Biogaz – możliwości wykorzystania w energetyce i wpływ jego rozwoju na krajową gospodarkę

Wprowadzenie

Biogaz to gaz pozyskany z biomasy, w tym biomasy odpadowej. Głównym składnikiem biogazu jest metan (CH4). Nie licząc śladowych ilości domieszek CO oraz H2, jest jedynym komponentem (zwykle ze stężeniem objętościowo większym niż 50%), odpowiedzialnym za wartość energetyczną biogazu. Wartość opałowa biogazu wynika wprost z zawartości metanu i może wynosi w warunkach normalnych ok. 20 MJ/m3.

 

Rodzaje (umowne) biogazu

W zależności od rodzaju biomasy wykorzystanej w procesie przetwarzania wyróżniamy następujące kategorie biogazu, dla których bezpośrednio lub pośrednio przyjęto odmienne mechanizmy regulacyjne w ustawie Prawo energetyczne, ustawie o odnawialnych źródłach energii oraz aktach wykonawczych do tych ustaw:

  • biogaz rolniczy – w generalnym ujęciu jest to biogaz wytwarzany z biomasy pochodzenia rolniczego lub z odpadów przemysłu przetwarzającego jego produkty;
  • biogaz wysypiskowy – w generalnym ujęciu jest to biogaz pozyskany na składowiskach odpadów komunalnych;
  • biogaz z osadów ściekowych – w generalnym ujęciu jest to biogaz pozyskany przy oczyszczalniach ścieków;
  • biogaz mieszany – w generalnym ujęciu jest to biogaz pozyskany z mieszaniny biomasy klasyfikowanej do wytwarzania np. biogazu rolniczego i spoza tej grupy. Dla przykładu biogaz uzyskany z mieszaniny roślin energetycznych oraz osadów ściekowych nie spełnia definicji biogazu rolniczego i nie spełni także definicji biogazu z osadów ściekowych.

 

Energetyczne możliwości wykorzystania biogazu

W rozumieniu ustawy Prawo energetyczne, tylko biogaz rolniczy jest paliwem gazowym. Dzięki temu może być zatłaczany do sieci gazowej po spełnieniu parametrów jakościowych określonych w warunkach przyłączenia wydanych przez właściwego operatora sieci dystrybucyjnej gazowej. Niezależnie od miejsca wytwarzania biogazu rolniczego (rozproszony system wytwarzania w biogazowniach rolniczych), po wtłoczeniu biogazu rolniczego do sieci gazowej, istnieje nieograniczony sposób wykorzystania tego paliwa w celach energetycznych – Rys. 1.

 

Biogaz może być wykorzystany w każdym sektorze energetyki:

  • w elektroenergetyce wytwarzając z niego energię elektryczną;
  • w ciepłownictwie wytwarzając z niego ciepło lub chłód;
  • w transporcie przekształcając go do postaci sprężonej (CBG – z ang. compressed biogas).

Rys. 1. Możliwości energetycznego wykorzystania biogazu lokalnie do wytwarzania energii elektrycznej w kogeneracji z ciepłem CHP (wszystkie rodzaje biogazu) lub do zasilania pojazdów samochodowych za pośrednictwem lokalnych dystrybutorów (stacji tankowania CBG/CNG) i nieograniczone możliwości wykorzystania biogazu rolniczego przez odbiorców po wprowadzeniu go do sieci dystrybucyjnej gazowej.

 

Aktualny stan rozwoju biogazowni w kraju

Dziś wszystkie koncesjonowane (inne niż rolnicze) lub rejestrowane (rolnicze) biogazownie wytwarzają energię elektryczną (większość z nich jednocześnie także ciepło w kogeneracji). Liczba tych biogazowni na koniec 2016 r. w oparciu o szacunki własne na podstawie danych Urzędu Regulacji Energetyki oraz Agencji Ryku Rolnego wynosi 292 o łącznej mocy elektrycznej zainstalowanej ok. 215 MW (Rys. 2).

 

  • Biogazownie rolnicze: 103 MW (92 instalacje);
  • Biogazownie z osadów ściekowych: 50 MW (99 instalacji);
  • Biogazownie na biogaz wysypiskowy: 60 MW (98 instalacji);
  • Biogazownie mieszane: 2 MW (3 instalacje).

