Spis treści

Wprowadzenie 7

Janusz OlejnikZmiany klimatyczne i ich wpływ na rolnictwo w Polsce 9

Anna GrzybekRola i znaczenie odnawialnych źródeł energii w Unii Europejskiej i Polsce. Klasyfikacja i rozwój poszczególnych odnawialnych źródeł energii 18

Leszek KarskiAspekty prawne dotyczące zmian klimatu i odnawialnych źródeł energii, ze szczególnym uwzględnieniem rolnictwa 29

Anna GrzybekRośliny energetyczne. Technologie przygotowania biomasy dla energetyki. Technologie przetwarzania biomasy i jej wykorzystania w gospodarstwie domowym na wsi 40

Jan CebulaBiogazownie w niewielkich gospodarstwach 52

Jacek LeśnyMałe i duże elektrownie wiatrowe 61

Jacek LeśnyWykorzystanie energii Słońca za pomocą kolektorów cieplnych 70

Roman SchefkeDomowe instalacje pomp ciepła 80

Czesław Koźmiński, Bożena MichalskaZagrożenia i minimalizacja strat w rolnictwie wskutek ekstremalnych zdarzeń pogodowych 90

Leszek ŁabędzkiSusze – potencjalne straty w plonach i sposoby przeciwdziałania 103

Maria RuszkowskaNowe zagrożenia znanymi agrofagami w rolnictwie, przeciwdziałanie nowoczesnymi metodami stosowania środków ochrony roślin 118

Energia odnawialna w Wielkiej Brytanii 130

Fundacja na rzecz Rozwoju Polskiego Rolnictwa (FDPA) 134

Autorzy 136

Wprowadzenie

Rozwój ludzkości nieodłącznie związany jest ze zużyciem energii. Człowiek, kiedy opanował posługi-wanie się ogniem, rozpoczął trwający do dzisiaj etap rozwoju, który charakteryzuje się uzyskiwaniem ener-gii ze spalania paliw. Od czasów starożytnych do XVII wieku ludzie korzystali niemal wyłącznie z paliw odnawialnych (drewno, słoma, oleje roślinne, tłuszcze zwierzęce itp.). W XIX wieku na skutek rozwoju hutnictwa i kolei oraz powszechnego użycia maszyn parowych wzrosło zapotrzebowanie na paliwa kopalne. Nastąpił odwrót od wykorzystania paliw odnawialnych. Współczesna działalność człowieka nadal bazuje na paliwach kopalnych: ropie naftowej, węglu i gazie ziemnym. Wykorzystanie tych surowców wiąże się jednak z emisją CO2 oraz innych zanieczyszczeń do atmosfery, co przyczynia się do powstawania efektu cieplarnianego. Degradacja środowiska spowodowana nieracjonalnym gospodarowaniem zasobami natu-ralnymi oraz ich wyczerpywanie się zmuszają do poszukiwania nowych źródeł energii. Efekt cieplarniany powoduje nieodwracalne skutki w życiu na Ziemi, szczególnie dla rolnictwa.

Polska jest krajem o profilu rolniczym. Według danych GUS w 2007 roku 51,7% powierzchni kraju stanowiły użytki rolne. Obejmowały one powierzchnię nieco przekraczającą 16 mln ha.

Na poziomie europejskim ogólny kierunek polityki energetycznej i ekologicznej można uznać za usta-lony. Został on wyrażony w tzw. pakiecie klimatycznym, w którym priorytety stanowią bezpieczeństwo dostaw i walka ze zmianami klimatu oraz rozwój innowacji i gospodarki. Należy mieć nadzieję, że szanse, jakie stwarza pakiet klimatyczny, który zakłada przede wszystkim redukcję unijnych emisji CO2 o 20% do 2020 roku, zostaną wykorzystane do rozwoju kraju opartego na wiedzy, z zastosowaniem wysoko wydaj-nych i wysoko sprawnych technologii. Dyrektywa o promocji energii odnawialnej stanowi część unijnego pakietu klimatyczno-energetycznego. Po raz pierwszy wszystkie kraje członkowskie UE mają wiążący je prawnie cel w zakresie odnawialnych źródeł energii. Do czerwca 2010 roku są zobligowane do opracowania szczegółowych planów zwiększenia udziału energii odnawialnej. Ma to być główne narzędzie realizacji następujących zamierzeń:• zwiększenia udziału sektora odnawialnych źródeł energii w UE,• podniesienia bezpieczeństwa dostaw energetycznych,• redukcji efektu cieplarnianego,• stworzenia nowych miejsc pracy.

Energia odnawialna odgrywa kluczową rolę w strategii zrównoważonej europejskiej polityki energe-tycznej, obok dwóch pozostałych filarów: oszczędności energii i zwiększania efektywności energetycz-nej. Energia odnawialna przyczynia się do walki ze zmianami klimatycznymi, jako rodzime źródło energii zmniejsza uzależnienie Unii Europejskiej od importu i tym samym zwiększa bezpieczeństwo energetyczne, ogranicza zależność od wahań, a nawet drastycznych wzrostów cen ropy naftowej, gazu i uranu, a roz-wój technologiczny tej „branży przyszłości” wzmaga konkurencyjność Unii Europejskiej. Zrównoważona, konkurencyjna i bezpieczna energia jest jednym z fundamentów naszego codziennego życia.

Kraje Unii Europejskiej ze względu na swoje warunki geologiczne, klimatyczne i hydrologiczne dyspo-nują odnawialnymi źródłami energii w każdej postaci. Na kontynencie europejskim można, chociaż różnie w każdym kraju i regionie, rozwijać, pozyskiwać i wykorzystywać hydroenergię, energię wiatru, energię promieniowania słonecznego, energię geotermalną, energię fal, prądów i pływów morskich oraz energię z biomasy. Działania na rzecz ochrony globalnego klimatu są obecnie politycznym priorytetem. Kraje UE coraz bardziej odczuwają skutki zmian klimatycznych – powodzie, susze, utratę walorów turystycznych itp. Liczba pogodowych klęsk żywiołowych w Europie podwoiła się w latach 90. XX stulecia w porównaniu z poprzednią dekadą, wzrosły również rozmaite zaburzenia w rolnictwie, m.in. pojawiły się nowe szkodni-ki. Dlatego tak wiele uwagi poświęca się opisanym wyżej zagadnieniom. Niniejsza publikacja ma na celu przybliżenie i wyjaśnienie czytelnikowi problemów związanych ze zmianami klimatu i wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii.

Anna Grzybek

Zmiany klimatyczne i ich wpływ na rolnictwo w Polsce

Janusz Olejnik

Dziś już z całą pewnością można stwierdzić, że klimat na naszej planecie ociepla się, a tempo tych zmian jest niespotykane w historii. Zmianom klimatu towarzyszy wiele gwałtownych zjawisk zacho-dzących w atmosferze Ziemi, prowadzących do występowania ekstremów meteorologicznych (rekordo-wych notowań), z którymi do tej pory ludzkość nie miała do czynienia lub które występowały niezmier-nie rzadko. Z dużym prawdopodobieństwem można stwierdzić, iż za ocieplenie klimatu odpowiedzialne są niekorzystne zmiany w strukturze użytkowania gruntów (np. gwałtowne wylesienia obserwowane w niektórych rejonach świata) oraz nasilający się efekt cieplarniany. Efekt ten najczęściej przedstawia-ny jest w kontekście ocieplenia klimatu i dlatego kojarzony jest ze zjawiskiem stwarzającym jedynie problemy. Tymczasem zjawisko to ma przede wszystkim wymiar pozytywny. Dzięki niemu na znacz-nych obszarach Ziemi występują temperatury, które umożliwiły rozwój życia i są przyjazne rozwojowi człowieka. Problem z efektem cieplarnianym polega na jego zintensyfikowaniu przez działalność ludzi, która doprowadziła do wzrostu stężenia w atmosferze Ziemi kilku gazów cieplarnianych (np. dwutle-nek węgla czy metan). Efekty zmian klimatycznych widoczne są na całym świecie, dlatego również w Polsce obserwujemy wiele zmian związanych ze wzrostem temperatury, szczególnie zauważalnym w okresie wiosennym. Zmianom temperatury towarzyszą coraz częstsze zjawiska ekstremalne wystę-pujące na terytorium całego kraju. Oprócz wzrostu temperatury notowane są zmiany w sezonowym rozkładzie opadów. Taka tendencja powoduje wzrost ryzyka wystąpienia ekstremalnych warunków hy-drologicznych, takich jak susze i powodzie. Zjawiska i procesy wywołane ociepleniem klimatu mogą wpływać na warunki produkcji rolniczej w Polsce zarówno negatywnie, jak i pozytywnie. Do pozy-tywnych efektów można zaliczyć wydłużanie się sezonu wegetacyjnego dzięki wzrostowi temperatury na terenie całego kraju. Jednocześnie jednak zauważalny wzrost temperatury spowodował zwiększenie się wartości ewapotranspiracji, co przy braku wzrostu opadów w Polsce prowadzi do bardzo nieko-rzystnego bilansu wodnego. Dla produkcji rolniczej to bez wątpienia zła wiadomość i negatywny efekt zmian klimatycznych. Oprócz braku wody także wiele dodatkowych niebezpieczeństw zagraża stabil-nej i przewidywalnej produkcji rolniczej. Do najważniejszych z nich należy zaliczyć wydłużenie okre-sów suszy, zwiększenie ilości opadów nawalnych, znaczący wzrost wariancji niektórych elementów meteorologicznych (np. temperatur ekstremalnych – przymrozki), zwiększenie liczby ekstremalnych zjawisk pogodowych (np. wichury) oraz pojawienie się nowych problemów związanych z agrofagami (szkodnikami i chorobami roślin). Panuje zgodny pogląd, że spodziewana jeszcze wyższa temperatura sprzyjać będzie przezimowaniu owadów i w konsekwencji wraz z ich wiosenną migracją zwiększy się zagrożenie chorobami wirusowymi roślin, których wektorami są owady. Zrodzi to potrzebę opracowa-nia nowych sposobów i środków do walki z tymi chorobami roślin. Jeśli najbliższa przyszłość nie przy-niesie szybkiego opracowania i wdrożenia programów działania, których celem będzie z jednej strony zatrzymanie dalszego ocieplania klimatu, a z drugiej wdrożenie rozwiązań adaptacyjnych, to skutki globalnego ocieplenia mogą okazać się katastrofalne. Niestety również rolnictwo w Polsce może zostać dotknięte negatywnym wpływem zmian klimatu, co znacząco wpłynęłoby na jego efekty produkcyjne.

Wyniki badań klimatologicznych wykazały, że klimat się ociepla, a za winowajców tego procesu uznano nasilanie się efektu cieplarnianego, spowo-

dowane wzmożoną emisją gazów szklarniowych do atmosfery, oraz zmiany sposobu użytkowania gruntów na naszej planecie. Badania te potwierdzi-

fot Tomasz Szklany

Zmiany klimatyczne i ich wpływ na rolnictwo w Polsce10ły również niespotykanie szybki wzrost globalnej temperatury powietrza. Dzięki symulacjom kompu-terowym skonstruowano scenariusze zmian klima-tycznych na najbliższe kilkadziesiąt lat. Przewidują one, że przy podwojeniu stężenia dwutlenku węgla w atmosferze w stosunku do poziomu z 1900 roku ocieplenie klimatu na naszej planecie wyniesie od 2 do 6°C [7].

Te alarmistyczne scenariusze, których część już znalazła potwierdzenie w rzeczywistości, stosun-kowo szybko zmobilizowały świat polityków do podjęcia wspólnych działań na rzecz zahamowania zmian klimatu lub przynajmniej zminimalizowania ich negatywnych skutków dla środowiska i czło-wieka. Już w roku 1992, z ramienia ONZ, pod-pisana została w Rio de Janeiro przez większość przywódców państw całego świata tzw. Konwencja klimatyczna (Ramowa konwencja ONZ w sprawie zmian klimatu – UNFCCC). Jednym z głównych celów UNFCCC jest ustabilizowanie emisji gazów cieplarnianych w takim okresie, by ekosystemy w sposób naturalny mogły się przystosować do pro-gnozowanych zmian klimatu. UNFCCC wychodzi z założenia, iż bogate, uprzemysłowione państwa są najbardziej odpowiedzialne za zmiany klima-tu, natomiast z ich powodu ucierpią głównie kraje biedne i rozwijające się. Dlatego konwencja głosi, iż państwa uprzemysłowione muszą jako pierwsze podjąć działania zapewniające zredukowanie emi-sji gazów cieplarnianych do atmosfery.

Ramową konwencję klimatyczną uważa się za jedną z największych światowych umów ekolo-gicznych. Weszła ona w życie 21 marca 1994 roku (Polska ratyfikowała konwencję 26 października 1994 roku). Ogólne jej postanowienia precyzują dodatkowe porozumienia, z których najważniejszy pozostaje Protokół z Kioto wypracowany w grud-niu 1997 roku. Jego sygnatariusze zobowiązali się do sumarycznej redukcji emisji gazów szklarnio-wych w latach 2008–2012 o 5% względem pozio-mu z 1990 roku. Protokół z Kioto wszedł w życie 16 lutego 2005 roku i został ratyfikowany przez 141 krajów, wytwarzających w sumie 61% świato-wej emisji gazów cieplarnianych (szklarniowych).

Emisję gazów szklarniowych przelicza się w tzw. ekwiwalencie CO2, aby określać tzw. Po-tencjał Globalnego Ocieplenia (Global Warming Potential – GWP) wszystkich gazów szklarnio-wych jako całości. Koszyk gazów szklarniowych rozszerzono do sześciu; obecnie są to: dwutlenek węgla (CO2), metan (CH4), podtlenek azotu (N2O), fluorowcopochodne węglowodorów (HFCs), per-fluorowęglowodory (PFCs), sześciofluorek siarki (SF6) [1].

Dziś można stwierdzić, iż globalne ocieplenie jest spowodowane w dużym stopniu przez działal-ność człowieka (Raport Międzyrządowego Panelu do spraw Zmian Klimatycznych [7]). Przyczyną ocieplenia są: wzmożony efekt cieplarniany spo-wodowany wyższą koncentracją gazów szklar-niowych w atmosferze oraz zmiany struktury użytkowania terenów na Ziemi (np. wylesienie). Dodatkowe strumienie gazów szklarniowych po-chodzą głównie ze spalania paliw kopalnych (wę-giel, ropa, gaz), z procesów przemysłowych (np. wyrób cementu) oraz z działalności rolniczej.

W niedalekiej przyszłości ocieplenie klimatu spowoduje topnienie lodowców i wzrost poziomu morza, co częściowo obserwuje się już obecnie. Przesuną się strefy klimatyczne i dużej zmianie ulegną rozkłady opadów, co w wielu regionach świata zagrozi produkcji żywności. Częściej będą występowały ekstremalne zjawiska pogodowe, ta-kie jak susze, powodzie czy huragany. Z powodu wzmożonego efektu cieplarnianego już dziś obser-wujemy liczne zjawiska, które świadczą o zacho-dzących zmianach klimatycznych w różnych miej-scach świata, w tym także w Polsce.

O efekcie cieplarnianym można dziś usłyszeć lub przeczytać w bardzo wielu źródłach. Niestety, jak już wspomniano, bardzo często efekt ten jest przedstawiany w taki sposób, że można odnieść wrażenie, iż powoduje jedynie problemy, głównie związane z naszą atmosferą i odpowiedzialne za wiele negatywnych zmian zachodzących na naszej planecie. Efekt cieplarniany (inaczej szklarniowy) jest schematycznie często obrazowany w nastę-pujący sposób: promieniowanie dochodzące od Słońca dociera do atmosfery, przechodzi przez nią, a następnie – po odbiciu od powierzchni Ziemi – nie może się wydostać z układu Ziemia–atmosfe-ra. Wygląda to tak, jak gdyby jakaś nieznana siła powodowała, że w jedną stronę promieniowanie słoneczne (światło) przechodzi przez atmosferę bezproblemowo, a gdy zmierza w drugą stronę, jest przez nią zatrzymywane. To oczywisty non-sens. Gdyby tak było, ilość energii, która wchodzi do układu, byłaby większa od ilości go opuszcza-jącej, temperatura na naszej planecie zaś ciągle i błyskawicznie by rosła. Na czym więc faktycz-nie polega efekt szklarniowy? Na rycinie 1 przed-stawiono bilans energii dla układu Ziemia–atmo-sfera. Energia promienista w zakresie fal krótkich (z pewnym przybliżeniem można przyjąć, że jest to światło) dociera do powierzchni Ziemi, przez którą jest albo odbijana, albo pochłaniana. Od-bita część promieniowania, z podobną łatwością jak energia padająca, przechodzi przez atmosferę

Janusz Olejnik 11i opuszcza układ Ziemia–atmosfera. Część po-chłonięta natomiast zwiększa poziom energii po-wierzchni Ziemi, co powoduje wzmożoną emisję promieniowania długofalowego (ciepła) przez tę powierzchnię. Promieniowanie cieplne Ziemi nie może tak łatwo jak światło przejść przez atmo-sferę, ponieważ jest pochłaniane przez tzw. gazy szklarniowe, głównie parę wodną i dwutlenek wę-gla, znajdujące się w atmosferze. Pochłanianie tej energii powoduje, że atmosfera staje się cieplej-sza. Niezależnie od drogi promieniowanie ciepl-ne Ziemi prędzej czy później musi opuścić układ Ziemia–atmosfera. Energia docierająca ze Słońca musi być więc równa sumie energii odbitej od po-wierzchni Ziemi i energii cieplnej wyemitowanej przez układ Ziemia–atmosfera (ryc. 1). Zjawisko takie nazywamy efektem cieplarnianym. Właśnie dzięki pochłanianiu cieplnego promieniowania Ziemi przez gazy szklarniowe na naszej planecie panuje raczej przyjazna dla człowieka temperatu-ra [6].

Ryc 1 Efekt cieplarniany w atmosferze Ziemi

Na rycinie 2 przedstawiono średnią temperatu-rę powietrza przy powierzchni Ziemi jako funkcję różnego stężenia lub braku gazów szklarniowych w atmosferze. W pierwszej części ryciny ukaza-no atmosferę pozbawioną gazów szklarniowych (zobrazowano to symbolicznie jako stężenie CO2 o wartości 0 ppm – zero części na milion). W ta-kiej sytuacji promieniowanie cieplne Ziemi równie szybko jak odbite od jej powierzchni promienio-wanie słoneczne opuszczałoby układ Ziemia–at-mosfera i nie byłoby absorbowane przez atmosfe-rę. Łatwo obliczyć, że wtedy średnia temperatura na powierzchni naszej planety sięgnęłaby –18°C. Z pewnym przybliżeniem można stwierdzić, że na początku ubiegłego stulecia stężenie dwutlenku węgla w atmosferze wynosiło około 300 ppm. Wraz z innymi gazami szklarniowymi ukształtowało ono średnią temperaturę powietrza na powierzchni Zie-mi na poziomie 15°C [6]. Jak z tego wynika, efekt cieplarniany to dobrodziejstwo, dzięki któremu na Ziemi nie panuje temperatura –18°C, lecz jest ona

o całe 33 stopnie wyższa. Czy w takim razie nie ma problemu i wszystko jest w porządku?

Ryc. 2. Średnia temperatura powierzchni Ziemi w zależ-ności od stężenia GS

Niestety nie! W ostatnim stuleciu niepokojąco wzrastało stężenie dwutlenku węgla w atmosferze, co powodowało i powoduje nadal nasilenie efektu szklarniowego. Oszacowano, że jeśli emisja CO2 nie zostanie zredukowana, to już około 2040 roku jego stężenie podwoi się w stosunku do roku 1900. Spowoduje to podwyższenie temperatury powietrza przy powierzchni Ziemi o 2 do 6°C. Skąd wiemy, że stężenie CO2 wzrosło tak dramatycznie? Otóż dysponujemy danymi z analizy składu powietrza atmosferycznego pochodzącego z rdzeni lodowych oraz dwoma najdłuższymi zbiorami ciągłych po-miarów stężenia tego gazu w atmosferze, od poło-wy lat 50. ubiegłego wieku. Wiadomo już dzisiaj, że w ostatnich pięćdziesięciu latach stężenie CO2 w atmosferze Ziemi zwiększyło się niemal o około 80 ppm (około 30% w stosunku do czasów przed rozwojem przemysłu, czyli schyłku XVIII wieku). Ten gwałtowny wzrost stężenia CO2 spowodowany jest działalnością człowieka.

Czy te wahania stężenia dwutlenku węgla oraz związany z tym intensywniejszy efekt szklarniowy spowodowały już zauważalne zmiany w atmosfe-rze i w temperaturze powietrza przy powierzchni Ziemi oraz czy mają one wpływ na globalne prze-obrażenia zachodzące na naszej planecie? Niewąt-pliwie tak, już od dłuższego czasu bowiem obser-wuje się wzrost temperatury globalnej na Ziemi. Na początku lat 90. ubiegłego wieku opublikowa-no dane dotyczące średniej globalnej temperatury powietrza na Ziemi od roku 1860. Kilkanaście lat temu zaobserwowaną tendencję wzrostu tempera-tury poddano analizie z zastosowaniem kompute-rowych modeli klimatu (Global Circulation Model – GCM) i podjęto próbę obliczenia tej tendencji

Zmiany klimatyczne i ich wpływ na rolnictwo w Polsce12oraz prognozy dalszych zmian w tej sferze. Obec-nie wiemy, że przewidywania te były trafne. Z całą pewnością możemy stwierdzić, że dziś na naszej planecie panuje już temperatura wyższa o około 0,8–1,0°C w stosunku do okresu porównawczego [7].

Nadzwyczajne tempo wzrostu temperatury, jak wspomniano, jest przyczyną licznych nietypowych zjawisk w atmosferze, niegdyś należących do rzad-kości lub w ogóle nieodnotowywanych, które na-zywane są anomaliami pogodowymi.

Oprócz dramatycznych zjawisk o charakterze lokalnym, zachodzących w krótkim okresie, już dziś znamy wiele zjawisk globalnych, które pro-wadzą do długofalowych i często nieodwracalnych zmian w środowisku, a spowodowane są wzrostem temperatury. Przykładem takiego zjawiska są zni-kające części m.in. alpejskich lodowców, które „kurczą się” w dużym tempie. Podobne zjawisko obserwujemy, analizując wielkość pokrywy lodo-wej w Arktyce.

Czy rzeczywiście wzmożony efekt szklarnio-wy może się przerodzić ze sprzymierzeńca w na-szego wroga? Wzrost stężenia CO2 w atmosferze spowodowany jest niezrównoważonym bilansem tego gazu, którego większe ilości są wydzielane do atmosfery, niż z niej pobierane. Zwiększające się stężenie CO2 i związany z nim wzrost tempera-tury jest również przyczyną istotnych przeobrażeń w świecie roślin – już następują widoczne zmiany fenologiczne czy zmiany zasięgu występowania pewnych gatunków roślin i – co za tym idzie – mi-gracja drobnoustrojów, pasożytów itd.

Ryc. 3. Zmiany daty pojawiania się liści kasztanowca w Genewie w ciągu 200 lat (na podstawie danych z [10])

Często jako jeden z takich przykładów podaje się zmiany fenologiczne w ostatnich 200 latach na przykładzie daty pojawienia się pierwszych liści kasztanowca w Genewie (ryc. 3). Na rycinie wi-dać, że do roku 1820 pierwsze liście kasztanowca

obserwowano między 80. a 100. dniem roku (na przełomie marca i kwietnia). Od 1920 roku, na sku-tek wzrostu temperatury, czas jakby przyspieszył. W ostatnich 30 latach liście kasztanowca pojawiały się między 40. a 60. dniem roku (w lutym!).

Zanotowane w ostatnich latach efekty zmian kli-matycznych oprócz przekształceń i strat w środowi-sku powodują również wymierne straty ekonomicz-ne, związane głównie z ekstremalnymi zjawiskami pogodowymi (susze, powodzie, huragany itd.).

Również w Polsce występują niespotykane do-tąd lub rzadkie zjawiska, u których podłoża leżą zmiany klimatyczne i wzrost temperatury, zwłasz-cza wiosną. Najpełniejszy obraz zmian temperatury na terenie naszego kraju stworzył Instytut Meteoro-logii i Gospodarki Wodnej (IMiGW). Długookre-sowe badania różnych parametrów pogodowych potwierdzają hipotezy o ociepleniu klimatu w Pol-sce. Z pewnym przybliżeniem można stwierdzić, że temperatura powietrza nad Polską rośnie stosun-kowo szybko, a suma rocznego opadu jest prawie niezmienna lub wykazuje słabą tendencję malejącą. W różnych miejscach naszego kraju intensywność i szybkość zmian temperatury jest różna, stwier-dzono jednak, że w latach 1966–2006 średnia roczna temperatura powietrza dla Polski wzrasta-ła przeciętnie o 0,25°C na 10 lat. Porównując dwa piętnastolecia: 1966–1980 i 1992–2006, można stwierdzić, że średni roczny wzrost temperatury wyniósł 0,7°C. Z danych z 49 stacji meteorolo-gicznych należących do IMiGW wynika, że nie był on stały w przebiegu rocznym: najbardziej tempe-ratury wzrosły w najcieplejszym i najzimniejszym miesiącu roku (lipcu i styczniu). Średnio najniższe wzrosty temperatury odnotowano jesienią (0,1°C). Podane liczby odnoszą się do wartości średnich dla terytorium Polski. Trzeba jednak brać pod uwagę fakt, że zmiany te w skali lokalnej (regionu czy województwa) mogą mieć znacząco różne prze-biegi. Jako przykład na rycinie 4 podano przebiegi wartości średnich rocznych oraz średnich wiosen-nych temperatur wyliczonych na podstawie pomia-rów na stacji meteorologicznej w Turwi (środkowa Wielkopolska) w latach 1972–2005. Widać wyraź-nie, że w ostatnich 30 latach średnia temperatura powietrza na tym obszarze wzrosła o około 1,0°C (z 8,4 do 9,4°C), ale średnia wiosenna temperatura podniosła się prawie o 2°C. Tak szybki wzrost tem-peratury w tak krótkim okresie musi spowodować często zaskakujące zmiany środowiskowe.

Drugim niezmiernie ważnym parametrem me-teorologicznym wpływającym na warunki środo-wiskowe jest opad atmosferyczny. Choć nie stwier-dzono istotnych zmian w wartości sum rocznych

Janusz Olejnik 13opadów na terenie Polski, to jednak i ten parametr ulega pewnym wahaniom – nie tyle ilościowym, ile raczej jakościowym. Wahają się mianowicie ilości sezonowych opadów, ponieważ maleje przewaga opadów półrocza ciepłego nad opadami półrocza chłodnego. Obfitsze są ponadto intensywne, gwał-towne opady, po których następują dłuższe okresy bezopadowe. Taki rozkład opadów może zwięk-szać ryzyko wystąpienia dwóch ekstremalnych wa-runków hydrologicznych: powodzi oraz suszy. Za-obserwowane już oraz oczekiwane w przyszłości zmiany temperatury i rozkłady opadów powodują m.in. dalszy wzrost liczby ekstremalnych zjawisk pogodowych.

Ryc. 4. Wzrost temperatury na stacji meteorologicznej w Turwi (Wielkopolska) w latach 1972–2005

Globalne zmiany klimatu powodują wiele nie-korzystnych zjawisk pogodowych i zmian w śro-dowisku naturalnym, które z kolei przekładają się na wymierne straty ekonomiczne. Jedną z gałęzi aktywności ludzkiej, na którą zmiany klimatu mają szczególny wpływ, jest rolnictwo. Również w na-szym kraju możemy już dziś obserwować zjawi-ska i procesy wywołane zmianami klimatu, które w sposób pośredni lub bezpośredni wpływają na warunki produkcji rolniczej. Jednym z przykładów jest wydłużenie sezonu wegetacyjnego na skutek wzrostu temperatury. Na rycinie 5 przedstawio-no scenariusz wydłużenia sezonu wegetacyjnego z obecnych 210 dni do około 240 dni przy wzro-ście średniej rocznej temperatury powietrza o oko-

ło 4°C i przy założeniu podwojenia stężenia CO2 w atmosferze.

Ryc. 5. Zmiana długości sezonu wegetacyjnego jako wy-nik wzrostu temperatury powietrza o 4°C

Wydłużenie sezonu wegetacyjnego umożliwia rozszerzenie areału upraw różnych roślin, których hodowla w Polsce była do tej pory albo niemożli-wa, albo utrudniona. Już dzisiaj obserwujemy efek-ty tej zależności. Przykładowo, jak wykazały bada-nia prowadzone w Instytucie Uprawy, Nawożenia i Gleboznawstwa (IUNG) w Puławach, w latach 1940–1990 zaledwie na ułamku terytorium Pol-ski istniało 80-procentowe prawdopodobieństwo udanej uprawy kukurydzy na ziarno, podczas gdy w latach 2001–2010 powierzchnia ta powiększyła się do około 60% obszaru kraju [3].

Niestety, oprócz pozytywnych zmian dla rolnic-twa wynikających ze wzrostu temperatury zachodzi wiele przeobrażeń, które niekorzystnie wpłyną na produkcję rolniczą w Polsce. Wahania temperatury spowodują wzrost ewapotranspiracji, co w sytuacji braku znaczącego wzrostu opadu w Polsce (sce-nariusze IPCC 2007) doprowadzi do wyjątkowo niekorzystnego bilansu wodnego niektórych obsza-rów. Na rycinie 6 podano wartości klimatycznego bilansu wodnego (opad minus ewapotranspiracja) dla Polski centralnej. W Wielkopolsce wartość ta z ponad 100 mm spadnie do –21 mm (przy założe-niu braku zmian w opadach i wzrostu temperatury o 4°C [5]). Szczególnie wzrost letnich temperatur wywoła intensywniejsze parowanie, przez co zapa-sy wody w glebie będą jeszcze mniejsze niż dzisiaj. Problem ten dotyczyć będzie przede wszystkim gleb lekkich, które przeważają w tym regionie.

Taka zmiana może mieć bardzo negatywny wpływ na warunki życia na omawianym obszarze, a warunki produkcji rolniczej mogą ulec bardzo znaczącemu pogorszeniu.

Degradacja warunków wilgotnościowych ob-szarów rolnych w Polsce wynika przede wszystkim ze wzrostu temperatury bez znaczącego zwiększe-nia opadu, przy jego niekorzystnym rozkładzie

Zmiany klimatyczne i ich wpływ na rolnictwo w Polsce14w ciągu roku. Na przykład wzrost temperatur w okresach zimowych może spowodować brak warstwy śniegu, który wolno topniejąc wiosną, za-silałby wierzchnią warstwę gleby w wilgoć. Dodat-kowo wywoła on także nasilenie parowania zimą, co również zmniejszy ilość wody dostępnej dla ro-ślin w początkach sezonu wegetacyjnego.

Ryc. 6. Oczekiwane zmiany klimatycznego bilansu wod-nego w Polsce centralnej

Oprócz braku wody istnieją inne dodatkowe niebezpieczeństwa dla stabilnej i przewidywalnej produkcji rolniczej. Do najważniejszych należy zaliczyć wydłużenie okresów suszy, zwiększenie ilości opadów nawalnych, znaczący wzrost wa-riancji niektórych elementów meteorologicznych (np. temperatur ekstremalnych – przymrozki), na-silenie ekstremalnych zjawisk pogodowych (np. wichury) oraz pojawienie się nowych problemów związanych z agrofagami (szkodnikami i choroba-mi roślin).

Szkody spowodowane w produkcji rolniczej mogą być znaczące, a ich wartość bezwzględna

będzie rosnąć z roku na rok. Na podstawie danych firmy ubezpieczeniowej na rycinie 7 zobrazowano intensywność szkód w rolnictwie, u których pod-stawy leżą różne, niekorzystne warunki meteoro-logiczne [9].

Ryc. 7. Intensywność szkód w rolnictwie wskutek nie-korzystnych zjawisk atmosferycznych według danych z PZU z okresu 01.01.2005–30.06.2008 r.

Widać wyraźnie, że poza suszą najbardziej nie-korzystny wpływ na produkcję rolniczą wywierają przymrozki i złe warunki zimowania roślin, panu-jące coraz częściej. Takie niesprzyjające cechy po-gody wynikają z faktu, że wraz ze wzrostem tem-peratury rośnie zmienność warunków pogodowych (wariancja). Oznacza to, że mimo podwyższającej się średniej temperatury powietrza coraz częściej zdarzać się mogą niekorzystne warunki pogodowe, takie jak na przykład dotkliwe przymrozki w po-czątkach sezonu wegetacyjnego, szybkie i silne wahania pogody czy ogólnie niekorzystne warunki zimowania roślin. Na rycinie 8 podano przykład ta-kich strat dotyczących plonowania rzepaku [2].

Przy znaczącym wzroście temperatury w zimie można spodziewać się braku jarowizacji ozimin i w konsekwencji zmiany struktury zasiewu. Taka

Średnie 1978/1979 1996/1997

Ryc. 8. Straty zimowe (w %) w zasiewach rzepaku, średnie i po niekorzystnych zimach w latach 1978/79 i 1996/97

Janusz Olejnik 15sytuacja może wymusić na rolnikach dokonanie znaczących zmian w strukturze upraw zbożowych i wywrzeć poważny wpływ na całą gospodarkę rol-ną w kraju.

Wzrost temperatury może oznaczać wydłuże-nie sezonu wegetacyjnego, ale jednocześnie coraz większa liczba ekstremalnych zjawisk meteorolo-gicznych może spowodować, że z innych powo-dów (np. nadmiaru wody na polach po ulewach zimowych) wegetacja roślin rozpocznie się z opóź-nieniem. Zachodzi duże prawdopodobieństwo, że zjawisko takie również będzie miało niekorzystny wpływ na plon w danym roku. Jako przykład ta-kich strat na rycinie 9 przedstawiono procentowy spadek plonu po dwutygodniowym opóźnieniu we-getacji pszenicy ozimej [2].

Ryc. 9. Potencjalne zmniejszenie plonów (w %) pszenicy ozimej spowodowane opóźnieniem wiosennego wzno-wienia wegetacji o 15 dni

Jak pokazano na kilku przykładach, zmienia-jące się warunki klimatyczne mogą bezpośrednio oddziaływać na rolnictwo. Pamiętać jednak nale-ży, iż w nowych warunkach klimatycznych w inny sposób, często do tej pory nienotowany, rozwijają się wszelkie szkodniki upraw rolniczych, co rów-nież wywiera najczęściej niekorzystne działanie na rolnictwo. Dla zilustrowania takiego zjawiska na rycinie 10 przedstawiono schemat zmiany cyklu rozwojowego mszycy czeremchowej. Mszyca ta w ciągu trzech dni o temperaturze średniej dobo-wej wyższej niż 25°C, zamiast latem powrócić na czeremchę, przenosi się na zboża ozime, infekując je wirusami. Powoduje to już dzisiaj znaczące stra-ty w plonach zbóż [8].

Powszechnie uważa się, że wzrost temperatury będzie sprzyjał przezimowaniu owadów, które są wektorami wirusów, i ich migracji w okresie wio-

sennym. Konsekwencją tego będzie wzrost zagro-żenia rozprzestrzeniania się chorób wirusowych ro-ślin oraz potrzeba wynalezienia nowych sposobów walki z nimi. Ocieplenie warunków klimatycznych może mieć znaczący wpływ na rozwój i liczebność wszelkich szkodników roślin, choć nie wolno zapo-minać, że te zmieniające się warunki klimatyczne modyfikują również warunki życia drapieżników i patogenów szkodników roślin. Zwiększone tem-peratury z jednej strony spowodują zatem wzrost populacji szkodników roślinnych, ale z drugiej – staną się przyczyną uaktywnienia ich patogenów [4]. Trudno dziś przewidzieć, który z procesów związanych ze wzrostem temperatury przeważy, ponieważ wzrost temperatury i wilgotności może wywołać silniejszą infekcję owadów na przykład przez patogenne grzyby i w konsekwencji zahamo-wać ekspansję niektórych szkodników roślin. Nie można więc wykluczyć ciągu zdarzeń, w którym w ostatecznym efekcie nastąpi zmniejszenie zagro-żenia szkodnikami roślin.

Ryc. 10. Zmiany w cyklu rozwojowym mszycy czerem-chowej

Innym negatywnym skutkiem ocieplenia kli-matu może być wzmożona erozja gleb wynikająca z wielce prawdopodobnych scenariuszy zwiększe-nia ilości opadów nawalnych latem. W takiej sytu-acji problem erozji gleb dotyczyć będzie nie tylko obszarów górzystych, lecz także, w poważnym stopniu, obszarów nizinnych, tak ważnych w pro-dukcji rolniczej w Polsce.

Z równym prawdopodobieństwem jak opady nawalne występować będą dłuższe okresy suszy, co w połączeniu z podwyższoną temperaturą do-prowadzi do szybszej mineralizacji materii orga-nicznej w glebach. To z kolei obniży zdolności ma-gazynowania wody przez nie i może doprowadzać do częstych przesuszeń ich wierzchniej warstwy.

Jak zareagują ekosystemy lądowe na dalsze oczekiwane zmiany klimatu i jak rozwijać się będą rośliny w warunkach podwyższonego stężenia CO2 w atmosferze? Na te pytania musimy znaleźć odpo-

Zmiany klimatyczne i ich wpływ na rolnictwo w Polsce16wiedź w najbliższych latach, aby podjąć działania minimalizujące negatywne efekty środowiskowe zmian klimatycznych. Wysiłki całej społeczności międzynarodowej idą w tym właśnie kierunku. Emisja CO2 do atmosfery nieustannie rośnie, a na-wet przy optymistycznym założeniu, iż swoje mak-simum, po którym zacznie spadać, osiągnie w naj-bliższych kilkudziesięciu latach, stężenie tego gazu w atmosferze będzie jeszcze rosło przez następne 100 lat. Równolegle w skali globalnej następuje ciągła degradacja środowiska m.in. przez nieko-rzystne zmiany w strukturze użytkowania gruntów (np. wylesianie). Zjawiska te spowodują, iż śred-nia temperatura powietrza na Ziemi najprawdo-podobniej będzie się nadal podwyższać. Dlatego niezmiernie ważnym zadaniem staje się jak naj-szybsze ograniczenie emisji gazów szklarniowych do atmosfery, m.in. w drodze rozwijania energe-tyki opartej w większym stopniu na odnawialnych źródłach energii. Równie istotnym problemem, który musi być rozwiązany w przewidywalnej per-spektywie czasu, jest zatrzymanie niekorzystnych przeobrażeń w strukturze użytkowania gruntów i ograniczanie przesuszania środowiska. Procesy te prowadzą bowiem do zwiększenia strumieni ciepła jawnego (ogrzewanie powietrza) i zmniejszania strumieni ciepła utajonego (parowanie i transpira-cja). Trudno jest dziś przewidzieć wszystkie ekolo-giczne skutki ocieplenia klimatu. W skali global-nej jednym ze stosunkowo łatwo przewidywalnych efektów jest wzrost poziomu morza, który może się zmieniać przez następne tysiąclecie (nawet po znacznej redukcji emisji gazów szklarniowych do atmosfery). Niestety w najbliższych kilkudziesię-ciu latach wiele obszarów lądowych znajdzie się pod wodą, co wywoła bardzo poważne konsekwen-cje ekonomiczne i socjologiczne.

W naszych warunkach klimatycznych pierw-szoplanowym problemem do rozwiązania stanie się niekorzystny bilans wodny wielu obszarów w Polsce. Wymagać to będzie dużych zmian w go-spodarce wodnej i wielu inwestycji związanych ze zwiększeniem możliwości retencji wody opadowej, która mogłaby być wykorzystana w okresach naj-większych deficytów wodnych przede wszystkim do celów produkcji rolniczej. Ze względu na stosun-kowo małe opady i bardzo skromne zasoby wodne w Polsce można dziś stwierdzić, że kluczem do roz-wiązania wielu problemów związanych z wpływem ocieplenia klimatu na rolnictwo jest przygotowanie naszego kraju do nowych warunków wilgotnościo-wych. Nowoczesna, przemyślana i dopasowana do zaistniałych warunków klimatycznych gospodar-ka wodna w Polsce w głównej mierze zdecyduje

o efektach produkcyjnych w rolnictwie w perspek-tywie kilkudziesięciu, a może kilkunastu lat.

Podsumowanie

Przytoczone przykłady wskazują, że zmiany klimatu to bardzo poważny problem o charakterze globalnym. Dziś można sądzić, że nie jesteśmy już w stanie powstrzymać pewnego wzrostu tempera-tury. Mamy jednak ciągle szansę na spowolnienie i nawet zahamowanie tych zmian, niestety w odle-głej perspektywie, na poziomie, na którym możli-we stanie się zaadaptowanie biosfery do nowych warunków klimatycznych. Wymagać to jednak będzie olbrzymiego wysiłku, zarówno w skali glo-balnej, jak i lokalnej, ze strony polityków, naukow-ców i władz lokalnych. Aktywność taka będzie się wiązać z ogromnymi nakładami finansowymi oraz zmianą świadomości większości obywateli, któ-rych nadrzędnym celem musi się stać dobro naszej planety i jej zrównoważony rozwój. Konieczne do tego jest inne podejście do powierzchni i atmosfery Ziemi. W razie braku z jednej strony odpowiednich programów działania, ograniczających negatywne skutki zmian klimatu, a z drugiej – programów ada-ptacyjnych do nowych warunków klimatycznych skutki ocieplenia klimatu w licznych miejscach na świecie mogą się okazać wręcz katastrofalne. Nie-stety, rolnictwo może być jedną z dziedzin szcze-gólnie mocno dotkniętych negatywnymi skutka-mi ocieplenia klimatu, co będzie miało znaczący wpływ na jego efekty produkcyjne.

Bibliografia

1. Schreiner C., Bokwa A., Konwencja Klimatycz-na, http://www.atmosphere.mpg.de.

2. Czarnecka M., Koźmiński C., Michalska B. (2009), „Climatic risks for plant cultivation in Poland”, w: J. Leśny (red.), Climate Change and Agriculture in Poland – Impacts, Mitigation and Adaptation Measures, Acta Agrophysica 169, s. 78–96.

3. Górski T. (2002), „Współczesne zmiany agrokli-matu Polski”, Pamiętnik Puławski 130, s. 241– –250.

4. Kędziora A., Juszczak R. (2006), „Agrometeoro-logiczne podstawy produkcji roślinnej. Rocznik monotematyczny poświęcony dziejom rolnictwa wielkopolskiego”, Roczniki Muzeum Narodowe-go Rolnictwa w Szreniawie, t. 23, s. 91–107.

5. Olejnik J., Kędziora A. (1991), „A model for heat and water balance estimation and application to

Janusz Olejnik 17land use and climate variation”, Earth Surface Processes and Landforms 16, s. 601– 617.

6. Olejnik J. (1996), „Modelowe badania struktury bilansu cieplnego i wodnego zlewni w obecnych i przyszłych warunkach klimatycznych”, Rocz-niki Akademii Rolniczej w Poznaniu, Rozprawy Naukowe, z. 268, s. 125.

7. Raporty Międzynarodowego Panelu Zmian Kli-matycznych (IPCC 2001, 2007).

8. Ruszkowska M. (2006), „Uwarunkowania kli-matyczne w rozprzestrzenianiu najważniejszych wektorów chorób wirusowych na zbożach w ba-

danych regionach Polski”, Progress in Plant Pro-tection, t. 46, 1, s. 276–284.

9. Leśny J. (red.) (2009), Zmiany klimatu a rol-nictwo w Polsce – wpływ zagrożenia, działania adaptacyjne. Publikacja jest częścią projektu ADAGIO (Adaptation of Agriculture in Europe-an Regions at Environmental Risk Under Clima-te Change) realizowanego w ramach 6 Programu Ramowego UE.

10. Van Vliet A., De Groot R. (2001), „Phenology and climate: evidence of change”, Change 56, s. 12–14.

Rola i znaczenie odnawialnych źródeł energii w Unii Europejskiej i Polsce. Klasyfikacja i rozwój poszczególnych odnawialnych źródeł energii

Anna Grzybek

Zrównoważona polityka klimatyczna i energetyczna musi opierać się na oszczędzaniu energii, efek-tywności energetycznej i na energii odnawialnej. W artykule przedstawiono klasyfikację odnawialnych źródeł energii (OZE), dokonano przeglądu dokumentów Unii Europejskiej (UE) regulujących produk-cję energii ze źródeł odnawialnych. UE, dążąc do jak największego wykorzystania energii odnawial-nej, uwzględnia fakt, że energia ta umożliwia decentralizację produkcji i dostaw energii ze względu na różnorodność warunków geologicznych, klimatycznych i hydrologicznych. Potencjał techniczny energii odnawialnej, którym dysponują łącznie UE, państwa kandydujące do Unii, kraje z Europej-skiego Obszaru Gospodarczego (EOG) i Szwajcaria, ocenia się na 40 000 PJ/rok (1 PJ = 1015 J). Wiel-kość ta odpowiada około 60% aktualnego zużycia energii. Zagospodarowanie energii wodnej i biomasy jest bardzo zaawansowane: istniejący potencjał energii wodnej wykorzystany jest w 80%, a biomasy – w 50% szacowanych zasobów. Największa część energii odnawialnej jest dziś w UE wykorzystywana do wytwarzania energii elektrycznej. W kwietniu 2009 roku została przyjęta przez Parlament Europej-ski i Radę dyrektywa w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych zmieniająca i w następstwie uchylająca dyrektywy 2001/77/WE oraz 2003/30/WE. Dyrektywa zawiera tylko jeden cel dla każdego z państw członkowskich – udział energii ze źródeł odnawialnych w bilansie energii pierwotnej. Udział poszczególnych krajów członkowskich w realizacji dyrektywy będzie różny i ma uwzględniać uwarunkowania lokalne oraz potencjał zasobów energii odnawialnej. Dla Polski zapisany cel na 2020 rok w postaci wzrostu udziału energii odnawialnej w bilansie energii pierwotnej został ustalony na 15%. Systematyczny wzrost cen energii ze źródeł konwencjonalnych staje się czynnikiem wspomagającym rozwój OZE. Sukces wielu firm z sektora OZE potwierdza, że przedsiębiorstwa o tym profilu są konkurencyjne. Polska podejmuje liczne działania na rzecz szerszego wprowadzenia OZE jako źródła zaspokojenia potrzeb energetycznych kraju, co jest wymogiem wspólnej polityki europej-skiej w zakresie kontroli emisji gazów cieplarnianych i zwiększenia jej niezależności energetycznej. Możliwe jest również wykorzystanie w projektach energetycznych środków wsparcia europejskiego z funduszy polityki spójności.

Unia Europejska odpowiada obecnie za jedną szóstą globalnej emisji CO2 i za jedną piątą całko-witej emisji gazów cieplarnianych w krajach uprze-mysłowionych. W krajach tych oraz w państwach

rozwijających się sektor energetyczny jest najwięk-szym wytwórcą emisji gazów cieplarnianych. Oko-ło 70% szkodliwej dla klimatu emisji CO2 powstaje w czasie wytwarzania i zużywania energii.

fot. Włodek Staszczyk

Anna Grzybek 19Ochrona klimatu i zrównoważona polityka

energetyczna są obecnie priorytetem politycznym UE na najbliższe lata. Zrównoważona polityka klimatyczna i energetyczna wymaga oszczędzania energii, efektywności energetycznej i korzystania z energii odnawialnej.

Klasyfikacja odnawialnych źródeł energii

Międzynarodowa Agencja Energetyczna (Inter-national Energy Agency – IEA) podjęła się kilka lat temu sprecyzowania pojęć i określenia metodologii ocen istniejących i potencjalnych zasobów odna-wialnych nośników energii [19, 20]. Grupa Robo-cza ds. Odnawialnych Nośników Energii, powoła-na przez IEA (Renewable Energy Working Party – REWP) przyjęła następującą definicję: „Odna-wialna energia jest to ilość energii, jaką pozyskuje się w naturalnych procesach przyrodniczych stale odnawialnych. Występuje w różnej postaci, jest generowana bezpośrednio lub pośrednio przez energię słoneczną lub z ciepła pochodzącego z ją-dra Ziemi”. W prawodawstwie polskim definicja odnawialnych źródeł energii w ogólnej formie za-warta jest w Prawie energetycznym (art. 3, pkt 20): ,,Odnawialne źródło energii – źródło wykorzystu-jące w procesie przetwarzania energię wiatru, pro-mieniowania słonecznego, geotermalną, fal, prą-dów i pływów morskich, spadku rzek oraz energię pozyskiwaną z biomasy, biogazu wysypiskowego, a także biogazu powstałego w procesach odpro-wadzania lub oczyszczania ścieków albo rozkładu składowanych szczątek roślinnych i zwierzęcych” [18].

Definicja ta obejmuje energię generowaną przez promieniowanie słoneczne, cieki wodne, wiatr, bio-masę i pochodne oraz energię geotermalną. Więk-szość OZE odnawia się w cyklu rocznym, jedynie odnowa zasobów geotermalnych trwa dłużej. OZE są ograniczone przestrzennie możliwością instalo-wania odbiorników oraz wielkością jednostkowego strumienia mocy.

Promieniowanie Słońca jest dla Ziemi pierwot-nym źródłem energii, a wszystkie inne źródła są tylko jej pochodnymi. Dzięki Słońcu uzyskuje-my energię z wiatru, cieków wodnych i biomasy. Energia wiatru jest przekształconą formą energii słonecznej. Wiatr to źródło energii kinetycznej po-ruszających się mas powietrza. Bezpośrednią przy-czyną powstawania wiatru jest nierównomierny rozkład ciśnienia atmosferycznego nad powierzch-nią Ziemi, co z kolei spowodowane jest niejedna-kowym nagrzewaniem jej przez Słońce. Wiatr dzię-ki swej prędkości, czyli przemieszczaniu się mas

powietrza, ma bardzo duży potencjał energii, która jest praktycznie niewyczerpywalna. Potencjał ener-getyczny wiatru odnawiany jest w wyniku stałego, nierównomiernego nagrzewania Ziemi promienia-mi słonecznymi. Jednak potencjał ten nie może być całkowicie wykorzystany, przede wszystkim ze względu na zmienność jego wielkości i kierunku. Niewielka porcja energii słonecznej jest przetwo-rzona i skumulowana w energii wodnej. Znaczna część wody zmagazynowana jest w zbiornikach na powierzchni ziemi, takich jak morza, oceany, je-ziora, rzeki itp. Poza tym woda znajduje się pod powierzchnią ziemi (wody podziemne). Pozosta-ła część wody tworzy zamknięty obieg krążenia, którego cykl jest następujący: parowanie – opad – spływ powierzchniowy i podziemny – znowu pa-rowanie. Zgromadzona energia potencjalna wody, poprzez spiętrzenie i przepływ w kierunku dolnego poziomu, zamieniana jest w energię kinetyczną na-pędzającą turbinę. Energia geotermalna jest natu-ralnym ciepłem Ziemi nagromadzonym w skałach oraz w wodach wypełniających pory i szczeliny skał. Ogromna ilość energii jest generowana i gro-madzona w jądrze, płaszczu i skorupie ziemskiej. Pod skorupą ziemską temperatura dochodzi do 1000°C, a w jądrze Ziemi wynosi 3500–4500°C. Przepływ ciepła z wnętrza Ziemi na powierzchnię odbywa się przede wszystkim drogą przewodzenia. W skorupie ziemskiej występuje kilka rodzajów energii geotermalnej. Jest to energia magmy, geo-ciśnień, gorących suchych skał i energia geotermal-na nagromadzona w wodach podziemnych.

Biomasa jest i będzie ważnym odnawialnym źródłem energii w nadchodzącym ćwierćwieczu w porównaniu z wodą, wiatrem, geotermią, wyko-rzystaniem Słońca w systemach fotowoltaicznych i kolektorach słonecznych. Jest to substancja po-chodzenia roślinnego lub zwierzęcego, która ulega biodegradacji, pochodząca z produktów, odpadów i pozostałości z produkcji rolnej oraz leśnej, a tak-że przemysłu przetwarzającego te produkty i inne części odpadów, które ulegają biodegradacji.

Przegląd dokumentów Unii Europejskiej regulujących produkcję energii ze źródeł odnawialnych

UE jeszcze przed 2004 rokiem, w składzie pięt-nastu państw członkowskich, zwracała szczególną uwagę na rozwój i wykorzystanie OZE. Dowodem na to są nie tylko akty prawne, lecz także inne do-kumenty wydawane przez różne organy ówczesnej Unii. Fundamentem rozwoju wykorzystania OZE w UE stała się Biała księga – Energia dla przyszło-

Rola i znaczenie odnawialnych źródeł energii w Unii Europejskiej i Polsce…20ści: odnawialne źródła energii z dnia 11 listopada 1997 roku. Księga powstała w celu podkreślenia konieczności zwiększenia udziału energii odna-wialnej w bilansie paliwowo-energetycznym UE. Określiła też narzędzia niezbędne, by osiągnąć mi-nimum – podwoić do 2010 roku udział w ogólnej konsumpcji paliw i energii w krajach członkow-skich. Celem minimalnym było osiągnięcie 12% energii pochodzącej z OZE, a więc mniej, niż za-kładała Deklaracja Madrycka z marca 1994 roku (15% dla UE).

Innym ważnym dokumentem o znaczeniu mię-dzynarodowym, na który powołują się kraje UE, jest podpisany w 1997 roku Protokół z Kioto. Za-kłada on redukcję emisji CO2 w latach 2008–2012 co najmniej o 5% w stosunku do emisji z roku 1990. Protokół wszedł w życie dopiero po zaapro-bowaniu go przez Rosję, warunkiem koniecznym bowiem, aby zaczął obowiązywać, było podpisa-nie go przez tyle krajów, aby ich łączne emisje sta-nowiły 55% światowej emisji gazów. Wszedł on w życie 16 lutego 2005 roku. Podstawowym zało-żeniem Protokołu z Kioto jest redukcja emisji sub-stancji szkodliwych w poszczególnych państwach, a przez to zmniejszenie emisji globalnych. Każde z państw otrzymało limit emisji gazów cieplarnia-nych, które mogą zostać uwolnione do atmosfery. Aby ułatwić państwom stronom wywiązanie się ze zobowiązań, dokument przewiduje mechanizmy wspierające: mechanizm handlu emisjami, me-chanizm wspólnych wdrożeń, mechanizm czyste-go rozwoju oraz mechanizm aktywacji absorpcji CO2 przez rośliny. Protokół pozwala na redukcję emisji gazów cieplarnianych poza granicami wła-snego państwa. Oznacza to, że inwestując w OZE, państwo ma prawo zapisać efekty jako swój wkład w redukcję emisji gazów. Do zobowiązań wyni-kających z tego protokołu odnosi się dyrektywa 2003/87/WE. Ustanawia ona system handlu przy-działami poziomu emisji gazów cieplarnianych w państwach członkowskich. Zawiera wytyczne regulujące funkcjonowanie systemu handlu w kra-jach Wspólnoty.

Kolejnym dokumentem poświęconym strate-gii energetycznej jest Zielona księga Ku europej-skiej strategii bezpieczeństwa energetycznego [15] z 2000 roku, w której opisano politykę UE w tym zakresie. Głównym celem tego dokumentu jest za-pewnienie bezpieczeństwa energetycznego, do cze-go ma się przyczynić zwiększone wykorzystanie źródeł alternatywnych. Na podstawie prowadzonej debaty we wrześniu 2001 roku powstała dyrektywa 2001/77/WE w sprawie promocji energii elektrycz-nej z odnawialnych źródeł na wewnętrznym rynku

energii elektrycznej [4]. Celem głównym dyrekty-wy było promowanie produkcji energii elektrycz-nej z OZE. W tym zakresie wyznaczony został cel dla całej UE – osiągnięcie 21% zużycia energii elektrycznej uzyskiwanej z OZE w 2010 roku.

W dyrektywie tej zawarto wykaz celów indy-katywnych dla poszczególnych państw. Dyrekty-wa zaleca wprowadzanie w krajach członkowskich rozwiązań regulujących funkcjonowanie rynku energii odnawialnej i zachęcających do jego roz-woju. Celem staje się także stworzenie konkuren-cyjnej pozycji dla energii elektrycznej uzyskiwa-nej ze źródeł odnawialnych w stosunku do energii otrzymywanej w sposób konwencjonalny. Potrze-ba zwiększenia udziału energii elektrycznej z OZE w całkowitej energii została podyktowana przede wszystkim bezpieczeństwem energetycznym i związaną z tym dywersyfikacją źródeł dostaw.

Dyrektywa unijna 2004/8/UE w sprawie pro-mowania kogeneracji w oparciu o zapotrzebowanie na ciepło użytkowe na wewnętrznym rynku ener-gii również ma związek z wykorzystaniem OZE – wskazuje na zalety, w tym wysoką sprawność, technologii opartej na kogeneracji.

Innym kierunkiem wspieranym przez UE jest produkcja biopaliw ciekłych. Impulsem dla jej rozwoju ma być dyrektywa 2003/30/WE [5] Par-lamentu Europejskiego i Rady UE z dnia 8 maja 2003 roku w sprawie wspierania użycia w transpor-cie biopaliw lub innych paliw odnawialnych. Ten akt prawny ma na celu promocję stosowania bio-paliw oraz innych paliw odnawialnych poprzez za-stępowanie nimi oleju napędowego i benzyny uży-wanych w transporcie. W poszczególnych latach dynamicznie ma wzrastać dopuszczalny udział bio-paliw w ogólnym zużyciu paliw ciekłych, a w 2010 roku udział biokomponentów dodawanych do ogól-nej masy paliw wprowadzanych do obrotu według wartości energetycznej ma wynosić 5,75%.

Mechanizmem promującym biopaliwa może być obniżka podatku akcyzowego. Dyrektywa 2003/96/WE w sprawie restrukturyzacji wspólno-towych przepisów ramowych dotyczących opo-datkowania produktów energetycznych i energii elektrycznej wydana przez Radę UE w paździer-niku 2003 roku zezwala krajom członkowskim na całkowite lub częściowe zniesienie akcyzy na biokomponenty stosowane w paliwach ciekłych oraz upoważnia je do zastosowania całkowitego zwolnienia z podatku akcyzowego dla biokompo-nentów stanowiących samoistne paliwa. W latach 2005–2006 w UE powstały nowe dokumenty do-tyczące energetycznego wykorzystania biomasy, należą do nich:

Anna Grzybek 21• Plan działania w sprawie biomasy [1],• Strategia UE dla biopaliw [9],• Zielona księga – Europejska strategia na rzecz

zrównoważonej, konkurencyjnej i bezpiecznej energii [27],

• Zielona księga w sprawie racjonalizacji zużycia energii, czyli jak uzyskać więcej mniejszym na-kładem środków [25].Dokument Europejska strategia na rzecz zrów-

noważonej, konkurencyjnej i bezpiecznej energii precyzuje podstawowe cele, priorytety i narzędzia oraz działania niezbędne do wprowadzenia nowej, europejskiej polityki energetycznej. Kierując się trzema głównymi zasadami, którymi są: zapewnie-nie zrównoważonego rozwoju, konkurencyjności oraz bezpieczeństwa dostaw energii, Komisja Eu-ropejska zamierza skoncentrować swoje działania na sześciu głównych obszarach; należą do nich:• rozwój konkurencji,• dywersyfikacja źródeł energii,• solidarność na poziomie UE w zakresie środków

dla bezpieczeństwa dostaw,• zrównoważony rozwój,• wzrost innowacyjności i technologii energetycz-

nych,• określenie wspólnej zewnętrznej polityki ener-

getycznej UE.Zapisy Zielonej księgi są istotne dla wszystkich

państw członkowskich, w tym również dla Polski, w szczególności w zakresie nowych zadań mają-cych na celu rzeczywistą dywersyfikację dostaw nośników energii, integrację systemów energetycz-nych i budowanie wspólnego rynku energii [25]. W Zielonej księdze położono szczególny nacisk na efektywność energetyczną jako najbardziej racjo-nalny sposób poprawy stanu bezpieczeństwa ener-getycznego i dbałości o środowisko przyrodnicze [26]. W dokumencie trafnie określono podstawowe czynniki charakteryzujące aktualny stan i przewi-dywany rozwój sektora energii w UE, wymienia-jąc spośród nich najważniejsze, czyli: niezbędny rozwój inwestycji energetycznych wymagający nakładów w wysokości około biliona euro w cią-gu najbliższych 20 lat oraz prognozowany wzrost zapotrzebowania na energię o około 60% do roku 2030.

W Zielonej księdze 2006 r. zaproponowano, aby zintegrowane podejście UE do przeciwdziała-nia zmianie klimatu opierało się na inicjatywach prawodawczych i programach racjonalnego wyko-rzystania energii w połączeniu z polityką wspiera-jącą wykorzystanie energii ze źródeł odnawialnych [27]. Podkreślono dotychczasowe osiągnięcia UE w pozyskiwaniu energii ze źródeł odnawialnych,

które są trzecim co do wielkości – po węglu i gazie ziemnym – źródłem energii elektrycznej, a którego rola stale rośnie z korzyścią dla gospodarki i środo-wiska. W dokumentach Plan działania w sprawie biomasy oraz Strategia UE dla biopaliw Komisja Europejska informuje, że 4% zapotrzebowania UE na energię zaspokajane jest dzięki wykorzystaniu biomasy. Energię elektryczną można wytwarzać ze wszystkich rodzajów biomasy za pomocą kilku technologii. Komisja wspiera państwa członkow-skie w działaniach zmierzających do wykorzysta-nia potencjału wszystkich opłacalnych form pozy-skiwania energii elektrycznej z biomasy.

Wykorzystanie biomasy w produkcji energii elektrycznej oznacza największe korzyści w zakre-sie emisji gazów cieplarnianych.

Dokument ten nawiązuje do treści Białej księ-gi w sprawie europejskiej polityki transportowej do 2010 roku (dokument COM/2001/370UE) [2]. Biopaliwa stanowiące bezpośredni substytut paliw kopalnych mogą zostać z łatwością zastosowane w systemach wykorzystujących paliwa kopalne. Poprzez przetworzenie biomasy w celu wykorzy-stania jej jako źródło energii otrzymuje się takie substytuty paliw jak: biogaz, bioetanol, biometa-nol, estry olejów roślinnych (biodiesel), biooleje, biobenzyny i inne pochodne, na przykład wodór. Mimo że koszt produkcji większości biopaliw jest nadal wyższy od paliw kopalnych, to ich produkcja i wykorzystanie w różnych krajach świata rosną.

Strategia UE na rzecz biopaliw płynnych okre-śla trzy cele:• dalszą promocję biopaliw w UE i krajach roz-

wijających się oraz zagwarantowanie, że ich produkcja i wykorzystanie wpłyną pozytywnie

fot. Małgorzata Grzórzna

Rola i znaczenie odnawialnych źródeł energii w Unii Europejskiej i Polsce…22na środowisko globalne i przyczynią się do re-alizacji celów strategii lizbońskiej,

• przygotowanie do stosowania biopaliw na szero-ką skalę dzięki poprawie ich konkurencyjności cenowej poprzez optymalizację wyspecjalizo-wanych upraw energetycznych oraz wspiera-nie wprowadzenia ich do obrotu dzięki szerszej promocji i prezentacji, a także usuwanie barier o nietechnicznym charakterze,

• badanie możliwości otwierających się przed krajami rozwijającymi się – również tymi, które zostały poszkodowane w wyniku reformy rynku cukru w UE – w zakresie produkcji roślin ener-getycznych i biopaliw.Dla Polski bardzo istotnym zapisem w Strategii

UE dla biopaliw jest określenie, że buraki cukrowe uprawiane w celu uzyskania bioetanolu nadal nie będą objęte kontyngentami. Komisja podtrzyma swą propozycję zakwalifikowania upraw buraków cukrowych w celu przetworzenia ich na bioetanol jako wykorzystanie gruntów obowiązkowo odło-gowanych do prowadzenia upraw nieżywnościo-wych oraz kwalifikującego do objęcia dopłatami z tytułu upraw roślin energetycznych. To stworzy nowe rynki zbytu dla buraków cukrowych. UE za-gwarantuje, że środki towarzyszące przewidziane dla krajów objętych protokołem w sprawie cukru, które zostały poszkodowane w wyniku reformy rynku cukrowego, można będzie przeznaczyć na wsparcie rozwoju produkcji bioetanolu. W doku-mencie rozróżniono biopaliwa pierwszej i drugiej generacji. Do ich produkcji i wykorzystania zasto-sowano różne podejścia. Biopaliwa pierwszej ge-neracji mogą być obecnie stosowane w niskopro-centowych mieszankach paliw konwencjonalnych w większości pojazdów i mogą być rozprowadzane za pomocą istniejącej infrastruktury. Zastępowanie oleju napędowego lub benzyny biopaliwami jest zatem najprostszym sposobem, by sektor transpor-towy przyczynił się do realizacji celów określo-nych w Protokole z Kioto, przy czym odniesione korzyści będą dotyczyły wszystkich rodzajów po-jazdów. Opracowanie substytutu paliwa do silni-ków Diesla jest szczególnie ważne w kontekście europejskim – UE jest obecnie importerem netto paliwa do Diesla, eksportuje natomiast benzynę [28]. Jednakże, nawet przy zastosowaniu najno-wocześniejszych technologii, koszt produkcji bio-paliw jest tak duży, że trudno im konkurować z pa-liwami kopalnymi. Biopaliwa drugiej generacji są szczególnie obiecujące. Do rozwoju ich produkcji konieczne jest przystosowanie systemu dystrybu-cji paliw, co związane jest z przeprowadzeniem długoterminowych inwestycji, które wymagają

stabilnych perspektyw popytu rynkowego. Wyni-ka z tego, że oprócz środków podażowych należy wprowadzić skuteczny system zachęt oparty na mechanizmach rynkowych.

Na posiedzeniach Rady Europy w marcu 2007 roku zdecydowano o konieczności osiągnięcia 20% udziału energii ze źródeł odnawialnych w całej UE oraz minimum 10% udziału biopaliw w każdym z państw do 2020 roku [3]. Jednocześnie stwier-dzono, że państwa uprzemysłowione powinny do-celowo dążyć do ograniczenia całej emisji gazów cieplarnianych do roku 2050 o 60%–80% w po-równaniu z rokiem 1990. Podczas realizacji celu w przypadku biopaliw należy zapewnić trwałość produkcji oraz dostępność biopaliw drugiej gene-racji na rynku. Cel dotyczący udziału energii odna-wialnej ma charakter obligatoryjny. Udział poszcze-gólnych krajów członkowskich w jego realizacji będzie różny i ma uwzględniać uwarunkowania lokalne oraz potencjał zasobów energii odnawial-nej. Mechanizm, według którego będzie dokonany podział obowiązku i wynikające z niego cele dla poszczególnych państw, określono w dyrektywie ramowej w sprawie promowania stosowania ener-gii ze źródeł odnawialnych zmieniającej i w na-stępstwie uchylającej dyrektywy 2001/77/WE oraz 2003/30/WE, którą przyjęły Parlament Europejski i Rada 23 kwietnia 2009 roku [7]. Dokument jest jednym z elementów tzw. pakietu klimatyczno-energetycznego. Dyrektywa zawiera tylko jeden cel dla każdego z państw członkowskich – udział energii ze źródeł odnawialnych w bilansie energii pierwotnej. Dla Polski cel na 2020 rok w posta-ci wzrostu udziału energii odnawialnej w bilansie energii finalnej ustalono na 15%. Każde państwo członkowskie powinno określić sposób osiągnię-cia tego celu i ustalić, jaki będzie udział energii elektrycznej oraz czynników służących do ogrze-wania bądź chłodzenia pochodzących z OZE. Kra-je samodzielnie mają wyznaczyć drogę do osiąg- nięcia wymaganego poziomu udziału biopaliw w paliwach transportowych.

Ten krótki przegląd dokumentów pokazuje, jak niezwykle ważna dla UE jest energia odnawialna, oraz dowodzi, że umożliwia ona decentralizację produkcji i dostaw energii. Wynika to ze zobowią-zań UE dotyczących zmian klimatycznych i bez-pieczeństwa ekologicznego. Szczególną uwagę zwraca się na produkcję energii elektrycznej z OZE i biopaliwa płynne.

Anna Grzybek 23Analiza wykorzystania odnawialnych źródeł energii w Unii Europejskiej

Ze względu na różnorodność warunków geolo-gicznych, klimatycznych i hydrologicznych w Eu-ropie istnieją bardzo dobre warunki do stworzenia zrównoważonego systemu zaopatrzenia w energię opartego na energii odnawialnej. Na kontynencie europejskim w poszczególnych krajach i regionach w różnym stopniu można rozwijać, pozyskiwać i wykorzystywać energię odnawialną w każdej po-staci i przy użyciu wszystkich technologii – energię wodną, wiatrową, energię cieplną Słońca, ogniwa fotowoltaiczne, geotermię, energię fal morskich i pływów, energię biomasy. Potencjał energii elek-trycznej pozyskiwanej z elektrowni słonecznych, z ciepła Ziemi, z energii fal i pływów morskich jest skoncentrowany na niewielkich obszarach. Potencjały energii wodnej także występują w okre-ślonych skupiskach, podczas gdy potencjały ener-gii wiatrowej, słonecznej i biomasy rozkładają się stosunkowo równomiernie na terenie całej UE.

