc x Khc) / (Vc x Ł)
gdzie:
Kjps -koszt jednostkowy pozyskania słomy wyrażony w zł/t
Kjpz -koszt jednostkowy przygotowania słomy do zwózki z pola wyrażony w zł/t
Lk -trasa jaką muszą pokonad maszyny (prasa i ładowarka) z parku maszynowego na pola i
z powrotem wyrażona w km
Khpł - koszt jednej godziny wynajęcia prasy z ciągnikiem oraz ładowarki wyrażony w zł/h
(z uwzględnieniem obsługi oraz paliwa spalanego przy przejazdach)
Vk - średnia prędkośd jazdy maszyn z parku maszynowego na pola i z powrotem wyrażona
w km/h
S - powierzchnia areału wyrażona w ha (sąsiadujące lub bardzo blisko względem siebie
położone areały, które wymagają łącznie jednego przejazdu maszyn traktowane są jako
jeden areał)
PS - plon słomy wyrażony w t/ha
Lc - trasa jaką musi pokonad ciągnik zwożący słomę z pól (park maszynowy – pola – ciepłownia -
park maszynowy) wyrażona w km
Khc - koszt godziny pracy ciągnika i przyczepy transportujących słomę (wraz z paliwem i obsługą)
wyrażony w zł/h
Vc - średnia prędkośd jazdy ciągnika zwożącego bele lub baloty z pól wyrażona w km/h
Ł - ładunek słomy zabierany przez ciągnik za jednym kursem
(3)
13
Powyższa zależnośd dobrze opisuje koszt pozyskania słomy z małych i średnich areałów,
na których czas pracy maszyn nie przekracza jednej dniówki. Dla areałów większych, koszty
przejazdów maszyn rolniczych rozkładają się nie na ilośd słomy pozyskaną z całego areału
lecz na ilośd słomy jaką przygotowują maszyny do zwózki w ciągu jednej doby. W związku
z tym, w przedstawionym powyżej wzorze S oznaczad będzie powierzchnię pola obsłużoną
przez maszyny w ciągu jednej roboczej dniówki. Wielkośd ta sytuuje się (w zależności od
klasy maszyn i od organizacji prac) między 20 i 45 ha.
Ilustracją graficzną opisanych w rozdziale pierwszym zjawisk są Rys. nr 3 i 4. Przedstawiają
one zależnośd kosztu pozyskania jednej tony słomy od odległości między parkiem
maszynowym a polami w przypadku areałów, z których zbiór słomy trwa nie dłużej niż jedną
roboczą dniówkę (dla uproszczenia przyjęto, że park maszynowy i skład paliwa przy
ciepłowni znajdują się w tym samym miejscu, a zatem Lc = Lk). Na rysunku nr 1 założono stały
plon słomy – równy 2,5 t/ha oraz powierzchnię areału przyjmującą (jako parametr funkcji)
trzy różne wartości. Na rysunku nr 2 natomiast, stała jest powierzchnia pola, zmienia się
natomiast drugi z podstawowych parametrów funkcji – plon słomy.
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
5 15 25 35 45 55 65
długośc trasy przejazdu maszyn rolniczych
(tam i z powrotem) wyrażona w km
jed
nos
tko
wy
ko
szt
pozy
sk
an
ia s
łom
y
(zł/t) areał 5 ha
areał 10 ha
areał 25 ha
Rys. 3. Jednostkowy koszt pozyskania słomy jako funkcja długości trasy przejazdu maszyn rolniczych.
Plon słomy – 2,5 t/ha, areały – 5, 10, 25 ha *Opracowanie własne+
14
80
90
100
110
120
130
140
150
160
5 15 25 35 45 55 65
trasa przejazdu maszyn rolniczych (tam i z powrotem)
wyrażona w km
ko
szt
jed
no
stk
ow
y p
ozyskan
ia s
łom
y (
zł/t)
plon słomy 2 t/ha
plon słomy 3 t/ha
plon słomy 4,5 t/ha
Rys. 4. Jednostkowy koszt pozyskania słomy jako funkcja długości trasy przejazdu maszyn rolniczych.
Areał 10 ha, plon słomy – 2, 3 i 4,5 t/ha *Opracowanie własne+
Do wykreślenia obu rodzin prostych przyjęto następujące założenia:
- średnia prędkośd poruszania się ciągnika zwożącego słomę z pola oraz prasy pokonującej
trasę park maszynowy - pola – park maszynowy - 20 km/h,
- tonaż jednego transportu słomy z pól do ciepłowni – 10t.
Ponadto, do obliczeo przyjęto następujące ceny jednostkowe wykorzystania środków
produkcji rolniczej:
- koszt prac niezależnych od odległości między polami, parkiem maszynowym a ciepłownią
(przygotowanie słomy do zwózki z pola, rozładunek i uformowanie sterty) - 90 zł/t,
- koszt jednej godziny korzystania z prasy, ciągnika i ładowarki (z obsługą i paliwem) - 200
zł,
- koszt jednej godziny korzystania z ciągnika i przyczepy równy jest 90 zł (z obsługą
i paliwem).
Dane dotyczące kosztów środków produkcji rolniczej zgromadzono na podstawie cennika
Polskiego Związku Pracodawców i Usługodawców Rolnych, informacji udostępnionych
w internecie przez Izby Rolnicze - Wielkopolską i Dolnośląską oraz dyskusji prowadzonych na
forach internetowych przez podmioty zajmujące się działalnością rolniczą.
Wyżej wymienione źródła podają na temat cen czynników produkcji rolniczej nieco
rozbieżne informacje. Dzieje się tak ponieważ ceny te mogą byd w różnych gminach, różnych
okolicznościach i różnych latach rzeczywiście znacząco różne. Warto więc przeanalizowad jak
wpływają one na zależnośd kosztu jednostkowego pozyskania słomy od długości trasy
przejazdu maszyn rolniczych. Można spostrzec, że wzrost (spadek) kosztu jednostkowego
przygotowania słomy do zwózki (Kjpz) powoduje przesunięcie całej prostej w górę (w dół).
