1

Finansowanie

Odnawialnych Źródeł

Energii

Wykład 1

dr Tomasz Kruszyński

Liczba zajęć:

- 30 godz.- 15 h wykładów- 15 h ćwiczeń

- 10 zjazdów (soboty)

Forma zaliczenia:

- obecność- kolokwium (wykłady)- wykonanie projektu (ćwiczenia)

2

Cel:

•Znajomość podstawowych zagadnień polityki spójności i regionalnej Unii

Europejskiej z uwzględnieniem zarządzania odnawialnymi źródłami energii

(OZE).

•Znajomość podstawowych zagadnień z zakresu polityki strukturalnej UE.

Umiejętność wyszukiwania i pozyskiwania środków finansowych UE na

projekty z zakresu OZE

– przygotowywanie wniosków aplikacyjnych, podstawowych komponentów

studium wykonalności/biznesplanu.

3

TEMATYKA:

Wykłady:

Ekonomiczne i prawne aspekty wykorzystania Odnawialnych Źródeł Energii (OZE) w Unii Europejskiej (UE),wprowadzenie do polityki spójności oraz polityki zrównoważonego rozwoju w Unii Europejskiej

Administracja publiczna w polityce zrównoważonego rozwoju

Instrumenty finansowania projektów z zakresu OZE

Proces inwestycyjny

Realizacja projektów („cykl życia”),ocena oddziaływania na środowisko (OOS)

4

TEMATYKA:

Ćwiczenia:

Wniosek aplikacyjny – projekty inwestycyjne: praca z generatorem wniosków.

Wniosek aplikacyjny – projekty w programie operacyjnym „Kapitał Ludzki”: praca z generatorem wniosków.

Elementy studium wykonalności i biznes planu: analiza finansowa, analiza kosztów i korzyści.

5

6

Literatura

Literatura podstawowa:

1. Finansowanie projektów zasilanych ze środków funduszy unijnych, Praca zbiorowa pod nadzorem

meryt. Ireny Herbst, Warszawa 2007

2. W. Jabłoński, J. Wnuk, Zarządzanie odnawialnymi źródłami energii, Sosnowiec 2009

Literatura uzupełniająca:

1. B. Bartniczak, M. Ptak, Finanse ochrony środowiska. Wybrane problemy, Wrocław 2009

2. W. M. Lewandowski, Proekologiczne odnawialne źródła energii, Warszawa 2007

3. W. Kosiedowski (red.), Samorząd terytorialny w procesie rozwoju regionalnego i lokalnego, Toruń

2005

4. W. Kietliński, J, Janowska, C. Woźniak, Proces inwestycyjny w budownictwie, Warszawa 2007

5. M. Pchałek, M. Behnke, Postępowanie w sprawie oceny oddziaływania na środowisko w prawie

polskim i UE, Warszawa 2009

7

Przydatne odnośniki do portali w Internecie (http):

www.mrr.gov.pl

www.mos.gov.pl

fundusze.kujawsko-

pomorskie.pl

www.pois.gov.pl

www.poig.gov.pl

www.efs.gov.pl

www.nfosigw.gov.pl

ec.europa.eu

ec.europa.eu/eurostat

www.stat.gov.pl

eur-lex.europa.eu

isap.sejm.gov.pl

www.ieo.pl

energiaodnawialna.net

8

peta (penta – pięć) P 1 000 000 000 000 000 = 1015 biliard

tera (teras – potwór) T 1 000 000 000 000 = 1012 bilion

giga (gigas – olbrzymi) G 1 000 000 000 = 109 miliard

mega (megas – wielki) M 1 000 000 = 106 milion

kilo (khilioi – tysiąc) k 1 000 = 103 tysiąc

hekto (hekaton – sto) h 100 = 102 sto

deka (deka – dziesięć) da 10 = 101 dziesięć

1 = 100 jeden

decy (decimus – dziesiąty) d 0,1 = 10-1 jedna dziesiąta

centy (centum – sto) c 0,01 = 10-2 jedna setna

mili (mille – tysiąc) m 0,001 = 10-3 jedna tysięczna

mikro (mikros – mały) µ 0,000 001 = 10-6 jedna milionowa

nano (nanos – karzeł) n 0,000 000 001 = 10-9 jedna miliardowa

piko (piccolo – mały) p 0,000 000 000 001 = 10-12 jedna bilionowa

Przedrostki jednostek miar w układzie SI

ENERGIA - skalarna wielkość fizyczna opisująca stan materii i zdolność materii do wykonania pracy lub spowodowania przepływu ciepła

energia potencjalna – energia jaką ma układ ciał umieszczony w polu sił zachowawczych, wynikająca z rozmieszczenia tych ciał

energia kinetyczna – to energia ciała, związana z jego ruchem.

