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