15
Można również zauważyd, że wzrost (spadek) kosztów jednostkowych pracy maszyn objawi
po pierwsze przesunięciem całej prostej w górę (w dół) na skutek wzrostu (spadku) wartości
Kjpz, a ponadto rotacją prostej w górę (w dół) wokół punktu początkowego (wartośd na osi
odciętych równa zero). Możemy ponadto zauważyd, że wzrost (spadek) średniej prędkości
przejazdu maszyn rolniczych lub wzrost (spadek) tonażu jednego transportu słomy również
spowoduje rotację prostej w górę (w dół) wokół punktu początkowego.
Zwózka słomy jest również często organizowana z wykorzystaniem samochodów
ciężarowych *16+. Najważniejszymi czynnikami decydującymi o wyborze między transportem
samochodami ciężarowymi a ciągnikiem z przyczepą są:
- odległośd pól od źródła ciepła (im większa, tym bardziej opłacalny będzie transport
samochodowy ze względu na niższy koszt tonokilometra),
- odległośd gminy od bazy transportu samochodowego (jeśli baza transportu
samochodowego jest położona poza gminą, w cenę transportu wejdzie nie tylko koszt
przewozu ładunku z pól na miejsce przeznaczenia, ale również koszt dojazdu ciężarówek
do gminy),
- stan dróg dojazdowych,
- ilośd słomy (im większa, tym bardziej opłacad się będzie sprowadzenie do gminy aut
ciężarowych).
Ilustracją wpływu pierwszych dwu, z wyżej wymienionych czynników na wybór środka
transportu słomy jest rysunek 5.
koszt transportu słomy samochodami ciężarowymi
koszt transportu słomy ciągnikami wyposażonymi w przyczepy
optymalny koszt transportu
Rys. 5. Wpływ odległości pól od źródła ciepła na wybór środka transportu słomy
[Opracowanie własne]
koszt transportu
słomy
odległośd pól od
źródła ciepła
16
3.2. Drewno z leśnictwa i sadownictwa
Drewno do celów energetycznych można w naszym kraju pozyskiwad przede wszystkim
z leśnictwa i sadownictwa. Całkowity potencjał techniczny drewna energetycznego z tych
dwu sektorów w Polsce jest wysoki i wynosi około 159 PJ *8+. Planując wykorzystanie
zasobów leśnych należy jednak mied świadomośd, że nadmierna eksploatacja ekosystemów
daje jedynie krótkotrwałe korzyści. W dłuższym okresie czasu prowadzi ona natomiast do
spadku zdolności produkcyjnych zasobów naturalnych *4+. Znaczny potencjał posiadają
również drewno odpadowe - omówione w rozdziale 3.5. oraz uprawy drzew energetycznych
– omówione w rozdziale 3.4. Drewno, podobnie jak słoma, jest paliwem ekologicznym o tzw.
zerowej emisji CO2 i bardzo niskiej emisji innych zanieczyszczeo *8+. Ponieważ drewno
w formie peletów i brykietów funkcjonuje na rynkach regionalnych (stały koszt kraocowy
z perspektywy gminy) skoncentrujemy swoje rozważania na drewnie nieprzetworzonym -
wykorzystywanym lokalnie. Drewno pozyskiwane z leśnictwa i sadownictwa jest zbierane,
przygotowywane do załadunku, a następnie przewożone do miejsca składowania (transport
ciągnikami lub samochodami ciężarowymi). Ostatecznie, drewno zostaje spalone
w specjalnie do tego przystosowanych kotłach (o różnej mocy). Istnieją również inne niż
bezpośrednie spalanie formy pozyskiwania energii z drewna, takie jak zgazowanie lub
piroliza, które, chod na razie rzadko stosowane, uważane są za bardzo perspektywiczne *15+.
Najistotniejszymi rodzajami kosztów ponoszonych przy pozyskiwaniu drewna z leśnictwa
i sadownictwa są *9+:
- wynagrodzenia (zbiór drewna, przygotowanie do załadunku, załadunek, rozładunek),
- amortyzacja środków trwałych,
- zakup paliwa i części zamiennych,
- remonty i przeglądy,
- ubezpieczenie środków trwałych i ubezpieczenie od odpowiedzialności cywilnej.
Czynnikami decydującymi o wysokości wyżej wymienionych rodzajów kosztów, a zatem
o atrakcyjności obszaru, z którego zbierane i zwożone jest drewno są przede wszystkim *9+:
- odległośd obszarów leśnych (sadów) od miejsca składowania i spalania drewna
- koncentracja terenów,
- ukształtowanie i dostępnośd terenów,
- ilośd drewna uzyskiwanego z jednostki powierzchni (atrakcyjniejsze są obszary leśne
i sady, w których z jednostki powierzchni uzyskad można większe masy drewna).
3.3. Biogaz rolniczy
Biogaz jest nośnikiem energii produkowanym z odchodów zwierzęcych, roślin
energetycznych (najczęściej kukurydza) lub odpadów i pozostałości po procesach
wykorzystywanych w sektorze rolno-spożywczym. Składniki te (lub ich mieszanka) poddane
fermentacji beztlenowej w specjalnych instalacjach (fermentatorach) dają biogaz. Biogaz
17
składa się głównie z metanu (CH4) - 50-70%. Pozostałe składniki to dwutlenek węgla (CO2),
tlenek węgla (CO), azot (N) i siarkowodór (H2S). Biogaz wykorzystywany jest najczęściej
miejscowo - do produkcji energii elektrycznej i ciepła. Stosowane są tu zwykle agregaty
kogeneracyjne o sprawności brutto przetwarzania energii pierwotnej na ciepło
i elektrycznośd około 85% *24+. Wziąwszy pod uwagę, że częśd energii elektrycznej (5-10%)
i częśd ciepła (15-25%) wykorzystywana jest na potrzeby własne procesu, otrzymujemy nieco
niższą sprawnośd netto układu (70-75%). Zdaniem ekspertów, coraz powszechniejsze będzie
się również stawad zatłaczanie, oczyszczonego w odpowiedni sposób, biometanu do sieci
gazu ziemnego *27+. Biogaz jest przy tym paliwem ekologicznym, jako że jego energetyczne
wykorzystanie praktycznie nie powoduje emisji do atmosfery szkodliwych dla środowiska
gazów (biorąc pod uwagę cały cykl obiegu materii). Szacuje się, że dzięki biogazowniom
rolniczym w Polsce możliwe będzie zmniejszenie emisji do atmosfery dwutlenku węgla
o około 3,4 mln t rocznie [12].