energia cieplnaenergia elektrycznaenergia chemicznaenergia jądrowa

9

10

WIELKOŚCI FIZYCZNE UŻYWANE W TERMODYNAMICE

Dżul (J) – jednostka pracy, energii oraz ciepła w układzie SI

1 J = 1 N * m

N – Niuton – jednostka siły w ukł. SI

Wat (W) – jednostka mocy lub strumienia energii w układzie SI

ponadto

Moc jest skalarną wielkością fizyczną określającą pracę wykonaną w jednostce czasu przez układ fizyczny

TERMODYNAMIKA – nauka o energii, dział fizyki zajmujący się badaniem energetycznych efektów wszelkich przemian fizycznych i chemicznych, które wpływają na zmiany energii wewnętrznej analizowanych układów

Zerowa zasada termodynamiki (prawo równocenności stanów układów termodynamicznych) - jeśli układy A i B mogące ze sobą wymieniać ciepło są ze sobą w równowadze termicznej, i to samo jest prawdą dla układów B i C, to układy A i C również są ze sobą w równowadze termicznej

Pierwsza zasada termodynamiki (prawo zachowania energii) - zmiana energii wewnętrznej układu zamkniętego jest równa energii, która przepływa przez jego granice na sposób ciepła lub pracy

Druga zasada termodynamiki (prawo stałego wzrostu entropii) - w układzie termodynamicznie izolowanym, w dowolnym procesie entropia nigdy nie maleje

Trzecia zasada termodynamiki (prawo dążenia entropii do 0 ze spadkiem temperatury) -entropia układu o ustalonych parametrach (np. o stałym ciśnieniu lub objętości) i temperaturze zmierzającej do zera bezwzględnego zmierza również do zera (prawo Nernsta)

Czwarta zasada termodynamiki (zasada Onsagera)

11

12

Kaloria (cal) – jednostka ciepła, definiowana jako ilość ciepła potrzebna do podgrzania, pod ciśnieniem 1 atmosfery, 1 g czystej chemicznie wody o 1 °C od temperatury 14,5 °C do 15,5 °C

Tona oleju ekwiwalentnego (toe) – jest to równoważnik jednej metrycznej tony ropy naftowej o wartości opałowej równej 10.000 kcal/kg. Jest to jednostka stosowana w bilansach międzynarodowych

Tona paliwa umownego (tpu) – jest to równoważnik jednej tony węgla kamiennego o wartości opałowej równej 7.000 kcal/kg. Jest to jednostka stosowana w bilansach międzynarodowych.

Jednostki i czynniki konwersji:

1 J (dżul) = 2,778*10-7 kW*h

1 kW * h (kilowatogodzina) = 3,6 MJ = 0,1 l ropy naftowej

1 GJ (gigadżul) = 277,8 kW*h

1 PJ (petadżul) = 34 121 tpu (tony paliwa umownego)

1 TW * a (terawatorok) = 8760 kW* h = 31,54 PJ

1 toe = 42 GJ

1 Mtoe = 11,36 TW*h

1 cal = 4,1868 J

13

PODSTAWOWA TERMINOLOGIA Z ZAKRESU ENERGETYKI

Energia pierwotna - energia zawarta w pierwotnych nośnikach energii pozyskiwanych bezpośrednio z zasobów naturalnych odnawialnych i nieodnawialnych

Energia pierwotna odnawialna - energia uzyskiwana z naturalnych, stale powtarzających się procesów przyrodniczych.

