Przegląd źródeł odnawialnych i ich udział w wytwarzaniu energii

Za odnawialne źródła energii uważa się siłę wiatru, energię słoneczną, wodną, energię pochodzącą ze spalania roślin (biomasa), ze spalania biogazu oraz energię geotermalną.

Jednym z bardziej znaczących źródeł energii odnawialnej w Unii Europejskiej jest siła wiatru - w wielu krajach nowoczesne wiatraki są już stałym elementem krajobrazu. Pod koniec 2010 r. moc nominalna elektrowni wiatrowych w krajach UE wynosiła 84 GW, co stanowi 10% produkowanej tu energii elektrycznej. Według danych Urzędu Regulacji Energetyki (URE), w Polsce na dzień 20 października 2011 r. moc zainstalowana w energetyce wiatrowej wynosiła 1536,751 MW, stawiając nas pośrodku stawki wszystkich krajów UE. Jednak udział energii wiatrowej w ogólnym zużyciu energii w naszym kraju wyniósł jedynie 1,6%, co daje nam dopiero 19. miejsce wśród 27 krajów członkowskich.

Najwięcej mocy spośród wszystkich odnawialnych źródeł energii w UE wytwarza się jednak w elektrowniach wodnych. Na koniec 2010 r. było to 125,421 GW. Zdecydowana większość elektryczności pochodziła z elektrowni dużych i średnich (o mocy większej niż 10 MW). Te jednak w dużym stopniu oddziałują na środowisko naturalne, dlatego obecnie Unia Europejska promuje budowę małych elektrowni wodnych o mniejszej mocy, ale sytuowanych na mniejszych ciekach wodnych i mających znacznie słabszy wpływ na otoczenie. W Polsce elektrownie wodne mogą wytwarzać moc 949,229 MW.

Trzecim niewyczerpalnym źródłem energii jest słońce. Pochodzącą z niego energię można wykorzystywać zarówno do produkcji elektryczności, jak i ciepła. Na terenie krajów unijnych łączna moc z energetyki słonecznej w 2010 r. wynosiła 29,578 GW. Z tego zdecydowana większość wytwarzana była za pomocą ogniw fotowoltaicznych (inaczej: baterii słonecznych), a jedynie 0,635 GW - w elektrowniach typu CSP (Concentrated Solar Power; elektrownie te działają na zasadzie luster ogniskujących ogromne ilości energii słonecznej na niewielkim obszarze). W deszczowej Polsce moc paneli wytwarzających energię elektryczną z promieni słonecznych w październiku br. wynosiła tylko 0,104 MW, natomiast powierzchnia kolektorów do wytwarzania ciepła przekraczała 600 m².

Spalanie biomasy jest kolejnym przyszłościowym sposobem wytwarzania energii, którą można wykorzystać zarówno do produkcji elektryczności, jak i ciepła. W Unii Europejskiej elektrownie spalające biomasę mają moc 5,851 GW. W Polsce natomiast w takich elektrowniach wynosi ona 310 MW. Dodatkowo biomasę wykorzystuje się w procesie współspalania z węglem, choć w tej metodzie nie jest możliwe oszacowanie mocy uzyskiwanej z biomasy elektrowniach węglowo-biomasowych. Trzeba jednak zwrócić uwagę, że w ten właśnie łączony sposób w Polsce wytwarza się najwięcej energii elektrycznej z odnawialnych źródeł. Spalanie biomasy w lokalnych piecach nieprzyłączonych do sieci ciepłowniczej odpowiada aż za 90% „zielonego" ciepła wytworzonego w Polsce.

Dużym potencjałem charakteryzuje się energia pochodząca z biogazu pozyskiwanego z odpadków organicznych. W Unii Europejskiej w elektrowniach na biogaz nominalna moc wynosi 3,703 GW, w Polsce natomiast - 97,28 MW.

Z kolei energia geotermalna wykorzystywana jest do wytwarzania głównie ciepła, a w mniejszym stopniu energii elektrycznej. W całej Unii Europejskiej moc elektrowni geotermalnych wynosi 1,466 GW. W Polsce nie ma elektrowni tego typu, a energię geotermalną wykorzystuje się jedynie do produkcji ciepła. Zainstalowaną w naszym kraju moc geotermalnej energii cieplnej szacujemy na 280 MWt, wliczając w to zarówno 8 dużych ciepłowni, jak i ponad 19 000 małych przydomowych pomp ciepła.