Jak pokazują dotychczasowe doświadczenia, z 1 m3 odchodów zwierzęcych płynnych lub 1
m3 obornika można uzyskad odpowiednio 20 m3 i 30 m3 biogazu o wartości energetycznej 23
MJ/m3 *8+, *31+. Należy jednak mied świadomośd tego, że produkcja biogazu pochodzenia
zwierzęcego zasadna jest jedynie w odpowiednio dużych gospodarstwach. Zasoby
ekonomiczne biogazu zwierzęcego w naszym kraju oceniane są na 1,3 mld m3 rocznie,
co odpowiada 26 PJ [20].
Bardzo perspektywiczne wydaje się byd również pozyskiwanie biogazu z roślin (głównie
kiszonka kukurydzy). Potencjał energetyczny 1 ha gruntów rolnych średniej klasy to obecnie
około 5 000 m3 czystego metanu rocznie (wartośd energetyczna - 36 mJ/m3). Jak przewidują
eksperci, na skutek postępów w rozwoju agrotechniki potencjał ten wzrośnie między 2020
i 2030 rokiem do około 8 000 m3 rocznie *13+, *26+. Całkowity potencjał energetyczny
istniejących w Polsce nieużytków oceniany jest na 80 TWh *28+. Jeśli dodatkowo weźmiemy
pod uwagę (w związku z nadprodukcją żywności) możliwośd wykorzystania do produkcji
biogazu części gruntów obecnie uprawianych (według Polskiej Izby Biomasy około 10% z 16
mln ha tj. 1,6 mln ha), potencjał ten jeszcze wzrasta. Jak jednak zauważa częśd ekspertów,
nie wszystkie areały położone są dostatecznie blisko odbiorców energii lub sieci gazu, tak
więc potencjał ekonomiczny tych zasobów jest w rzeczywistości mniejszy.
Biorąc pod uwagę biogaz zarówno pochodzenia zwierzęcego jak i roślinnego, szacuje się,
że docelowo w Polsce wytwarzane będzie od 3,5-3,8 mld m3 czystego metanu [12]. Jest to
więc potencjał mogący odegrad znaczącą rolę w bilansie paliwowym Polski, a także
zredukowad zależnośd naszego kraju od zewnętrznych dostaw gazu ziemnego. Przewiduje
się, że moc elektryczna wszystkich instalacji biogazowych (w tym gaz wysypiskowy i gaz ze
szlamów ściekowych) osiągnie w 2020 roku 802 MW, a w 2030 roku 1 379 MW. Energia
produkowana z biogazu (elektryczna i cieplna łącznie) zaspokoi w naszym kraju w tych latach
odpowiednio 847,6 i 1 392,6 ktoe popytu na energię finalną *11+. Częśd specjalistów
przewiduje jeszcze bardziej dynamiczny rozwój sektora. Niektóre prognozy zakładają nawet
18
produkcję w 2030 roku 60 TWh energii elektrycznej i 300 PJ ciepła z samego tylko biogazu
rolniczego (3 tys. biogazowni i 100 tys. mikrobiogazowni tj. biogazowni o mocy poniżej 100
kWel) [27].
3.3.1. Koszt biogazu z substratów pochodzenia zwierzęcego
Do produkcji biogazu wykorzystuje się następujące substraty pochodzenia zwierzęcego:
- gnojówka (mocz zwierzęcy),
- gnojowica (mieszanka moczu i odchodów stałych zwierząt),
- obornik (mieszanka odchodów zwierząt oraz ściółki),
- pomiot kurzy.
Produkcja biogazu z substratów zwierzęcych może odbywad się w sposób centralny lub
rozproszony. Biogazownie centralne korzystają z substratów lokalnych gospodarstw rolnych.
Dostarczanie substratów z gospodarstw do biogazowni odbywa się zwykle z wykorzystaniem
transportu kołowego. W Austrii i Niemczech można również spotkad przypadki transportu
substratów płynnych rurociągami. Biogazownie centralne współpracują często z lokalnymi
sieciami ciepłowniczymi.
Biogazownie rozproszone zlokalizowane są przy pojedynczych gospodarstwach rolnych.
Uzyskiwane w nich ciepło wykorzystywane jest na potrzeby samego gospodarstwa. W tym
przypadku mogą się jednak pojawid niewykorzystane nadwyżki ciepła. Wytworzona energia
elektryczna zasila gospodarstwo, a jej nadmiar odprowadzany jest do sieci
elektroenergetycznej. W przypadku biogazowni rozproszonych znikają problemy logistyczne
związane z transportem substratu, pojawiają się jednak nieco wyższe koszty jednostkowe
inwestycji. Zalety i wady biogazowni centralnych i rozproszonych przedstawia Tabela 3.
Tab. 3. Ekonomiczne różnice między funkcjonowaniem biogazowni centralnych oraz biogazowni
rozproszonych *Opracowanie własne+
Biogazownie centralne Biogazownie rozproszone
Koszt transportu substratów wysoki nie występuje lub jest bardzo
niski
Jednostkowy koszt
inwestycyjny
niski wysoki (za wyjątkiem
biogazowni rozproszonych dużej
mocy)
Możliwośd wykorzystania ciepła dobra słaba lub średnia
19
Najważniejsze czynniki wpływające na koszty pozyskiwania substratów zwierzęcych do
biogazowni centralnych to [9]:
- wielkośd gospodarstw dostarczających substrat,
- odległośd gospodarstw dostarczających substrat od biogazowni i od siebie nawzajem,
- dostępnośd i jakośd dojazdu do gospodarstw dostarczających substrat.