Energia pochodna - energia zawarta w pochodnych nośnikach energii, tj. nośnikach uzyskiwanych w procesach przemian energetycznych

Pozyskanie - ilość energii uzyskana z naturalnych zasobów (dotyczy tylko nośników energii pierwotnej)

Produkcja (uzysk) - ilość nośników energii wytworzonych w procesach przemianenergetycznych (dotyczy tylko nośników energii pochodnej)

Zużycie (finalne) końcowe - zużycie nośników energii przez konsumentów (przemysł, sektor usług, gospodarstwa domowe) na ich potrzeby technologiczne, produkcyjne i bytowe. Zużycie końcowe nie obejmuje przetwarzania na inne nośniki

14

Zużycie własne sektora energii - zużycie danego nośnika energii na potrzeby energetyczne przemian energetycznych

Końcowe zużycie energii brutto - towary energetyczne dostarczane do celówenergetycznych przemysłowi, sektorowi transportowemu, gospodarstwom domowym, sektorowi usługowemu, w tym świadczącemu usługi publiczne, rolnictwu, leśnictwu i rybołówstwu, łącznie ze zużyciem energii elektrycznej i ciepła przez przemysł energetyczny na wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła oraz łącznie ze stratami energii elektrycznej i ciepła podczas dystrybucji i przesyłania

Przemiana energetyczna - proces technologiczny, w którym jedna postać energii (przeważnie nośniki energii pierwotnej) zamieniana jest na inną, pochodną postać energii.Energia zużywana w przemianie wykorzystywana jest na:– wsad przemiany (zużycie nośników energii stanowiących surowiec technologiczny przemiany, podlegających przetwarzaniu na inne nośniki energii),– potrzeby energetyczne przemiany (zużycie energii przez urządzenia pomocnicze obsługujące proces przemiany, takie jak: podajniki paliwa, napędy pomp i wentylatorów itp.).

Moc osiągalna instalacji (moc zainstalowana) - maksymalna trwała moc z jaką urządzenia mogą pracować przy ich dobrym stanie technicznym i w normalnych warunkach eksploatacji

15

1 osobowe gospodarstwo domowe

Niskiemniej niż 800 kWh

Średnie800 – 1,400 kWh

Wysokiewięcej niż 1,400 kWh

2 osobowe gospodarstwo domowe

Niskiemniej niż 1,100 kWh

Średnie1,100 – 1,700 kWh

Wysokiewięcej niż 1,700 kWh

3 osobowe gospodarstwo domowe

Niskiemniej niż 1,400 kWh

Średnie1,400 - 2100 kWh

Wysokiewięcej niż 2100 kWh

więcej niż 4 os. gospodarstwo domowe

Niskiemniej niż 1,700 kWh

Średnie1,700 – 2,500 kWh

Wysokiewięcej niż 2,500 kWh

ROCZNE ZUŻYCIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ W PRZECIĘTNYM GOSPODARSTWIE DOMOWYM – 5 15 kWh / dzień

16

OCHRONA ŚRODOWISKA W TEORII EKONOMII

Ekonomia (nauka o:) -- w jaki sposób społeczeństwo gospodarujące decyduje, co i dla kogo wytwarzać

- jest nauką o gospodarowaniu oraz dokonywaniu wyborów

Zasoby gospodarcze -

- zasoby ludzkie (kapitał ludzki, społeczny),- zasoby naturalne,- zasoby będące wynikiem wcześniejszej działalności człowieka (przetworzone)

Środowisko przyrodnicze -

- ogół zasobów naturalnych oraz innych walorów biosfery, lub jej fragmentu:• klimat,• łowiska• obszary leśne,• krajobrazy,• surowce naturalne

17

18

krótka historia gospodarowania

prehistoria

starożytność i średniowiecze

nowoczesność i ponowoczesność

teorie wartości

laborystyczna

użyteczności krańcowej

fizjokratyzm, merkantylizm

rola środowiska geograficznego w rozwoju społeczno-gospodarczym

determinizm geograficzny

nihilizm geograficzny

zasada ludnościowa T. Maltusa

19

teoria renty gruntowej

Teoria Pigou

efekty zewnętrzne

optimum Pareta

podatek Pigou

teoremat Coase’a

środowiskowa krzywa Kuznieca

Keynesizm i ekonomia neoklasyczna

20

KRYZYS ENERGETYCZNY

energetyka konwencjonalna

500 mld tpu – szacowane zużycie energii na rozwój cywilizacji ludzkiej

- z czego 2/3 – XX w.