W strategii zwiększania udziału energii odna-wialnej w produkcji energii elektrycznej należy uwzględnić to, że różne formy energii charakte-ryzują się dobowo lub sezonowo zmienną dostęp-nością w czasie. Potencjał techniczny energii od-nawialnej, którym dysponują łącznie UE, państwa kandydujące do Unii, kraje EOG i Szwajcaria, oce-nia się na 40 000 PJ/rok. Wielkość ta odpowiada około 60% aktualnego zużycia energii pierwotnej w UE. Jednak dotychczasowe wykorzystanie ener-gii odnawialnej wynosi tylko około 12%. Jedynie zagospodarowanie energii wodnej i biomasy jest dużo bardziej zaawansowane – istniejący potencjał energii wodnej wykorzystano w 80% [6], a bioma-sy – w 50% szacowanych zasobów. Największa część energii odnawialnej jest dziś w UE wyko-rzystywana do wytwarzania energii elektrycznej, sektor ten dysponuje też najbardziej rozwiniętą technologią. Jest to efekt stosowania dyrektywy 2001/77/EG w sprawie wspierania produkcji na rynku wewnętrznym energii elektrycznej wytwa-rzanej ze źródeł odnawialnych. W roku 2005 udział energii „zielonej” w produkcji energii elektrycznej brutto wynosił w UE około 14% [8]. Ocenia się, że do roku 2010 udział energii elektrycznej z energii odnawialnej wyniesie tylko 19% zamiast przewidy-wanych 21% [13]. Wybrane państwa członkowskie odniosły sukces w rozwoju wykorzystania energii odnawialnej w produkcji elektryczności. W rapor-cie Komisji stwierdzono, że tylko trzy kraje bez problemów osiągną ustalone cele: Dania, Niemcy i Węgry. Dobre wyniki potwierdzono w następnych

sześciu krajach: Finlandii, Irlandii, Luksemburgu, Hiszpanii, Szwecji i Holandii. Dzięki dodatkowym wysiłkom pięć krajów mogłoby osiągnąć wyzna-czone dla nich cele: Czechy, Litwa, Polska, Sło-wenia i Wielka Brytania. Natomiast Belgia, Grecja i Portugalia musiałyby podjąć bardzo zdecydowa-ne, intensywne działania, by osiągnąć wyznaczone pułapy, a osiem krajów (Austria, Cypr, Estonia, Francja, Włochy, Łotwa, Malta i Słowacja) w roku 2005 miało jeszcze daleką drogę do pokonania [13].

W roku 2005 „zielona” energia wytworzona w UE pochodziła z wykorzystania energii wodnej w 6,1%, słonecznej – 0,3%, wiatru – 15,2%, bio-masy – 17,2%, energii geotermicznej – 1,2% [13]. Udziały w produkcji tej energii w poszczególnych krajach są bardzo różne, zarówno pod względem jakościowym, jak i ilościowym. Niemcy, wykorzy-stując urządzenia fotowoltaiczne, produkują 1,28 TWh energii elektrycznej, podczas gdy w całej Unii produkowanych jest 1,49 TWh energii [10]. Energię elektryczną z instalacji geotermicznych wytwarzano prawie w całości we Włoszech. Około dwóch trzecich ilości energii elektrycznej z energii wodnej wyprodukowały Francja, Włochy, Austria i Szwecja. Z energii wiatru wytworzono ponad trzy czwarte energii „zielonej” w Danii, Niemczech i Hiszpanii. Na podstawie tych danych liczbowych można wnioskować, że udział danego kraju w pro-dukcji „zielonej” energii nie zależy tylko od jego za-sobów odnawial-nych, ale ważną rolę odgrywają również warunki polityczne i ekono-miczne. W końcu 2008 roku łączna moc zainstalowa-na w energetyce odnawialnej w UE wynosiła 64 949 MW, czyli o 15% więcej niż w roku 2007. Najwięk-szy przyrost zain-stalowanej mocy spośród wszyst-kich technologii wytwarzania ener-gii uzyskano dla energii wiatrowej – 43% całej nowo fot. Maciej Duczyński

Rola i znaczenie odnawialnych źródeł energii w Unii Europejskiej i Polsce…24zainstalowanej mocy (8484 MW) [8]. Szczegółowa analiza zagadnienia produkcji energii elektrycznej oparta na dotychczas sporządzonych opracowa-niach pokazuje, jak duży jest w Europie potencjał energii odnawialnej, który umożliwi w przyszłości zwiększenie produkcji prądu elektrycznego, a do-celowo pozwoli oprzeć jego produkcję wyłącznie na nośnikach energii odnawialnej [17].

Ze względu na różne warunki klimatyczne, hy-drologiczne i geologiczne koncentracja poszcze-gólnych źródeł energii odnawialnej jest różna w różnych regionach. Potencjały energii wodnej są największe w Skandynawii i w krajach położonych w centralnej części Alp. Potencjały energii słonecz-nej koncentrują się z kolei w państwach śródziem-nomorskich. Znaczna część geotermicznego poten-cjału Ziemi przypada na południową i wschodnią Europę. Wielka Brytania i Irlandia oraz wybrzeże Atlantyku dysponują wielkimi potencjałami ener-gii wiatrowej, a biomasa występuje w dużych ilo-ściach szczególnie na północy i północnym wscho-dzie Europy.

Na Uniwersytecie Pontificia Comillas okre-ślono potencjał techniczny energii odnawialnej w Hiszpanii na rok 2050 [11]. W opracowaniu stwierdzono, że do roku 2050 można, pozyskując energię odnawialną, pokryć wielokrotnie wyższe zapotrzebowanie na energię elektryczną aniże-li przewidywane docelowo na ten rok. Przyjmuje się, że w roku 2050 w Hiszpanii popyt na energię elektryczną wyniesie 280 TWh/rok, a całkowite zapotrzebowanie na energię 1525 TWh/rok. Sza-cowany potencjał techniczny energii słonecznej (razem z fotowoltaiką) jest ośmiokrotnie większy niż zapotrzebowanie na energię, energii wiatrowej – 1,7 razy większy niż energii elektrycznej, a z po-tencjału energii fal morskich można uzyskać jedną piątą całkowitego zapotrzebowania na energię.

W Szwajcarii i Norwegii wykorzystywany jest potencjał energii wodnej, który pokrywa odpo-wiednio połowę i całość zapotrzebowania na ener-gię elektryczną. Szwecja wykorzystuje ponad jedną trzecią potencjału długookresowego. Zwiększenie mocy zainstalowanej w urządzeniach wytwarza-jących energię „zieloną” przewiduje plan rozwoju technologicznego Komisji Europejskiej, w którym zapisano, że moc zainstalowana latach 2005–2030 może zostać zwiększona sześciokrotnie w sektorze energii wiatrowej, od stu do dwustu razy w dzie-dzinie fotowoltaiki, elektrownie solarne zaś można rozbudować z obecnych poniżej 100 MW do 4,6 GWe [12, 14].

Mechanizmy wspomagające

Państwa członkowskie mogą udzielać dotacji na wsparcie inwestycji związanych z energią od-nawialną, jeżeli są one zgodne z wytycznymi Unii Europejskiej w sprawie pomocy państwa w za-kresie ochrony środowiska. Możliwe jest również wykorzystanie w projektach energetycznych środ-ków wsparcia europejskiego z funduszy polityki spójności. Zgodnie z danymi Komisji Europejskiej (267/2008/IP) regiony korzystające ze środków wsparcia w ramach polityki spójności w latach 2007–2013 planują zainwestować łącznie nie-mal 9 mld euro w projekty energetyczne, z czego 4,8 mld euro przewidziano na projekty w dziedzi-nie energii odnawialnej, a 4,2 mld euro na działa-nia zwiększające efektywność wykorzystania i za-rządzania energią. W zależności od rodzaju źródła przewidywany sposób podziału środków na projek-ty energii odnawialnej przedstawi się następująco:• 1,8 mld euro – biomasa,• 1,1 mld euro – energia słoneczna,• 1,1 mld euro – hydrotermia, geotermia i pozo-

stałe,• 0,8 mld euro – energia wiatrowa.

Oznacza to zapewnienie z budżetu wspólno-towego dla wielu państw członkowskich bardzo ważnej pomocy finansowej na projekty regionalne, co umożliwi realizację celów w dziedzinie energii odnawialnej na rok 2020 [16].

Rola i znaczenie odnawialnych źródeł energii w Polsce

Od końca lat dziewięćdziesiątych obserwuje się rosnący popyt na OZE na rynku energetycznym i coraz większe zainteresowanie inwestorów tym sektorem gospodarki. W załączniku II traktatu ak-cesyjnego Polska zobowiązała się do zwiększenia udziału OZE w produkcji energii elektrycznej od poziomu 1,6%, przy rocznej produkcji 2,35 TWh w 1997 roku, do wartości 7,5% w 2010 roku. Nale-żało spełnić obowiązki zawarte w porozumieniach międzynarodowych, w tym konieczność dostoso-wania się do określonych kierunków polityki ener-getycznej UE. Powstały w związku z tym nowe re-gulacje prawne, których celem jest przyspieszenie wykorzystania potencjału OZE oraz zwiększenie jego konkurencyjności. Wykorzystanie OZE prze-ciwdziała zjawiskom zmiany klimatu i globalnemu ociepleniu. W celu ograniczania skutków wytwa-rzania energii ze źródeł kopalnych wraz z ich nega-tywnym wpływem na środowisko naturalne kraje podejmują polityczne decyzje i opracowują stra-

Anna Grzybek 25tegie mające na celu zmniejszanie emisji CO2 do atmosfery, a tym samym wspierające OZE. W pol-skim prawie regulacje dotyczące wykorzystywania i zastosowania OZE można znaleźć w wielu aktach prawnych.

Podstawowym dokumentem w polskim usta-wodawstwie dotyczącym zagadnień związanych z energetyką, w tym energetyką odnawialną, jest ustawa Prawo energetyczne [18], zawierająca przy-toczoną już definicję OZE (art. 3, pkt 20). W usta-wie wyróżniono dwa najważniejsze mechanizmy

wsparcia energetyki odnawialnej w Polsce. Pierw-szym jest obowiązek zakupu energii produkowanej z OZE w całości wytworzonej energii elektrycznej oraz w takiej ilości, by zaspokajała zapotrzebo-wanie odbiorców końcowych dla energii cieplnej. Drugim, wiodącym mechanizmem wsparcia wyko-rzystania OZE w Polsce jest system świadectw po-chodzenia wydawanych dla energii produkowanej ze źródeł odnawialnych. Świadectwa pochodzenia, zgodnie z założeniami, stały się istotnym czynni-kiem wspierania rozwoju OZE. Dzięki systemowi świadectw pochodzenia producent energii elek-trycznej z OZE otrzymuje:• płatność za sprzedaż energii fizycznej po cenie

energii konwencjonalnej,• przychód z tytułu sprzedaży świadectw pocho-

dzenia na rynku giełdowym.Dodatkowym mechanizmem wspierającym

wykorzystanie OZE jest obniżenie opłat za przyłą-czenie do sieci dla jednostek produkujących ener-gię ze źródeł odnawialnych poniżej 5 MW oraz jednostek kogeneracyjnych do 1 MW, za których przyłączenie pobiera się połowę opłaty ustalonej na podstawie rzeczywistych nakładów. Ustawa zapewnia ponadto pierwszeństwo w świadczeniu usług przesyłania energii elektrycznej z OZE lub produkowanej łącznie ze źródeł konwencjonalnych i z OZE przed energią wytwarzaną na bazie źródeł nieodnawialnych.

Od 2000 roku wydawane są akty wykonawcze do Prawa energetycznego w postaci rozporządzeń ministra gospodarki. Ostatnie rozporządzenie w sprawie szczegółowego zakresu obowiązków uzyskania i przedstawienia do umorzenia świa-dectw pochodzenia, uiszczenia opłaty zastępczej, zakupu energii elektrycznej i ciepła wytworzonych w odnawialnych źródłach energii oraz obowiązku

potwierdzania danych dotyczących ilości energii elektrycznej wytworzonej w odnawialnym źró-dle energii wydano 14 sierpnia 2008 roku [22]. Zawiera ono dane dotyczące udziału ilościowego energii elektrycznej z OZE, który przedsiębior-stwo energetyczne musi przedstawić do umorzenia prezesowi Urzędu Regulacji Energetyki w postaci świadectw pochodzenia. Ilość energii elektrycznej sprzedanej odbiorcom końcowym, poświadczonej świadectwami pochodzenia w kolejnych latach, przedstawiono w tabeli 1.

Jednocześnie wymagane jest zwiększanie udziału biomasy rolnej wykorzystywanej do pro-dukcji energii. Zgodnie z treścią rozporządzenia, energia elektryczna wytwarzana w wyniku współ-spalania biomasy lub biogazu z innymi paliwami jest zaliczana do energii produkowanej z OZE, lecz tylko w tej części, która odpowiada udziałowi ener-gii chemicznej biomasy lub biogazu w energii che-micznej paliwa wykorzystywanego do wytworze-nia tej energii, pod warunkiem jednak, że w łącznej masie biomasy dostarczanej do procesu spalania wagowy udział biomasy pochodzącej z celowych upraw energetycznych lub odpadów i pozostałości z produkcji rolnej oraz przemysłu przetwarzają-cego jej produkty, a także części pozostałych od-padów ulegających biodegradacji z wyłączeniem odpadów i pozostałości z produkcji leśnej oraz przemysłu przetwarzającego jej produkty, przed-stawia się następująco:• źródła o mocy powyżej 5 MW współspalające

biomasę (biogaz) z innymi paliwami mają w 2010 roku wykorzystywać 25% biomasy pochodzenia rolniczego, natomiast w 2015 roku – już 100%;

• źródła w układzie hybrydowym o mocy powyżej 20 MW – w 2010 roku 20% biomasy rolniczej, a w 2015 – 40% (60% – 2017 rok);

• źródła spalające wyłącznie biomasę o mocy po-wyżej 20 MW – w 2010 roku 20%, w 2015 roku – 40% (60% – 2017 rok).W zakresie paliw płynnych obowiązuje ustawa

o biokomponentach i biopaliwach ciekłych z 25 sierpnia 2006 roku [25], która obliguje producen-tów i importerów paliw do realizacji Narodowego Celu Wskaźnikowego (NCW), czyli zapewnienia minimalnego udziału biokomponentów w pali-wach wprowadzanych na rynek lub zużywanych na potrzeby własne. Reguluje ona podstawowe

Tab. 1. Procentowy udział energii z OZE w latach 2007–2014 [22]

Rok 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

Energia z OZE (%) 7,0 8,7 10,4 10,4 10,4 10,9 11,4 11,9 12,4 12,9

Rola i znaczenie odnawialnych źródeł energii w Unii Europejskiej i Polsce…26zagadnienia związane z produkcją i obrotem bio-paliw w Polsce. Jednocześnie nakłada limity ilości biopaliw, jakie mogą wytwarzać rolnicy na użytek własny. Ustawa określa surowce, jakie powinny być wykorzystywane przy wytwarzaniu biokom-ponentów, należą do nich:• surowce rolnicze pozyskiwane z gospodarstwa

rolnego położonego na obszarze co najmniej jednego z państw członkowskich UE na podsta-wie umowy kontraktacji zawartej między produ-centem rolnym prowadzącym to gospodarstwo a wytwórcą lub pośrednikiem,

• biomasa pozyskiwana na podstawie umowy do-stawy zawartej między pośrednikiem a wytwór-cą,

• surowce rolnicze pozyskiwane z produkcji włas-nej wytwórców.Udział biokomponentów wytwarzanych z bio-

masy pochodzącej z innych źródeł nie może prze-kraczać w skali roku 25% całości biokomponen-tów wytwarzanych przez tego wytwórcę. Rada Ministrów ma co 3 lata określać w drodze rozpo-rządzenia NCW na kolejne 6 lat, biorąc pod uwagę możliwości surowcowe i wytwórcze, możliwości branży paliwowej oraz przepisy UE w tym zakre-sie. Aktem wykonawczym do tej ustawy jest rozpo-rządzenie Rady Ministrów z 15 czerwca 2007 roku [21] w sprawie NCW na lata 2008–2013 określa-jące NCW dla biopaliw. Cele Wskaźnikowe w po-szczególnych latach powinny kształtować się tak jak przedstawiono w tabeli 2.

Rozporządzenie zobowiązuje do wprowadze-nia na rynek odpowiedniej ilości biokomponen-tów. Otwiera tym samym rynek zbytu na biokom-ponenty i biopaliwa, a także na surowce rolnicze, z których są one produkowane. NCW nałożony jest na przedsiębiorców wykonujących działalność gospodarczą w zakresie wytwarzania i importu lub nabywania w ramach Wspólnoty paliw ciekłych lub biopaliw ciekłych, którzy sprzedają je lub zu-żywają na własne potrzeby.

Jako realizacja art. 37 ustawy o biokompo-nentach i biopaliwach ciekłych z 25 sierpnia 2006 roku powstał Wieloletni program promo-cji biopaliw lub innych paliw odnawialnych na lata 2008–2014 [23]. Przewiduje on mechanizmy wsparcia produkcji biokomponentów w zakresie systemu podatkowego, szczególnie zwolnienia

od podatku akcyzowego, podatku dochodowego od osób prawnych, zwolnienia z opłaty paliwo-wej. Nakreśla możliwości wsparcia dla upraw roślin energetycznych stanowiących surowiec do produkcji biokomponentów i inwestycji do wy-twarzania biokomponentów i biopaliw ciekłych z funduszy UE oraz z krajowych środków publicz-nych. Mechanizmy finansowe również mogą być traktowane jako pomoc w dążeniu do rozwoju OZE w Polsce (np. dotacje oraz kredyty preferen-cyjne udzielane przez NFOŚiGW i Ekofundusz). Ponadto energia wytworzona w odnawialnych źródłach jest zwolniona z podatku akcyzowego.

Podsumowanie

Przytoczone akty prawne umacniają pozycję OZE w energetyce. Ze względu na bezpieczeństwo energetyczne państwa członkowskie UE, dążąc do dywersyfikacji źródeł energii, będą zwiększały udział energii odnawialnej w energetyce. W związ-ku z kurczącymi się zasobami tradycyjnych surow-ców energetycznych OZE są niewyczerpywalnymi źródłami energii. W celu ograniczania skutków wytwarzania energii mających wpływ na środowi-sko naturalne podejmowane są polityczne decyzje i opracowywane strategie mające na celu zmniej-szanie emisji CO2 do atmosfery. Taką politykę kształtuje pakiet energetyczny Unii Europejskiej. W związku z rozwojem OZE w sektorze energe-tycznym rośnie konkurencyjność, ogranicza się

koszty i trend ten będzie kontynuowany. Sukces wielu firm z sektora OZE potwierdza, że przedsię-biorstwa o tym profilu są konkurencyjne. Rosnące zapotrzebowanie na energię elektryczną ewoluować będzie w kierunku energii bardziej rozproszonej, co oznacza przewagę mniejszych, łatwiejszych do zrealizowania inwestycji – takich jak OZE. Ważną zaletą przedsięwzięć związanych z energią odna-wialną jest także krótki czas budowy. Systematycz-ny wzrost cen energii ze źródeł konwencjonalnych staje się czynnikiem wspomagającym rozwój OZE. Między innymi dlatego w ostatnim okresie wzrosło wykorzystanie energii z kolektorów słonecznych i biomasy. Polska podejmuje działania na rzecz szerszego wprowadzenia OZE jako źródła zaspo-kojenia potrzeb energetycznych kraju, co jest wy-mogiem wspólnej polityki europejskiej w zakresie

Tab. 2. Narodowy Cel Wskaźnikowy na lata 2008–2013

Rok 2008 2009 2010 2011 2012 2013

NCW (%) 3,45 4,60 5,75 6,20 6,65 7,10

Anna Grzybek 27nia wynikające z zielonej księgi – Sprawozdanie w sprawie postępów w dziedzinie energii elek-trycznej ze źródeł odnawialnych, KOM(2006) 849 Bruksela, http://ec.europa.eu/energy/res/in-dex_en.htm.

14. Komisja Europejska (2007), Komunikat Komisji dla Rady, Parlamentu Europejskiego, Europej-skiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego i Ko-mitetu Regionów – Europejski strategiczny plan w dziedzinie technologii energetycznych (plan EPSTE) – „Droga do niskoemisyjnych technolo-gii przyszłości”, KOM(2007) 723, Bruksela, 22 listopada 2007 r.

15. Ku europejskiej strategii bezpieczeństwa zaopa-trzenia energetycznego, COM (2000) 769.

16. Lutz M., Schreyer M. (2008), ERENE, Euro-pejska Wspólnota Energii Odnawialnej, tom 3, Warszawa: Fundacja im. Heinricha Bölla.

17. Mantzos L., Capros P. (2006), Scenario on Ener-gy Efficiency and Renewables, European Energy and Transport, Luxembourg: European Com-mission, DG Energy and Transport, http://ec.eu-ropa.eu/dgs/energy_transport/figures/scenarios/doc/2006_scenarios_on_energy_ efficiency.pdf, wersja z 20.01.2008.

18. Prawo energetyczne, Dz.U. 1997, nr 54, poz. 348 z późniejszymi zmianami; Dz.U. 2006, nr 89, poz. 625 z późn. zm.

19. Renewables Information 2002 (with 2000 data). International Energy Agency, listopad 2002.

20. Renewables in Global Energy Supply. An IEA Fact Sheet. International Energy Agency, listo-pad 2002.

21. Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 15 czerwca 2007 r. w sprawie Narodowych Celów Wskaźnikowych na lata 2008–2013, Dz.U. 2007, nr 110, poz. 757.

22. Rozporządzenie w sprawie szczegółowego za-kresu obowiązków uzyskania i przedstawienia do umorzenia świadectw pochodzenia, uiszczenia opłaty zastępczej, zakupu energii elektrycznej i ciepła wytworzonych w odnawialnych źródłach energii oraz obowiązku potwierdzania danych dotyczących ilości energii elektrycznej wytwo-rzonej w odnawialnym źródle energii z dnia 14 sierpnia 2008, Dz.U. 2008, nr 156, poz. 969.

23. Wieloletni program promocji biopaliw lub innych paliw odnawialnych na lata 2008–2014, http://www.e-biopaliwa.pl/pdf/Wieloletni_Program_Promocji_Biopaliw_przyjety_24_07_2007_przez_RM.pdf.

24. Ustawa o biokomponentach i biopaliwach cie-kłych, Dz.U. 2006, nr 169, poz. 1199.

25. Zielona księga w sprawie racjonalizacji zużycia energii, czyli jak uzyskać więcej mniejszym na-

kontroli emisji gazów cieplarnianych i zwiększenia jej niezależności energetycznej.

Bibliografia 1. Biomass Action Plan (Plan działania w sprawie

biomasy), Bruksela, COM (2005) 628. 2. Biała Księga w sprawie europejskiej europej-

skiej polityki transportowej do 2010 roku, CO-M/2001/370 UE, http://ec.europa.eu/energy/res/index_en.htm.

3. Decyzja Rady Europy z 8 marca 2007 r., http://www.consilium.europa.eu/ueDocs/cms_Data/docs/pressData/en/ec/93135.pdf.

4. Directive 2001/77/EC of the European Parlia-ment and of the Council of 27 September 2001 on the promotion of electricity produced from renewable energy sources in the internal electri-city market, OJ L 283, 27.10.2001, s. 33–40.

5. Directive 2003/54/EC of the European Parlia-ment and of the Council of 26 June 2003 con-cerning common rules for the internal market in electricity and repealing Directive 96/92/EC.

6. DLR, German Aerospace Center (2006), Trans- -Mediterranean interconnection for concentra-ting solar power, final report, study commissio-ned by the Federal Ministry for the Environment, Nature Consevation and Nuclear Safety Germa-ny, czerwiec 2006, Stuttgart, http://www.trec-uk.org.uk/reports/TRANS-CSP_Full_Report_Final.pdf.

7. Dyrektywa w sprawie promowania stosowa-nia energii ze źródeł odnawialnych zmieniająca i w następstwie uchylająca dyrektywy 2001/77/WE oraz 2003/30/WE (2009/28/WE), Dz.U. UE z 5 czerwca 2009 r., L 140/16.

8. Energy Balances of OECD Countries IEA Stati-stics, 2008 267/2008/IP 5, 6.

9. European Union Strategy for Biofuels, COM(2006)34 UE.

10. Federalne Ministerstwo Środowiska, Ochrony Przyrody i Bezpieczeństwa Reaktorów (2007), Erfahrungsbericht zum Erneuerbare-Energien-Gesetz 2007 (EEG-Erfahrungsbericht), listo-pad 2007, Berlin, http://www.bmu.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/erfahrungsbericht_eeg_2007.pdf.

11. García Ortega J.L., Cantero A. (2005), Renova-bles 2050, Un informe sobre el potencial de las energías renovables en la Espana peninsular, li-stopad 2005, Madryt.

12. Europejskie rynki elektryczności i gazu: trzeci pakiet legislacyjny, http://ec.europa.eu/energy/electricity/package_2007/index_en.htm.

13. Komisja Europejska (2007), Komunikat Komisji do Rady i Parlamentu Europejskiego – Działa-

Rola i znaczenie odnawialnych źródeł energii w Unii Europejskiej i Polsce…28kładem środków (2005), Luksemburg: Komisja Europejska.

26. http://ec.europa.eu/energy/efficiency/do-c/2005_06_green_paper_book_pl.pdf.

27. Zielona księga: Europejska strategia na rzecz zrównoważonej, konkurencyjnej i bezpiecznej

energii, Luksemburg: Komisja Europejska CO-M(2006) 105.

28. http://ec.europa.eu/dgs/energy_transport/figures/scenarios/doc/2006_scenarios_on_energy_effi-ciency.pdf, wersja z dn. 20.01.2008.

Aspekty prawne dotyczące zmian klimatu i odnawialnych

źródeł energii, ze szczególnym uwzględnieniem rolnictwa

Leszek Karski

Artykuł porusza problematykę zmian klimatu w aspekcie prawnym ze szczególnym zwróceniem uwagi na rozwój energetyki odnawialnej. W pracy podjęto próbę omówienia powiązań pomiędzy wspo-mnianymi zagadnieniami a sektorem rolnictwa. Zrównoważony rozwój rolnictwa wymaga przedefi-niowania roli gospodarstw wiejskich pod kątem zmian klimatu i bezpieczeństwa energetycznego. Wy-chodząc od tematyki ogólnej, na poziomie międzynarodowym, by następnie przejść do prawodawstwa wspólnotowego i skończyć na poziomie krajowym, autor przedstawia zarys prawnych podstaw proble-matyki zmian klimatu ze szczególnym uwzględnieniem rozwoju energetyki odnawialnej na terenach wiejskich. Określenie sytuacji terenów wiejskich na tle prawa zmian klimatu stanowi podstawowe za-łożenie artykułu.

Zagadnienia ochrony klimatu oraz rozwoju energetyki odnawialnej idealnie wpisują się w pro-blematykę wielofunkcyjności rolnictwa. Gospodar-stwa rolne oprócz tradycyjnych funkcji produkcyj-nych pełnią również funkcje społeczne, kulturowe i środowiskowe [2]. Ochrona klimatu w rolnictwie jest typowym przykładem kategorii nieekonomicz-nej, dopóki gospodarowanie gruntami oraz emisja i pochłanianie przez rolnictwo gazów cieplarnia-nych nie zostaną włączone do systemu handlu uprawnieniami na poziomie gospodarstwa rolnego. Wytwarzanie energii ze źródeł rozproszonych na terenach wiejskich jest z kolei przykładem łącze-nia funkcji produkcyjnej z funkcją środowiskową i funkcją społeczną. Produkcja energii z odnawial-nych źródeł jest nowym wyzwaniem dla rolnictwa. Stanowi próbę wprowadzenia samowystarczalno-ści energetycznej w gospodarstwie rolnym. Spa-dek dochodów w rolnictwie staje się impulsem do poszukiwania nowych ich źródeł oraz mobilizuje do działań, które mają przyczynić się do zmniej-szenia kosztów. Zrównoważony rozwój obszarów wiejskich oznacza rozwój stabilny i trwały, oparty na trzech równoważnych aspektach: społecznym, gospodarczym i środowiskowym. Rozwój ten bę-dzie stanowił w dłuższej perspektywie podstawo-wą zasadę ewolucji polskiego rolnictwa. Jednym

z jego warunków są również rozwój energetyki odnawialnej i inne sposoby ochrony klimatu oraz środki adaptacji do zmian klimatu.

Problematyka zmian klimatu oraz bezpieczeń-stwo energetyczne mają obecnie priorytetowe zna-czenie w skali całego globu. Nie jest więc niczym nadzwyczajnym, że stanowią istotny element oto-czenia każdego sektora gospodarki. W przypadku rolnictwa wpływ ten jest niezmiernie silny. Zakres oddziaływania problematyki zmian klimatu i bez-pieczeństwa energetycznego na funkcjonowanie rolnictwa najlepiej jest widoczny w polityce i pra-wie. Dokumenty polityczne określają pewne cele i instrumenty, prawo zaś stanowi najlepszy instru-ment osiągania celów politycznych. Rolę prawa w omawianym obszarze trudno przecenić. Właśnie aspektowi prawnemu jest poświęcone niniejsze opracowanie.

Troska o klimat

Klimat do niedawna był traktowany przez czło-wieka jako element środowiska niezwykle elastycz-ny wobec oddziaływania antropogenicznego. Pra-wodawcy zajmowali się ochroną innych zasobów – kwestie ochrony klimatu pozostawały na uboczu. Bodźcem do działania było uświadomienie sobie,

fot. Maciej Kopaniecki

Aspekty prawne dotyczące zmian klimatu i odnawialnych źródeł energii…30że działania człowieka związane z emisją gazów cieplarnianych, wycinaniem drzew, zwiększaniem areału upraw i hodowli zwierząt mogą mieć szko-dliwe skutki dla całej planety. Rezultaty wspomnia-nej działalności nie mają granic. Powstałe szkody mają wymierną cenę środowiskową, społeczną i ekonomiczną. Sektorem, który poniesie najwięk-sze koszty, będzie prawdopodobnie rolnictwo.

Ludzkość dosyć długo nie przywiązywała na-leżytej wagi do zmian klimatu. Było to spowo-dowane wieloma czynnikami. Przede wszystkim brakowało pewności naukowej co do zmian klima-tycznych oraz stopnia odpowiedzialności człowie-ka. Ponadto istotne znaczenie miał brak poczucia odpowiedzialności państw oraz trudności w poro-zumiewaniu się na szczeblu globalnym w sprawach środowiska, społecznych i gospodarczych.

Wpływ warunków pogodowych na aktywność człowieka jest bardzo duży. Najlepiej oddaje to de-finicja zamieszczona w Konwencji klimatycznej. Zgodnie z art. 1 pkt 3 system klimatyczny jest to ca-łość atmosfery, hydrosfery, biosfery i geosfery oraz ich wzajemne oddziaływania. Objęcie konwencją wszystkich elementów środowiska pokazuje, jak duże znaczenie ma omawiany system. Aby w pełni zrozumieć postanowienia konwencji, warto sięgnąć do piśmiennictwa. W meteorologii klimat [10] jest określany jako całokształt procesów fizycznych atmosfery i warunków pogodowych charaktery-stycznych dla danego obszaru, kształtowanych pod wpływem położenia geograficznego i cech fizycz-nych tego obszaru oraz określany na podstawie wie-loletnich pomiarów i obserwacji. Inaczej mówiąc, jest to zespół zjawisk i procesów atmosferycznych – takich jak światło, ciepło, woda, wiatr – które są charakterystyczne dla danego obszaru i wyróżniają go spośród innych obszarów. Klimat jest średnią po-godą odnotowywaną przez dłuższy odcinek czasu.

Wokół zmian klimatu narosło wiele nieporo-zumień. Wydaje się, że pewne uproszczenia są traktowane zbyt dosłownie. Przykładem takiego uproszczenia może być stosunek do zmian klimatu. Zmiany klimatu nie stanowią niebezpieczeństwa dla człowieka, a sam klimat nie jest wartością nie-zmienną. W przeszłości zmiany klimatu były natu-ralnym procesem zależnym od bardzo wielu czyn-ników. Dlatego również obecnie należy przyjąć, że są one istotnym elementem naszego środowiska. Ewolucja zjawisk i procesów atmosferycznych jest charakterystyczna dla historii Ziemi. Same zmiany klimatu nie powinny zatem nas niepokoić. Prawdziwym zagrożeniem dla ludzkości jest szyb-kość zmian. Tempo przekształceń klimatu, z jakim mamy do czynienia w ostatnich latach, jest alarmu-

jące. Prawie każdy z nas odczuwa ich wpływ. Kon-sekwencje mogą być niezwykle negatywne [13].

Warto również zwrócić uwagę na to, dlacze-go to tempo jest tak niebezpieczne dla człowieka. Zbyt szybkie zmiany jakichkolwiek elementów środowiska stwarzają realne zagrożenie, że czło-wiek nie będzie w stanie się do nich przystosować, zwłaszcza jeżeli skala zmian będzie mieć wymiar ponadregionalny i nie tylko przekroczy granice państw, lecz także wpłynie na wszystkie albo pra-wie wszystkie ekosystemy. Szybkie zmiany ude-rzają przede wszystkim w działalność człowieka, która jest najbardziej uzależniona od warunków klimatycznych. Na czoło wysuwa się produkcja żywności.

Pierwsze oznaki zaniepokojenia społeczności międzynarodowej pojawiły się w połowie lat 70. XX wieku, po opublikowaniu wyników serii po-miarowej koncentracji CO2 w atmosferze na stacji Mauna Loa na Hawajach [11].

Na pierwszej światowej konferencji klimatycz-nej, która odbyła się w Genewie w dniach 12–23 lutego 1979 roku, zastanawiano się nad wpływem zmian klimatycznych na człowieka. Skupiono się na powiązaniu zagadnień dotyczących klimatu, które były rozbite pomiędzy wiele dziedzin naukowych. Uczestnicy przyjęli deklarację wzywającą państwa do zapobiegania antropogenicznemu wpływowi na klimat i przewidywania tego procesu.

6 grudnia 1988 roku na 43. plenarnej sesji, na siedemdziesiątym spotkaniu Zgromadzenie Ogól-ne ONZ po raz pierwszy zajęło się bezpośrednio kwestią zmian klimatu. Przyjęto bez głosowania rezolucję 43/53, w której zauważono, że pew-ne działania człowieka mogą zmieniać warunki klimatyczne w skali globalnej, co powoduje za-grożenie dla obecnych i przyszłych pokoleń oraz dotkliwe społecznie i ekonomicznie konsekwen-cje. Zgromadzenie uznało, że zmiany klimatu są problemem całej ludzkości, ponieważ klimat jest podstawowym elementem utrzymującym życie na Ziemi. Podkreślono potrzebę podjęcia w odpo-wiednim czasie niezbędnych działań na poziomie globalnym. Ponadto wezwano państwa, organiza-cje międzyrządowe oraz organizacje pozarządowe i instytucje naukowe do potraktowania zmian kli-matu jako zagadnienia priorytetowego.

21 grudnia 1990 roku Zgromadzenie Ogólne ONZ przyjęło na 45. sesji rezolucję 45/212 w spra-wie ochrony globalnego klimatu dla obecnych i przyszłych pokoleń ludzkości. Pod auspicjami Zgromadzenia Ogólnego zainicjowano międzyrzą-dowy proces negocjacyjny nad przyszłym traktatem klimatycznym [8]. Ramowa konwencja Narodów

Leszek Karski 31Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu została przyjęta 9 maja 1992 roku w Nowym Jorku. Wspo-mnianą umowę międzynarodową przedstawiono do podpisu w czerwcu 1992 roku w Rio de Janeiro. Na Konferencji „Środowisko i Rozwój” podpisały ją 154 państwa oraz Wspólnota Europejska. Kon-wencja weszła w życie 21 marca 1994 roku.

Prawo zmian klimatu

Prawo zmian klimatu nazywane również pra-wem ochrony klimatu jest nowym, wyodrębniają-cym się obecnie działem prawa.

Przedmiotem jego troski jest ochrona systemu klimatycznego jako zasobu środowiska. Stąd po-czątkowe umiejscowienie prawa zmian klimatu jako działu prawa ochrony środowiska wydawało się najbardziej racjonalne. Kiedy jednak pojawiły się dodatkowe elementy, takie jak chociażby do-stosowanie się do zachodzących zmian, omawiany dział zaczął korzystać w coraz szerszym zakresie z innych gałęzi. Z pewnością omawiany zbiór norm znajduje się na pograniczu prawa ochrony środowiska, prawa gospodarczego, prawa admini-stracyjnego i prawa finansowego. Jego oddziały-wanie nie ogranicza się tylko do przemysłu, obej-muje również inne sektory gospodarcze, zwłaszcza rolnictwo.

Rola prawa klimatycznego jest nieco odmienna od tradycyjnej roli prawa. Ma ono między innymi zachęcić sektor rolniczy do zmniejszenia presji na klimat oraz – co istotniejsze – pomóc w adaptacji do jego zmian.

Prawo zmian klimatu służy wdrożeniu kom-pleksowego zarządzania środowiskiem. Podczas gdy prawo ochrony środowiska skupia się na ochro-nie zasobów i racjonalnym korzystaniu z nich, pra-wo zmian klimatu stanowi prawny wymiar zasady stałego i stabilnego rozwoju. Brak nie tyle zrozu-mienia, ile wyczucia zasady zrównoważonego roz-woju jest naturalny. Zwykle o tej nowej zasadzie rozwojowej mówi się w kontekście ochrony śro-dowiska, co znacząco zniekształca obraz. Braku-je zrozumienia wspomnianej zasady w obszarze i gospodarczym, i w obszarze społecznym. Ponie-waż zasada zrównoważonego rozwoju leży na po-graniczu wspomnianych obszarów, nie może być wdrożona przez jeden z nich. Niezbędne jest zatem wyjście z pogranicza obszarów, a nie z konkretne-go obszaru. Prawo zmian klimatu jest pomostem pomiędzy aspektem społecznym, gospodarczym i środowiskowym. Najlepiej zatem nadaje się jako instrument uświadamiania, zrozumienia i wdraża-nia zasady zrównoważonego rozwoju.

Dotychczas w prawie zmian klimatu na pierw-sze miejsce wysuwały się kwestie środowiskowe – ochrona klimatu i kwestie gospodarcze – trans-formacja z produkcji wysokoemisyjnej na nisko-emisyjną. Najmniej zaś skupiano się na aspekcie społecznym. Wydaje się jednak, że to właśnie aspekt społeczny ma największe znaczenie – ze względu na rozwój i przetrwanie gatunku.

Najważniejszym zadaniem prawa zmian klima-tu jest ukierunkowanie istniejących postanowień na cel klimatyczny. Polega to na łączeniu czasa-mi zdawałoby się niezwykle odległych regulacji. Na budowaniu świadomości, że pewne kwestie składają się na elementy działań zmierzających do

radzenia sobie ze zmianami klimatu. Przykładowo w przypadku prawa polskiego mało kto jest świa-domy, iż prawo stanów nadzwyczajnych, dotyczą-ce np. powodzi czy susz, może być fundamentem prawa adaptacji do zmian klimatu. Mało kto zdaje sobie sprawę, że połączenie zagadnień demogra-ficznych i zdrowotnych jest niezbędne, aby skon-struować pełny system.

Prawo zmian klimatu jest tworzone od góry do dołu. Ma ono wymiar globalny, regionalny i krajo-wy, a nie tylko krajowy. Ponadto istotne znaczenie ma rozpatrywanie tego działu prawa jako całości, bez względu na poziom stanowienia prawa. Brak ścisłego powiązania pomiędzy poziomami może doprowadzić do tego, że prawodawcy niższych

fot. Patryk Kos

Aspekty prawne dotyczące zmian klimatu i odnawialnych źródeł energii…32szczebli stracą z oczu podstawowy cel. Prawo stanowione na poziomie wspólnotowym czy kra-jowym musi być silnie powiązane z prawem mię-dzynarodowym [1]1. Tylko rozpatrywanie prawa zmian klimatu jako całości, która się składa z czę-ści globalnej, wspólnotowej i krajowej, może dać odpowiedni efekt skali i synergii. W ten sposób pojmowane prawo zmian klimatu jest znacznie skuteczniejsze niż suma podzielonych i odrębnie funkcjonujących działów: prawa międzynarodowe-go, regionalnego i krajowego.

Prawo zmian klimatu jest częścią prawa klima-tycznego, które odnosi się do wszelkich zagadnień związanych z dostosowaniem się człowieka do otaczających warunków klimatycznych. Wiąże się z kompleksowym podejściem do zarządzania za-sobami. W rzeczywistości prawo klimatyczne daje impuls do planowanego gospodarowania wszyst-kimi komponentami środowiska. Prawo zmian kli-matu jest silnie powiązane z przekonaniem, że to człowiek przyczynia się do zmian klimatu. Nato-miast prawo klimatyczne obejmuje zarówno obszar związany z działaniem człowieka oddziałującym na system klimatyczny, jak i obszar, w którym czło-wiek nie ma wpływu na system klimatyczny. Sys-tem ten staje się nowym wyzwaniem dla ekspansji człowieka. Najbliższe dziesięciolecia pokażą, czy jest to wyzwanie realne, czy człowiek potrafi mu sprostać.

Prawo zmian klimatu można obecnie podzielić na obszar prawa ochrony klimatu oraz obszar pra-wa adaptacji do zmian klimatu. Z kolei do obszaru ochrony klimatu zaliczamy kwestie redukcji emi-sji gazów cieplarnianych oraz pochłaniania gazów cieplarnianych. Do prawa ochrony klimatu zaliczy-my zatem takie instrumenty jak wsparcie dla ener-getyki odnawialnej czy zwiększanie efektywności energetycznej oraz racjonalniejsze gospodarowanie areałami rolnymi i leśnymi. W sferze zaintereso-wania prawa adaptacji znajdą się między innymi takie zagadnienia jak przygotowanie gospodarstw rolnych do zmieniających się warunków klima-tycznych, a także ochrona terenów wiejskich przed powodziami i suszami oraz przed anomaliami kli-matycznymi, np. trąbami powietrznymi.

Podstawowym zadaniem prawa zmian klimatu jest stabilizacja gazów cieplarnianych na poziomie bezpiecznym, niezagrażającym trwaniu gatunku

1 Zainteresowanie prawem międzynarodowym idzie znacznie dalej niż rozważania teoretyczne. Sądy krajowe coraz częściej interpretują i stosują prawo międzynarodowe. Zmiana w podejściu jest uzasadniona tym, że raptowny rozwój prawa międzynarodowego na fali globalizacji nie pozostaje bez wpły-wu na zakres osądu w rozpatrywanych przez sądy sprawach.

ludzkiego. Obecnie można ten główny cel podzie-lić na cele subsydiarne: ochrony klimatu oraz ada-ptacji do zmian. Z prawem zmian klimatu wiąże się niesłychanie istotny element – jest ono potężnym bodźcem rozwoju nowych technologii. Ludzkość nieco osiadła na laurach i jest jej potrzebny nowy bodziec do dalszego rozwoju i do zmniejszenia pre-sji na środowisko. Niezwykle istotnym elementem prawa zmian klimatu jest kształtowanie oprócz no-wych stosunków gospodarczych również nowych stosunków społecznych.

Poziom globalny

Zmianom klimatu poświęcono wiele między-narodowych konferencji i publikacji. Na poziomie międzynarodowym ochrona klimatu stała się głów-nym motywem najbardziej restrykcyjnych gospo-darczo aktów prawa międzynarodowego: Konwen-cji klimatycznej i Protokołu z Kioto. Organizacja Narodów Zjednoczonych podjęła znaczące wysiłki zmierzające do rozpoznania zagadnienia, utworzo-no specjalne ciała zajmujące się omawianą tematy-ką. Przyczyn takiego stanu rzeczy jest wiele, lecz jedna jest najważniejsza. Zmiany klimatu wydają się największym wspólnym wyzwaniem dla ludz-kości w najbliższych dziesięcioleciach.

Podstawową umową międzynarodową po-święconą omawianemu zagadnieniu jest Ramowa konwencja w sprawie zmian klimatu [A]. Two-rzy ona fundament dla systemu ochrony klimatu. Konwencja klimatyczna została przyjęta 9 maja 1992 roku w Nowym Jorku i weszła w życie 21 marca 1994 roku.

Omawiana umowa międzynarodowa jest prze-łożeniem informacji naukowych na wspólną pró-bę społeczności międzynarodowej zmierzającej do rozwiązania problemu emisji związków nie-bezpiecznych dla człowieka lub środowiska oraz próbę zinstytucjonalizowania współpracy. Celem ostatecznym jest stabilizacja koncentracji gazów cieplarnianych w atmosferze na poziomie, który zapobiegłby niebezpiecznej ingerencji człowieka w system klimatyczny. Taki poziom powinien być osiągnięty w okresie wystarczającym do naturalnej adaptacji ekosystemów do zmian klimatu w celu uniknięcia zagrożenia produkcji żywności oraz umożliwienia zrównoważonego rozwoju gospodar-czego. Rolnictwo jest zatem jednym z podstawo-wych aspektów życia społecznego i gospodarczego, którego dotyczy cel klimatyczny. Do jego realizacji można dążyć dwiema drogami: przez ograniczenie stężenia gazów cieplarnianych w atmosferze oraz adaptację do zmian klimatu. Dotychczas rozwijany

Leszek Karski 33był przede wszystkim wątek pierwszy, jednak wraz z nasilaniem się efektów zmian klimatycznych wi-doczna jest coraz większa potrzeba skupienia się na adaptacji. Ograniczenie stężenia emisji gazów cieplarnianych w atmosferze można z kolei po-dzielić na dwie ścieżki: redukcji emisji oraz wzro-stu pochłaniania. Dla wspomnianych obszarów działań konwencji ogromne znaczenie ma sektor rolnictwa. Użytkowanie terenów rolnych, metody produkcji żywności, a także postępowanie z od-padami i emisjami powstającymi w efekcie upra-wy roli mają istotne znaczenie dla redukcji emisji oraz zwiększenia pochłaniania. Adaptacja z kolei będzie w dużej mierze nastawiona na zapewnienie poziomu produkcji rolnej. Zgodnie z ustępem 1 ar-tykułu 4 Konwencji klimatycznej wszystkie strony, biorąc pod uwagę swoje wspólne, lecz zróżnico-wane zasady odpowiedzialności, oraz specyficzne priorytety rozwoju narodowego i regionalnego, cele i okoliczności, będą:

„b) formułować, wdrażać, publikować i regu-larnie aktualizować krajowe i – tam, gdzie jest to właściwe – regionalne programy obejmujące środ-ki łagodzenia zmian klimatu przez określenie an-tropogenicznych emisji pochodzących ze źródeł i usuwanych przez pochłaniacze wszystkich gazów cieplarnianych, jak również środki ułatwiające od-powiednią adaptację do zmian klimatu;

e) współpracować w przygotowaniu adaptacji do skutków zmian klimatu; rozwijać i wypracowy-wać odpowiednie i zintegrowane plany dla zarzą-dzania strefami nadbrzeżnymi, dla zasobów wody i rolnictwa oraz dla ochrony i rekultywacji obsza-rów, szczególnie w Afryce, dotkniętych suszą, pu-stynnieniem bądź powodziami”.

Cel wyznaczony przez konwencję ma charakter długofalowy i jest przewidziany dla kilku pokoleń. Podstawowe znaczenie ma zasada wspólnej, lecz zróżnicowanej odpowiedzialności za problemy związane ze zmianami klimatu. Państwa zamoż-niejsze i państwa, które w aspekcie historycznym wyemitowały więcej gazów cieplarnianych, powin-ny w większym zakresie ponieść koszty związane z wdrażaniem konwencji.

Omawiana umowa ma wymiar ramowy. Nie zawiera postanowień, które nakładałyby na strony konkretne zobowiązania redukcyjne. Oprócz obo-wiązków o charakterze ogólnych działań zmierza-jących do osiągnięcia generalnych celów strony zgadzają się na współpracę naukową, wymianę informacji oraz raportowanie.

Państwa strony konwencji już na pierwszej konferencji stron uznały, że zobowiązania państw rozwiniętych są nieadekwatne do ich odpowie-

dzialności za emisję. W 1996 roku ukazał się dru-gi Raport IPPC – Międzyrządowego Panelu ds. Zmian Klimatu – który istotnie przyczynił się do tego, że w 1997 roku na trzeciej konferencji stron przyjęto Protokół z Kioto [B]. Został on sporządzo-ny 11 grudnia 1997 roku i wszedł w życie 16 lute-go 2005 roku. Akt ten uszczegółowił postanowie-nia konwencji oraz określił wiążące zobowiązania państw rozwiniętych w zakresie redukcji emisji gazów cieplarnianych.

Państwa zobowiązane powinny w okresie 2008–2012 obniżyć emisje średnio o 5% w sto-sunku do roku 1990. Obniżeniu emisji gazów cie-plarnianych mają służyć liczne instrumenty, które można podzielić na dwie grupy. Pierwsza odnosi się do wewnętrznego poziomu krajowego i obej-muje wdrażanie oraz dalsze rozwijanie polityki i metod, takich jak wzrost efektywności energe-tycznej, ochrona i rozwój technologii pochłaniania oraz gromadzenia gazów cieplarnianych, promo-cja zrównoważonego zarządzania lasami, promo-cja zrównoważonych form rolnictwa, prowadzenie badań, promocja, rozwój i wzrost wykorzystania nowych i odnawialnych źródeł energii oraz metod składowania dwutlenku węgla i zaawansowanych i innowacyjnych technologii środowiskowych, rezygnacja ze wsparcia, którego efekty są nie-zgodne z celami konwencji, zachęcenie do reform w odpowiednich sektorach, środki nakierowane na ograniczanie lub redukcję emisji w transporcie, odpowiednią gospodarkę odpadową. Druga grupa odnosi się do poziomu międzynarodowego w za-kresie współpracy stron poprzez dzielenie się do-świadczeniem i wymianę informacji.

Redukcja gazów cieplarnianych wiąże się ze zmianami w systemach gospodarczych. Zdając sobie sprawę, że w wielu wypadkach duża szyb-ka redukcja będzie niemożliwa, i mając na uwadze efektywność ekonomiczną oraz cel globalny, wpro-wadzono mechanizmy elastyczne:– czysty handel jednostkami (uprawnieniami) do

emisji,– system zielonych inwestycji2,– mechanizm wspólnych wdrożeń,– mechanizm czystego rozwoju.

Podstawową zasadą, według której skonstru-owano mechanizmy elastyczne, jest ograniczenie emisji gazów cieplarnianych lub zwiększenie po-chłaniania w jak najbardziej efektywny kosztowo sposób w ramach współpracy pomiędzy państwem gospodarza a państwem inwestora. Ponieważ re-

2 System zielonych przedsięwzięć GIS – Green Invest-ment Scheme (ang.) – nie ma bezpośredniego oparcia w prawie międzynarodowym.

Aspekty prawne dotyczące zmian klimatu i odnawialnych źródeł energii…34dukcja emisji gazów i zwiększenie pochłaniania są zróżnicowane kosztowo, opłacalne pod kątem środowiskowym i ekonomicznym jest wdrażanie projektów mechanizmów elastycznych. Takie me-chanizmy są korzystnym rozwiązaniem dla obu stron, ponieważ państwo dawca zmniejsza swoje koszty redukcji emisji (w porównaniu z koszta-mi, jakie musiałoby ponieść, realizując inwestycje krajowe) i zwiększa swój limit emisji, a państwo biorca uzyskuje ekologicznie czyste i nowoczesne technologie oraz wiedzę po niskich kosztach.

Mechanizmy te są dodatkowym rozwiązaniem i mają zapewnić jak najefektywniejszą alokację środków przeznaczonych na redukcję emisji. Pol-ska jako jedno z nielicznych państw osiągnęła znaczącą redukcję emisji gazów cieplarnianych3, głównie dzięki niezwykle efektywnym negocja-cjom [12] oraz sprawnemu systemowi redukcji emisji do atmosfery. W konsekwencji nasz kraj ma znaczącą nadwyżkę jednostek i może być istot-nym podmiotem na rynku pułapów wyznaczonych w Kioto.

Dla polskiego rolnictwa szczególne znacze-nie mogą mieć dwa mechanizmy: mechanizm wspólnych wdrożeń oraz system zielonych przed-sięwzięć. Za ich pomocą można uzyskać istotne środki nakierowane na ograniczenie emisji w rol-nictwie lub na dostosowanie do zmieniających się warunków klimatycznych. W pierwszej fazie istot-ne znaczenie dla rolnictwa będą miały inwestycje tzw. miękkie – szkolenia i budowanie świadomości wśród rolników. Następnie powinien przyjść etap inwestycji tzw. twardych – np. odnawialne źródła energii czy bezpośrednio związane z uprawami bądź hodowlą.

W Protokole z Kioto położono nacisk na zmniejszenie stężenia gazów w atmosferze, a wśród przyjętych metod przeważa ścieżka ogra-niczenia emisji. Kiedy przygotowywano i przyjmo-wano protokół, uważano, że dalsze wprowadzanie zobowiązań redukcyjnych dla kolejnych okresów będzie odbywało się poprzez zmiany w aneksie B. Przyszłe rozwiązania po 2012 roku będą miały ogromne znaczenie dla ochrony klimatu i adapta-cji do jego zmian. W przypadku pozytywnego za-kończenia procesu negocjacji system gospodarczy świata zostanie przestawiony na tory stabilnego rozwoju, który wiąże się z niską emisją gazów cie-plarnianych. Kamieniem milowym w negocjacjach nad przyszłym porozumieniem stała się 14. konfe-rencja stron w 2008 roku w Polsce w Poznaniu.

3 Wartość redukcji emisji w pierwszym okresie zobo-wiązań (lata 2008–2012 r.) wynosi dla Polski 6% w stosunku do roku bazowego.

Poziom wspólnotowy

Zagadnienie ograniczenia emisji gazów do at-mosfery stało się przedmiotem troski Wspólno-ty dosyć wcześnie, bo już w latach 70. ubiegłego wieku. Zarówno w pierwszym, jak i w drugim Pro-gramie Działania na rzecz Środowiska Unii Eu-ropejskiej podkreślano wagę ograniczenia zanie-czyszczenia atmosfery i zapobiegania mu. Początki wspólnotowej polityki klimatycznej sięgają końca lat 80. i początku lat 90. ubiegłego wieku. Wtedy to zaczęto określać stanowisko Wspólnoty wobec omawianej problematyki oraz rozważać kwestie wielkości emisji i ich wpływu na zmiany klimatu. W Czwartym Programie z 1987 roku zaznaczono, że priorytetem dla działań Wspólnoty Europejskiej jest skoncentrowanie się na redukcji emisji u źró-dła. W czerwcu 1990 roku Rada Europy wezwała do przyjęcia celów i strategii w zakresie ogranicze-nia emisji gazów cieplarnianych.

Również w latach 80. ubiegłego wieku na fo-rum wspólnotowym zaczęto zastanawiać się nad rozwojem energetyki odnawialnej. Początki poli-tyki wspólnotowej w zakresie odnawialnych źró-deł energii sięgają 1986 roku, kiedy to w rezolucji Rady z 16 października 1986 roku zawarto postu-lat promocji OZE. Jednak dopiero konkluzje Rady Madryckiej z 1994 roku odnosiły się do określe-nia celów w zakresie wykorzystania odnawialnych zasobów energii [6]. Wtedy właśnie wzięto pod uwagę wysokość udziału energetyki odnawialnej w bilansie paliwowo-energetycznym.

Dla rolnictwa istotne były prace nad dywersyfi-kacją produkcji rolnej. Od lat 80. ubiegłego wieku Komisja Europejska zajmowała się uprawą roślin w celach przemysłowych. Szczególną wagę zaczę-to przywiązywać do „bioenergetyki” [4], czyli bio-masy, biopaliw i biogazu.

Sprawy klimatyczne połączono z bezpieczeń-stwem energetycznym w latach 90. Na spotkaniu Rady ds. Środowiska i Energetyki 29 październi-ka 1990 roku uzgodniono, że Wspólnota i państwa członkowskie chcą podjąć działania zmierzające do ustabilizowania całkowitej emisji dwutlenku wę-gla do 2000 roku na poziomie emisji z roku 1990 w wymiarze całej Wspólnoty. Zauważono również, że państwa, które startują z niskiego poziomu kon-sumpcji energii i mają niską emisję na osobę, są uprawnione do wytyczenia celów odpowiadają-cych ich gospodarczemu i społecznemu rozwojo-wi. Na kolejnym posiedzeniu Rady ds. Środowiska i Energetyki polecono Komisji przygotowanie kon-kretnych środków, które oparte byłyby na równym podziale zobowiązań.

Leszek Karski 35Jednak dopiero podpisanie i ratyfikacja Kon-

wencji klimatycznej wprowadziły silne podstawy dla regulacji wspólnotowych w omawianym ob-szarze. Komisja UE uczestniczyła w negocjacjach przy tworzeniu projektu Konwencji klimatycznej, którą Wspólnota podpisała 13 czerwca 1992 roku. Decyzją Rady 94/69/EC z 15 grudnia 1993 roku ratyfikowano wspomnianą umowę, a 21 grudnia 1993 roku przedłożono instrument ratyfikacji de-pozytariuszowi.

W Piątym Programie Działania na rzecz Śro-dowiska zmiany klimatu uznano za jeden z priory-tetowych tematów i podkreślono potrzebę działań w odpowiednich sektorach w celu kontroli emisji dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych.

24 czerwca 1993 roku Rada przyjęła decyzję 93/389/EEC w sprawie instrumentu monitorujące-go wytwarzanie dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych. W akcie tym określono, że pań-stwa członkowskie powinny opracować, opubliko-wać i wdrożyć krajowe programy nastawione na ograniczenie emisji dwutlenku węgla pochodzenia antropogenicznego. Celem państw powinna być stabilizacja emisji dwutlenku węgla w 2000 roku na poziomie z 1990 roku i wypełnienie zobowiązań wynikających z Konwencji klimatycznej.

29 kwietnia 1998 roku Wspólnota podpisała Protokół z Kioto, którego ratyfikacja dała nowy impuls do dalszych działań. Państwa członkow-skie przyjęły na siebie w protokole zobowiązania redukcyjne, jednak ze względu na zasadę wspólnej, lecz zróżnicowanej odpowiedzialności uznano, że państwa słabiej rozwinięte mogą pozwolić sobie na większe emisje. Państwa po długich negocja-cjach zawarły porozumienie, tzw. burden sharing, w sprawie podziału zobowiązań.

25 kwietnia 2002 roku Rada przyjęła decy-zję 2002/358/EC w sprawie ratyfikacji Protokołu z Kioto oraz wspólnego wypełniania obowiązków (burden sharing starej „piętnastki”).

31 maja 2002 roku Wspólnota Europejska zło-żyła instrument ratyfikacyjny u depozytariusza. Instrumenty zawarte w prawie wspólnotowym skupiają się na ograniczeniu stężenia gazów cie-plarnianych w atmosferze, sferę adaptacyjną pozo-stawiając nieuregulowaną. Ponadto prawodawca wspólnotowy skoncentrował się na ścieżce ogra-niczenia emisji, pomijając kwestie pochłaniania. Obecnie wysiłki wspólnotowe można podzielić na następujące pola działań:• system handlu uprawnieniami do emisji,• instrumenty w sektorze energetycznym, w szcze-

gólności rozwój energetyki odnawialnej,

• efektywność energetyczna produktów i w sekto-rze mieszkalnym.Poniżej zostaną omówione wyłącznie zagadnie-

nia związane ze wsparciem energetyki odnawialnej. Przechodząc do instrumentów sektora energetycz-nego, należy zwrócić uwagę na to, że instrumenty ochrony klimatu niezwykle mocno oddziałują na bezpieczeństwo energetyczne. Obszary ochrony klimatu i energetyki mocno się przenikają. Efekt ten może mieć charakter zarówno pozytywny, jak i negatywny. Wiele instrumentów związanych ze zwiększeniem bezpieczeństwa energetycznego bę-dzie wspierało dążenie do celów ujętych w Kon-wencji klimatycznej. Spośród nich należy wymie-nić przede wszystkim:

• wsparcie dla odnawialnych źródeł energii, uregulowane obecnie dyrektywą 2001/77/EC z dnia 27 września 2001 roku w sprawie wspie-rania produkcji na rynku wewnętrznym energii elektrycznej wytwarzanej w źródłach odnawial-nych;

• wsparcie dla biopaliw zawarte w dyrektywie 2003/30/EC z dnia 8 maja 2003 roku w sprawie wsparcia użycia w transporcie biopaliw lub in-nych paliw odnawialnych;

• wsparcie kogeneracji określone dyrektywą 2004/8/EC z dnia 11 lutego 2004 roku w sprawie promowania kogeneracji w oparciu o zapotrze-bowanie na ciepło użytkowe na wewnętrznym rynku energii;

• wprowadzenie regulacji systemów wytwarzania energii dyrektywą 2003/54/WE z dnia 26 czerw-ca 2003 roku dotyczącą wspólnych zasad rynku wewnętrznego energii elektrycznej i uchylającą dyrektywę 96/92/WE;

fot. Tomasz Zając

Aspekty prawne dotyczące zmian klimatu i odnawialnych źródeł energii…36• obniżenie emisji i energochłonności w trans-

porcie; w szczególności warto podkreślić zna-czenie porozumień z producentami samocho-dów i dyrektywę 1999/94/EC z dnia 13 grudnia 1999 roku w sprawie dostępności informacji konsumenckiej o zużyciu paliwa i emisji CO2 w marketingu nowych samochodów.Powiązanie bezpieczeństwa energetycznego

z ochroną klimatu w przypadku Unii Europejskiej najlepiej widać na przykładzie rozwoju energetyki odnawialnej. Odnawialne źródła energii odgrywają dużą rolę w obniżeniu emisji gazów cieplarnianych. Dlatego też ekspansja energetyki odnawialnej jest znaczącym elementem pakietu środków niezbęd-nych do osiągnięcia zgodności z Protokołem z Kio-to oraz z częścią polityki Wspólnoty nakierowanej na spełnienie przyszłych międzynarodowych zobo-wiązań [3].

Swoistą konstytucją rozwoju energetyki odna-wialnej stała się dyrektywa 2001/77/EC [C], cho-ciaż nie uregulowała wszystkich zagadnień i nie było to też jej zadaniem. Omawiany akt stanowi podstawę przyszłych rozwiązań, również prawnych na poziomie dyrektyw, w takich sprawach jak cho-ciażby regulacja rynku biopaliw czy wykorzysta-nie odpadów w energetyce. Podstawowym celem dyrektywy 2001/77/EC jest promowanie wzrostu udziału energii elektrycznej uzyskiwanej ze źró-deł odnawialnych na wewnętrznym rynku energii elektrycznej Unii Europejskiej. W fazie prezenta-cji projektu dyrektywy Komisja Europejska pro-ponowała, aby podstawowym celem omawianego aktu było utworzenie systemu-struktury na rzecz promowania wzrostu udziału „zielonej” energii. Należy zwrócić uwagę na dość istotną rozbieżność pomiędzy promocją a strukturą. Pojęcie „struk-tura” daje silne podstawy wspierania energetyki odnawialnej. Struktura mogłaby się przejawiać na-wet w utworzeniu samodzielnego rynku „zielonej” energii odnawialnej. Rynku na tyle potężnego, aby osiągnąć 22,1% udziału elektryczności wyprodu-kowanej ze źródeł odnawialnych w całkowitej pro-dukcji energii elektrycznej Wspólnoty. Struktura łączy się z powoływaniem instytucji państwowych, ale również, a może przede wszystkim, z zachętą do tworzenia i rozwoju podmiotów gospodarczych, które zajmują się sektorem energetyki odnawialnej. Sformułowanie „powszechna struktura” oznaczało-by, że rynek obejmowałby wszystkie kraje człon-kowskie. Bazowym celem dyrektywy z 2001 roku nie jest jednak jeszcze tworzenie trwałej jednoli-tej struktury wspierania energetyki odnawialnej dla całej Wspólnoty. Podstawowym celem, wspo-mnianym powyżej i ustanowionym w artykule 1,

jest promocja wzrostu udziału energii elektrycznej. Zwrot „promocja” ma o wiele słabsze znaczenie niż termin „struktura”. W rzeczywistości działania promocyjne stanowią jeden z elementów tworze-nia systemu wspierania energetyki odnawialnej. Promowanie ma obejmować wewnętrzny rynek energii elektrycznej. Pojęcie „wewnętrzny rynek” należy interpretować zgodnie z dotychczasowym dorobkiem prawnym Unii Europejskiej [5]. Po-nadto zagadnienia energetyki odnawialnej należy interpretować w ramach postanowień ramowej dy-rektywy elektroenergetycznej [D].

Prawodawca wspólnotowy podkreślił, że celem równie ważnym jak promowanie wzrostu udziału „zielonej energii” jest stworzenie podstawy przy-szłego systemu w ramach Wspólnoty.

Doświadczenia z dyrektywą 2001/77/EC istotnie wpłynęły na kształt pakietu klimatyczno- -energetycznego zaproponowanego przez Komisję 23 stycznia 2008 roku4. Pakiet ten składa się z ak-tów o istotnym znaczeniu dla środowiska, gospo-darki i społeczeństwa, czyli:• dyrektywy w sprawie promocji energii wytwo-

rzonej w odnawialnych źródłach;• dyrektywy w sprawie wzmocnienia i poszerzenia

wspólnotowego systemu handlu uprawnieniami do emisji;

• dyrektywy w sprawie geologicznego składowa-nia dwutlenku węgla;

• nowych wytycznych w sprawie pomocy publicz-nej przeznaczonej na ochronę środowiska.Pakiet klimatyczno-energetyczny jest instru-

mentem mającym pomóc w wywiązaniu się z dłu-gofalowych zobowiązań Konwencji klimatycznej oraz jednym z podstawowych elementów bezpie-czeństwa energetycznego.

Szczególnie ważna dla zrównoważonego roz-woju rolnictwa może okazać się nowa dyrekty-wa 2009/28/EC, dotycząca wsparcia energetyki odnawialnej [E]. Nowa dyrektywa jest rozwinię-ciem postanowień dyrektywy 2001/77/EC. Pro-jekt przygotowany przez Komisję dał możliwość wprowadzenia energetyki odnawialnej na nowe tory rozwoju [F]. Powiązanie polityki środowi-skowej z polityką energetyczną wymusza coraz bardziej kompleksowe podejście do korzystania z paliw, ciepła czy energii elektrycznej. Jednak na-

4 Projekt był poprzedzony rezolucją Parlamentu w spra-wie zmian klimatu, stwierdzającą, że energetyka ma podstawo-we znaczenie przy opóźnianiu zmian klimatu (14 lutego 2007 roku); rezolucją Parlamentu w sprawie planu rozwoju energe-tyki odnawialnej w Europie, zawierającą wezwanie Komisji do przygotowania wiążących celów dla państw członkowskich w zakresie procentowych udziałów (25 września 2007 roku), oraz konkluzjami marcowej Rady.

Leszek Karski 37leży pamiętać, że bez podstaw zawartych w dyrek-tywie 2001/77/EC Wspólnota Europejska nie by-łaby zdolna do stworzenia silnej struktury systemu wsparcia energetyki odnawialnej. W przeciwień-stwie do poprzedniczki nowa dyrektywa nakłada na kraje członkowskie cele obligatoryjne w za-kresie udziału energetyki odnawialnej w bilansie energetycznym. Dyrektywa z 2009 roku odnosi się zarówno do energii elektrycznej, jak i ciepła oraz biopaliw. Nowa dyrektywa zakłada dwudziestopro-centowy udział energii wyprodukowanej z odna-wialnych zasobów energii w ogólnej konsumpcji energii do 2020 roku na poziomie wspólnotowym. W ramach podziału zobowiązań pomiędzy po-szczególne kraje członkowskie polski udział powi-nien wynieść 15%.

Realizacji celów dyrektywy mają służyć odpo-wiednie krajowe systemy wsparcia przygotowa-ne i wdrażane przez kraje członkowskie. System wsparcia oznacza system oparty na interwencji kraju członkowskiego na rynku, który przyczy-nia się do znalezienia rynku zbytu dla energii ze źródeł odnawialnych dzięki zmniejszeniu kosz-tów produkcji tej energii, zwiększeniu ceny, za którą można ją sprzedać, lub zwiększeniu jej zby-tu – poprzez nałożenie obowiązku wykorzystania „zielonej” energii albo w inny sposób. Obowiązek stosowania energii ze źródeł odnawialnych jest elementem krajowego systemu wsparcia zobowią-zującym producentów energii do wytwarzania jej części ze źródeł odnawialnych, a dostawców ener-gii – do pokrywania części swoich dostaw energią ze źródeł odnawialnych, użytkowników energii zo-bowiązującym zaś do pokrywania części swojego zapotrzebowania energią ze źródeł odnawialnych. Podstawą aktywności państw członkowskich będą krajowe plany działań. Podstawowym instrumen-tem – zbywalna gwarancja pochodzenia.

Mówiąc o wspólnotowym prawie klimatycz-nym w kontekście rolnictwa, trzeba wspomnieć o nowych obszarach, które prawodawca powinien uregulować, takich jak chociażby:• adaptacja do zmian klimatu,• podatki,• pochłanianie,• właściwe użytkowanie gruntów rolnych.

Poziom krajowy

Polskie regulacje odnoszące się do ochrony klimatu mają istotne znaczenie dla redukcji emi-sji w Polsce. Należy zauważyć, iż sprawny sys-tem pozwoleń emisyjnych, termomodernizacja, wprowadzenie kar i opłat, finansowanie redukcji

emisji oraz nowych technologii niskoemisyjnych przez fundusze ochrony środowiska w dużej mie-rze przyczyniły się do osiągnięcia przez nasz kraj ponadtrzydziestoprocentowej redukcji emisji ga-zów cieplarnianych w stosunku do roku bazowego. Dzięki instrumentom krajowym przewidzianym w prawie ochrony środowiska i w prawie energe-tycznym uzyskaliśmy znacznie lepsze rezultaty niż państwa starej „piętnastki”. Istotne znaczenie miała również transformacja społeczno-gospodarcza.

Przy omawianiu ochrony klimatu w prawie pol-skim wypada wspomnieć o unormowaniach wią-żących się z instrumentami przewidzianymi dla sektora energetycznego.

Z pewnością potężnym motorem działań podej-mowanych przez polskiego prawodawcę był i jest obowiązek dostosowania się do postanowień pra-wa wspólnotowego. Rozwój prawa polskiego w tej dziedzinie w dużej mierze jest efektem polskiej ak-cesji do Wspólnoty.

Polski system wspierania energetyki odnawial-nej jest przewidziany w wielu aktach prawnych. W najważniejszym polskim akcie prawa, czyli w konstytucji [G], nie ma bezpośredniego odwoła-nia do energetyki odnawialnej, jednak fundamen-talne znaczenie ma art. 5 konstytucji odnoszący się do zrównoważonego rozwoju [7].