Możemy stwierdzid, że w przypadku biogazowni centralnej koszt kraocowy pozyskiwania
paliwa będzie rósł wraz z wielkością produkcji biogazu, gdyż zmuszeni będziemy sięgad po
substrat do coraz mniejszych, coraz bardziej niedostępnych, coraz bardziej oddalonych
i rozproszonych gospodarstw. Wraz z tym, rosnąd będą wszystkie rodzaje kosztów transportu
substratów (identyczne jak koszty wyszczególnione w rozdziale 3.1 i 3.2). Bardzo dużą rolę
w opłacalności produkcji biogazu odgrywają też koszty inwestycyjne. Jednostkowe koszty
inwestycyjne dla biogazowni początkowo spadają wraz ze wzrostem mocy obiektu,
a następnie po osiągnięciu około 0,5 MWel stabilizują się na poziomie około 14 mln zł za 1
MWel. Tak więc efekt coraz droższego substratu (dla coraz większej produkcji biogazu)
będzie się nakładał na efekt spadających kosztów jednostkowych inwestycji.
Najważniejsze czynniki decydujące o koszcie jednostkowym produkcji biogazu
w biogazowniach indywidualnych to [9]:
- wielkośd gospodarstwa,
- możliwośd zagospodarowania ciepła,
- predyspozycje gospodarstwa do budowy biogazowni (ukształtowanie terenu, rodzaj
gruntu, itp.),
- odległośd miejsca powstawania substratu od biogazowni.
Aby budowa biogazowni indywidualnej była opłacalna gospodarstwo powinno byd
odpowiednio duże. Minimalna wielkośd hodowli, przy której produkcja biogazu zaczyna byd
opłacalna to ok. 20 SD (sztuki duże – 1 sztuka bydła lub 5 tuczników lub 20 sztuk drobiu).
Projekty szczególnie rentowne to te, w których do produkcji biogazu wykorzystuje się
substrat z gospodarstw większych niż 100 SD *8+. Możliwośd zagospodarowania ciepła jest
dla opłacalności produkcji biogazu również szalenie istotna. Niepełne wykorzystanie ciepła
powstałego w czasie spalania biogazu w agregatach kogeneracyjncyh powoduje obniżkę
sprawności układu. Zjawisko to może byd szczególnie odczuwalne w biogazowniach
indywidualnych w okresie letnim.
Zauważmy, że w przypadku biogazowni rozproszonych za punkt widzenia przyjmujemy nie
jedną zadaną biogazownię, ale gminę. Tak więc wraz ze wzrostem udziału biogazu w bilansie
energetycznym gminy rośnie nie moc jednej zadanej bogazowni, ale ilośd tego typu obiektów
w gminie. Zatem efekt spadku jednostkowych kosztów inwestycyjnych wraz ze wzrostem
mocy nie będzie tutaj miał miejsca. Koszt kraocowy produkcji biogazu (energii) będzie rósł
w miarę zwiększania udziału biogazu w bilansie energetycznym gminy, ponieważ zmuszeni
20
będziemy do budowy coraz mniej atrakcyjnych biogazowni indywidualnych (coraz
mniejszych, z coraz słabszymi możliwościami wykorzystania ciepła itp.)
3.3.2. Koszt biogazu z kiszonki kukurydzy
Proces produkcji i wykorzystywania biogazu roślinnego podobny jest do tego, z jakim
mamy do czynienia w przypadku substratów zwierzęcych. Różnice występują jedynie
w sposobie pozyskiwaniu substratu. Dalej proces technologiczny jest już ten sam.
Często zresztą substraty zwierzęce i roślinne są ze sobą mieszane. Rośliną o najlepszych
predyspozycjach do produkcji biogazu wydaje się byd kukurydza. Jest ona uprawiana, potem
(w odpowiedniej fazie dojrzewania) zbierana z pola, a następnie pryzmowana (najczęściej
pod folią). W czasie składowania zebranej z pola kukurydzy zielonej tworzy się kiszonka,
która następnie może byd podawana do komór fermentacyjnych.
Najważniejsze rodzaje kosztów ponoszonych przy uprawie i zbiorze kukurydzy to:
- ziarno,
- nawozy,
- środki ochrony roślin,
- praca sprzętu (aktywa własne lub wynajęte - omówiono szerzej w rozdziałach 3.1, 3.2),
- wynagrodzenia.
Czynnikami decydującymi o kosztach pozyskania kiszonki kukurydzy są przede wszystkim:
- klasa bonitacyjna pól, na których uprawiana jest kukurydza,
- odległośd plantacji od miejsca składowania kukurydzy i produkcji biogazu
- koncentracja terenów plantacji,
- rozłóg pól (kształt)
- dostępnośd plantacji (stan dróg dojazdowych, itp.).
Biogazownie, w których dominuje substrat roślinny będą raczej biogazowniami
centralnymi (większa moc i lepsze możliwości zagospodarowania ciepła, przy kosztach
logistycznych niewyższych niż w przypadku biogazowni indywidualnych, do których również
trzeba zwieźd surowiec z pola). Podobnie jak w przypadku substratów zwierzęcych, koszt
kraocowy paliwa produkowanego z kiszonki kukurydzy będzie rósł wraz ze wzrostem udziału
biogazu w bilansie energetycznym gminy. Coraz większa skala produkcji biogazu zmusi nas
do wykorzystywania coraz mniej urodzajnych oraz coraz bardziej oddalonych, rozproszonych
i niedostępnych plantacji.