wykładniczy charakter przyrostu zużycia energii przez ludzkość

prognozy:

- wer. 1 28 mld tpu w 2020 i 47,7 mld tpu w 2060

- wer. 2 21,6 mld tpu w 2020 i 29,5 mld tpu w 2060

drewno torf kopalne paliwa mineralne

paliwa stałe: węgiel kamienny, brunatny, torf

paliwa płynne: ropa naftowa, lekki i ciężki olej opałowy, olej napędowy, benzyna i inne)

21

PaliwoZapasy Rok wyczerpania

znane przypuszczalne jednostka znanych wszystkich

Węgiel

Ropa

Gaz

Uran

600

82,4

6,5

1,02

16 400

192,6

33,9

1,08

Pg

Pg

Tm3

Pg

po 2060

2020

2012

2060

po 2200

2050

po 2060

2200

całkowite zasoby paliw naturalnych (znanych jak i szacowanych) wystarczą na:

węgiel – 200 latropa – 100 latgaz – 150 lat

zasoby węgla w Polsce – 54 700 mln ton- co przy obecnym zużycia na poziomie 117 mln ton/rok wystarczy na 470 lat

Ogólnoświatowe zasoby paliw naturalnych

22

Źródła produkcji elektryczności na

świecie [%]

63%

17%

20%

węgiel / ropa

en. nuklearna

odnawialneźródła energii

23

KRAJOWE ZAPOTRZEBOWANIE NA ENERGIĘ

roczne zużycie ciepła w Polsce – (2008) – 440 tys TJ

roczne zużycie energii elektrycznej w Polsce -141 tys GWh

24

spalanie paliw naturalnych w procesie produkcji energii - zanieczyszczenia:

spalinami tlenkami węgla – CO i CO2

tlenkami siarki - SO2

tlenkami azotu – NO i NO2

związkami organicznymi (węglowodory alifatyczne – parafiny oraz wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne – np. benzopiren) sadzą pyłami

efekt cieplarniany

gazy cieplarniane

Nazwa gazuUdział w efekcie

cieplarnianymEfektywność pochłaniania promieniowania

podczerwonego w porównaniu do CO2

dwutlenek węgla(CO2) 50% 1

metan (CH4) 18% 30

freony 14% 10-20000

ozon (O3) 12% 2000

tlenki azotu (NOx) 6% 150

25

26

Zmiany emisji dwutlenku węgla ze spalania paliw kopalnych w historii (w milionach ton węgla, aby przeliczyć na miliony ton dwutlenku węgla, wartości należy przemnożyć przez 3.66)

27

28

technologia wychwytywania i składowania dwutlenku węgla (CCS)

„szok naftowy” (1973)

Lp Państwo Emisja CO2 (mln ton)

1 Niemcy 427,7

2 Wielka Brytania 265,8

3 Włochy 220,8

4 Polska 207,2

czołowi emitenci CO2 w Unii Europejskiej w 2008 r

29

30

odnawialne źródło energii (def.) - „źródło wykorzystujące w procesie przetwarzania

energię wiatru, promieniowania słonecznego, geotermalną, fal, prądów i pływów morskich,

spadku rzek oraz energię pozyskiwaną z biomasy, biogazu wysypiskowego, a także

biogazu powstałego w procesach odprowadzania lub oczyszczania ścieków albo rozkładu

składowanych szczątek roślinnych i zwierzęcych”

- art. 3, pkt 20 Ustawy z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo Energetyczne (nowelizacja z dnia 24 lipca 2004

definicja sektorowa (z dorobku nauk energetycznych) - źródło to (odnawialne) musi

wykorzystywać w procesie wytwarzania energii takie paliwo, taki zasób, który jest odnawialny.