System wspierania energetyki odnawialnej można podzielić na:• mechanizmy związane z ograniczeniem wolno-

ści gospodarczej i budowaniem świadomości;• pomoc publiczną – udzielanie środków;• pomoc publiczną – mechanizmy zmniejszające

obciążenia.Mechanizmy związane z ograniczeniem wol-

ności gospodarczej i budowaniem świadomości znajdują się w podstawowym akcie rangi ustawy zwykłej, czyli ustawie Prawo energetyczne z dnia 10 kwietnia 1997 roku [H]. Akt ten zawiera kom-pleksową regulację odnoszącą się do energetyki. W ramowej ustawie energetycznej został uregu-lowany między innymi podstawowy instrument wsparcia energetyki odnawialnej – obowiązek uzyskania i przedstawienia do umorzenia świa-dectw pochodzenia OZE, a także opłata zastępcza, obowiązek zakupu energii elektrycznej, obowiązek zakupu ciepła, dofinansowanie przyłączenia do sie-ci, parametry techniczne energii, koncesja, zawie-ranie umów, pierwszeństwo w świadczeniu usług przesyłania lub dystrybucji energii elektrycznej wytworzonej w odnawialnych źródłach energii, planowanie.

Do mechanizmów pomocy publicznej w postaci udzielania środków należy zaliczyć:

Aspekty prawne dotyczące zmian klimatu i odnawialnych źródeł energii…38• środki Funduszu Termomodernizacyjnego,• środki Funduszy Ochrony Środowiska,• środki budżetu państwa i środki samorządów,• środki wspólnotowe – VII Program Ramowy,

Inteligentna Energia II, Fundusz Spójności i fun-dusze strukturalne, Program Operacyjny „Infra-struktura i Środowisko”,

• dopłaty do upraw roślin energetycznych,• mechanizm wspólnych wdrożeń oraz system

zielonych inwestycji.Natomiast na mechanizmy pomocy publicznej

w postaci zmniejszenia obciążeń składają się:• zwolnienia z akcyzy energii elektrycznej pozy-

skanej ze źródeł odnawialnych,• ulga w podatku rolnym z tytułu wydatków po-

niesionych na zakup i zainstalowanie urządzeń do wykorzystywania na cele produkcyjne odna-wialnych zasobów energii,

• zwolnienie z kar administracyjnych i opłat za korzystanie ze środowiska.Dzięki regulacjom krajowym powstał dosyć

sprawny system wspierania energetyki odnawialnej [9]. Ważne jest, aby postanowienia prawa zostały w całości wdrożone. Wsparcie dla biopaliw za-warto obecnie przede wszystkim w ustawie z dnia 25 sierpnia 2006 roku o biokomponentach i bio-paliwach ciekłych. Niezbyt dobre doświadczenia z funkcjonowaniem wcześniejszych aktów doty-czących biopaliw wskazują, iż ten obszar energety-ki odnawialnej nie miał dotychczas w Polsce nale-żytego wsparcia. Zwłaszcza orzeczenie Trybunału Konstytucyjnego z dnia 21 kwietnia 2004 roku na dosyć długi okres zablokowało rozwój rynku bio-paliw w Polsce.

Prawo ochrony klimatu na poziomie krajowym jest w dużej mierze konsekwencją regulacji wspól-notowych. Jednak warto zauważyć, że niektóre instrumenty, chociażby zbywalna gwarancja po-chodzenia, stanowią polski pomysł, który następ-nie został włączony do nowej wspólnotowej dy-rektywy. Niemniej polskie prawo w tej dziedzinie charakteryzuje się słabym usystematyzowaniem instrumentów i brakiem długofalowej wizji dzia-łań5, zwłaszcza iż w dłuższej perspektywie Polska przyjęła na siebie znaczące zobowiązania w zakre-sie rozwoju energetyki odnawialnej. Nowy pakiet

5 Środki związane z obowiązkiem przedstawienia do umorzenia świadectw pochodzenia zamiast do podmiotów wy-twarzających czystą energię, trafiają do Narodowego Fundu-szu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej, gdzie grzęz-ną ze względu na skomplikowane procedury. Nie jest niczym niezwykłym, że zasady wydatkowania środków na ochronę środowiska z NFOŚiGW są restrykcyjne, w końcu stanowią pozabudżetowe środki publiczne. Warto zatem pomyśleć o pewnej modyfikacji polskiego systemu wsparcia.

klimatyczno-energetyczny oznacza dla Polski per-spektywę istotnego wysiłku legislacyjnego i go-spodarczego, może jednak stanowić jeden z waż-niejszych bodźców rozwoju terenów wiejskich w najbliższych dziesięcioleciach.

Podsumowanie

Nowy model rolnictwa europejskiego opiera się na powiązaniu rolnictwa z ochroną środowi-ska oraz świadczeniem usług na rzecz społeczno-ści wiejskiej [2]. Dla polskiego rolnictwa ogrom-ne znaczenie ma dywersyfikacja produkcji przez wprowadzanie produkcji na cele energetyczne oraz optymalizacja wykorzystania zasobów. Tradycyjne metody otrzymywania ciepła powinny być zastę-powane nowoczesnymi technologiami. Rozwój energetyki odnawialnej będzie się wiązał zarówno z działalnością rolniczą, jak i pozarolniczą. Zróż-nicowanie działalności rolniczej w zakresie wy-twarzania energii przynosi rolnikom większą sta-bilność dochodową. Odnawialne źródła energii na terenach wiejskich to nie tylko wzrost dochodów, lecz także wzrost bezpieczeństwa energetycznego oraz efektywności energetycznej, wzmocnienie kapitału społecznego, akumulacja wiedzy i kultury przedsiębiorczości. Racjonalny rozwój energetyki rozproszonej wiąże się z poprawą stanu środowi-ska, ochroną bioróżnorodności, ochroną krajobra-zu. Rozwój energetyki odnawialnej na terenach wiejskich daje efekt synergii pomiędzy rozwojem rynku pracy, pozytywnym wpływem na bezpie-czeństwo energetyczne oraz zmniejszeniem presji społeczności lokalnej na klimat. Szybkie zmiany cywilizacyjne oraz nowe społeczne potrzeby skut-kują poszukiwaniem nowych form aktywności go-spodarstwa rolnego. Z pewnością należy do nich rozwój energetyki odnawialnej. Od rolnictwa nie oczekuje się już wyłącznie produkcji rolnej. No-woczesne rolnictwo ma dążyć do samowystarczal-ności energetycznej oraz do kierowania nadwyżek energetycznych do miast.

Bibliografia

AktyA. Konwencja klimatyczna przyjęta 9 maja 1992 r.,

weszła w życie 21 marca 1994 r., http://unfccc.int/essential_background/convention/background /items/2853.php, autor na potrzeby niniejszego artykułu korzysta z tekstów konwencji w języku angielskim i rosyjskim.

B. Protokół z Kioto przyjęty 11 grudnia 1997 r., wszedł w życie 16 lutego 2005 r., http://unfccc.

Leszek Karski 39int/essential_background/kyoto_protocol/items/1678.php, autor na potrzeby niniejszego artykułu korzysta z tekstów protokołu w języku angielskim i rosyjskim.

C. Directive 2001/77/EC of the European Parlia-ment and of the Council of 27 September 2001 on the promotion of electricity produced from renewable energy sources in the internal electric-ity market, OJ L 283, 27.10.2001, s. 33–40.

D. Directive 2003/54/EC of the European Parlia-ment and of the Council of 26 June 2003 con-cerning common rules for the internal market in electricity and repealing Directive 96/92/EC – Statements made with regard to decommission-ing and waste management activities, OJ L 176, 15.7.2003, s. 37–56.

E. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r. w spra-wie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych zmieniająca i w następstwie uchy-lająca dyrektywy 2001/77/WE oraz 2003/30/WE, Dz.U. UE z 5 czerwca 2009 r., L 140/16.

F. Proposal for a Directive of the European Par-liament and of the Council on the promotion of the use of energy from renewable sources, COM(2008) 19 final.

G. Konstytucja Rzeczypospolitej Polskiej z dnia 2 kwietnia 1997 r. (Dz.U. 1997, nr 78, poz. 483).

H. Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo energe-tyczne (tj. Dz.U. 2006, nr 89, poz. 625; z późn. zm.).

Literatura

1. Benvenisti E., Downs G.W. (2009), „National courts, domestic democracy, and the evolution of international law”, European Journal of Interna-tional Law 1, s. 59 i n.

2. Błąd M. (2008), „Wielofunkcyjność gospodarstw rolniczych – istota, zakres i uwarunkowania”, Wieś i Rolnictwo 1, s. 104 i n.

3. European Environment Agency, 2005, The Euro-pean environment – State and Outlook, Copen-hagen: Office for Official Publications of the EU, s. 77–78.

4. Gradziuk P. (2005), „Produkcja surowców ener-getycznych i energii kluczową funkcją rolnictwa XXI wieku”, Wieś i Rolnictwo 4, s. 99–100.

5. Jones Ch.W. (red.) (2006), EU Energy Law, The Internal Energy Market, Second Edition, Leu-ven: Claeys & Casteels, s. 13.

6. Karski L. (2005), „Odnawialne zasoby energii”, w: B. Hołyst (red.), Wielka encyklopedia prawa, Warszawa: Wydawnictwo Prawo i Praktyka Go-spodarcza.

7. Karski L. (2003), „Ogólny zarys odnawialnych źródeł energii w polskim systemie prawnym – aspekt terminologiczny i konstytucyjny”, Ochro-na Środowiska-Przegląd 2.

8. Karski L. (2007), „Przyczyny powstania Ramo-wej Konwencji Narodów Zjednoczonych w spra-wie zmian klimatu”, Prawo i Środowisko 2.

9. Karski L. (2006), „System wsparcia energetyki odnawialnej w prawie polskim na tle prawodaw-stwa wspólnotowego”, materiały konferencyjne wyd. specjalne, Energetyka.

10. Lorenc H. (2004), Klimat: wybrane zagadnienia, Warszawa: Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, s. 10.

11. Olecka A. (2004), Ochrona klimatu w działa-niach międzynarodowych, Warszawa: Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, s. 87.

12. Sadowski M., Ponikiewski W. (1998), „Polska w negocjacjach w sprawie zmian klimatu”, Sto-sunki Międzynarodowe 1.

13. „Stern Review on the economics of climate change”, Executive Summary, http://www.hm-treasury.gov.uk/independent_reviews/stern_re-view_economics_climate_change/stern_review_report.cfm.

Rośliny energetyczne. Technologie przygotowania biomasy dla energetyki. Technologie przetwarzania biomasy i jej wykorzystania w gospodarstwie domowym na wsi

Anna Grzybek

Uprawa roślin na cele energetyczne to nowy kierunek w rolnictwie. Pojęcie „roślina energetycz-na” związane jest z przeznaczeniem jej na cele energetyczne. W związku z nowym kierunkiem upraw i możliwością dofinansowania został stworzony nowy system prawny dotyczący obrotu i przetwarzania roślin. W systemie tym funkcjonują trzy podstawowe grupy podmiotów, zdefiniowane w odpowied-niej ustawie. Ustawa reguluje również formę produktu energetycznego. Wymienione w niej podmioty gospodarcze stanowią ogniwo pośrednie pomiędzy producentem rolnym – plantatorem a końcowym odbiorcą surowców energetycznych. Podstawowym źródłem biomasy rolniczej dla sektora energetycz-nego są rośliny uprawiane na plantacjach trwałych (wieloletnich). Jednak żeby plantator mógł uzyskać dopłatę, plon roślin nie powinien być mniejszy niż plon reprezentatywny.

W 2007 roku deklarowana przez rolników powierzchnia trwałych plantacji roślin energetycznych wynosiła 6816 ha. Przeprowadzona analiza wskazuje na zdecydowaną dominację wierzby wśród upraw roślin energetycznych na plantacjach trwałych. W artykule zaprezentowano przykładowe plony wierz-by, koszt pozyskania energii i wydajność badanej plantacji.

Obszary chronione stanowią barierę środowiskową dla rozwoju upraw roślin energetycznych, w szczególności gatunków obcych. Przetwarzanie biomasy na nośniki energii może odbywać się meto-dami fizycznymi, chemicznymi i biochemicznymi. Należy pamiętać, że biomasa wykorzystywana jako paliwo w postaci stałej może zawierać do około 60% wilgoci. Drewno jako surowiec energetyczny wy-stępuje w postaci: szczap (drewno rąbane), zrębków, trocin i wiórów, kory, brykietów oraz pelet.

Pelety i brykiety opałowe powstają w procesie ciśnieniowej aglomeracji, w którym sypki materiał w wyniku działania sił zewnętrznych i wewnętrznych przybiera trwałą postać o określonych wymiarach geometrycznych.

W gospodarstwach wiejskich jako biopaliwo jest również stosowana słoma. Biomasa ze słomy cha-rakteryzuje się pięciokrotnie niższą zawartością siarki i czterokrotnie niższą popielnością w porówna-niu z węglem. Ze względu na dużą objętość w stosunku do wartości energetycznej podstawową ilość słomy przeznaczonej na cele energetyczne składuje się w pobliżu miejsca zbioru. Kotły spalające bio-masę dzieli się w zależności od sposobu podawania słomy i drewna na: wsadowe i z automatycznym podawaniem paliwa.

Kotły na słomę o mocy do 300 kW wykonywane są jako kotły wsadowe. Kotły automatyczne wy-magają rozdrobnionego paliwa. Newralgicznym punktem takich kotłów jest system podawania paliwa. Jakość spalania w kotłowniach w dużym stopniu zależy od eksploatacji kotłowni, w tym regulacji po-wietrza pierwotnego i wtórnego, obciążenia kotła, jakości paliwa zgodnej z wymaganiami kotła.

fot. Karolina Jurczyk

Anna Grzybek 41• warunki glebowe – około 50% gleb, czyli około

7 mln ha, zalicza się do bardzo dobrych i do-brych, 16%, czyli około 2,2 mln ha, do średnich i 34%, czyli około 4,8 mln ha, do słabych i bar-dzo słabych,

• poziom wód gruntowych.Korzystne dla uprawy roślin energetycznych

jest to, że dwie trzecie opadów przypada na okres wegetacji roślin.

W polskim systemie produkcji i przetwarzania biomasy rolniczej na cele energetyczne funkcjonu-ją trzy podstawowe grupy podmiotów. Są to plan-tatorzy biomasy na cele energetyczne, podmioty skupujące oraz jednostki przetwórcze. Wymaga-nia dotyczące poszczególnych grup podmiotów są określone w ustawie o płatnościach do gruntów rolnych i płatności cukrowej z 2007 roku [9] oraz jej nowelizacji z 2008 roku [9], a także w odpo-wiednich rozporządzeniach wykonawczych regu-lujących zasady przyznawania dopłat do upraw roślin energetycznych.

Obrót roślinami energetycznymi odbywa się według określonej procedury poprzez ich sprzedaż podmiotom skupującym lub jednostkom przetwór-czym. Zatwierdzenia podmiotu dokonuje Agencja Rynku Rolnego na podstawie pisemnego wniosku jednostki przetwórczej lub podmiotu skupujące-go.

Zatwierdzony podmiot skupujący to podmiot, który podpisał umowę z wnioskodawcą i na własny rachunek nabywa rośliny energetyczne przezna-czone do przetworzenia na produkty energetyczne. Zatwierdzona pierwsza jednostka przetwórcza to podmiot, który prowadzi pierwszy proces prze-twórczy roślin energetycznych z zamiarem pozy-skania jednego lub więcej produktów energetycz-nych. W krajowym systemie płatności do upraw roślin energetycznych definiuje się pierwszą, drugą i trzecią jednostkę przetwórczą. Pierwsza jednost-ka przetwórcza to przedsiębiorca, który prowadzi pierwszy proces przetwórstwa roślin energetycz-nych w celu pozyskania jednego lub więcej koń-cowych produktów energetycznych (nie istnieje wymóg, aby pierwsza jednostka przetwórcza wy-twarzała końcowy produkt energetyczny). Produk-tem energetycznym mogą być np. zrębki, brykiety, pelety, węgiel drzewny itp., czyli produkty z bio-masy dostarczane do sektora energetycznego lub innych podmiotów w celu uzyskania końcowego produktu energetycznego. Wykluczone jest zbycie przez pierwszą jednostkę przetwórczą roślin ener-getycznych bez ich przetworzenia.

Kolejne jednostki przetwórcze są zobowiązane do zagwarantowania, że wartość ekonomiczna pro-

Dążenia ludzkości do wzrostu dobrobytu utrwa-lają tendencję wzrostu zużycia energii. Z kolei za-grożenia ekologiczne wymuszają działania na rzecz ograniczenia emisji gazów pochodzących ze spala-nia paliw kopalnych. Bez ograniczenia o połowę emisji gazów toksycznych powodujących zmianę klimatu nie nastąpi poprawa równowagi ekologicz-nej w skali świata. Uprawa roślin na cele energe-tyczne w dłuższej perspektywie czasowej powoduje chwilowe przemieszczanie CO2 z magazynów wę-gla na Ziemi i w atmosferze. Upraszczając, można powiedzieć, że spalanie słomy zebranej z danego obszaru powoduje czasowe zwiększenie stężenia CO2 w atmosferze, jednak w następnym roku nowe uprawy roślin na tym samym areale wychwycą wy-emitowane wcześniej ilości CO2 (w uproszczonym schemacie nie uwzględniono gazów szklarniowych z paliw kopalnych wyemitowanych w czasie upra-wy roślin). Widać zatem, że energetyczne wyko-rzystanie roślin jest bardzo ważne. Biomasa to materia pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, która ulega biodegradacji, substancje pochodzące z produktów, odpadów i pozostałości z produkcji rolnej oraz leśnej, a także przemysłu przetwarzają-cego ich produkty oraz inne części odpadów, które ulegają biodegradacji [7].

Rośliny energetyczne

Potencjalne zasoby energetyczne biomasy moż-na podzielić na dwie grupy:• plantacje roślin uprawnych z przeznaczeniem na

cele energetyczne (np. kukurydza, rzepak, ziem-niaki, wierzba krzewiasta, topinambur),

• organiczne pozostałości i odpady, w tym pozo-stałości roślin uprawnych.Natomiast w zależności od kierunku pochodze-

nia wyróżniamy następujące grupy:• biomasa pochodzenia leśnego,• biomasa pochodzenia rolnego,• odpady organiczne.

Szczególną grupę stanowi biomasa pochodze-nia rolnego, do której zalicza się specjalne uprawy na cele energetyczne oraz pozostałości z rolnictwa, takie jak słoma zbóż, rzepaku i trawy.

W naszym kraju można uprawiać różne gatun-ki roślin energetycznych, zależnie od warunków klimatycznych, takich jak:• rozkład opadów w ciągu roku,• długość okresu wegetacji roślin,• długość dnia świetlnego w ciągu okresu wegeta-

cyjnego,• rozkład temperatur w ciągu doby w okresie we-

getacji,

Rośliny energetyczne. Technologie przygotowania biomasy dla energetyki…42duktów energetycznych uzyskanych podczas prze-tworzenia produktów pośrednich będzie wyższa od wartości ekonomicznej wszystkich innych produk-tów uzyskanych w procesie przetworzenia.

Zatwierdzony przez Agencję Rynku Rolnego podmiot skupujący zobowiązany jest do przyjęcia roślin energetycznych, na które zostały zawarte umowy z wnioskodawcami (plantatorami) na wa-runkach określonych w tych umowach.

Opisane podmioty gospodarcze stanowią ogni-wo pośrednie pomiędzy producentem rolnym – plantatorem, a końcowym odbiorcą surowców energetycznych (biomasy rolniczej) – zakłada-mi energetyczno-ciepłowniczymi. Popyt branży energetycznej na biomasę rolniczą wynika z przy-znanych Polsce niskich limitów emisji CO2 i na-łożonych na zakłady energetyczne obowiązków związanych ze sprzedażą energii ze źródeł odna-wialnych.

Do roślin uprawianych na gruntach rolnych, będących przedmiotem umowy dostarczenia roślin energetycznych, przeznaczonych do przetworzenia na produkty energetyczne, należą:• rośliny jednoroczne (np. rzepak, rzepik, żyto,

kukurydza, len włóknisty),• buraki cukrowe – pod warunkiem że każdy pro-

dukt pośredni jest wykorzystywany do wytwo-rzenia produktów energetycznych oraz że każdy współprodukt lub produkt uboczny zawierający cukier jest wykorzystywany zgodnie z rozporzą-dzeniem Rady (WE) nr 318/2006,

• soja – pod warunkiem że każdy produkt pośred-ni, oprócz mączki sojowej, jest wykorzystywany do wytworzenia produktów energetycznych,

• rośliny wieloletnie (ślazowiec pensylwański, miskant olbrzymi, topinambur, mozga trzcino-wata),

• zagajniki drzew leśnych o krótkim okresie ro-tacji (np. wierzba energetyczna, topola, robinia akacjowa),

• rośliny uprawiane na gruntach rolnych, wyko-rzystywane jako paliwo do ogrzewania gospo-darstw lub w celu wytworzenia energii bądź biopaliwa w gospodarstwie, w tym:– zagajniki drzew leśnych o krótkim okresie

rotacji (np. wierzba energetyczna, topola, ro-binia akacjowa),

– zboża,– nasiona roślin oleistych – nasiona soi (łama-

ne, nieprzeznaczone do siewu), rzepak, rzepik o niskiej zawartości kwasu erukowego, nasio-na słonecznika (łamane, wyłuskane, w łusce), nasiona słonecznika nieprzeznaczone do sie-wu,

– jednoroczne i wieloletnie rośliny przetwarza-ne w gospodarstwie na biogaz.

Podstawowym źródłem biomasy rolniczej dla sektora energetycznego są rośliny uprawiane na plantacjach trwałych (wieloletnich), warunkiem otrzymania dopłaty jest zaś uzyskanie plonu nie mniejszego niż plon reprezentatywny.

Plony reprezentatywne wybranych gatunków roślin w 2008 roku określono w rozporządzeniu MRiRW [6] – tabela 1.

Tab. 1. Plony reprezentatywne wybranych roślin energe-tycznych w 2008 roku [6]

Gatunek rośliny Plon reprezentatywny(dt/ha)*

Wierzba 80**

Róża wielokwiatowa 120

Ślazowiec pensylwański 150

Miskant olbrzymi 200

Topinambur 200

Spartina preriowa 170

Trawy 100

Mozga trzcinowata 80

Rdest sachaliński 200

Robinia akacjowa 80

Topola 100

Olszyna 80

Brzoza 80

Leszczyna 80 * dt/ha = decytona/ha = kwintal/ha** suchej masy na hektar

Do końcowych produktów energetycznych zgodnie z ustawą o biokomponentach i biopaliwach ciekłych [10] z dnia 25 sierpnia 2006 roku zalicza się:• bioetanol – alkohol etylowy wytwarzany

z biomasy, w tym bioetanol zawarty w eterze etylo-tert-butylowym lub eterze etylo-tert- -amylowym,

• biometanol – alkohol metylowy wytwarzany z biomasy, w tym biometanol zawarty w eterze metylo-tert-butylowym lub eterze metylo-tert- -amylowym,

• ester – ester metylowy albo ester etylowy, kwa-sów tłuszczowych wytwarzany z biomasy,

• dimetyloeter – dimetyloeter wytwarzany z bio-masy,

• czysty olej roślinny – olej roślinny wytwarzany z roślin oleistych przez tłoczenie, ekstrakcję lub za pomocą porównywalnych metod, czysty lub rafinowany, niemodyfikowany chemicznie,

Anna Grzybek 43• węglowodory syntetyczne – syntetyczne węglo-

wodory lub mieszanki syntetycznych węglowo-dorów, wytwarzane z biomasy,

• biogaz – stanowiący samoistne paliwo,• biowodór – wodór pozyskiwany z biomasy oraz

energię elektryczną lub cieplną produkowaną z biomasy.W 2007 roku łączna deklarowana przez rolni-

ków powierzchnia upraw roślin energetycznych w Polsce wyniosła 175 381 ha. Na jedno woje-wództwo przypadło średnio 11 281 ha upraw roślin energetycznych. Uprawy roślin energetycznych stanowiły w 2007 roku zaledwie 1,1% powierzchni użytków rolnych w kraju. W układzie terytorialnym największym odsetkiem upraw roślin energetycz-nych charakteryzuje się województwo zachodnio-pomorskie (5,1%), opolskie (3,7%) oraz lubuskie i wielkopolskie (po 2,1%), a najmniejszym (poni-żej 0,2%) – województwo małopolskie, podlaskie, mazowieckie i świętokrzyskie. Rośliny na planta-cjach trwałych uprawiane są tylko na 6816 ha, co stanowi 3,9% łącznej powierzchni upraw roślin energetycznych. Trwałe plantacje roślin energe-tycznych, które są podstawowym źródłem bioma-sy rolniczej dla sektora energetycznego, stanowiły zaledwie 3,8% łącznej powierzchni upraw roślin energetycznych.

Przeprowadzona analiza wskazuje na zdecydo-waną przewagę wierzby wśród upraw roślin ener-getycznych na plantacjach trwałych. W 2006 roku dopłat udzielono także rolnikom, którzy przetwa-rzali wierzbę na cele energetyczne we własnym gospodarstwie. W związku z tym nastąpił wzrost

zainteresowania produkcją wierzby energetycznej (ryc. 1a i 1b). Deklarowana powierzchnia upra-wy tej rośliny w 2007 roku wzrosła o 21%, do 7192 ha.

Ryc. 1b. Plantacja wierzby odmiany Tora w Szwecji [5]

Na jedno województwo przypada średnio 426 ha upraw trwałych plantacji roślin energetycznych. Największe powierzchnie tych plantacji występują w województwie wielkopolskim (1194 ha), war-mińsko-mazurskim (731 ha) i pomorskim (653 ha) – ryc. 2 [3].

Ryc. 2. Deklarowana powierzchnia upraw wierzby ener-getycznej w latach 2005–2007 [3]

Najmniejsze areały upraw tej grupy roślin znaj-dują się w województwie małopolskim (59 ha) i świętokrzyskim (98 ha).

Ryc. 1a. Plantacja wierzby w pierwszym roku uprawy w IBMER – oddział Kłudzienko

Rośliny energetyczne. Technologie przygotowania biomasy dla energetyki…44Wśród roślin energetycznych, których upra-

wa umożliwia uzyskanie odpowiednich płatności, w 2007 roku wymienia się między innymi:• wierzbę wiciową – Salix viminalis var. Gigan-

tea,• ślazowiec pensylwański – Sida hermaphrodita,• topinambur (słonecznik bulwiasty) – Helianthus

tuberosus,• topolę – Populus tremula,• trawy energetyczne głównie z rodzaju Miscan-

thus (ryc. 3a i 3b), w tym między innymi: mi-skant olbrzymi – Miscanthus sinesis giganteus (ryc. 3a), miskant cukrowy – Miscanthus sac-chariflorus oraz spartinę preriową – Spartima pectinata.

Ryc. 3a. Plantacja miskantu olbrzymiego w Polsce

Uprawa roślin na trwałych plantacjach jest wieloletnia. Trawa z rodzaju Micanthus nie ma du-żych wymagań co do jakości gleby, na której jest uprawiana – mogą to być gleby V klasy, a także nieużytki. Średnia roczna ilość opadów niezbęd-na do prawidłowego jej wzrostu i rozwoju wynosi 600 mm, a średnia roczna temperatura około 8°C. Wadą jest słaba odporność na mrozy, szczególnie w pierwszym roku uprawy. Dla miskantów okres eksploatacji plantacji wynosi 15 lat. Na ogół stosu-je się obsadę roślin 25 tys./ha, niezależnie od tech-nologii zbioru. Pierwszy zbiór można uzyskać już w roku założenia, pełny – od 4. roku, z tym że plon może kształtować się następująco: 1. rok – 5 t/ha, 2. rok – 10 t/ha, 3. rok – 15 t/ha, 4. i kolejne lata – 20 t/ha. W przypadku wierzby pierwszy zbiór na cele energetyczne uzyskać można w roku założenia plantacji, pełny od 4. roku. Sadząc 25 tys. sadzonek wierzby na hektar, niezależnie od technologii zbio-ru, w kolejnych latach uzyskuje się przykładowy plon: w 1. roku – 5 t/ha, w 2. roku – 10 t/ha, w 3. roku – 15 t/ha, w 4. i kolejnych latach – 20 t/ha.

Przewidywany okres eksploatacji takiej plantacji wynosi 19 lat (zbiór po pierwszym roku, następne co 3 lata). Plon wierzby to 70 t/ha przy zbiorze co 3 lata (masa w stanie roboczym przy wilgotności około 50%). Wysokość zbioru uzależniona jest od wielu czynników, takich jak warunki przyrodniczo- -glebowe, zasobność gleby, warunki pogodowe. Aby określić wartość zbioru, bada się liczbę za-wartych w biomasie jednostek energii (GJ). Koszt pozyskania 1 GJ energii z plantacji wierzby obli-cza się przy założeniu, że z 1 ha w 1. roku upra-wy uzyskuje się średnio 20 t masy wierzby, a przy zbiorach w cyklach 3-letnich – 70 t, o wartości opałowej 8,84 GJ/t [5]. Łącznie w całym 19-letnim cyklu zbiory dla podanego przykładu wynoszą 440 t wierzby o wartości energetycznej 3890 GJ.

Wierzbę z rodzaju Salix viminalis można upra-wiać na wielu rodzajach gleb, od bielicowych gleb piaszczystych do gleb organicznych. Ważne przy tym jest, aby plantacje wierzby zakładane były na dobrze uwodnionych użytkach rolnych. Wierzba polecana jest ze względu na ochronę środowiska, szczególnie w przydomowych, korzeniowych oczyszczalniach ścieków, przy obsadzaniu wysy-pisk śmieci, na terenach przemysłowych skażo-nych metalami ciężkimi, przy rekultywacji gleb, przy drogach szybkiego ruchu, budynkach miesz-kalnych i inwentarskich. Zbiór wierzby piłą tar-

Ryc. 3b. Kolekcja miskantów w Danii

Anna Grzybek 45czową przedstawiono na rycinie 4, a kombajnem Claas na rycinie 5. Spośród roślin drzewiastych do zagospodarowania gruntów porolniczych, z prze-znaczeniem na cele energetyczne, może być wyko-rzystana również topola. Znana jest jej stosunkowo wysoka odporność na przemysłowe zanieczysz-czenia powietrza, co sprawia, że drzewa te są szczególnie często sadzone w miastach i okręgach przemysłowych, w miejscach, gdzie nasilenie tych zanieczyszczeń jest wysokie.

Ryc. 4. Zbiór wierzby piłą tarczową

Ryc. 5. Zbiór i zrębkowanie wierzby kombajnem Claas Jaguar

Obszary chronione stanowią barierę środowi-skową dla rozwoju upraw roślin energetycznych, w szczególności gatunków obcych. Roślin wielo-letnich z przeznaczeniem na cele energetyczne nie powinno się sadzić w strefie I – przyrodniczej, de-cydującej o funkcjonowaniu obszaru, a w tym w:• podstrefie IA na obszarach o wysokich walorach

przyrodniczych,• podstrefie IB na obszarach atrakcyjnych tury-

stycznie.

Ponadto nie powinno się zakładać upraw ener-getycznych na terenach źródliskowych i w ich bez-pośrednim sąsiedztwie.

Z upraw energetycznych powinny być wyłą-czone obszary projektowanych użytków ekologicz-nych, zespołów przyrodniczo-krajobrazowych oraz miejsc wysięków wód z towarzyszącą roślinnością torfowiskową, ziołoroślową i szuwarową, a także rezerwaty przyrody i łąki wilgotne odznaczające się walorami florystycznymi, w tym łąki trzęślico-we i nieużytki stanowiące najważniejsze stanowi-ska derkacza i awifauny ekosystemów łąkowych.

Technologie przygotowania biomasy dla energetyki

Przetwarzanie biomasy na nośniki energii może odbywać się metodami fizycznymi, chemicznymi i biochemicznymi. Możliwości produkcji energii z surowców roślinnych przedstawiono schematycz-nie na rycinie 6. Biomasa może być wykorzysty-wana do celów energetycznych w procesach bez-pośredniego spalania biopaliw stałych (np. drewno, słoma, osady ściekowe), przetwarzana na paliwa ciekłe (np. estry oleju rzepakowego, alkohol) bądź gazowe (np. biogaz rolniczy, biogaz z oczyszczal-ni ścieków, gaz wysypiskowy). Energię z biomasy uzyskuje się w wyniku procesów spalania, gazyfi-kacji, fermentacji alkoholowej czy syntezy metano-lu oraz poprzez wykorzystanie olejów roślinnych i ich pochodnych jako paliwa.

Ryc. 6. Możliwości produkcji energii z surowców roślin-nych

Gazyfikacja jest procesem termochemicznym, podczas którego rozpad materii organicznej na-stępuje w warunkach niedoboru tlenu. Proces ten odznacza się bardzo wysoką sprawnością w po-równaniu ze spalaniem biomasy. Do jego realizacji wykorzystywane są gazogeneratory z cyrkulacyj-nymi złożami fluidalnymi pracujące na bazie bio-

Rośliny energetyczne. Technologie przygotowania biomasy dla energetyki…46masy. Proces gazyfikacji biopaliw stałych przebie-ga dwustopniowo [4]:• w pierwszej komorze w warunkach niedoboru

powietrza oraz w stosunkowo niskiej tempera-turze (450–800°C) paliwo zostaje odgazowane, w wyniku czego powstaje gaz palny oraz mine-ralna pozostałość (węgiel drzewny),

• w drugim etapie w komorze dopalania w tem-peraturze około 1000–1200°C i w obecności nadmiaru tlenu następuje spalenie powstałego gazu.Do biopaliw płynnych zaliczamy:

• bioetanol,• olej roślinny,• biopaliwo rzepakowe (biodiesel),• biometanol,• paliwa płynne z drewna: biobenzyny, bioolej.

Na rycinie 7 przedstawiono podział paliw, jakie można otrzymać z biomasy, ze względu na ich stan skupienia.

Ryc. 7. Klasyfikacja biopaliw ze względu na stan skupie-nia

W tabeli 2 podano źródła biopaliw płynnych i ich zastosowanie.

Biometanol jest alkoholem metylowym znanym od dawna jako alkohol drzewny (CH3OH) produ-kowany dawniej w procesie suchej destylacji drew-na w temperaturze 500°C. Ma postać jasnej, pra-wie bezwonnej cieczy o gęstości około 0,8 g/cm3, Wartość opałowa metanolu wynosi około 22–23 MJ/kg. Proces wytwarzania biometanolu z bioma-sy roślinnej składa się z następujących etapów:• wysuszenia surowca,• rozdrobnienia surowca,• zgazowywania w reaktorze w obecności tlenu

do mieszaniny tlenku węgla, wodoru, dwutlenku węgla i pary wodnej,

• usunięcia pary wodnej, dwutlenku węgla i ga-zów siarkowych.Metanol jest wykorzystywany jako paliwo sil-

nikowe w czystej postaci bądź jako komponent tlenowy do benzyn w postaci MTBE (eter metylo- -tert-butylowy). Często uważany jest za przyszło-ściowe paliwo stosowane w nowych typach ogniw paliwowych, wewnątrz których jest przekształcany w wodór.

Technologie przetwarzania biomasy i jej wykorzystania w gospodarstwie domowym na wsi

Biomasa wykorzystywana jako paliwo w po-staci stałej może zawierać do około 60% wilgoci i z tego powodu niezmiernie ważne jest stworzenie systemu pozyskania biomasy i jej przygotowania do wykorzystania energetycznego. Gdy wilgot-ność na przykład drewna wynosi 60%, jego war-tość opałowa spada do około 5,5 MJ/kg, a gdy wil-gotność spada do 20%, wartość opałowa wzrasta do 12,5 MJ/kg. Na przykład wilgotność biomasy

Tab. 2. Źródła biopaliw płynnych i ich zastosowanie

Biopaliwo Roślina Proces konwersji Zastosowanie

Bioetanol zboża, ziemniaki, pseudozboża i topinambur

hydroliza i fermentacja dodatek do benzyny

buraki cukrowe, trzcina cukrowa, słodkie sorgo

fermentacja dodatek do benzyny

uprawy energetyczne, słoma, miskant, rośliny trawiaste

obróbka wstępna, hydroliza i fermentacja

dodatek do benzyny

Biometanol uprawy energetyczne, miskant gazyfikacja lub synteza metanolu źródło wodoru

Olej roślinny rzepak, słonecznik, soja tłoczenie samoistne biopaliwo do specjalnych silników

Biopaliwo rzepakowe

rzepak, słonecznik, soja estryfikacja dodatek do oleju napędowego

Bioolej uprawy energetyczne, miskant piroliza substytut oleju napędowego lub benzyny

Anna Grzybek 47wierzbowej w zależności od terminu zbioru waha się od 58% do 43%.

Inne biopaliwo, słoma, z uwagi na objętość i wynikające stąd koszty transportu powinna być stosowana lokalnie, tam gdzie występuje jej nad-miar w stosunku do możliwości jej wykorzystania na inne cele rolne.

W porównaniu z innymi powszechnie stosowa-nymi nośnikami energii nieprzetworzona biomasa (biopaliwa stałe) jest dość uciążliwym w użyciu paliwem. Wynika to przede wszystkim z jej wła-ściwości fizycznych. Jest to materiał niejednorodny o bardzo niskiej wartości energetycznej przypada-jącej na jednostkę objętości. Właściwości mające największe znaczenie dla wszystkich biopaliw sta-łych to:• zawartość wilgoci,• wartość opałowa,• zawartość popiołu,• wielkość (wymiary cząstek),• gęstość nasypowa,• postać paliwa i inne.

Spośród różnych rodzajów biomasy do najczę-ściej wykorzystywanych surowców należy drewno. Jego wilgotność jest odwrotnie proporcjonalna do wartości opałowej. Wartość opałowa zależy przede wszystkim od wilgotności drewna. Drewno jako surowiec energetyczny występuje w postaci szczap (drewno rąbane), zrębków, trocin i wiórów, kory, brykietów oraz peletów.

Przygotowanie i wykorzystanie biomasy na cele energetyczne wymaga wykonania licznych czynności w określonej sekwencji.

Ryc. 8. Transport zrębków wierzby z pola do magazynu

Zrębki drzewne zaliczyć można do najtańszych biopaliw. Zrębkami drzewnymi nazywamy niewiel-kie cząstki drewna o charakterystycznym, rombo-idalnym kształcie i specyficznych wymiarach: dłu-gość 10–35 mm, szerokość 10–20 mm i grubość

2–8 mm. Zrębki energetyczne przyjmują wymiary 5–100 mm (PKN-CEN/TS 14961: 2005). Do prze-robu drewna do takiej postaci służą rębaki. Zrębki mogą być wykonywane rębakami różnego typu. Ze względu na mobilność rębaka oraz związaną z nią cenę zrębkowania wyróżniamy dwie odrębne tech-nologie zrębkowania:• zrębkowanie samobieżnym rębakiem z własnym

podawaniem materiału do zrębkowania,• zrębkowanie stacjonarne (ryc. 9).

Ryc. 9. Zrębkowanie wierzby rębakiem stacjonarnym

Powszechnie wykorzystuje się rębaki tarczowe i bębnowe. Typowe, przewoźne rębaki tarczowe przepuszczają cienkie patyki. Zalecane jest zatem zrębkowanie stacjonarnymi rębakami bębnowymi, które przepuszczają dużo mniejszą ilość zanie-czyszczeń niż rębaki tarczowe.

Wilgotność zrębków drzewnych zależy głównie od czasu, jaki upłynął od ścięcia drewna do chwili jego zrębkowania. Zawartość wilgoci w zrębkach produkowanych z zielonych części drzew wy-nosi około 50–60% całkowitej masy. Wilgotność zrębków z drewna po letnim wysuszeniu w ster-tach przez 3–6 miesięcy spada do poziomu około 35–45% masy.

Wilgotność początkowa zrębków po zrębkowa-niu świeżych odpadów drzewnych wynosi 50–60%. Podczas przechowywania zachodzą procesy natu-ralnego parowania wody zawartej w drewnie oraz jego powolne wysychanie pod wpływem wzrostu temperatury, pomimo utrudnionych warunków przepływu powietrza przez pryzmę. W ekspe-rymencie przeprowadzonym w Instytucie Nauk Rolniczych w Poczdamie zaobserwowano, że po upływie 6–7 miesięcy oddziaływania zwiększo-nej temperatury następuje stabilizacja temperatury i wilgotności. Wilgotność stabilizuje się na pozio-mie około 40% po upływie 6 miesięcy [8].

Rośliny energetyczne. Technologie przygotowania biomasy dla energetyki…48Niska masa nasypowa zrębków oraz stosunko-

wo wysoka wilgotność powodują, iż niezbędne jest przygotowanie w sąsiedztwie kotłowni pomiesz-czenia magazynowego o odpowiedniej kubaturze. Ze względu na niewielką gęstość nasypową zręb-ków (0,25–0,35 t/m3) ich magazynowanie wymaga znacznej przestrzeni oraz specyficznych systemów transportu i dostarczania do kotła. Istnieje kilka sposobów przechowywania zrębków:• w pryzmach bez zadaszenia,• w pryzmach pod zadaszeniem,• w wiatach magazynowych (o konstrukcjach mu-

rowanych lub stalowych),• w bunkrach o dnie zagłębionym w stosunku do

powierzchni terenu,• w silosach magazynowych (stalowych o kon-

strukcji cylindrycznej lub betonowych).Ponadto materiał do zrębkowania, np. wierzba,

powinien być odpowiednio przygotowany – ze-brany z pola i dowieziony na miejsce utwardzone. Przykład przewożenia zrębków z pola podano na rycinie 8. Zatem często do kosztów zrębkowania należy doliczyć koszty przygotowania materiału, w tym usługę zebrania gałęzi wierzbowych.

Przewożenie biomasy na duże odległości staje się mało opłacalne ze względu na wysokie koszty transportu i jego negatywny wpływ na środowisko. Transport biomasy w postaci zrębków jest najbar-dziej uzasadniony w przypadku niedużych odległo-ści (do 50 km) ze względu na jej dużą objętość, przy relatywnie niewielkiej energii skumulowanej – w zależności od wilgotności (60–10%) od 7 GJ/t do 17 GJ/t. Konieczne jest także stworzenie utwar-dzonych powierzchni do składowania oraz sprzęt transportowy.

Spalanie mokrych biopaliw stałych powoduje nie tylko niską wydajność energetyczną procesu, lecz także obniża temperaturę spalania, co przy-czynia się do podwyższonej emisji węglowodo-rów i pyłów w porównaniu ze spalaniem suchej biomasy.

Pelety i brykiety opałowe powstają w procesie ciśnieniowej aglomeracji (granulowania, brykieto-wania), w którym sypki materiał w wyniku działa-nia sił zewnętrznych (naciski zagęszczające) i we-wnętrznych (siły i wiązania międzycząsteczkowe) przybiera trwałą postać o określonych wymiarach geometrycznych. Pelety to na ogół cylindryczne kształtki o średnicy 4–10 mm, długości nie więk-szej niż 20–50 mm i o niskiej zawartości substancji balastowych (DIN 51731; PKN-CEN/TS 14961). Pelety mogą być wykonane z różnych materiałów, m.in. z wierzby, ślazowca pensylwańskiego i mi-skantusa. Można również nabyć urządzenia do ich

wykonywania. O ile proces peletowania drewna jest znany od lat, o tyle technologia peletowania słomy została opanowana w ostatnim okresie.

Na polskim i europejskim rynku pelety wystę-pują jako produkt handlowy. Brykiety mogą mieć różną postać, ale najczęściej występują w formie cylindra o średnicy 50–60 mm dowolnej długo-ści. Brykiety i pelety są higroskopijnym paliwem o znacznej wartości opałowej (zależnej od surowca i jego wilgotności). Magazyny do ich przechowy-wania nie muszą mieć dużej kubatury, ważne jest, by pomieszczenia były suche. Brykiety z wierzby energetycznej zachowują nadany im kształt przy wilgotnościach surowca 10%–18%. Zagęszczany materiał o wilgotności 22% wyjęty z matrycy po upływie 5 minut, w wyniku dużej ekspansji zwrot-nej ulega zniszczeniu. Podczas spalania 1 m3 bry-kietów z trocin o gęstości około 1000 kg/m3 można uzyskać średnio 2,6–3,5 MW/h energii, podczas gdy przy spalaniu 1 m3 trocin uzyskuje się średnio 0,65–0,85 MW/h. Kinetyka spalania brykietów jest podobna do spalania kawałków drewna. Granulat drzewny (pelet) musi być przechowywany w za-krytych ze wszystkich stron pomieszczeniach. Pod-łoże musi być wyposażone w warstwę zapobiega-jącą zabrudzeniu (np. beton, asfalt). Suchy granulat może być również przechowywany w zamkniętych silosach.

W gospodarstwach wiejskich jako biopaliwo jest również stosowana słoma. Do celów energe-tycznych może być wykorzystywana słoma wszyst-kich gatunków roślin zbożowych oraz rzepaku i gryki. Ze względu jednak na dostępność i właści-wości, najbardziej przydatna w procesie spalania jest słoma żytnia, pszenna, rzepakowa oraz grycza-na. W praktyce, w przeciętnych warunkach, w cią-gu 5–10 dni po skoszeniu zboża zawartość popio-łu w słomie osiąga poziom 1,4–3,0%, najczęściej 2,0%. Dla słomy zbieranej bezpośrednio za kom-bajnem ten wskaźnik jest wyższy i w zależności od terminu żniw wynosi 3,5–5,0% (później koszona słoma ma niższą zawartość popiołu).

Biomasa ze słomy charakteryzuje się pięcio-krotnie niższą zawartością siarki i czterokrotnie niższą popielnością w porównaniu z węglem. Po-piół ten może być wykorzystany jako nawóz mi-neralny bez żadnych dodatkowych przygotowań. Z tony biomasy uzyskuje się zwykle 30–40 kg po-piołu. Wartość opałowa jest wprost proporcjonalna do zawartości wilgoci i stanowi to podstawę wyli-czenia ceny słomy przeznaczanej na cele energe-tyczne. Wilgotność słomy zależy od rodzaju rośliny oraz od warunków atmosferycznych, w jakich od-bywa się zbiór. Zbyt wysoka wilgotność biomasy

Anna Grzybek 49nie tylko zmniejsza ilość uzyskanej energii, przede wszystkim komplikuje proces spalania i powoduje podwyższoną emisję zanieczyszczeń w spalinach oraz spadek sprawności spalania. Poza tym pod-wyższona wilgotność biomasy może powodować problemy w jej magazynowaniu, transporcie i roz-drabnianiu podczas wkładania do paleniska. War-tość opałową wybranych rodzajów słomy w zależ-ności od wilgotności przedstawiono w tabeli 3.

Zbiór i prasowanie słomy wpływa na jej wilgot-ność, która nie powinna przekraczać 15%.

Słoma przeznaczona do energetycznego wyko-rzystania w konkretnej instalacji powinna być zbie-rana w jednolitej formie. Wykorzystywane w rol-nictwie prasy do słomy dzielimy na trzy grupy:• formujące małe bele prostopadłościenne o stop-

niu zagęszczenia do 130 kg/m3;• zwijające, formujące wielkowymiarowe bele cy-

lindryczne o stopniu zagęszczenia do 150 kg/m3,• formujące wielkowymiarowe bele prostopadło-

ścienne o stopniu zagęszczenia do 180 kg/m3.Masa bel może się znacznie różnić, np. bele cy-

lindryczne mają masę od 250 kg do 350 kg w za-leżności od typu użytej prasy. Bele po sprasowaniu są ładowane, a następnie rozładowywane za pomo-cą ciągnika wyposażonego w ładowacz czołowy. Do transportu używany jest ciągnik zagregowany z dwoma przyczepami transportowymi. Załadunek bel odbywać się może również za pomocą przycze-py samozbierającej. Ładuje ona pojedyncze bele słomy na polu, a następnie w miejscu składowania automatycznie je rozładowuje, układając w stertę. Przy przewozie dużych partii, szczególnie na więk-sze odległości, dobrze sprawdzają się samochody ciężarowe z przyczepami, zabierające jednorazowo do 12 t słomy.

W przypadku bel cylindrycznych o szero-kości 120 cm i średnicy 120–150 cm ładowność wynosi 24–40 sztuk przy łącznej wadze 5–9 t. Pracochłonność transportu można oszacować na 0,15–0,20 rbh/t, w zależności od odległości trans-portowej.

Ze względu na dużą objętość w stosunku do wartości energetycznej podstawową ilość słomy przeznaczonej na cele energetyczne składuje się w pobliżu miejsca zbioru. Słoma powinna być

składowana natychmiast po sprasowaniu, aby za-bezpieczyć ją przed wchłanianiem wilgoci z po-wietrza i zamakaniem. Tylko składowanie w stanie suchym pozwala uzyskać surowiec o dobrej jako-ści. W praktyce sprasowane bele słomy powinny być zebrane z pola w dniu prasowania i złożone w pryzmie do dalszego transportu. Wybór miejsca na budowę sterty musi uwzględniać również wy-magania bezpieczeństwa przeciwpożarowego.

Siano w praktyce grzewczej niewiele różni się od słomy. Kostki czy bele siana są cięższe niż porcje słomy przy tym samym zgniocie. Do celów grzewczych może być używane siano turzycowe, które nie znajduje zastosowania do celów paszo-wych. Ślazowiec i miskant zebrane w formie bel można przechowywać podobnie jak słomę zbóż w postaci stogów. Przykryte plandekami lub war-stwą ochronną mogą być ustawiane bezpośrednio na gruncie. Przechowywanie ślazowca i miskantu, zebranych w formie zrębków, wymaga magazynów lub silosów z zadaszeniem.

Kotły na biomasę

Kotły spalające biomasę dzielimy w zależności od sposobu podawania słomy i drewna na:• wsadowe (ryc. 10 a i 10 b),• z automatycznym podawaniem paliwa.

W zależności od rodzaju spalanej biomasy do-konano dalszego podziału kotłów. W grupie kotłów z automatycznym podawaniem słomy rozróżniamy modele:• spalające bele w całości (system „cygara”),• na bele cięte,• na słomę rozdrobnioną:

– kotły na słomę ciętą,– kotły na słomę rozrywaną.Wszystkie wyżej wymienione typy kotłów są

stosowane w Polsce. Kotły na słomę o mocy do 300 kW należą do modeli wsadowych. Nazwa po-chodzi od sposobu załadunku paliwa do komory spalania – przez umieszczenie sprasowanej beli słomy w komorze. Najnowsza generacja tego typu kotłów charakteryzuje się wysoką sprawnością 70– –75% (a nawet i wyższą) oraz emisją tlenku węgla (CO) w granicach 1000–4000 mg/m3. Z reguły są

Tab. 3. Wartość opałowa wybranych rodzajów słomy zależnie od wilgotności [1]

WyszczególnienieSłoma pszenna Słoma rzepakowa

świeża szara świeża szara

Wilgotność (%) 9,3 14,6 19,9 9,1 13,4 17,2 9,1 12,8 15,9 8,6 13,3 18,8

Wartość opałowa(MJ/kg)

16,0 15,4 14,2 15,9 15,8 13,9 16,0 15,9 15,4 16,8 15,1 14,8

Rośliny energetyczne. Technologie przygotowania biomasy dla energetyki…50

to kotły z przeciwprądowym spalaniem słomy (ist-nieją również kotły z przepływowym spalaniem, jednakże mają one gorsze parametry techniczne). Załadunek może odbywać się ręcznie lub poprzez zastosowanie ładowaczy czołowych. Kotły wsa-dowe zbudowane są z dwóch komór – do jednej jest załadowywana słoma i tu zachodzi jej gazy-fikacja, a w drugiej komorze następuje właściwe spalanie. Praktycznie nie można wykonać kotła wsadowego na duży okrągły balot słomy o mocy mniejszej niż 300 kW. W systemie kotłowni wy-stępuje wentylator podający powietrze do spalania, wymiennik ciepła oraz komin. Zasada działania polega na wtłaczaniu przez wentylator do kotła po-wietrza, które dzieli się na dwie strugi – pierwotną i wtórną. Struga pierwotna trafia do komory, gdzie znajduje się uprzednio zapalona bela słomy. Nastę-puje wówczas gazyfikacja słomy wobec niedosta-tecznej ilości tlenu. Gaz powstały w tym procesie składa się głównie z CO oraz innych różnych pal-nych związków organicznych. Mieszanka ta wraca w przeciwprądzie do komory, w której natrafia na

wtórną strugę powietrza. Zapewnia ona odpowied-ni poziom tlenu, potrzebnego do pełnego utlenienia tlenku węgla w CO2. Pełne spalanie związków za-chodzi przy sięgającym 25–50% nadmiarze powie-trza. Powstałe w całym procesie spaliny kierowane są najpierw do wymiennika ciepła, a dalej do komi-na. Belę słomy można rozpalić podczas zamknięcia specjalnych drzwiczek rozpałkowych lub za pomo-cą zapalarki elektrycznej.

Kotły automatyczne wymagają rozdrobnione-go paliwa. Newralgicznym punktem tych urządzeń jest system podawania paliwa. Musi on być odpor-ny na zanieczyszczenia w paliwie i nie może się często blokować.

Jakość spalania w kotłowniach w dużym stop-niu zależy od eksploatacji kotłowni:• regulacji powietrza pierwotnego i wtórnego,• obciążenia kotła,• jakości paliwa zgodnej z wymaganiami kotła.

Sprawność kotłów zależy również od utrzymy-wania w czystości ich części wymiennikowych.

Regulacja kotłów i ich właściwa eksploatacja pozwala na oszczędzenie paliwa, czasami do 40%, i znaczne obniżenie emisji zanieczyszczeń.

Każdy kocioł wsadowy opalany biomasą powi-nien współpracować ze zbiornikiem akumulacyj-nym. W takich instalacjach kocioł wytwarza ciepło i ogrzewa wodę, która płynie do zbiornika akumu-lacyjnego. Woda ze zbiornika jest pompowana do grzejników lub wymienników i oddaje ciepło. Czas użycia ciepła nie zależy od czasu jego wytwarza-nia. W zbiorniku akumulacyjnym gromadzi się bo-wiem zapas ciepła.

W większych instalacjach stosuje się kotły zautomatyzowane. Do podstawowego wyposaże-nia tego typu kotłów należą: linia podawania sło-my, rozdrabniacz słomy, system transportu słomy rozdrobnionej, zabezpieczenia przeciwpożarowe, podajnik rozdrobnionej słomy do kotła oraz kocioł z paleniskiem.

Na rynku istnieje również wiele instalacji do spalania drewna. Większość kotłów do prawidło-wej pracy wymaga drewna suchego. W kotłach automatycznych o niewielkiej mocy, w których wykorzystywane są zrębki, stosuje się podajniki ślimakowe. Są one proste, ale jednocześnie czułe na zanieczyszczenia zrębków.

Podsumowanie

Uprawa roślin na cele energetyczne może przy-nieść wymierne efekty ekologiczne i ekonomicz-ne, szczególnie tam, gdzie tereny rolnicze nie są w pełni wykorzystywane. Zapotrzebowanie na bio-

Ryc. 10a. Kocioł wsadowy na słomę

Ryc. 10b. Kocioł wsadowy na słomę w gospodarstwie far-merskim w Szwecji

Anna Grzybek 51masę z ternów rolnych jest coraz większe, zarów-no w skali lokalnej, jak i globalnej. Zastępowanie kotłów na węgiel kotłami na słomę i drewno może spowodować znaczącą redukcję emitowanych do atmosfery dwutlenków siarki i węgla, szczególnie na terenach wiejskich, gdzie zjawisko niskiej emisji jest szczególnie dokuczliwe. Pozwala to jednocze-śnie na wzmocnienie bezpieczeństwa energetycz-nego w skali lokalnej, zwłaszcza tam, gdzie słabo rozwinięta jest infrastruktura techniczna.

Bibliografia

1. Denisiuk W. (2003), Techniczne i ekologiczne aspekty wykorzystania słomy na cele grzewcze, rozprawa doktorska, UWM Olsztyn, Wydział Nauk Technicznych, s. 74.

2. Gradziuk P. (red.) (2003), Biopaliwa, Warszawa: Wydawnictwo Wieś Jutra.

3. Grzybek A., Muzalewski A. (2007), Projekt ba-dawczy zamawiany nr PBZ-MNiSW – 1/3/2006: ,,Konwersja BiOB do energetycznych paliw ga-zowych”, maszynopis IBMER/ZPTI.

4. Kordylewski W. (red.) (2005), Spalanie i pali-wa, Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej.

5. Projekt ,,Modelowanie energetycznego wyko-rzystania biomasy” finansowany z Mechanizmu Norweskiego i EOG (2007), praca zbiorowa, maszynopis IBMER/ZPTI.

6. Rozporządzenie Ministra RiRW z dnia 14 mar-ca 2008 r. w sprawie plonów reprezentatywnych roślin energetycznych w 2008 r. (Dz.U. nr 44, poz. 267).

7. Rozporządzenie Ministra Gospodarki, Pra-cy i Polityki Społecznej z dnia 30 maja 2003 r. w sprawie szczegółowego zakresu obowiązku zakupu energii elektrycznej i ciepła z odnawial-nych źródeł energii.

8. Scholz V., Idler Ch. (2000), Loss reduced and hygienic storage of field wood chips, l’st World Conference and Exhibition – Biomass for Energy and Industry, Sevilla-Spain, 05–09 June 2000.

9. Ustawa o płatnościach do gruntów rolnych i płat-ności cukrowej z 2007 r. (Dz.U. 2007, nr 35, poz. 217) oraz jej nowelizacja z 2008 r. (Dz.U. 2008, nr 44, poz. 262).

10. Ustawa z dnia 25 sierpnia 2006 r. o biokompo-nentach i biopaliwach ciekłych (Dz.U. 2006, nr 169, poz. 1199).

Biogazownie w niewielkich gospodarstwach

Jan Cebula

W Polsce istnieje pilna potrzeba zintensyfikowania realizacji programów ochrony środowiska natu-ralnego oraz wykorzystania naturalnych źródeł energii. Mając na uwadze zwiększenie bezpieczeństwa dostaw energii, wspieranie rozwoju nowoczesnych technologii i innowacji, tworzenie nowych miejsc pracy na szczeblu lokalnym, możliwości rozwoju regionalnego, aktywizację obszarów wiejskich oraz aktywizację obszarów odizolowanych, należy zintensyfikować rozwój energetyki rozproszonej. Bio-gazownie w niewielkich gospodarstwach rolnych i rolno-hodowlanych znakomicie wpisują się w te programy. W Polsce istnieją zasoby surowcowe do wybudowania ponad 120 tys. małych i średnich biogazowni rolniczych. Warunki ekonomiczne i prawne stawiane inwestorom oraz brak programów związanych z energetyką biogazową uniemożliwiają rozwój tej gałęzi gospodarki.

Wykorzystanie odpadów do produkcji biogazu, takich jak: obornik, gnojowica, odpady zwierzęce, tłuszcze poflotacyjne, odpady z przemysłu spo-żywczego, przetwórczego oraz innych odpadów organicznych, może stworzyć źródło zarobku dla małych i średnich gospodarstw rolno-hodowlanych oraz stać się przyczyną faktycznej restrukturyzacji wsi.

W rolnictwie z jednej strony z dużym zaintere-sowaniem spogląda się na produkcję biomasy prze-znaczonej do wytwarzania bioenergii, a z drugiej strony uważa się, że rolnictwo powinno produko-wać żywność. Intensywna hodowla zwierząt jest źródłem dużej ilości masy odpadów hodowlanych. Wykorzystując fermentację metanową, można z nich wyprodukować biogaz, który może zostać w pewnych warunkach substytutem gazu ziemne-go. Produkcja biogazu staje się więc ważnym mo-torem napędu wielu inicjatyw społecznych związa-nych z ochroną środowiska glebowego, wodnego oraz powietrza. Zespołowe biogazownie rolnicze mogą mieć w Polsce duże znaczenie, zwłaszcza na terenach o charakterze turystycznym i wypoczyn-kowym. Hermetyzacja procesów fermentacji redu-kuje w ponad 90% emisję związków odorowych. Ma to szczególne znaczenie dla ograniczania emisji zapachów w gospodarstwach hodowlanych, rolno-

-spożywczych oraz w miejscowościach turystycz-no-wypoczynkowych.

Różnorodność oraz wielkość gospodarstw ho-dowlanych ma istotny wpływ na zróżnicowanie budowanych biogazowni pod względem technicz-nym, technologicznym i konstrukcyjnym.

Produkcja i wykorzystanie biogazu wymaga wsparcia finansowego. Może to przybrać formę zmniejszenia kosztów pozyskania energii bądź zwiększenia ceny sprzedawanej energii. Z praktyki krajów ościennych wynika, że wszędzie tam, gdzie inwestor otrzymał wysoką zapłatę za energię, na-stępował wzrost liczby nowo budowanych bioga-zowni rolniczych. Natomiast w Polsce funkcjonuje niejasny system finansowania budowy biogazowni, który hamuje ich rozwój [4, 5, 6]. Dotyczy to mię-dzy innymi niejasności w zakresie zwolnień od po-datków, zwrotu kosztów kwalifikowanych, liczby programów wspomagania itp. Kwoty uzyskane ze sprzedaży wyprodukowanego prądu elektrycznego nie pozwalają na rozwój biogazu rolniczego w Pol-sce (tab. 1).

Głównymi zaletami produkcji biometanu są:• możliwość użycia biomasy o wilgotności 40%,• redukcja odorów zwierzęcych,• wykorzystanie gnojowicy, co w efekcie dopro-

wadzi do zmniejszenia jej nadprodukcji,

fot. Marek Pawełczyk

Jan Cebula 53

• redukcja patogenów,• wykorzystanie odchodów ptasich o dużej za-

wartości azotu organicznego, który w trakcie fermentacji przechodzi w formę nieorganiczną,

• możliwość stosowania roślin energetycznych o dużej wilgotności,

• możliwość wykorzystania traw z łąk, parków i zieleńców,

• możliwość wykorzystania chwastów.

Trendy rozwojowe produkcji biogazu w Europie i na świecie

Według Retza [10] surowcem do produkcji biometanu mogą być odchody zwierzęce, obornik, odpady warzyw, pozostałości oleju oraz rośliny energetyczne.

W zależności od priorytetów, jakie istnieją w danym kraju, zwraca się uwagę na różne rozwią-zania i potrzeby. Mogą to być priorytety związane z ochroną środowiska albo potrzebami energetyki lub wprowadzenie nowoczesnych technologii.

Każdy kraj realizujący program fermentacji metanowej ma swój priorytet. Niemcy nastawio-ne są na produkcję energii elektrycznej z kiszonki kukurydzianej, odpadów organicznych i odchodów zwierzęcych. Jako wiodący kraj w świecie prowa-dzą bardzo szerokie badania naukowe z wyko-rzystaniem zdobyczy inżynierii genetycznej, alg, turbin gazowych, ogniw paliwowych, gazu do na-pędu silników (Compressed Natural Gas – CNG), wprowadzaniem gazu do sieci czy też stosowaniem membran do oczyszczania biogazu. Na podstawie najnowszych badań naukowych przewidywany jest dalszy wzrost produkcji metanu o 40%. Wprowa-dzane po dokładnych, żmudnych, wszechstronnych i precyzyjnych badaniach niemieckie rozwiązania konstrukcyjne są proste, tanie i niezawodne. Po-

nadto produkcja biomasy na biogaz wymaga od inwestorów ciągłych udoskonaleń organizacyj-nych i technologicznych oraz rozwijania nowych technologii. Potrzebna jest wiedza dotycząca ga-tunków roślin przeznaczanych do kofermentacji, przygotowania zapasów biomasy, jej magazynowa-nia, transportowania, fermentacji i wreszcie prze-chowywania masy pofermentacyjnej i warunków jej rolniczego wykorzystania. Rozwój biogazowni rolniczych w Niemczech, Republice Czeskiej oraz Austrii powoduje wzrost zainteresowania produk-cją biomasy w naszym kraju.

Zaletą upraw energetycznych jest przeciętna wydajność biometanu uzyskana z hektara wynoszą-ca 4100 Nm3. Jest to równoważne 127 GJ/ha, czyli prawie trzykrotnie więcej niż w razie stosowania Rapsed Methyl Esters (RME) i półtora raza wię-cej niż dla etanolu. Według Amona [1] intensywna uprawa dostarcza biomasy na wyprodukowanie 7100–8500 Nm3 CH4/ha. Uprawa roślin przezna-czonych do produkcji biogazu wymaga dużej wie-dzy. Obecnie otrzymuje się 20,76–34,57 t masy organicznej z hektara. Przy założeniu, że z kilogra-ma masy organicznej uzyskuje się 205,83–261,05 Ndm3 CH4, z hektara upraw otrzymuje się 5288– –8529 Nm3 CH4. Należy pamiętać, że jeżeli rośliny zbierze się w nieodpowiednim czasie, to produkcja biometanu może spaść nawet o 40%. Sporządzenie kiszonki z tych roślin może spowodować wzrost ilości otrzymanego biometanu o 15%. Produkcję 95% CH4 otrzymuje się po około 40 dniach fer-mentacji.

Austria nastawiona jest na kofermentację bio-masy i skojarzone systemy wytwarzania i wyko-rzystania ciepła i energii (Combined Heat and Po-wer System – CHP). Prowadzone są tam również bardzo intensywne badania naukowe związane z powszechnym użyciem biogazu. Ścisła naukowa

Tab. 1. Ceny energii elektrycznej w różnych krajach

Kraj Cena (euro/kWh) Cena (zł/1kWh)1 euro = 4,5 zł Uwagi

Niemcy 0,15–0,23 0,67–1,04

Austria 0,125–0,165 0,56–0,74

Słowacja 0,08–0,14 0,36–0,63 w zależności od pochodzenia biogazu

Republika Czeska 0,16 0,72 bez ograniczenia mocy

Węgry 0,11–0,13 0,49–0,585 w zależności od godzin zasilania

Włochy 0,18–0,30 0,81–1,35 w zależności od pochodzenia biogazu

Rumunia 0,16–0,19 0,72–0,85

Polska 0,087 0,39

Biogazownie w niewielkich gospodarstwach54współpraca pomiędzy przemysłem a uniwersy-tetem w Wiedniu przyniosła doskonałe rezultaty. Przykładem są rozwiązania w Güising i Mureck. Specyfika gospodarstw rolnych w Austrii oraz roz-wój biogazowni rolniczych mogą być dla Polski przykładem.

Dania kładzie głównie nacisk na biogazow-nie zespołowe i utylizację odpadów zwierzęcych. Rozwiązania duńskie są bardzo nowoczesne, ele-ganckie, a czasami nawet zbyt zinformatyzowane. Na uwagę zasługuje również zaangażowanie wielu zespołów naukowych oraz prowadzenie licznych programów badawczych, których wyniki budzą powszechny szacunek świata nauki. Prace ponad stuosobowego zespołu naukowego z Lingby zwią-zanego z energetyką odnawialną i z ochroną środo-wiska również są godne podziwu.

Szwecja podkreśla swoje osiągnięcia związane z kofermentacją roślin energetycznych z gnojowi-cą i wykorzystaniem biogazu do napędu pojazdów. W Szwecji ciekawe rozwiązania uzyskano dzięki skojarzeniu fermentacji upraw energetycznych i fermentacji osadów ściekowych na oczyszczalni ścieków komunalnych. Dalsze zastosowanie bio-metanu jako CNG poprzedzone jest oczyszczaniem biogazu z wykorzystaniem różnych technologii. Stosowane są głównie metody chemiczne (alka-noloaminy) oraz fizyczne, takie jak: mycie wodne oraz adsorpcja na węglach aktywnych (Preasure Swing Adsorption – PSA). Zwraca się szczególną uwagę na rozwój rozwiązań konstrukcyjnych zwią-zanych z wykorzystaniem biomasy odpadowej. Ważną rolę odgrywają rośliny energetyczne.

Inne stanowisko wobec biogazu przyjęto w Chinach i Indiach. W Indiach odchody bydlę-ce, trzody chlewnej, pomiot ptaków i ekskrementy ludzi stanowią podstawowy wsad do 12–30 mln rodzinnych biogazowni, trzeba tam jeszcze wybu-dować 100 mln instalacji biogazowych. Znaczna część biogazowni (70–88 mln) może być zasilana świeżą i mokrą biomasą odpadową. Z 1150 mln t dostępnej biomasy jedna piąta może zaopatrywać biogazownie. W Indiach prowadzi się badania związane z pozyskaniem roślin z morza oraz od-padów z przemysłu spożywczego i innej biomasy do produkcji biogazu, w tym badania z zastoso-waniem NaOH do hydrolizy biomasy. Uzyskane rezultaty zachęcają do dalszych badań. Studiowa-no zachowanie się mikroorganizmów w trakcie fermentacji odpadów pomidorów. Stwierdzono spadek populacji mikroorganizmów wraz ze spad-kiem pH osadów.

Fermentacja dzienna obornika pochodzącego średnio od 5 sztuk bydła (minimum 4) może do-

starczyć ilość biogazu wystarczającą dla jednej rodziny. Kiedy temperatura pod ziemią jest sprzy-jająca i wynosi 30ºC, dziennie można wyproduko-wać co najmniej 2,7 m3 biogazu. Ma on wartość kaloryczną 17–27 MJ/m3 (5–7 kWh/m3), co odpo-wiada wartości kalorycznej równoważnej 1,5 dm3

nafty, która może zaspokoić codzienne zapotrze-bowanie rodziny pięcioosobowej. Szacuje się, że przeciętne dziennie zapotrzebowanie biogazu na osobę dorosłą wynosi 0,3 m3 do gotowania i 0,2 m3

do celów opałowych. Instalacja biogazowa o obję-tości 3 m3 częściowo wybudowana pod ziemią wy-starczy dla jednej typowej rodziny. Koszty budowy takiej instalacji mają dużą szansę zostać spłacone w ciągu 3 lat. Czas pracy takiej instalacji szacowa-ny jest średnio na 20 lat. Wybudowana instalacja o objętości 3 m3 wymaga około 50–60 kg (4 wia-dra) surowego mokrego obornika od bydła i takiej samej ilości wody. Jeśli obornik wprowadzony do komory fermentacyjnej jest płynny, mieszanie nie jest potrzebne. Po 15-dobowej inkubacji bio-gaz uchodzący z komory fermentacyjnej zaczyna być palny, a później przez 3 tygodnie jego skład jest ustabilizowany. Średni czas przebywania od-chodów w komorze fermentacyjnej wynosi 3–7 tygodni, optymalna temperatura zaś 40ºC przy pH 6,5–7,5. W małych przydomowych komorach fer-mentacyjnych nie kontroluje się temperatury i pH. Biogaz ma być w Indiach dla co drugiego gospo-darstwa wiejskiego źródłem energii, która zaspo-koi elementarne zapotrzebowanie na paliwo na terenach wiejskich, przyczyniając się do rozwoju hodowli bydła.

