PIERWSZE W PEŁNI ODNAWIALNE POLSKIE GMINY

Odnawialne źródła energii stanowią coraz ważniejszy element w krajobrazie energetycznym Europy. W niektórych krajach udział OŹE w bilansie energetycznym dochodzi do kilkunastu procent. W Polsce stanowią one obecnie ok. 2,4% energii pierwotnej. Tymczasem, w niektórych rejonach kraju z powodzeniem mogą niemal całkowicie lub w pełni pokryć zapotrzebowanie na energię. Dwie gminy w powiecie człuchowskim (województwo pomorskie) wdrażają obecnie takie programy.

Koczała i Rzeczenica to sąsiadujące ze sobą gminy, o podobnej wielkości, liczbie mieszkańców, strukturze gospodarki i zatrudnienia. Obydwie charakteryzują się wysokim stopniem zalesienia (Koczała - 63,3%, Rzeczenica - 63%) oraz oparciem o gospodarkę leśną i rolnictwo. Rejon ten cechują ponadto wysokie walory środowiskowe. Z racji dużego zalesienia gmin i planów zalesień niewykorzystanych gruntów rolnych, szacowany jest duży potencjał biomasy. Niewielki sektor przemysłowy związany jest ściśle z rolnictwem i leśnictwem.

Gminy Koczała i Rzeczenica to także jeden z najuboższych regionów województwa pomorskiego o bardzo wysokim stopniu bezrobocia.

Celem obydwu programów jest redukcja emisji gazów szkodliwych do atmosfery, poprzez całkowitą eliminację węgla, oleju opałowego i gazu ziemnego z lokalnych i indywidualnych systemów zaopatrzenia mieszkańców w ciepło oraz korzystanie z energii elektrycznej wytwarzanej tylko w źródłach odnawialnych, dostępnych lokalnie, tj. biopaliwach i energii wiatru. Ponadto, przewidziana jest termomodernizacja budynków oraz wymiana źródeł ciepła na bardziej efektywne, co pozwoli na znaczne oszczędności energii w stosunku do stanu obecnego.

Podstawowe założenia programu dla gminy Koczała opierają się na wykorzystaniu odpadów z przemysłu drzewnego i ferm trzody chlewnej do produkcji energii elektrycznej i ciepła na terenie gminy.

Koczała ma szanse stać się pierwszą polską w pełni odnawialną gminą. Już w r. 2000, kiedy przygotowywany był program, znaczna część mieszkańców, zwłaszcza w domach rozsianych poza wsią gminną, wykorzystywała głównie drewno do ogrzewania pomieszczeń i przygotowania ciepłej wody użytkowej.

Potrzeby energetyczne gminy Koczała wynoszą obecnie ok. 83 500 GJ/rok, a w dotychczasowej strukturze wykorzystania paliw dominuje drewno i węgiel. Działania polegające na wymianie paliw będą prowadzone jednocześnie z termomodernizacją budynków, dzięki której zapotrzebowanie na ciepło obniży się o ok. 13%.

W Koczale znajduje się lokalna kotłownia, zaopatrująca w ciepło osiedle mieszkaniowe i budynki publiczne. W pierwszym etapie programu (do 2002  r.) przewiduje się wymianę kotła węglowego na kocioł opalany odpadami drzewnymi o mocy 1,5 MW Paliwo pozyskiwane będzie z oddalonego o 5 km tartaku. Roczna produkcja energii cieplnej wyniesie ok. 21 500 GJ i w pelni pokryje zapotrzebowanie na ciepło budynków obsługiwanych przez kotłownię.

W drugim etapie (do 2005 r.) proponuje się wybudowanie instalacji biogazu przetwarzająca odchody zwierzęce z dużej farmy trzody chlewnej. Razem z 45 000 t odchodów, przeróbce na gaz poddane zostaną odpady z miejscowej rzeźni. Instalacja wytwarzać będzie 3 500 000 nm³ biogazu. Gaz ten skierowany zostanie do kotłowni, gdzie w silnikach gazowych z generatorami energii elektrycznej i odzyskiem ciepła wytwarzana będzie energia elektryczna i ciepło. Moc elektryczna zespołu wyniesie 1 MW, a moc cieplna - 1,3 MW.

Dla pełnego wykorzystywania ciepła z elektrociepłowni i kotłowni do sieci ciepłowniczej podłączone zostanie 30 domków jednorodzinnych, znajdujących się na obrzeżu osiedla oraz domy usytuowane wzdłuż głównej ulicy w Koczale. Zakłada się, że zużycie ciepła wyniesie 6 611 GJ, a ilość wytworzonej energii w pełni pokryje potrzeby mieszkańców wsi.