Unia Europejska kładzie również nacisk na zwiększanie znaczenia biopaliw w transporcie. Zgodnie z dyrektywą 2009/28/EC, wszystkie kraje UE będą musiały w 2020 r. wykorzystywać przynajmniej 10% tego rodzaju paliw w transporcie. W 2008 r. w Polsce ten udział wynosił 3,3% i według szacunkowych danych przyjmuje się, że w 2010 r. osiągnął on poziom 5,8%. Są to głównie biopaliwa pierwszej generacji, czyli takie, do których produkcji wykorzystuje się skrobię, glukozę albo tłuszcze roślinne lub zwierzęce. UE dąży do tego, aby w przyszłości zwiększało się użycie biopaliw drugiej generacji, produkowanych z drewna i odpadów drewnianych oraz słomy.

Ambitne cele

Chcąc przeciwdziałać zagrożeniom wynikającym z zanieczyszczenia środowiska, Komisja Europejska prowadzi politykę zapobiegania zmianom klimatu, ochrony różnorodności biologicznej, ograniczania problemów zdrowotnych spowodowanych przez zanieczyszczenie środowiska oraz bardziej odpowiedzialnego wykorzystania zasobów naturalnych. W ramach walki ze zmianami klimatycznymi już w 2005 r. wprowadzono system handlu uprawnieniami do emisji CO₂, który wspiera przedsiębiorstwa ograniczające emisję tego gazu w procesie produkcji. Wcześniej w dwóch dyrektywach (2001/77/EC i 2003/30/EC) Unia zobowiązała państwa członkowskie do zwiększenia udziału surowców odnawialnych w produkcji energii elektrycznej oraz transporcie do 2010 r.

W 2008 r. Komisja Europejska wytyczyła sobie trzy ambitne cele związane z ochroną środowiska. Chodziło o redukcję do 2020 r. emisji gazów cieplarnianych o 20% w porównaniu z 1990 r., zwiększenie do 20% udziału źródeł odnawialnych w konsumpcji energii oraz zwiększenie efektywności wykorzystania energii o 20%. Polska zobowiązała się do zwiększenia udziału zielonej energii w całym bilansie energetycznym do 15% w 2020 r. Według najnowszych dostępnych danych Eurostatu, w 2008 r. udział ten wynosił 7,9%. To niewiele w porównaniu z wieloma innymi krajami UE. Najwyższy udział miała w tym samym roku Szwecja (aż 44,4%!). Wysoki wskaźnik osiągnęły także: Finlandia (30,5%), Łotwa (29,9%) i Austria (28,5%). Na drugim końcu zestawienia, nie licząc małych krajów, jak Malta czy Luksemburg, znajdowała się Wielka Brytania z udziałem w wysokości 2,2%, Holandia wytwarzająca tylko 3,2% energii odnawialnej i Belgia z 3,3%. Polska zajmowała w tym zestawieniu 17. miejsce.

Z kolei w rankingu krajów z największym udziałem produkcji energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii pierwsze miejsce zajmowała w 2008 r. Austria (65,1%). Na drugim miejscu z udziałem w wysokości 53,6% znajdowała się Szwecja, a na trzecim i czwartym Łotwa i Portugalia: odpowiednio 38,7% i 33,3%. Polska w tym rankingu uplasowała się dopiero na 23. miejscu z udziałem 4,3%. Za nami były tylko Luksemburg, Estonia, Cypr i Malta.

Mimo że nie ma jeszcze danych dotyczących 2009 i 2010 r., Komisja Europejska stara się oszacować postępy poszczególnych krajów w realizacji celów, jakie sobie postawiły w dyrektywie 2001/77/EC odnoszącej się do udziału elektryczności z odnawialnych źródeł energii konsumowanej w każdym z tych krajów w 2010 r. Polska jest w grupie państw, których postęp oceniany jest na 34-66% (w stosunku do stanu z 2008 r.), czyli średnio. Lepiej natomiast radzimy sobie z wykorzystaniem źródeł odnawialnych w transporcie, gdzie jedynie osiem krajów, a wśród nich Polska, uczyniło postęp w granicach 67-100%.