Przykładem do naśladowania w Polsce są roz-wiązania przyjęte w Chinach. W roku 1999 zreali-zowano tam dwa projekty, które miały zapobiec pogarszającemu się kryzysowi środowiskowemu – program „Energy and Environment” i program „Home – Bio and Well Being”. Podobnie jak w Niemczech programy te obejmowały finansową pomoc motywującą mieszkańców terenów wiej-skich do budowania instalacji biogazowych. Kon-cepcja się przyjęła i liczba instalacji biogazowych w Chinach gwałtownie wzrosła. W roku 2003 ogłoszono nowy program „China’s 2003–2010 Na-tional Rural Biogas Construction Plan”. Jego celem było zwiększenie liczby instalacji biogazowych do 20 mln w 2005 roku. 10% wszystkich gospodarstw rolnych wykorzystywało biogaz z własnych instala-cji. Liczba wybudowanych instalacji biogazowych przed rokiem 2010 miała wynosić 50 mln. Każda mała instalacja biogazowa otrzymała dotację rządo-wą w wysokości 150 dolarów. Chiny planują zaspo-koić 15% całkowitego zużycia energii z odnawial-

Jan Cebula 55nych źródeł przed rokiem 2020; oznacza to, że musi powstać 200 mln instalacji biogazowych. Przewi-dywany koszt inwestycji szacuje się na 187 mld dolarów.

Obecnie napęd silników spalinowych w świecie bazuje głównie na paliwie ciekłym. Wprowadza-nie paliwa gazowego do sektora transportu powoli, ale systematycznie wzrasta. Pojazdy, które wyko-rzystują paliwo gazowe zamiast ciekłego, używają głównie gazu ziemnego. Jedną z bardzo obiecują-cych koncepcji jest zastąpienie gazu ziemnego bio-metanem [3, 7]. Biometan jest najwydajniejszym i najczystszym paliwem, które może być produko-wane prawie wszędzie i ze wszystkich rodzajów biomasy, w tym takiej, która nie jest użyteczna przy otrzymywaniu innych rodzajów paliw. Innym argumentem przemawiającym za wykorzystaniem biometanu w motoryzacji jest możliwość dywersy-fikacji źródeł zaopatrzenia.

Klasyfikacja biogazowni

Jak już podano wcześniej, każda biogazownia rolnicza jest inna. Przykładem jest ponad 5 tys. ta-kich instalacji w Niemczech. Wśród nich istnieją zarówno biogazownie o mocy 20 MWe, a także o mocy 15 kWe.

Reaktory do fermentacji metanowej można podzielić na wiele sposobów. Podział reaktorów ze względu na niektóre parametry przedstawiono w tabeli 2.

Temperatura procesu fermentacji metanowej ma decydujący wpływ na stopień konwersji, kinetykę rozkładu biomasy, stabilność, jakość wytwarzanej pozostałości oraz ilość powstającej energii net-to. Procesy metanogenne zachodzą w przyrodzie w temperaturze 4–98°C. W wyższej temperaturze rośnie szybkość procesów konwersji biomasy, ale spada ich stabilność. Wyższa temperatura wpływa na efektywność rozpadu związków organicznych oraz wyginięcie organizmów patogennych.

Mieszanie biomasy reakcyjnej może odbywać się mechanicznie, poprzez recyrkulację kultur bak-terii oraz przemieszczanie biogazu. Recyrkulacja kultur bakterii ma wiele zalet; do jej przeprowa-dzenia można zastosować pompy. Dostarczanie świeżej biomasy do reaktora odbywa się 1–3 razy w ciągu dnia, ale znane są rozwiązania konstruk-cyjne reaktorów, do których biomasa ładowana jest jednokrotnie, a następnie przez 20 dni odbywa się jedynie wymiana i recyrkulacja odcieków.

Biomasa może zawierać inhibitory fermentacji w postaci różnego rodzaju ksenobiotyków, takich jak na przykład: antybiotyki, środki ochrony roślin,

metale toksyczne oraz amoniak. Wysokie stężenie amoniaku wytwarzanego podczas fermentacji bio-masy wpływa katalizująco na hydrolizę węglowo-danów, ale hamująco na proces fermentacji bioma-sy, zwłaszcza przy wysokim pH [12].

Tab. 2. Podział reaktorów do produkcji biogazu rolnicze-go

Lp Parametr Opis

1 Objętość komory fermen-tacyjnej

od kilku do kilkudziesię-ciu tysięcy m3

2 Temperatura fermentacji – psychofilowa – 25ºC– mezofilowa – 32–38ºC– termofilowa 42–55º

3 Liczba stopni fermentacji – jednostopniowe– dwustopniowe– wielostopniowe

4 Zawartość suchej masy – < 15% mokra– 20–60% sucha

5 Sposób załadowania reaktora

– ciągły– okresowy

6 Sposób mieszania – ciągły– okresowy

7 Kształt komory – kulisty– walcowaty– jajowaty– prostokątny

8 Sposób podawania substratu do komory fermentacyjnej

– pompą– transporterem

ślimakowym– transporterem

taśmowym

Zawartość suchej masy w fermentowanej bio-masie może wynosić od poniżej 1% do ponad 60%. Tak szeroki zakres zawartości biomasy podczas fer-mentacji termofilowej znacznie zmienia wymaga-nia cieplne. Od utrzymania właściwych warunków przebiegu procesu zależy ilość powstałego bioga-zu, jego skład, kaloryczność, zanieczyszczenia, jak również jakość masy pofermentacyjnej. Fer-mentacja metanowa substratu o niskiej zawartości biomasy wymaga innych rozwiązań konstrukcyj-nych niż substratu o zawartości 60% sm. Metodę termofilową według prof. W. Vestraete z Gent Dry Anaerobic Composting (DRANCO) charakteryzu-je bardzo wysoka produkcja biogazu w jednostce objętości reaktora [9]. Metoda fermentacji meta-nowej odpadów według prof. D. Chynowetha jest testowana w statkach kosmicznych [8].

Produkcja biogazu wymaga wykonania odpo-wiedniej liczby operacji jednostkowych. Przykład takich operacji przedstawiono na rycinie 1.

Biogazownie w niewielkich gospodarstwach56

Ryc. 1. Operacje jednostkowe wykonywane w biogazow-ni rolniczej

Wykonanie kolejnych operacji jednostkowych związane jest z użyciem odpowiednich urządzeń i maszyn. Usytuowanie w ciągu technologicznym niezbędnych urządzeń stosowanych w biogazowni przedstawiono na rycinie 2.

Ryc. 2. Maszyny i urządzenia stosowane w biogazowni

Ogólny schemat wytwarzania biogazu

Biogaz wytwarzany jest w wyniku fermenta-cji anaerobowej biomasy roślinnej lub zwierzęcej. Proces ten po raz pierwszy udokumentował fran-cuski naukowiec Antonie Bechamp w 1868 roku. Podczas fermentacji alkoholowej zaobserwował wydzielający się gaz, którego składnikami okazały się metan i dwutlenek węgla. Rozkład materii orga-nicznej w warunkach beztlenowych zachodzi dzię-ki mikroorganizmom i prowadzi do wytworzenia alkoholi, w tym etylowego, oraz niższych kwasów organicznych, takich jak: mrówkowy, octowy, ma-słowy, a szczególnie gazów, w tym metanu, dwu-tlenku węgla i wodoru. Rozkład niższych kwasów organicznych i alkoholu etylowego oraz redukcja dwutlenku węgla prowadzi do powstania metanu. W fermentacji metanowej bierze udział kilka form morfologicznych mikroorganizmów. Stwierdzono, że jako zaszczep (inoculum) do fermentacji meta-nowej może być użyty muł rzeczny, gleba, odchody zwierząt trawożernych lub treść przewodu pokar-mowego tych zwierząt, nawóz (obornik). Przyjęto ogólną nazwę dla mikroorganizmów odpowiedzial-nych za proces – bakterie fermentacji metanowej,

a samemu procesowi nadano nazwę – fermentacja metanowa.

Proces ten od dawna wykorzystywany jest w oczyszczalniach ścieków komunalnych, gdyż umożliwia on przetworzenie osadów ściekowych w łatwo odwadniającą się masę. Produkty gazowe powstałe podczas fermentacji metanowej hipote-tycznego związku organicznego można zapisać:

CcHhOoNnSs + yH2O → nNH3 + sH2S + xCH4 + + (c-x)CO2

W zależności od składu ilościowego i jakościo-wego fermentowanej biomasy ilość otrzymywane-go biogazu jest różna. Najwięcej biogazu można otrzymać w trakcie fermentacji tłuszczów roślin-nych i zwierzęcych. Znając skład chemiczny fer-mentowanej biomasy, można obliczyć skład i ilość produkowanego biogazu.

Fermentacja krowiego obornika w reaktorze z ciągłym mieszaniem z dodatkiem do 40% traw ma wydajność 0,268 m3 CH4/kgVS (Volatile Sub-stance), liści i wierzchołków buraka cukrowego 0,229 m3CH4/kgVS, i 0,213 m3CH4/kgVS z dodat-kiem słomy. W procesie fermentacji kiszonki z bu-raków cukrowych, traw i koniczyny wydajność procesu określa się na 0,382–0,390 m3CH4/kgVS w czasie 50–55 dni fermentacji. Ważne jest, żeby pozostałości pofermentacyjne nadawały się do wy-korzystania jako nawóz dla upraw.

Fermentacja metanowa jest procesem złożo-nym i przebiega zasadniczo w czterech stadiach. W pierwszym stadium kwasy, zasady [2] lub en-zymy i bakterie fermentacyjne przemieniają spoli-meryzowane związki złożone w związki prostsze. Musi nastąpić hydroliza węglowodanów – polisa-charydów do oligosacharydów i monosacharydów. Uwodnienie węglowodanów można przedstawić następująco:

(C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6

Związki zawierające azot, takie jak białka, po hydrolizie tworzą aminokwasy.

Trójglicerydy hydrolizują do kwasów tłuszczo-wych i gliceryny. Z 1 mola tłuszczu w wyniku hy-drolizy z 3 molami wody otrzymuje się 1 mol gli-ceryny i 3 mole wyższych kwasów tłuszczowych. Po hydrolizie i glikolizie powstaje wiele związków organicznych i tylko niektóre produkty nadają się do metanogenezy. Procesy hydrolizy, acidogenezy, acetogenezy i metanogenezy przebiegają w tym samym reaktorze, w tym samym czasie z udziałem różnego rodzaju bakterii i enzymów. Czasami reak-cje są przeciwstawne – stąd tak trudne jest opano-wanie procesu fermentacji metanowej, zwłaszcza

Jan Cebula 57w reaktorach o objętościach wynoszących czasami nawet do kilkudziesięciu tysięcy metrów sześcien-nych.

W procesie metanogenezy z węglowodanów wytwarzany jest metan i dwutlenek węgla. Sche-matycznie można to zapisać:

nC6H12O6 → 3nCO2 + 3nCH4

Od składu chemicznego fermentowanego sub-stratu zależą ilość i skład chemiczny wydzielonego biogazu, w którym mogą występować różne sub-stancje śladowe, mające istotny wpływ na własno-ści biogazu i na proces oczyszczania biometanu. W biogazie wykryto kilkaset różnych lotnych związków występujących w ilościach śladowych. Mają one czasami istotne znaczenie dla praktycz-nego wykorzystania biogazu. Zawarte w biogazie siarkowodór, silany, siloksany często uniemożli-wiają wykorzystanie go bez uprzedniego ich usu-nięcia.

Warunki konieczne do prawidłowej produkcji biogazu

Na przebieg procesu fermentacji metanowej mają wpływ czynniki fizyczne, chemiczne i biolo-giczne. Do najważniejszych czynników fizycznych należy zaliczyć:• temperaturę,• hydrauliczny czas zatrzymania,• mieszanie,• zawartość suchej masy,• rodzaj biomasy,• przewodność elektryczną,• ładunek lotnych substancji organicznych.

Do najważniejszych czynników chemicznych kontrolowanych w czasie fermentacji metanowej należą:• pH,• zasadowość,• zawartość lotnych kwasów organicznych,• chemiczne zapotrzebowanie na tlen (ChZT),• zawartość substancji nawozowych,• zawartość pierwiastków śladowych,• zawartość związków toksycznych.

Jako inoculum (zaszczep) mogą być użyte bak-terie żyjące w reaktorach, w których przeprowa-dza się anaerobową fermentację ścieków, bakterie żyjące w osadach rzecznych, osadach jeziornych, osadach bagiennych oraz znajdujące się w prze-wodzie pokarmowym i odchodach przeżuwaczy. Adaptacja bakterii z tych źródeł do warunków ter-mofilowych trwa około 2–4 miesięcy, a czasami nawet do roku.

Substraty nadające się do produkcji biogazu

W zależności od warunków przyrodniczych ilość produkowanej biomasy w odniesieniu do po-wierzchni 1 hektara jest bardzo różna. I tak w rze-czywistości ilość energii słonecznej przetwarzanej przez rośliny wynosi do 2%, a w przypadku alg do 20%. Stąd zainteresowanie algami nabiera coraz większego znaczenia.

Do produkcji biogazu wraz z obornikiem i upra-wami energetycznymi stosuje się ponad 30 różnych rodzajów odpadów rolniczych, odpadków żywno-ści i pozostałości z przemysłu rolnego. Wszystkie uprawy rolnicze mogą być wykorzystane do pro-dukcji biogazu, jeżeli rośliny nie są zdrewniałe i uzyskuje się z ich uprawy wysokie plony z hek-tara. Wydajność biogazu z różnych substratów przedstawiono w tabeli 3.

Uzyskiwanie biogazu z obornika zapewnia mniejszą wydajność, ale jego fermentacja wpływa pozytywnie na stabilność przebiegu procesu, ponie-waż obornik jest produkowany ciągle i w dużych ilościach. W oborniku znajduje się wysoka zawar-tość pierwiastków śladowych. Żeby podnieść wy-dajność produkcji biogazu z roślin energetycznych, poddaje się wspólnej fermentacji odchody zwie-rzęce wraz z organicznymi substratami, uprawami energetycznymi i pozostałościami uprawowymi.

Biogazownie w niewielkich gospodarstwach rolniczych

W Polsce na wsi w 2007 roku zużycie energii elektrycznej przez 4 681 900 odbiorców wynosiło 10 420,8 GWh, a zatem na 1 mieszkańca przypada 705,8 kWh. Również w 2007 roku na wsi mieszka-ło 820 200 (11,6% ogółu) odbiorców gazu z sieci. Produkcja energii elektrycznej na wsi może odby-wać się przy wykorzystaniu biomasy. Do tej pory odchody zwierzęce praktycznie nie są wykorzysta-ne jako surowiec energetyczny; zgromadzenie ich w odpowiedniej ilości utrudnia specyfika polskiego rolnictwa, jaką jest jego rozdrobnienie.

Z praktyki krajów ościennych wiadomo, że bio-gazownie rolnicze mają rację bytu w tych gospo-darstwach, które mają powierzchnię powyżej 20 ha. Mają one wtedy tyle własnej biomasy, że wystarczy na pokrycie potrzeb małej biogazowni rolniczej. Ta-kich gospodarstw w Polsce jest ponad 126 tys. [11]. Należy więc zakładać, że w Polsce może zostać wy-budowanych ponad 120 tys. biogazowni rolniczych. Jest sprawą oczywistą, że praktycznie biogazownie powinny powstawać również w małych, kilkuna-

Biogazownie w niewielkich gospodarstwach58

stohektarowych gospodarstwach. Biogazownia taka powinna skupiać 3–4 hodowców. Takie rozwiązanie byłoby optymalne. Przykłady z Austrii i Włoch po-kazują wyraźnie, że budowanie zespołowych bioga-zowni jest możliwe, pożądane i przynosi doskonałe rezultaty.

Nieco inna jest struktura gospodarstw rolnych w Austrii czy w Niemczech. Stąd w tych krajach mogą rozwijać się nieco większe biogazownie rolnicze. Praktyka dowodzi, że w tych krajach wielkość biogazowni też nie powinna przekroczyć 500 kWe mocy elektrycznej. W celu zobrazowania specyfiki gospodarstw rolnych w tabeli 4 podano ich liczbę w Austrii, Holandii, Niemczech i Pol-sce.

Z danych zamieszczonych w tabeli 5 wynika, iż specyfiką polskiego rolnictwa jest jego duże roz-drobnienie, co przemawia za budową małych bio-

gazowni rolniczych. Z drugiej jednak strony znane są we Włoszech, w Szwajcarii i Niemczech bio-gazownie rolnicze, które nie zajmują powierzchni rolnej. Do tej pory nie stworzono w Polsce warun-ków do budowy biogazowni rolniczych, wykorzy-stującej istniejącą infrastrukturę. Przykładem są budynki, urządzenia i budowle w byłych PGR, któ-re mogłyby posłużyć do produkcji biogazu rolni-czego. Również wydajność produkcji rolnej z hek-tara w Polsce jest inna niż w krajach UE. Rozwój biogazowni rolniczych w Niemczech, w Republice Czeskiej oraz Austrii powoduje wzrost zaintereso-wania produkcją biomasy w naszym kraju.

Na rycinach 3–5 przedstawiono nowoczesną biogazownię rolniczą w Niemczech z turbiną gazo-wą oraz (ryc. 6 i 7) biogazownię rolniczą w Polsce w budowie.

Tab. 3. Wydajność biogazu z wybranych odpadów i roślin przeznaczonych do fermentacji metanowej

Teoretyczna wydajność biogazu

SubstratZawartość

suchej masy TS (%)

Zawartość masy organicznej OTS

(%)

Objętość z 1 Mg masy org OTS

(m3)

Objętość z 1 Mg świeżej masy

(m3)

Zawartość metanu

(%)

Wywar zbożowy 6–8 83–88 430–700 30–50 58–65

Wywar ziemniaczany 6–8 85–95 400–700 36–42 58–65

Wywar owocowy 2–3 95 300–650 10–20 58–65

Melasa 80–90 85–90 360–490 290–340 70–75

Wytłoki jabłkowe 25–45 85–90 66–680 145–150 65–75

Treść żołądków świń 12–15 75–86 25–450 20–60 60–70

Osad z flotacji tłuszczów 5–24 80–95 900–1200 35–280 60–72

Skoszona zieleń 12 83–92 550–680 150–200 55–65

Pomiot kurzy 27,0 67,0 773 140 58

Serwatka świeża 5,6 92,2 764 39 53

Kiszonka z kukurydzy 18–32 93–96 580–635 98–186 54

Gnojowica bydlęca 10,0 68,5 801 55 55

Gnojowica świńska 7,5 82,0 815 50 58

Odpadki kuchenne 18,0 92,3 54,0 90 68

Koniczyna 88,0 93,5 581 478 56

Sucha trawa 86,0 91,9 393 311 52

Trawa łąkowa 18–20 90–92 780–707 98–119 54–56

Siano 86 80–90 512–583 409–453 53–55

Kiszonka z buraków cukro-wych

18,0 80,5 675 98 55

Tab. 4. Liczba gospodarstw rolnych według grup obszarowych w 2007 roku [11]

Kraj Ogółem < 5 ha 5–20 ha 20–50 ha > 50 ha

Austria 165 000 55 300 65 500 33 300 11 300

Holandia 76 700 21 500 23 100 21 000 11 200

Niemcy 370 000 83 600 120 000 81 900 85 400

Polska 2 391 000 1 637 000 629 000 101 000 24 000

Jan Cebula 59

Ryc. 3. Nowoczesna biogazownia rolnicza w Schkoelen w Niemczech. W biogazowni wytwarza się biogaz z gno-jowicy i kiszonek. Objętość produkowanego biogazu wynosi 12 tys m3 na dobę. Spółdzielnia rolnicza Agrar-genossenschaft wykorzystuje różnego rodzaju nowocze-sne urządzenia kogeneracyjne, między innymi turbinę gazową.

Ryc. 4. Turbina gazowa napędzana biogazem rolniczym. Zespół składa się z czterech turbin gazowych o mocy 65 kWe każda. Ciśnienie biogazu na zasilaniu wynosi 5,5 bar i uzyskiwane jest za pomocą sprężarki. Sprawność elektryczna turbiny wynosi 29%.

Ryc. 5. Sprężarka biogazu rolniczego przed turbiną ga-zową. W Polsce budowana jest i przygotowywana do uruchomienia mała biogazownia rolnicza wykorzystująca pomiot kurzy i gnojowicę świńską.

Ryc. 6. Nowo budowana mała biogazownia rolnicza w Polsce

Ryc. 7. Komora fermentacyjna pionowa w nowo budowa-nej biogazowni rolniczej w Polsce

Podsumowanie

Na podstawie przeprowadzonych analiz należy sformułować następujące spostrzeżenia i uwagi:1. W Polsce istnieją zasoby biomasy wymagające

budowy ponad 120 tys. biogazowni rolniczych.

Tab. 5. Gospodarstwa rolne według grup obszarowych użytków rolnych w 2007 roku [11]

Powierzchnia (ha) Liczba Procent Powierzchnia (ha)

Ogółem 2 579 178 100 18 662 600

0–1 771 134 29,9 525 728

1–2 422 610 16,4 782 156

2–3 273 779 10,6 830 513

3 –5 340 485 13,2 1 614 552

5–10 400 152 15,5 3 343 289

10–15 166 595 6,5 2 298 885

15–20 77 597 3,0 1 491 398

20–30 65 351 2,5 1 743 297

30–50 37 372 1,5 1 543 176

50–100 15 995 0,6 1 183 628

100i więcej

8 109 0,3 3 305 979

Biogazownie w niewielkich gospodarstwach60Należy dążyć do zmiany istniejącego prawo-dawstwa oraz systemu finansowania, który utrudnia lub uniemożliwia budowę biogazowni w naszym kraju.

2. Produkcja biogazu zaliczana jest obecnie do przyszłościowych technologii, które mogą wy-wrzeć olbrzymi wpływ na rynek paliw, zwłasz-cza na terenach wiejskich. Transfer wiedzy i postępu w poszukiwaniu biokatalizatorów spe-cyficznych dla biomasy pozwalający na zmniej-szenie czasu produkcji biometanu i wzrost wy-dajności fermentacji jest zbyt słaby i wymaga skoordynowanych wysiłków naukowców, prak-tyków i inżynierów.

3. Dynamiczny rozwój biogazowni rolniczych następuje w tych krajach, gdzie zaprzestaje się dotacji na etapie budowy (inwestor otrzymuje kredyt preferencyjny na jasno określonych wa-runkach), a dotowany jest produkt finalny, czyli energia, to jest każda kWhe. Przykładem jest między innymi Republika Czeska, gdzie liczba wybudowanych biogazowni rolniczych wynosi obecnie około 74. Tam dotowany jest produkt końcowy, cena 1 kWhe wynosi 4,2–4,5 korony, czyli 0,70–0,73 zł, a w Polsce 0,39 zł.

Bibliografia

1. Amon T., Amon B., Kryvoruchko V., Zollitsch W., Mayer K., Gruber L. (2007), „Biogas pro-duction from maize and dairy cattle manure: In-fluence of biomass composition on the methane yield”, Agriculture, Ecosystems & Environment 118 (1–4).

2. Carrère H., Sialve B., Bernet N. (2009), „Im-proving pig manure conversion into biogas by thermal and thermo-chemical pretreatments”, Bioresource Technology 100 (15).

3. Cebula J. (2009a), „Aktualne kierunki rozwoju biogazowni rolniczych”, XI Międzynarodowa Konferencja Naukowa: Problemy Intensyfikacji Produkcji Zwierzęcej z Uwzględnieniem Ochro-

ny Środowiska i Standardów UE, Warszawa: In-stytut Budownictwa, Mechanizacji i Elektryfika-cji Rolnictwa.

4. Cebula J. (2009b), „Biogas purification by sorp-tion techniques”, ACEE: Architecture, Civil En-gineering, Environment, 2.

5. Cebula J. (2005), „Nowe kierunki wykorzysta-nia biogazu rolniczego w Austrii, Niemczech i Szwecji”, w: P. Lewandowski (red.), Energia odnawialna na Pomorzu Zachodnim. Energia z biomasy szansą na rozwój. Uwarunkowania i prognozy, Szczecin: Wydawnictwo Hogben, s. 239–246.

6. Cebula J., Latocha L. (2005a), „Biogaz rolniczy – praktyka i realia pomocy dla najliczniejszej grupy społecznej w Polsce”, Ogólnopolskie Fo-rum Odnawialnych Źródeł Energii, XI Konfe-rencja Naukowo-Techniczna, Warszawa: WWF Polska, Światowy Fundusz na rzecz Ochrony Przyrody.

7. Cebula J., Latocha L. (2005b), „Przygotowanie biogazów do czystości gazu ziemnego”, Kra-ków: X Ogólnopolskie Forum Odnawialnych Zasobów, Źródeł i Technologii Energetycznych, Ekoenergetyka.

8. Chynoweth D.P., Owens J.M., Teixeira A.A., Pullammanappallil P., Luniya S.S. (2006), „An-aerobic digestion of space mission wastes”, Wa-ter Science and Technology 53 (8).

9. Lissen G., Bellinda Thomsen A., Debaere L., Verstraete W., Ahring B.K. (2004), „Thermal wet oxidation improves anaerobic biodegradability of raw and digested biowaste”, Environmental Science and Technology 38 (12).

10. Retz D., Janssen R. (2007), BioFuel Technology Handbook, München: WIP Renewable Energies.

11. Rocznik Statystyczny Rolnictwa i Obszarów Wiejskich (2008), Warszawa: GUS.

12. Tomoko Yasuda, Kazutaka Kuroda, Yasuyuki Fukumoto, Dai Hanajima, Kazuyoshi Suzuki (2009), „Evaluation of full-scale biofilter with rockwool mixture treating ammonia gas from li-vestock manure composting”, Bioresource Tech-nology 100.

Małe i duże elektrownie wiatrowe

Jacek Leśny

W artykule prześledzono zmiany, jakie zachodzą w ostatnich latach na świecie pod względem mocy poszczególnych elektrowni wiatrowych. Dotychczas liderem tego typu inwestycji były Niemcy i Stany Zjednoczonone. Kraje te nadal przodują, jeśli chodzi o moc energetyki wiatrowej, jednak dziedzina ta bardzo dynamicznie rozwija się także w Chinach i Indiach, które − jeśli porównać ilości zainstalowanej mocy − w 2008 roku znalazły się tuż za Niemcami. Polska pod względem zainstalowanej mocy wiatra-ków pozostaje jeszcze daleko za czołówką, jednak w ostatnich latach rozwój tej gałęzi energetyki jest bardzo dynamiczny.

Większość terenów Polski należy do II i III klasy przydatności dla energetyki wiatrowej. Oznacza to, że tereny te nadają się do budowy elektrowni wiatrowych, ale celowe jest każdorazowo wykonanie długotrwałych (rocznych) pomiarów prędkości wiatrów. W artykule omówiono sposoby oszacowania energii, jaką można uzyskać, na podstawie parametrów rozkładu prędkości wiatrów, publikowanych w atlasach klimatycznych. Przykładowe wyliczenia wykonano dla Wielkopolski, należy jednak pamię-tać, że atlas klimatyczny powstaje na podstawie interpolacji mierzonych wartości i lokalne warunki mogą być w rzeczywistości mniej lub bardziej korzystne.

Koszty budowy elektrowni wiatrowej omówiono na podstawie inwestycji firmy ALTUS z Niemiec. Nowatorskim rozwiązaniem tej firmy jest instalacja wiatraków nad lasem; w tym przypadku stwarzają one mniejsze zagrożenie dla ptaków, wymagają jednak umieszczenia gondoli generatora znacznie wy-żej. Firma opublikowała bardzo ciekawe szacunki ilości energii uzyskiwanej z poszczególnych farm wiatrowych. W rzeczywistości uzyskuje się tylko 20% dostępnej ilości energii. Wielkość ta wynika z rozkładu prędkości wiatrów, oznacza to, że stosunkowo rzadko wieją wiatry o takiej prędkości, aby generatory mogły pracować ze swoją nominalną mocą; przez większość roku pracują one, wykorzystu-jąc tylko część tej mocy.

Ze względu na potencjalną uciążliwość dla otoczenia praktycznie nie buduje się w Polsce niewiel-kich przydomowych elektrowni wiatrowych, gdyż uzyskanie pozwolenia budowlanego na taką elek-trownię nie różni się zbytnio od procedury budowy wielomegawatowej farmy wiatrowej. Proces inwe-stycyjny wymagany w przypadku takiej budowy opisano także w niniejszej pracy.

Z uwagi na rosnące ceny różnego typu surow-ców energetycznych oraz zawarte międzynarodowe umowy o redukcji emisji dwutlenku węgla wiatr staje się coraz bardziej docenianym źródłem na rynku energetycznym. W najbliższych latach spo-dziewany jest dalszy znaczny rozwój infrastruktury wykorzystującej to odnawialne źródło energii.

Dane porównawcze wskazują na bardzo inten-sywny rozwój tej gałęzi energetyki. Na przykład wkład mocy elektrowni wiatrowych do świato-wego systemu energetycznego w 2005 r. wyno-

sił 59 091 MW, natomiast w 2007 r. było to już 93 835 MW, podczas gdy wartości te dla elektrowni nuklearnych wynosiły odpowiednio 369 552 MW i 372 208 MW [10]. W ciągu dwóch lat wzrost mocy dla elektrowni wiatrowych osiągnął prawie 59%, podczas gdy dla elektrowni nuklearnych nie-spełna 1%. Należy jednak zauważyć, że energetyka wiatrowa to nowa, bardzo dynamicznie rozwijająca się dziedzina gospodarki, podczas gdy energetyka nuklearna swój „boom” rozwojowy przeżywała kilkadziesiąt lat wcześniej.

fot. Piotr Januszewski

Małe i duże elektrownie wiatrowe62Światowa energetyka wiatrowa rozwija się

w szybkim tempie. Średni roczny wzrost całko-witej mocy zainstalowanej w latach 1997−2001 wyniósł 31,5%, a w latach 2004–2009 − 25%. Tak duże tempo rozwoju energetyki wiatrowej oznacza, że w każdym kolejnym roku instaluje się znacząco większą moc niż w roku poprzednim. I tak w roku 2009 zainstalowano tylko w Stanach Zjednoczo-nych 8358 MW, w Chinach 6300 MW, w Indiach 1800 MW, w Niemczech 1665 MW, w Hiszpanii 1609 MW (ryc. 1). Warto zauważyć, że jeszcze pięć lat temu takie kraje jak Chiny czy Indie zupeł-nie się w tym rankingu nie liczyły. Ocenia się, że dzisiejsza całkowita moc światowych wiatrowych instalacji energetycznych wynosi ponad 120 798 MW [7].

Ryc. 1. Zainstalowana moc całkowita elektrowni wiatro-wych w wybranych krajach w 1996, 2005, 2007 i w 2008 r. w MW [7, 8]

Technologia wykorzystania wiatru do produk-cji energii elektrycznej stosowana jest na świecie na skalę przemysłową od około 25 lat. Turbiny wiatrowe (elektrownie wiatrowe) lokalizowane są zarówno na lądzie, jak i na morzu, pojedynczo lub w grupach, tworząc tzw. farmy lub parki wia-trowe. Do niedawna liderem w produkcji energii wiatrowej były Stany Zjednoczone, jednak obecnie wzrosło znaczenie Europy oraz takich państw jak Indie i Chiny.

Według prognozy BTM Consult w latach 2009−2013 można spodziewać się przeciętnego wzrostu ilości rocznie instalowanej mocy w ener-getyce wiatrowej na poziomie 15,7% [11].

Dla dalszego rozwoju energetyki wiatrowej w Europie kluczowy wydaje się aspekt wzrastają-cego nasycenia rynków europejskich – szczególnie Niemiec i Hiszpanii, nie wspominając już o Danii i Holandii (państwa te jako prekursorzy energetyki wiatrowej prawie całkowicie nasyciły swoje ryn-ki). Pomimo tego nadal występuje duży potencjał energetyki wiatrowej na morzu (off-shore). Nie na-leży także zapominać o krajach ściany wschodniej, w których wciąż tkwią uśpione potężne możliwości

rozwoju tej gałęzi energetyki, np. Polska po latach przestoju zainstalowała w 2006 roku około 70 MW nowej mocy, w 2007 roku − 123 MW, w 2008 roku − 175 MW, co dało na koniec tego roku 451 MW całkowitej zainstalowanej mocy (ryc. 2) [7].

Ryc. 2. Rozwój energii wiatrowej w Polsce w latach 1991−2009 [7]

Każdy kolejny rok jest rekordowy pod wzglę-dem zainstalowanej mocy elektrowni wiatrowych. W UE w 2007 r. uruchomiono 8,9 GW nowych źródeł mocy i tym samym osiągnięto 66 GW mocy zainstalowanej w elektrowniach wiatrowych na Starym Kontynencie [7].

Wykonane dotychczas oceny ekonomiczne wy-kazują opłacalność tego rodzaju przedsięwzięć. Po-ziom opłacalności jest jednak silnie uzależniony od wysokości ceny za wytworzoną energię elektrycz-ną, jaką może zaoferować zakład energetyczny, warunków wiatrowych określonych średnią roczną prędkością wiatru, możliwością uzyskania dotacji z funduszy ekologicznych i nisko oprocentowane-go kredytu bankowego.

Bez wsparcia finansowego tylko kilka regio-nów na świecie mogłoby efektywnie rozbudowy-wać i wykorzystywać energię wiatru przy kosztach porównywalnych z obecnie konkurencyjnymi, konwencjonalnymi metodami wytwarzania energii elektrycznej.

Jednym z ograniczeń rozwoju energetyki wia-trowej jest również zmienność siły i kierunku wia-tru, związana ze skomplikowanym wpływem czyn-ników klimatycznych. Turbiny wiatrowe generują bowiem większość energii zwykle nocą – w czasie najbardziej intensywnych ruchów powietrza w at-mosferze, podczas gdy zapotrzebowanie energe-tyczne ludności jest zazwyczaj największe w ciągu dnia.

Pomimo to wykorzystanie energii wiatru jest obecnie jedną z najbardziej obiecujących techno-logii przyszłości, mogących znacznie zredukować problemy zagrożenia środowiska naturalnego, w obliczu których stoi świat na początku XXI wieku. Produkcja energii na jednostkę powierzch-

Jacek Leśny 63ni wirnika w ciągu ostatnich lat uległa wyraźne-mu zwiększeniu dzięki ciągłemu udoskonalaniu szczegółów konstrukcyjnych. Także ceny rynkowe turbin w przeliczeniu na jednostkę wydajności wy-raźnie się obniżyły, a tym samym zasadniczo spadł też koszt inwestycyjny „elektryczności wiatrowej”. Dodatkowo energia wiatrowa ma również liczne inne zalety, do których należy zaliczyć zmniejszenie uzależnienia od paliw kopalnych, poprawę jakości powietrza atmosferycznego (turbiny wiatrowe nie powodują żadnej emisji zanieczyszczeń, nie gene-rują żadnych stałych odpadów) czy uniezależnienie od ciągłych fluktuacji cen na rynku paliw i energii elektrycznej. Coraz większego znaczenia nabierają też korzyści płynące z zastosowania infrastruktury energetyki rozproszonej (m.in. minimalizacja strat przesyłowych i obniżenie potencjalnej awaryjności w całej sieci).

Preferowany model produkcji energii elek-trycznej z OZE w 2010 r. wykorzystującej krajo-we zasoby przedstawia się następująco: elektrow-nie wiatrowe 39%, wodne 24%, na biomasę 20%, współspalanie 17%. W celu osiągnięcia pożądanego wykonania wskaźnika 7,5% udziału energii z OZE w potencjale energetycznym kraju w 2010 roku należy do tego roku zwiększyć moc elektrow-ni wiatrowych do poziomu około 2000 MW. Jak wspomniano wcześniej, Polska pomimo znacznego potencjału energii wiatrowej posiadała na koniec grudnia 2008 roku tylko 451 MW zainstalowanej mocy, co jednak razem daje zaledwie jedną czwar-tą oczekiwanego poziomu mocy [2, 9].

Po nowelizacjach ustawy Prawo energetyczne i rozporządzeń o obowiązku zakupu energii z OZE oraz wprowadzeniu systemu zielonych certyfika-tów wydaje się, że istnieje szansa na wybudowanie w Polsce kilkudziesięciu farm wiatrowych o łącz-nej mocy około 2 tys. MW. W związku z tymi działaniami próbowano już wcześniej szacować możliwości energetyczne wiatru w Polsce, wyzna-czając tzw. strefy energetyczne zaprezentowane na rycinie 3.

Po osiągnięciu tego planowanego pułapu na-stąpi załamanie się inwestycji ze względu na wy-czerpanie się zdolności przyłączeniowych systemu elektroenergetycznego wysokich napięć, do które-go duże elektrownie mogą być przyłączone. Zanim wybuduje się nowe linie 110 kV i nowe stacje wy-sokich napięć, można będzie przyłączać do sieci średnich napięć elektrownie wiatrowe o mocy od kilkudziesięciu do kilkuset kilowatów, a do sieci niskiego napięcia − także wiatraki o mocy kilku ki-lowatów, które mogą być stosowane w gospodar-stwach domowych.

Ryc. 3. Strefy energetyczne wiatru w Polsce [4, 5]

Przykładowa ocena możliwości uzyskania energii elektrycznej z wiatru

Prędkość wiatru w danym punkcie terenu jest najważniejszym parametrem mającym wpływ na lokalny potencjał energii wiatrowej. Oceniając ten potencjał, można kierować się danymi pochodzą-cymi z sieci pomiarowej IMiGW. Należy jednak zauważyć, iż lokalne ukształtowanie terenu oraz szorstkość powierzchni będą miały duży wpływ na profil prędkości wiatru, z tym że im wyżej ponad powierzchnią terenu, w tym mniejszym stopniu no-towane prędkości będą zależne od jego szorstkości. Standardowo wartości prędkości wiatru mierzone są na wysokości wiatromierza 10 m n.p.t. Przy wyznaczaniu pola prędkości wiatru dla dużego ob-szaru wykonuje się interpolacje pomiędzy stacja-mi pomiarowymi. Zakładają one jednakową klasę szorstkości terenu dla całego obszaru. W rzeczy-wistości lokalnie prędkości wiatru mogą być wyż-sze niż wyznaczone z interpolacji lub niższe, jeżeli teren będzie poprzecinany częstymi pasami drzew i krzewów, połaciami lasu lub będzie to obszar zur-banizowany. Ten ostatni przypadek można pomi-nąć w rozważaniach, gdyż na terenach miejskich nie buduje się elektrowni wiatrowych.

Zaawansowane metody określania potencjału energii wiatrowej muszą uwzględniać zatem dane pomiarowe lub (w przypadku gdy dokładne dane pomiarowe nie istnieją) statystyczny rozkład pręd-kości wiatru. Najpowszechniejsza metoda opisują-ca statystyczny rozkład prędkości wiatru wykorzy-stuje tzw. rozkład Weibulla.

Małe i duże elektrownie wiatrowe64Przykładowo średnia roczna prędkość wiatru

w Wielkopolsce na podstawie Atlasu klimatu woje-wództwa wielkopolskiego [1] wynosi od niecałych 3 m/s do około 3,5 m/s. Z tego samego atlasu wyni-ka też ich rozkład: około 40% wiatrów o prędkości od 4 do 9 m/s w województwie wielkopolskim wy-stępuje na północy, na południowym wschodzie zaś ponad 65%. Kształt krzywej f(w) opisującej rozkład częstości wiatrów (rozkład Weibulla) i jej dystry-buanty F(w), dla różnych częstości występowania wiatrów w zakresie 3,5–9,5 m/s, pokazano na ry-cinie 4. Obszary zacieniowane wyróżniają wiatry, których energię można wykorzystać w elektrow-niach wiatrowych. Wydaje się, że opisany powyżej sposób postępowania jest słuszny, gdyż właśnie ten zakres wiatrów ma decydujące znaczenie dla ilo-ści energii, jaką można uzyskać. Wiatry o większej prędkości zapewniałyby oczywiście potencjalnie większą energię, ale w województwie wielkopol-skim występują one bardzo rzadko i w efekcie ich ewentualny udział w produkcji energii byłby znikomy. Z kolei przy wiatrach poniżej 3,5 m/s większość elektrowni wiatrowych nie jest urucha-miana.

Prędkość wiatru jest uzależniona również od wysokości, na jakiej dokonuje się jej pomiaru. W celu ujęcia zmian prędkości wiatru z wysoko-ścią zastosowano zależność:

51

00

=

hhww

w – prędkość wiatru na wysokości h [m/s];w0 – prędkość wiatru na wysokości h0 [m/s].

Jeśli znana jest prędkość wiatru (w0) na wyso-kości 10 m (h0), to zależność powyższa pozwala wyliczyć prędkość wiatru (w) wiejącego w tym samym momencie na wysokości np. 40 lub 70 m (h = 40 lub h = 70). Na rycinie 5 pokazano, jak zmienia się prędkość wiatru z wysokością nad po-ziom terenu przy jego różnej prędkości mierzonej standardowo na wysokości 10 m.

Podczas szacowania potencjału technicznego należy wziąć pod uwagę ograniczenia wynikające z konstrukcji i krzywej mocy generatora. W lite-raturze przyjmuje się, iż najwyższa możliwa efek-tywność przetwarzania ruchu wiatru na ruch me-chaniczny wirnika wynosi 59%, z tym że jest to zawsze efektywność tylko dla pewnej prędkości wiatru; przy prędkościach wyższych i niższych jest ona już mniejsza. Dalszymi ograniczeniami są tzw. prędkości progowe, wyznaczające zakres

funkcjonowania generatora. Podczas szacowania potencjału istotne jest określenie częstości wystę-powania prędkości progowych wiatru: minimalnej i maksymalnej. Wyznaczają one zakres prędkości wiatru, w jakim możliwa jest produkcja energii. Wartości prędkości progowych uzależnione są od konstrukcji elektrowni wiatrowych. Z reguły mi-nimalna prędkość progowa – tzw. prędkość starto-wa − wynosi od 3 do 4 m/s, natomiast prędkość maksymalna – tzw. prędkość wyłączenia − około 25 m/s. Rozkłady częstości występowania tego za-kresu prędkości przedstawiono na rycinie 4.

Ryc. 4. Rozkład częstości wiatrów i jego dystrybuanta przy założeniu, że odpowiednio od 40% do 65% wszyst-kich wiatrów ma prędkość od 3,5 do 9,5 m/s

Aby określić potencjał energii wiatrowej, któ-rego wykorzystanie będzie technicznie możliwe, konieczne jest posłużenie się krzywą mocy gene-ratora charakterystyczną dla konkretnego urządze-nia. Stąd też dla celów obliczeniowych wybrano dwie siłownie wiatrowe funkcjonujące na polskim rynku:• mała siłownia o mocy 30 kW [3];• siłownia o mocy znamionowej 600 kW, reprezen-

tująca urządzenia o średniej i dużej mocy [6].Jak wspomniano, potencjał ten wyznaczono dla

siłowni o mocy nominalnej 30 i 600 kW. Siłownia o mocy 30 kW standardowo według producenta instalowana jest na wysokości 18 m i na takiej też wysokości oszacowano potencjał techniczny, prze-liczając odpowiednio prędkość wiatru z 10 na 18 m. Z kolei siłownia o mocy 600 kW może być insta-lowana na różnych wysokościach; w informacjach dostępnych w literaturze i internecie pojawiają się najczęściej wysokości 40 i 60 m n.p.t. Dla takich też wysokości oszacowano w tym przypadku po-tencjał techniczny. W każdym przypadku przyjmo-wano częstość występowania wiatru o określonej

Jacek Leśny 65prędkości na 10 m (ryc. 4), natomiast wartości z krzywej mocy siłowni dobierano dla prędko-ści wiatru na wysokości osi wirnika. Ostatecznie otrzymane wielkości przedstawiono w tabeli 1.

Ryc. 5. Zmiany prędkości wiatru z wysokością nad po-ziom terenu, wyróżniono wysokości zainstalowania roz-ważanych w dalszej części opracowania generatorów. W14 – prędkość wiatru zmierzona na wysokości 10 m, Wh – prędkość wiatru na wysokości h m, h – wysokość nad poziomem terenu

Tab. 1. Wyniki oszacowania technicznego potencjału energii wiatru dla różnych częstotliwości występowania wiatrów o prędkościach od 3,5 do 9,5 m/s na wysoko-ściach 18, 40 i 60 m n.p.t. [kWh/(rok m2)]

Częstotliwość występowania wiatru o prędkościach od 3,5

do 9,5 m/s(%)

Wysokość (m)

18 40 60

40 126 249 309

45 169 318 393

50 223 404 496

55 297 522 634

60 419 715 855

65 601 1003 1168

Przykładowe obliczenia wykonane dla Wielko-polski na podstawie danych z Atlasu klimatu woje-wództwa wielkopolskiego [1] wskazują, że najko-rzystniejsze lokalizacje występują na południowym wschodzie województwa, a najmniej korzystne na północy (ryc. 6). Zaskakujące może się wydawać, że potencjał techniczny energii wiatru w najlep-szych miejscach jest prawie czterokrotnie wyższy niż w tych o najmniej korzystnych warunkach. Wynik taki jest rezultatem różnicy częstotliwości występowania wiatrów w przedziale 4−9 m/s [1]. Warto też zwrócić uwagę, że wraz ze wzrostem wysokości, na której umiejscowiona będzie oś wir-nika prądnicy, wydatnie rośnie ilość energii możli-wej do uzyskania w ciągu roku z 1 m2 powierzchni.

Lokalne ukształtowanie terenu może powodować, że niektóre tereny będą bardziej odpowiednie dla lokalizacji elektrowni niż inne. Obserwowana na większości obszarów Polski przewaga wiatrów zachodnich nakazuje poszukiwać otwartych tere-nów, na których wschodnich krawędziach można by lokalizować elektrownie wiatrowe. Szczególnie korzystne byłyby wzgórza o otwartych zachod-nich stokach. Aby jednak oszacować rzeczywisty potencjał wiatrów, konieczne byłoby prowadzenie w tych miejscach bezpośrednich pomiarów ich prędkości.

Ryc. 6. Techniczny potencjał energii wiatru w Wielko-polsce na wysokości 40 m n.p.t [kWh/(rok m2)]. Mapę opracowano na podstawie Atlasu klimatu województwa wielkopolskiego [1].

Duże elektrownie wiatrowe – farmy wiatrowe

Jak pokazano na rycinach 1 i 2, w ostatnich latach nastąpił niezwykle dynamiczny rozwój energetyki wiatrowej, również w Polsce. Dokonał się on prawie wyłącznie za sprawą budowy farm wiatrowych składających się z wiatraków często o bardzo dużej mocy, rzędu 2–2,5 MW. W chwili obecnej w Polsce przygotowywanych jest bardzo dużo inwestycji, niestety trudno oszacować, jak wiele z nich dojdzie do skutku. Jednym z przed-siębiorstw planujących budowę elektrowni wia-trowych w Polsce jest firma ALTUS z siedzibą w Karlsruhe (Niemcy). Eksploatuje ona łącznie siedem farm wiatrowych (tab. 2) oraz trzy poje-dyncze generatory. Jedną z ostatnich, bardzo inte-

Małe i duże elektrownie wiatrowe66resującą inwestycją jest farma wiatrowa w Nord-schwarzwald pomiędzy Pforzheim a Freudenstadt (Badenia-Wirtembergia). Farma usytuowana jest na wysokości 820–860 m n.p.m. Składa się łącznie z 14 elektrowni wiatrowych: dziesięciu elektrow-ni wiatrowych typu VESTAS V90 o parametrach: wysokość piasty 125 m, moc 2,0 MW i średnica wirnika 90 m oraz czterech elektrowni wiatrowych typu VESTAS V80 o parametrach: wysokość pia-sty 100 m, moc 2,0 MW i średnica wirnika 80 m. Wszystkie wiatraki usytuowano na terenach poro-śniętych lasem (ryc. 7). W Polsce prawdopodobnie nie ma jeszcze ani jednej tak usytuowanej elek-trowni. Paradoksalnie tak umiejscowione wiatraki nie stwarzają prawie żadnego zagrożenia dla ptac-twa, gdyż nad lasami obserwuje się znacznie mniej przelatujących ptaków niż nad terenami uprawny-mi lub podmokłymi. Las stanowi bardzo szorstką powierzchnię terenu, co oznacza, że blisko jego powierzchni (wierzchołki drzew) następuje bardzo

Tab. 2. Informacje na temat farm wiatrowych firmy ALTUS

Charakterystyka Kahlenberg Westpflatz I Westpflatz II Gebhardshain Nordschwarzwald

Liczba wiatraków 7 7 3 7 14

Moc (MW) 6 5,3 3,8 16,1 28

Koszt inwestycji (mln euro) 6,94 5,4 3,8 19,6 39,5

Koszt budowy 1 MW mocy (mln euro/MW)

1,157 1,019 1,000 1,217 1,411

Roczna produkcja energii (GWh)

11,75 8,92 6,76 29,2 61

Ilość energii uzyskiwana z 1 MW mocy (MWh/MW)

1958 1683 1779 1814 2179

Sprawność (%) 22% 19% 20% 21% 25%Opracowano na podstawie materiałów informacyjnych firmy ALTUS.

duże wyhamowanie prędkości wiatru, jeśli jednak gondola jest umieszczona tak wysoko jak w opi-sywanym przypadku, spada znaczenie tego para-metru, inaczej niż gdyby wirniki były instalowane niewiele powyżej wierzchołków drzew.

W tabeli 2 zamieszczono szczegółowe infor-macje na temat farm wiatrowych eksploatowanych przez firmę ALTUS. Koszty budowy 1 MW mocy oscylują od 1 do 1,5 mln euro i są one wyższe dla wiatraków o większej mocy (w podawanych su-mach nie zostały uwzględnione zmiany cen wyni-kające z inflacji, zatem należy traktować je tylko orientacyjnie). Należy zwrócić uwagę na spraw-ność generatorów poszczególnych farm. Wielkość ta nie wynika z niedoskonałości technicznej urzą-dzeń, ale z naturalnej zmienności wiatru. Ozna-cza, że tylko taki procent możliwej do uzyskania energii (moc generatora x liczba godzin w roku) wytworzyła dana farma. Jest to istotne przy po-

nie niższej mocy w stosunku do wiatrowej pozwala wytworzyć taką samą ilość energii.

Małe elektrownie wiatrowe

Małych elektrowni wiatrowych w Polsce się nie buduje. W związku z obowiązującym prawem budowa każdej nawet niewielkiej elektrowni wia-trowej wymaga uzyskania zgodnego z prawem pozwolenia. Z kolei w obowiązującym prawie bu-dowlanym wymieniono expressis verbis całą listę konstrukcji, które wymagają jedynie zgłoszenia o zamiarze ich budowy, a czasami nawet i to nie jest konieczne, nie ma jednak wśród nich elektrow-ni wiatrowych, nawet niewielkich o małej mocy – „przydomowych”. Być może jest to słuszne uregu-lowanie prawne, ponieważ nawet mała elektrownia hałasuje i lokalizacja jej w pobliżu budynków mieszkalnych naruszałaby zagwarantowany pra-

Ryc. 7. Farma wiatrowa w Nordschwarzwald, generatory Vestas V80 i V90 (fot. M. Kołowski 2009)

równaniach ilości energii uzyskiwanych z farm wiatrowych i elektrowni konwencjonalnych lub jądrowych. Przykładowo dla tych ostatnich oma-wiana wielkość przyjmuje wartość około 90%, co oznacza, że wybudowanie elektrowni o czterokrot-

Jacek Leśny 67wem komfort akustyczny ich mieszkańcom. Poten-cjalny inwestor zatem, zanim uzyska pozwolenie na budowę, musi sporządzić raport oddziaływania na środowisko, w którym dość szczegółowo po-winny być omówione problemy związane z hała-sem. W przypadku dużych elektrowni wiatrowych automatycznie zakłada się, że będą one dość znacz-nie oddalone od siedzib ludzi, natomiast inwesty-cja w małą elektrownię wiatrową niejako wymusza jej umieszczenie blisko domu, choćby z uwagi na koszt poprowadzenia linii energetycznej, co z ko-lei stwarza zagrożenie związane z hałasem. Trudno o jednoznaczną ocenę wspomnianych przepisów: z jednej strony można je uznać za zbyt restrykcyjne i zarzucić im ograniczanie rozwoju małych źródeł energii, z drugiej zaś niewątpliwie chronią one in-teresy mieszkańców, zapobiegając powstawaniu nawet niewielkich wiatraków w bezpośrednim są-siedztwie domów mieszkalnych.

Jednym z możliwych rozwiązań w tej sytuacji jest zastosowanie wiatraków o pionowo ułożonej osi wirnika (ryc. 8). Według danych producenta, firmy Windspire [12], hałas wytwarzany przez tego typu urządzenia nie przekracza 20 dB, dodatkowo ich niewielka wysokość (model na rycinie 8 ma 9 m) prawdopodobnie umożliwi instalację obiektu

nawet w terenie zabudowanym. Minusem jest ich stosunkowo niewielka moc – 1,2 kW − osiągana dopiero przy prędkości wiatru około 11 m/s. Z sza-cunków producenta wynika, że powinny one wy-twarzać około 2000 kWh energii rocznie. Wielkość ta wydaje się realna do osiągnięcia, jednak jeszcze żadne urządzenie tego typu nie pracuje w Polsce, nie są zatem dostępne rzeczywiste wyniki funkcjo-nowania takich generatorów w naszych warunkach. Nie jest też pewne, z jaką reakcją lokalnych władz spotkają się propozycje budowy tych urządzeń, szczególnie w pobliżu domów mieszkalnych.

Jak inwestować w elektrownie wiatrowe?

Proces inwestycyjny farmy wiatrowej, a nawet budowy pojedynczego wiatraka, który ma produ-kować energię na sprzedaż, można podzielić na kilka etapów.

I. Wybór terenu pod budowę farmy wiatrowej (elektrowni wiatrowej), na tym etapie należy:•znać (ustalić) potencjalną moc farmy (elektrow-

ni),•ustalić odpowiednie możliwości przyłączeniowe

tego typu mocy do sieci elektrycznej (odbioru wytworzonego prądu),

Ryc. 8. Wiatraki firmy Windspire o pionowej osi obrotu [12]

Małe i duże elektrownie wiatrowe68•skontrolować potencjalną lokalizację pod kątem

ochrony środowiska; istotne jest sąsiedztwo ob-szarów Natura 2000, sprawdzenie tras przelotów ptaków, krótkie obserwacje terenowe przez fa-chowców lub ich opinia na podstawie znajomo-ści terenu,

•uzgodnić lokalizację z organami ruchu lotnicze-go pod względem bezpieczeństwa tego ruchu,

•sprawdzić plan zagospodarowania terenu i moż-liwości jego zmian, ważna jest przychylność lo-kalnych władz dla tego typu inwestycji,

•dokonać lokalnej oceny potencjału wiatrowego, w tym ukształtowania terenu, odległości i wyso-kości zadrzewień, lasów (jeśli maszty wiatraków są bardzo wysokie, znaczenie tych przeszkód maleje).II. Kolejnym etapem jest uzyskanie od upraw-

nionego urzędu warunków zabudowy terenu lub innej, równoważnej decyzji lokalizacyjnej.

III. Uzyskanie warunków przyłączenia farmy wiatrowej (elektrowni wiatrowej) do sieci elektro-energetycznej od lokalnego operatora sieci, w ich ramach wykonywana jest ekspertyza oddziaływa-nia na sieć elektroenergetyczną. Na tym etapie ko-nieczne jest:•uzyskanie wytycznych do wykonania eksperty-

zy wpływu na sieć,•wypełnienie wniosku aplikacyjnego,•wykonanie ekspertyzy wpływu na sieć,•negocjacje i uzyskanie warunków przyłączenio-

wych.IV. Weryfikacja rzeczywistego potencjału wia-

trowego na podstawie pomiarów terenowych:•kupno lub wypożyczenie i ustawienie masztu/

ów pomiarowego/ych,•kalibracja i uruchomienie oprzyrządowania po-

miarowego,•bieżąca kontrola funkcjonowania urządzeń po-

miarowych i kontrola jakości zbieranych da-nych,

•analiza zebranych danych o prędkości wiatrów z uwzględnieniem danych długoletnich doty-czących danego obszaru (dane mogą pochodzić z atlasów klimatycznych lub bezpośrednio od instytucji prowadzących obserwacje meteoro-logiczne, w warunkach polskich jest to na ogół Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej),

•przygotowanie danych projektu do audytu ze-wnętrznego.Całość tego etapu badań można zlecić wyspe-

cjalizowanej firmie zewnętrznej, ale pociągnie to za sobą określone koszty. Pomiary powinny być pro-wadzone przez co najmniej rok, należy je mimo to zweryfikować za pomocą pomiarów wieloletnich.

Zdarza się bowiem, że w danym roku panowały wyjątkowo korzystne lub niesprzyjające warunki wiatrowe, co może znacząco wpłynąć na oszaco-wanie możliwej do wytworzenia energii.

V. Opracowanie biznesplanu przedsięwzięcia. Ten punkt w procesie inwestycyjnym może znaleźć się też na początku całego przedsięwzięcia, gdyż należy zauważyć, że konieczne już było poniesie-nie pewnych nakładów finansowych (punkty od I do IV). Oczywiście negatywne wyniki uzyskane na wcześniejszych etapach mogą skłonić potencjal-nego inwestora od odstąpienia od inwestycji lub przeniesienia jej w inne miejsce, co będzie wyma-gać powtórzenia części kroków.

VI. Uzyskanie decyzji o uwarunkowaniach środowiskowych planowanej budowy farmy wia-trowej (elektrowni wiatrowej). Najczęściej do uzyskania tej decyzji konieczne jest sporządzenie raportu oddziaływania na środowisko.

VII. Konieczne prace geodezyjne, wykonanie niezbędnych map do celów projektowych dla te-renów objętych planowaną farmą wiatrową (elek-trownią wiatrową), w tym ustalenie miejsc posado-wienia oraz obsługa geodezyjna inwestycji.

VIII. Wykonanie niezbędnych badań i eksper-tyz geologicznych w celu posadowienia fundamen-tów poszczególnych wiatraków.

IX. Wykonanie niezbędnych projektów:•projekt posadowienia masztu pomiarowego,•projekt dróg dojazdowych,•projekt konstrukcji fundamentów,•projekt usytuowania farmy wiatrowej z punktu

widzenia efektywnego wykorzystania wiatrów,•projekt energetyczny i budowlany przyłączenia

farmy,•projekt zagospodarowania terenu.

X. Wykonanie wszystkich niezbędnych uzgod-nień projektowych, opracowanie ekspertyz i opinii, unifikacja dokumentacji.

XI. Uzyskanie pozwolenia na budowę farmy wiatrowej (elektrowni wiatrowej), po złożeniu wszelkich niezbędnych dokumentów.

XII. Doprowadzenie do zawarcia umowy przy-łączeniowej dla elektrowni wiatrowej.

Powyższe zestawienie zostało opracowane na podstawie informacji ze strony internetowej firmy DR ZĄBER [3] oraz dostępnych aktów prawnych i opinii specjalistów.

Podsumowanie

Energetyka wiatrowa jest obecnie bardzo dy-namicznie rozwijającą się dziedziną gospodarki, w tym zakresie przodują państwa europejskie,

Jacek Leśny 69Stany Zjednoczone oraz Indie i Chiny. Również w Polsce w ostatnich latach obserwowany jest bar-dzo intensywny rozwój tej formy pozyskiwania energii.

Zanim jednak powstanie elektrownia wiatrowa, konieczne jest wybranie dla jej posadowienia te-renu o możliwie najlepszych warunkach meteoro-logicznych. Przeprowadzone przykładowe obli-czenia dla Wielkopolski z wykorzystaniem danych meteorologicznych IMiGW pokazują, że pozornie niewielkie zróżnicowanie prędkości i częstości występowania wiatrów może dawać duże różnice wartości możliwej do wytworzenia energii. Stąd też wskazanie obszarów najbardziej predyspo-nowanych do zlokalizowania elektrowni wiatro-wych wymaga bardziej uszczegółowionych badań, a przede wszystkim pomiarów terenowych. Rów-nież rachunek opłacalności rozwoju energetyki wiatrowej na obszarze Wielkopolski czy też całego kraju musi być oparty na wnikliwych badaniach.

Bibliografia

1. Farat R. (red.) (2004), Atlas klimatu wojewódz-twa wielkopolskiego, Poznań: Instytut Meteoro-logii i Gospodarki Wodnej.

2. http://www.elektrownie-wiatrowe.org.pl, 11.07.2007.

3. http://www.zaber.com.pl, 11.07.2007.

4. Lorenc H. (2004), Aktualne problemy oceny za-sobów energii wiatru w Polsce, X Konferencja Naukowo-Techniczna „Ogólnopolskie Forum Odnawialnych Źródeł Energii”, Warszawa.

5. Lorenc H. (1996), „Struktura i zasoby energe-tyczne wiatru w Polsce”, Materiały badawcze. Seria: Meteorologia 25, Warszawa: Instytut Me-teorologii i Gospodarki Wodnej.

6. Bujakowski W. (red.) (2005), Opracowanie me-tody programowania i modelowania systemów wykorzystania odnawialnych źródeł energii na terenach nieprzemysłowych województwa ślą-skiego, wraz z programem wykonawczym dla wybranych obszarów województwa, Kraków– –Katowice: Instytut Gospodarowania Surowca-mi Mineralnymi i Energią PAN.

7. Global Wind 2008 Report, World Wind Energy Council 2009.

8. European Wind Energy Association (EWEA), www.ewea.org, 28.08.2008.

9. Polskie Stowarzyszenie Energetyki Wiatrowej (PSEW), http://www.visventi.org.pl, 26.08.2008.

10. Energy, Electricity And Nuclear Power Estima-tes for the Period up to 2030, 2008 Edition Inter-national Atomic Energy Agency, Vienna: IAEA, Public Reactor Information.

11. World Market Update 2008, Forecast 2009−2013, International Wind Energy Development. BTM Consulting 2008.

12. ENEWIND 2009. Materiały informacyjne oraz rozmowa z przedstawicielem firmy.

Wykorzystanie energii Słońca za pomocą kolektorów cieplnych

Jacek Leśny

W przedstawionej pracy omówiono możliwości wykorzystania energii Słońca za pomocą kolekto-rów cieplnych. Położenie geograficzne Polski powoduje, że wykorzystanie prostych systemów do uzy-skiwania ciepła jest ekonomicznie uzasadnione jedynie w okresie wiosenno-letnim, kiedy długość dnia i położenie Słońca na niebie zapewnia stosunkowo dużą ilość energii. Systemy tego typu mogą być zatem wykorzystywane do uzyskiwania głównie ciepłej wody użytkowej, i to najlepiej w obiektach funkcjonujących w ciepłym okresie roku. Mogą one wówczas zaspokajać nawet do 100% zapotrzebo-wania na energię cieplną. Niestety, z uwagi na małą ilość energii dostępną z promieniowania słoneczne-go zimą i jednocześnie duże na nią zapotrzebowanie praktycznie eliminuje się takie systemy w zakresie ogrzewania wnętrz. Jedynym możliwym do zastosowania rozwiązaniem jest budowa systemu z sezo-nowym magazynowaniem ciepła. Dotychczas w Polsce nie funkcjonuje jeszcze żaden taki system, ale doświadczenia w tym zakresie, szczególnie Niemiec, pokazują, że będą się one sprawdzały również w Polsce. Solarne systemy pozyskiwania ciepła mogą więc z powodzeniem dostarczać ciepło wiosną i latem, nie należy natomiast zakładać, że umożliwią zrezygnowanie z bardziej tradycyjnych źródeł ciepła jesienią i zimą.

Ilość energii, która dociera do powierzchni Ziemi w ciągu roku, tysiąckrotnie przekracza za-potrzebowanie energetyczne świata. Energia sło-neczna jest jednak rozproszona i trudno ją efektyw-nie kumulować oraz praktycznie wykorzystywać, mimo to metody i środki jej pozyskiwania są ciągle doskonalone.

Polska nie jest krajem uprzywilejowanym pod względem możliwości wykorzystania energii słonecznej ze względu na położenie na stosunko-wo dużej szerokości geograficznej. Szczególnie w okresie jesienno-zimowym, przy niskim po-łożeniu Słońca nad horyzontem promieniowanie słoneczne jest mniej intensywne, a dni − krótsze. W porównaniu z południową Europą roczna ilość energii promieniowania słonecznego w naszym kraju jest o prawie 62% niższa. Najlepsze warun-ki wykorzystania energii słonecznej w skali roku występują we wschodniej części Polski, od Biało-wieży do Zamościa, oraz na wybrzeżu zachodnim.

W półroczu zimowym korzystniejsze warunki wy-korzystania energii słonecznej występują w połu-dniowej i wschodniej części Polski.

Słoneczne instalacje grzewcze zajmują już w Europie powierzchnię 27 mln m2, a ich moc wy-nosi 19 GW. W 2008 roku sprzedaż kolektorów wzrosła o 60% w porównaniu z rokiem poprzed-nim. Państwami wiodącymi, które charakteryzują się najwyższą liczbą zainstalowanych kolektorów słonecznych, pozostają niezmiennie: Niemcy, Au-stria i Grecja. Do rynków wiodących zaliczane są także Francja, Hiszpania i Włochy. Procentowo najwięcej kolektorów w roku 2008 w stosunku do 2007 zainstalowano w Irlandii, Niemczech i w Pol-sce, odpowiednio: 191%, 123% i 90%. W przypad-ku Polski i Irlandii nie są to oczywiście zbyt wiel-kie liczby w stosunku do instalacji montowanych w Niemczech, ale pozytywny wydaje się tak szybki wzrost.

fot. Karol Płuska

Jacek Leśny 71Ze względu na duże zapotrzebowanie na cie-

pło niskotemperaturowe w procesie suszenia pro-duktów rolniczych oraz okres zapotrzebowania na ciepło pokrywający się z czasem wysokiej dostępności promieniowania słonecznego uzasad-nione jest wykorzystanie kolektorów słonecznych w suszarnictwie. Polska była jednym z pionierów w Europie stosującym kolektory słoneczne w rol-nictwie, pierwsze takie urządzenia bowiem zostały zainstalowane już w latach 60.

Efekt ekologiczny zastosowania kolektora sło-necznego jest uzależniony od paliwa, jakie zastę-pujemy ciepłem pozyskanym ze Słońca. Struktura zużycia paliw przez rolnictwo w procesie suszenia jest bardzo niekorzystna dla środowiska przyrod-niczego obszarów wiejskich. Stosuje się głównie węgiel (około 70%), co przyczynia się często do zanieczyszczenia produktu suszonego, a to powo-duje obniżenie jego jakości. Wykorzystywanie wę-gla do wytwarzania energii przyczynia się też do emisji dużej ilości pyłów i dwutlenku węgla.

W warunkach Polski można przyjąć, że w skali roku otrzymuje się co najmniej 400 kWh energii cieplnej rocznie z 1 m2 płaskich kolektorów sło-necznych. W domu jednorodzinnym dla cztero-osobowej rodziny (zaleca się stosowanie 1,5 m2 na jedną osobę) z 6 m2 kolektorów słonecznych otrzymuje się minimum 2400 kWh energii ciepl-nej rocznie. Stanowi to z reguły co najmniej 40% energii wymaganej do podgrzewania ciepłej wody użytkowanej w skali całego roku. Można prze-liczyć tę energię finalną na energię pierwotną, w zależności od zastosowanego paliwa i systemu, otrzymując w ten sposób wartość nie tylko reduk-cji zużycia paliwa pierwotnego, lecz także emisji gazów szklarniowych i pyłów. Warto pamiętać również o zyskach ekonomicznych w postaci zmniejszonych opłat za zużycie energii do pod-grzewania wody użytkowej.

Technika solarna stała się standardem w nowo budowanych i modernizowanych obiektach w Eu-ropie. Tej tendencji nie da się zatrzymać i z pew-nością dotrze ona również do Polski.

W 2000 roku w Niemczech zainstalowano 0,6 mln m2 kolektorów, wykonując 360 tys. insta-lacji. W 2005 roku zamontowano ich 4,1 mln m2 (1,5 mln instalacji). Do 2010 roku planowano wy-konanie 54,2 mln m2 instalacji solarnych (każdy obywatel Niemiec miałby wówczas swój metr kwadratowy kolektora słonecznego), jednak obec-nie plan ten wydaje się zbyt ambitny. Prognoza przewiduje także wzrost średniej wielkości insta-lacji z 8 do 12 m2, co oznacza przyrost inwesty-

cji w dużych obiektach. Od 2010 roku wykony-wanych będzie rocznie 10,1 mln m2 kolektorów słonecznych (4,5 mln instalacji rocznie). Obecnie liczba osób zatrudnionych w przemyśle związa-nym z produkcją systemów solarnych przewyższa liczbę pracujących w przemyśle motoryzacyj-nym.

W Polsce nadal nie wykorzystuje się na więk-szą skalę możliwości stwarzanych przez ener-gię słoneczną. Jest ona nadal mało znana i choć eksploatacja instalacji słonecznych wymaga nie-znacznych kosztów (napęd pomp cyrkulacyjnych), to nakłady inwestycyjne pozostają względnie wy-sokie. Pomimo to na podstawie informacji uzy-skiwanych od producentów i instalatorów można szacować, że całkowita powierzchnia kolektorów płaskich i próżniowych przekroczyła w 2008 roku 365 tys. m2, to jest siedmiokrotnie więcej niż w 2005 roku. Jest to 30-krotnie mniej niż w Niem-czech mimo zbliżonych warunków pod względem dopływu energii słonecznej.