 

Rys. 2. Biogazownie w Polsce, stan na koniec 2016 r.

 

Strategie energetyczne na rzecz rozwoju biogazowni

Scenariusze rozwoju biogazu w Polsce przedstawiono w oficjalnie wydanych rządowych strategiach energetycznych:

  • Kierunki Rozwoju Biogazowni Rolniczych na lata 2010-2020 w Polsce wydanych przez Radę Ministrów w 2010 roku  – zakłada stworzenie warunków do rozwoju biogazowni rolniczych średnio po jednej w każdej gminie w perspektywie 2020 r. (do 2000 instalacji).
  • Krajowy Plan Działań w zakresie energii ze źródeł odnawialnych  – wydany przez Radę Ministrów w 2010 r. – zakłada budowę biogazowni  wszystkich rodzajów o łącznej mocy elektrycznej zainstalowanej w perspektywie 2020 r. wynoszącej 980 MW.

 

Dziś wiemy, że realizacja scenariuszy tych strategii nie jest możliwa do 2020 r. Ale, jeżeli politycy dostrzegą wartości dodane dla gospodarki z tytułu rozwoju  biogazowni, możemy spodziewać się, że w najbliższej dekadzie może powstać ponad 2000 instalacji o łącznej mocy elektrycznej zainstalowanej ok. 1.500 MW (przyrost od stanu obecnego o ok. 1.200 MW). Gdyby przyjąć, że każda generować będzie energię przez okres 7.500 h średnio pełną mocą rocznie (wskaźnik wykorzystania mocy na poziomie 85%), łącznie wytworzyłyby biogaz o energii chemicznej równoważnej energii pierwotnej zawartej w 3 mld Nm3 gazu ziemnego. Taki poziom produkcji rodzimego (bio)gazu stanowi ok. 30% aktualnego rocznego importu błękitnego paliwa z Rosji.

 

Stabilna polityka regulacyjna – filarem rozwoju biogazowni

Korzyści z rozwoju sektora biogazowni, szczególnie biogazowni opartych o biogaz rolniczy są dużo większe dla gospodarki niż tylko wzrost bezpieczeństwa energetycznego kraju. Przyjęcie stabilnej polityki wspierania wytwórców energii z biogazu w okresie eksploatacji biogazowni, opartej jednocześnie o przewidywalne z wyprzedzeniem 5-10 lat warunki wejścia do systemu mogłoby stworzyć zachęty do inwestowania na tym niszowym rynku energetyki. Obecny mechanizm aukcyjny nie pozbawiony wad, ale lepszy niż nieprzewidywalny system zielonych/błękitnych certyfikatów sprowadza się do tego, że wszyscy zainteresowani wyczekują, jaki wolumen energii i o jakiej wartości dostępny będzie  w danym koszyku aukcyjnym tylko na dany konkretny rok. Planowanie rozwoju długofalowego  odnawialnych źródeł energii, przy takim informowaniu o dostępnej pomocy publicznej, jest praktycznie niemożliwe. Dostępna w ograniczonym czasie pomoc publiczna wymusza pośpiesznie przygotowywanie projektów. A to pociąga za sobą większe koszty systemu wsparcia (budujemy drożej bo wszyscy „wygrani” będą realizować w krótkim czasie i mniej więcej w tym samym czasie co inni).

 

Benefity dla gospodarki z rozwoju biogazownia

Dla krajowej gospodarki dobrze aby rozwój biogazowni był na tyle duży, by wykorzystać dostępne środki unijne na sfinansowanie części infrastruktury (np. przyłączeniowej) i by firmy produkujące urządzenia dostrzegły potencjał rozwoju dla lokalizowania fabryk w Polsce. Rozwój biogazowni powinien być również na tyle wolny by w budowie i wyposażaniu i w serwisowaniu biogazowni zdążyły wyspecjalizować się polskie firmy świadcząc te usługi nie tyle do 2020 r. co w dłuższej perspektywie.