Państwa najbardziej i najmniej ekologiczne

Za najbardziej ekologiczne państwo unijne należy uznać Szwecję, w której udział energii odnawialnej w ogólnym zużyciu wynosi 44,4%. Szwedzi w przedstawionym przez nich krajowym planie działania w zakresie energii ze źródeł odnawialnych (NREAP) założyli, że zielona energia w 2020 r. będzie stanowić 49% całkowitego zużycia. Jest to zdecydowanie najwyżej postawiony cel we wszystkich krajach członkowskich UE. Cele dla poszczególnych sektorów kształtują się następująco: ciepłownictwo i chłodzenie - 62,1%, wytwarzanie energii elektrycznej - 62,9%, transport - 13,8%. W Szwecji zdecydowanie dominującą pozycję zajmuje energia z elektrowni wodnych, a na drugim miejscu są elektrociepłownie pracujące na biopaliwach.

Drugim pod względem zielonej energetyki krajem unijnym jest Finlandia, gdzie 30,5% zużytej energii pochodzi ze źródeł odnawialnych. Celem tego kraju jest osiągnięcie w 2020 r. 38% udziału energii czystej. W poprzedniej dekadzie głównymi źródłami tej energii była woda (ok. 50%) i biomasa (ok. 48%), a fotowoltaiki i energia wiatrowa były w tym kraju w początkowym stadium rozwoju. W sektorze ciepłownictwa natomiast zdecydowanie najważniejszą rolę pełniła biomasa.

Co interesujące, trzecim krajem członkowskim UE w tej klasyfikacji jest Łotwa, stanowiąc pewien wyjątek na tle innych nowych państw członkowskich. Prawie 30% zużywanej tam energii pochodzi ze źródeł odnawialnych, a w 2020 r. ten odsetek ma wynosić 42%. Na Łotwie 50-75% produkowanej energii powstaje w dużych elektrowniach wodnych. Pozostałe źródła odnawialne mają znikome znaczenie. W ciepłownictwie dominującą pozycję ma, jak w poprzednio opisanych krajach, biomasa, spalana głównie w małych piecach niepodłączonych do sieci.

Rynki zbytu na instalacje do produkcji zielonej energii

Europejski rynek energii ze źródeł odnawialnych będzie się rozwijał w szybkim tempie przynajmniej do 2010 roku, stymulowany przez wymóg Unii Europejskiej, aby wszystkie kraje członkowskie do tego czasu zwiększyły jej udział w ogólnym zużyciu.

Obecnie zdecydowanym liderem w tym zakresie są Niemcy. Na ten kraj w 2008 r. przypadało aż 20,1% wytwarzanej w UE zielonej energii. Dominująca pozycja Niemiec może wskazywać na szczególną atrakcyjność naszych zachodnich sąsiadów jako rynku zbytu na instalacje do produkcji energii ze źródeł odnawialnych. Do 2020 r. Niemcy planują podwoić udziały tego rodzaju energii w ogólnym zużyciu, a wymagać to będzie od nich dużych inwestycji, których wartość szacuje się na 235 mld EUR (wg Prognos AG). W niemieckiej branży energii odnawialnej duże znaczenie ma energia wiatrowa. Obecnie energia elektryczna produkowana przez siłę wiatru stanowi ok. 6% zużywanego w Niemczech prądu, jednak prognozuje się, że do 2020 r. odsetek ten będzie wynosił aż 25%. Właśnie dlatego można się spodziewać wciąż dużych inwestycji w elektrownie wiatrowe.

W 2010 r. Niemcy były drugim krajem Unii Europejskiej, jeśli chodzi o moc nominalną turbin wiatrowych (1,493MW). Jednak w tym samym roku aż 36 mld USD zainwestowano w energię pochodzącą z promieni słonecznych, co stanowiło blisko 88% wszystkich niemieckich inwestycji w odnawialne źródła energii. Tak duży udział tej branży można tłumaczyć zwiększonym zainteresowaniem małymi systemami paneli słonecznych spowodowanym korzystnymi zmianami w stosowanym przez Niemcy systemie feed in tariff[1]. Obecnie jedynie 10% energii wytwarzanej z promieni słonecznych pochodzi tam z dużych instalacji o mocy powyżej 1000 kW. Resztę energii wytwarzają systemy o mniejszej mocy zainstalowane najczęściej na dachach budynków, zarówno prywatnych, jak i komercyjnych. Z drugiej jednak strony szacuje się, że wykorzystano jedynie 6% powierzchni, na których można byłoby zainstalować takie ogniwa.