Zatem powinno ono posiadać jedną z następujących własności:

jego zasoby są uzupełniane nieustannie w procesach naturalnych,

można nim zarządzać w sposób, który zapewnia, iż zapasy zasobów nigdy się nie uszczuplą,

posiada zasoby tak ogromne, iż wyczerpanie ich przez ludzkość na obecnym poziomie rozwoju jest

niemożliwe

Nieodzownym elementem definicji jest również jak najmniejszy wpływ źródła energii na otaczające środowisko.

W nauce podkreśla się, iż wszystkie postaci energii odnawialnej pochodzą z trzech źródeł: aktywności Słońca, geotermalnego ciepła Ziemi, sił grawitacji i ruchów planet oraz księżyca

31

rodzaje (źródła) OZE:

nośniki energii udział proc. w światowej

produkcji

biomasa

biopaliwa stałe

biopaliwa ciekłe

92,5

energetyka wodna 5,5

energetyka wiatrowa 1,5

energia geotermalna 0,5

energia solarna

fotowoltaika

fototermika

0,05

32

Rodzaj OZE

Rok 2005 Rok 2006 Rok 2007 Rok 2008 Rok 2009

Moc [MW] Moc [MW] Moc [MW] Moc [MW] Moc [MW]

Elektrownie na

biogaz32,00 36,80 45,70 54,61 71,62

Elektrownie na

biomasę189,80 238,80 255,40 232,00 252,49

Elektrownie

wiatrowe83,30 152,00 287,90 451,00 724,68

Elektrownie wodne 922,00 931,00 934,80 940,57 945,20

Łącznie 1 227,10 1 358,60 1 523,80 1 678,18 1 993,99

Polska - moc zainstalowana w [MW] w OZE w latach 2005-2009 (bez technologii współspalania) stan na 31.12.2009 r.

33

BIOMASA wykorzystywana jest na wszystkich końcowych rynkach zielonej energii.Do tej pory stanowi jedyny surowiec do produkcji biopaliw i alternatywnych paliw transportowych,

- ponad 90% produkcji zielonego ciepła opiera się w na tym surowcu- w ok. 54% stanowi surowiec do produkcji zielonej energii elektrycznej- w Polsce produkujemy rocznie ok. 25 mln ton słomy z czego gnije bądź jest

spalane na polach 8-12 mln ton- wytwarzanie energii cieplnej przy pomocy biomasy jest tańsze o 200% -

300% niż konwencjonalnej- zwrot kosztów inwestycji w odpowiedni piec waha się od 2 - 4 lat

biopaliwa stałe drewno słoma wierzba, topola, brzoza koszt inwestycji (kocioł na drewno) – 500-1000zł/kW fermentacja - gaz wysypiskowy i z oczyszczalni ścieków

biopaliwa ciekłe zgodnie z polskimi normami - etanol tylko dodatek do paliwa tradycyjnego oleje roślinne (gł rzepakowy) - biodisel

34

Z A L E T Y

• duży potencjał techniczny (dostępność ziemi uprawnej) w niektórych regionach

• utylizacja niektórych odpadów i ścieków

• zagospodarowanie i wykorzystanie terenów pod uprawy

W A D Y

• konieczność prowadzenia uprawy

• zajmowanie pod uprawę terenów cennych przyrodniczo

• spalanie – wydzielanie szkodliwych substancji

• jałowienie gleb

BIOMASA

35

Niewielki komercyjny system ogrzewania na biomasę, KanadaKocioł na drewno

36

Schemat instalacji biogazowej przy wysypisku odpadów komunalnych w Toruniu

37

Studnie biogazowe na składowisku

38

energetyka wodna

największe tradycje w Polsce

największe elektrownie: Żarnowiec, Żar-Porąbka, tama – Włocławek

rodzaje elektrowni wodnych:

− małe < 500 kW < duże

− przepływowe

− zbiornikowe

− szczytowo-pompowe

− pływakowe

− OTEC (Ocean Thermal Energy Converter)

ELEKTROWNIARZEKA /

JEZIORO

MOC

[MW]