 

Jeżeli ziściłby się nasz scenariusz rozwoju biogazowni (rolniczych) w Polsce przedstawiony wyżej (plus 1.200 MW), to benefity dla gospodarki krajowej byłyby znacznie szersze niż tylko wzrost bezpieczeństwa energetycznego przy ograniczeniu importu paliwa z zagranicy. Rozwój biogazowni na skalę 1.200 MW do 2030 r. sprawiłby, że do krajowych dostawców urządzeń, firm budowlanych, ale także firm usługowych trafiłoby (w obrocie) z tytułu rozwoju, budowy i wyposażenia biogazowni ok. 14,5 mld zł. Nie uwzględniając wartości pieniądza oraz zysków inwestorów, do obrotu gospodarki wpłynęłoby łącznie średnio ponad 83 mld zł po średnio pełnym okresie eksploatacji  wszystkich biogazowni, w tym średniorocznie w okresie działalności wszystkich biogazowni ok. 4 mld zł – Rys. 2.

 

Rys. 2. Rozwój projektu inwestycyjnego biogazowni rolniczej o mocy 1 MWel. w polskich warunkach rynkowych i prawnych. Przedstawiono szacowany średni czas trwania projektu, szacowane średnie nakłady inwestycyjne i koszty operacyjne oraz szacowany udział krajowego przemysłu i usług w danej fazie życia biogazowni rolniczej. Opracowanie własne na podstawie doświadczeń i przyjętych założeń.

 

Dla porównania aktualny roczny hurtowy rynek energii elektrycznej w zużyciu netto warty jest ok. 20 mld zł (dotyczy tylko energii czynnej, bez opłat zmiennych i stałych sieciowych) a przy założeniu, że wszystkie planowane w przyszłości biogazownie wytwarzałyby energię elektryczną, jej roczna wartość wraz z energią elektryczną z aktualnego portfela projektów biogazowych szacowana jest na poziomie 2 mld zł licząc po aktualnej hurtowej cenie energii elektrycznej.

 

Nie prezentujemy korzyści, jakie płyną z rozwoju biogazowni, które szeroko są powielane w licznych dostępnych opracowaniach, ale chcielibyśmy podkreślić wagę biogazowni, które rozwijane na szerszą skalę mogłyby stać się kołem zamachowym napędzającym krajową gospodarkę. Liczymy, że na naszych oczach dokona się aktywizacja krajowych przedsiębiorców w kierunku opracowywania technologii fermentacji, w tym wszelkiego rodzaju urządzeń techniki gazowej, energetycznej jak i transportu czy obróbki biomasy w tych celach. Warto podkreślić, że rolą biogazowni nie jest tylko wytwarzanie energii ze źródła odnawialnego. Biogaz stabilizuje działanie systemów hybrydowych, na które składają się oprócz biogazu np. elektrownie wiatrowe czy fotowoltaiczne produkujące energię silnie zależnie od warunków atmosferycznych. Niesterowalność produkcji energii elektrycznej z wiatru i PV jest bardzo często w sposób nieuprawniony przez licznych przeciwników rozwoju OZE utożsamiana z nieprzewidywalnością produkcji. Energia z biogazu może być wytwarzana w trybie ciągłym lub dynamicznie dopasowując się do potrzeb energetycznych odbiorców dzięki magazynom biogazu instalowanym w standardzie w biogazowni. Ale koszt wytwarzania energii z biogazu jest większy niż z wiatru i ze słońca i to nigdy nie ulegnie zmianie, chyba że wprowadzone zostaną sztuczne mechanizmy podatkowe, które jak zastosowano przy wiatrakach ograniczą tą „konkurencję”. Dlatego warto „pożenić” instalacje, które po spłacie kapitału generować będą energię najtaniej na rynku (taniej niż średnia hurtowa cena energii) i jednocześnie z biogazu, który jest droższy, ale oprócz samego wytwarzania daje szereg innych benefitów do gospodarki: m.in. sterowalność generacji, jednoczesne wytwarzanie ciepła, możliwość magazynowania energii chemicznej lub możliwość generacji ze zwiększoną mocą w szczytach zapotrzebowania na moc w krajowym systemie elektroenergetycznym, aktywizację polskiego rolnictwa, czy sposób utylizacji odpadów przemysłu rolno-spożywczego i rolnictwa.

 

Podsumowanie

Mamy nadzieję, że potencjał rozwoju sektora zostanie dostrzeżony przez polityków i przełoży się to na stabilne i przewidywalne mechanizmy wspierania gwarantujące bezpieczne lokowanie środków w tego typu inwestycje energetyczne w Polsce.