Hiszpania w natarciu

Drugim szybko rozwijającym się rynkiem energii odnawialnej jest Hiszpania. Jest to jeden z bardzo uzależnionych energetycznie krajów Unii Europejskiej, importujący ponad 80% energii z zagranicy. Chcąc zmniejszyć ten odsetek, Hiszpanie inwestują m.in. w energię odnawialną. To tutaj w zeszłym roku zainstalowano największą moc w turbinach wiatrowych w całej Unii Europejskiej (1,516 MW) oraz - dzięki sprzyjającym warunkom atmosferycznym - wyprodukowano w nich najwięcej energii elektrycznej, mimo że moc hiszpańskich wiatraków jest wciąż niższa niż u naszych zachodnich sąsiadów. Spośród wszystkich 17 regionów Hiszpanii w energię wiatrową najmocniej inwestuje Kastylia i León, a także Katalonia. Również w Hiszpanii najwięcej inwestowano w ostatniej pięciolatce w branżę energii słonecznej. Niestety, w zeszłym roku roczne wydatki na energię odnawialną spadły o 54%, z 10 do 4,9 mld USD. Główną przyczyną mniejszego zainteresowania energią odnawialną było zmniejszenie stawek feed in tariff. Tak duże zmiany w inwestycjach zarówno w Hiszpanii, jak i w Niemczech pokazują, jak duże znaczenie dla rozwoju odnawialnych źródeł energii mają odpowiednio skalkulowane stawki feed in tariff.

Włochy stawiają na małe systemy słoneczne

Trzecim najciekawszym rynkiem źródeł odnawialnych, a zarazem drugim największym pod względem inwestycji w 2010 r. (14 mld USD) były Włochy. Z tych inwestycji aż 8,6 mld USD przeznaczono na małe systemy paneli słonecznych. W tym samym roku na inwestycje w turbiny wiatrowe przeznaczono 4,5 mld USD, a prym wiodły regiony Sycylii, Kalabrii i Molise. Włochy, w podobnym stopniu jak Hiszpania, są uzależnione od zagranicznych dostawców źródeł energii, dlatego tym chętniej inwestują w odnawialne źródła.

Spektakularne inwestycje

Niemcy są rekordzistami w zakresie inwestycji w odnawialne źródła energii. Otóż w Bawarii w 2006 r. powstała największa wówczas na świecie elektrownia fotowoltaiczna o mocy 12 MW - Solarpark Gut Erlasee. Trzy lata później Niemcy wybudowali inną elektrownię słoneczną o mocy 40 MW w okolicach Lipska (rozmiar elektrowni: 2 x 1 km). Pozostaje ona do dziś największą elektrownią wykorzystującą technologię cienkowarstwową. Obecnie w Niemczech w trakcie budowy jest elektrownia o mocy 166 MW - Solarpark Senftenberg.

Imponującą inwestycją mogą się poszczycić również Rumuni. Farma wiatrowa Fântânele-Cogealac, która obecnie ma moc rzędu 300 MW, po ukończeniu w 2012 r. będzie dysponowała mocą 600 MW i będzie największą tego rodzaju farmą w Europie. Z kolei największa farma wiatrowa poza stałym lądem jest budowana u ujścia Tamizy Nazywa się London-Array i będzie miała moc 1 GW produkowaną przez 341 turbin.

Te i inne inwestycje sprawiają, że Europa jest na dobrej drodze, by zrealizować swój cel i zwiększyć do 20% udział odnawialnej energii w ogólnym jej zużyciu oraz zmniejszyć emisję gazów cieplarnianych o 20%. Komisja Europejska zaczyna sobie stawiać też kolejny cel, jakim jest praktyczne wyeliminowanie z gospodarki energetycznej węgla i jego pochodnych do 2050 r. Aby zrealizować to zadanie, KE będzie w dalszym ciągu wspierać rozwój odnawialnych źródeł energii. Optymiści zakładają więc, że za 40 lat europejska energia będzie w 100% czysta.