Całkowity koszt pozyskania jednej tony kiszonki kukurydzy w celu poddania jej
zgazowaniu składa się z trzech czynników:
- koszt uprawy (materiał siewny, praca maszyn, nawozy, środki ochrony),
- koszt zwiezienia zebranej kiszonki w rejon biogazowni,
21
- koszt przejazdów maszyn rolniczych na pola (dziewięciokrotny przejazd ciągnika celem
dokonania podorywki, bronowania po podorywce, orki, bronowania po orce, wysiewu
nawozów, uprawy przedsiewnej, siewu, oprysków, bronowania po opryskach oraz
jednokrotny przejazd kombajnu w czasie żniw).
Kjpk = Kjpp / PK + (L1 x Khc) / (Vc x Ł) + (8 x L2 x Khc / Vc + L2 x Khk / Vk ) / (S x PK)
gdzie:
Kjpk - koszt jednostkowy pozyskania kiszonki wyrażony w zł/t
Kjpp - koszt jednostkowy prac polowych wyrażony w zł/ha
PK - plon kiszonki w t/ha
L1 - trasa jaką musi pokonad ciągnik zwożący kiszonkę z pól (park maszynowy – pola –
biogazownia – park maszynowy) wyrażona w km
Khc - koszt godziny pracy ciągnika (wraz z paliwem i obsługą) wyrażony w zł/h
Vc - średnia prędkośd jazdy ciągnika zwożącego kiszonkę z pól lub dojeżdżającego na
pola w celu wykonania prac polowych, wyrażona w km/h
Ł - ładunek kiszonki zabierany przez ciągnik za jednym kursem
L2 - trasa jaką musi pokonad ciągnik jadąc z parku maszynowego na pola i z powrotem,
wyrażona w km
Khk - koszt jednej godziny pracy kombajnu w zł/h (z uwzględnieniem obsługi oraz paliwa
spalanego przy przejazdach)
Vk - średnia prędkośd jazdy maszyn z parku maszynowego na pola i z powrotem
wyrażona w km/h
S - powierzchnia, którą jest w stanie obsłużyd ciągnik w trakcie jednej dniówki
wyrażona w ha
Powyższa zależnośd została zilustrowana na rysunku nr 6. W celu ich sporządzenia
przyjęto następujące założenia (identyczne źródła jak w przypadku słomy):
- średnia prędkośd poruszania się po drogach publicznych ciągnika oraz kombajnu wynosi
20 km/h,
- ładunek kiszonki zabierany przez ciągnik za jednym kursem wynosi 10 t,
- koszt pracy ciągnika (wraz z obsługą i paliwem) wynosi 90 zł/h,
- koszt korzystania z kombajnu rolniczego (wraz z obsługą i paliwem) wynosi 275 zł/h
- średni całkowity koszt uprawy i zbioru kiszonki z jednego hektara wynosi 3 900 zł,
- park maszyn rolniczych i biogazownia znajdują się w jednym miejscu tzn. L1 = L2
Ponieważ powyższe parametry mogą byd różne w różnych gminach, okresach czasu
i okolicznościach, warto przyjrzed się jak ich zmiana wpłynie położenie prostych
przedstawionych na rysunku 6. Spadek średniej prędkości poruszania się ciągnika lub
kombajnu po drogach publicznych (np. ze względu na zły stan nawierzchni lub stromiznę)
spowoduje rotację prostych w górę wokół punktu początkowego. Podobny efekt będzie miał
(4)
22
spadek wielkości ładunku zabieranego jednorazowo przez ciągnik podczas zwózki plonów
w rejon biogazowni. Koszt pracy maszyn rolniczych spowoduje po pierwsze podniesienie
prostych w górę (poprzez wzrost kosztu uprawy) oraz rotację w górę wokół punktu
początkowego (droższy dojazd). Wzrost średniego kosztu uprawy i zbioru kiszonki z jednego
hektara spowoduje przesunięcie prostych w górę.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
5 15 25 35 45 55
długość trasy przejazdu maszyn rolniczych (tam i z powrotem) w
km
kos
zt p
ozys
kan
ia k
iszon
ki
zł/t
plon 50 t/ha
plon 40t/ha
plon 30 t/ha
Rys. 6. Koszt pozyskania kiszonki kukurydzy jako funkcja długości trasy przejazdu maszyn rolniczych
na pola i z powrotem, dla plonów 40 t/ha, 45 t/ha, 50 t/ha *Opracowanie własne+
3.4. Uprawy roślin energetycznych wieloletnich
Drewno z upraw energetycznych wykorzystywane jest do produkcji ciepła w taki sposób,
jak drewno pochodzenia leśnego lub drewno z sadownictwa (rozdział 3.2). Inny jest tu
jednak sposób pozyskiwania paliwa. Drewno pochodzi w tym przypadku ze specjalnie
stworzonych przez człowieka plantacji. Wśród roślin, które najlepiej nadają się do uprawy w
warunkach europejskich znajdują się przede wszystkim drzewa szybko rosnące (np. wierzba),
byliny (np. topinambur), trawy wieloletnie (np. miskant olbrzymi) oraz ślazowate (np.
ślazowiec pensylwaoski). Wydajnośd plantacji może dochodzid nawet do 50 t świeżej masy
z jednego hektara rocznie [19], przy czym wartośd opałowa zebranego surowca to około 16
GJ/t *30+. Techniki kultywacji roślin energetycznych są dośd zróżnicowane i zależą od gatunku
uprawianej rośliny. W Polsce coraz powszechniej do celów energetycznych wykorzystuje się
wierzbę energetyczną. Podstawową zaletą tej rośliny jest możliwośd jej kultywacji na mało
żyznych lub nawet skażonych terenach. Cały cykl upraw trwa około 20 lat i obejmuje
sadzenie, pielęgnację oraz zbiory (5-8 zbiorów w ciągu cyklu) *8+. Zebraną masę drzewną
formuje się w zrębki (kawałki o długości kilku cm) lub polana (kawałki o długości
kilkudziesięciu cm) i suszy się. Bywa, że surowiec przerabia się na pelety lub brykiety. Tak
przygotowane paliwo jest droższe, posiada jednak nieco lepsze własności fizyko-chemiczne
i jest znacznie wygodniejsze w transporcie, przez co może stad się paliwem ponad-lokalnym.