1. Żarnowiec J.Żarnowieckie 716

2. Porąbka-Żar Soła 500

3. Włocławek Wisła 160,2

4.Żydawo Radew 150

5.Solina San 132

6.Niedzica Dunajec 92,6

7.Dychów Bóbr 79,5

8.Rożnów Dunajec 50

9.Koronowo Brda 25

10.Tresna Soła 21

39

Schemat elektrowni wodnej zbiornikowej

i szczytowo-pomopowej

40

Elektrownia Włocławek

41

energetyka wiatrowa

mała (autonomiczna) – do kilkudziesięciu kW

duża (podłączona do sieci ogólnokrajowej) – kilkaset kW kilkadziedzisiąt

MW

aby uzyskać 1 MW mocy wirnik turbiny wiatraka powinien mieć średnice około 50 m

rodzaje turbin – wolno-(<1,5), średnio-(1,5-3,5) i szybkobieżne (>3,5) –wyróżnik szybkobieżności

bębnowe, rotorowe,

wybrani producenci Vestas (Dania), Enercon (Niemcy), Zond (USA) – duże

turbiny

największe zainteresowanie, dynamika wzrostu i potencjał rozwojowy

42

Z A L E T Y

• czyste źródło energii

• możliwość wykorzystania w gospodarstwach oddalonych od innych źródeł energii

W A D Y

• hałas

• ingerencja w krajobraz

• zależność od pogody

• dość wysoki koszt budowy

• zakłócanie fal radiowych i telewizyjnych

• zagrożenie dla ptaków i innych gatunków migrujących

ENERGIA WIATRU

korzyść ekologiczna wyprodukowania 1 kWh = uniknięcie emisji:−5,5 SO2,−4,2 Nox,−700 g CO2,−49 g pyłów i żużlu

43

Produkcja z energii wiatru:

- 2004: 142,3 [GWh], - 2005: 135,3 [GWh], - 2006: 388,4 [GWh]- 2007: 494,2 [GWh]- 2008: 790,2 [GWh]- 2009: 864,5 [GWh]

- wzrost o ok. 600 %89,50%

64,30%

21,10%

Wind Biomass Biogas

Źródła OZE postrzegane jako najbardziej atrakcyjne do inwestowania w Polsce

44

Schemat budowy turbiny wiatrowej

Wirnik obraca się najczęściej z prędkością od 15 do 30 obrotów na minutę. Prędkość ta zostaje następnie zwiększona przez przekładnię do 1500 obrotów na minutę

45

1 MW Turbine Power Curve

0

200

400

600

800

1,000

1,200

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24Wind speed (m/s)

Po

we

r (k

W)

0% 20% 40% 60% 80%

Balance of plant

Turbines

Engineering

Development

Feasibility Study

Portion of Installed Costs

46

energia geotermalna

pochodzi z praktycznie niewyczerpalnego źródła – gorące wnętrze kuli ziemskiej

system odwiertów

temperatura – 60-80 ºC

głębokość zalegania - min 800 m

para wodna może jednocześnie napędzać turbiny i produkować elektryczność

trudność – znaczne zasolenie tych wód

energia elektryczna – uzasadnienie - tylko b. gorące źródła

Z A L E T Y

• czyste źródło energii

W A D Y

• nie wszędzie dostępna

• droga instalacja

• trudne technicznie utrzymanie

• uwalnianie radonu i siarkowodoru

47

energia solarna

podstawowe źródło energii dla Ziemi

27 mld MW dociera na Ziemię – tylko ok. 1 % wystarcza na pokrycie zapotrzebowania na całość energii dla ludzkości

gęstość strumienia promieni słonecznych w roku w Polsce – 950 1250 kWh/m2

średnie roczne nasłonecznienie w Polsce – 1600 h

80% nasłonecznienia przypada w Polsce na okres

wiosenno-letni – 16-8h

szacowany roczny potencjał – 4Gj/m2

panele fotowoltaiczne i kolektory słoneczne

48

Energia Słoneczna

Z A L E T Y

• brak emisji zanieczyszczeń atmosferycznych i gazów cieplarnianych

• łatwe utrzymanie/ konserwacja urządzeń

• możliwość wykorzystania w gospodarstwach oddalonych od innych źródeł energii

W A D Y

• ogniwa fotowoltaiczne budowane są z użyciem szkodliwych substancji

• ustawione ogniwa zajmują dużą powierzchnię

49

Schemat systemu zasilania lokalnego przy użyciu paneli fotowoltaicznych

50

Mapa OZE w Polsce