Rurociąg z biogazem poprowadzony będzie też do kotłowni na fermie trzody chlewnej oraz do wytwórni pasz, gdzie wykorzystany zostanie głównie do procesu suszenia zboża.

Tego typu instalacja rozwiąże zarówno kwestię dostaw energii, jak i problem gnojowicy zanieczyszczającej dotąd grunt.

Biogazownia nie pokryje jednak w pełni zapotrzebowania na energię elektryczną gminy, dlatego też, po przeprowadzeniu odpowiednich pomiarów wiatru, na wyniesieniu w pobliżu miejscowości Starzno zainstalowane zostaną turbiny wiatrowe o łącznej mocy ok. 3 MW, zdolne do wytworzenia 6 500 MWh energii elektrycznej rocznie.

Wszystkie podjęte działania pozwolą na znaczne ograniczenie emisji zanieczyszczeń do atmosfery. Poniższy rysunek przedstawia całkowitą redukcję emisji zanieczyszczeń do atmosfery z produkcji energii na potrzeby gminy Koczała.

Pomimo wyeliminowania paliw kopalnych ze struktury energetycznej gminy, nie zapobiegnie się jednak całkowicie emisji dwutlenku węgla, gdyż gaz ten powstaje przy spalaniu biogazu. Tym niemniej, całkowite emisje CO₂ znacznie się zmniejszą w stosunku do stanu dzisiejszego. Obecne emisje szacowane są na 7 637,5 t/rok ze źródeł znajdujących się na terenie gminy. Mieszkańcy gminy korzystają jednak także z 8 539 MWh energii kupowanej z sieci, tj. generowanej w konwencjonalnych elektrowniach węglowych. Produkcja takiej ilości energii elektrycznej powoduje dalszą emisję 8 540 t CO₂ rocznie. Zatem, faktyczna emisja CO₂ ze zużycia energii na terenie gminy wynosi obecnie 16 177,5 t/rok

Zakładając, że już w 2010 r. całe zapotrzebowanie na energię elektryczną zostanie zaspokojone z elektrociepłowni opalanej biogazem i turbiny wiatrowej, a całkowita emisja CO₂ z produkcji energii wyniesie 5 460 t/rok. Zmniejszy to całkowitą jego emisję o 10 717,7 t/rok, czyli o 66%.

Gmina Rzeczenica jest nieco większa od Koczały, zarówno pod względem powierzchni, ilości mieszkańców, jak i ilości zakładów przemysłowych. Działają tu cztery kotłownie, w tym jedna opalana odpadami drzewnymi.

Program eliminacji paliw kopalnych w tym przypadku polega głównie na wykorzystaniu lokalnych zasobów paliw, głównie drewna i słomy, a także odpadów z przemysłu drzewnego oraz energii wiatru.

Roczne zapotrzebowanie na energię gminy Rzeczenica wynosi 112 687 GJ/rok. Prognozowane zapotrzebowanie na energię pierwotną w 2010 r. wyniesie 139 058 GJ, by w 2020 r. opaść do 128 007 GJ po kompletnym przeprowadzeniu programu. Tak znaczne obniżenie zużycia energii osiągnięte zostanie przez działania termomodernizacyjne oraz zwiększenie efektywności wykorzystania paliw. Zmniejszenie konsumpcji energii i zmiana paliw przedstawione są na rys. 4.

Planuje się znaczne zwiększenie zużycia energii elektrycznej. Warunki wiatrowe w gminie umożliwiają zaspokojenie tych potrzeb z własnych turbin wiatrowych, które produkować będą całą wykorzystywaną w przyszłości w gminie energię - ok. 13 200 000 kWh/rok. Wymagać to będzie zainstalowania 2-3 elektrowni wiatrowych o mocy 1,5 - 2 MW.

Program doprowadzi do równie znaczącego obniżenia emisji zanieczyszczeń, jak w przypadku Koczały:

Obecna emisja dwutlenku węgla zostanie zredukowana do zera z związku z eliminacją paliw kopalnych z terenu gminy. Zainstalowanie turbin wiatrowych wyeliminuje użycie energii elektrycznej kupowanej z konwencjonalnych elektrowni węglowych. Ponieważ zakłada się, że wyprodukowanie 1 MWh energii elektrycznej z węgla powoduje emisję 1 t CO₂, zastosowanie tego rozwiązania obniży dodatkowo globalne emisje tego gazu o 13 200 t rocznie.