Metodyka szacowania potencjału zasobów energii słonecznej

Rozpatrując możliwości wykorzystania energii promieniowania słonecznego, należy przeanali-zować całkowitą ilość energii słonecznej dociera-jącej do powierzchni Ziemi w ciągu określonego czasu. Podstawowym parametrem w tym zakre-sie mierzonym na stacjach meteorologicznych jest promieniowanie całkowite, tzn. ilość energii docierającej do poziomo położonej płaszczyzny w określonym czasie. Standardowo wielkość tę podaje się w W/m2. Na wartość promieniowania całkowitego słonecznego składa się promienio-wanie bezpośrednie (promieniowanie pochodzące bezpośrednio od tarczy słonecznej) i rozproszone (docierające do powierzchni w wyniku załamy-wania się promieniowania słonecznego w atmos-ferze). Wartości te zależą od geograficznego po-łożenia miejsca, warunków meteorologicznych (zachmurzenia) oraz przezroczystości atmosfery (w tym wpływów antropogenicznych). Parame-trem bezpośrednio zależnym od zachmurzenia jest usłonecznienie mierzone w jednostkach cza-su, które określa długość czasu dopływu bezpo-średniego promieniowania Słońca do powierzch-ni Ziemi. Wielkość ta nie mówi wprost o energii, jednak większość energii słonecznej, jaka dociera do powierzchni Ziemi, związana jest z promienio-waniem bezpośrednim.

Wykorzystanie energii Słońca za pomocą kolektorów cieplnych72

Ryc. 1. Roczna suma usłonecznienia rzeczywistego w województwie wielkopolskim [1]

W Polsce pomiary i badania dopływu pro-mieniowania słonecznego do powierzchni Ziemi prowadzone są na stacjach aktynometrycznych i heliometrycznych Instytutu Meteorologii i Go-spodarki Wodnej. Położenie Polski w strefie klima-tu umiarkowanego, między 49° a 54,5° szerokości geograficznej północnej, oraz warunki klimatyczne i meteorologiczne powodują, że celowe jest wyko-rzystanie energii promieniowania słonecznego. We-dług Zespołu Aktynometrii Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej przedział dzienny (czas od wschodu do zachodu Słońca) obejmuje ponad 51% z 8767 godzin w roku, przy czym zachodzą bardzo duże różnice pomiędzy długością dni latem i zimą [6]. W zimie dzień na południowych krańcach na-szego kraju jest dłuższy od dnia na krańcach pół-nocnych prawie o godzinę, natomiast w lecie jest odwrotnie. W czerwcu godziny dzienne na północy obejmują 71,5% godzin miesiąca, w centrum Polski 69%, a na południu 67%. W grudniu sytuacja zmie-

nia się i na północy godzin dziennych jest tylko 29,5%, w centrum 31,7%, a na południu 34,7%.

Ryc. 2. Sumy miesięczne usłonecznienia rzeczywistego w województwie wielkopolskim [1]

W dalszej części opracowania wiele parame-trów wyznaczono tylko dla terenu Wielkopolski z uwagi na dostępność danych meteorologicznych pochodzących z Atlasu klimatu województwa wiel-kopolskiego [1]. Jednak bardzo niewielka zmien-ność ukształtowania terytorium Polski oraz jej relatywnie niewielki zasięg południkowy i równo-leżnikowy powodują, że poza obszarami górskimi na obszarze kraju nie jest notowana duża zmien-ność klimatyczna. Potwierdzają to atlasy i mapy klimatu, zatem parametry dotyczące Wielkopolski będą tylko z niewielkimi odstępstwami aktualne dla całego kraju. Przykładowo roczne wartości usłonecznienia w Wielkopolsce wahają się w gra-nicach od 1250 godzin w latach o najwyższym za-chmurzeniu do 2000 godzin w latach słonecznych (ryc. 1). Średnio w ciągu roku wynoszą około 1600 godzin, jest to wartość zbliżona do wartości śred-niej dla większości obszaru Polski.

Istotna jest duża roczna zmienność wartości usłonecznienia i związana z tym dostępność ener-gii. Jego wartość osiąga miesięcznie średnio około 133 godzin, jednak wspomniane geograficzne po-

Jacek Leśny 73łożenie Polski i warunki meteorologiczne powo-dują, że średnio w styczniu jest tylko 50 godzin usłonecznienia, a w lipcu około 230 (ryc. 2). Stąd też duża dysproporcja pomiędzy energią dostępną wiosną i latem oraz jesienią i zimą (ryc. 3).

Ryc. 3. Procentowa dostępność energii słonecznej w cią-gu roku [5]

Ryc. 4. Zmiany rocznej sumy usłonecznienia w latach 1966–2006 w Poznaniu [4]

Wyniki analiz przebiegu wartości rocznych sum usłonecznienia (ryc. 4) przeprowadzone dla Pozna-nia wskazują, że wartości te systematycznie rosną, średnio o około 11 godzin rocznie. Oczywiście jest możliwe, że pojawią się lata o rocznej sumie po-niżej średniej wieloletniej, jednak na przestrzeni 30 lat w okresie ostatnich 15 lat tylko w czterech latach roczna suma nie przekraczała wartości śred-niej. Warto tu dodać, że zmiany rocznej sumy usło-necznienia są zdecydowanie bardziej wyraziste niż zmiany średniej rocznej temperatury [4]. Jak już wspomniano wcześniej, większość dostępnej ener-gii słonecznej dociera do powierzchni Ziemi wraz z promieniowaniem bezpośrednim (czyli w czasie usłonecznienia), zatem wzrost usłonecznienia spo-woduje także wzrost ilości tej energii. Obserwując linię trendu opisującą wzrost usłonecznienia w cią-gu ostatnich 30 lat (ryc. 4), można zauważyć, że wielkość ta w ciągu 30 lat wzrosła od około 1400 do 1900 godzin, czyli mniej więcej o 35%. Nie-stety, nie dysponowano danymi dotyczącymi pro-

mieniowania całkowitego, aby w pewny sposób potwierdzić wzrost w czasie także tej wielkości.

Ryc. 5. Wartość dostępnej energii w zależności od na-chylenia płaszczyzny [3]

Ryc. 6. Azymutalna zmiana kierunku ustawienia płasz-czyzny pochłaniającej promieniowanie (kolektora) [3]

Ryc. 7. Roczne sumy energii promieniowania Słońca przy optymalnie nachylonej płaszczyźnie pochłaniającej [2]

Energię promieniowania całkowitego, czyli padającą na płaszczyznę poziomą, po przeliczeniu na kWh/m2/rok przy założeniu, że promieniowanie

Wykorzystanie energii Słońca za pomocą kolektorów cieplnych74zostanie pochłonięte bez żadnych strat, nazywa się całkowitą energią potencjalnie dostępną na anali-zowanym terenie. Jej średnia wartość z wielolecia w Wielkopolsce wynosi od 900 do 950 kWh/m2/rok. Wartość jej prawdopodobnie rośnie wraz ze wzro-stem usłonecznienia, jednak proste założenie, że tempo wzrostu obu wielkości będzie jednakowe, mogłoby spowodować duży błąd oszacowania, stąd dalsze rozważania oparto na wartości średniej z wielolecia energii potencjalnie dostępnej. Należy zwrócić uwagę, że bezpośrednie promieniowanie słoneczne pada na płaszczyznę poziomą pod róż-nym kątem, zależnym od pory dnia i roku. Usta-wiając płaszczyznę odbiornika energii prostopadle do padających promieni, można uzyskać jej znacz-nie więcej. Znaczenie ma zarówno kąt płaszczyzny z poziomem, jak i jej ustawienie azymutalne (ryc. 5 i 6). Rycina 7 przedstawia mapę potencjalnie do-stępnej energii przy optymalnie nachylonej płasz-czyźnie pochłaniającej dla obszaru Polski.

Ryc. 8. Roczne sumy energii promieniowania Słońca w województwie wielkopolskim przy optymalnie nachylo-nej płaszczyźnie pochłaniającej [opracowano na podsta-wie PVGIS European Communities 2001−2007]

Wykorzystując informacje z ryciny 7, sporzą-dzono przykładową mapę dla terenu Wielkopolski (ryc. 8) przedstawiającą ilość potencjalnie dostęp-nej energii słonecznej przy optymalnie ułożonej płaszczyźnie pochłaniającej. Wartości tej energii zawierają się w przedziale od niespełna 1150 na jej południowych krańcach do 1185 kWh/rok/m2 na północy. Zróżnicowanie to jest niewielkie, nie przekracza 3%, na większości obszaru zaś wyno-

si około 1170 kWh/rok/m2. Małe zróżnicowanie przestrzenne wynika z relatywnie dużej homoge-niczności geograficznej obszaru. Jest to teren ni-zinny, a jedyne niewielkie wzniesienia znajdują się właśnie na południu, stąd obserwowane jest tam większe zachmurzenie i w efekcie spadek dostęp-nej energii. Ogólne warunki solarne Wielkopolski kształtuje jej położenie w średnich szerokościach geograficznych oraz napływające przez większość roku masy powietrza polarno-morskiego. Podobnie niewielką zmienność, w skrajnych przypadkach sięgającą 10% (bez uwzględnienia wyższych partii gór), można by uzyskać dla całego kraju (ryc. 7). Najgorsze warunki, ale tylko o 5% gorsze niż śred-nie, panowałyby w okolicach Łomży i na pogórzu, najlepsze − na środkowym wybrzeżu. Jednak ta niewielka zmienność w żadnym razie nie wyklucza możliwości zainstalowania kolektorów słonecz-nych w którymkolwiek miejscu.

Porównując ilości dostępnej energii dla płasz-czyzny poziomej i płaszczyzny ustawionej opty-malnie do padających promieni Słońca, można zauważyć, że celowe jest zmienianie kąta nachyle-nia płaszczyzn kolektorów (jeżeli jest to możliwe) w zależności od pory roku. I tak w miesiącach zi-mowych (grudzień, styczeń, luty) najwięcej energii można uzyskać, ustawiając płaszczyznę pod kątem bliskim 70° do poziomu, w miesiącach wiosennych (marzec, kwiecień, maj) największą efektywność zapewni kąt nachylenia 30°, latem (czerwiec, li-piec, sierpień) kąt zbliżony do 10°, jesienią zaś (wrzesień, październik, listopad) kąt nachylenia 50°. Możliwe jest wykonanie instalacji śledzącej położenie Słońca w ciągu doby w dwu płaszczy-znach: północ−południe (nachylenie płaszczyzny) oraz wschód−zachód (położenie azymutalne), jed-nak koszty jej wykonania i eksploatacji w stosunku do zysków wynikających z wzrostu pochłoniętej ilości energii czynią prawdopodobnie tego typu przedsięwzięcie nieopłacalnym.

Jak pokazano na rycinie 5, istnieje duża dys-proporcja w ilości energii docierającej wraz z pro-mieniowaniem słonecznym do powierzchni Ziemi zimą i latem. Kolejne linie na rycinie 5 pokazu-ją, jak zmienia się ilość dostępnej energii w ciągu doby dla płaszczyzny ułożonej poziomo oraz gdy kąt nachylenia płaszczyzny będzie zmieniany w za-leżności od pory roku. Ustawiając większe kąty na-chylenia płaszczyzny pochłaniającej zimą, procen-towo można zyskać zdecydowanie więcej energii, niż wyniósłby procentowy zysk z takiego zabiegu latem. W ten sposób można jednak tylko w nie-wielkim stopniu zniwelować istniejące duże dys-proporcje ilości docierającej energii zimą i latem.

Jacek Leśny 75Na rycinie 9 przedstawiono wielkość potencjalnie dostępnej energii w poszczególnych porach roku dla różnych rejonów Wielkopolski, przy zmien-nym kącie nachylenia płaszczyzny pochłaniającej promieniowanie z 1 m2 powierzchni. Waha się ona od 104 kWh/m2 w miesiącach zimowych do 472 kWh/m2 latem dla południowego krańca regio-nu i od 108 do 489 kWh/m2 dla północnego krań-ca. Różnice pomiędzy poszczególnymi regionami Wielkopolski są niewielkie, natomiast prawie pię-ciokrotnie większa jest ilość dostępnej potencjalnie energii latem (czerwiec, lipiec, sierpień) w stosun-ku do zimy (grudzień, styczeń, luty).

Ryc. 9. Ilość potencjalnie dostępnej energii w poszcze-gólnych porach roku dla różnych rejonów województwa wielkopolskiego, przy zmiennym kącie nachylenia płasz-czyzny pochłaniającej promieniowanie

Potencjał techniczny energii słonecznej

Według Żurawskiego [9] sprawność kolektorów słonecznych może sięgać nawet 85%. Dotyczy to jednak jedynie kolektorów rurowych-próżniowych (Heat-Pipe). Najczęściej stosowane kolektory płaskie mają maksymalną sprawność rzędu 75%. W rzeczywistości jednak sprawność poszczegól-nych konstrukcji zmienia się w zależności od natę-żenia promieniowania i różnicy temperatur między cieczą grzejną a otoczeniem. Stąd też przy wyborze konkretnych urządzeń ważna jest znajomość tzw. temperatury jałowej pracy kolektorów, czyli mini-malnej temperatury otoczenia, przy której zaczyna-ją one efektywnie pracować.

Duże znaczenie dla sprawności ma różnica tem-peratur między kolektorem a otoczeniem. Im jest ona większa, tym bardziej wzrastają straty cieplne. Mogą one obniżyć sprawność kolektora nawet do 30%. Dla kolektorów selektywnych (np. kolektory typu Heat-Pipe, ryc. 13) utrata sprawności dla róż-nicy temperatur 40ºC wynosi do 15%. Sprawność kolektorów płaskich, dla tej samej różnicy tempe-ratur, może się zmniejszyć nawet o 50%. Oznacza

to, że w okresie zimowym praktycznie nie można liczyć na uzyskanie ciepła z kolektorów płaskich.

Również niższe natężenie promieniowania słonecznego obniża sprawność. Przy napromie-niowaniu rzędu 500 W/m2 (około 50% napromie-niowania maksymalnego) kolektory o wysokiej efektywności osiągają sprawność 65%. Dla kolek-torów płaskich jednoszybowych o małej zdolności wychwytywania energii i o niskim współczynniku absorpcji sprawność w niekorzystnych warunkach meteorologicznych może zmaleć nawet poniżej poziomu 10%. Przyjmuje się zwykle, że średnio-roczna sprawność całego systemu składającego się z kolektora i instalacji waha się w okolicach 50%. Oznacza to, że w warunkach przedstawionych na rycinach 8 i 9 roczna ilość ciepła, jaką można uzy-skać z kolektorów, będzie wynosić około 580 kWh z 1 m2. W świetle powyższych informacji należy zauważyć, że celowe byłoby instalowanie kolekto-rów o takiej mocy, aby zapewniały potrzebną ener-gię cieplną (np. na ogrzewanie wody użytkowej) w okresie wiosenno-letnim. Mała ilość potencjal-nie dostępnej energii w okresie jesienno-zimowym w połączeniu z dużym spadkiem sprawności syste-mu, nie do końca określonym, powoduje, że zimą nawet zastosowanie systemu o potencjalnie dużej mocy mogłoby i tak powodować powstawanie nie-doborów energii.

Na rycinie 10 pokazano wyliczone ilości ener-gii, jaką można uzyskać dzięki pracy kolektorów słonecznych, zakładając pesymistycznie, że ich sprawność wiosną i latem będzie wynosiła 50%, a jesienią i zimą tylko 10%. Szacowanie wykona-no przy założeniu, że dla każdego z sezonów zo-stanie ustawiony inny kąt nachylenia płaszczyzny pochłaniającej. Zaniechanie takich zmian pogor-szyłoby uzyskiwane wyniki, ale przyjęto stosun-kowo niskie poziomy sprawności kolektorów, co wobec rzeczywistej, prawdopodobnie wyższej ich sprawności zrekompensowałoby straty. Przykłado-we różnice między północą Wielkopolski, charak-teryzującą się najlepszymi warunkami solarnymi, a południem, które cechują najlepsze warunki, są nieznaczne i w realnym funkcjonowaniu instalacji prawdopodobnie byłyby niezauważalne. Bardzo podobnie zmienność ta układałaby się dla całej Polski. Roczne sumy uzyskiwanej energii sięgają 460 kWh, z tym że gdyby zaniechać eksploatacji instalacji jesienią i zimą, wartość ta byłaby niewie-le niższa, sięgałaby 430 kWh.

Większość instalacji solarnych funkcjonuje wspólnie z tradycyjnymi instalacjami grzewczymi, przy czym kolektory słoneczne instaluje się najczę-ściej w nowo powstających budynkach lub w trak-

Wykorzystanie energii Słońca za pomocą kolektorów cieplnych76

cie gruntownej modernizacji systemów grzew-czych. Trudno zatem znaleźć wiarygodne dane do porównania kosztów uzyskiwania ciepła przed zastosowaniem kolektorów i po ich instalacji, aby na podstawie różnicy oszacować ilość wypracowa-nego przez nie ciepła.

Centralne instalacje solarne z sezonowym magazynowaniem ciepła

Ilość energii docierającej wraz z promieniowa-niem słonecznym do powierzchni Ziemi na tere-nie Polski jest bardzo nierównomiernie rozłożona w ciągu roku. W okresie wiosenno-letnim otrzy-mujemy jej relatywnie dużo w stosunku do okresu jesienno-zimowego. Jedynym sposobem na efek-tywne wykorzystywanie energii słonecznej przez cały rok jest zatem zmagazynowanie jej nadmiaru latem i wykorzystywanie w okresie zimy. W du-żym uproszczeniu system taki działa w ten sposób, że energia pochodząca ze Słońca ogrzewa nie tylko wodę wykorzystywaną do bieżącego zużycia, lecz także duży zbiornik wody służący jako magazyn ciepła, z którego to ciepło jest następnie pobierane w okresach, gdy energii słonecznej jest zbyt mało.

Instalacje tego typu, nazywane systemami z se-zonowym magazynowaniem energii, już funkcjo-nują, i to w warunkach klimatycznych zbliżonych do polskich lub nawet gorszych. Prekursorami ich rozwoju są takie państwa jak Austria, Niemcy oraz kraje skandynawskie [7]. Co prawda dotychczas budowa tego typu systemów miała uzasadnienie ekonomiczne tylko w dość dużej skali, tzn. gdy sys-tem taki obejmował co najmniej 100 mieszkań, ale należy zauważyć, że są to ciągle jeszcze instalacje prototypowe, zatem relatywnie bardzo kosztowne.

Mają za to wiele zalet, centralne systemy grzewcze cechuje bardzo duża elastyczność pod względem czasu wykorzystania dodatkowego konwencjonal-nego ogrzewania i mają one wspomnianą już moż-liwość wykorzystania ciepła zmagazynowanego latem w okresie największego na nie zapotrzebo-wania − zimą. Ogólnie duże systemy ogrzewania słonecznego tego typu można dzielić na tak zwane systemy dobowe, które projektowane są w ten spo-sób, że praktycznie cała energia uzyskana z pro-mieniowania zostanie zużyta w ciągu około jednej doby, i wspomniane już systemy z sezonowym magazynowaniem energii. Pierwsze z nich pokry-wają zaledwie od 10 do 20% rocznego zapotrze-bowania energetycznego na ogrzewanie i ciepłą wodę użytkową, instalacje magazynujące energię sezonowo mogą natomiast pokryć nawet powy-żej 50% całkowitego zapotrzebowania na energię. Dokładnie centralne systemy solarne z dobowym magazynowaniem energii mogą zapewnić od 80 do 100% energii potrzebnej do ogrzania ciepłej wody użytkowej w lipcu i sierpniu, a w ciągu roku od 40 do 50% tej energii. Należy jednak zaznaczyć, że dotyczy to tylko stosunkowo dużych systemów stosowanych w szpitalach, hotelach lub komplek-sach mieszkań, które są bardziej elastyczne niż systemy niewielkie. Centralne systemy słoneczne z sezonowym magazynowaniem energii mogą po-kryć ponad 50% całkowitego rocznego zapotrze-bowania na energię cieplną obejmującą zarówno ogrzewanie, jak i ciepłą wodę użytkową.

Zasadniczym elementem różniącym opisywa-ne tu systemy solarne jest magazyn ciepła. W wy-budowanych dotychczas instalacjach stosowane są cztery różne sposoby magazynowania ciepła (ryc. 11), mianowicie: wodny zbiornik ciepła,

Ryc. 10. Wartość energii, jaką można uzyskać dzięki pracy kolektorów słonecznych, przy założeniu, że ich sprawność wiosną i latem będzie wynosiła 50%, a jesienią i zimą 10%

Jacek Leśny 77żwirowo-wodny zbiornik ciepła, gruntowy zbior-nik ciepła i wodonośny zbiornik ciepła. Pierwszy sposób (ryc. 11) polega wprost na wybudowaniu dużego izolowanego zbiornika na wodę. Zbiorni-ki takie mają od kilkuset do kilku tysięcy metrów sześciennych pojemności. Ogrzana przez słońce w kolektorach woda wpływa do zbiornika, a zim-na z dna zbiornika kierowana jest do kolektorów w celu ogrzania. Bardzo często z uwagi na bez-pieczeństwo systemu w ten obieg włączony jest wymiennik ciepła i w obiegu kolektor–wymiennik zamiast czystej wody krąży niezamarzająca ciecz, natomiast w obiegu wymiennik−zbiornik już oczy-wiście woda. Gdy tylko temperatura w kolektorach będzie wyższa niż temperatura w zbiorniku (nie-zależnie od pory roku) − ciepło jest magazynowa-ne. Zwykle tak się dzieje latem, natomiast jesienią i zimą ciepło jest ze zbiornika pobierane. Zbiornik żwirowo-wodny (ryc. 11) jest prostszą konstruk-cją i polega na tym, że pewna objętość w gruncie zostaje odizolowana od otoczenia i wypełniona mieszanką żwiru z wodą. Ponieważ w takiej mie-szance przepływ wody jest na ogół bardzo swobod-ny, zatem ciepło tam jest dostarczane identycznie jak w przypadku zbiornika z wodą. Stosowane są też rozwiązania z rozłożonym systemem rur we-wnątrz mieszanki, które dostarczają lub zabierają z niej ciepło. Kolejnym rozwiązaniem jest zbior-nik gruntowy (ryc. 11). Wykonuje się od kilku do

Ryc. 11. Schematy różnych sposobów magazynowania ciepła w sezonowych systemach solarnych [7]

kilkudziesięciu odwiertów w glebie o głębokości od 30 do 100 m, w każdy odwiert wpuszcza się pętlę z rur, przez które będzie przepływała woda. Będzie ona pozostawiała ciepło w ziemi, ogrzewa-jąc ją, lub − zimą − zabierając ciepło i ochładzając nagrzany latem grunt. Kolejne rozwiązanie wydaje się najprostsze i być może najtańsze, ale wymaga przepuszczalnego podłoża wypełnionego wodą. Wykonywane są wówczas dwa otwory, jednym z nich wtłaczana jest ogrzana woda, a wraz z nią

ciepło uzyskane z kolektorów, drugim natomiast wypływa zimna woda; w okresie chłodów sytuacja się odwraca i z kolei ciepła woda jest wydobywana z ziemi, a wtłaczana jest zimna.

Rycina 12 przedstawia schemat systemu so-larnego z sezonowym magazynowaniem ciepła w Friedrichshafen (Niemcy). System ten został zaprojektowany dla 570 mieszkań w ośmiu budyn-kach o łącznej powierzchni 39 500 m2. Całkowite roczne zapotrzebowanie na energię cieplną wynosi około 4100 MWh, łączna powierzchnia kolektorów słonecznych to 5600 m2, wodny zbiornik do ma-gazynowania ciepła ma objętość 12 000 m3. Sys-tem ten zapewnia w ciągu roku około 1900 MWh energii cieplnej, co pokrywa 47% całego zapotrze-bowania. Niestety, dla tego typu inwestycji bardzo trudno porównać koszty poniesione podczas jej re-alizacji z potencjalnymi kosztami, jakie poniesiono by podczas takiej budowy, gdyby była prowadzo-na obecnie w Polsce. Natomiast z całą pewnością z uwagi na położenie na podobnej szerokości geo-graficznej i podobne warunki pogodowe ilość uzy-skiwanej energii cieplnej byłaby na bardzo zbliżo-nym poziomie.

Ryc. 12. Schemat systemu solarnego z sezonowym ma-gazynowaniem ciepła w Friedrichshafen [7]

Na Uniwersytecie Przyrodniczym w Pozna-niu funkcjonuje system (ryc. 13), którego głów-nym zadaniem jest pozyskiwanie energii z gleby za pomocą pompy ciepła, jednak wyposażono go dodatkowo w rurowe kolektory słoneczne wraz ze zbiornikiem na ciepłą wodę. Latem energia z ko-lektorów słonecznych może być transportowana i magazynowana w glebie za pomocą czterech od-wiertów o głębokości 140 m każdy. Energia ta bę-dzie odzyskiwana zimą za pomocą pompy ciepła. System pracuje dopiero od kilku miesięcy (kwie-cień 2009).

Wykorzystanie energii Słońca za pomocą kolektorów cieplnych78

Ryc. 13. Kolektory słoneczne typu Heat-Pipe (z lewej stro-ny na górze), pompa obiegowa z termometrami (z prawej strony na górze), zbiornik na ciepłą wodę ogrzewaną ko-lektorami (z lewej strony na dole), schemat odwiertów do gruntowego magazynowania ciepła (z prawej strony na dole) [Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu 2009]

Podsumowanie

Zasadniczo zmienność dostępnej potencjalnie (i technicznie) energii słonecznej na terenie Pol-ski jest niewielka, nie przekracza 10%, z tym że np. w Wielkopolsce jest ona znacznie mniejsza i osiąga zaledwie około 3%. Wynika to z małego krajobrazowego zróżnicowania terytorium Polski, prawie cały obszar kraju bowiem to tereny nizin-ne. Zachodnia Polska znajduje się przez więk-szość roku pod wpływem cyrkulacji zachodniej o charakterze polarno-morskim, na wschodzie zaś nieco bardziej zaznacza się wpływ klimatu konty-nentalnego, ale nie wpływa to znacząco na zmianę warunków solarnych. Położenie Polski w średnich szerokościach geograficznych powoduje, że istnie-je bardzo znacząca różnica pomiędzy ilością ener-gii dostępnej w okresie wiosenno-letnim wobec

okresu jesienno-zimowego. Celowe byłoby zatem instalowanie kolektorów o takiej mocy, aby zapew-niały potrzebną energię cieplną (np. na ogrzewa-nie wody użytkowej) w okresie wiosenno-letnim. Mała ilość potencjalnie dostępnej energii w okresie jesienno-zimowym w połączeniu z istotnym spad-kiem sprawności tego typu systemów powoduje, że nawet zastosowanie urządzeń o potencjalnie du-żej mocy zimą mogłoby powodować powstawanie niedoborów energii. Stąd też system pozyskiwania energii słonecznej może jedynie uzupełniać trady-cyjne ogrzewanie, które powinno być tak dobra-ne, aby zaspokajać całkowite zapotrzebowanie na energię cieplną. Jedynym możliwym do zastoso-wania systemem, który przez większość roku wy-korzystywałby energię słoneczną, byłaby budowa instalacji z sezonowym magazynowaniem energii, ale takie systemy dotychczas stosowano tylko dla dużych kompleksów mieszkalnych i brak jest do-świadczeń z ich funkcjonowaniem w małej skali.

Reasumując, można stwierdzić, że energia sło-neczna jest bardzo dobrym źródłem ciepła dla wie-lu sezonowych, wiosenno-letnich konsumentów ciepła. Mogą to być ośrodki wczasowe, kempingi, gospodarstwa agroturystyczne prowadzące dzia-łalność wiosną i latem. Instalacje takie mogą być szczególnie przydatne w miejscach, gdzie wystę-pują duże deficyty mocy energii elektrycznej, któ-re uniemożliwiają podgrzewanie wody użytkowej. Słońce może wówczas zapewnić energię niezbęd-ną do podgrzewania wody na wielu sezonowych kempingach, polach namiotowych lub w przysta-niach żeglarskich. Jest powszechnie wiadome, że większość ruchu turystycznego w Polsce skupia się na lecie, co więcej, jest on w dość dużym stopniu uzależniony od pogody, szczególnie ta jego część, nastawiona na kameralną bliskość natury.

Solarne systemy pozyskiwania ciepła mogą więc z powodzeniem dostarczać energię wiosną i latem, natomiast, jak już wspomniano powyżej, nie należy zakładać, że umożliwią zrezygnowa-nie z bardziej tradycyjnych źródeł ciepła jesienią i zimą.

Bibliografia

1. Farat R. (red.) (2004), Atlas klimatu wojewódz-twa wielkopolskiego, Poznań: Instytut Meteoro-logii i Gospodarki Wodnej.

2. http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis, 11.07.2007.3. http://watt.pl, 11.07.2007.4. Kasprowicz T., Mager P. (2007), Obserwowane

lokalne zmiany warunków meteorologicznych (tendencje klimatyczne na obszarze Niziny Wiel-

Jacek Leśny 79kopolskiej), I Polska Konferencja ADAGIO, Po-znań.

5. Bujakowski W. (2005), Opracowanie metody programowania i modelowania systemów wyko-rzystania odnawialnych źródeł energii na tere-nach nieprzemysłowych województwa śląskiego, wraz z programem wykonawczym dla wybranych obszarów województwa, Kraków–Katowice: In-stytut Gospodarowania Surowcami Mineralnymi i Energią PAN.

6. Podogrocki J. (2001), Warunki klimatyczne i meteorologiczne do wykorzystania energii pro-mieniowania słonecznego w warunkach Polski,

Warszawa: Zespół Aktynometrii, Instytut Meteo-rologii i Gospodarki Wodnej. Artykuł dostępny na stronie www.ekologika.pl.

7. Schmidt T., Mangold D., Muller-Steinhagen H. (2004), „Central solar heating plants with seaso-nal storage in Germany”, Solar Energy 76.

8. Solar Thermal Markets in Europe. Trends and Market Statistics 2008 (2009), Brussels: Europe-an Solar Thermal Industry Federation.

9. Żurawski J., Kolektory słoneczne, artykuł dostęp-ny na stronie http://www.eko.org.pl/kropla/22/kolektory.htm, 11.07.2007.

Domowe instalacje pomp ciepła

Roman Schefke

W artykule przedstawiono podstawowe informacje na temat wykorzystania technologii pomp cie-pła. Omówiono zasady działania takiej pompy, scharakteryzowano dostępne źródła ciepła oraz układy współpracy pomp ciepła z instalacją grzewczą. Podano przykłady zastosowań pomp ciepła z różnymi tzw. dolnymi źródłami ciepła, w układzie monowalentnym i biwalentnym.

Przedstawiono również możliwości wykorzystania pomp ciepła na terenach wiejskich, a także za-prezentowano ocenę rozwoju ich zastosowań w naszym kraju.

Wśród odnawialnych źródeł energii coraz większym zainteresowaniem cieszy się energia geotermalna, czyli naturalna energia wnętrza Zie-mi zmagazynowana w gruntach, skałach i cieczach wypełniających pory i szczeliny skalne w skoru-pie ziemskiej. Ciepło wnętrza Ziemi jest częścio-wo ciepłem pierwotnym, które powstało w czasie formowania się naszej planety, a częściowo pocho-dzi z rozpadu pierwiastków promieniotwórczych. Temperatura wewnątrz Ziemi zmienia się wraz z głębokością – na głębokości 100 km wynosi oko-ło 930ºC, osiągając w jądrze Ziemi około 4500ºC.

Uzyskiwane z wnętrza Ziemi ciepło wykorzy-stuje się zasadniczo na dwa sposoby [2]. Energia o wyższym potencjale temperaturowym, tzw. geo-termia wysokiej entalpii (wysokotemperaturowa), jest wykorzystywana bezpośrednio do produkcji energii elektrycznej poprzez budowę elektrowni geotermalnych. Drugim powszechnym zastosowa-niem ciepła Ziemi, tzw. geotermii niskiej entalpii (niskotemperaturowej), jest ciepłownictwo. Moż-liwe jest wykorzystanie tego ciepła w przemyśle, ogrodnictwie, rolnictwie, dla celów rekreacyj-nych, leczniczych oraz do hodowli ryb. Wymaga to jednak zastosowania pomp ciepła jako urządzeń wspomagających. Ciepło zmagazynowane w Ziemi stanowi dla pompy ciepła „dolne źródło ciepła”.

W ostatnich 10 latach wykorzystanie techno-logii pomp ciepła przeżywa prawdziwy rozkwit, zwłaszcza w Ameryce Północnej i w niektórych

krajach Europy Zachodniej [2]. Wzrastająca po-pularność wykorzystania energii geotermalnej ni-skotemperaturowej i energii otoczenia sprawia, że następuje szybki rozwój technologiczny i wytycza-nie nowych kierunków rozwojowych dla systemów opartych na pompach ciepła.

Również w Polsce od wielu już lat wzrasta wy-korzystanie pomp ciepła do celów grzewczych. Koszt pozyskiwanego w ten sposób ciepła staje się konkurencyjny w stosunku do cen energii otrzymy-wanej z konwencjonalnych źródeł.

Zasada działania pompy ciepła

Pompa ciepła jest urządzeniem umożliwiają-cym wykorzystanie ciepła z otaczającego nas śro-dowiska do celów grzewczych [5]. Źródłem cie-pła w otaczającym nas środowisku jest powietrze, grunt, wody powierzchniowe i podziemne, a także ciepło odpadowe powstające w procesach produk-cyjnych lub podczas wentylacji pomieszczeń. Te źródła są określane jako dolne źródło ciepła pomp ciepła. Zasadę działania pompy ciepła przedsta-wiono na rycinie 1.

Pompa ciepła, pobierając z otoczenia ciepło niskotemperaturowe za pomocą energii elektrycz-nej napędzającej sprężarkę, podnosi je na wyższy poziom energetyczny, do temperatur umożliwiają-cych ogrzewanie budynków oraz przygotowywanie ciepłej wody użytkowej. Instalacje grzewcze cen-

fot. Piotr Janiszewski

Roman Schefke 81tralnego ogrzewania (c.o.) czy przygotowywania ciepłej wody użytkowej (c.w.u.) są określane jako górne źródło ciepła.

Ryc. 1. Zasada działania pompy ciepła [3, 12]

Transport ciepła z otoczenia do instalacji grzew-czej w sprężarkowych pompach ciepła stosowa-nych obecnie w technice grzewczej przedstawiono na rycinie 2.

Sprężarkowa pompa ciepła składa się z dwóch wymienników ciepła: parownika i skraplacza [11]. Pomiędzy nimi zainstalowane są: sprężarka oraz zawór rozprężający, które rozgraniczają część wy-soko- i niskociśnieniową wewnętrznej instalacji pompy ciepła. Wszystkie te elementy są połączone przewodem i wypełnione czynnikiem roboczym. Krąży on w wewnętrznym układzie pompy; czyn-nik ten stanowią ciecze, które parują w niskich temperaturach (od –5ºC) i jednocześnie mają wyso-ki wewnętrzny współczynnik ciepła. Dzięki ciepłu pobranemu z otoczenia, z dolnego źródła ciepła, czynnik roboczy jest odparowywany w parowniku i w formie gazowej (para zimna) zasysany przez sprężarkę.

Ryc. 2. Schemat działania pompy ciepła [11]

Zassany, odparowany czynnik roboczy jest sprężany, przy tym wzrasta jego ciśnienie i tempe-

ratura. Gorący czynnik roboczy (para gorąca) jest przetłaczany przez sprężarkę do skraplacza, dru-giego wymiennika w pompie ciepła. W skraplaczu, omywanym przez wodę grzewczą układu górnego źródła ciepła, czynnik roboczy oddaje ciepło wo-dzie grzewczej, zasilającej instalację centralnego ogrzewania, i zostaje schłodzony, po czym ulega skropleniu (czynnik ciekły). Ciecz znajdująca się jeszcze pod wysokim ciśnieniem zostaje rozprężo-na w zaworze rozprężającym i przepływa do pa-rownika, po czym cały proces rozpoczyna się na nowo.

Obieg termodynamiczny pompy ciepła odbywa się w odwrotnym cyklu Carnota [3, 5, 6]. Współ-czynnik efektywności energetycznej pompy ciepła (Coefficient of Performance – COP) określa stosu-nek wytworzonej energii cieplnej do ilości energii elektrycznej zużytej na jej wytworzenie. Można przedstawić to za pomocą wzoru:

COP T TT T Tu

= =− ∆

gdzie:COP – współczynnik efektywności według

Carnota,Tu – temperatura dolnego źródła ciepła, KT – temperatura górnego źródła ciepła, K∆T – różnica temperatur pomiędzy dolnym

i górnym źródłem ciepła, K.

Oczywiście obieg idealny, pozbawiony strat ciepła, nie jest możliwy [1, 3, 5, 6]. Z tego względu rzeczywiste współczynniki efektywności pomp cie-pła dla różnych warunków wahają się w przedziale 4–5, co znaczy, że z 1 kWh energii elektrycznej możemy uzyskać 4–5 kWh energii cieplnej. Stosu-nek energii włożonej w postaci napędu sprężarki do energii odzyskanej w górnym źródle ciepła wynosi od 1 do 4–5. Wartość współczynnika efektywności zależna jest od wymaganej temperatury górnego źródła ciepła, ponieważ na temperaturę źródła dol-nego zwykle nie mamy wpływu. Podczas projek-towania systemów grzewczych z użyciem pomp ciepła zaleca się racjonalny dobór górnego źródła ciepła. Najkorzystniejsze jest zastosowanie ogrze-wania niskotemperaturowego, na przykład ogrze-wania podłogowego i (lub) ściennego wodnego, o temperaturze zasilania 35÷45ºC. Przy temperatu-rach dolnego źródła ciepła charakterystycznych dla warunków gruntowych występujących w Polsce zadowalającą efektywność można osiągnąć przy temperaturze górnego źródła na poziomie około 50ºC.

Domowe instalacje pomp ciepła82Dolne źródła ciepła

W literaturze fachowej źródło ciepła niskotem-peraturowego, niezależnie od rodzaju pompy i sta-nu skupienia, w którym zakumulowane jest ciepło, nazywane jest dolnym źródłem ciepła [1, 3, 4, 5, 6]. Wybór dolnego źródła ciepła ma decydujący wpływ na efektywność pracy pompy ciepła. Obo-wiązuje ogólna zasada, że im mniejsza jest różnica między temperaturami dolnego źródła ciepła a za-silanym systemem grzewczym, tym mniej energii elektrycznej potrzeba do napędu sprężarki i tym wyższy jest współczynnik efektywności. Dlatego dolne źródła ciepła powinny charakteryzować się następującymi cechami [5]:• duża pojemność cieplna,• możliwie wysoka i stała temperatura,• brak zanieczyszczeń powodujących korozję ele-

mentów instalacji lub powstawanie osadów,• łatwa dostępność i niskie koszty instalacji służą-

cej do pozyskiwania i transportu ciepła.Dolne źródła ciepła dzieli się na źródła od-

nawialne i ciepło odpadowe [4]. Do pierwszych zaliczamy powietrze atmosferyczne, grunt, pro-mieniowanie słoneczne, wody powierzchniowe i gruntowe. Ciepło odpadowe to powietrze i gazy powstające w procesach technologicznych, ścieki, woda chłodząca w procesach przemysłowych. Za-leżność pomiędzy wydajnością i dostępnością dol-nych źródeł ciepła przedstawiono na rycinie 3.

Ryc. 3. Dostępność i wydajność źródeł ciepła dla pomp ciepła [3]

Źródło ciepła – powietrze atmosferyczne

Powietrze atmosferyczne jest najłatwiej dostęp-nym źródłem ciepła, występuje w każdym miejscu i w nieograniczonej ilości. Wykorzystanie powie-trza jako dolnego źródła ciepła umożliwia pompa ciepła, która może być ustawiona zarówno we-wnątrz, jak i na zewnątrz budynku (ryc. 4 i 5). W in-stalacjach przemysłowych możliwe jest również

wykorzystanie ciepłego powietrza z pomieszczeń lub ogrzanego w wyniku procesów produkcyjnych.

Ryc. 4. Pompa ciepła powietrze/woda, ustawienie we-wnętrzne [10]

Ryc. 5. Pompa ciepła powietrze/woda, ustawienie ze-wnętrzne [10]

Wykorzystanie tego powietrza jako dolnego źródła ciepła ma sens jedynie w wielkich pomiesz-czeniach, halach przemysłowych, a także tam, gdzie zachodzi potrzeba ochładzania pomieszczeń, szczególnym przypadkiem jest kontrolowana wen-tylacja z odzyskiem ciepła.

Do niekorzystnych cech powietrza atmosfe-rycznego [5] jako dolnego źródła ciepła należy duża zmienność jego temperatur, tak sezonowa, jak i dobowa. Zimą, gdy temperatura powietrza jest niska, wzrasta zapotrzebowanie na moc cieplną do ogrzewania pomieszczeń. Dlatego zachodzą dwa przeciwstawne zjawiska: moc grzejna pompy cie-pła maleje w czasie, gdy rośnie zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania. W celu ograniczenia tego procesu w systemach grzewczych stosowane są dodatkowe źródła ciepła, grzałka elektryczna lub

Roman Schefke 83kocioł opalany konwencjonalnym źródłem energii (są to tzw. układy biwalentne).

Źródło ciepła – grunt

Podstawowym źródłem ciepła wykorzystywa-nym w instalacjach geotermalnych, zarówno ni-skiej, jak i wysokiej entalpii, jest strumień ciepl-ny Ziemi [2]. Grunt jako źródło ciepła dla pomp ciepła to zewnętrzna warstwa skorupy ziemskiej, do głębokości około 200 m. Grunt jest dobrym akumulatorem ciepła, ponieważ jego powierzchnia pochłania energię słoneczną oraz pobiera energię cieplną za pomocą konwekcji i deszczu. Tempera-tura w najwyżej położonej warstwie gruntu pod-lega wahaniom związanym ze zmianami pór roku (ryc. 6).

Ryc. 6. Roczny przebieg temperatur w gruncie [3]

Ciepło z gruntu może być pobierane przez dwa systemy: ułożone poziomo wymienniki ciepła gruntowego (płaskie lub spiralne) zwane kolekto-rami gruntowymi lub poprzez pionowe wymienni-ki ciepła – sondy gruntowe. Kolektory gruntowe układa się w gruncie na głębokości 1,2–2,0 m [5]. W zasadzie powinny być układane na głębokości około 30 cm – niższej niż głębokość przemarzania. Na głębokości tej występują jeszcze duże wahania temperatury gruntu, zgodnie z przebiegiem wahań temperatur powietrza. Przejściowe przechłodze-nie gruntu w sezonie grzewczym w bezpośrednim sąsiedztwie rur nie wpływa negatywnie na dzia-łanie instalacji i wegetację roślin. Regeneracja wychłodzonego zimą gruntu następuje wiosną i la-tem, pod wpływem promieniowania słonecznego i opadów, co zapewnia, że grunt znowu akumulu-je ciepło na kolejny sezon grzewczy. W kolekto-rach poziomych ciepło z gruntu jest pozyskiwane

przez ułożony na dużej powierzchni system rur (ryc. 7). Rury wykonane są z tworzyw sztucz-nych charakteryzujących się dużą przewodnością cieplną. Długość przewodów rurowych w jednej sekcji nie powinna przekraczać 100 m, ponieważ spadki ciśnienia i związana z nimi konieczna wy-dajność pompy obiegowej dolnego źródła byłyby zbyt wysokie. Poszczególne sekcje powinny mieć taką samą długość – zapewni to jednakowy opór i natężenie przepływu. Dzięki temu ciepło będzie pobierane równomiernie z całej powierzchni grun-tu w zasięgu kolektora.

Ryc. 7. Kolektor gruntowy płaski [10]

Ryc. 8. Prace ziemne przy kolektorze gruntowym płaskim [10]

Podczas wykonywania kolektorów gruntowych płaskich niezbędne jest przemieszczanie mas ziem-nych na dość dużej powierzchni. W przypadku budowy nowych budynków można to przeprowa-dzić niewielkim nakładem. Natomiast koszty prac ziemnych dla istniejących domów są z reguły zbyt wysokie. Aby je zmniejszyć, można zastosować kolektory gruntowe spiralne. Zasada ich działania jest zbliżona do zasady działania kolektora grun-

Domowe instalacje pomp ciepła84towego płaskiego. Kolektor spiralny (ryc. 9) ma postać zwojów, ułożonych w rowach o długości 15–20 m i głębokości do 2 m i szerokości mini-mum 80 cm. Odległość pomiędzy sekcjami nie powinna być mniejsza niż 3 m. Wykopanie kilku rowów o długości do 20 m jest znacznie mniej kło-potliwe i wymaga niższych nakładów finansowych niż zdjęcie niemal dwumetrowej warstwy gruntu z całej powierzchni działki.

Ryc. 9. Kolektor gruntowy spiralny [10]

Ilość ciepła, jaką można uzyskać z kolektorów gruntowych ułożonych w górnej warstwie gruntu, do głębokości około 2 m, zależy od jego wilgotno-ści i tekstury. Parametry te są względnie stałe na-wet w długim okresie i dlatego można dość dokład-nie określić zdolność przekazywania ciepła przez grunt (tab. 1).

Tab. 1. Zdolność przekazywania ciepła przez grunt [6]

Rodzaj gruntu Wydajnosć cieplna gruntu (W/m2)

Suchy grunt piaszczysty 10–15

Mokry grunt piaszczysty 15–20

Średnio sucha glina 20–25

Mokra glina 25–30

Grunt nasączony wodą (kurzawka) 30–40

Z danych przedstawionych w tabeli 1 wynika, że grunty mocno nasycone wodą nadają się szcze-gólnie dobrze jako źródło ciepła. W przypadku su-chego piasku wydajność cieplna jest zdecydowanie najmniejsza. Ciepło z kolektora gruntowego trans-portowane jest do pompy ciepła za pomocą specjal-nej mieszanki wody i środka przeciwzamarzającego

(solanki), której punkt zamarzania wynosi –15˚C. Dzięki temu uzyskuje się pewność, że solanka nie zamarznie w trakcie eksploatacji. Powierzchni nad kolektorami gruntowymi nie wolno zabudowywać ani pokrywać szczelnymi konstrukcjami.

Wykonanie instalacji z kolektorami gruntowy-mi jest czasami niemożliwe, gdyż wymaga dużo wolnej przestrzeni, której często brak. Problem ten dotyczy w szczególności obszarów o gęstej za-budowie z małymi działkami budowlanymi. Roz-wiązaniem jest zastosowanie układu sond grunto-wych pionowych (ryc. 10) sięgających głębokości 50–150 m. W instalacjach tego typu ważne jest ustalenie rozmieszczenia sond i głębokości wier-cenia [3].

Ryc. 10. Sondy gruntowe pionowe [10]

Sondy gruntowe pionowe wykonywane są z rur polietylenowych ułożonych najczęściej w kształt litery „U” lub podwójnej „U-rury” [1, 3, 4, 5, 6]. Inny system to „rura w rurze” – solanka umiesz-czona jest w wewnętrznej rurze i odprowadzana rurą zewnętrzną. Oba systemy przedstawiono na rycinie 11.

Sondy gruntowe pionowe umieszcza się we wcześniej przygotowanym odwiercie pionowym. W przestrzeni pomiędzy rurami a ścianą odwiertu umieszcza się masę wypełniającą (np. bentonit), która zapewnia dobry kontakt sondy z otaczają-cym gruntem i właściwe przekazywanie ciepła. Odległość pomiędzy sondami powinna wynosić nie mniej niż 5–6 m, aby zapewnić minimalne wza-jemne oddziaływanie i regenerację w lecie. Przy zastosowaniu kilku sond należy usytuować je w po-przek kierunku przepływu wód gruntowych. Dla

Roman Schefke 85

instalacji tego typu niezbędne jest postępowanie zgodne z przepisami prawa geologicznego. Wyspe-cjalizowane przedsiębiorstwa wiertnicze posiadają odpowiednią wiedzę na temat projektowania i wy-konywania sond gruntowych pionowych. Pomimo wyższych kosztów odwiertu sondy gruntowe jako źródło ciepła są korzystniejsze, ponieważ tempera-tura gruntu rośnie ze wzrostem głębokości (stopień

geotermiczny). W wykonanych instalacjach z son-dami do głębokości 100–120 m temperatura solan-ki osiąga 10–13˚C i nie podlega wahaniom w ciągu roku. Wydajność cieplna z 1 m sondy głębinowej uzależniona jest od struktury podłoża i ilości wody zawartej w gruncie, w którym została zainstalowa-na. W tabeli 2 przedstawiono możliwe wydajności cieplne sond gruntowych w zależności od rodzaju gruntu i czasu pracy pompy ciepła.

Źródło ciepła – wody gruntowe

Wody gruntowe o stałej średniorocznej tempe-raturze 7–12ºC stanowią szczególnie dogodne źró-dło ciepła niskotemperaturowego [1, 3, 5, 6]. Woda gruntowa czerpana ze studni wykorzystywana jako źródło ciepła jest zawracana do warstwy wodono-śnej po schłodzeniu o około 4 K. Instalacja wyko-rzystująca wodę gruntową jako dolne źródło ciepła składa się z dwóch studni – czerpalnej i zrzutowej (ryc. 12).

Ryc. 12. Dolne źródło ciepła – woda gruntowa [10]

W studni czerpalnej woda zostaje wydobyta z ziemi i doprowadzona do pompy ciepła. Instala-cja studni musi zapewnić ciągłość poboru, a wydaj-ność studni nie może być mniejsza niż zapotrzebo-wanie na wodę do zasilania pompy ciepła. Wydatek studni (maksymalna ilość wody, którą może dostar-czyć studnia w określonych warunkach użytkowa-nia) zależy od lokalnych warunków geologicznych. Pompy ciepła o mocy 10–15 kW wymagają za-zwyczaj 1,5–2,5 m3 wody na godzinę. Schłodzona w pompie ciepła woda zostaje odprowadzona do gruntu poprzez studnię zrzutową (chłonną). Stud-nie powinny być oddalone od siebie o 10–15 m,

Ryc. 11. Systemy sond gruntowych [10]

Tab. 2. Możliwe jednostkowe wydajności cieplne gruntu dla sond gruntowych w zależności od rodzaju gruntu i czasu pracy pompy ciepła [1]

Rodzaj gruntu Wydajność cieplna gruntu

Ogólne wytyczne dla 1800 h dla 2500 h

Złe podłoże (suchy osad) 25 W/m 20 W/m

Normalne podłoże, skały zwięzłe i nasycone wodą

60W/m 50 W/m

Mokry osad <25 W/m <20 W/m

Skały zwięzłe z wysokim przewodnictwem ciepła

65–80 W/m 55–65 W/m

Pojedyncze kamienie 80–100 W/m 80–100 W/m

Żwir, piasek suchy 35–50 W/m 30–40 W/m

Żwir, piasek wodonośny 55–70 W/m 45–60 W/m

Przy mocnym przepływie wody gruntowej do żwiru i piasku

80–100 W/m 80–100 W/m

Glina wilgotna 35–50 W/m 30–40 W/m

Wapień 55–70 W/m 45–60 W/m

Piaskowiec 65–80 W/m 55–65 W/m

Kwaśne magmatyty 65–85 W/m 55–70 W/m

Zasadowe magmatyty 40–65 W/m 35–55 W/m

70–85 W/m 60–70 W/m

Domowe instalacje pomp ciepła86a przepływ wody gruntowej powinien odbywać się w kierunku od studni czerpalnej do studni zrzu-towej, aby wykluczyć „sprzęganie się strumieni”. Chroni to pompę ciepła przed doprowadzeniem po raz kolejny ochłodzonej wody. Studnia zrzutowa powinna mieć zdolność przyjęcia tej samej ilości wody, jaką dostarcza studnia czerpalna.

Jakość wody gruntowej powinna odpowiadać wymogom, jakie stawiają producenci pomp ciepła. Jeśli przestrzega się określonych wartości granicz-nych, eksploatacja studni nie stwarza na ogół żad-nych problemów. Jeżeli parametry jakości wody znacznie odbiegają od wartości dopuszczalnych, po stronie dolnego źródła przed pompą ciepła można zainstalować pośredni wymiennik ciepła, skręcany, który okresowo oczyszcza się z ewentualnych osa-dów.

Praktyczne zastosowania pomp ciepła

Pompy ciepła, o mocach grzewczych od kilku do kilkuset kilowatów, wykorzystuje się powszech-nie do ogrzewania pomieszczeń i przygotowywa-nia ciepłej wody użytkowej w budynkach miesz-kalnych, biurowych oraz użyteczności publicznej [2]. Wyróżnia się dwa układy współpracy pompy ciepła z instalacją grzewczą [6]. Są to: system mo-nowalentny, gdy pompa ciepła jest jedynym źró-dłem ciepła, oraz system biwalentny, gdy pompa ciepła i drugie urządzenie grzewcze współpracują w różnych konfiguracjach.

W systemie monowalentnym pompa ciepła jest jedynym urządzeniem grzewczym, pokrywa 100% zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania i przygo-towywania ciepłej wody użytkowej. Układ taki jest stosowany przy temperaturze zasilania systemu do +60ºC.

Systemy biwalentne to [6]:• system biwalentny alternatywny – w systemie

grzewczym pracują dwa urządzenia grzewcze; pompa ciepła pokrywa zapotrzebowanie na cie-pło do określonej temperatury zewnętrznej, na przykład –8ºC (tzw. punkt biwalentny), przy której następuje wyłączenie pompy ciepła i włą-czenie drugiego urządzenia, na przykład kotła gazowego, który przejmuje całkowicie obciąże-nie cieplne; układ stosowany przy temperaturze zasilania systemu do +90ºC,

• system biwalentny równoległy – w systemie grzewczym pracują dwa urządzenia grzewcze; pompa ciepła pokrywa zapotrzebowanie na cie-pło do określonej temperatury zewnętrznej, na przykład –8ºC (tzw. punkt biwalentny), przy tej temperaturze następuje włączenie drugiego

urządzenia, na przykład kotła gazowego; od tego momentu oba urządzenia pracują równolegle; w przypadku gdy drugim urządzeniem grzew-czym jest grzałka elektryczna, mamy system bi-walentny równoległy monoenergetyczny; układ stosowany przy temperaturze zasilania systemu do +60ºC;

• system biwalentny częściowo równoległy – w systemie grzewczym pracują dwa urządzenia grzewcze; pompa ciepła pokrywa zapotrze-bowanie na ciepło do określonej temperatury zewnętrznej, na przykład –8ºC (tzw. punkt bi-walentny), przy tej temperaturze następuje włą-czenie drugiego urządzania, na przykład kotła gazowego; od tego punktu pracują oba urzą-dzenia równolegle; przy obniżeniu temperatu-ry o kolejne kilka stopni następuje wyłączenie pompy ciepła i całe obciążenie grzewcze przej-muje kocioł gazowy; układ stosowany przy tem-peraturze zasilania systemu do +60ºC.W systemach monowalentnych preferowane są

dolne źródła: grunt, woda gruntowa i powierzch-niowa, ciepło odpadowe. Systemy biwalentne są stosowane w przypadku korzystania z powietrza atmosferycznego jako dolnego źródła ciepła.

Przykłady zastosowań systemów monowalentnych

• Dolne źródło ciepła – woda powierzchniowaNa rycinach 13 i 14 pokazano instalację grzew-

czą zasilaną dwiema pompami ciepła woda/woda WWP 700X Alpha InnoTec, o mocy grzewczej 72 kW każda, ogrzewającymi wodę w basenie olimpijskim w Brazylii. Dolnym źródłem ciepła jest zbiornik wodny położony w pobliżu obiektu. Współczynnik efektywności dla tej instalacji – COP – wynosi 5,4.

Ryc. 13. Basen olimpijski w Brazylii [10]

Roman Schefke 87

Ryc. 14. Kotłownia, dwie pompy ciepła WWP 700X, ogrzewające wodę basenu olimpijskiego [10]

• Dolne źródło ciepła – ciepło odpadowe z ka-nału Elektrowni KoninNa rycinach 15 i 16 przedstawiono instalację

grzewczą z dwusprężarkową pompą ciepła so-lanka/woda SWP 410H, Alpha InnoTec, o mocy grzewczej od 47 kW, ogrzewającą budynek prze-twórni ryb przedsiębiorstwa ACIPOL w Koninie i produkującą ciepłą wodę dla celów technolo-gicznych (2400 l na dobę). Dolnym źródłem cie-pła jest ciepła woda z kanału Elektrowni Konin, pochodząca z systemu chłodzącego tej elektrowni, której temperatura nawet w okresie zimowym wy-nosi powyżej12ºC. W celu zabezpieczenia parow-nika pompy ciepła przed zanieczyszczeniami wodą z kanału zainstalowano stację filtrującą oraz dodat-kowy wymiennik ciepła. Współczynnik efektyw-ności COP przyjmuje wartość powyżej 5. Latem, z uwagi na wysokie temperatury wody w kanale, przy produkcji tylko ciepłej wody użytkowej COP osiąga nawet wartość 7.

Ryc. 15. Budynki przetwórni ryb i kotłowni przedsiębior-stwa ACIPOL w Koninie

Ryc. 16. Pompa ciepła SWP 410H i stacja filtrów, zasi-lająca system grzewczy w przetwórni ryb ACIPOL w Ko-ninie

Pompa ciepła zainstalowana w przetwórni ryb jest wykorzystywana również do schładzania wody w basenach, gdzie są przetrzymywane jesiotry – tarlaki w okresie tarła. Woda, o temperaturze około 12ºC, pobierana ze studni głębinowej o głębokości około 50 m, jest schładzana do wymaganej tempe-ratury 6ºC. W projekcie przewidywano ogrzewanie przetwórni ryb kotłem olejowym.

• Dolne źródło ciepła – woda gruntowaNa rycinach 17 i 18 przedstawiono budynek

i instalację grzewczą z pompą ciepła woda/woda WPF 16M, Stiebel-Eltron, o mocy grzewczej 21,7 kW, ogrzewającą część socjalno-biurową bu-dynku przedsiębiorstwa PRBiM „HYDROWAT”

Ryc. 17. Budynek przedsiębiorstwa PRBiM „HYDRO-WAT” w Rzgowie

Domowe instalacje pomp ciepła88

w Rzgowie i przygotowującą ciepłą wodę użytko-wą na potrzeby sanitarne. Wewnętrzna instalacja grzewcza w części socjalno-biurowej budynku to ogrzewanie płaszczyznowe podłogowe i ścienne wodne. Dolnym źródłem ciepła jest istniejąca stud-nia głębinowa, wybudowana na potrzeby instalacji wodociągowo-kanalizacyjnej budynku. Woda po-bierana z głębokości 27 m ma temperaturę 11ºC. Współczynnik COP wynosi powyżej 5.

• Systemy biwalentneo System biwalentny – alternatywnyJako przykład systemu biwalentnego – alter-

natywnego przedstawiono instalację grzewczą w domu jednorodzinnym w Warszawie (ryc. 19), o powierzchni 300 m², zasilanego pompą cie-pła powietrze/woda LWP 190A, Alpha InnoTec, o mocy grzewczej 18 kW. W okresie szczytowego zapotrzebowania na ciepło pompę ciepłą zastępu-je kocioł olejowy. W sezonie letnim pompa ciepła ogrzewa wodę w basenie. Współczynnik COP wy-nosi 3,1.

Ryc. 19. Pompa ciepła powietrze/woda LWP 190A, usta-wienie zewnętrzne, zasilająca system grzewczy w domu jednorodzinnym o powierzchni 300 m² i ogrzewająca wodę basenową [10]

o System biwalentny – monoenergetycznyInstalacja grzewcza w domu jednorodzinnym

w Łapstychach koło Olsztyna (ryc. 20 i 21), o po-wierzchni 650 m², zasilana jest pompą ciepła po-wietrze/woda LW 330 M-I Alpha InnoTec, o mocy grzewczej 33 kW. Wewnętrzna instalacja central-nego ogrzewania to ogrzewanie płaszczyznowe podłogowe wodne. W okresie szczytowego za-potrzebowania pompę ciepła wspomagają grzałki elektryczne. Współczynnik efektywności COP wy-nosi około 3,8.

Ryc. 20. Dom jednorodzinny w Łapstychach koło Olszty-na o pow. 650 m² [10]

Ryc. 21. Pompa ciepła powietrze/woda LW 330 M-I, usta-wienie wewnętrzne [10]

Podsumowanie

Na obszarach wiejskich, gdzie brak systemów ciepłowniczych i nie ma doprowadzonej sieci ga-zowej, instalacje pomp ciepła mogą być z powo-dzeniem wykorzystywane przede wszystkim do ogrzewania budynków użyteczności publicznej [5]. Mogą to być budynki szkolne, urzędy, biura, domy

Ryc. 18. Pompa ciepła woda/woda WPF 16M, zasilająca system grzewczy w budynku przedsiębiorstwa PRBiM „HYDROWAT” w Rzgowie

Roman Schefke 89opieki społecznej, ośrodki wczasowo-wypoczyn-kowe i wiele innych.

Z uwagi na stosunkowo wysokie koszty insta-lacji pomp ciepła oraz możliwości wykorzystania biomasy do celów grzewczych należy przypusz-czać, że pompy ciepła nieprędko znajdą zastoso-wanie w gospodarstwach rolnych. W gospodar-stwach wysokotowarowych, specjalizujących się na przykład w produkcji mleka czy bydła i trzody chlewnej, pompy ciepła powietrze/woda mogą być wykorzystywane do produkcji ciepłej wody użyt-kowej.

Optymizmem nie nastraja również wsparcie rozwoju zastosowań pomp ciepła. Z przeprowa-dzonej przez Kapuścińskiego i Rodzocha [2] anali-zy dokumentu Strategia rozwoju energetyki odna-wialnej wynikają dwa ważne spostrzeżenia:• energia geotermalna w naszym kraju nie jest po-

strzegana jako perspektywiczna i istotna z punk-tu widzenia poprawy bilansu energetycznego kraju; nie jest też uważana za istotną w procesie redukcji emisji gazów cieplarnianych, do czego zobowiązuje nas podpisany Protokół z Kioto;

• geotermia niskiej entalpii, możliwa do wyko-rzystania jedynie za pomocą pomp ciepła, nie jest traktowana w naszym kraju jako energia odnawialna i nie została uwzględniona w kra-jowej Strategii rozwoju energetyki odnawialnej; dotyczy to również pomp ciepła odzyskujących ciepło z otaczającego środowiska.Również w dokumencie Polityka energetyczna

Polski do 2025 roku, przyjętym przez Radę Mini-strów w 2005 roku, nie wspomina się o geotermii niskiej entalpii, ani tym bardziej o promowaniu pomp ciepła [2]. Brak pojęcia „pompa ciepła” w oficjalnych dokumentach rządowych dotyczą-cych rozwoju OZE jest niezrozumiały, jeśli się weź-mie pod uwagę fakt szybkiego upowszechniania tej technologii w krajach UE i przypisywania jej coraz większej wagi dla poprawy bilansu energetycznego i zmniejszania emisji gazów cieplarnianych.

Pomimo tego technologia pomp ciepła rozwija się w Polsce stosunkowo szybko, ale żywiołowo i poza szerszym zainteresowaniem instytucji i osób odpowiedzialnych za politykę energetyczną kraju. Rynek pomp ciepła w Polsce [2] jest w początko-wej fazie kształtowania się, ze wszystkimi wadami

i zagrożeniami z tym związanymi. Do najważniej-szych zalicza się:• brak odpowiedniej liczby wykwalifikowanych

specjalistów i firm świadczących usługi projek-towo-montażowe wobec wzrastającego popytu na instalacje pomp ciepła,

• brak na szczeblu krajowym czy regionalnym systemu szkoleń dla projektantów i instalatorów pomp ciepła,

• brak aktywnej polityki państwa w zakresie wspierania rozwoju technologii pomp ciepła,

• brak instytucji, w których potencjalny klient mógłby otrzymać wyczerpujące informacje na każdy temat związany z planowaną inwestycją pomp ciepła.Należy przypuszczać, że drogą do wyelimi-

nowania wymienionych wyżej problemów rynku będą działania podejmowane przez istniejące czy powstające klastry energii odnawialnej (Dolnoślą-ski Klaster Energii Odnawialnej, Bałtycki Klaster Ekoenergetyczny czy Wielkopolski Klaster Energii Odnawialnej) [7, 8].

Bibliografia

1. Grzewcze pompy ciepła i pompy ciepła ciepłej wody. Podręcznik projektowania i instalacji, DIMPLEX, wydanie 11/2006.

2. Kapuściński J., Rodzoch A. (2006), Geotermia niskotemperaturowa w Polsce – stan aktualny i perspektywy rozwoju, opracowanie wykonane na zamówienie ministra środowiska.

3. Pompy ciepła – zeszyty fachowe 06/2008, Viess-mann, dostępne na stronie www.viessmann.pl.

4. Projektowanie pomp ciepła (2008), Alpha Inno-Tec, dostępne na stronie www.hydro-tech.pl.

5. Rubik M. (2006), Pompy ciepła – poradnik, War-szawa: Technika Instalacyjna w Budownictwie.

6. Wytyczne projektowania systemów grzewczych z pompami ciepła (2006), STIEBEL ELTRON, wersja 02/2006.

7. www.bkee.pl 8. www.dkeo.pl 9. www.glendimplex.pl10. www.hydro-tech.pl11. www.solis.pl12. www.viessmann.pl

Zagrożenia i minimalizacja strat w rolnictwie wskutek ekstremalnych zdarzeń pogodowych

Czesław Koźmiński, Bożena Michalska

Na podstawie wyników pomiarów i obserwacji z kilkunastu stacji meteorologicznych IMiGW z lat 1986–2008 i 1971–2000 opracowano czasowy i przestrzenny rozkład liczby dni z niekorzystnymi dla rolnictwa zjawiskami atmosferycznymi, zanalizowano częstość ich występowania oraz tendencje zmian. Największe szkody w produkcji rolniczej z powodu ekstremalnych zdarzeń pogodowych występują we wschodniej i w południowej części kraju oraz w wyższych partiach wzniesień Pojezierza Pomorskiego, a najmniejsze – w dorzeczu Odry (poza górnym odcinkiem) i w dorzeczu dolnej Warty. Spośród pięciu analizowanych ekstremalnych zdarzeń pogodowych (mrozy, przymrozki, grady, nadmierne opady, silne wiatry) największe zagrożenie dla rolnictwa na obszarze kraju stanowią nadmierne opady powodujące większe powodzie, huragany i opady gradu. Obszar Polski zatem należałoby zaliczyć do grupy krajów europejskich o dużym klimatycznym ryzyku.

Wspólną cechą notowanych w Polsce nie-korzystnych dla rolnictwa zjawisk atmosferycz-nych, takich jak: mrozy, przymrozki, grady, su-sze, gwałtowne opady, huragany, jest duża ich zmienność czasowa i przestrzenna [1, 7, 11, 15]. W miarę postępujących zmian klimatu nasila się częstość i gwałtowność tych zjawisk powodująca wzrost klimatycznego ryzyka uprawy roślin i za-grożeń w gospodarstwach rolnych [2, 6, 8, 13, 18]. Szczególnie lokalny charakter mają opady gradu, przymrozki, nadmierne opady deszczu i huragany, których przestrzenny rozkład uwarunkowany jest sytuacją synoptyczną i fizjografią terenu, zwłasz-cza jego ukształtowaniem i pokryciem [12]. Z tych względów do oceny ich szkodliwości potrzebne są wyniki pomiarów z możliwie długiego okresu (przynajmniej 20-letniego) i z gęstej sieci stacji meteorologicznych.

Wielkość potencjalnych strat dla ważniejszych roślin uprawnych w Polsce z powodu ekstremalne-go uwilgotnienia gleby, skrócenia okresu wegetacji, przymrozków, susz atmosferycznych, nadmiernych opadów, niedoboru usłonecznienia, opadów gradu i niekorzystnych warunków zimowania oszacowano w Atlasie klimatycznego ryzyka uprawy roślin w Pol-sce [2]. Polska zaliczana jest do grupy krajów euro-pejskich o podwyższonym klimatycznym ryzyku produkcji rolniczej wskutek ekstremalnych zdarzeń pogodowych [10, 17]. O ile w południowej części Europy często występują fale upałów i długotrwa-łe susze (pożary lasów), o tyle w zachodniej części dużym zagrożeniem są wichury, burze i huragany. Według scenariuszy IPCC [9] przewiduje się zwięk-szenie częstości ekstremalnych zjawisk atmosferycz-nych na kontynencie europejskim, w tym również powodzi w górnym dorzeczu Odry i Wisły [14].

fot. Artur Kądziela

Czesław Koźmiński, Bożena Michalska 91Mrozy

Postępujące ocieplenie klimatu, zwłaszcza zimą, powoduje zmniejszanie się liczby dni z po-krywą śnieżną i jej grubości, a zarazem zwiększa-nie częstości występowania odwilży atmosferycz-nych i glebowych, sprzyjających rozhartowaniu roślin ozimych. Stąd nawet mało intensywne mro-zy, szczególnie w drugiej połowie zimy i wczesną wiosną, mogą spowodować uszkodzenie plantacji. Według Czarneckiej [16], przeciętne straty zimowe w życie i pszenicy ozimej sięgają 1,5%, w jęcz-mieniu ozimym – ponad 4%, a w rzepaku ozimym średnie szkody wynoszą około 14%, natomiast

w latach bardzo mroźnych może dochodzić do cał-kowitego zniszczenia plantacji.

W Polsce warunki pogodowe w zimie odzna-czają się bardzo dużą zmiennością z roku na rok, w tym także zmiennością wymarzania, wyprzenia roślin i porażenia pleśnią śniegową.