23
Koszty pozyskania wierzby energetycznej podzielid możemy trzy kategorie *9+:
- koszty proporcjonalne są do uprawianej powierzchni (amortyzacja założenia plantacji,
podatek gruntowy, nawożenie, pielęgnacja, ścinka), szacowane na około 1930 zł / ha
rocznie
- koszty proporcjonalne do ilości pozyskanego surowca (transport wewnętrzny,
rozdrobnienie, załadunek), szacowane na około 46 zł / t
- koszty transportu zewnętrznego – proporcjonalne do ilości tonokilometrów niezbędnych
dla dostarczenia paliwa do źródła ciepła (cena jednego tonokilometra szacowana jest
w niektórych źródłach na 0,32 zł , wyniki przetargów na wykonanie usług transportowych
w wybranych gminach w latach 2009-2010 kształtują się jednak nieco wyżej – od 0,34 do
0,79 zł / tonokilometr *34+, do obliczeo przyjęto ostatecznie 0,5 zł / tonokilometr).
Całkowity koszt pozyskania jednej tony wierzby energetycznej opisad można więc
następującym wzorem:
K jp w = k ha / p + k t + k tonokilometr * l
gdzie:
K jp w - koszt jednostkowy pozyskania wierzby do lokalnego źródła ciepła (zł / t śm)
k ha - koszt kultywacji jednego hektara (zł / ha)
p - plon wierzby (t śm / ha)
k t - koszt jednostkowy transportu wewnętrznego, rozdrobnienia i załadunku (zł / t
śm)
k tonokilometr - cena jednego tonokilometra ( zł / t km)
l - odległośd plantacji od źródła ciepła (km)
Dwoma najważniejszymi czynnikami decydującymi o atrakcyjności terenów, które
przeznacza się na plantacje roślin energetycznych są zatem *9+:
- odległośd od źródła ciepła,
- możliwy do osiągnięcia plon (zależny głównie od poziomu wód gruntowych, w mniejszym
stopniu od klasy gleby).
Ilustracją graficzną tego zjawiska jest Rysunek nr 7.
(5)
24
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
10 30 50 70 90
odległość plantacji od źródła ciepła (km)
cen
a p
ozys
ka
nia
pa
liw
a (
zł/t
śm
)
plon 40 t śm / ha
plon 30 t śm / ha
plon 20 t śm / ha
Rys. 7. Koszt pozyskania jednej tony wierzby energetycznej jako funkcja odległości plantacji
od źródła ciepła *Opracowanie własne+
3.5. Odpady poprocesowe
Liczne procesy technologiczne prowadzone przez człowieka powodują powstawanie
odpadów o potencjale energetycznym. Do najważniejszych energetycznych pozostałości
poprocesowych można zaliczyd osady ściekowe, gaz wysypiskowy, odpady z drewna oraz
inne przemysłowe odpady organiczne. Osady ściekowe tworzą się w biologicznych
oczyszczalniach ścieków (głównie komunalnych, rzadziej przemysłowych). Powstały
w reaktorze biologicznym osad jest gromadzony, a następnie poddawany fermentacji
(w procesie podobnym do tego jaki opisano w rozdziale 3.3). Wartośd energetyczna osadów
ściekowych wynosi około 11 GJ/t *10+. Gaz wysypiskowy to produkt uboczny samoczynnej
fermentacji zachodzącej w komunalnych składowiskach odpadów. Jego wykorzystanie
uwarunkowane jest istnieniem na składowisku specjalnej, odgazowującej instalacji. Zasoby
metanu wysypiskowego możliwego do pozyskania szacowane są w Polsce na 135-145 mln
m3 rocznie *8+. Technika wykorzystania biogazu ściekowego i wysypiskowego jest taka sama
jak w przypadku biogazu rolniczego. Dużym potencjałem energetycznym cechują się również
odpady z drewna (np. trociny tartaczne, resztki wykorzystanych opakowao drewnianych,
itp.). Zasoby te szacuje się na około 54 PJ rocznie *8+. Energetyczne wykorzystanie osadów
ściekowych, gazu wysypiskowego, odpadów z drewna i innych odpadów organicznych jest
neutralne dla środowiska (w porównaniu do sytuacji, gdy zasoby te pozostawione są bez
zagospodarowania).
Odpady powstają również w czasie wielu innych wykonywanych przez człowieka
czynności (produkcja alkoholi, przemysł spożywczy, pielęgnacji zieleni miejskiej itd.). Procesy
te mogą byd tak różne, że badając charakter zależności kosztów kraocowych od ilości paliwa
należy każdy przypadek rozpatrywad indywidualnie. Wszystkie typy odpadów po-
procesowych będą jednak miały wspólny mianownik: ich potencjał (z punktu widzenia
25
gminy) będzie ograniczony, co odróżnia je od paliw ponad lokalnych. Zjawisko to można
zapisad w następujący sposób *9+:
MC(Q) = f(Q), dla 0 ≤ Q ≤ Q0, oraz MC(Q) = ∞ dla Q > Q0, przy czym Q0 to potencjał źródła
odpadów. Szczególnym przypadkiem funkcji f(Q) będzie f(Q) = constans (stałe koszty
kraocowe aż do pełnego wykorzystania źródła odpadów).
3.6. Energia słoneczna i geotermalna
Słooce i geotermia posiadają pewną wspólną cechę. Ich wykorzystanie nie wiąże się
z występowaniem paliwa czyli substancji magazynującej energię chemiczną. W obu tych
przypadkach energia istniejąca w naturze zamieniana jest na energię finalną bez
pośrednictwa paliwa. Podobnie jest dla wiatru i wody (ponieważ jednak te dwa zasoby nie są
istotne dla planowania w gminie, pomijamy je w rozważaniach). Dla słooca mamy do
czynienia z przemianą energii fali elektromagnetycznej na energię elektryczną lub ciepło.