Programy eliminacji paliw kopalnych z terenów gmin zgodne są z założeniami zasady zrównoważonego rozwoju oraz polityką rozwoju odnawialnych źródeł energii zarówno w Polsce, jak i Unii Europejskiej. Wykorzystanie odpadów z fermy zwierzęcej rozwiąże problem składowania gnojowicy. Pozostałe paliwa również pozyskiwane są i będą lokalnie, co rozwiąże problem transportu i związanych z nim zanieczyszczeń i uciążliwości.

Program będzie także mieć pozytywny wpływ na zwiększenie ilości miejsc pracy w gminach przy pozyskiwaniu paliwa oraz, poprzez poprawę stanu środowiska naturalnego tej pięknej okolicy, w gospodarstwach agroturystycznych stopniowo rozwijających się w tym rejonie.

Obydwa programy mają znaczne szanse powodzenia i są dowodem na to, że przy wykorzystaniu dostępnych, komercyjnych technologii możliwe jest sprawne funkcjonowanie społeczności w oparciu o lokalne zasoby i bez znacznego obciążenia środowiska. Rozwiązanie podstawowego zagadnienia - kwestii dostaw energii - stanowi pierwszy krok na drodze do zrównoważenia gospodarki regionu.

SŁOŃCE W DOMU

Mogło by się zdawać, iż słońce jest czymś oddalonym, abstrakcyjnym i niemożliwym do okiełznania. Jest ono źródłem ogromnej ilości energii, lecz możliwość wykorzystania jej do czegoś więcej niż naturalnych procesów (np. fotosyntezy), długo nie mogła dotrzeć do zbiorowej świadomości.

Co najmniej od trzydziestu lat istnieją techniki wykorzystania energii słonecznej w taki sposób, by w jeszcze większym wymiarze niż dotychczas pracowało ono dla człowieka. Generalnie można wykorzystać dwa parametry występujące wskutek promieniowania słonecznego, tj. ciepło i światło. Przyjrzyjmy się więc jak w praktyczny sposób można sprowadzić więcej energii słonecznej do naszego domu.

AKTYWNE POZYSKIWANIE CIEPŁA - KOLEKTORY SŁONECZNE

Najbardziej popularną metodą wykorzystania energii słonecznej, jest w Polsce pozyskiwanie jego ciepła za pomocą kolektorów słonecznych. Kolektory słoneczne są urządzeniami, które pochłaniają ciepło promieniowania słonecznego i przekazują je do cieczy, która przez nie przepływa. Kolektory składają się z absorbera, czyli metalowej płyty z przylutowanymi rurkami (przepływa przez nie ciecz) pokrytej czarną powłoką, obudowy, izolacji oraz przeźroczystej pokrywy. Kolektory słoneczne najczęściej stosuje się do ogrzewania ciepłej wody użytkowej (czyli tej, w której się myjemy). Ogrzewanie pomieszczeń za pomocą kolektorów słonecznych również jest możliwe, aczkolwiek wymaga zastosowania ogromnych podziemnych zbiorników ciepła, dużej ilości kolektorów i skomplikowanej automatyki, a co za tym idzie, jest niezmiernie drogie. Oprócz kolektorów w odpowiedniej ilości (w polskim klimacie kolektor o powierzchni absorbera ok. 1,7 m², wystarcza do ogrzania 80 - 100 l wody) w skład słonecznej instalacji grzewczej musi wejść bojler z wymiennikiem ciepła, pompa obiegowa i sterownik. Zasada działania tego układu jest prosta. Gdy temperatura na kolektorach jest wyższa od temperatury wody w zbiorniku, sterownik załącza pompę, która tłoczy ciecz przez kolektory słoneczne i wymiennik ciepła w bojlerze. Ciecz ta nagrzewa się w kolektorach i przekazuje ciepło tam zebrane do bojlera, podnosząc tym samym temperaturę wody w nim się znajdującej. Gdy temperatura w obu miejscach się wyrówna, sterownik wyłącza pompę, by załączyć ją ponownie gdy słońce nagrzeje znów kolektory. W polskim klimacie kolektory słoneczne można wykorzystywać do ogrzewania ciepłej wody użytkowej przez połowę roku. Przez pozostały czas mogą one podnieść jej temperaturę o kilka, kilkanaście stopni, lecz nadal będzie ona wymagać dogrzania. Dlatego istnieje możliwość podłączenia do bojlera, za pomocą drugiego wymiennika, również innego źródła ciepła np. pieca C.O., sieci miejskiej itp.