W styczniu i lutym najniższe minimalne tempe-ratury powietrza (na wysokości 2 m n.p.g.) mogą wynosić około –30°C, a w północno-wschodniej części kraju nawet około –35°C (tab. 1). Jedynie w strefie wybrzeża minimalne temperatury kształ-tują się od –20 do –25°C. Tak niskie temperatury zdarzają się w Polsce co 20–25 lat.

Tab. 1. Średnia z minimalnych i najniższa minimalna dobowa temperatura powietrza na wysokości 2 m n.p.g. oraz liczba dni z minimalną temperaturą powietrza <0,0°C i <–10,0°C i maksymalną <–10,0°C według miesięcy (XI–III). Lata 1986–2008 (źródło: oprac. własne)

Stacje

XI XII I

śred-nia

najniż-sza

min max śred-nia

najniż-sza

min max śred-nia

naj-niższa

min max

<0° <–10° <–10° <0° <–10° <–10° <0° <–10° <–10°

Ustka 2,6 –12,0 6,7 0,13 0 –0,15 –15,6 13,5 0,9 0,1 –1,3 –19,8 15,6 1,9 0,2

Koszalin 1,7 –14,0 9,0 0,2 0 –0,8 –19,7 16,0 1,0 0,1 –2,1 –24,8 16,5 2,5 0,3

Olsztyn 0,1 –23,3 13,0 0,7 0 –3,1 –25,7 21,4 3,6 0,5 –4,3 –30,0 20,4 6,0 1,3

Suwałki –1,0 –19,7 16,6 1,3 0 –4,8 –29,6 23,9 5,1 1,0 –5,7 –31,1 24,0 7,1 1,9

Białystok –1,0 –19,2 15,6 1,4 0 –4,3 –29,0 24,0 4,7 0,7 –5,4 –34,6 23,1 6,9 1,6

Warszawa –0,2 –17,0 13,5 0,8 0 –3,3 –22,0 23,1 3,2 0,5 –4,5 –31,0 21,9 5,5 1,1

Poznań 0,6 –13,5 11,6 0,4 0 –2,1 –19,2 19,6 1,8 0,2 –3,3 –28,5 21,6 3,8 0,6

Łódź 0,4 –16,8 13,3 0,7 0 –3,1 –20,8 21,7 2,9 0,4 –4,1 –30,3 21,4 5,5 1,0

Lublin –0,2 –17,8 14,9 1,0 0 –4,0 –23,2 23,4 3,8 0,6 –5,1 –32,2 23,7 6,0 1,5

Wrocław 0,2 –18,2 14,7 0,5 0 –2,5 –21,7 21,2 2,3 0,1 –3,8 –29,5 21,3 5,2 0,8

Opole 1,2 –12,9 11,6 0,4 0 –2,4 –22,5 20,3 2,9 0,2 –3,5 –25,2 20,3 5,0 0,9

Kraków –0,1 –16,0 14,1 0,4 0 –4,1 –25,0 23,3 4,4 0,6 –4,9 –30,0 23,7 6,3 0,8

Rzeszów 0,7 –18,7 13,6 1,0 0 –3,7 –24,0 22,8 4,6 0,6 –5,0 –31,0 23,0 6,8 0,9

Stacje

II III

średnia najniż-sza

min max średnia najniż-

szamin max

<0° <–10° <–10° <0° <–10° <–10°

Ustka –1,1 –18,2 14,5 1,1 0,1 0,6 –15,5 11,7 0,3 0

Koszalin –1,9 –21,0 16,2 2,2 0 –0,3 –14,8 14,1 0,7 0

Olsztyn –3,8 –23,9 20,4 5,0 0,3 –2,0 –22,1 19,0 2,4 0,1

Suwałki –6,0 –28,6 22,3 6,9 0,9 –3,4 –24,2 21,5 3,6 0,2

Białystok –5,3 –25,8 21,9 6,3 0,5 –3,0 –23,6 21,9 2,9 0,1

Warszawa –3,9 –22,9 20,6 4,4 0,2 –1,6 –21,5 17,9 1,2 0,1

Poznań –3,0 –23,0 19,0 3,4 0 –0,7 –16,1 15,7 0,7 0

Łódź –3,2 –21,0 19,9 3,8 0,2 –1,0 –17,7 17,7 1,2 0

Lublin –3,9 –23,9 20,5 5,2 0,3 –1,7 –22,8 18,8 1,9 0,1

Wrocław –3,2 –22,0 19,9 3,8 0,1 –0,7 –17,6 17,2 1,0 0

Opole –2,7 –21,1 18,3 3,4 0,2 –0,3 –15,6 16,1 0,7 0

Kraków –4,2 –24,0 21,8 4,2 0,4 –1,3 –17,0 17,9 1,3 0

Rzeszów –4,4 –28,3 21,4 4,7 0,2 –1,4 –21,0 18,5 1,7 0

Zagrożenia i minimalizacja strat w rolnictwie wskutek ekstremalnych zdarzeń pogodowych92W okresie grudzień–luty procentowy udział

dni z minimalną temperaturą powietrza poniżej 0°C w ogólnej liczbie dni wynosi poniżej 50% w strefie wybrzeża, 51–70% w zachodniej Polsce i ponad 70% w części wschodniej oraz w górach, a dni mroźnych z temperaturą poniżej –10°C od-powiednio: poniżej 5%, 6–15% i ponad 15%. Dni bardzo mroźne – z temperaturą maksymalną poni-żej –10°C w ciągu doby – zdarzają się w Polsce bardzo rzadko, głównie w styczniu, z częstością od 0,6% w Ustce do 6,1% w Suwałkach.

Częstość lat, w których zanotowano minimalną temperaturę poniżej –10°C w styczniu, waha się od poniżej 50% wzdłuż wybrzeża, 51–70% w pół-nocno-zachodniej Polsce, do 71–80% w centralnej i powyżej 80% w części południowo-wschodniej (ryc. 1).

Ryc. 1. Częstość (%) lat z minimalną temperaturą powie-trza poniżej –10°C w styczniu (lata 1986–2008)

W analizowanym okresie (1986–2008) można wyróżnić w styczniu kilka lat o zwiększonej licz-bie dni z minimalną temperaturą powietrza po-niżej –10°C; są to lata: 1987, 1996, 2004 i 2006 (ryc. 2).

Ryc. 2. Liczba dni z temperaturą minimalną poniżej –10°C w styczniu w wybranych stacjach w kolejnych la-tach 1986–2008

Według tabeli 7, ogólna liczba zgłoszonych do PZU szkód w Polsce spowodowanych złym prze-zimowaniem roślin wyniosła od 1 stycznia 2005 roku do 30 czerwca 2008 roku 360, z tego tytułu ubezpieczyciel wypłacił rolnikom 1 409 567 zł, co daje 3915 zł na szkodę.

Przymrozki

W warunkach klimatycznych Polski dużym za-grożeniem dla produkcji roślinnej są przymrozki wiosenne, zwłaszcza pojawiające się po wystą-pieniu wysokich temperatur (powyżej 10°C) oraz podczas kwitnienia roślin. W celu oceny szkodli-wości tego zjawiska opracowano liczbę dni z przy-mrozkami odnotowanymi na wysokości 2 m n.p.g. o różnej intensywności, występującymi wiosną i jesienią, zbadano średnie i ekstremalne terminy pojawiania się tego zjawiska, a także najniższe minimalne temperatury powietrza w miesiącach kwiecień–czerwiec oraz wrzesień–październik (tab. 2–4).

W nizinnej części kraju średnia liczba dni z przymrozkami w okresie wegetacyjnym (kwie-cień–październik) wzrasta z południowego zachodu od około 10 dni wzdłuż doliny Odry i w pasie nad-morskim do ponad 20 dni w północno-wschodniej części kraju. Natomiast w okresie największej wrażliwości roślin na ujemne temperatury (maj– –czerwiec) średnia liczba dni z tym zjawiskiem wynosi od około 0,3 w zachodniej części kraju do ponad 2 na Nizinie Północnopodlaskiej. Jak wyni-ka z tabeli 2, przymrozki o intensywności poniżej –2,0°C występują w kwietniu od około 2 dni we Wrocławiu do 5 dni w Suwałkach, a na Pogórzu Karpackim i Przedgórzu Sudeckim – ponad 6 dni. W maju przymrozki o tej intensywności zdarza-ją się sporadycznie (0,1–0,6 dnia). Wystąpiły na przykład na początku maja w 2007 roku, gdy spo-wodowały zniszczenie 30–70% kwitnących drzew owocowych.

Należy podkreślić, iż w porównaniu ze wspo-mnianymi przymrozkami odnotowanymi na wyso-kości 2 m n.p.g. znacznie większą (dwu- lub trzy-krotną) częstością występowania i intensywnością odznaczają się przymrozki przygruntowe [1, 3].

Procentowy udział przymrozków wiosennych w ogólnej liczbie dni z przymrozkami w okresie wegetacyjnym wynosi w północnej Polsce ponad 60%, a w środkowej i południowej, poza górami – 50–60%. W latach 1986–2008 najniższe minimal-ne temperatury w maju kształtowały się od –1,5°C w Poznaniu do –4,3°C w Białymstoku i –4,6°C w Suwałkach (tab. 3).

Czesław Koźmiński, Bożena Michalska 93Ta

b. 2

. Śre

dnia

(a) i

naj

wię

ksza

(b) l

iczb

a dn

i z p

rzym

rozk

ami n

a w

ysok

ości

2 m

n.p

.g. o

inte

nsyw

nośc

i: <0

,0°,

<–2

,0°

i <–4

,0°C

w o

kres

ie o

d kw

ietn

ia d

o pa

ździ

erni

ka.

Lata

198

6–20

08

Sta

cje

<0,0

<–2,

0<–

4,0

<0,0

<–2,

0<–

4,0

<0,0

<–2,

0<–

4,0

%

IVV

VI

IVV

VI

IVV

VI

IXX

IXX

IXX

IV–X

IV–X

IV–X

Suw

ałki

a10

,71,

60,

15,

30,

4–

1,7

0,1

–1,

06,

80,

33,

30,

041,

220

,29,

33,

061

,4

b18

91

134

–5

1–

515

210

17

Ols

ztyn

a9,

01,

6–

4,6

0,6

–1,

4–

–0,

95,

10,

42,

3–

0,8

6,6

7,9

2,2

63,9

b19

6–

134

–6

––

414

38

–4

Cho

jnic

ea

7,6

0,5

–3,

2–

–1,

0–

–0,

24,

6–

1,7

–0,

512

,94,

91,

562

,8

b16

3–

10–

–4

––

213

–8

–4

Szc

zeci

na

5,3

0,3

–2,

8–

–2,

0–

–0,

33,

6–

1,9

–0,

49,

84,

72,

460

,2

b12

210

42

1310

4

Poz

nań

a6,

20,

3–

2,5

––

0,8

––

0,2

4,8

–2,

3–

1,1

11,5

4,8

1,9

56,5

b16

2–

7–

–5

113

–10

–4

War

szaw

aa

6,5

0,3

–3,

00,

1–

0,6

––

0,1

5,7

–2,

6–

0,6

12,6

5,7

1,2

54,0

b16

27

1–

21

148

5

Bia

łyst

oka

11,0

2,2

0,04

5,5

0,6

–2,

00,

09–

1,3

7,4

0,3

4,1

0,04

1,7

21,9

10,5

3,8

60,3

b19

91

135

–5

2–

514

210

17

Lubl

ina

6,3

0,5

–2,

60,

1–

0,8

––

0,1

5,3

–2,

3–

0,7

12,2

5,0

1,5

55,7

b18

4–

71

–6

––

212

–7

–5

Łódź

a5,

30,

2–

2,7

0,1

–1,

0–

––

4,6

–2,

0–

0,6

10,1

4,8

1,6

54,5

b16

2–

82

–4

––

–12

–8

–4

Wro

cław

a6,

00,

2–

2,2

––

0,8

––

0,04

4,3

–2,

4–

1,0

10,5

4,6

1,8

59,0

b14

28

41

1211

8

Jele

nia

Gór

aa

12,2

1,8

0,04

6,8

0,09

–2,

9–

–0,

87,

40,

043,

8–

1,9

22,2

10,7

4,8

62,6

b22

71

161

–10

––

415

113

–7

Opo

lea

5,5

0,2

–2,

3–

–0,

3–

–0,

23,

6–

2,0

–0,

79,

54,

31,

060

,0

b13

2–

7–

–2

––

311

–9

–5

Kra

ków

a5,

30,

2–

2,0

0,04

–0,

4–

––

4,8

–2,

1–

0,6

10,3

2,3

1,0

53,0

b14

3–

71

–1

––

–10

–6

–4

Rze

szów

a7,

31,

0–

3,3

0,3

–1,

30,

1–

0,4

5,6

–3,

3–

1,1

14,3

6,9

2,5

58,0

b17

4–

122

–5

1–

213

–9

–5

Źród

ło: o

prac

. wła

sne.

Zagrożenia i minimalizacja strat w rolnictwie wskutek ekstremalnych zdarzeń pogodowych94

Tab. 4. Średnia najniższa temperatura minimalna (a) i absolutnie najniższa temperatura minimalna (b) na wys. 2 m n.p.g. wg miesięcy 1986–2008 (źródło: oprac. własne)

Stacje IV V VI IX XSuwałki a –4,9 –0,4 3,8 0,1 –4,7

b –8,0 –4,6 –0,4 –4,3 –11,9Olsztyn a –5,0 –0,1 4,0 0,8 –3,4

b –9,7 –3,8 0,5 –3,5 –8,2Chojnice a –4,2 0,9 4,5 2,8 –2,3

b –11,8 –1,8 1,0 –0,5 –6,5Szczecin a –4,3 0,8 4,8 2,3 –2,5

b –7,7 –1,7 1,3 –2,0 –6,0Poznań a –4,4 1,2 4,7 2,0 –3,4

b –9,0 –1,5 0,1 –0,8 –8,3Warszawa a –3,7 1,4 5,8 2,2 –3,4

b –6,0 –2,6 2,6 –0,6 –9,6Białystok a –5,3 –0,6 3,5 –0,4 –5,3

b –7,1 –4,3 –0,2 –5,1 –10,1Wrocław a –3,9 1,9 5,5 2,5 –3,5

b –6,9 –1,6 2,2 –0,8 –9,3Jelenia Góra a –6,3 –0,6 2,6 0,5 –5,3

b –13,4 –3,6 –0,7 –2,2 –8,7Opole a –3,2 2,5 5,9 1,9 –3,1

b –6,8 –1,6 3,0 –1,5 –6,7Kraków a –3,2 2,4 6,3 3,4 –3,7

b –5,2 –3,2 0,7 0,0 –7,4Rzeszów a –4,3 0,0 5,1 0,9 –4,4

b –10,0 –4,4 1,2 –2,1 –11,4

O stopniu zagrożenia plantacji roślin przy-mrozkami można wnioskować na podstawie śred-nich i najpóźniejszych dat ich występowania na wiosnę oraz najwcześniejszych i średnich dat ich pojawiania się jesienią. Wiosną przymrozki na wy-sokości 2 m n.p.g. zanikają przeciętnie między 21 a 25 kwietnia w południowo-zachodniej części kra-ju i w miarę przemieszczania się ku północnemu wschodowi terminy ich zanikania są coraz póź-niejsze – nawet do końca pierwszej dekady maja. W odniesieniu do przymrozków silniejszych (po-niżej –2,0°C) terminy ich zaniku przypadają prze-ciętnie 2–3 tygodnie wcześniej. Najpóźniejsze daty wystąpienia przymrozków poniżej 0,0°C kształtują się od 9 maja w Łodzi do 4 czerwca w Suwałkach, a silniejszych (poniżej –2,0°C) od końca kwietnia do połowy maja.

Jesienią średnie terminy pojawiania się przy-mrozków przypadają – w rejonie Białegostoku i na obszarach górskich – na ostatnią dekadę września, a w strefie wybrzeża – na koniec drugiej dekady października. Przeciętne terminy przymrozków poniżej –2,0°C są późniejsze o 8–20 dni od wyżej opisanych, w zależności od regionu kraju.

Liczba zgłoszonych szkód spowodowanych wystąpieniem przymrozków wyniosła w Polsce w okresie od 1 stycznia 2005 roku do 30 czerwca 2008 roku 3893, co dało łączną kwotę 40 043 492 zł

Tab. 3. Średnie (a) i najpóźniejsze (b) daty przymrozków wiosennych oraz średnie (c) i najwcześniejsze (d) daty przy-mrozków jesiennych na wysokości 2 m n.p.g. Lata 1986–2008 (źródło: oprac. własne)

Stacje <0,0 <–2,0 <–4,0 Stacje <0,0 <–2,0 <–4,0Suwałki a

bcd

7 V4 VI5 X

16 IX

22 IV13 V12 X16 IX

9 IV3 V29 X27 IX

Lublin abcd

23 IV25 V17 X29 IX

14 IV3 V25 X1 X

26 III25 IV9 XI10 X

Olsztyn abcd

5 V25 V4 X21 X

23 IV23 V16 X22 IX

4 IV26 IV12 XI12 X

Łódź abcd

21 IV9 V20 X1 X

13 IV2 V31 X7 X

27 III26 IV13 XI7 X

Chojnice abcd

25 IV16 V14 X22 IX

13 IV28 IV3 XI13 X

31 III27 IV15 XI19 X

Wrocław abcd

22 IV16 V19 X8 IX

7 IV25 IV26 X7 X

30 III25 IV7 XI7 X

Szczecin abcd

25 IV20 V11 X16 IX

9 IV28 IV28 X6 X

30 III22 IV16 XI19 X

Jelenia Góra abcd

10 V2 VI29 IX8 IX

20 IV3 V18 X19 IX

3 IV29 IV27 X13 X

Poznań abcd

25 IV27 V14 X8 IX

12 IV26 IV30 X6 X

3 IV26 IV14 XI6 X

Opole abcd

21 IV25 V19 X13 IX

10 IV25 IV28 X11 X

15 III22 IV14 XI14 X

Warszawa abcd

22 IV25 V14 X28 IX

13 IV3 V28 X6 X

28 III21 IV9 XI10 X

Kraków abcd

17 IV15 V20 X1 X

8 IV2 V28 X13 X

23 III14 IV7 XI14 X

Białystok abcd

3 V3 VI27 IX8 IX

22 IV16 V15 X21 IX

13 IV3 V30 X27 IX

Rzeszów abcd

30 IV26 V10 X15 IX

15 IV15 V23 X29 IX

8 IV15 V31 X1 X

Czesław Koźmiński, Bożena Michalska 95wypłaconych przez PZU odszkodowań. Aż 90% sumy odszkodowań wypłacono w 2007 roku, kiedy to w pierwszej pentadzie maja temperatura minimalna przy gruncie wyniosła nawet –7,0°C (Suwałki). Najwięcej szkód przymrozkowych, bo 2024, odnotowano w badanym okresie w poznań-skim oddziale PZU, a najmniej, czyli 117 – w od-dziale lubelskim. Intensywność szkód obliczona jako iloraz sum wypłaconych odszkodowań przez liczbę zgłoszonych szkód jest w Polsce w przypad-ku szkód przymrozkowych bardzo duża, gdyż wy-nosi 10 282 zł.

Opady gradu

W Polsce opady gradu, zwłaszcza połączone z burzą atmosferyczną, obserwowane są głównie od maja do sierpnia. Opady gradu o większym przestrzennym zasięgu i dużym natężeniu związane są z przemieszczaniem się aktywnego frontu chłod-nego i okluzji, a te o mniejszym zasięgu występują w burzach wewnątrzmasowych, szczególnie w ma-sach powietrza polarno-morskiego i zwrotnikowo- -morskiego. O częstości występowania opadów gradu decyduje również kontrastowość lokalnych warunków fizjograficznych, takich jak: ukształ-towanie terenu i jego pokrycie (lasy, zbiorniki wodne, bagna itd.). Na podstawie rozmieszczenia i częstości burz gradowych wydzielono na terenie kraju 138 drugorzędnych i 21 głównych szlaków gradowych występujących głównie w południowo- -wschodniej Polsce, w rejonie Poznania, na ziemi chełmińskiej i Pojezierzu Kaszubskim (ryc. 3).

Ryc. 3. Szlaki gradowe

Przeważające kierunki przemieszczania się burz gradowych są zgodne z kierunkami wędrów-ki frontów chłodnych i okluzji, czyli z północne-go zachodu na południowy wschód, z zachodu na wschód i z południowego zachodu na północny wschód [1]. Za główny szlak gradowy przyjęto ob-szar, na którym średniorocznie notuje się powyżej 0,66 przypadku burz na powierzchnię 25 km2, a za drugorzędny – gdy na powierzchni 25 km2 obser-wuje się 0,33–0,66 przypadku burz gradowych.

Od 1 stycznia 2005 roku do 30 czerwca 2008 roku zgłoszono do PZU 11 850 szkód, za które wy-płacono 47 532 082 zł, co daje 4010 zł na jedną szkodę. Średnia liczba dni z burzą gradową w okre-sie maj–sierpień kształtuje się na terenie kraju od około 0,4 w północno-zachodniej i północnej czę-ści do 0,8 na Wyżynie Małopolskiej i Wyżynie Lu-belskiej oraz około 1,0 dnia na Pogórzu Karpac-kim. Natomiast prawdopodobieństwo wystąpienia lat z burzą gradową w tym okresie kształtuje się od około 40% do 70%. Na terenie kraju najczęściej notuje się opady gradu wielkości grochu (30%) i bobu (20%), a rzadko orzecha włoskiego (6%), choć na Pogórzu Karpackim zdarzają się także gra-dziny wielkości jaja kurzego (1%), a nawet piłki golfowej.

Uszkodzone przez grad powierzchnie zasianych zbóż wynoszą średnio rocznie od 0,6% w rejonach północno-zachodnich do ponad 2,2% na Pogórzu Karpackim, jednak na przeważającym obszarze kraju kształtują się w przedziale 1–1,6%. Nato-miast średnie szkody gradowe w zbożach stanowią poniżej 4% na Pomorzu Zachodnim i powyżej 12% lokalnie, w obrębie głównych szlaków gradowych, z tym że na większości obszaru kraju wynoszą do 8%. Nieco większe szkody gradowe obserwuje się w uprawie roślin okopowych, gdyż kształtują się od 5% do 15%, a w uprawie roślin przemysłowych – od 8% do 15%.

Uwzględniając wielkość szkód spowodowa-nych przez opady gradu wśród roślin uprawnych, na terenie kraju wydzielono cztery strefy zagro-żenia – od małego w północno-zachodniej części kraju i dorzeczu Narwi do bardzo dużego na Po-górzu Karpackim i Wyżynie Krakowsko-Często-chowskiej.

Nadmierne opady

Na obszarach wyżynnych i górskich dobowe opady powyżej 25 mm powodują z reguły odpływ powierzchniowy i wgłębny, a na terenach nizinnych taki efekt dają dopiero opady powyżej 30 mm na dobę [1, 11, 19]. Z tych względów za dolną granicę

główne szlaki gradowe

drugorzędne szlaki gradowe

Zagrożenia i minimalizacja strat w rolnictwie wskutek ekstremalnych zdarzeń pogodowych96Ta

b. 5

. Czę

stoś

ć la

t z m

aksy

mal

nym

dob

owym

opa

dem

(a):

31–5

0, 5

1–70

, 71–

100

i >10

0 m

m o

raz

najw

yższ

a do

bow

a su

ma

opad

ów (b

). La

ta 1

971–

2000

Sta

cje

31–5

051

–70

71–1

00>

100

IVV

VI

VII

VIII

IXIV

VV

IV

IIV

IIIIX

IVV

VI

VII

VIII

IXIV

VV

IV

IIV

IIIIX

Ust

kaa b

– –7 35,7

3 44,6

23 46,2

13 48,5

13 48,1

––

3 68,7

7 66,4

––

––

–3 94,2

––

––

––

––

Kos

zalin

a b– –

10 46,6

11 49,6

10 40,1

23 47,2

20 43,4

––

7 57,3

10 65,4

3 51,4

13 66,0

––

–1 73,6

3 77,8

––

––

–3

101,

3–

Ols

ztyn

a b–

7 40,4

23 46,7

17 47,3

7 42,6

3 49,6

––

3 50,4

––

––

––

––

3 98,9

––

––

––

Suw

ałki

a b–

3 43,7

20 48,3

13 40,6

7 48,2

3 38,7

––

–7 56,5

3 54,0

3 68,0

––

––

––

––

––

––

Bia

łyst

oka b

–7 33,3

10 35,3

23 44,6

3 32,4

10 37,8

––

–7 56,2

3 50,6

––

–3 90,6

–3 80,2

––

––

––

–

Toru

ńa b

–3 46,8

10 34,5

23 39,3

20 46,0

10 45,1

––

–3 66,0

3 62,4

3 55,0

––

––

––

––

310

1,6

––

–

Szc

zeci

nek

a b–

7 43,7

7 48,0

30 43,1

13 45,0

13 43,5

––

3 68,2

3 59,2

7 69,1

––

–3 84,1

3 72,9

––

––

––

––

Szc

zeci

na b

3 35,5

3 37,6

13 39,1

23 41,4

7 47,8

––

–3 50,9

–3 53,3

––

––

–3 74,7

––

––

––

–

Poz

nań

a b–

7 42,6

10 43,9

10 49,4

7 36,9

10 45,4

––

3 53,6

3 52,8

––

––

–3 85,7

––

––

––

––

Łódź

a b–

10 34,8

10 34,0

17 44,3

13 43,7

13 37,7

––

–10 62

,83 55,4

––

–3 97,8

––

––

––

––

–

War

szaw

aa b

–7 37,8

10 48,5

17 45,4

3 33,4

7 48,8

––

3 54,2

–3 50,6

––

––

––

––

––

––

–

Ziel

ona

Gór

aa b

7 32,4

3 32,9

10 46,4

27 48,8

17 49,7

––

3 58,0

––

7 53,8

––

––

3 78,5

––

––

––

––

Wro

cław

a b–

13 41,5

17 48,3

30 49,5

23 43,9

7 36,1

–3 51,3

3 62,6

3 61,0

––

––

3 70,2

––

––

––

––

–

Opo

lea b

–3 34,9

13 45,6

23 40,7

23 49,0

10 38,0

––

7 66,3

3 65,8

––

––

7 99,0

3 75,7

––

––

––

––

Lubl

ina b

7 34,4

10 43,3

20 46,0

23 49,5

17 42,7

10 41,7

––

–3 66,7

7 67,8

3 51,1

–3 72,3

––

––

––

––

––

Jele

nia

Gór

aa b

10 41,6

7 48,9

10 40,1

30 44,4

27 42,8

13 49,8

–3 54,3

3 52,6

–7 66,0

3 53,6

––

–10 96

,03 82,4

––

––

––

–

Kra

ków

a b3 32,5

20 34,2

17 48,4

10 40,1

13 38,6

3 30,1

––

13 56,5

3 58,0

7 62,4

3 52,6

–3 87,4

––

––

––

––

––

Rze

szów

a b3 37,4

13 40,8

20 47,9

20 46,1

13 40,3

17 45,7

–7 62,2

3 53,2

–10 61

,8–

––

––

––

––

––

––

Now

y S

ącz

a b10 39

,213 48

,827 46

,433 47

,927 44

,77 42,5

–3 62,3

–7 63,0

––

––

3 82,6

3 71,8

––

––

––

––

Źród

ło: o

prac

. wła

sne.

Czesław Koźmiński, Bożena Michalska 97nadmiernych dobowych opadów przyjęto wartość co najmniej 31 mm. W tabeli 5 przedstawiono te opady w czterech klasach: 31–50 mm, 51–70 mm, 71–100 mm i powyżej 100 mm, podając częstość lat ich występowania oraz najwyższy dobowy opad w danej klasie według miesięcy od kwietnia do września.

Najczęściej występują opady w przedziale 31– –50 mm, zwłaszcza w lipcu, kiedy to częstość lat ich występowania waha się, w zależności od poło-żenia stacji, od 10% do 33%. Kolejnym miesiącem o zwiększonej częstości lat z opadami w tej klasie jest sierpień – 3–27%. W całym okresie wegetacyj-nym (kwiecień–wrzesień) częstość lat z dobowy-mi opadami w przedziale 31–50 mm kształtuje się na terenie kraju od 43% w rejonie Poznania, 47% w Suwałkach i Warszawie do 97% w Jeleniej Gó-rze i 100% w Nowym Sączu. Wielokrotnie rzadziej występują dobowe opady w przedziale 51–70 mm, których częstość waha się od 7% do 27%. W ana-lizowanym 30-leciu opady w klasie 71–100 mm zdarzały się bardzo rzadko –1–4 lata, natomiast dobowe opady przekraczające 100 mm wystąpiły na rozpatrywanych stacjach tylko dwa razy: w To-runiu w czerwcu 1980 roku i w Koszalinie w sierp-niu 1991 roku. O ile dobowe opady w przedziale 31–50 mm notowane są od kwietnia do września, o tyle opady powyżej 50 mm, a zwłaszcza powyżej 70 mm, występują głównie od czerwca do sierpnia. Postępujące ocieplenie i zmiana powierzchni użyt-kowania gruntów będzie powodować występowa-nie w nizinnej części kraju bardzo wysokich dobo-wych sum opadów (około 150 mm), a na obszarze gór nawet powyżej 200 mm.

Silne wiatry

Podczas oceny prędkości wiatru stosowany jest najczęściej następujący podział:• 0–2 m/s – wiatry bardzo słabe,• 2–5 m/s – wiatry słabe,• 5–10 m/s – wiatry umiarkowane,• 10–15 m/s – wiatry silne,• powyżej 15 m/s – wiatry bardzo silne.

W bioklimatologii przyjmuje się prędkość wia-tru powyżej 8 m/s jako wiatr uciążliwy, utrudnia-jący poruszanie się i przenoszący zanieczyszcze-nia. W pracy scharakteryzowano również wiatry o prędkości powyżej 20 m/s określane jako wyjąt-kowo silne lub w skali Beauforta jako wichura.

Wiatry o prędkości powyżej 8 m/s notowane są w ciągu całego roku z największą częstością od grudnia do marca, a wiatry przekraczające 10 m/s występują przeciętnie dwukrotnie rzadziej.

W ciągu roku najczęściej występują one w stycz-niu, zwłaszcza na wybrzeżu – średnio około 5,0 dni – i w centralnej części kraju – około 2,0–3,0 dni, a najrzadziej w lipcu, średnio 0,1–0,6 dnia, jedy-nie na wybrzeżu około 2,0 dni (tab. 6). W półroczu chłodnym średnia liczba dni z wiatrem silnym jest około dwukrotnie większa niż w półroczu ciepłym, wykazując duże przestrzenne zróżnicowanie w za-leżności od położenia stacji i warunków fizjogra-ficznych.

Wiatry bardzo silne (powyżej 15 m/s) występują na terenie kraju rzadko, ale niemal we wszystkich miesiącach roku. Największą ich liczbę obserwuje się w strefie wybrzeża.

Wiatry wyjątkowo silne (powyżej 20 m/s) wy-stępują w poszczególnych miesiącach sporadycz-nie. Natomiast w ciągu całego roku mogą pojawiać się z częstością do 20% w środkowowschodniej części kraju, 20–30% na pozostałym obszarze, a w północnej części wybrzeża nawet ponad 30%. Rzeczywiste maksymalne prędkości wiatru w po-rywach wynoszą od 30 m/s we Włodawie i w Świ-noujściu do 44 m/s w Łebie i 48 m/s w Bielsku- -Białej [1]. Wiatry o prędkości 30 m/s w porywach występują we wschodniej Polsce raz na 10 lat, a na przeważającym obszarze kraju – raz na 5 lat, na Pomorzu – raz na 3 lata, a w północnej części wy-brzeża, Beskidzie Śląskim i w Tatrach – co drugi rok [1].

PZU podczas szacowania w rolnictwie szkód powstałych w wyniku działania huraganu przyjmu-je prędkości wiatru nie mniejsze niż 24 m/s (Dz.U. nr 150 z dnia 07.07.2005). Jak wynika z tabeli 7, łączna liczba zgłoszonych szkód z tytułu wystąpie-nia huraganu wyniosła w okresie 1 stycznia 2005 do 30 czerwca 2008 roku 92 963; wypłacono za nie 138 767 661 zł. Najwięcej szkód zgłoszono w od-dziale krakowskim (20 720) i lubelskim (15 430), a najbardziej katastrofalny pod tym względem oka-zał się rok 2007, w którym wystąpiło 63% szkód z całego badanego okresu.

Spośród notowanych ekstremalnych zdarzeń pogodowych w Europie w latach 1994–2004 naj-częściej występowały powodzie – średniorocznie 15,1, a następnie wichury – 6,6, pożary (2,7) oraz fale upałów (2,3) i mrozów (2,0), najrzadziej zaś susze – 1,0, chociaż te ostatnie mogą obejmować duże obszary [4]. Uwzględniając liczbę katastrof pogodowych, a nie rozmiar szkód przez nie spowo-dowanych, kraje Europy można zaliczyć do jednej spośród czterech klas potencjalnego zagrożenia (małe, średnie, duże lub bardzo duże). Do grupy państw o małym zagrożeniu należałoby włączyć kraje skandynawskie, a o bardzo dużym – Francję.

Zagrożenia i minimalizacja strat w rolnictwie wskutek ekstremalnych zdarzeń pogodowych98Tab. 6. Średnia (a), maksymalna (b) liczba dni z wiatrem o prędkości: >8, >10, >15 i >20 m/s–1 oraz częstość lat (%), w których takie wiatry się pojawiały (c). Lata 1986–2008

StacjeI II III IV V VI

a b c a b c a b c a b c a b c a b c

Ustka >8 8,5 26 87 8,2 23 91 8,1 21 87 5,6 17 87 5,1 14 83 5,7 18 74

>10 4,8 22 61 4,4 16 65 4,6 17 65 2,8 14 65 2,2 10 52 2,6 9 57

>15 1,0 7 26 0,5 3 30 0,6 3 35 0,4 3 22 0 0 0 0,2 1 22

>20 0,1 1 9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,0 1 4

Koszalin >8 5 14 78 3,6 10 83 4 12 83 1,8 8 74 1,2 6 52 1,1 6 48

>10 1,5 5 61 1,2 6 61 1,2 8 52 0,6 4 35 0,2 2 17 0,2 1 22

>15 0,1 1 9 0,0 1 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

>20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Olsztyn >8 1,3 6 52 1 4 57 1,7 7 74 1 4 52 0,7 2 61 0,7 4 43

>10 0,5 4 35 0,3 2 22 0,3 3 22 0,3 1 26 0,1 1 9 0,0 1 4

>15 0,1 1 9 0 0 0 0,0 1 4 0,0 1 4 0,0 1 4 0 0 0

>20 0,0 1 4 0 0 0 0,0 1 4 0,0 1 4 0 0 0 0 0 0

Suwałki >8 5,8 13 96 4,3 10 96 4 12 91 3,2 9 83 2,8 8 87 1,7 8 61

>10 2,6 8 78 2,0 8 74 1,6 9 70 1,2 7 52 0,8 3 43 0,6 5 26

>15 0,5 4 30 0,3 4 17 0,1 1 9 0,0 1 4 0 0 0 0,0 1 4

>20 0,2 1 17 0,1 3 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Białystok >8 1,3 6 65 0,7 3 43 0,6 3 35 0,7 4 48 0,4 2 30 0,2 2 17

>10 0,1 1 13 0,1 1 13 0,1 3 4 0,0 1 4 0 0 0 0,1 2 9

>15 0 0 0 0,0 1 4 0,1 2 4 0,0 1 4 0 0 0 0,1 1 9

>20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,0 1 4 0 0 0 0,0 1 4

Warszawa >8 10,1 20 100 8,2 20 100 10,1 21 100 7,9 15 100 6,7 16 100 6 14 100

>10 3,6 13 83 2,5 6 83 3,0 9 87 1,8 6 87 1,1 4 61 1,0 4 61

>15 0,6 3 39 0,2 1 22 0,2 2 13 0,1 1 9 0,0 1 4 0,0 1 4

>20 0,1 1 9 0,0 0 0 0,0 1 4 0,0 0 0 0,0 0 0 0,0 0 0

Poznań >8 7,7 20 91 7,0 15 100 8,6 16 96 6,3 13 96 5,7 15 96 4,2 10 83

>10 2,9 13 70 2,2 6 83 3,0 8 87 1,3 6 65 1,1 6 52 0,9 4 43

>15 0,3 2 26 0,2 1 22 0,2 1 17 0,2 2 17 0,1 1 13 0,0 1 4

>20 0,1 1 9 0,0 1 4 0,0 0 0 0,1 1 13 0,1 1 13 0,0 0 0

Łódź >8 4,8 17 78 3,2 7 87 4,0 10 87 2,3 6 83 1,4 5 74 0,9 4 52

>10 1,6 7 61 0,6 4 39 1,2 6 61 0,4 2 39 0,3 2 26 0,2 2 13

>15 0,1 1 13 0 0 0 0 0 0 0,1 1 9 0 0 0 0 0 0

>20 0,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Lublin >8 3,7 11 87 2,2 5 87 3,5 12 87 2,0 6 78 0,9 4 48 0,2 2 17

>10 1,0 4 52 0,5 2 48 0,9 6 43 0,4 3 26 0,2 1 17 0,0 1 4

>15 0,0 1 4 0,0 0 0 0,1 2 4 0,0 0 0 0,0 0 0 0,0 0 0

>20 0,0 0 0 0,0 0 0 0,1 2 4 0,0 0 0 0,0 0 0 0,0 0 0

Wrocław >8 4,6 20 91 4,5 10 96 4,8 15 87 3,4 10 87 1,9 7 78 2,0 9 65

>10 1,9 11 61 1,2 5 65 1,8 7 65 0,5 2 39 0,3 2 22 0,7 3 39

>15 0,2 2 13 0,0 0 0 0,1 1 9 0,0 0 0 0,0 0 0 0,1 1 13

>20 0,0 1 4 0,0 0 0 0,0 1 4 0,0 0 0 0,0 0 0 0,1 1 9

Opole >8 2,0 6 61 1,2 5 48 2,0 8 65 1,0 5 57 0,6 3 48 0,5 3 30

>10 0,6 4 30 0,2 3 9 0,6 3 39 0,3 3 13 0,1 1 9 0,0 1 4

>15 0,0 0 0 0 0 0 0,0 1 4 0,0 1 4 0,0 0 0 0 0 0

>20 0,0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0,0 1 4 0 0 0 0 0 0

Czesław Koźmiński, Bożena Michalska 99Tab. 6 – cd.

Kraków >8 8,6 20 96 6,7 13 100 8,6 20 100 5,7 13 96 5,3 13 91 4,2 9 91

>10 2,9 12 70 1,9 8 61 2,4 8 74 1,5 8 57 0,8 5 39 0,8 6 43

>15 0,3 2 17 0,2 2 13 0,4 3 30 0,2 1 17 0,0 1 4 0,1 1 9

>20 0,0 1 4 0,0 0 0 0,0 0 0 0,0 1 4 0,0 0 0 0,0 1 4

Rzeszów >8 7,3 26 87 6,0 19 96 6,6 19 100 4,7 10 96 3,3 12 83 2,7 8 65

>10 3,2 13 70 2,3 12 78 2,1 9 70 1,5 5 65 1,0 5 52 1,0 5 43

>15 0,3 2 17 0,0 1 4 0,1 1 9 0,1 1 9 0,0 1 4 0,2 2 13

>20 0,0 0 0 0,0 1 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,2 2 13

StacjeVII VIII IX X XI XII

a b c a b c a b c a b c a b c a b c

Ustka >8 5,8 14 87 5,4 15 83 5,3 13 91 6,5 16 100 7,3 22 91 8,1 19 96

>10 2,1 9 74 2,6 9 65 2,8 10 70 3,4 11 70 4,3 17 74 3,9 13 83

>15 0,1 1 9 0,2 2 17 0,3 2 22 0,5 5 26 0,7 4 26 0,6 4 30

>20 0,0 1 4 0 0 0 0,0 1 4 0,0 1 4 0,1 2 4 0,1 1 13

Koszalin >8 0,8 3 43 1,0 4 61 1,5 6 52 1,5 4 83 2,2 7 83 3,6 14 83

>10 0,2 1 17 0,4 2 35 0,3 2 26 0,3 2 17 0,7 3 48 1,0 5 43

>15 0,0 1 4 0,1 1 9 0 0 0 0,0 1 4 0,1 1 9 0,0 1 4

>20 0 0 0 0,0 1 4 0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 0 0

Olsztyn >8 0,3 2 30 0,4 2 35 0,3 2 26 0,5 1 52 0,9 4 61 0,7 3 52

>10 0 0 0 0,2 1 22 0,1 1 13 0,1 1 9 0,3 2 22 0,2 2 17

>15 0 0 0 0,0 1 4 0 0 0 0 0 0 0,1 1 9 0 0 0

>20 0 0 0 0,0 1 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Suwałki >8 1,5 5 70 1,5 8 70 1,9 6 70 2,5 5 91 2,8 8 83 3,6 9 91

>10 0,3 1 35 0,3 3 22 0,4 2 35 0,8 3 57 0,8 3 43 1,2 5 57

>15 0,0 1 4 0,0 1 4 0 0 0 0,1 1 13 0,1 1 13 0,2 1 17

>20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Białystok >8 0,0 1 4 0,2 2 13 0,1 1 9 0,5 3 39 0,5 2 39 0,4 2 30

>10 0 0 0 0,1 1 13 0 0 0 0 0 0 0,1 1 13 0,0 1 4

>15 0 0 0 0,1 1 9 0 0 0 0 0 0 0,1 1 9 0 0 0

>20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Warszawa >8 5,7 13 96 4,8 12 91 4,7 14 100 6,3 15 100 6,2 13 96 7,4 26 91

>10 1,1 8 57 0,7 3 43 1,0 3 65 1,3 4 74 1,3 5 52 2,0 6 70

>15 0,1 1 13 0,0 0 0 0,0 1 4 0,1 1 13 0,2 2 13 0,2 2 17

>20 0,1 1 9 0,0 0 0 0,0 0 0 0,0 0 0 0,0 1 4 0,0 0 0

Poznań >8 4,0 13 83 4,2 11 100 3,6 10 83 4,3 11 91 4,9 14 87 6,0 20 87

>10 0,6 4 35 0,7 4 39 0,7 4 35 1,0 3 57 1,3 7 65 2,0 6 70

>15 0,0 1 4 0,1 1 9 0,0 1 4 0,2 2 17 0,2 2 13 0,2 1 17

>20 0,0 1 4 0,0 1 4 0,0 0 0 0,1 2 9 0,0 0 0 0,0 1 4

Łódź >8 0,9 7 39 0,7 2 52 1,4 4 74 1,5 4 70 1,7 4 74 3,3 9 83

>10 0,1 2 9 0,0 1 4 0,4 3 26 0,2 2 17 0,4 3 22 0,7 3 30

>15 0,0 1 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,0 1 4

>20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Lublin >8 0,3 1 26 0,2 1 17 0,7 5 39 1,0 3 52 1,7 5 57 1,7 6 61

>10 0,1 1 9 0,0 0 0 0,1 1 9 0,2 1 22 0,4 4 22 0,4 3 30

>15 0,0 1 4 0,0 0 0 0,0 0 0 0,0 1 4 0,0 0 0 0,0 0 0

>20 0,0 0 0 0,0 0 0 0,0 0 0 0,0 1 4 0,0 0 0 0,0 0 0

Zagrożenia i minimalizacja strat w rolnictwie wskutek ekstremalnych zdarzeń pogodowych100Tab. 6 – cd.

StacjeVII VIII IX X XI XII

a b c a b c a b c a b c a b c a b c

Wrocław >8 1,5 11 39 1,8 6 70 1,4 8 61 2,6 6 91 3,7 14 91 4,0 9 91

>10 0,3 7 9 0,2 2 13 0,3 2 22 0,6 2 52 1,1 6 48 1,4 5 65

>15 0,0 1 4 0,0 0 0 0,0 0 0 0,0 1 4 0,1 1 9 0,1 1 9

>20 0,0 0 0 0,0 0 0 0,0 0 0 0,0 0 0 0,1 1 9 0,0 1 4

Opole >8 0,3 2 26 0,2 2 17 0,4 4 26 0,8 3 48 1,0 4 52 1,1 6 57

>10 0 0 0 0,1 1 9 0,0 1 4 0,1 1 13 0,2 2 17 0,3 2 26

>15 0 0 0 0,1 1 9 0 0 0 0 0 0 0,0 1 4 0,1 1 9

>20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,1 1 9

Kraków >8 4,2 12 87 3,4 8 87 3,8 15 91 4,6 12 91 4,8 10 87 6,3 17 100

>10 0,9 9 30 0,5 3 30 0,6 3 35 1,3 5 52 1,6 7 65 1,7 5 65

>15 0,1 1 9 0,0 0 0 0,1 1 9 0,1 1 9 0,1 2 9 0,2 2 17

>20 0,0 1 4 0,0 0 0 0,0 0 0 0,0 1 4 0,0 1 4 0,1 1 13

Rzeszów >8 2,2 14 57 2,0 13 57 2,0 7 65 3,8 16 87 5,6 16 91 6,8 17 100

>10 0,6 5 26 0,5 4 26 0,6 3 43 1,2 10 39 2,4 9 65 2,5 10 78

>15 0,1 1 9 0,0 1 4 0 0 0 0,1 1 9 0,1 2 9 0,2 4 9

>20 0,0 1 4 0,0 1 4 0 0 0 0 0 0 0,0 1 4 0 0 0Źródło: oprac. własne.

Tab. 7. Liczba szkód (a), wypłacone odszkodowanie (w zł) według przyczyn (b) i intensywność szkód (c) wg oddziałów PZU w okresie: 1.01.2005–30.06.2008

Oddziały Huragan Grad Przymrozek Ujemne skutki przezimowania

Deszcz nawalny

Gdańsk abc

1 8284 155 011

2 273

3581 246 262

3 481

2332 603 574

11 174

26176 594

6 792

Dostępna jedynie informacja zbiorcza dla wszystkich regionów, patrz niżej

Katowice abc

7 1028 704 377

1 226

1 6656 137 984

3 686

496578 8031

11 669

2794 3813 495

Kraków abc

20 72020 378 580

984

2 9318 873 571

3 027

1971 012 942

5 142

210 0405 020

Lublin abc

15 43022 139 156

1 435

2 6116 040 726

2 313

1171 025 394

8 764

2766 3022 456

Łódź abc

11 62922 032 964

1 895

6011 880 851

3 129

2001 780 998

8 905

1219 5341 628

Poznań abc

14 97424 753 715

1 653

2 48513 878 787

5 585

2 02417 873 961

8 831

152676 498

4 451

Szczecin abc

2 1772 562 189

1 177

2195 140 655

23 473

2296 142 378

26 823

47253 589

5 395

Warszawa abc

11 51724 601 783

2 136

5351 550 768

2 899

2201 412 816

6 422

405 0271 257

Wrocław abc

7 5869 439 886

1 244

4452 773 478

6 232

1772 403 398

13 578

2762 3512 309

Razem abc

92 963138 767 661

1 493

11 85047 532 082

4 010

3 89340 043 492

10 282

3601 409 567

3 915

1 6312 733 969

1 676Źródło: oprac. własne.

Czesław Koźmiński, Bożena Michalska 101Polska znajduje się w drugiej klasie o średnim za-grożeniu, przy czym narastająca częstość ekstre-malnych zdarzeń pogodowych może spowodować włączenie obszaru kraju do klasy trzeciej – o du-żym zagrożeniu.

Możliwości przeciwdziałania ekstremalnym zdarzeniom pogodowym

W miarę poznawania istoty niekorzystnych dla rolnictwa zjawisk atmosferycznych opracowywane są coraz nowsze sposoby przeciwdziałania. W celu zmniejszenia szkód spowodowanych silnymi mro-zami wprowadza się nowe, bardziej odporne na ujemne temperatury odmiany ozimin, zwłaszcza rzepaku i jęczmienia, które są wrażliwe na tempe-raturę od –5°C do –8°C, szczególnie w drugiej po-łowie zimy. Stosuje się także odpowiednią ich re-jonizację. Szkody powstałe z tego powodu można również ograniczyć, ubezpieczając oziminy przed ujemnymi skutkami przezimowania.

Bardzo dobre efekty w zabezpieczaniu sadów, krzewów i roślin ciepłolubnych przed przymroz-kami uzyskuje się, stosując deszczowanie (mgła-wicowanie), chroniące rośliny przed ujemnymi temperaturami do –4°C. Na plantacjach warzyw wykorzystuje się okrywy foliowe o różnym za-kresie przepuszczalności promieniowania foto-syntetycznie aktywnego PAR. Na szerszą skalę, na bardzo cennych plantacjach (cytrusy, winorośl) likwiduje się przymrozki za pomocą helikopterów, które mieszając przygruntowe warstwy powietrza, chronią rośliny przed przymrozkami do około –4°C. Ten sposób ochrony stosowano z pozytyw-nym skutkiem w sadach pyrzyckich koło Szczeci-na. Innymi sposobami przeciwdziałania wiosennym przymrozkom są: siew i sadzenie roślin, zwłaszcza tych o zwiększonych wymaganiach cieplnych, w odpowiednim terminie, hodowla odmian bar-dziej odpornych na niskie temperatury, nawożenie roślin mikroelementami, a także odpowiednie usy-tuowanie plantacji w terenie, uwzględniające jego ukształtowanie. Nieodzowne są również dostatecz-nie wczesne ostrzeżenia przed przymrozkami ze strony służb synoptycznych lub organizacji zajmu-jących się meteorologiczną osłoną rolnictwa.

W celu ochrony roślin przed opadami gradu w wielu krajach, na przykład we Francji, w Szwaj-carii, Włoszech, Austrii, stosuje się rozpraszanie chmur gradowych; umieszcza się jądra krystaliza-cji (np. jodku srebra) w górnych częściach burzo-wych chmur gradowych. Do ich transportu służą na przykład generatory elektryczne, zestawy rakiet oraz odpowiednio dostosowane samoloty. Spośród

krajów europejskich najlepsze praktyczne efekty uzyskuje się w tym zakresie w południowej części Francji.

Przed nadmiernymi opadami i silnym wiatrem ostrzega specjalny system złożony z sieci radarów, który pozwala na wcześniejsze informowanie lud-ności o możliwości wystąpienia burzy atmosfe-rycznej, silnych opadów i huraganów.

Niezależnie od wymienionych sposobów prze-ciwdziałania szkodliwym zjawiskom pogodowym nieodzowne jest wprowadzenie powszechnego ubezpieczenia plantacji roślin i gospodarstw rol-nych, co powinno obniżyć wielkość składek ubez-pieczeniowych w rejonach o największym ryzyku.

Podsumowanie

Postępująca urbanizacja i zwiększanie sztucz-nych powierzchni w miejsce dotychczasowych, naturalnych (pola uprawne, lasy, łąki, nieużytki) powoduje zmianę struktury bilansu cieplnego po-wierzchni czynnej oraz obiegu energii i materii, a w konsekwencji prowadzi do nasilania się nieko-rzystnych zjawisk atmosferycznych w skali lokal-nej i regionalnej.

Pomimo postępującego ocieplenia klimatu, zwłaszcza zimą, należy się liczyć z występowa-niem w tym okresie silnych, krótkotrwałych mro-zów, które przy malejącej liczbie dni z pokrywą śnieżną o grubości co najmniej 5 cm będą powo-dowały szkody w oziminach, głównie w rzepaku i jęczmieniu. Na terenie Polski liczba dni z przy-mrozkami wiosną wykazuje w ostatnim 20-leciu tendencję malejącą, a także wcześniejsze ich zani-kanie w porównaniu z latami 1951–1970. Jednak intensywne przymrozki będą występowały co 5–8 lat w zachodniej części i co 4–5 lat we wschod-niej części kraju, wyrządzając szkody w sadach i w uprawach roślin o zwiększonych wymaganiach cieplnych.

Nadmierne, dobowe opady atmosferyczne w przedziale 51–70 mm występują z częstością od około 10% w nizinnej części kraju do ponad 20% na Pojezierzu Karpackim i Przedgórzu Sudeckim. Natomiast opady większe od 70 mm na dobę (od-powiednio od około 5% do ponad 10%) odznaczają się dużą zmiennością losową.

Przestrzenny rozkład występowania gwałtow-nych burz i huraganów w Polsce wykazuje dużą zgodność z rozmieszczeniem szlaków gradowych.

Z powodu ekstremalnych zdarzeń pogodowych największe straty w rolnictwie będą występowały we wschodniej i południowej Polsce, zwłaszcza na Pogórzu Karpackim i Przedgórzu Sudeckim, oraz

Zagrożenia i minimalizacja strat w rolnictwie wskutek ekstremalnych zdarzeń pogodowych102w wyższych partiach wzniesień Pojezierza Pomor-skiego, a najmniejsze – w dorzeczu Odry (z wyjąt-kiem górnego odcinka) i w dorzeczu dolnej Warty.

Bibliografia

1. Koźmiński C., Górski T., Michalska B. (1990), Atlas klimatyczny elementów i zjawisk szkodli-wych dla rolnictwa w Polsce, Puławy: Instytut Uprawy, Nawożenia i Gleboznawstwa, s. 84.

2. Koźmiński C., Michalska B. (2001), Atlas klima-tycznego ryzyka uprawy roślin w Polsce, Szcze-cin: Akademia Rolnicza w Szczecinie, s. 101.

3. Koźmiński C., Michalska B. (2004), Atlas zaso-bów i zagrożeń klimatycznych Pomorza, Szcze-cin: Akademia Rolnicza w Szczecinie, s. 99.

4. Bartkiewicz E., Leśny J., Juszczak R. (2005), „Ekstremalne zjawiska hydro-meteorologiczne w Europie w latach 1994–2004”, Woda – Środo-wisko – Obszary Wiejskie, t. 5, z. 14, s. 29–44.

5. Czarnecka M. (1998), Zimowanie roślin ozimych w Polsce a niekorzystne czynniki klimatyczne, Szczecin: Akademia Rolnicza w Szczecinie, s. 182.

6. Frei C., Davies H.C., Gurtz J., Schar C. (2002), „Climate dynamics and extreme precipitation and flood events in Central Europe”, Integrated Assessment 1 (4).

7. Hohl R., Schiesser H. (2002), „The use of hail damage claims to reveal trend in hailstorm fre-quencies in Switzerland and impacts on the hail insurance industry”, Fourth European Confe-rence on Applied Climatology ECAC 2002, Brussels.

8. McCarthy J.J. i in. (red.) (2001), Climate Change: Impacts, Adaptation and Vulnerability, New York: Cambridge University Press.

9. Kędziora K. (2002), „Globalne zmiany klima-tyczne i ich wpływ na rolnictwo i leśnictwo”, Wdrażanie nowych technologii w zakresie ekolo-gii i ochrony środowiska, Barzkowice, 7–8 listo-pada 2002, s. 45–60.

10. Koźmiński C., Michalska B., Czarnecka C., (1993) „Ekstremalne warunki pogodowe”, w: J. Dzieżyc (red.), Czynniki plonotwórcze – plo-nowanie roślin, Warszawa: Wydawnictwo Na-ukowe PWN.

11. Koźmiński C., Michalska B. (2008), „Real inso-lation deficiency during the cool half-year in Po-

land”, Polish Journal of Natural Sciences 23 (3), s. 547–562.

12. Koźmiński C., Michalska B. (2008), Klimatyczne zagrożenia rolnictwa w Polsce a zmiany klimatu (maszynopis).

13. Kysely J. (2002), „Probability estimates of ex-treme temperature events: Stochastic modeling approach vs. extreme value distributions”, Stu-dia Geophysica et Geodaetica 46 (1), s. 93–112.

14. Leśny J., Juszczak R., Serba T., Olejnik J. (2007), Przystosowanie rolnictwa krajów europejskich do zagrożeń wynikających ze zmian klimatycz-nych, ADAGIO. Fundacja na rzecz Rozwoju Polskiego Rolnictwa, s. 41–50.

15. Niedźwiedź T. (2002), Ekstremalne zjawiska pogodowe i klimatyczne. Problemy środowiska i jego ochrony, część 10, Centrum Studiów nad Człowiekiem i Środowiskiem, Katowice: Uni-wersytet Śląski, s. 128–141.

16. P. Zimmerli i in. (2003), Natural Catastrophes and Reinsurance, Zurich: Swiss Reinsurance Company.

17. Sadowski M. (2007), „Strategia adaptacji rolnic-twa do zmian klimatu”, w: idem (red.), Zmiany klimatu a rolnictwo i obszary wiejskie, Warsza-wa: Fundacja na rzecz Rozwoju Polskiego Rol-nictwa.

18. Szczepański K. (2007), „Wielkości strat i koszty odszkodowań w rolnictwie wynikające z wpły-wu ekstremalnych zjawisk pogodowych w obec-nych warunkach, rozwój i długofalowa polityka ubezpieczeń w rolnictwie”, I Polska Konferencja ADAGIO, Poznań: Akademia Rolnicza, maszy-nopis, s. 14–15.

19. Wyszyński Z., Pietkiewicz S., Łoboda T., Sa-dowski M. (2007), Opracowanie metodycznych podstaw adaptacji produkcji roślinnej w gospo-darstwach rolniczych o różnych typach gospoda-rowania i skali produkcji do oczekiwanych zmian klimatycznych, Warszawa: Fundacja na rzecz Rozwoju Polskiego Rolnictwa, s. 51–62.

20. Ziernicka-Wojtaszek A., Zawora T. (2007), „Zmienność opadów atmosferycznych okresie wegetacyjnym w latach 1901–2000 na obsza-rze województwa podkarpackiego”, w: K. Pio-trowicz, R. Twardosz (red.), Wahania klimatu w różnych skalach przestrzennych i czasowych, Kraków: Instytut Geografii i Gospodarki Prze-strzennej UJ, s. 391–396.

Susze – potencjalne straty w plonach i sposoby

przeciwdziałania

Leszek Łabędzki

W pracy przedstawiono charakterystykę susz w Polsce, zwracając szczególną uwagę na naturalne warunki ich występowania, częstotliwość, zasięg oraz negatywne skutki w rolnictwie i podejmowane przeciwdziałania. Przewidywane ocieplenie klimatu dla Polski spowoduje prawdopodobnie wzrost in-tensywności i częstotliwości susz. Nasilający się w ostatnich latach problem susz w Polsce, zwłaszcza w rolnictwie, wskazuje na potrzebę podjęcia prac prowadzących do opracowania i wdrożenia strategii walki z suszą. Omówiono cele kierunkowe oraz możliwe działania w celu łagodzenia ujemnych skut-ków susz w rolnictwie. W szerszym zakresie przedstawiono działania mające na celu zwiększenie zaso-bów wodnych przeznaczonych dla rolnictwa oraz stan obecny i możliwy rozwój nawodnień.

Nadzwyczajne zagrożenia związane z pogo-dą zawsze towarzyszyły człowiekowi. Należą do nich przede wszystkim susze. Polska leży w strefie klimatu przejściowego umiarkowanego, ale pomi-mo to na jej obszarze występują susze o ujemnych skutkach, stanowiące poważny problem ekono-miczny, społeczny i środowiskowy.

Susze wywołane są okresem bezopadowym lub przez powtarzające się opady mniejsze od średnich. Są to stany o nieokreślonej częstotliwości, czasie trwania i nasileniu, niemożliwe do dokładnego przewidzenia ze względu na ich dużą zmienność czasową.

Susze wywołują różne, zazwyczaj ujemne, skutki w rolnictwie, zwłaszcza w produkcji ro-ślinnej. Ich oddziaływanie na środowisko i agro-ekosystemy w danym regionie zależy nie tylko od czasu trwania, natężenia i zasięgu przestrzennego, lecz także od podatności środowiska, społeczeń-stwa i rolnictwa na ujemne działanie suszy. Nie mamy wpływu na pojawianie się tych zjawisk, ale

wrażliwość na nie jest zdeterminowana wieloma czynnikami społecznymi, gospodarczymi i tech-nologicznymi (np. niewłaściwe użytkowanie zie-mi, nieracjonalne gospodarowanie wodą, w tym brak właściwego zarządzania i administrowania jej poborem, niedostosowanie rodzaju upraw do naturalnych siedlisk i warunków w nich pa-nujących, zła lokalizacja gospodarstw), na które można mieć wpływ, regulować je i nimi stero-wać. Czynniki te są zmienne w czasie, w związku z czym wrażliwość na susze i ryzyko ich ujem-nych skutków może zwiększać się lub zmniej-szać. Skutki mogą więc być różne, nawet jeśli czas trwania, natężenie i zasięg przestrzenny susz będą identyczne.

Systematyczne obserwacje z ostatniego pięć-dziesięciolecia wskazują na zwiększanie się na obszarze naszego kraju częstotliwości i intensyw-ności susz. Wiele sygnałów każe przypuszczać, że zjawiska susz w Polsce będą się nadal nasilać i bę-dzie to trend wieloletni.

fot. Marek Kostykiewicz

Susze – potencjalne straty w plonach i sposoby przeciwdziałania104Rodzaje i przyczyny powstawania susz

Susza jest ekstremalnym zjawiskiem pogodo-wym, mającym charakter anomalii atmosferycznej, wywołanej brakiem opadów lub powtarzającymi się opadami mniejszymi niż średnie. Jest konsekwen-cją naturalnego zmniejszenia opadów w pewnym okresie na danym obszarze, a inne czynniki meteo-rologiczne (wysoka temperatura, mała wilgotność powietrza, duża prędkość wiatru) mogą potęgować jej nasilenie. Powstaje w warunkach utrzymywania się długotrwałej cyrkulacji antycyklonalnej.

Susza jest zjawiskiem złożonym i trudnym do jednoznacznego określenia. Pojawia się okresowo, w różnych porach roku. Podstawowymi parametra-mi suszy są: intensywność, czas trwania i zasięg. Określenie rozmiaru suszy, poznanie przyczyn jej występowania i czynników wpływających na jej przebieg oraz skuteczność jej przewidywania mają istotne znaczenie w przeciwdziałaniu jej skutkom.

W zależności od wielkości niedoboru opadów oraz ich rozkładu w ciągu wielu lat, roku czy okre-sie wegetacyjnym oraz jego wpływu na atmosfe-rę, hydrosferę, pedosferę (sferę gleby) i agrosferę, można mówić o suszy meteorologicznej, hydro-logicznej, glebowej lub rolniczej. Bezpośrednim skutkiem niedoboru opadów (suszy meteorolo-gicznej) jest zakłócenie bilansu wodnego obszaru, a także nadmierne przesychanie gleb (susza glebo-wa, która może być dodatkowo spotęgowana du-żym parowaniem terenowym) oraz obniżanie po-ziomu wód gruntowych i zmniejszenie przepływu wody w rzekach (susza hydrologiczna).

Zjawisko suszy wyróżnia kilka istotnych cech. Susza narasta stopniowo, a jej efekty kumulują się w pewnym okresie i mogą się ujawniać dopiero po jej zakończeniu. Jest to przyczyną trudności okre-ślenia jej początku i końca, a nieraz nawet stwier-dzenia, czy obserwowane zjawisko niedoboru opa-du rzeczywiście nią jest. Wyznaczenie początku i końca suszy oraz ocenę jej intensywności utrud-nia również brak ścisłej i uniwersalnej, powszech-nie akceptowanej definicji.

W meteorologii i hydrologii suszę definiuje się na podstawie parametrów hydrometeorologicznych (opad, przepływ, stan wody, temperatura). W rol-nictwie natomiast przez suszę rozumie się zazwy-czaj niedobór wody niekorzystnie wpływający na wzrost, rozwój i plonowanie roślin. W rolnictwie o suszy można mówić w odniesieniu do miejsca (gleby), czasu (miesiąca, fazy fenologicznej, okre-su krytycznego, okresu wegetacji) i rośliny, a ujem-ne skutki suszy wyrażają się spadkiem wielkości i jakości plonu. Ten sam niedobór wody może

mieć różny wpływ na różne gatunki roślin, uprawy i grupy upraw. Susza w rolnictwie jest niedoborem wody w danym miejscu, oddziałującym na kon-kretny gatunek (odmianę) roślin, mogącym powo-dować nieodwracalne zmiany fizjologiczne w ro-ślinach i glebie. Jest to stan będący konsekwencją zjawisk występujących w poprzednim okresie.

W literaturze można spotkać wiele definicji i sposobów klasyfikowania suszy, mniej lub bar-dziej szczegółowych, zależnie od pola działania i specjalizacji autorów [3, 24, 27, 37, 40]. Przegląd tych definicji i podziałów, ich analiza oraz własne przemyślenia umożliwiają usystematyzowanie tego zagadnienia. Najczęściej susze definiuje się w spo-sób najbardziej ogólny, czyli susza to:• okres bezopadowy lub o małych opadach, wyka-

zujących znaczne odchylenia od normy,• znaczne zmniejszenie dostępności wody w okre-

ślonym czasie i obszarze,• wywołany przez naturę tymczasowy stan braku

równowagi w dostępności wody, spowodowa-ny przez powtarzające się opady mniejsze od średnich, stan o nieokreślonej częstości wystę-powania, czasie trwania i nasileniu, niemożliwy do przewidzenia, zmniejszający zasoby wodne i zdolność adaptacyjną ekosystemów,

• szczególna sytuacja, kiedy zapotrzebowanie na wodę przez dowolny system (np. przez rolnic-two) znacznie przewyższa zdolności dostarcze-nia jej z naturalnych źródeł na danym obszarze.Definicje i klasyfikacje bardziej szczegółowe

określają typ, intensywność, czas trwania i zasięg suszy oraz odnoszą się do jej skutków. Według nich wyróżnia się następujące rodzaje susz:• meteorologiczna (klimatyczna, atmosferyczna)

– wyrażona odchyleniem opadu od wartości nor-malnej w pewnym okresie, będąca podstawową przyczyną innych rodzajów susz,

• glebowa – wyrażona zmniejszeniem uwilgotnie-nia gleby lub potencjału wody glebowej poniżej wartości progowej,

• hydrologiczna lub dotycząca zasobów wodnych (wód powierzchniowych i wód podziemnych) – wyrażona niedoborem zasobów wody po-wierzchniowej lub podziemnej,

• rolnicza (agrometeorologiczna) – wyrażona nie-doborem wody glebowej w danej glebie dla da-nej rośliny w określonym przedziale czasu lub momencie; jej skutkiem jest zmniejszenie plo-nów roślin uprawnych,

• socjoekonomiczna – wiązana z zapotrzebowa-niem na dobra ekonomiczne, których dostępność zależy od innych rodzajów susz.

Leszek Łabędzki 105Podczas gdy susze meteorologiczne, hydrolo-

giczne, glebowe i socjoekonomiczne są wynikiem trwania znaczącego niedoboru opadów w dłuższym okresie, susze rolnicze występują w krótkich okre-sach w czasie faz rozwojowych rośliny. Są szcze-gólnie groźne, jeśli występują w fazach, w których rośliny są szczególnie wrażliwe na niedobór wody. Wobec tego przyczyną suszy rolniczej jest brak opadów lub niewystarczające opady w określonej fazie rozwojowej rośliny na danej glebie.

Autorzy definicji susz, zarówno tych ogólnych, jak i szczegółowych, podkreślają jednak potrzebę konfrontowania przychodu i zasobów wody i ich dostępności z zapotrzebowaniem na wodę w da-nym obszarze i czasie. Pomimo niejednoznaczno-ści i wieloaspektowości pojęcia suszy, jej definicje są jednak dość precyzyjne, a same susze wymierne ilościowo, jeśli poda się dokładne kryteria ich wy-znaczania oraz metody, parametry lub wskaźniki detekcji, pomiaru, kwantyfikacji i oceny ich inten-sywności.

Charakterystyka susz w Polsce

Polska leży w strefie klimatu przejściowego umiarkowanego, w którym zmienność elementów meteorologicznych zarówno w okresach długich (lata), jak i krótkich (dni, tygodnie, miesiące) jest znaczna. Jest to jedną z przyczyn występowania susz i okresowych braków wody, wywołujących niekorzystne zmiany, zwłaszcza w ekosystemach rolniczych i leśnych.

Zjawiska suszy na terenie Polski notowano w kronikach już od XIV wieku. W ubiegłych stule-ciach występowały one wielokrotnie: w wieku XIV – 20, XV – 25, XVI – 19, XVII – 24, XVIII – 22, XIX – 23, XX i do 2006 roku – około 40 razy [5, 11, 16, 19, 36]. Systematyczne obserwacje z ostat-niego pięćdziesięciolecia wskazują na nasilanie się na obszarze naszego kraju susz i niedoborów wody. Susze pojawiają się coraz częściej, są coraz intensywniejsze i obejmują znaczne obszary kraju. Susze meteorologiczne występują przeciętnie raz na 3–5 lat, przy czym obserwuje się ciągi lat z nie-doborem opadu wywołującym susze i następujące po nich ciągi lat z nadmiarem opadu lub z opadem zbliżonym do średniego [1, 11, 16, 17, 19, 36]. Ta tendencja wpisuje się w ogólny trend występowa-nia na kuli ziemskiej, z coraz większą częstością, ekstremalnych zjawisk meteorologicznych, wywo-ływanych zarówno przez czynniki naturalne, jak i antropogeniczne (efekt cieplarniany). Obecnie antropopresji przypisuje się coraz większe znacze-nie w globalnych zmianach klimatu, które to zmia-

ny wywołują narastanie częstości i intensywności ekstremalnych zjawisk, w skali lokalnej i regional-nej. Zaobserwowane i udokumentowane tenden-cje wzrostu temperatury oraz zmniejszania ilości opadów przy niekorzystnej zmianie ich rozkładu sezonowego w ciągu roku świadczą o dostrzegal-nych zmianach klimatu [13]. Udokumentowane, obserwowane w Polsce w ciągu drugiej połowy XX wieku ocieplenie wyraża się przyrostem śred-niej rocznej temperatury powietrza, wynoszącym prawie 0,9oC [6]. Wzrost ten wyraźnie zaznaczył się w latach 90. i jest zbieżny ze wzrostem tempe-ratury globalnej [12]. W ostatnim 55-letnim okre-sie głębokie susze wystąpiły w Polsce w latach: 1951, 1953, 1959, 1963, 1964, 1969, 1971, 1976, 1982–1984, 1989, 1991, 1992, 1994, 2000, 2002, 2003, 2005, 2006.