Dla geotermii - ciepło wnętrza ziemi zamieniane jest na ciepło użytkowe. Trudno tu zatem
mówid o kosztach kraocowych paliwa, można się jednak zastanawiad nad zależnością
kosztów kraocowych energii od jej ilości biorąc pod uwagę inne typy kosztów (inwestycyjne,
eksploatacyjne). W przypadku energii słonecznej należy przy tym pamiętad, że przyjmujemy
perspektywę gminy, a nie jednej instalacji. Tak więc zastanawiamy się nie nad tym, jak
będzie się zmieniał koszt kraocowy energii solarnej przy zwiększaniu powierzchni kolektorów
w jednym gospodarstwie, ale nad tym jak będzie się zmieniał koszt kraocowy energii
wytworzonej w gminie w miarę, jak kolektory słoneczne wykorzystywane będą przez kolejne
gospodarstwa [9].
W przypadku geotermii perspektywa gminy pokrywad się będzie na ogół z perspektywą
jednej, centralnej instalacji (wykorzystanie przydomowych pomp ciepła zostało
w rozważaniach pominięte). Efekt spadku jednostkowych kosztów inwestycyjnych wraz ze
wzrostem mocy zainstalowanej nałoży się tu więc na efekt konieczności sięgania po zasoby
o coraz słabszych predyspozycjach techniczno-ekonomicznych. Można przypuszczad, że koszt
kraocowy energii w miarę zwiększania mocy instalacji będzie początkowo malał (spadek
kosztów jednostkowych inwestycji), a następnie wzrastał ( koniecznośd sięgania po coraz
mniej dostępne zasoby) *9+.
Obydwa omawiane w niniejszym rozdziale źródła energii posiadają w Polsce znaczący
potencjał i każde z nich będzie miało swój wkład w realizację rządowych planów zwiększania
udziału energii odnawialnej w całkowitym bilansie energetycznym kraju. Zgodnie z „Polityką
energetyczną Polski do roku 2030” *12+, roczna produkcja energii finalnej z geotermii i słooca
będzie docelowo następująca:
- geotermia - 348,1 ktoe,
- słooce – 139,3 ktoe (w tym 2,1 fotowoltaika).
26
Do najistotniejszych parametrów wpływających na koszty pozyskania energii słonecznej
zaliczyd możemy (panele solarne instalowane na dachach budynków) *9+:
- kąt nachylenia dachu budynku,
- ułożenie kalenicy dachu dwu-spadowego względem kierunków świata,
- ilośd osób zamieszkujących budynek (ilośd wykorzystywanej ciepłej wody użytkowej),
- koszt wzmocnienia dachu.
Dla geotermii najważniejszymi czynnikami wpływającymi na koszty wyprodukowanej
energii są *9+:
- wydajnośd źródła,
- temperatura wody geotermalnej,
- odległośd obiektu od sieci ciepłowniczej,
- typ gruntu i predyspozycje geologiczne do wykonywania odwiertów.
4. POSTAD ANALITYCZNA FUNKCJI KOSZTÓW KRAOCOWYCH LOKALNYCH
PALIW ODNAWIALNYCH
Chcąc uwzględnid zjawisko zmienności kosztów kraocowych paliw odnawialnych
w modelach optymalizujących zarządzanie rozwojem lokalnej energetyki musimy
skonstruowad funkcję odwzorowującą ilośd paliwa w jego koszt kraocowy (funkcja będzie
oczywiście miała inny kształt dla każdej gminy). Możemy tego dokonad wyodrębniając pewną
ilośd lokalizacji (grup lokalizacji) i przypisując każdej z nich koszt jednostkowy pozyskania
paliwa oraz potencjał. Jest to postępowanie analogicznie do (spotykanych w modelach)
metod wyznaczania kosztów kraocowych pozyskania węgla kamiennego z krajowych
zasobów (każda kopalnia traktowana jest jako źródło paliwa o określonym potencjale
i o określonym koszcie wydobycia) *29+. W ten sposób otrzymamy zbiór par liczb {pi,ki}, i =
1,2, ...n, gdzie:
i - numer lokalizacji
pi - potencjał „i-tej” lokalizacji (t lub GJ)
ki - koszt pozyskania jednostki paliwa z „i-tej” lokalizacji
n - ilośd lokalizacji
Graficzną ilustracją takiej funkcji jest krzywa schodkowa pokazana na Rys. 8 (przykład dla
trzech lokalizacji).
27
Rys. 8. Przykład graficznej postaci funkcji kosztu kraocowego pozyskania lokalnego paliwa
odnawialnego [9]
PODSUMOWANIE
Odnawialne zasoby energii możemy podzielid na lokalne i ponad-lokalne oraz na istotne
i nieistotne dla planowania rozwoju energetyki gminnej (istotne to te, o których
wykorzystaniu decyduje sama gmina, nieistotne to te na których wykorzystanie gmina nie
ma decydującego wpływu). Modele optymalizujące rozwój energetyczny gminy powinny się
koncentrowad na zasobach istotnych dla gminy, a nieistotne pominąd. Dla zasobów
istotnych z perspektywy gminy, które funkcjonują na rynkach ponad-lokalnych można przyjąd
koszt kraocowy paliwa jako stały i niezależny od ilości. Dla tych źródeł (istotnych dla gminy),
które wykorzystuje się wyłącznie lokalnie, koszt kraocowy paliwa będzie się zmieniał wraz
z ilością produkowanej energii. Uwzględnienie tego zjawiska w modelach matematycznych
może byd dokonane poprzez podział całego potencjału danego zasobu na lokalizacje
(lub grupy lokalizacji o podobnych predyspozycjach). Każda lokalizacja (grupa lokalizacji)
będzie scharakteryzowana przez potencjał oraz koszt jednostkowy paliwa.
p1 p1 + p2 p1 + p2 + p3
k1
k2
k3
koszt kraocowy
zużycie
28
LITERATURA
[1] Begg D., Fisher S., Dornbusch R: Economics, 9th Edition. Mc Graw-Hill, Berkshire,
2008.