Piotr Brzozowski

Pracownia Badań Rynków Zagranicznych

www.pbrz.pl

[1] Feed in tariff to najczęściej wykorzystywany w Unii Europejskiej system wsparcia odnawialnych źródeł energii (OZE) polegający na stosowaniu preferencyjnych cen zakupu energii z OZE po wcześniej ustalonych, gwarantowanych cenach (gwarancja często jest długoterminowa, np. na 20 lat). Cenę tę państwo ustala w oparciu o wiele czynników, takich jak technologia wytwarzania energii czy jej lokalizacja. W Polsce nie stosuje się tego systemu, tylko system zielonych certyfikatów.

Rozmowa z Michałem Ćwilem, dyrektorem generalnym Polskiej Izby Gospodarczej Energii Odnawialnej (PIGEO)

Polskim celem jest, aby do 2020 roku 15% energii pochodziło ze źródeł odnawialnych. Jakie są dostępne instrumenty wsparcia finansowego, które pomogą osiągnąć ten cel?

W Polsce inwestorzy w sektorze odnawialnych źródeł energii mają możliwość skorzystania z pomocy ze środków publicznych. Jest to system dopłat (granty) oraz świadectw pochodzenia (zielone certyfikaty). Środki pomocowe pochodzą zarówno z budżetu państwa, jak i z UE i są przeznaczone na nowe inwestycje we wszystkich sektorach energii. Z uwagi na ograniczony budżet dotacje przyznawane są tylko wybranym przedsiębiorcom w oparciu o ogłaszane konkursy.

Inwestor, w zależności od lokalizacji inwestycji, może pozyskać aż do 70% dotacji do wydatków kwalifikowanych przy jednoczesnym limicie do 40 mln PLN na jeden projekt. Moim zdaniem takie kryteria powodują jednak, że wspieramy wysokimi dotacjami zbyt małą liczbę inwestycji.

Jakie postępy Polska uczyniła do tej pory, aby osiągnąć zamierzony cel?

Kluczowe znaczenie miało wstąpienie Polski do UE i przyjęcie regulacji unijnych, w tym dyrektywy 2001/77/WE, na podstawie której wprowadzono zielone certyfikaty. Spowodowały one bardzo dużą dynamikę wzrostu produkcji energii z biomasy spalanej w wielkoskalowych kotłach węglowych. Rozpoczęły się także inwestycje w sektorze energetyki wiatrowej. Społeczeństwo prosumenckie (przyp. red.: prosument to inaczej świadomy i aktywny konsument) zaczęło inwestować w kolektory słoneczne i pompy ciepła. Nasza izba szacuje, że w 2010 r. osiągnęliśmy udział energii ze źródeł odnawialnych na poziomie 8%, z tym że w sektorze elektroenergetyki połowa energii pochodzi z biomasy współspalanej z paliwami kopalnymi, w ciepłownictwie ok. 95% energii pochodzi z biomasy konsumowanej w lokalnych małych jednostkach nieprzyłączonych do sieci, a w transporcie praktycznie 100% paliw odnawialnych to biopaliwa pierwszej generacji.

Jak pod tym względem wypadamy na tle innych krajów UE?

Trzeba powiedzieć, że słabo. Systemy wsparcia w starej Unii funkcjonują znacznie dłużej niż w Polsce. Stąd udział zielonej energii szacowany jest dla całej Unii na poziomie 12%. Wydawałoby się, że niewiele odstajemy, ale większość energii Polska produkuje w starych, niewydajnych jednostkach.

Które z odnawialnych źródeł energii mają największą szansę w Polsce?

Największy potencjał upatrywany jest w biomasie. Ma ona zastosowanie do produkcji energii elektrycznej, ciepła, a także biopaliw, w tym biogazu. Warto, aby więcej biomasy było wykorzystywane w lokalnych jednostkach w oparciu o tzw. kogenerację - zwiększa to zdecydowanie sprawność konwersji energii, co prowadzi do oszczędzania dużego potencjału energii pierwotnej. Dużo mówi się o rozwoju biogazowni rolniczych. Inwestorzy wyczekują lepszych cen certyfikatów dla tego sektora. W ciepłownictwie mamy duże możliwości zastosowania pomp ciepła i kolektorów słonecznych zarówno w instalacjach domowych, jak i przemysłowych. W Polsce w większym niż dotychczas stopniu powinna się rozwinąć energetyka wiatrowa. Szacowana dziś na 1,5 GW moc powinna się zwiększyć do ok. 10 GW w roku 2020.

Rozmawiał Piotr Brzozowski