PASYWNE POZYSKIWANIE CIEPŁA - SZKLARNIE ZINTEGROWANE Z BRYŁĄ BUDYNKU

Mniej znaną technologią jest pozyskiwanie ciepła słonecznego za pomocą szklarni dobudowanej do budynku. W polskim klimacie najlepiej jest, gdy powierzchnie przeszklone takiej szklarni są pochylone pod kątem 60&#deg; i usytuowane po stronie południowej budynku. W procesie ogrzewania pomieszczeń wykorzystuje się w tym przypadku tzw. efekt szklarniowy. Promieniowanie słoneczne w ciągu dnia wpada do środka szklarni nagrzewając jej wnętrze, posadzkę oraz inne elementy przeznaczone do magazynowania ciepła (np. beczki stalowe wypełnione piaskiem). W nocy elementy te oddają ciepło. Wymiana ciepła pomiędzy szklarnią a pozostałymi pomieszczeniami domu następuje grawitacyjnie, na skutek różnic w temperaturze. Istnieje również możliwość zastosowania do tego systemu kanałów i nadmuchów. Aby ciepło nie uchodziło ze szklarni zbyt szybko przez szyby, można zastosować izolację w celu jego zatrzymania, np. gazy szlachetne, zasypkę ze styropianu (niestety trzeba ją co rano wypompowywać z przestrzeni między dwoma szybami) czy też wielozasłony. Oczywiście system ten nie ogrzeje całego budynku, zwłaszcza w zimie. Jednak jego zastosowanie może ograniczyć konieczność ogrzewania pomieszczeń za pomocą innych źródeł.

PRĄD ZE SŁOŃCA - FOTOWOLTAIKA

Jak wiadomo, ciepło to we współczesnym świecie nie wszystko. Aby dzisiejsze gospodarstwo domowe mogło funkcjonować, potrzebny jest również prąd elektryczny. Również on może być produkowany z wykorzystaniem energii słonecznej. Jest to możliwe dzięki wykorzystaniu modułów fotowoltaicznych, które przemieniają światło słoneczne bezpośrednio w energię elektryczną. Moduły składają się z kilkudziesięciu połączonych ze sobą ogniw fotowoltaicznych, wykonanych z półprzewodnika, najczęściej krzemu. Z chwilą gdy do modułów dołączone są urządzenia i pada na nie światło słoneczne, następuje przepływ prądu. Instalacja fotowoltaiczna może zasilać część lub całość budynku. Jej wielkość jest praktycznie nieograniczona. Może być podłączona za pomocą specjalnego falownika do sieci energetycznej - w tym przypadku nadmiar wyprodukowanej przez moduły energii można sprzedać do sieci publicznej, a w przypadku niedoborów również pobrać odpowiednią jej ilość. Bardziej skomplikowane są instalacje autonomiczne, które mają na celu zasilić obiekty nie połączone z siecią. W instalacjach takich oprócz modułów fotowoltaicznych, występują akumulatory (przechowuje się w nich energię przeznaczoną do zużycia po zmroku, a także zapas na pochmurne dni), regulator ładowania (chroni akumulator przed przeładowaniem i rozładowaniem) oraz przetwornica napięcia (przemienia prąd stały produkowany przez moduły fotowoltaiczne, na prąd przemienny 220V). Instalacje fotowoltaiczne są coraz bardziej popularne w Europie Zachodniej (zwłaszcza w Niemczech), gdzie zasilają nie tylko całe budynki mieszkalne ale również produkują prąd na sprzedaż.

SŁONECZNYCH TUNEL - W KAŻDYM BUDYNKU JEST MIEJSCE GDZIE PRZYDAŁO BY SIĘ WIĘCEJ ŚWIATŁA

Światło dzienne jest jedną z najbardziej widocznych oznak działalności słońca. Potrzebne jest ono do właściwej wegetacji, a jego duża ilość sprawia iż ludzie czują się lepiej. O tym, jak bardzo lubimy mieć dużą ilość światła w poszczególnych pokojach, niech świadczy chociażby rosnąca sprzedaż okien dachowych. Niestety nie we wszystkich pomieszczeniach można mieć duże okna czy okna dachowe. Czy oznacza to jednak, że w pokojach z małymi oknami, na parterze budynku, musi być zawsze ciemno i trzeba w nich będzie zawsze świecić światło? Nie. Dzięki technologii Sun Tunnel, istnieje możliwość oświetlenia każdego pomieszczenia światłem słonecznym, za pomocą specjalnego świetlika rurowego. Świetlik ten składa się z trzech elementów: kopuły dachowej, rury światłonośnej oraz rozpraszacza pryzmatycznego. Kopuła jest zainstalowana na dachu budynku, gdzie zbiera światło słoneczne. Następnie światło to wędruje specjalną, giętką rurą światłonośną, omijając wszelkie przeszkody konstrukcyjne, do rozpraszacza pryzmatycznego, który równomiernie rozprowadza światło po pomieszczeniu. Zakłada się, że jeden świetlik tego typu wystarcza na oświetlenie powierzchni 16 m².