[2] Besanko D., Braeutigam R.: Microeconomics, 3rd Edition. John Wiley & Sons, Inc.,
Hoboken, 2008
[3] Delay H.: Beyond growth. Beacon Press Books, Boston, 1996.
[4] Delay H., Farley J.: Ecological economics. Island Press, Washington, 2004.
[5] Denisiuk W., 2008 – Słoma – potencjał masy i energii. Inżynieria Rolnicza nr 2(100), s.
23-30.
[6] Denisiuk W., 2009 – Słoma jako paliwo. Inżynieria Rolnicza nr 1(109), s. 83-89.
[7] Gajberger-Sulecka R.: Wybrane problemy promowania efektywności energetycznej
i odnawialnych źródeł energii w ciepłownictwie. Rynek energii 2005, nr 6(61), s.13-22
[8] Jesionek J., Solioski I.: Biomasa-ekologiczne i odnawialne paliwo XXI wieku. Polityka
Energetyczna 2004, t.7, z.1, s.37-115.
[9] Juroszek Z., 2010– Czynniki warunkujące wysokośd kosztów kraocowych pozyskania
paliw odnawialnych. Rynek Energii nr 6 (91)
[10] Kaczmarek A.: Energetyczne wykorzystanie biomasy. Rynek energii 2008, nr 2(75), s.
54-58
[11] Kancelaria Prezesa Rady Ministrów: Uchwała w sprawie „Polityki energetycznej Polski
do 2030 roku”, 2009
[12] Kancelaria Prezesa Rady Ministrów: Kierunki rozwoju biogazowni rolniczych w Polsce.
2010.
[13] Kicioski J., Lampart P.: Mini i Mikrosiłownie CHP ORC jako perspektywiczna forma
wdrażania technologii OZE w Polsce. Energetyka cieplna i zawodowa 2009, nr 6, s. 39-
42.
[14] Klojzy-Kaczmarczyk B., Mazurek J.: Zadania samorządów lokalnych w procesie
likwidacji niskiej emisji. Polityka Energetyczna 2009, t.12, z.2.2, s.277-284.
[15] Kotowicz J., Bartela Ł.: Energetyczne wykorzystanie biomasy drzewnej – przegląd
technologii. Rynek Energii 2007, nr 6(73), s. 22-28.
[16] Kowalczyk K.. 2006 – Aktualne zasoby i możliwości pozyskania biomasy na obszarze
Dolnego Śląska. Materiały z konferencji „Wdrażanie przepisów UE regulujących
wykorzystanie odnawialnych źródeł energii w wybranych krajach członkowskich, ze
szczególnym uwzględnieniem zagadnienia wykorzystania biomasy”. Urząd
Marszałkowski Województwa Dolnośląskiego oraz Dolnośląska Agencja Energii
i Środowiska.
[17] Kudełko M.: Efektywna alokacja zasobów w krajowym systemie energetycznym.
Instytut gospodarki surowcami mineralnymi i energią, Kraków, 2003.
[18] Kudełko M. i inni: Implementation of ExternE Methodology in Eastern Europe.
Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią. Praga, Charles University,
Kraków, 2004.
29
[19] Kudełko M., Suwała W., Kamioski J.: Koszty zewnętrzne w energetyce – zastosowanie
w badaniach modelowych. Instytut gospodarki surowcami mineralnymi i energią,
Kraków, 2007.
[20] Kupczyk A., Kupczyk M.: Rozwój biogazowni rolniczych w Polsce. Energetyka cieplna
i zawodowa 2009, nr 10, s. 23-29.
[21] Krawiec F. – Odnawialne źródła energii w świetle globalnego kryzysu energetycznego.
Difin, Warszawa 2010.
[22] Malko J.: Energetyka rozproszona – Uwarunkowania i perspektywy. Polityka
Energetyczna 2004, t.7, z.spec., s.257-265.
[23] Malko J.: Sieci inteligentne – zasady, technologie. Rynek energii 2009, nr 3(82), s.13-
21.
[24] Mocha R., Pniewska M., Kadłubiec W. – Model energetyczny gminy. Technologie,
regulacje prawne, ekonomika, logistyka. Referat z konferencji „Stabilizacja
bezpieczeostwa energetycznego Polski w okresie 2008-2020 za pomocą
mechanizmów rynkowych”, Warszawa 16-17 czerwca 2008.
[25] Polski Związek Pracodawców Usługodawców Rolnych, 2010. Ceny usług PZPUR.
www.uslugirolne.pl/_ceny.htm.
[26] Popczyk J.: Działania na 2008 oraz strategia na okres przejściowy (do 2020)
uwzględniająca perspektywę 2050. Elektroenergetyka, Raport roczny 2007.
[27] Popczyk J.: W kierunku wielkiej syntezy energii z otoczeniem. Energetyka Cieplna
i zawodowa 2009, nr 10, s. 5-8.
[28] Popczyk J.: Kto zarobi a kto straci na handlu energią. Referat z VIII Konferencji
„Odbiorcy na rynku energii”, Legnica 31 marca 2010.
[29] Solioski I.: Metoda wyznaczania kosztów przyrostu pozyskania nośników energii
w aspekcie zapotrzebowania gospodarki. Centrum podstawowych problemów
gospodarki surowcami mineralnymi i energią, Kraków, 1989.
[30] Strzelczyk F., Wawrzczak A.: Efektywnośd biomasy jako paliwa energetycznego. Rynek
energii 2008, nr 5(78), s. 51-57.
[31] Tys J.: Wykorzystanie surowców rolniczych w energetyce. Wieś jutra, Warszawa,
2009.
[32] Ustawa „Prawo energetyczne” z 10 kwietnia 1997.
[33] Wielkopolska Izba Rolnicza, 2010 – Kalkulacja uprawy 1 ha pszenicy ozimej.
www.wir.org.pl/kalk/pszenica.htm
[34] Wyniki przetargów na usługi transportowe w gminach