W latach 1970–2006 procent powierzchni kraju objętej suszą meteorologiczną był zróżnicowany. Na podstawie wskaźnika suszy meteorologicznej KBWs (standaryzowanego klimatycznego bilansu wodnego) obliczonego w okresie wegetacyjnym (kwiecień–wrzesień) dla 40 stacji meteorologicz-nych w Polsce, odnotowano 11 lat, w których susze meteorologiczne objęły ponad 50% kraju (wystę-powały w ponad 50% stacji meteorologicznych) (ryc. 1). W latach 1982, 1992 i 2003 susze odnoto-wano w 90% stacji. W latach 1980 oraz 2001 susz nie obserwowano w żadnej stacji meteorologicz-nej.

Ryc. 1. Udział stacji (%) z suszą meteorologiczną w okre-sie wegetacyjnym w latach 1970–2006

Najbardziej posuszne regiony Polski to prawie cała środkowa i północno-zachodnia jej część. Wskazują na to wieloletnie wartości średnie opa-dów i klimatycznego bilansu wodnego (różnicy między opadem i ewapotranspiracją wskaźniko-wą), które są najmniejsze w Szczecinie, Bydgosz-czy, Poznaniu, Zielonej Górze, Warszawie i Łodzi (ryc. 2). Susze występują tutaj najczęściej i są najgłębsze, o skrajnie długich ciągach dni bezopa-

Susze – potencjalne straty w plonach i sposoby przeciwdziałania106dowych. Regionem, w którym deficyt opadów at-mosferycznych jest największy w Polsce, jest Po-jezierze Wielkopolskie. Szczególnie niekorzystny dla produkcji roślinnej rozkład opadów występuje na Kujawach.

Ryc. 2. Średni wieloletni opad P i klimatyczny bilans wod-ny P-ETo w okresie wegetacyjnym (kwiecień–wrzesień)

Nasilenie, czas trwania i okresy wystąpienia susz w latach 1980–2005 były różne. Pierwszym okresem intensywnych susz były lata 1982–1983. W sezonie wegetacyjnym 1982 roku opady na te-renie Kujaw i północnej Wielkopolski były prawie o połowę mniejsze od średnich z lat 1951–1990. W bardzo suchym roku 1989 wystąpił opad o prawdopodobieństwie nieprzekroczenia mniej-szym niż 1%. Susza najsilniejsza, o największym zasięgu i czasie trwania, wystąpiła w 1992 roku. Przybrała ona charakter klęski, która objęła prawie cały obszar Polski, najsilniejsza była zaś w pół-nocno-zachodniej i środkowej części kraju. W nie-których regionach trwała ona nawet przez cały okres wegetacyjny (kwiecień–wrzesień). Okres ten charakteryzował się wysoką temperaturą po-wietrza i gleby, bardzo dużym nasłonecznieniem i ujemnym klimatycznym bilansem wodnym. Od połowy kwietnia występowały znaczne deficy-ty opadów, przekraczające 50% i dochodzące do 100% opadów średnich w czerwcu na północnym zachodzie kraju (opad zerowy). Na Kujawach opad w drugiej połowie okresu wegetacyjnego (lipiec– –wrzesień) wynosił 40–55% średniego wieloletnie-go. Po ciągu lat 2000–2003, w których wystąpiły susze o różnej intensywności, kolejnym rokiem z intensywną suszą był 2005. Susza ta trwała od czerwca do listopada i obejmowała Wielkopolskę, Kujawy, Mazowsze, Podlasie i Polesie Lubelskie. W regionie bydgoskim suma opadów od kwietnia do października była znacznie mniejsza niż średnia

z tego okresu. Szczególnie suchy okazał się okres od sierpnia do października, w którym opady nie przekraczały 40% średnich, z katastrofalnym paź-dziernikiem (14% opadu średniego na Kujawach). Miało to negatywne skutki w postaci trudności ze zbiorem roślin okopowych i przeprowadzeniem jesiennych zabiegów agrotechnicznych oraz uzu-pełnieniem retencji glebowej. Susza w 2006 roku charakteryzowała się kilkutygodniowymi okresami upałów i braku opadów w czerwcu i lipcu.

Z systematycznych obserwacji z ostatniego pięćdziesięciolecia wynika, że na terenie kraju nasila się występowanie okresów susz. Tych ten-dencji nie można co prawda ekstrapolować, ale też nie można ignorować oznak nasilania się susz oraz zwiększania się ich częstości i intensywności. Mają one zauważalne skutki ekologiczne i gospodarcze.

Skutki susz

Przesuszenie wielu obszarów jest wyraźne – objawia się długotrwałym obniżeniem poziomu wody gruntowej, zmniejszeniem wilgotności gleby o różnym czasie trwania zależnie od długości suszy meteorologicznej, obniżaniem lustra wody w natu-ralnych i sztucznych zbiornikach wodnych, zmia-nami w składzie florystycznym ekosystemów.

Wpływ na rolnictwo i jego gospodarkę wodną jest zróżnicowany. Zależy od ilości i rozkładu opa-dów zarówno w okresie poprzedzającym suszę, jak i w czasie jej trwania oraz od czasu jej trwania i in-tensywności. Reakcję roślin na suszę determinuje z kolei ich gatunek i faza rozwojowa oraz rodzaj gleb i region geograficzny. Susze jesienne i wcze-snowiosenne są na ogół przyczyną zmniejszenia plonów zbóż ozimych, wiosenne zaś – zbóż jarych, pierwszego odrostu runi łąkowej oraz wydajności pastwisk. Susze letnie zwykle wpływają ujemnie na plon ziemniaków i drugiego odrostu runi łąko-wej, a także pastewnych upraw polowych.

W dwóch bardzo suchych latach 1982–1983 średni spadek plonów zbóż wynosił w różnych re-gionach Polski 5–30%, a ziemniaków – 10–40%, w stosunku do plonów w latach średnich 1985– –1987 [11, 29]. W dolinie górnej Noteci, obejmują-cej część Kujaw i północnej Wielkopolski, rejonie o znacznych i częstych niedoborach wody w pro-dukcji roślinnej, w bardzo suchym 1989 roku praw-dopodobieństwo poziomu opadu nie przekroczyło 1%, plon siana z nienawadnianych użytków zielo-nych wynosił około 5 t/ha, podczas gdy w średnim roku 1987 uzyskano średnio 8–10 t/ha w analizo-wanym regionie.

Leszek Łabędzki 107Długotrwała susza w 1992 roku przybrała cha-

rakter klęski i objęła swoim zasięgiem prawie cały obszar Polski. Był to kolejny suchy rok po bardzo suchym roku 1991, umiarkowanie suchym 1990 i ekstremalnie suchym 1989. Negatywnymi skut-kami tej suszy były wyschnięta gleba, pożółkłe w środku lata użytki zielone (ryc. 3), brak ich dru-giego i trzeciego odrostu, znaczne zmniejszenie lub całkowita utrata plonów zbóż i ziemniaków, brak paszy, a w konsekwencji wzrost cen żywności. Ocenia się, że susza ta spowodowała zmniejszenie zbiorów ziemiopłodów o 25%. Łączne zbiory zbóż, ziemniaków i pasz objętościowych (w jednostkach zbożowych) w 1992 roku zmniejszyły się o 31% w porównaniu z rokiem 1991. Plony siana z łąk obniżyły się średnio o 27% w stosunku do średniej z lat 1986–1990. W regionie zlewni górnej Noteci w warunkach nawodnień uzyskano 6–10 t/ha sia-na, podczas gdy z użytków zielonych nienawadnia-nych na lepszych glebach uzyskano nie więcej niż 2 t/ha siana, a na gorszych rośliny zasychały [15]. Inne skutki suszy 1992 roku to: bardzo niskie stany wody i małe przepływy w rzekach, znaczne obniże-nie zwierciadła wody gruntowej, małe napełnienie zbiorników retencyjnych, trudności w zaopatrze-niu w wodę, zwiększenie stężenia zanieczyszczeń w rzekach i deficytu tlenu, zwiększenie kosztów pozyskiwania i uzdatniania wody, wzrost liczby pożarów lasów, torfowisk i zabudowań.

Ryc. 3. Wyschnięte łąki w dolinie górnej Noteci w lipcu 1992 roku (fot. L. Łabędzki)

Podobnie ujemne skutki suszy jak w skrajnym roku 1992 pojawiły się również z mniejszym lub większym nasileniem i o zróżnicowanym zasięgu terytorialnym w latach 1993–1995. Innym przy-kładem wagi problemu w Polsce jest susza, która dotknęła znaczne obszary Polski w okresie wio-sennym lat 2000 i 2003. Szacunkowe straty zbio-rów głównych upraw rolniczych wyniosły 30–80% wartości średniorocznych, a na obszarach leśnych

znaczne zmniejszyła się odporność drzewostanów na choroby i ataki szkodników oraz zwiększyło za-grożenie pożarowe. W 2000 roku w regionie byd-gosko-kujawskim niewielkie opady w kwietniu i całkowity brak opadu w pierwszej dekadzie maja stworzyły duże zagrożenie dla zbóż jarych, rzepaku jarego, wschodzących buraków cukrowych, kieł-kującej kukurydzy oraz łąk i pastwisk. Pogłębienie suszy nastąpiło w czerwcu. Skutki wiosennej suszy w regionie bydgoskim to znaczne obniżenie plonu rzepaku, zbóż jarych, ziemniaków wczesnych, wa-rzyw i drzew owocowych oraz trwałych użytków zielonych. Straty plonu zbóż ozimych były mniej-sze, ale również widoczne.

Susze w latach 2005–2006 spowodowały znaczne straty w rolnictwie, zwłaszcza w woje-wództwach lubuskim, kujawsko-pomorskim, po-morskim, podlaskim i wielkopolskim. Według szacunkowych ocen susza letnia w 2005 roku w re-gionie bydgosko-kujawskim spowodowała zmniej-szenie plonów o około 10–30%. W dolinie Note-ci w glebach torfowo-murszowych pod użytkami zielonymi wilgotność wierzchniej warstwy gleby (0–15 cm) spadła pod koniec sierpnia do poziomu odpowiadającemu pF = 3,7–4,0, czyli poniżej wil-gotności krytycznej. Systematyczne pomiary wil-gotności gleby prowadzone na Kujawach wykaza-ły w tym samym okresie spadek wilgotności gleby pod burakami cukrowymi do wartości odpowia-dającej pF = 4,0 w warstwie 0–30 cm. W okresie wiosennym 2005 roku wyraźnie widać było wpływ nierównomierności opadów na wystąpienie suszy rolniczej. W ciągu dwóch wiosennych miesięcy (kwiecień–maj) opady były wyższe niż średnie w wieloleciu, jednak miały one charakter burzowy (wysokie opady dobowe). Szczególnie suchy był czerwiec. Takie warunki opadowe przyczyniły się do narastania suszy glebowej i rolniczej w anali-zowanym okresie. W 2006 roku z powodu kilku-tygodniowych upałów i braku opadów w czerwcu i lipcu najbardziej ucierpiały zboża jare, kukury-dza, ziemniaki i buraki cukrowe oraz użytki zie-lone. Według ocen Ministerstwa Rolnictwa i Roz-woju Wsi, największe straty wystąpiły na łąkach i pastwiskach, głównie II i III pokosu (40–100%); w uprawie innych roślin odnotowano następujące straty: zboża jare – 20–60% strat, zboża ozime – 15–50%, rzepak – 15–45%, ziemniaki i buraki cu-krowe – 20–60%, warzywa 30–60%.

Zagrożenie suszami rolniczymi można opisać częstotliwością ich występowania. W różnych uprawach jest ona różna i zależy od rodzaju gleby, zapasu wody użytecznej w glebie oraz od warun-ków klimatycznych regionu agroklimatycznego.

Susze – potencjalne straty w plonach i sposoby przeciwdziałania108Jest ona większa na glebach o mniejszym zapa-sie wody użytecznej. Na glebach o takim samym zapasie wody użytecznej największe zagrożenie suszą, mierzone jej średnią częstotliwością w Pol-sce, występuje w przypadku ziemniaków późnych (40–85%), następnie – buraka cukrowego, lucerny i koniczyny łąkowej (20–70%), znacznie mniejsze – pszenicy ozimej i kukurydzy (5–50%), a naj-mniejsze – rzepaku (3–20%). Struktura przestrzen-na częstotliwości susz wykazuje równoleżnikowe jej zróżnicowanie. Największa częstotliwość wy-stępuje w pasie środkowym Polski oraz w części północno-zachodniej. Zróżnicowanie przestrzen-ne częstotliwości susz na obszarze Polski przed-stawiono przykładowo dla lucerny uprawianej na glebie lekkiej o małym zapasie wody użytecznej (90 mm) i na glebie ciężkiej o dużym zapasie wody użytecznej (250 mm) (ryc. 4).

Zróżnicowanie zagrożenia suszami rolniczymi dla różnych roślin wynika z długości okresu wege-tacji; wielkości zapotrzebowania rośliny na wodę i jego rozkładu w czasie; czasu, w którym występu-ją okresy wzmożonego zapotrzebowania na wodę; głębokości korzenienia się roślin; zapasów wody użytecznej w glebie; możliwości poboru wody gle-bowej przez rośliny i wynikających stąd zapasów wody łatwo dostępnej dla roślin; odporności roślin na suszę.

Częstotliwości susz rolniczych wskazują na potrzeby nawodnień na etapie planowania i pro-jektowania inwestycji nawodnieniowych. Na ich podstawie można ocenić, jak często będą potrzeb-ne nawodnienia w danym regionie Polski i na danej glebie. Na przykład ziemniaki na glebach lekkich o małym zapasie wody użytecznej w środ-kowej Polsce wymagają nawodnień praktycznie w każdym roku (częstotliwość susz powyżej 90%),

a pszenica ozima na glebach o dużym zapasie wody użytecznej w tym samym regionie może wymagać nawodnień nie częściej niż co drugi rok (częstotli-wość susz 40–50%).

Wymienione skutki susz w rolnictwie, zaobser-wowane w tak dużym natężeniu w skrajnym roku 1992 oraz w 2006 roku, pojawiają się również z mniejszym lub większym nasileniem i o zróżni-cowanym zasięgu terytorialnym w innych latach, w których susze wystąpiły w Polsce. Jak dowodzą powyższe dane, susze w Polsce są groźne i mogą wywoływać znaczne straty w rolnictwie.

Sposoby przeciwdziałania suszom

Susze w Polsce zmuszają do intensywnych prac nad opracowaniem i wdrożeniem jednolitej, ogólnonarodowej strategii walki z suszą i przeciw-działania jej szkodliwym skutkom, jak również lokalnych (regionalnych) programów walki z nią. Strategia taka powinna obejmować krótko- i długo-terminowe akcje i programy, wprowadzane przed pojawieniem się suszy lub w początkowym okre-sie jej występowania. Ma to na celu zredukowa-nie stopnia ryzyka szkodliwych następstw suszy. Strategia powinna określać kierunki działań orga-nizacyjno-technicznych i badawczo-rozwojowych, które przeciwdziałałyby występowaniu suszy, a także służyć ograniczeniu niekorzystnych dla go-spodarki narodowej skutków, w szczególności dla rolnictwa.

Zagadnienie suszy i walki z jej skutkami jest podejmowane w wielu krajach, w których susze pojawiają się z dużą częstością i regularnością. Niektóre kraje mają opracowane programy prze-ciwdziałania skutkom suszy. Takim przykładem są kraje Europy południowej. We Francji i Włoszech

ZWU = 90 mm ZWU = 250 mm

Ryc. 4. Częstotliwość (%) susz rolniczych lucerny na glebach o różnym zapasie wody użytecznej (ZWU)

Leszek Łabędzki 109powstała i działa wspólna Grupa Robocza do spraw Susz (Work Group for Drought) [34]. We Włoszech obowiązują akty prawne (Law 255/1992, 36/1994), które regulują działania w przypadku wystąpienia susz na szczeblu ogólnokrajowym, regionalnym i lokalnym [34]. Są one prawną podstawą działania Krajowego Komitetu Przeciwdziałania Suszom, który opracował i wdraża Krajowy Program Prze-ciwdziałania Suszom [23]. W Hiszpanii polityka zwiększania zasobów wodnych opiera się na Na-rodowym Planie Wodnym (National Water Plan) i Zlewniowych Planach Wodnych (Basin Water Plans) [14]. Również kraje Europy Środkowej podejmują wysiłki mające na celu opracowanie i wdrożenie krajowych strategii przeciwdziałania suszom, na przykład Węgry [38] i Rumunia [39].

Na forum Unii Europejskiej (UE) podnosi się potrzebę opracowania krajowych i ogólnoeuropej-skich polityk walki z suszą (National and E.U. Dro-ught Policy). Waga problemu susz i niedoboru wody w rolnictwie znajduje swoje potwierdzenie w rezo-lucji Parlamentu Europejskiego z dnia 16 listopada 2005 roku w sprawie powstrzymywania global-nych zmian klimatycznych (P6_TA(2005)0433) [31] i w rezolucji Parlamentu Europejskiego z dnia 9 października 2008 roku w sprawie sposobu roz-wiązania problemu dotyczącego niedoboru wody i susz w UE (P6_TA-PROV(2008)0473) [32].

Na wagę problemu susz w Europie wskazuje również to, że tematyka suszy i przeciwdziałanie jej szkodliwym skutkom znalazły się w 5. i 6. Ra-mowym Programie Badań, Rozwoju Technicznego i Prezentacji Unii Europejskiej. W 1997 roku po-wstała Europejska Sieć Badań i Przeciwdziałania Suszom, której koordynatorem jest Instytut Badań Przestrzennych Wspólnego Centrum Badawczego UE w Ispra we Włoszech oraz Instytut Hydrologii w Wallingford w Wielkiej Brytanii [3]. W ramach Europejskiej Regionalnej Grupy Roboczej Mię-dzynarodowej Komisji Nawodnień i Odwodnień (ICID) powstał w 1995 roku Europejski Regional-ny Zespół Roboczy do spraw Suszy, który opra-cował i wydał zalecenia dotyczące strategii prze-ciwdziałania temu zjawisku [37]. W kilku krajach zostały już podjęte wstępne prace nad narodowymi strategiami przeciwdziałania skutkom suszy. Tem-po tych prac nie jest jednak zadowalające.

17 czerwca 1994 roku w Paryżu została spo-rządzona, a 15 października 1994 roku otwarta do podpisu Konwencja Narodów Zjednoczonych dotycząca zwalczania pustynnienia i zjawisk po-susznych (United Nations Convention to Combat Desertification – UNCCD). Weszła ona w życie 26 grudnia 1996 roku, po ratyfikacji przez pięćdzie-

siątego sygnatariusza. Kraje Europy południowej (Grecja, Włochy, Portugalia, Hiszpania) uzgodniły wspólny regionalny aneks do tej konwencji, stano-wiący podstawę opracowania regionalnej strategii walki z suszą w basenie Morza Śródziemnego. W maju 2000 roku, na spotkaniu stron konwencji w Brukseli, staraniem krajów Europy Centralnej i Wschodniej został przygotowany „Regional-ny załącznik realizacyjny dla Europy Centralnej i Wschodniej”, w którym uwzględniono specyfikę tego regionu. Ostateczną wersję załącznika uzgod-niono w grudniu 2000 roku podczas czwartej sesji Konferencji Stron Konwencji. Przystąpienie Pol-ski do tej konwencji nakłada na państwo, szcze-gólnie na resorty rolnictwa i środowiska, określone obowiązki związane z opracowaniem i realizacją programu działań zalecanych w konwencji. Zapi-sy konwencji wyznaczają zakres i rodzaje zadań, których celem jest zidentyfikowanie przyczyn susz oraz opracowanie strategii i priorytetów ich zwal-czania, w tym wzmocnienie prawa wspomagają-cego te działania. Konwencja ustanawia krajowe programy działań jako centralny element strategii zwalczania susz.

W Polsce istotnym elementem, na który zwró-cono uwagę w obowiązującym Prawie wodnym [28], jest zapewnienie wody dla rolnictwa i prze-mysłu, ochrona przed skutkami powodzi i suszy oraz kontrolowane gospodarowanie wodą. Zgod-nie z tą ustawą ochrona przed suszą jest zadaniem organów administracji rządowej i samorządowej (art. 81), a walkę z jej następstwami prowadzi się zgodnie z planami przeciwdziałania skutkom susz na obszarze kraju. Te zadania wskazują na koniecz-ność ochrony zasobów wodnych Polski i umiejętne ich rozdysponowanie między poszczególne gałęzie gospodarki narodowej. System monitorowania su-szy może stanowić ważny element realizacji celów ramowej dyrektywy wodnej UE [30] dotyczących planów gospodarowania wodą w zlewni oraz ochrony zasobów wodnych.

W świetle działań podejmowanych w Pol-sce w przypadku wystąpienia suszy, mających na celu ograniczenie jej ujemnych skutków, należy stwierdzić, że działania te nie tworzą koherentnego systemu i wynikają z wielu nie zawsze spójnych strategii cząstkowych walki z suszą [10]. Podstawą przedsięwzięć w tym zakresie musi być program strategiczny określający, w jaki sposób, poprzez realizację jakich zadań, można osiągnąć wyma-gane cele strategiczne. Dotychczasowe programy, działania, metody i zabiegi mające na celu zmniej-szenie ujemnych skutków suszy mają na ogół cha-rakter lokalny, doraźny i tymczasowy.

Susze – potencjalne straty w plonach i sposoby przeciwdziałania110Cele kierunkowe i zalecane działania w walce z suszą

Rolnictwo może w większym niż dotychczas stopniu borykać się z nierównomiernym rozkładem opadów w ciągu roku oraz długotrwałymi okre-sami suszy glebowej. W celu ograniczenia strat w rolnictwie wywołanych suszami należy dążyć do zintegrowanego zarządzania zasobami wodny-mi. Przedsięwzięcia te powinny być podporządko-wane osiągnięciu czterech podstawowych celów kierunkowych:1. Zwiększenie lokalnych zasobów wodnych i ich

dostępności dla rolnictwa.2. Zwiększenie efektywności wykorzystania wody

w produkcji rolniczej.3. Zmniejszenie zapotrzebowania na wodę i zuży-

cia wody przez uprawy rolnicze.4. Intensyfikacja nawodnień.

Szczegółowe działania i zabiegi, prowadzące do osiągnięcia tych celów, można pogrupować na-stępująco:1. Zwiększenie retencji powierzchniowych zaso-

bów wodnych i ich dostępności dla rolnictwa, przez:• gromadzenie wody w okresach jej nadmiaru

(okres wiosenny, nadmierne opady latem) w lokalnych małych zbiornikach retencyj-nych,

• zatrzymywanie wody i spowalnianie odpływu wody w małych ciekach (rowach, strumie-niach) przez hamowanie odpływu za pomocą małych budowli piętrzących,

• utrzymanie w dobrym stanie małych cieków mających znaczenie dla rolnictwa.

2. Zwiększenie zasobów wody w glebie i jej do-stępności dla roślin przez:• technologie uprawy gleby, które zwiększają

zapasy wody glebowej i stopień ich wykorzy-stania przez rośliny, mające na celu:– spulchnianie gleby,– głęboką orkę,– poprawę struktury gleby,– zwiększanie zawartości próchnicy,– poprawę fizycznych i wodnych właściwo-

ści głębszych warstw gleby,– zatrzymywanie opadów na polu,– zwiększenie infiltracji,– ograniczenie spływów powierzchnio-

wych,– ograniczenie parowania z powierzchni gle-

by,– powiększanie aktywnej warstwy korzenio-

wej poboru wody,

– stwarzanie warunków do głębokiego ko-rzenienia się roślin,

• dobór odpowiednich gatunków i odmian ro-ślin odpornych na suszę, o krótszym okresie wegetacji, o mniejszych potrzebach wodnych, o głębszym systemie korzeniowym,

• nawożenie i zabiegi melioracyjne wspoma-gające rozwój silnych systemów korzenio-wych,

• stosowanie nawodnień.3. Modyfikacja technologii użytkowania wody

w gospodarstwie i na polu w kierunku:• oszczędzania wody,• zwiększenia efektywności wykorzystania

wody przez wielokrotne jej użytkowanie,• minimalizacji bezużytecznych odpływów

wody z systemów melioracyjnych,• zatrzymywania i gromadzenia wody z odpły-

wów drenarskich,• zmniejszenia zużycia wody przez rośliny

przez ograniczanie ewapotranspiracji,• poprawy projektowania nawodnień i zarzą-

dzania nimi,• wprowadzenia wodo- i energooszczędnych

metod i technik nawadniania.4. Poprawa zarządzania zasobami wodnymi i ich

dystrybucji w rolnictwie przez:• ulepszenie i rozwój istniejących metod roz-

rządu wody w systemach melioracyjnych w celu dynamicznego, elastycznego zarzą-dzania gospodarką wodną z wykorzystaniem nowoczesnego systemu monitorowania stanu systemu wodnego (stany wody gruntowej, przepływy i stany wody w ciekach, monito-ring obiektów hydrotechnicznych),

• dostosowanie algorytmów sterowania nawod-nieniami do zmiennych warunków meteoro-logicznych i występowania ekstremalnych zjawisk pogodowych,

• rozwój regionalnych systemów monitorowa-nia suszy na potrzeby sterowania nawodnie-niami i systemami wodnymi na obszarach rolniczych,

• rozwój systemów łączności wykorzystują-cych GSM,

• zastosowanie metod teledetekcyjnych i sys-temu informacji przestrzennej w sterowaniu systemem wodnym.

5. Rozwój świadomości społecznej w zakresie skut-ków susz i przeciwdziałania im poprzez szkole-nia dla rolników, wydawanie i upowszechnianie broszur, ulotek i biuletynów, rozpowszechnianie informacji przez radio, telewizję, prasę i inter-net.

Leszek Łabędzki 111Działania te obejmują różne metody, zabiegi

i narzędzia przeciwdziałania suszom w zakresie rolniczych zasobów wodnych i ich użytkowania. Mogą to być krótkoterminowe dostosowania oraz długoterminowe działania adaptacyjne. Krótkoter-minowe działania dostosowujące obejmują opty-malizację produkcji rolnej bez większych zmian systemowych (np. wcześniejsze siewy, zmiana od-mian roślin, głęboka orka, wysiew poplonów). Dłu-goterminowe działania adaptacyjne odnoszą się do większych zmian systemowych (np. zmiany użyt-kowania ziemi, zmiany systemów produkcji rolni-czej, wprowadzanie nowych upraw, nowe techniki gospodarowania ziemią, nowoczesne technologie projektowania nawodnień i zarządzania nimi, roz-wój małej retencji wodnej, zmiana świadomości społecznej). Działania te powinny prowadzić do osiągnięcia celów kierunkowych, w tym łagodze-nia niekorzystnego oddziaływania susz na zasoby wodne istotne dla rolnictwa.

Strategia walki z suszą powinna zawierać opisy działań o charakterze ciągłym – profilaktycznym, dotyczących czynności, jakie należy wykonać przed pojawieniem się suszy lub w początkowym okresie jej występowania, oraz działań w czasie trwania i po jej zakończeniu. Działania te powinny uwzględniać regionalne zróżnicowanie przebiegu zjawiska. Strategia walki z suszą może przyjmo-wać formę programów i polityk, niekiedy w po-staci odpowiednich aktów prawnych, oraz formę opisów krótko- i długoterminowych akcji.

Kompleksowy program przeciwdziałania ne-gatywnym skutkom suszy powinien obejmować działania w trzech głównych kierunkach: prewen-cji, redukcji szkód i tolerancji.

Jednym z podstawowych działań prewencyj-nych jest przewidywanie suszy i wczesne ostrze-ganie. Jest to problem ciągle nierozwiązany w spo-sób zadowalający. Konieczne jest prowadzenie intensywnych prac nad metodami prognozowania susz, zarówno długoterminowego (rok suchy czy mokry), jak i prognoz okresowych, które dotyczy-łyby zjawisk występujących w czasie sezonu we-getacyjnego. Konieczne jest również rozwijanie metod symulacyjnych i informatycznych systemów rozpoznawania i bieżącej kontroli suszy. Potrzebne jest opracowanie wskaźników wczesnego ostrzega-nia, wykorzystujących aktualne i historyczne dane hydrometeorologiczne. Prognozowanie i wczesne ostrzeganie ma ogromne znaczenie dla planowania, przygotowania i podejmowania działań mających na celu uniknięcie lub zmniejszenie ujemnych skutków suszy. Należy stworzyć sprawną służbę prognozowania oraz regionalne służby wczesne-

go ostrzegania i doradztwa, pracujące na potrzeby lokalnych rolników, ekspertów gospodarki wod-nej, zarządów melioracji. Należy wykorzystywać wszystkie dostępne środki przekazywania i rozpo-wszechniania informacji – ulotki, gazety, radio, te-lewizję, internet, bezpośrednią komunikację.

Inne metody prewencyjne, dotyczące działań bezpośrednio zapobiegawczych, powinny być ukierunkowane na zasoby wodne, zapotrzebowa-nie na wodę oraz minimalizację skutków ujemnych i strat.

Najważniejszą grupę przedsięwzięć ukierun-kowanych na zasoby stanowią działania mające na celu zwiększenie zasobów wodnych, wzrost wykorzystania dostępnych zasobów wodnych oraz zwiększenie efektywności zużycia wody. Bardzo istotne jest dokończenie i wdrożenie regionalnych programów rozwoju małej retencji w Polsce oraz programów rozwoju nawodnień. Inne metody za-lecane w celu przeciwdziałania negatywnym skut-kom susz to odpowiednie zabiegi agrotechniczne, agro-, fito- i hydromelioracyjne, zwiększające lo-kalne zasoby wodne i ich dostępność. Działania ukierunkowane na użytkowników wody powinny modyfikować zapotrzebowanie na wodę przez jak najbardziej efektywne wykorzystanie niewystar-czających jej zasobów przez użytkowników. Dużą rolę odgrywa modyfikacja potrzeb wodnych na po-ziomie gospodarstwa, minimalizacja bezużytecz-nych odpływów wody z systemów melioracyjnych, w tym odpływów wód drenarskich, ograniczenie jej zużycia na ewapotranspirację.

Metody redukcji potencjalnych szkód wywoła-nych przez suszę obejmują w rolnictwie takie dzia-łania jak zmiany i optymalny wybór użytkowania rolniczej przestrzeni produkcyjnej, modyfikacja zmianowania upraw, dobór odpowiednich gatun-ków i odmian roślin odpornych na suszę, zmiany w agrotechnice. Pożądane jest stworzenie listy od-mian roślin najczęściej uprawianych na danym ob-szarze, odpornych na suszę. W ramach tych działań mieszczą się wszelkie zabiegi melioracji komplek-sowych, na przykład zadrzewienia, wprowadza-nie użytków zielonych, zabiegi agromelioracyjne (spulchnianie gleby, głęboka orka), sterowanie poziomem wody gruntowej, nawodnienia, hydro- i biomelioracje, odpowiednie nawożenie. Metody te mogą dopomóc w znacznym stopniu w ogranicze-niu ujemnych skutków suszy na danym obszarze.

Tolerancja w walce z suszą oznacza, że nale-ży się liczyć z pewnym ryzykiem, ograniczenia-mi i stratami w plonie i wartości zysku. Dlatego w strategii walki z suszą na różnym poziomie gospodarowania – w regionie, gminie, obszarze,

Susze – potencjalne straty w plonach i sposoby przeciwdziałania112farmie – trzeba również określić akceptowalny po-ziom i stopień strat. Należy sporządzić listę prio-rytetów, określającą dopuszczalny poziom strat w poszczególnych działach gospodarki lub pro-dukcji rolniczej. Pozwoli to na zaplanowanie od-powiednich zadań i optymalną alokację środków na ich realizację.

Niebagatelne znaczenie w planowaniu i realiza-cji strategii walki z suszami będą miały działania instytucjonalne. Obejmują one: stosowanie opera-cyjnych modeli gromadzenia i przerzutów wody w skali zlewni, decyzyjne modele gospodarowa-nia wodą w zbiornikach retencyjnych i systemach wodnych, zmiany w zarządzaniu rozdziałem wody z miejscowego na centralny (w skali systemu), zmiany w organizacji administracyjnej zarządza-nia gospodarką wodną, nowe regulacje prawne. Rozwiązania instytucjonalne powinny uwzględ-niać lokalne problemy w regionie wynikające z częstotliwości susz, ich charakteru i oddziaływa-nia na różnych użytkowników wody, jak również wynikające z przewidywanych strat ekonomicz-nych związanych z niedoborem wody. Specyfika regionalnych rozwiązań jest szczególnie istotna, gdy rolnictwo (nawodnienia) jest znaczącym kon-sumentem wody. Ciągły wzrost potrzeb wodnych w rolnictwie powinien znaleźć odbicie w adekwat-nym udziale w procesach decyzyjnych specjalistów z dziedziny gospodarki wodnej w rolnictwie.

Do utrzymania produkcji rolniczej na odpo-wiednim poziomie konieczne będą różne przedsię-wzięcia inwestycyjne i nakłady finansowe. Zmianie będą również musiały ulec sposoby hodowli bydła i trzody chlewnej oraz – być może – przyzwycza-jenia żywieniowe człowieka. Niezbędne będzie też kompleksowe urządzenie i zrównoważone zago-spodarowanie obszarów wiejskich, a w szczegól-ności usprawnienie gospodarki wodnej i ochrona gleb przed erozją.

Wśród działań łagodzących skutki susz należy przewidzieć zwiększone finansowanie wszelkich inwestycji dotyczących gospodarowania rolniczy-mi zasobami wodnymi (zwiększanie retencji, w tym małej retencji wodnej, czynna i bierna ochrona przeciwpowodziowa, odwadniające i nawadniające melioracje rolne itp.). Działania związane z gospo-darką wodną powinny szczególnie dotyczyć Polski, gdyż stan przedsięwzięć związanych gospodaro-waniem rolniczymi zasobami wodnymi (melioracji wodnych) w kraju jest krytyczny. Dotychczasowe doświadczenie, a także stan ilościowy i jakościowy istniejących nawadniających systemów melioracyj-nych, systemów retencjonowania i rozrządu wody oraz organizacji utrzymania i eksploatacji urządzeń

melioracji szczegółowych, nie gwarantują realiza-cji zadań melioracyjnych w przypadku wystąpienia głębokiej suszy meteorologicznej, a w jej następ-stwie – suszy glebowej i hydrologicznej.

Obecne uwarunkowania różnych działań zwią-zanych z walką z suszą w rolnictwie polskim są silnie związane ze stanem gospodarki wodnej w rolnictwie. Dotyczy to zwłaszcza melioracji. Podstawową przyczyną ograniczonych możliwo-ści przeciwdziałania skutkom suszy na obszarach rolniczych są zaniedbania w zakresie eksploatacji systemów i urządzeń melioracyjnych, ograniczają-ce możliwości wykorzystania tych obiektów. Za-niedbania te obejmują:• brak właściwej konserwacji cieków i rowów,

uniemożliwiający wykonywanie nawodnień,• brak instrukcji eksploatacyjnych i urządzeń

kontrolno-pomiarowych, utrudniający kontrolę przebiegu nawodnień,

• brak uzgodnień regulujących pobór wody do na-wodnień w latach suchych, ograniczający wiel-kość obszarów nawadnianych w kraju,

• zmniejszenie zainteresowania rolników wy-korzystywaniem użytków zielonych w gospo-darstwie rolnym, wpływające na zaniedbania agrotechniczne, a tym samym na efektywność gospodarowania w obiektach melioracyjnych,

• wzrastającą liczbę obiektów melioracyjnych wymagających odbudowy i modernizacji.Poważne zaniedbania występują też w zakresie

szeroko rozumianej gospodarki wodnej na obsza-rach rolniczych. Spośród wielu zadań, które ko-niecznie trzeba wykonać, jako przykładowe można wymienić:• zmodyfikowanie oceny zapotrzebowania na

wodę przez rolnictwo w celu jego zmniejszania i optymalnego wykorzystania wody w produkcji roślinnej,

• zmniejszenie strat wody w wyniku zmian tech-nologii upraw, agromelioracji, hodowli nowych odmian roślin,

• opracowanie zasad magazynowania i wykorzy-stywania wód z własnej zlewni,

• opracowanie zasad kompleksowego zabezpie-czenia rolników przed stratami w produkcji ro-ślinnej, wykorzystujących aktualne uwarunko-wania ekonomiczne,

• opracowanie i wdrożenie metod sterowania uwilgotnieniem gleb w sposób umożliwiający pogodzenie sprzecznych interesów rolnictwa i ochrony środowiska,

• opracowanie metod zwiększania naturalnych zasobów wodnych gleb i możliwości ich wyko-rzystania,

Leszek Łabędzki 113• zintensyfikowanie prac związanych z gromadze-

niem wody w zbiornikach retencyjnych w okre-sach ich nadmiaru i opracowanie sposobów naj-efektywniejszego jej wykorzystywania,

• opracowanie i wdrożenie na różnym poziomie (regionalne, zlewniowe, obszarowe, w skali go-spodarstwa) systemów optymalnego rozrządu wody,

• znowelizowanie zasad funkcjonowania służby wodnej w rolnictwie,

• znowelizowanie prawa wodnego pod kątem za-bezpieczenia rolnictwa przed niedoborami opa-dów w latach klęski.Realizacja wszystkich tych zadań powinna

być przedmiotem długoterminowej strategii walki z suszą. Opracowanie takiej strategii, wraz z pro-gramami realizacji zadań z niej wynikających, jest niezbędne w Polsce w najbliższym czasie.

Obecnie podejmowane działania w zakresie walki z suszą w rolnictwie polskim

Najbardziej widocznym działaniem jest stra-tegia zwiększania zasobów wody realizowana w wielu regionach Polski w ramach opracowanych w układzie województw programów rozwoju ma-łej retencji wodnej. Skuteczną metodą łagodzącą ujemny wpływ susz na plon roślin uprawnych są nawodnienia. Obecnie nawodnienia w Polsce mają charakter interwencyjny i uzupełniają okresowy niedobór opadów. Stosowane są na niewielkim ob-szarze użytków rolnych i mają marginalne znacze-nie w globalnej produkcji rolniczej. Optymizmem napawa fakt opracowania wojewódzkich progra-mów rozwoju nawodnień w regionach najbardziej narażonych na suszę (np. w województwie kujaw-sko-pomorskim).

Dużą rolę w łagodzeniu szkodliwych skutków suszy odgrywa drenowanie, które polega na obni-żeniu zwierciadła wody gruntowej w okresie wio-sennym, co umożliwia wczesne przeprowadzenie prac agrotechnicznych, a tym samym wcześniejsze rozpoczęcie wegetacji roślin i wcześniejszy rozwój systemów korzeniowych zdolnych do pobierania wody z głębszych warstw gleby w okresie suszy.

W zakresie uprawy gleby i roślin stosowane są takie technologie, które w warunkach suszy ograni-czają parowanie wody z powierzchni gleby, zatrzy-mują wodę w glebie, ograniczają spływ powierzch-niowy, zwiększają właściwości infiltracyjne gleby (np. mulczowanie, uprawa bezorkowa, wysiew poplonów), umożliwiają uzyskanie ekonomicznie uzasadnionego plonu lub zminimalizowanie strat

ekonomicznych, spowodowanych zmniejszeniem plonów. W rejonach najczęściej zagrożonych suszą wprowadza się również do uprawy rośliny odpor-ne na suszę, o mniejszych wymaganiach wodnych i głęboko korzeniące się (kukurydza, zboża, sło-necznik).

Pozytywne skutki mają również zabiegi agro-melioracyjne, głównie spulchnianie i głęboka orka. Rola tych zabiegów polega na poprawie struktury i właściwości fizyczno-wodnych głębszych warstw gleby, co umożliwia głębsze korzenienie się roślin i zwiększenie ilości dostępnej dla nich wody.

Ponadto różne zabiegi agrotechniczne, agro- i fitomelioracyjne, hydromelioracyjne oraz prze-ciwerozyjne przyczyniają się do łagodzenia szko-dliwych skutków suszy w rolnictwie. Są to zabiegi, które służą poprawie obiegu wody i bilansu wod-nego w zlewni, w systemie melioracyjnym i w gle-bie.

Nowe odmiany roślin odporne na suszę

Agroklimatolodzy zwracają uwagę, że w przy-padku utrwalenia się trendu wzrostowego częstotli-wości i nasilenia susz powinno dojść do istotnych zmian w strukturze upraw w Polsce. Aby ograni-czać ujemny skutek susz w postaci zmniejszenia plonów roślin uprawnych i tym samym dochodów rolników, należy planować uprawy roślin odpor-nych na suszę, które charakteryzują się niewielkim lub zerowym spadkiem plonu w razie małych zapa-sów wody w glebie. Są to rośliny:• o krótkim okresie wegetacji, korzystające przede

wszystkim z pozimowych zapasów wody w gle-bie, o dużym zapotrzebowaniu na wodę w okre-sie wiosennym,

• wytwarzające głęboki system korzeniowy umoż-liwiający wykorzystanie wody zgromadzonej w głębszych warstwach gleby,

• charakteryzujące się zdolnością pobierania z gleby wody o małym potencjale (wytwarzają-ce duże ciśnienie ssące w korzeniach),

• o małych potrzebach wodnych,• charakteryzujące się zdolnością ograniczania

transpiracji bez hamowania fotosyntezy (asymi-lacji).Z jednej strony będą to uprawy roślin ciepło-

lubnych, takich jak kukurydza, soja, słonecznik. Z drugiej strony rośliny spełniające powyższe wa-runki to zboża (głównie pszenica i żyto), rzepak. Stopniowo będzie się odradzać uprawa winorośli na Dolnym Śląsku, a nie jest wykluczone, że upra-wa ta pojawi się także w innych regionach Polski. Notowany już teraz wzrost usłonecznienia będzie

Susze – potencjalne straty w plonach i sposoby przeciwdziałania114zapewne jednym ze sprzyjających czynników dla rozwoju winorośli.

Należy się również liczyć z koniecznością wprowadzania do uprawy odmian genetycznie zmodyfikowanych, które będą wytwarzały mecha-nizmy obronne przed działaniem susz i niedoborem wody, np. wymienione wcześniej rośliny charakte-ryzujące się zdolnością ograniczania transpiracji bez ograniczania fotosyntezy.

Areał i plony pewnych kultur rolnych, charak-teryzujących się dużym spadkiem plonu w wyni-ku suszy, np. ziemniaków, może ulec znacznemu ograniczeniu.

Duże ryzyko zmniejszenia plonów w wyniku su-szy dotyczy w znacznym stopniu roślin warzywni-czych i sadowniczych. Już obecnie warunkiem nie-zbędnym ich uprawy jest stosowanie nawodnień.

W warunkach nasilających się częstości i inten-sywności susz w nawodnieniach należy upatrywać jednego z podstawowych zabiegów przeciwdziała-nia ujemnym skutkom susz w rolnictwie.

Nawodnienia jako zabieg przeciwdziałania suszom w rolnictwie – stan obecny i przewidywany rozwój

Nawodnienia w Polsce mają charakter inter-wencyjny i uzupełniają okresowy niedobór opa-dów. Są potrzebne w krótszych bądź dłuższych okresach w czasie trwania sezonu wegetacyjnego. Można przyjąć, że statystycznie raz na trzy lata ist-nieje potrzeba stosowania nawodnień. Występują lata, kiedy nawodnienia nie są potrzebne, jednak w latach takich jak na przykład 1992 i 2000, kiedy około 40% powierzchni kraju było dotknięte eks-tremalnymi suszami, powodującymi średni spadek plonu roślin uprawnych o 10–40% w porównaniu z rokiem normalnym, mają ogromne znaczenie [16]. W latach suchych nawodnienia są warunkiem

uzyskania plonu roślin polowych przynajmniej na średnim poziomie, a w korzystnych warunkach ter-micznych i radiacyjnych umożliwiają również jego zwiększenie w stosunku do lat średnich. W 1992 roku efekty deszczowania były wyjątkowo duże. Na Kujawach wzrost plonów pszenicy ozimej w stosunku do zbiorów z obszarów niedeszczo-wanych wyniósł 10–30%, buraków cukrowych – 50–100%, lucerny – 100% [4], a użytków zielo-nych w dolinie Noteci – 150–200% [15].

W chwili obecnej nawodnienia są stosowane za-ledwie na około 0,5% powierzchni użytków rolnych (łącznie wszystkie rodzaje nawodnień). Całkowita powierzchnia wyposażona w urządzenia nawadnia-jące wynosi około 415 000 ha, z czego 365 000 ha stanowią systemy nawodnień grawitacyjnych na trwałych użytkach zielonych, a 49 000 ha nawod-nienia ciśnieniowe na polach ornych [33]. W rzeczy-wistości nawadnia się o wiele mniejszą powierzch-nię użytków rolnych. W wyniku zmian ustrojowych i ekonomicznych [18, 21] powierzchnia ta drastycz-nie (o około 75%) zmniejszyła się od początku lat 90. ubiegłego wieku – z 300 000 ha w 1990 roku do 80 000 ha w 2007 roku, z czego 75 000 ha są to na-wodnienia podsiąkowe trwałych użytków zielonych w dolinowych systemach melioracyjnych i zaledwie 4600 ha – nawodnienia ciśnieniowe deszczowniane (tab. 1) [26]. Ocenia się, że mikronawodnienia sto-suje się na około 20 000 ha, głównie w uprawach sadowniczych i warzywniczych. Pobór wody do nawodnień wynosi około 100 hm3 i od 1990 roku zmniejszył się o 83% (tab. 1).

W wielu przypadkach czynnikiem uniemożli-wiającym stosowanie nawodnień jest brak wody, spowodowany występowaniem w okresie suszy niżówek w rzekach oraz zmniejszeniem pojemno-ści użytecznej jezior i zbiorników retencyjnych. W aktualnych warunkach ekonomicznych rolnic-twa w Polsce nieopłacalne jest nawadnianie prawie

Tab. 1. Powierzchnia nawadniania i pobór wody do nawodnień w Polsce (GUS 2008)

Rok RazemRodzaj nawodnień

podsiąkowe deszczowniane mikronawodnienia zalewowe stokowe

Powierzchnia (ha)

1990 301 500 284 950 10 300 – 2 550 3 700

2007 79 991 75 222 4 653 20 000* 96 20

Pobór wody (hm3)

1990 519 – – – –

2007 99,1 93,8 5,5 – 0,07 0,02

– brak danych; * dane szacunkowe

Leszek Łabędzki 115wszystkich upraw polowych, z wyjątkiem ziemnia-ków. Opłacalne jest natomiast nawadnianie upraw warzywniczych i sadowniczych [7, 8, 9, 35]. Istnie-jące systemy i urządzenia nawadniające są używa-ne w niewielkim stopniu, przez co ulegają dekapi-talizacji. Dotyczy to głównie systemów i urządzeń nawodnień deszczownianych. Po zmianach wła-snościowych w rolnictwie wielkoobszarowe desz-czownie uległy znacznej lub całkowitej degradacji [21]. Systemy nawodnień podsiąkowych są rów-nież w znacznym stopniu zdegradowane i wyko-rzystywane w niewielkim stopniu. Aby zwiększyć efektywność tych systemów, należy je odbudować i zmodernizować. W ostatnich latach obserwuje się wzrastającą rolę mikronawodnień (nawodnień kroplowych, wgłębnych i mikrodeszczowania) w sadownictwie i ogrodnictwie, szczególnie w pry-watnych gospodarstwach rolnych nastawionych na taką produkcję, gdzie nawodnienia gwarantują stabilizację i pewność uzyskania plonu o wysokiej jakości na poziomie przynoszących zysk [20, 35]. Jest to tendencja, która będzie się w najbliższych latach rozwijać coraz intensywniej.

Przewidywane zmiany klimatyczne i związany z nimi wzrost częstotliwości i intensywności susz w rolnictwie spowodują prawdopodobnie w naszej strefie klimatycznej wzrost zapotrzebowania roślin na wodę, zwiększenie powierzchni nawadnianej i wzrost zapotrzebowania na wodę do nawodnień. W skali globalnej (całego świata) około 70% po-wierzchni obecnie nawadnianej będzie narażone na zwiększone zapotrzebowanie na wodę do nawod-nień w wyniku zmian klimatu [2]. W południowo- -wschodniej Anglii zapotrzebowanie netto wzro-śnie do 2020 roku o 70% w stosunku do 1995 roku, a w północnych Niemczech – o 40% [2]. Podob-nego wzrostu można spodziewać się również na obszarze Polski. Oprócz wzrostu zapotrzebowania na wodę do nawodnień, należy się także liczyć ze wzrostem powierzchni nawadnianej.

Innymi czynnikami przyspieszającymi rozwój nawodnień w Polsce będą, oprócz wzrostu zagro-żenia suszami, intensyfikacja i konkurencyjność produkcji rolniczej, wymuszana przez wewnętrzny i europejski wolny rynek, oraz konieczność uzy-skiwania stabilnych plonów o wysokiej jakości. Już obecnie obserwuje się wzrost powierzchni nawadnianej, szczególnie warzyw i sadów, za po-mocą nowoczesnych systemów mikronawodnień (kroplowych, mikrodeszczowania, korzeniowych itp.). Należy przewidywać, że takie systemy na-wodnień będą stawały się coraz powszechniejsze ze względu na ich wysoką efektywność (95–97%), zmniejszające się koszty inwestycyjne i małe kosz-

ty eksploatacyjne w porównaniu z innymi systema-mi nawadniania [18, 20, 35].

Według szacunkowych danych, wraz ze wzro-stem znaczenia nawodnień w polskim rolnictwie powierzchnia nawadniania powinna w kraju wzro-snąć do 2,1 mln ha, z czego 1,6 mln ha na trwałych użytkach zielonych nawadnianych podsiąkowo i 0,5 mln ha na gruntach ornych i w sadach [25]. Według Mioduszewskiego [22], w najbliższej przyszłości powinno być nawadnianych 3–4% gruntów ornych, nie licząc trwałych użytków zie-lonych nawadnianych podsiąkowo. Rzekanowski [35] ocenia, że do 2025 roku nawodnienia ciśnie-niowe powinny objąć w Polsce powierzchnię około 1 mln ha, głównie na glebach lekkich i bardzo lek-kich Krainy Wielkich Dolin.

W Polsce dalszy rozwój nawodnień może być w znacznym stopniu uwarunkowany i ograniczo-ny, oprócz niekorzystnych uwarunkowań ekono-micznych, wielkością źródeł wody do nawodnień, a w przypadku mikronawodnień – również jej jakością. Już obecnie w regionach (np. na Kuja-wach) wyposażonych w urządzenia nawadniające w suchych latach nie można stosować nawodnień z powodu zbyt niskich stanów wody w ciekach, je-ziorach i małych zbiornikach sztucznych, będących źródłem wody do tych instalacji.

Podsumowanie

Polska leży w strefie klimatu przejściowego umiarkowanego i na jej obszarze występują susze, będące poważnym problemem ekonomicznym, społecznym i środowiskowym. W pracy przedsta-wiono charakterystykę tego zjawiska w Polsce, zwracając szczególną uwagę na naturalne warunki jego występowania, częstotliwość, zasięg oraz ne-gatywne skutki w rolnictwie i podejmowane prze-ciwdziałania.

Przyjmuje się, że susza w Polsce pojawia się raz na 3–5 lat, a spodziewane ocieplenie klimatu spowoduje prawdopodobnie wzrost intensywno-ści i częstotliwości susz. Bezpośrednim skutkiem suszy jest zakłócenie bilansu wodnego obszaru, spowodowane niedoborem opadów i dużym paro-waniem terenowym (susza atmosferyczna), a tak-że nadmierne przesychanie gleb (susza glebowa) i zmniejszenie plonów roślin uprawnych (susza rolnicza) oraz obniżanie poziomu wód gruntowych i zmniejszenie przepływów wody w rzekach (susza hydrologiczna). Susza jest trudno przewidywalna i trudno prognozować termin jej wystąpienia, czas trwania, zasięg terytorialny i intensywność. Powo-duje to trudności w operacyjnym planowaniu i po-

Susze – potencjalne straty w plonach i sposoby przeciwdziałania116dejmowaniu wyprzedzających przedsięwzięć i za-biegów mających na celu złagodzenie ujemnych skutków tego zjawiska.

W związku z nasilaniem się tego problemu pilna staje się potrzeba opracowania i wdrożenia strategii walki z suszą. Prace te powinny zaowo-cować opracowaniami i wdrożeniami programów działań w regionach szczególnie zagrożonych su-szami w rolnictwie. Strategia walki z suszą w rol-nictwie powinna prowadzić do zwiększenia lokal-nych zasobów wodnych i ich dostępności przez realizację i dokończenie programów małej retencji wodnej. Jednym z działań ograniczających skutki susz w rolnictwie są nawodnienia. Ich rola będzie wzrastać wraz z przewidywanymi zmianami kli-matycznymi i intensyfikacją rolnictwa. Podejmo-wane działania powinny modyfikować potrzeby wodne użytkowników wody, wymuszając potrze-bę oszczędnego wykorzystywania tego zasobu w czasie suszy. W programach działań powinny być również uwzględnione wszelkie zabiegi me-lioracji kompleksowych (zadrzewienia, zamiana gruntów ornych na użytki zielone, zabiegi agrome-lioracyjne, sterowanie poziomem wody gruntowej, nawodnienia, hydro- i biomelioracje). Działania te mogą w znacznym stopniu ograniczyć ujemne skutki suszy na danym obszarze. Strategia walki z suszą i związane z nią programy działań powinny przyczynić się do rozwoju i wdrożenia zasad inte-growanej gospodarki wodnej w zlewni rolniczej.

Polityka rolna powinna wspierać adaptację polskiego rolnictwa do zmian klimatu i nasilenia zjawisk suszy. W pierwszej kolejności konieczna jest odbudowa i modernizacja istniejących sys-temów melioracyjnych, jak również realizacja opracowanych wojewódzkich programów małej retencji i programów nawodnień. Efekty nawod-nień będą w znacznej mierze zależeć od jakości eksploatacji systemów nawodnień oraz zarządza-nia i administrowania nimi, a rozwój nawodnień – przede wszystkim od warunków ekonomicznych rolnictwa. Należy stworzyć korzystne warunki ekonomiczne w rolnictwie dla inwestowania i eks-ploatacji systemów nawodnień, wdrożyć nowocze-sne energo- i wodooszczędne metody i techniki na-wadniania zwiększające efektywności nawodnień, wdrożyć optymalizację rozrządu i gospodarowania wodą w systemach nawodnieniowych. Niezbędne jest podjęcie działań i wdrożenie metod mających na celu zwiększenie lokalnych zasobów wody o dobrej jakości i ich dostępności dla nawodnień. Należy mieć nadzieję, że realizacja tych celów przyczyni się do złagodzenia negatywnych skut-ków susz w rolnictwie.

Bibliografia

1. Bąk B., Łabędzki L. (2002), „Assessing drought severity with the relative precipitation index (RPI) and the standardized precipitation index (SPI)”, Journal of Water and Land Development 6.

2. Döll P. (2002), „Impact of climate change and variability on irrigation requirements: a global perspective”, Climatic Change 54.

3. Vogt J.V., Somma F. (red.) (2000), Drought and Drought Mitigation in Europe, Dordrecht: Klu-wer Academic Publishers.

4. Drupka S., Gruszka J. (1993), „Znaczenie na-wodnień deszczownianych w warunkach roku suchego na przykładzie Kujaw”, w: Problemy gospodarowania wodą w rolnictwie w świetle suszy 1992 roku, Materiały Seminaryjne IMUZ, nr 33.

5. Farat R., Kępińska-Kasprzak M., Mager P. (1995), Susze na obszarze Polski w latach 1951– –1990, Materiały Badawcze IMiGW, seria Go-spodarka Wodna i Ochrona Wód, 16.

6. Fortuniak K., Kożuchowski K., Żmudzka E. (2001), „Trendy i okresowość zmian tempera-tury powietrza w Polsce w drugiej połowie XX wieku”, Przegląd Geofizyczny XLVI (4).

7. Gruszka J. (2004), „Efektywność systemów pro-dukcji roślinnej w gospodarstwach rolnych sto-sujących nawodnienia deszczowniane”, Woda – Środowisko – Obszary Wiejskie 4, 2b(12).

8. Jankowiak J., Bieńkowski J., Jankowiak S. (2006), „Współczesne uwarunkowania stosowa-nia nawodnień deszczownianych w rolnictwie”, Rocznik Akademii Rolniczej w Poznaniu CCC-LXXX, Roln. 66.

9. Jankowiak J., Rzekanowski C. (2006), „Ekono-miczne efekty nawadniania”, w: S. Kaczmar-czyk, L. Nowak (red.), Nawadnianie roślin, War-szawa: PWRiL.

10. Kaca E., Łabędzki L. (2000), „The report on the progress and the status of the national drought-mitigation strategy in Poland”, Proc. Workshop on Drought Mitigation in Central and East Eu-rope, Budapest, 12–15 April 2000.

11. Kaca E., Stąpel Z., Śniadowski Z. (1993), „Go-spodarka wodna w rolnictwie w świetle suszy 1992 roku”, Materiały Informacyjne IMUZ, 22.

12. Kożuchowski K., Żmudzka E. (2001), „Ocieple-nie w Polsce: skala i rozkład sezonowy zmian temperatury powietrza w drugiej połowie XX wieku”, Przegląd Geofizyczny XLVI (1–2).

13. Kundzewicz Z. (2000), Gdyby mała wody miar-ka... Zasoby wodne dla trwałego rozwoju, War-szawa: Wydawnictwo Naukowe PWN.

14. Llamas M.R. (2000), „Some lessons learnt dur-ing the drought of 1991–1995 in Spain”, w: J.V.

Leszek Łabędzki 117Vogt, F. Somma (red.), Drought and Drought Mitigation in Europe, Dordrecht: Kluwer Aca-demic Publishers.

15. Łabędzki L. (1997), Potrzeby nawadniania użyt-ków zielonych – uwarunkowania przyrodnicze i prognozowanie, rozprawa habil., Falenty: Wy-dawnictwo IMUZ.

16. Łabędzki L. (2006), „Susze rolnicze – zarys pro-blematyki oraz metody monitorowania i klasyfi-kacji”, Woda – Środowisko – Obszary Wiejskie. Rozprawy Naukowe i Monografie 17.

17. Łabędzki L. (2007a), „Estimation of local drought frequency in central Poland using the standardized precipitation index SPI”, Irrigation and Drainage 56 (1), s. 67–77.

18. Łabędzki L. (2007b), „Irrigation in Poland – cur-rent status after reforms in agriculture and future development”, Journal of Water and Land De-velopment 11.

19. Łabędzki L., Bąk B., Kanecka-Geszke E., Ka-sperska-Wołowicz W., Smarzyńska K. (2008), „Związek między suszą meteorologiczną i rol-niczą w różnych regionach agroklimatycznych Polski”, Woda – Środowisko – Obszary Wiejskie. Rozprawy Naukowe i Monografie 25.

20. Łabędzki L., Drupka S. (2001), „The state, per-spectives and problems of irrigation systems in Poland”, Proc. 19th Regional Conference of ICID. Brno-Prague, 4–8 June 2001, CD-ROM.

21. Łabędzki L., Kuźniar A., Lipiński J., Miodusze-wski W. (2006), „Irrigation management trans-fer in European countries – Polish report”, w: W. Dirksen, W. Huppert (red.), Irrigation Sec-tor Reform in Central and Eastern European Countries, Eschborn: Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit (GTZ), New Delhi: ICID.

22. Mioduszewski W. (2007), „Uwarunkowania roz-woju melioracji wodnych w świetle Ramowej Dyrektywy Wodnej”, Wiadomości Melioracyjne i Łąkarskie 2.

23. Monacelli G., Sciortino M. (2000), „Progress and status of the national drought mitigation in Italy”, Proc. Workshop on Drought Mitigation in Central and East Europe, Budapest, 12–15 April 2000.

24. V.K. Boken, A.P. Cracknell, R.L. Heathcote (red.) (2005), Monitoring and Predicting Agri-cultural Drought: A Global Study, Oxford: Ox-ford University Press.

25. Nyc K., Pokładek R. (2007), „Celowość i kie-runki rozwoju melioracji w Polsce”, Wiadomości Melioracyjne i Łąkarskie 3.

26. Ochrona Środowiska. Informacje i opracowania statystyczne (2008), Główny Urząd Statystyczny.

27. Pereira L.S., Cordery I., Iacovides I. (2002), Co-ping with Water Scarcity, Paris: UNESCO.

28. Prawo wodne. Ustawa z dnia 18.07.2001 r. Dz.U. 2001, nr 115, poz. 1229; Dz.U. 2005, nr 239, poz. 2019.

29. Problemy gospodarowania wodą w rolnictwie w świetle suszy 1992 roku (1993), Materiały Se-minaryjne IMUZ 33.

30. Ramowa dyrektywa wodna 2000/60/WE Parla-mentu Europejskiego i Rady Unii Europejskiej z dnia 23 października 2000 r.

31. Rezolucja Parlamentu Europejskiego z dnia 16 listopada 2005 r. w sprawie powstrzymy-wania globalnych zmian klimatycznych (P6_TA(2005)0433).

32. Rezolucja Parlamentu Europejskiego z dnia 9 października 2008 r. w sprawie sposo-bu rozwiązania problemu dotyczącego niedo-boru wody i susz w Unii Europejskiej (P6_TA-PROV(2008)0473).

33. Rocznik Statystyczny (2008), Warszawa: Główny Urząd Statystyczny.

34. Rossi G. (2000), „Drought mitigation measures: a comprehensive framework”, w: J.V. Vogt, F. Somma (red.), Drought and Drought Mitiga-tion in Europe, Dordrecht: Kluwer Academic Publishers.

35. Rzekanowski C. (2000), „Perspektywy nawod-nień roślin wobec nadchodzących przemian w polskim rolnictwie”, Ekologia i Technika, VIII, 3.

36. Słota H., Bobiński E., Dobrowolski A., Fal B., Gałka S., Korol R., Lorenc H., Mierkiewicz M., Rutkowski T., Tomaszewska T., Żelaziński J. (1992), „Susza 1992. Zakres, intensywność, przyczyny i skutki, wnioski”, Materiały Badaw-cze IMiGW, Seria: Hydrologia i Oceanologia, Warszawa: IMiGW.

37. Vermes L. (1998), How to Work out a Drought Mitigation Strategy. An ICID Guide. Guidelines for Water Management, Bonn: DVWK, 309.

38. Vermes L., Fesus I., Nemes Cs., Palfai I., Szalai S. (2000), „Status and progress of the national drought mitigation strategy in Hungary”, Proc. Workshop on Drought Mitigation in Central and East Europe, Budapest, 12–15 April 2000.

39. Vranceanu A.V., Canarache A., Carstea S. (2000), „State and the art of the national drought mitiga-tion strategy in Romania”, Proc. Workshop on Drought Mitigation in Central and East Europe, Budapest, 12–15 April 2000.

40. Wilhite D.A., Glantz M.H. (1985), „Understand-ing the drought phenomenon: the role of defini-tions”, Water International 10.

Nowe zagrożenia znanymi agrofagami w rolnictwie, przeciwdziałanie nowoczesnymi metodami stosowania środków ochrony roślin

Maria Ruszkowska

Nieustannie zmieniające się środowisko naturalne wywiera wpływ na rozwój ważnych dla ochrony upraw agrofagów. Do najważniejszych czynników przyczyniających się do zmian w składzie gatun-kowym, wzrostu zasięgu terytorialnego i zmian rozwojowych należy globalne ocieplenie. Tempera-tura jest decydującym bodźcem wywołującym i umożliwiającym wszelkie zmiany w rozwoju wszyst-kich żywych organizmów, a widoczne tempo zmian jest szczególnie szybkie w przypadku małych organizmów. Obserwuje się je wśród roślin (także chwastów), grzybów chorobotwórczych, owadów i przykładowo szkodników z grupy mięczaków, ślimaków. Ze względu na rozwój agrofagów ważnych z punktu widzenia upraw roślin i znaczenie gospodarcze w krajach o cieplejszym czy nawet tropikal-nym klimacie szczególnie ważną rolę w tych procesach odgrywają owady. Spośród wszystkich owadów wpływ temperatury na rozwój najsilniej odczuwają mszyce. Najbardziej precyzyjnie stwierdzono zmia-ny rozwojowe mszyc zbożowych. Ich nowe formy powstające w warunkach wyższych temperatur są głównymi sprawcami rozprzestrzeniania się chorób wirusowych zbóż. Konsekwencją wystąpienia tych nowych form mszyc − wektorów wirusów − jest stwierdzenie po raz pierwszy w roku 2002 w cieplej-szych regionach Polski infekcji wirusowych o dużym znaczeniu ekonomicznym.

Wystąpienie nowych zagrożeń upraw rolnych wymaga szybkiego opracowania nowych, zintegro-wanych programów ochrony roślin. Poza odpowiednim doborem środków chemicznych szczególnie ważna jest rola prognoz, sygnalizacji, ciągłego monitoringu oraz badań symulacyjnych prowadzonych w warunkach komór klimatycznych. Równie potrzebna jest dokładna rejestracja warunków meteorolo-gicznych, przede wszystkim temperatury, we wszystkich regionach kraju.

Zjawisko występowania globalnego ocieplenia klimatycznego jest naturalnym trendem ewolucji, a w ostatnich latach nabrało tylko przyspieszenia. W dużym stopniu, jak przypuszcza wielu klima-tologów, jedną z jego istotnych przyczyn jest dy-namiczna presja człowieka na środowisko. Wśród wielu czynników do najważniejszych zalicza się wzrost wydzielania CO2 do atmosfery. Wszelkie wątpliwości w odniesieniu do ocieplenia klimatu powinny rozwiać stwierdzane zmiany rozwojowe organizmów szczególnie wrażliwych na wzrost

temperatury i uważanych za wskaźniki zmian klimatycznych. Do najbardziej spektakularnych efektów ocieplenia klimatu niosących ze sobą kon-sekwencje dla rolnictwa należy zaliczyć rozprze-strzenianie się nowych szkodników roślin, a także zmiany rozwojowe dotychczas znanych gatunków agrofagów. Wydłużający się okres wegetacyjny w większości regionów Polski wraz z postępu-jącą suszą skłania do zmian w strukturze upraw; obecnie stwierdza się szybki wzrost areału uprawy kukurydzy. W najcieplejszym regionie kraju, na

fot. Patrycja Malinowska

Maria Ruszkowska 119Opolszczyźnie, areał tych upraw szybko się po-większa: w 1995 roku wynosił 5260 ha, w 2000 – 32 460 ha, a w 2004 roku już 52 000 ha (ryc. 1) [9]. Rośliny te oprócz wymagań temperaturowych lepiej od innych zbóż znoszą suszę dzięki bardziej rozbudowanemu systemowi korzeniowemu, który jest zdolny do pobierania wody z głębszych warstw gleby. Uprawa w monokulturze sprzyja jednak rozprzestrzenianiu się i nasileniu występowania szkod liwych owadów.

Ryc. 1. Areał uprawy kukurydzy (ha) na Opolszczyźnie w latach 1995–2004

Wszystkie ważne zmiany w występowaniu nowych zagrożeń w rolnictwie powinny być pre-cyzyjnie monitorowane w celu opracowania jak najlepszych, skutecznych, nowoczesnych metod umożliwiających podniesienie jakości i zdrowot-ności uzyskiwanych plonów. W Polsce nie ma do-tychczas ogólnonarodowego, kompleksowego pla-nu badań nad zagadnieniem wpływu ocieplenia na rolnictwo. Plan taki jest oczekiwany w programie UE SCAR CWG (jest to stały komitet do spraw badań w rolnictwie działający w ramach Dyrekto-riatu Generalnego Badań, Technologii i Rozwoju Komisji Europejskiej [3]) – Collaborative Working Group on Agriculture and Climate Change w sekcji „Zmiany klimatu a rolnictwo − temperatura” koor-dynowanej przez Hiszpanię. Dotychczas w spotka-niach grupy roboczej tego programu uczestniczyli kilkakrotnie przedstawiciele Polski, z Instytutu Ochrony Roślin i z Uniwersytetu Warmińsko-Ma-zurskiego, prezentując jedynie własne wyniki ba-dań.

Charakterystyka najczęściej występujących agrofagów w warunkach ocieplenia

Rejestracja i obserwacja szkodników roślin wymaga znajomości wielu metod. Do najważ-niejszych i najbardziej aktualnych należą: lustra-

cje upraw przez oglądanie roślin, czerpakowanie, odłowy mszyc w różnego typu pułapki. Jedną z najbardziej skutecznych pułapek do odławiania mszyc jest aspirator Johnsona (ryc. 2). Aspirator Johnsona – rura o wysokości około 12,2 m zasy-sająca powietrze wraz z całą jego zawartością − umożliwia rejestrację wszystkich gatunków mszyc na danym terenie w promieniu 80 km. Urządzenie zostało skonstruowane w Wielkiej Brytanii w celu precyzyjnej sygnalizacji terminu lotów mszyc − wektorów wirusów. Obecnie kilka lub nawet kil-kanaście takich instalacji działa prawie we wszyst-kich krajach Europy. Polska (Instytut Ochrony Roślin) uczestniczy w kontynuacji 5. Programu Ramowego UE EXAMINE (Exploitation of Aphid Monitoring System in Europe). Aspirator Johnsona usytowany jest na terenie Instytutu Ochrony Roślin i pracuje nieprzerwanie od 1973 roku. Długoletnie obserwacje i współpraca w tak dużej sieci umoż-liwiają prognozowanie, a także wyliczanie zależ-ności nasilenia występowania ważnych gatunków mszyc od różnych czynników, np. od temperatury czy zanieczyszczenia atmosfery. Pozwalają rów-nież śledzić zmiany w składzie gatunkowym fauny mszyc i dynamiki ich występowania oraz potwier-

Ryc. 2. Aspirator ssący Johnsona w Poznaniu, odławia-jący mszyce z powietrza nieprzerwanie od roku 1973, od roku 1999 do chwili obecnej w europejskiej sieci EXAMINE, 5. Program Ramowy UE EVK2-199900151, http://examine.res.bbsrc.ac.uk/examine/default.asp (fot. P. Strażyński)

Nowe zagrożenia znanymi agrofagami w rolnictwie…120dzić pojawianie się nowych form rozwojowych. W Instytucie Ochrony Roślin oznaczane są wszyst-kie gatunki odławianych mszyc (ponad 300), dzię-ki czemu powstała unikatowa baza danych, jedna z największych. Dane te wprowadzone do kompu-tera są dostępne dla wszystkich uczestników pro-gramu EXAMINE.

Szczegółowe badania nad rozwojem owadów prowadzi się w specjalistycznych kabinach klima-tycznych, gdzie symuluje się różne warunki tem-peratury, wilgotności i światła. Prace zmierzające do stwierdzenia zmian w szkodliwości agrofagów na skutek pojawiania się nowych gatunków i moż-liwości ich rozwoju w warunkach globalnego ocie-plenia prowadzone są w Instytucie Ochrony Roślin głównie nad owadami: mszycami zbożowymi, omacnicą prosowianką, oraz nad ślimakami.

W wyższych temperaturach choroby roślin uprawnych rozwijają się szybciej i atakują rośli-ny przez dłuższy okres. Dotychczas nie zbadano wpływu ocieplenia na rozwój najważniejszych sprawców chorób roślin, jakimi są grzyby. Próbu-je się dopiero przewidzieć wpływ ocieplenia kli-matu w Polsce na te gatunki. Prognozuje się, że nastąpi rozwój takich grzybów jak Tilletie indica czy Sphaceolotheca reiliana. Wyższe temperatury będą umożliwiały lepsze przezimowanie grzybów w formie grzybni i zarodników, które mogą infe-kować rośliny żywicielskie, np. Puccinia graminis. Do grzybów chorobotwórczych, których znaczenie będzie przypuszczalnie rosło, można zaliczyć ro-dzaje: Drechslera, Hleminthosporium, Alternaria, Sphacelotheca, Tilletia [6].

Spośród wszystkich chorób nowym problemem o znaczeniu gospodarczym jest gwałtowny wzrost infekcji wirusowych wśród zbóż (żółta karłowa-tość jęczmienia) w cieplejszych regionach kraju. Wirusy wywołujące tę chorobę przenoszone są wyłącznie przez mszyce, a w praktyce znaczenie mają infekcje jesienne, które wywołane są przez ich nowe formy rozwojowe. Przyczyny nowych zagrożeń wirusowych wywołanych przez mszyce w zbożach zostały precyzyjnie określone; są one efektem wystąpienia wyższych temperatur w nie-których regionach kraju [13].

Oddziaływanie ocieplenia klimatycznego na chwasty nie było dotychczas badane, jednak ze względu na znaczny wpływ temperatury na proce-sy życiowe roślin zmiany w strukturze jakościowej i ilościowej muszą być znaczne. Obserwacje dyna-miki występowania chwastów w uprawach rolni-czych prowadzone w ostatnich pięciu latach w nie-których regionach kraju wykazały zwiększenie występowania takich gatunków jak: owies głuchy,

chaber bławatek, bylica polna, perz, włośnica sina, miotła zbożowa. Uzyskane dane pozwalają przy-puszczać, że pewien wpływ na to zjawisko miała temperatura, choć nie należy zapominać o całym kompleksie czynników oddziałujących na chwasty, a wśród nich duże znaczenie ma sposób i rodzaj upraw, np. uprawy w monokulturach czy nieprawi-dłowe stosowanie herbicydów [15].

Omawiając rozwój chwastów, nie sposób omi-nąć obcych gatunków inwazyjnych. Do najbardziej znanych należy barszcz Sosnowskiego, rozpro-pagowany jako roślina zapewniająca obfite plony oraz bogata w węglowodany i białko do produkcji kiszonek. Szybko jednak zaniechano jego uprawy ze względu na niekorzystne cechy uboczne, np. pojawienie się w mięsie i mleku zwierząt skarmia-nych barszczem Sosnowskiego zapachu kumaryny czy wywoływanie groźnych alergii u człowieka po kontakcie z rośliną. Pomimo zaniechania dalszej uprawy „wymknął” się on spod kontroli i zaczął pojawiać na coraz to nowych terenach. Gatunek ten charakteryzuje wiele cech pozwalających uzy-skiwać przewagę na nowych obszarach i dlatego został uznany za potencjalnie zagrażający rodzi-mym roślinom. W ostatnich latach, w warunkach wyższych temperatur i dłuższego okresu wegeta-cyjnego, stwierdza się coraz powszechniejsze wy-stępowanie tej rośliny [10].

Ryc. 3. Mszyca czeremchowo-zbożowa (forma uskrzy-dlona) na siewce jęczmienia ozimego „wstrzykująca” wi-rusy żółtej karłowatości jęczmienia (fot. M. Tomalak)

Wśród wszystkich gatunków mszyc najliczniej-szym gatunkiem jest mszyca czeremchowo-zbo-żowa, Rhopalosiphum padi L; stanowi ona około 80% wszystkich mszyc (ryc. 3). Właśnie mszyce są owadami najsilniej reagującymi na zmiany tempe-ratury. Przy ociepleniu w skali roku zaledwie o 2°C rozwija się o pięć pokoleń mszyc więcej, w przy-padku innych owadów − najwyżej dwa. Mszyce,

Maria Ruszkowska 121dzięki specyfice rozwojowej, jaką jest żyworodna partenogeneza, polegająca na teleskopowym roz-woju równocześnie trzech pokoleń − drugie poko-lenie („córki”) rozwija się w pierwszym („matki”), trzecie pokolenie („wnuczki”) w drugim („matki”) dzięki pierwszemu („babkom”) − cechuje najkrót-szy okres rozwoju jednego pokolenia. Gatunek ten znany jest ze swojej wielorakiej szkodliwości, przede wszystkim jako owady kłująco-ssące wy-sysają one sok roślinny, wstrzykując równocześnie toksyny zawarte w ślinie, jest to tzw. szkodliwość bezpośrednia. Szkodliwość pośrednia polega na możliwości przenoszenia wirusów roślinnych.

Dla rolnictwa najważniejsze są zmiany w li-czebności mszyc, terminach pojawienia się i roz-wój nowych form – permanentnie dzieworodnych, potencjalnych wektorów wirusów. Wyniki pre-cyzyjnych prac laboratoryjnych nad badaniami możliwości zmian rozwojowych mszycy czerem-chowo-zbożowej zbiegły się z wielkim zaniepo-kojeniem rolników wywołanym pojawieniem się choroby wirusowej, żółtej karłowatości jęczmie-nia, na zbożach ozimych w południowo-zachodniej Polsce w 2001 roku. Chorobę tę wywołały wirusy przenoszone przez nowe formy mszyc rozwijają-ce się jesienią na oziminach. W komorach klima-tycznych stwierdzono, że stała temperatura 25°C w ciągu co najmniej trzech dni indukuje zmiany w cyklu rozwojowym mszyc. W cieplejszych re-gionach Polski dzieworództwo z okresowego prze-radza się w permanentne, mszyce rozmnażają się bez udziału form płciowych. Zamiast przenieść się na żywiciela zimowego, czyli czeremchy, na któ-rych powinny być składane jaja, mszyce te przela-tują na jesienne wschody zbóż z traw dziko rosną-cych lub coraz częściej z kukurydzy [13] (ryc. 4). Te nowe formy rozwojowe mszyc są praktycznie jedynymi wektorami wirusów wywołujących jedną z najgroźniejszych chorób, przynoszącą duże straty gospodarcze w krajach o cieplejszym klimacie – żółtą karłowatość jęczmienia. Porażenia jesienne są najgroźniejsze, wirusy atakują młode nieodpor-ne rośliny i mają możliwość długiego namnażania się w roślinach, przez co dochodzi do wzrostu ich koncentracji. Objawy porażeń widoczne są dopiero w następnym roku wiosną.

Występowanie żółtej karłowatości jęczmienia na zbożach ozimych szybko rozprzestrzenia się na terenach Polski (ryc. 5). Najsilniejsze infekcje związane są oczywiście z wystąpieniem mszyc − wektorów wirusów, które z kolei rozwijają się w warunkach odpowiednio wysokich temperatur. Jesienny okres występowania mszyc ograniczony jest również temperaturą: −6°C to tzw. próg fzjolo-

gicznego zera, który całkowicie eliminuje mszyce z upraw. Im później wystąpi ta temperatura krytycz-na, tym dłużej mszyce będą rozwijały się na ozimi-nach, doprowadzając do większego rozprzestrze-niania się żółtej karłowatości jęczmienia i większej koncentracji wirusów w roślinach. Możliwość dłuższego żerowania jesienią wydłuża okres tzw. infekcji wtórnej, tzn. następne pokolenia mszyc, przeważnie bezskrzydłe, żerując na roślinach już zakażonych w drodze infekcji pierwotnej skut-kiem pierwszych nalotów na oziminy, przenoszą wirusy na sąsiednie rośliny w procesie dyspersji. Wiosną następnego roku straty w plonach są wów-czas większe. Nierównomiernie rozmieszczone w obrębie pola, skupione w plamy, tzw. placowate, charakterystyczne różowoczerwone przebarwienia roślin świadczą o zakażeniu chorobą i są śladem że-rowania w tych miejscach głównie bezskrzydłych mszyc, które nie rozprzestrzeniają się równomier-nie po całym polu. O nasileniu infekcji pierwotnej decyduje liczebność dzieworodnych uskrzydlonych mszyc – nowych form rozwojowych, które powsta-ją tylko w warunkach wyższych temperatur wio-sną i latem. Rozprzestrzenianie się infekcji wtórnej

ogniwa rozwoju ogniwa rozwojuanholocyklicznego holocyklicznego

z temperatur¹ 25°(do ¿niw)– ró¿nicowanie siê

form mszyc na zbo¿ach

sierpieñ– powrót naczeremchy

wrzesieñ/paŸdzierniki na

czeremchach

listopad– sk³adanie jaj

na czeremchach

zimowanie jajna czeremchach

marzec/kwiecieñ– wyl¹g z jaj naczeremchach

maj – przelot na zbo¿a

sierpieñ przelot na trawy–i kukurydzê

paŸdziernik – powrót nazbo¿a– wschody oziminrozwój mszyc do temp.–6°C, poni¿ej wszystkie

gin¹, same- praktycznie

jedyne wektory BYDV

+ +

+

+ +

+

czerwiec–sierpieñ co najmniej 3 dni

Ryc. 4. Zmiany w dotychczasowym cyklu życiowym mszycy czeremchowo-zbożowejMszyce czeremchowo-zbożowe dotychczas rozwijały się wyłącznie holocyklicznie (cyklicznie pojawiają się formy płciowe ♀♂, zimują jaja na czeremchach). Jeżeli w ciągu trzech kolejnych dni temperatura przekroczy 25°C, nastę-puje podział populacji – część owadów zaczyna rozwijać się anholocyklicznie (permanentnie dzieworodnie).

Nowe zagrożenia znanymi agrofagami w rolnictwie…122

warunkuje termin wystąpienia temperatury kry-tycznej (−6°C). Kolejną zmianą rozwojową mszyc wynikającą z ocieplenia jest wcześniejszy rozwój wiosną, co powoduje wcześniejsze naloty mszyc na uprawy zbóż. Mszyce jako owady kłująco-ssące wywołują znacznie większe szkody, zasiedlając młode rośliny, gdyż strategiczną porą dla zbóż jest okres krzewienia i strzelania w źdźbło. Do niedaw-na mszyce nalatujące na uprawy po tym okresie nie miały większego znaczenia jako szkodniki. W ba-daniach prowadzonych od 1971 roku stwierdza się coraz wcześniejsze naloty mszyc na pola, w roku 2008 pierwsze owady na zbożach obserwowano 29 kwietnia, tj. około trzech tygodni wcześniej niż w początkowych latach badań (1971−1988).

Wcześniejsze naloty pierwszych mszyc – wek-torów wirusów − na uprawy, tzw. loty inwazyjne, stwierdza się także w przypadku mszycy ziem-niaczanej (Myzus persicae Sulz.). Gatunek ten jest najważniejszym wektorem wirusów spośród wszystkich wektorów wirusów roślinnych, prze-nosi ponad 100 różnych wirusów, a wśród nich za-liczany do trwałych – wirus liściozwoju ziemniaka. Stwierdzono zależność pomiędzy temperaturami w styczniu i lutym a terminem pierwszych lotów, im bowiem wyższa temperatura w tym okresie, tym wcześniejszy jest termin lotów; np. –9,73° w stycz-niu 1980 roku – pierwsze loty 15 czerwca, +2,03 w 2007 roku – pierwsze loty 26 maja [14].

Nowym zagrożeniem upraw roślinnych jest zapewne wiele innych gatunków owadów, np. skoczki (pluskwiaki równoskrzydłe), skrzypionki (chrząszcze), pryszczarki, ploniarki (muchówki),

rolnice, omacnica prosowianka (motyle), żółwinek zbożowy i lednica zbożowa (pluskwiaki zbożowe) czy także łokaś garbatek. Zmiany rozwojowe tych owadów nie są dotychczas dokładnie zbadane, wiadomo jednak, że w niektórych (cieplejszych) regionach kraju stwierdza się lokalnie okresowo ich masowe gradacje. Należy się liczyć z tym, że rozwój wszystkich szkodników dzięki ociepleniu wydłuży na pewno liczbę pokoleń i płodność, co już stanowi wystarczające nowe, większe zagroże-nie dla upraw roślinnych. I tak w przypadku rol-nic, które dotychczas rozwijały jedno pokolenie, stwierdza się obecnie rozwój już dwóch pokoleń. W konsekwencji powstają duże straty w zasiewach zbóż, zwłaszcza w południowej Polsce. Postępują-ca susza wiosną sprzyja masowemu występowaniu skoczków. Wcześniejszy i szybszy rozwój szkodni-ków, np. skrzypionek, na młodych roślinach zwięk-sza ich szkodliwość.

Kolejnym elementem zmian rozwojowych mszyc świadczącym o ociepleniu klimatycznym jest opóźnienie samców rozwijających się już na końcu cyklu rozwojowego. Dla rolnictwa nie ma to znaczenia, natomiast jest to zjawisko sygnalizu-jące zagrożenie dla bioróżnorodności gatunków na poziomie genetycznym. Wyższe temperatury wio-sną i latem umożliwiają mszycom dłuższy rozwój kolejnych pokoleń dzieworodnych, a powstawanie samców − regulowane długością fotoperiodu, ja-kością pokarmową i przede wszystkim temperatu-rą − opóźnia się, samce nie zdążą więc zapłodnić samic jajorodnych, które składają niezapłodnione jaja. W badaniach zapoczątkowanych w 1973 roku

Ryc. 5. Rozprzestrzenianie się choroby żółtej karłowatości jęczmienia (BYDV) na zbożach ozimych w Polsce jako efekt ekspansji terytorialnej nowych form rozwojowych mszyc powstałych w warunkach ocieplenia klimatycznego

Maria Ruszkowska 123stwierdza się coraz więcej niezapłodnionych jaj. Równocześnie zubaża się różnorodność gatunko-wa samców mszyc. Zjawisko to przyczynia się do masowego rozwoju gatunków o większej płodno-ści w wyższych temperaturach i bardziej „agre-sywnych”, które eliminują z tych samych roślin żywicielskich inne gatunki. Jest ono szczególnie widoczne na drzewach w aglomeracjach miej-skich. W ciągu długoletnich obserwacji obserwu-je się trend spadku liczebności gatunków samców mszyc, od ponad 20 w latach 70. do 4 w roku 2006 [13].

Mszyce – wektory wirusów żółtej karłowatości jęczmienia − pojawiły się jako pierwsze w środ-kowo- i południowo-zachodniej Polsce, natomiast ważny szkodnik kukurydzy, omacnica prosowian-ka (Ostrinia nubilalis Hbn.), rozprzestrzenia się od południowego wschodu. Najliczniejsze wystąpie-nia tego gatunku motyla stwierdza się w regionie podkarpackim. Jest to najgroźniejszy szkodnik kukurydzy, szeroko rozpowszechniony w krajach, gdzie uprawia się te rośliny na dużych areałach. Wyższe temperatury w niektórych regionach Polski doprowadziły do szybkiego wzrostu po-wierzchni upraw kukurydzy i zapewniwszy dostęp do olbrzymich zasobów pokarmowych, umożli-wiły masowy rozwój omacnicy prosowianki, ga-tunku odpowiednio ciepłolubnego [1]. W trakcie badań jest nowy groźny szkodnik kukurydzy, gatu-nek podlegający w Polsce kwarantannie, zachod-nia kukurydziana stonka korzeniowa (Diabrotica virgifera Le Conte). Do Europy stonka ta została zawleczona w 1992 roku, od sierpnia 2005 roku stwierdza się ją już w Polsce. W celu opracowania właściwego programu zwalczania tego agrofaga konieczna jest analiza jego rozwoju w warunkach klimatycznych, glebowych i uprawowych Polski. Już wstępne badania wykazują różnice w terminie wystąpienia ostatnich chrząszczy. Duży wpływ na aktywność żerowania ma temperatura, dlate-go można prognozować, że wraz z postępującym ociepleniem nastąpi wzrost uszkodzeń kukurydzy i rozprzestrzenianie się szkodnika na większe ob-szary [2].

Kompleksowo wszystkie szkodniki tego zboża zostały szeroko omówione w Atlasie szkodników kukurydzy. Podzielono je na uszkadzające pod-ziemne części roślin (zaliczono do nich: drutow-ce, larwy sprężyków, lenie, pędraki, rolnice oraz śmietkę kiełkówkę) oraz uszkadzające nadziemne części roślin (mszyce, omacnicę prosowiankę, plo-niarkę zbożówkę, skrzypionki, ślimaka – pomrowi-ka plamistego, urazka kukurydzianego, wciornastki zbożowe, zmienika lucernowca, zachodnią kukury-

dzianą stonkę korzeniową oraz niektóre gryzonie i dziki) [11].

Kolejny przykład nowych zagrożeń upraw nie tylko rolniczych, lecz także ogrodniczych, stano-wią ślimaki nagie. Największe szkody, szczegól-nie w pszenicy ozimej i rzepaku ozimym, wyrzą-dzają pomrowik plamisty (Deroceras reticulatum Müller) i ślinik luzytański (Arion lusitanicus Ma-bille, 1868). Gatunki te występują bardzo licznie w niektórych regionach kraju i szybko się rozprze-strzeniają. Wykazują zróżnicowane preferencje w stosunku do gatunków roślin i charakteryzują się specyficznymi wymaganiami pokarmowymi. Naj-chętniej żerują na świeżym materiale roślinnym, zwłaszcza na siewkach roślin [4].

Straty spowodowane agrofagami w rolnictwie

W produkcji roślinnej jednym z priorytetów jest znajomość strat spowodowanych agrofagami. Służ-ba ochrony roślin zbiera wiele obserwacji i obliczeń dotyczących strat ekonomicznych spowodowanych corocznie przez choroby i szkodniki. W prowadzo-nej obecnie gospodarce rynkowej, w obliczu nad-produkcji żywności, coraz większą rolę odgrywa nie ilość plonów, ale ich jakość. W odpowiedzi na potrzeby rynku, zmieniające się warunki uprawo-we i zmiany klimatyczne wywierające wpływ na szkodliwe agrofagi konieczne są ciągłe obserwacje i szczegółowe badania naukowe, które w efekcie powinny dostarczać rolnikom aktualnych informa-cji dotyczących zabezpieczeń upraw przed nowymi zagrożeniami.

Infekcyjne (pochodzenia organicznego) czyn-niki chorobotwórcze roślin uprawnych należą do trzech grup organizmów roślinnych: bakterii, grzy-bów i pasożytniczych roślin nasiennych (np. kanian-ka). Odrębną grupę czynników chorobotwórczych i infekcyjnych stanowią wirusy roślinne. Wszystkie je określa się często patogenami roślin. Dotychczas w warunkach klimatycznych Polski najważniejszy problem w ochronie zbóż we wszystkich stadiach rozwojowych stanowiły choroby. Straty spowodo-wane patogenami są ogromne, porażone rośliny często zamierają całkowicie lub są zniekształcone i nie nadają się do zbioru. Bardzo ważnym elemen-tem jest dostrzeganie wpływu czynnika chorobo-twórczego na jakość roślin poprzez oddziaływanie na metabolizm zaatakowanych tkanek. Powstające nowe związki, np. mikotoksyny, są niebezpieczne dla człowieka i zwierząt.

Postępująca susza i wzrost temperatury po-woduje, że coraz większego znaczenia nabierają

Nowe zagrożenia znanymi agrofagami w rolnictwie…124szkodniki roślin. Mszyce, zaliczane do najważniej-szych grup szkodników zbóż, wywołują szkody dwojakiego rodzaju, bezpośrednie poprzez wysy-sanie soków roślinnych oraz pośrednie − poprzez przenoszenie wirusów roślinnych. Owady te wy-posażone są w wyspecjalizowany aparat gębowy, tzw. kłujkę, i zaliczane do grupy gatunków kłują-co-ssących (ryc. 6). Od rodzaju aparatu gębowego zależy dobór odpowiednio działających insektycy-dów. Stosowanie najskuteczniejszych preparatów systemicznych, ze względu na długi okres karencji i szkodliwość dla organizmów pożytecznych, zo-stało obecnie silnie ograniczone i są one zastępo-wane związkami o kompleksowym działaniu, kon-taktowym gazowym i słabszym systemicznym.

Bezpośrednie szkody wyrządzane przez mszyce wynikają z ich masowego występowania na rośli-nach. Największe zagrożenie w wyniku żerowania bezpośredniego mszyce stanowią w przypadku ma-sowego wystąpienia na młodych roślinach. Dopro-wadzają do ich więdnięcia i obumierania. Obecnie w warunkach ocieplenia, kiedy mszyce rozwijają się wcześniej i zasiedlają młodsze rośliny, wiosną mogą stanowić zagrożenie dla młodych upraw.

Do oceny szkodliwości mszyc wywołanej wy-sysaniem soków stosuje się progi szkodliwości, które mogą bardzo skutecznie ograniczać wyko-rzystanie preparatów chemicznych, nie powodując zmian w jakości i ilości plonów.

Kolec, który mszycawbija w roœlinê,dziêki czemu siêna niej utrzymuje

K³ujka z widocznymsztyletem i rynienk¹

Ryc. 6. Przykład aparatu kłująco-ssącego u mszycy cze-remchowo-zbożowej (fot. M. Ruszkowska)

Znacznie niebezpieczniejsze uszkodzenia po-wodują mszyce − wektory wirusów. Wystąpienie nowych form rozwojowych mszyc w Polsce, prak-tycznie jedynych wektorów wirusów żółtej karło-

watości jęczmienia, na skutek ocieplenia klimatu wymaga szczególnej uwagi i znajomości całego zagadnienia. W wyniku badań w krajach, gdzie od dawna występuje ta choroba, atakująca wszystkie zboża i kukurydzę, jej szkodliwość ocenia się we-dług liczby mszyc zasiedlających oziminy, np. je-żeli 30% roślin w uprawie jest zasiedlonych przez mszyce jesienią na oziminach, to plony w roku następnym będą niższe o 30%. Istotna jest znajo-mość faktu, że najbardziej wrażliwe na choroby wirusowe są rośliny młode, dlatego w przypadku zbóż podstawową rolę odgrywają infekcje jesien-ne. W ochronie roślin przed infekcjami wirusowy-mi ważna jest profilaktyka; gdy zboża są już zain-fekowane, nie ma dla nich ratunku i należałoby je usunąć w celu zabezpieczenia przed dalszym roz-przestrzenianiem się choroby.

W ostatnich latach obserwuje się wzrost zna-czenia skrzypionek, które reagując na ocieplenie klimatu liczniejszym i szybszym rozwojem, wy-wołują większe szkody w zbożach. Skrzypionki jako chrząszcze są szczególnie ważnymi szkodni-kami, ponieważ żerują na roślinie we wszystkich jej stadiach rozwojowych. W przypadku masowe-go żerowania samych larw straty w plonie wynoszą 30−40%. Żerowanie skrzypionek powoduje ubytek w tkankach asymilacyjnych dwóch górnych liści i może prowadzić nawet do 50-procentowej obniż-ki plonu, co stanowi 0,2–0,9 tony z 1 ha.

Ważnym szkodnikiem z grupy muchówek jest ploniarka zbożowa, która niszczy źdźbła młodych zbóż i uszkadza nasiona. Największe straty powo-duje w uprawach owsa, gdzie może zniszczyć do 15% ziarniaków. Na skutek zmian rozwojowych wywołanych ociepleniem klimatu gatunek ten może stanowić większe zagrożenie.

Pryszczarki łodygowe i kwiatowe, również mu-chówki, żerując przez cały okres wegetacji, dopro-wadzają do skrócenia źdźbła, kłosa, zmniejszenia liczby ziaren w kłosie, redukcji ich ciężaru nawet o 78%; w ten sposób mogą zniszczyć do 11% plonu.

Do muchówek należy również leń ogrodowy, który pojawiając się lokalnie, lecz masowo na niewielkich obszarach poczas cieplejszych jesieni, wyrządza znaczące szkody w oziminach. Larwy wygryzają podziemne części pędów i korzonki kieł-kujących ozimin. Samice składające jaja przywabia obornik i dlatego jego stosowanie zawsze wymaga zwrócenia szczególnej uwagi na te szkodniki.

Z grupy motyli istotnymi szkodnikami są omac-nica prosowianka i rolnice. Omacnica prosowian-ka uszkadza kukurydzę we wszystkich stadiach rozwojowych, powodując znaczne straty w ilości

Maria Ruszkowska 125i jakości plonów. W badaniach prowadzonych nad tym ważnym nowym problemem stwierdza się dużą zależność rozwoju szkodnika od sposobu upraw. W zasiewie monokulturowym czy uprawie bez zmianowania motyle pojawiają się na kukury-dzy o cały tydzień wcześniej niż w tych miejscach, gdzie stosowano płodozmian. W zasiewie mono-kulturowym również jaja są składane z tygodnio-wym wyprzedzeniem i jest ich znacznie więcej. Ogólnie stwierdza się zmienność zasiedlania ku-kurydzy przez omacnicę prosowiankę. Najwięcej roślin uszkodzonych występuje w uprawach pro-wadzonych bez płodozmianu, w monokulturze, natomiast nieco mniej w uprawach, na których stosuje się płodozmian. Różnice w szkodliwości omacnicy prosowianki pomiędzy tymi dwoma systemami uprawowymi są znaczne, w warunkach monokultury w łodygach i kolbach żeruje dużo więcej gąsienic, co istotnie decyduje o wielkości plonu. Gąsienice tego gatunku uszkadzają 40−80% roślin, ich szkodliwość systematycznie narasta [1]. Rolnice z kolei uszkadzają oziminy, żerując u na-sady szyjki korzeniowej.

Pluskwiaki zbożowe, żółwinek zbożowy i led-nica zbożowa są szkodnikami zbóż występujący-mi zarówno wiosną, jak i jesienią. Na oziminach powstałe skutkiem ich żerowania plamy (są to szkodniki ssące) powodują nekrozy i zaatakowane rośliny są dużo mniejsze od zdrowych. Wczesne porażenie kłosów na skutek przyspieszonego roz-woju tych owadów w warunkach ocieplenia klima-tu prowadzi do płonności lub niedorozwoju ziaren. Straty mogą sięgać nawet do 50%.

Efektem postępującej wraz z ociepleniem suszy jest coraz częstsze stwierdzanie masowego wystę-powania skoczków na zbożach. Owady te mogą również przenosić pewne wirusy roślinne. W su-chych latach pod koniec maja i na początku czerwca można już zauważyć na polach zamierające rośliny różnych gatunków zbóż. Zamieranie to postępuje stopniowo, tak że pole można podzielić na strefy: 1) w strefie brzeżnej rośliny więdną, usychają lub już uschły; 2) w strefie pośredniej liście są żółte lub czerwonawofioletowe; 3) w środku uprawy na zie-lonych liściach widnieją żółte lub czerwone plamy. W pasie tym owady składają jaja.

Ślimaki bezskorupowe wyrządzają znaczne szkody w ogrodnictwie, a ostatnio również w rol-nictwie. Oba omawiane gatunki niszczą siewki rzepaku ozimego i pszenicy ozimej. Już po kilku dniach żerowania zaatakowane siewki są uszko-dzone w stopniu uniemożliwiającym ich dalszy rozwój, ślimaki bowiem, rozpoczynając żerowanie od wierzchołka rośliny, niszczą stożek wzrostu.

Siewki zarówno rzepaku ozimego, jak i pszenicy ozimej są znacznie bardziej zagrożone niż nasiona. Uszkodzenie średnio 10% powierzchni ziarniaków blokuje dalszy rozwój roślin. Stwierdzono, że na 100 uszkodzonych w takim stopniu ziaren pszenicy ozimej tylko jedno ziarno kiełkowało. W przypad-ku uszkodzeń rzepaku ozimego, zarówno nasion, jak i siewek, nie stwierdza się istotnych różnic po-między różnymi odmianami, natomiast w przypad-ku pszenicy ozimej ślimaki najsilniej uszkadzają nasiona niektórych odmian (np. „Sakwa”, „Na-dobna”, „Clever” i „Kobiera”), niechętnie żerują na takich odmianach jak np. „Symfonia”, „Jawa” i „Korweta”. Z kolei żerując na siewkach pszenicy, nie preferują konkretnych odmian. Oprócz żerowa-nia na roślinach uprawnych ślimaki te występują licznie na różnych gatunkach chwastów i ziół. Pro-wadzone dotychczas badania nad powiązaniami między ślimakami a różnymi roślinami żywiciel-skimi w celu wykorzystania gatunków działają-cych odstraszająco wykazały, że ślinik luzytański ma silnie sprecyzowane preferencje pokarmowe, zwłaszcza w stosunku do roślin zielarskich. Nie-które gatunki roślin, szczególnie ziół i chwastów, dzięki naturalnym chemicznym właściwościom obronnym są całkowicie niejadalne dla ślimaków lub mogą działać na nie odstraszająco. Spośród 20 badanych gatunków roślin ślinik luzytański prefe-ruje bniec biały, a nie akceptuje rdestu kolankowa-tego. Istnieje zatem możliwość wykorzystania nie-których gatunków roślin działających odstraszająco na ślimaki w ochronie młodych roślin uprawnych przed tymi nowymi w Polsce szkodnikami [8].

Metody zwalczania agrofagów − zintegrowana ochrona roślin

Nowoczesna produkcja roślinna nie może się obyć bez nowoczesnej ochrony roślin. Stosowanie środków chemicznych powinno uwzględniać zna-jomość progów szkodliwości; należy używać ich w odpowiednim terminie i wybierać nowoczesne preparaty, najczęściej koncentraty, zawierające małe dawki substancji aktywnej i cechujące się selektywnością. Ograniczeniu zabiegów chemicz-nych służą progi szkodliwości. Wymagają one cią-głej aktualizacji, zwłaszcza w warunkach szybkich zmian środowiskowych i uprawowych. Ekono-miczny próg szkodliwości wykazuje, przy jakim nasileniu występowania szkodników w uprawie wyniki zabiegów pestycydowych w postaci ura-towanego plonu przewyższą koszt tych zabiegów. Patogen więc ma status szkodnika, tylko gdy nasi-lenie jego występowania przekracza próg szkodli-

Nowe zagrożenia znanymi agrofagami w rolnictwie…126wości. Na przykład dla mszyc wyznaczono próg szkodliwości wynoszący 5 owadów na 100 roślin zebranych z przekątnej pola albo 10% porażo-nych roślin w okresie przed kłoszeniem; poniżej tej wartości występujące mszyce wywołują tylko niewielką stymulację rozwoju. Przytoczona war-tość progowa dotyczy tylko szkodników bezpo-średnich (wysysanie soków, wstrzykiwanie toksyn zawartych w ślinie), natomiast nie stosuje się jej do ochrony upraw przed mszycami – wektorami wiru-sów, alternatywą wartości progowej jest sygnaliza-cja terminu lotów.

Przykładowo progi szkodliwości obliczone dla skrzypionek wynoszą 1−1,5 larwy na źdźbło, plo-niarek – 6 larw na 100 roślin, pryszczarków łody-gowych – 15 samic w czerpaku na 20 uderzeń albo 15 jaj na źdźbło. Przytoczone wartości progowe wymagają weryfikacji i uzupełnienia w związku ze zmianami rozwojowymi zarówno skrzypionek, jak i pryszczarków; należałoby przesunąć terminy wykonania obserwacji w odniesieniu do stadiów rozwojowych roślin.

Nowoczesna ochrona roślin to zintegrowane stosowanie wszystkich możliwych skutecznych metod ograniczających występowanie agrofagów, niekoniecznie prowadzących do całkowitej ich eliminacji. Zmieniające się warunki klimatyczne wymagają szczególnej ostrożności i przestrzegania ograniczeń w stosowaniu preparatów. Dotyczy to np. ochrony pszczół i innych zapylaczy czy niesku-teczności działania pestycydów w nieodpowiednich temperaturach. Ostatnio konieczność zwalczania mszyc na oziminach jesienią wymaga użycia pre-paratów skutecznych w niższych temperaturach. Do ważnych elementów zintegrowanych metod należą jeszcze odpowiednie zabiegi agrotech-niczne, np. stosowanie płodozmianu, podorywki, nawożenie itp., ograniczanie korzystnego dla roz-woju szkodników działania monokultur poprzez zakładanie zadrzewień śródpolnych czy zakłada-nie upraw małoobszarowych. W świetle ostatnich badań ważna jest znajomość wpływu sąsiedztwa upraw na rozwój szkodników. Stwierdza się np., że uprawa kukurydzy w bezpośrednim sąsiedztwie zbóż może ograniczać występowanie nowych form rozwojowych mszyc na zbożach i blokować infek-cje wirusowe. Kukurydza jest doskonałą rośliną ży-wicielską dla tych mszyc i w początkowych fazach wzrostu w pewien sposób „odciąża” zboża, chro-niąc przed licznym zasiedlaniem przez te owady. Nowe formy rozwojowe chętnie zasiedlają młode rośliny i ten czynnik pokarmowy wyraźnie stymu-luje ich rozwój. Kukurydza stanowi też doskonałą roślinę żywicielską dla tych form mszyc w okresie

pożniwnym. Bezpośrednio przed żniwami bowiem owady w poszukiwaniu roślin żywicielskich prze-latują na wszystkie rośliny jednoliścienne, a gdy znajdą w pobliżu kukurydzę − masowo ją zasiedla-ją. Ma to duże znaczenie w ograniczaniu infekcji wirusowych, ponieważ pobieranie substancji z tzw. prewirusami, które dopiero w organizmie mszyc nabierają cech wirusów, zachodzi w trakcie żero-wania mszyc na trawach dziko rosnących i konku-rencja kukurydzy w sąsiedztwie upraw zbóż ograni-cza przeloty owadów na te rośliny, które są źródłem wirusów. Badania tego zagadnienia są w toku i być może pomogą w ograniczeniu infekcji chorób wi-rusowych zbóż przenoszonych przez mszyce.

Kolejnym ważnym elementem zintegrowanych metod ochrony roślin jest rejestracja występujących gatunków agrofagów, ze szczególnym uwzględnie-niem wszelkich zmian i pojawienia się ewentualnie nowych gatunków. Istotną rolę odgrywają sygnali-zacja terminu i nasilenia wystąpienia szkodników oraz prognozowanie. W tym celu oprócz ciągłej lu-stracji upraw stosuje się różnego pułapki chwytne oraz w tzw. ogródkach fenologicznych prowadzi się obserwacje rozwoju patogenów w warunkach naturalnych. Duże zróżnicowanie klimatyczne i szybkie zmiany pogodowe wymagają licznych lokalizacji takich laboratoriów polowych.

Nowoczesną i skuteczną metodą sygnalizacji i prognozowania terminów lotów mszyc i nasile-nia występowania są aparaty ssące Johnsona. Zo-stały one zainstalowane w wielu krajach Europy Zachodniej, USA i Australii, wszędzie tam, gdzie wirusy roślinne na zbożach i innych uprawach są strategicznym czynnikiem ochrony tych upraw. W Wielkopolsce urządzenie to funkcjonuje od pra-wie czterdziestu lat, umożliwiając obserwację po-jawienia się wektorów wirusów jesienią, a przede wszystkim prawidłowe sygnalizowanie terminów ich nalotów na zagrożone uprawy. Aparat ten odławia mszyce z kilkudniowym wyprzedzeniem w stosunku do zasiedlania przez nie roślin. Umie-jętne oznaczenie gatunku i formy mszyc pozwala ostrzegać przed wystąpieniem nalotu na uprawę oraz określić jego nasilenie i termin. Metodą za-stępczą zamiast prowadzenia tego typu obserwacji może być odławianie mszyc w specjalne naczynia. Stwierdzenie ich obecności w naczyniach sygnali-zuje możliwość nalotu na rośliny w ciągu już tylko kilku godzin. Naczynia wypełnione wodą z dodat-kiem detergentu najlepiej ustawić na tle czarnego ugoru na wysokości 1 m, ważny jest dobór odpo-wiedniego koloru, najlepszy jest cytrynowożółty.

W zwalczaniu szkodników wyróżnia się me-tody zapobiegawcze i interwencyjne. Do metod

Maria Ruszkowska 127zapobiegawczych należą między innymi: hodowla odmian odpornych, zabiegi agrotechniczno-higie-niczne, zaprawianie nasion. Metody zapobiegaw-cze stosowane są w przypadku chorób grzybowych atakujących rośliny w bardzo wczesnych stadiach rozwojowych, w przypadku mszyc − wektorów wirusów, a także w zwalczaniu ślimaków. Du-żym problemem budzącym wiele kontrowersji jest wprowadzanie odmian genetycznie modyfikowa-nych (Genetic Modified Objects, znane jako GMO), np. kukurydzy odpornej na omacnicę prosowiankę. Produkcja kukurydzy GMO jest dużo tańsza, ale nieznane są dokładnie mechanizmy jej oddziały-wania na organizm w procesie trawienia. Dokładne badania powinny wykluczyć wszystkie niejasności i w przypadku pozytywnych wyników rośliny ge-netycznie modyfikowane można by wprowadzić powszechnie do uprawy.

Metody interwencyjne polegają najczęściej na zabiegach pestycydowych. Stosuje się je już w przypadku występowania agrofagów na rośli-nach w nasileniu przekraczającym próg szkodli-wości.

Ważna jest dokładna znajomość sposobu za-siedlania upraw przez szkodliwe gatunki owadów w obrębie dużego pola. Wiele gatunków cechuje skupiskowość w przestrzennym zasiedlaniu pola. Umiejętna lustracja pola pozwoli na lokalizację wystąpienia szkodników i tym samym umożliwi ograniczenie terenu, na którym konieczny jest za-bieg interwencyjny. Przykładowo mszyce na ozimi-nach zasiedlają najczęściej brzegi pola i występują w skupiskach, nie są równomiernie rozproszone w całej uprawie. Dlatego wystarczy wykonać za-bieg tylko na pewnej powierzchni; najczęściej do-tyczy to mszyc zasiedlających oziminy jesienią.

W ograniczaniu liczebności szkodników za po-mocą preparatów chemicznych istotny jest dobór środka odpowiednio do gatunku szkodnika. Jed-nym z kryteriów różnicujących jest aparat gębo-wy owadów: inne preparaty stosuje się przeciwko owadom ssącym, inne zaś − gryzącym. Należy też pamiętać o występowaniu na powierzchni ciała szkodnika specjalnych wosków, które ochraniają go przed preparatami kontaktowymi; stwarza to konieczność dodania różnych emulgatorów, które podniosą skuteczność wykonanego zabiegu.

Wśród fachowców zajmujących się produkcją roślinną duże zainteresowanie budzą nowe sposo-by ochrony upraw i stosowanie zintegrowanych metod ochrony, które z jednej strony przyczynią się do wytworzenia żywności zdrowej dla ludzi i zwie-rząt, a z drugiej obniżą koszty produkcji i będą przyjazne środowisku. Wobec rosnącego zapotrze-

bowania na zdrową żywność coraz popularniejsze stają się uprawy drobnoobszarowe, ekologiczne czy uproszczone. Wielkoobszarowe monokultury wywierają bowiem niekorzystny wpływ na bioróż-norodność. Jako olbrzymie i łatwo dostępne źródło dobrego pokarmu powodują masowy rozwój poje-dynczych gatunków, które mogą eliminować inne. Kompleks mszyc zbożowych w latach 70. ubiegłe-go wieku skupiał w Wielkopolsce najliczniej cztery gatunki, a obecnie 90% wszystkich mszyc na zbo-żach stanowi jeden gatunek, mszyca czeremcho-wo-zbożowa. Gatunek ten, rozwijając się bardzo dynamicznie na roślinach zbożowych w dużych monokulturach, wyparł inne do tego stopnia, że nie występują one nawet na trawach dziko rosnących. Natomiast w regionach, gdzie przeważają małe pola z uprawą zbóż i które cechuje duża różnorod-ność gatunkowa traw dziko rosnących (np. Podla-sie i otulina Puszczy Białowieskiej), stwierdza się liczne występowanie wszystkich gatunków mszyc zbożowych wykazanych dotychczas w Polsce.

Ochrona roślin w uprawach ekologicznych wy-korzystuje substancje naturalne i biopreparaty. Na-leży jednak zaznaczyć, że koncentraty wyciągów roślinnych stosowanych do zwalczania szkodni-ków są często równie toksyczne jak związki synte-tyczne. Przykładem wykorzystania biopreparatów w ochronie roślin jest zwalczanie mszyc na gorczy-cy, stonki ziemniaczanej grzybem owadobójczym Beauveria bassiana czy wyciągiem z czosnku lub naturalną pyretryną. Dotychczas zakwalifikowano do stosowania w rolnictwie ekologicznym 32 środ-ki ochrony roślin. Uproszczone systemy uprawy są najczęściej przyczyną zwiększonego występowa-nia patogenów. W początkowym okresie po wpro-wadzeniu uproszczeń choroby powodowane przez grzyby patogeniczne w zbożach obniżają jakość i ilość plonu. W systemach bezorkowych istotnie wzrasta rola prawidłowego następstwa roślin [7].

Szczegółowy wykaz wszystkich preparatów, progów szkodliwości i metod ochrony roślin przed-stawiany jest w systematycznie aktualizowanych Zaleceniach ochrony roślin [5].

Wpływ globalnego ocieplenia klimatycznego na występowanie i rozwój nowych gatunków organi-zmów i mikroorganizmów przy równoczesnej swo-bodnej i masowej wymianie produktów z różnych stref geograficznych stwarza konieczność wzrostu znaczenia kwarantanny w ochronie roślin upraw-nych. Konwencja o różnorodności biologicznej (CBD) zobowiązuje rządy poszczególnych państw do zapobiegania imigracji oraz zwalczania obcych gatunków, mogących zagrażać ekosystemom rolni-czym i leśnym, środowisku oraz rodzimym gatun-

Nowe zagrożenia znanymi agrofagami w rolnictwie…128kom. Pożyteczna wydaje się znajomość niektórych określeń, koniecznych w realizacji wytyczonych przez konwencję prac. W terminologii kwarantanny nie sposób nie znać podstawowych określeń, takich jak: gatunek obcy (gatunek, podgatunek lub mniej-sza jednostka, przeniesiony poza zasięg, w którym występuje lub występował w przeszłości w sposób naturalny, włącznie z częściami, gametami, nasio-nami czy jajami, dzięki którym może on przeżywać i rozmnażać się); inwazyjny gatunek obcy (gatunek obcy, którego introdukcja i/lub rozprzestrzenianie się zagraża różnorodności biologicznej); agrofag kwarantannowy (agrofag stwarzający potencjal-ne zagrożenie gospodarcze dla danego obszaru, jeszcze tam niewystępujący lub obecny, lecz nie-rozprzestrzeniony szeroko i urzędowo zwalczany). Inwazyjne gatunki obce roślin i zwierząt stanowią duże zagrożenie dla rolnictwa, leśnictwa oraz śro-dowiska naturalnego [12]. Agrofagi kwarantanno-we często sprowadzane są z importowanym towa-rem roślinnym, rozprzestrzeniane przez pojazdy i sprzęt rolniczy, mogą też migrować samodzielnie (np. mszyce). Gdy w nowym środowisku znajdują odpowiednie dla swojego rozwoju warunki (np. ocieplenie klimatu), szybko się rozmnażają, stwa-rzając nowe zagrożenia na wielu płaszczyznach. W literaturze dostępna jest lista kwarantannowa obejmująca wiele gatunków szkod liwych dla rol-nictwa. Listę tę należałoby bardziej rozpowszechnić i częściej aktualizować. Jako jeden z najnowszych gatunków należy wymienić barszcz mantegazyjski z Kaukazu (Heracleum mantegazzianum). Obecna lista obejmuje wiele gatunków wszystkich rodza-jów agrofagów roślinnych i jest dostępna na licz-nych stronach internetowych.

Podsumowanie

Nowe zagrożenia agrofagami zgodnie z prawa-mi ewolucji zawsze istniały i będą istnieć. Zmia-ny środowiskowe mało odczuwalne dla człowieka wywierają olbrzymi wpływ na mikroorganizmy i drobne organizmy, takie jak owady. Owady dzię-ki długiemu rozwojowi w procesie ewolucji posia-dły duże zdolności adaptacji do nowych warunków środowiskowych. W Polsce zmiany klimatyczne zbiegły się ze zmianami sposobu gospodarki wy-nikającymi z przekształceń ustrojowych. Hasło „każdy kłos na wagę złota” staje się nieaktualne. Większy nacisk kładzie się obecnie na jakość plo-nów, a nie na ilość. Wzrost areału uprawy zbóż, często w monokulturach, na glebach niskiej klasy, kosztem lasów i łąk wymusił stosowanie wyso-kich dawek nawozów, fungicydów i herbicydów,

co z jednej strony doprowadziło do degradacji śro-dowisk, a z drugiej wywołało gwałtowny rozwój szkodników w zbożach. Stwierdzono, że rozwój większości agrofagów stymulowany jest intensyw-ną metodą upraw. Mszyce na zbożach uznawane są za szkodniki upraw, z których osiąga się wysokie plony, ponad 6 t/ha.

Niepopularność monokultur w środowisku eko-logicznym dociera ostatnio nawet do właścicieli ogródków przydomowych. Ci, którzy dotychczas staranie strzygli swoje trawniki nawet dwa razy w tygodniu, teraz wymieniają „trawniki z rolki” na „łąki z rolki”. Wymagają one tylko dwukrotnego koszenia w ciągu roku, a ich właścicieli satysfak-cjonuje nowa, modna estetyka ogrodu spełniająca dodatkowo funkcje dydaktyczne, wzrasta bowiem zainteresowanie znajomością gatunków roślin.

Wywołane ociepleniem klimatycznym zmiany w dziedzinie ochrony roślin należy rozpatrywać w dwóch podstawowych aspektach, jako efekt bez-pośredniego działania wyższych temperatur i su-szy na agrofagi oraz pośredniego wpływu poprzez rośliny żywicielskie (zmiany w strukturze upraw, fenologii – przyspieszenie różnych faz rozwojo-wych, fizjologii roślin czy wprowadzanie nowych gatunków i odmian).

Należy podjąć szeroko zakrojone, szczegółowe badania nad wpływem nowych warunków środo-wiskowych, wśród których ocieplenie klimatu jest jednym z najważniejszych czynników. Przytoczone przykłady dotyczą najczęściej mszyc zbożowych, gdyż dotychczas gatunki tych owadów − odgrywa-jące ważną rolę w rolnictwie i masowo występują-ce − zostały dokładnie przebadane pod względem zmian rozwojowych pod wpływem różnych czyn-ników w ciągu kilkudziesięciu lat nieprzerwanych analiz i mogą służyć jako wskaźniki wszelkich zmian środowiskowych. Zupełnie przypadkowo uzyskano w tym samym czasie nowe formy rozwo-jowe mszyc w kabinach klimatycznych, a później stwierdzono ich obecność na polach. Permanent-nie dzieworodne mszyce pochodzące ze środowi-ska naturalnego uzyskano dzięki działaniu na nie odpowiednio wyższymi temperaturami w kabinach klimatycznych. Zaobserwowanie ich po raz pierw-szy na oziminach z równoczesną silną infekcją wi-rusową wywołującą żółtą karłowatość jęczmienia w najcieplejszym regionie Polski nie tylko umoż-liwiło wyjaśnienie nowego zagrożenia, lecz także udowodniło występowanie i skutki ocieplenia kli-matu na terenie Polski.

Rozwój agrofagów oprócz zmian klimatycz-nych uzależniony jest silnie od zmian uprawo-wych. Zmiany uprawowe wynikają również do-

Maria Ruszkowska 129datkowo z potrzeb rynku. W sytuacji nadprodukcji żywności konsumenci wymuszają na producentach odpowiednią jakość produktów, a zdrowa żywność cieszy się coraz większym powodzeniem, nawet jeżeli jest dużo droższa.

Polska jako członek Unii Europejskiej w ślad za innymi krajami powinna opracować narodowy program badań wpływu ocieplenia na rolnictwo, w tym na tak ważną dziedzinę, jaką jest ochrona roślin. Badania powinny być prowadzone na róż-nych gatunkach agrofagów i roślin uprawnych w warunkach symulacyjnych, a jednocześnie na-leży kontynuować prawidłową lustrację pól w róż-nych regionach kraju. Działanie ocieplenia na te-renach Polski stało się niezaprzeczalnym faktem i wymaga wielokierunkowych badań. Wyniki ba-dań nad wpływem ocieplenia klimatu na owady i inne organizmy znajdują zastosowanie nie tylko w rolnictwie, lecz także w ekologii i w badaniach nad trendami w ewolucji oraz możliwościami roz-wojowymi wszystkich żywych organizmów.

Bibliografia

1. Bereś P. (2007a), „Szkodliwość omacnicy proso-wianki (Ostrinia nubilalis HBN.) na kukurydzy uprawianej w zmianowaniu i monokulturze”, Progress in Plant Protection/Postępy w Ochro-nie Roślin 47, s. 184−187.

2. Bereś P. (2007b), „Wstępne obserwacje nad bio-logią zachodniej kukurydzianej stonki korzenio-wej (Diabrotica virgifera Le Conte)”, Progress in Plant Protection/Postępy w Ochronie Roślin 47, s. 188−193.

3. Chyłek E., Eymontt A., Uwarunkowania rol-no-środowiskowe w grupach roboczych SCAR CWG, www.imuz.edu.pl.

4. Kałuski T. (2008), Szkodliwość oraz możliwości ograniczania żerowania ślimaków Deroceras re-ticulatum (Müller) i Arion lusitanicus Mabille na pszenicy ozimej i rzepaku ozimym, praca doktor-ska wykonana w Zakładzie Zoologii Instytutu Ochrony Roślin, Poznań.

5. Korbas M., Horoszkiewicz-Janka J., Kawczyń-ska W., Wachowiak H., Pruszyński G., Wierciń-ska E., Skorupska A., Śliwa B., Kozłowski J., Węgorek P., Paradowski A., Rodziemska-Bono-wicz K. (2008), Zalecenia ochrony roślin na lata

2008/09 dotyczące zwalczania chorób, szkodni-ków oraz chwastów roślin uprawnych, część II: Rośliny rolnicze, Poznań: Instytut Ochrony Ro-ślin, 349 ss.

6. Korbas M. (2008), „Sprawcy chorób a zmiany klimatyczne”, Progress in Plant Protection/Po-stępy w Ochronie Roślin 48(3), s. 771−776.

7. Korbas M., Horoszkiewicz-Janka J., Jajor E. (2008), „Uproszczone systemy uprawy a wystę-powanie sprawców chorób”, Progress in Plant Protection/Postępy w Ochronie Roślin 48(4), s. 1431−1438.

8. Kozłowski J. (2007), „Reakcja Arion lusitanicus Mabille, 1868 (Gastropoda: Pulmonata: Ario-nidae) na wyciągi roślinne”, Progress in Plant Protection/Postępy w Ochronie Roślin 47(4), s. 176−179.

9. Krawczyk A. (2007), Kukurydza jako miejsce rozwoju mszyc zbożowych i ich wrogów natu-ralnych, praca doktorska wykonana w Katedrze Ochrony Roślin Wydziału Rolniczego, Uniwer-sytet Przyrodniczy, Wrocław, s. 5.

10. Miklaszewska K. (2008), „Barszcz Sosnowskie-go – obcy gatunek inwazyjny: biologia, zagroże-nia, zwalczanie”, Progress in Plant Protection/Postępy w Ochronie Roślin 48(1), s. 297−300.

11. Mrówczyński M., Boroń M., Wachowiak H., Zie-lińska W. (2007), Atlas szkodników kukurydzy, Warszawa−Poznań: Instytut Ochrony Roślin.

12. Pągowska E. (2008), „Dobrowolne kodeksy do-brej praktyki jako środki ograniczające rozprze-strzenianie się obcych gatunków inwazyjnych i kwarantannowych”, Progress in Plant Protec-tion/Postępy w Ochronie Roślin 48(1), s. 47−51.

13. Ruszkowska M. (2002), „Przekształcenia cy-klicznej partenogenezy mszycy Rhopalosiphum padi (L.) (Homoptera: Aphidoidea) – znaczenie zjawiska w adaptacji środowiskowej”, Rozprawy Naukowe Instytutu Ochrony Roślin 8.

14. Ruszkowska M., Harrington R. (2008), „Wpływ temperatury w styczniu i lutym na terminy wio-sennych lotów mszycy Myzus persicae (Sulz.) na uprawy ziemniaków w Polsce i w Wielkiej Bry-tanii”, XLVIII Sesja Naukowa Instytutu Ochrony Roślin, Streszczenia, s. 345−346.

15. Snarska K. (2008), „Dynamika występowania chwastów w uprawach rolniczych wybranej gminy woj. podlaskiego”, XLVIII Sesja Na-ukowa Instytutu Ochrony Roślin, Streszczenia, s. 154−155.

Energia odnawialna w Wielkiej Brytanii

Rząd Wielkiej Brytanii zachęca do wykorzysty-wania różnorodnych form energii odnawialnej: jak wskazują badania, do roku 2020 wiatr i biomasa będą stanowić podstawowe źródło pozyskiwa-nia energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych, a energia elektryczna i ciepło wytworzone z bioma-sy mogłyby zapewnić nawet jedną trzecią propono-wanego udziału źródeł odnawialnych w całkowitej produkcji energii (tj. około 4,5% zapotrzebowania na energię w Wielkiej Brytanii).

Branżę bioenergetyczną w Wielkiej Brytanii wspiera pakiet działań mających pomóc w zakłada-niu upraw, rozwijaniu łańcucha dostaw i tworzeniu rynków, m.in. poprzez dotacje. The Renewables Obligation1 jest głównym mechanizmem, który ma pomóc w osiągnięciu planowanego poziomu pro-dukcji energii odnawialnej. Program stawia przed dostawcami energii elektrycznej wymogi zwięk-szenia udziału energii ze źródeł odnawialnych. Do 2015 roku 15% energii elektrycznej musi pocho-dzić z tych źródeł.

Historyczny przegląd przedsięwziętych działań

• Społeczna Inicjatywa na rzecz Energii Odna-wialnej od 2002 roku wspierała nawiązywanie współpracy na poziomie lokalnym, aby zwięk-szyć wykorzystanie energii odnawialnej.

1 Mechanizm rządowy mający na celu stymulację wzro-stu produkcji i użycia odnawialnych źródeł energii.

• W 2004 roku została powołana Grupa Celowa (Biomass Task Force) mająca za zadanie analizę barier w rozwoju bioenergii oraz wypracowanie metod ich przezwyciężenia. Efektem działania tej grupy był raport opublikowany w paździer-niku 2005 roku.

• W grudniu 2005 roku Komisja Europejska opu-blikowała Plan działania w sprawie biomasy, zawierający spis zadań, jakie zamierza podjąć Komisja. Obejmują one uchwalenie nowych aktów prawnych, ocenę wpływu obecnych dzia-łań, zachęty dla państw członkowskich w celu wspierania produkcji energii z biomasy, propo-zycje planu pomocy dla leśnictwa, przegląd pra-wa dotyczącego gospodarki odpadami.

• W marcu 2006 roku rząd opublikował nowy pro-gram walki ze zmianami klimatu, który określa plan działań Wielkiej Brytanii w zakresie obni-żenia emisji gazów cieplarnianych.

• W kwietniu 2006 roku rząd opublikował swo-ją odpowiedź na raport Grupy Celowej, w któ-rym przyznano, że energia pochodząca z upraw, drzew i odpadów może znacznie przyczynić się do zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych.

• W lipcu 2006 roku DTI (obecnie BIS) zapre-zentował raport na temat polityki energetycz-nej. Oceniono w nim postęp Wielkiej Brytanii w realizacji celu przedstawionego w 2003 roku w Białej księdze dotyczącej energii, a także przedstawiono plan dalszych działań z tego za-kresu.

fot. Adam Szymikowski

Energia odnawialna w Wielkiej Brytanii 131• 13 marca 2007 roku Defra2 wydała projekt usta-

wy o walce ze zmianami klimatu, który prze-widuje działania zmierzające do zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych w Wielkiej Bryta-nii.

• Biała księga dotycząca energii: Odpowiedź na wyzwania w dziedzinie energii opublikowana w maju 2007 roku omawia problemy wynika-jące ze zmian klimatu, porusza także kwestię utrzymania stabilnych i tanich dostaw energii. Księga potwierdza zamiar podniesienia udziału energii uzyskiwanej ze źródeł odnawialnych do 20%. Drogą do osiągnięcia tego celu mają być dotacje dla inwestycji proekologicznych i certy-fikaty energetyczne.

• W odpowiedzi na działania Grupy Celowej ds. Biomasy rząd Wielkiej Brytanii opracował Stra-tegię wykorzystywania biomasy, która została opublikowana wraz z Białą Księgą w maju 2007 roku. Strategia nakreśla plan ograniczenia emisji gazów cieplarnianych, m.in. przez zwiększenie użycia odnawialnych źródeł energii, w tym bio-masy.

• 23 stycznia 2008 roku Komisja Europejska opu-blikowała propozycję dyrektywy o odnawialnych źródłach energii w celu wdrożenia ustaleń przed-stawionych na posiedzeniu Rady wiosną 2007 roku. Głównym celem przedstawionym w do-kumencie jest zmniejszenie emisji gazów cie-plarnianych o 20% do 2020 roku. W 2020 roku 20% energii zużywanej w UE ma pochodzić ze źródeł odnawialnych, 10% paliw silnikowych ma być również wytwarzanych ze źródeł odna-wialnych.

Wymagania, jakie ma spełnić Wielka Brytania w związku z wytycznymi UE:o Redukcja emisji gazów cieplarnianych przez

sektory nieobjęte systemem handlu emisjami o 16% w roku 2020, w stosunku do pozio-mów z roku 2005;

o 15% energii zużywanej w Wielkiej Brytanii ma pochodzić ze źródeł odnawialnych do 2020 roku;

o 10% paliw silnikowych ma pochodzić ze źró-deł odnawialnych.

W dniu 31 stycznia 2008 roku BERR wraz z Defra I DCLG wezwały do opracowania najlep-szych i bardziej bezpiecznych dla środowiska natu-ralnego metod ogrzewania domów i firm. Poprze-dziło to konsultacje nad strategią wykorzystania energii odnawialnej przeprowadzone w czerwcu

2 Defra − Department for Environment, Food and Rural Affairs.

2008 roku. Ponadto w 2008 roku podjęto następu-jące inicjatywy:• 26 czerwca rząd zainicjował konsultacje na te-

mat sposobu osiągnięcia przez Wielką Brytanię celów dotyczących udziału produkcji energii ze źródeł odnawialnych do 2020 roku.

• 26 listopada weszła w życie przełomowa ustawa o walce ze zmianami klimatu (Climate Change Act) oraz ustawa energetyczna (Energy Act). Ustawy te nakreślają długoterminowe ramy prawne dla zmniejszenia emisji gazów cieplar-nianych, w tym prawnie wiążący plan redukcji ich emisji o 80% do 2050 roku oraz plan rozwo-ju źródeł odnawialnych.

• 10 grudnia zainicjowano rundę 5 Programu Do-tacji Bioenergetycznych. Zbieranie wniosków zakończyło się z końcem kwietnia 2009 roku. Jeżeli uda się zgromadzić odpowiednie środki, program dotacji zostanie powtórzony po roku.

• Strategia wykorzystania energii odnawialnej zo-stała opublikowana w lipcu 2009 roku.

Biomasa w Wielkiej Brytanii

Zastąpienie paliw kopalnych w produkcji ciepła i wytwarzaniu energii elektrycznej energią z bioma-sy może być znaczącym wkładem w redukcję emi-sji dwutlenku węgla. Ponadto energia pozyskiwana z biomasy odgrywa ważną rolę we wspieraniu dą-żeń rządu w kierunku zrównoważonego rozwoju, dywersyfikacji produkcji rolnej oraz w przekształ-caniu obszarów wiejskich, także w celu tworzenia nowych miejsc pracy. Rolnicy, przedstawiciele przemysłu i opinii publicznej uzyskują informacje na temat biomasy z Narodowego Centrum Upraw Energetycznych (www.nnfcc.co.uk) współpracuje-go z Defrą i Centrum Energii z Biomasy (www.biomassenergycentre.org.uk).

Promowanie wykorzystania biomasy w Wielkiej Brytanii

1) Powołano Grupę Celową mającą za zada-nie analizę barier w rozwoju produkcji bioenergii. Raport tej grupy, opublikowany w październiku 2005 roku, zawierający 45 rekomendacji dla rządu, można znaleźć na stronie: http://www.defra.gov.uk/farm/crops/industrial/energy/biomass-taskforce/pdf/btf-finalreport.pdf.

2) Rząd odpowiedział na raport w roku 2006, określając działania, jakie zamierza podjąć: http://www.defra.gov.uk/farm/crops/industrial/energy/bio-mass-taskforce/pdf/btfreport-govresponse.pdf.

Energia odnawialna w Wielkiej Brytanii1323) Odpowiedzialność za wdrożenie działań za-

proponowanych przez rząd, która wcześniej spo-czywała na Defrze i BERR, została przekazana do kompetencji DECC. Powołano Grupę Doradczą ds. Wdrożenia Produkcji Energii z Biomasy (BIAG), która ma prowadzić prace wdrożeniowe i monito-rować ich przebieg.

4) Rząd opracował również raport na temat po-stępów w realizacji celów związanych z biomasą, dostępny na stronie: http://www.defra.gov.uk/envi-ronment/climatechange/uk/energy/renewablefuel/pdf/btfgovresponse-oneyearon.pdf.

5) Opracowano Strategię wykorzystania bio-masy 2007, która określa cele i działania rządu zmierzające do realizacji strategii zidentyfikowane w raportach rządu i Grupy Celowej: http://www.defra.gov.uk/environment/climatechange/uk/ener-gy/renewablefuel/index.htm.

6) Komisja Leśnictwa jako organ rządowy rów-nież opublikowała swoją strategię zwiększenia ilo-ści drewna opałowego dostępnego w Anglii i Walii: http://www.forestry.gov.uk/england-woodfuel.

Działalność wspierająca

Duża część pracy, jakiej podjął się rząd w od-powiedzi na raport Grupy Celowej, skupiła się na zmierzeniu się z niefinansowymi barierami użycia biomasy i obejmowała zagadnienia prawne, a tak-że dostępność porad i szkoleń dla firm odpowie-dzialnych za stosowanie technologii opartych na produkcji biomasy. Dodatkowo Wielka Brytania wprowadziła liczne finansowe zachęty dla techno-logii opartych na wykorzystaniu biomasy.• Program dotacji bioenergetycznych zainicjowa-

ny w 2002 roku doczekał się już pięciu edycji, jego celem jest wsparcie budowy instalacji wy-korzystujących biomasę, które wytwarzają cie-pło oraz ciepło i energię elektryczną.

• Program Infrastruktury Bioenergetycznej za-pewnia dotacje, które wspierają rozwój łańcucha dostaw obsługującego zbiory, przechowywanie, przetwórstwo i dostawy paliwa z biomasy do wytwarzania ciepła i energii elektrycznej oraz ich dostawy do odbiorców. W programie mogły brać udział spółdzielnie rolnicze, leśnicy, fir-my, władze lokalne i organizacje charytatywne z Anglii.

• Rząd zapewnia wsparcie (wynoszące 47 mln funtów) na uprawy energetyczne w ramach Pro-gramu Rozwoju Obszarów Wiejskich. Obecnie

dopłata może wynosić do 40% kosztów założe-nia plantacji.

• The Renewables Obligation (TRO) to główne narzędzie rządu Wielkiej Brytanii służące wspie-raniu produkcji energii ze źródeł odnawialnych. Od czasu wprowadzenia programu w 2002 roku do 2007 roku udało się niemal potroić poziom energii uzyskiwanej z tych źródeł, z 1,8 do 4,9%. Dalsze informacje, w tym szczegóły ak-tów prawnych i rządowych konsultacji, dostępne są na stronie: http://www.tinyurl.com/ROO2009.

Wsparcie dla upraw energetycznych

• Defra w programie upraw energetycznych za-pewnia dotacje dla rolników na założenie upraw zagajnikowych i miskantu. Informacje na temat składania wniosków znajdują się na stronie: http://www.naturalengland.org.uk/ourwork/far-ming/funding/ecs/default.aspx.

• Rolnikom przysługuje roczna dopłata pomoco-wa w wysokości 45 euro/ha z Unii Europejskiej przeznaczona na celowe uprawy energetyczne na ziemi nieodłogowanej.

• Fundusz badań i rozwoju Defry zapewnia wspar-cie dla upraw energetycznych. Celem uzyskanej dotacji jest podwojenie produkcji nowych od-mian roślin transgenicznych, dających maksy-malny plon i odpornych na choroby grzybowe i szkodniki.

Dotacje na organizację łańcuchów dostaw biomasy (od zbiorów do końcowego odbiorcy)

• Program Infrastruktury Bioenergetycznej umoż-liwia uzyskanie dotacji rolnikom, leśnikom i fir-mom, którzy tworzą łańcuch zaopatrzenia obsłu-gujący zbiory, przechowywanie, przetwórstwo i dostawy paliwa z biomasy do wytwarzania ciepła i energii elektrycznej (www.bioenergyca-pitalgrants.org.uk).Brytyjski program dotyczący budynków emi-

tujących niską ilość gazów cieplarnianych BERR został zainicjowany 1 kwietnia 2006 roku i zastę-puje poprzednią inicjatywę „Czyste Niebo” i pro-gramy Solar PV. Nowy program proponuje dotacje na wdrażanie przyjaznych środowisku technologii wytwarzania ciepła i energii elektrycznej. W ra-mach programu wspierane są technologie wytwa-rzania energii ze źródeł odnawialnych.

Energia odnawialna w Wielkiej Brytanii 133Zachęty na przyszłość

Rząd zamierza zapewnić dalsze wsparcie dla inwestycji w energię odnawialną, w tym w bioma-sę, proponując dwie nowe zachęty finansowe:• Premię ekologiczną dla małych i średnich firm,

która ma za zadanie wspierać inwestycje w wy-twarzanie energii elektrycznej ze źródeł odna-wialnych o mocy poniżej 5 MWh.

• Program zachęt dla produkcji ciepła ze źródeł odnawialnych (RHI) wspomagający projek-ty, w których wykorzystywany będzie biogaz. Producenci ciepła ze źródeł odnawialnych będą mogli ubiegać się o dopłaty za każdą wyprodu-kowaną megawatogodzinę.

Opracowanie powstało na podstawie materiałów przesłanych przez Ambasadę Brytyjską

Więcej informacji:Ambasada Brytyjskaul. Kawalerii 12 00-468 Warszawawww.ukinpoland.fco.gov.uk

Fundacja na rzecz Rozwoju Polskiego Rolnictwa (FDPA)

miejsc pracy oraz zapewnienia równych szans ko-bietom, osobom bezrobotnym i młodzieży. Misja ta realizowana jest przez działalność mikropożycz-kową i dotacje inwestycyjne na tworzenie i rozwój małych przedsiębiorstw na terenach wiejskich. Programy te finansowane są zarówno ze środków własnych Fundacji, funduszy strukturalnych, jak i ze środków budżetowych oraz z pieniędzy mię-dzynarodowych instytucji finansowych takich jak Bank Światowy.

Fundacja zrealizowała kilkadziesiąt projek-tów zarówno międzynarodowych, krajowych, jak i regionalnych. Przedsięwzięcia dotyczyły dziedzin związanych z rozwojem wsi, rolnictwa i przedsiębiorczości, obejmowały między inny-mi wspomaganie rozwoju działalności rolniczej, przetwórstwa, przedsiębiorczości pozarolniczej na terenach wiejskich oraz programy informacyj-ne, szkoleniowe i doradcze. Odbiorcami naszych projektów są zarówno instytucje publiczne – Mini-sterstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi, Ministerstwo Środowiska, Ambasada Brytyjska, Urząd Komite-tu Integracji Europejskiej, urzędy marszałkowskie, samorządy lokalne, ośrodki doradztwa rolniczego, jak i przedsiębiorstwa – w tym duże (m.in. Hortex, Levi Strauss) oraz sektor małych i średnich przed-siębiorstw. Tworząc projekty, nie zapominamy także o działaniach skierowanych bezpośrednio do mieszkańców wsi i rolników.

Od kilku lat Fundacja prowadzi również działal-ność wydawniczą: opracowuje i publikuje specjali-styczne raporty społeczno-ekonomiczne, nie tylko obrazujące stan polskich obszarów wiejskich, lecz także poruszające aktualnie ważne problemy wsi i rolnictwa. Cyklicznie publikujemy Raport o sta-nie wsi – Polska wieś, w którym uczestniczą naj-większe autorytety świata nauki z dziedziny zrów-noważonego rozwoju obszarów wiejskich. Przed

Zaangażowanie na rzecz polskiego rolnictwa i obszarów wiejskich niezmiennie od ponad 20 lat stanowi domenę działań Fundacji. Przeobrażenia społeczno-ekonomiczne rewidują potrzeby rolnic-twa oraz aktualizują strategię zaangażowania na rzecz wsi.

Inicjatywa utworzenia FDPA zrodziła się na początku lat 80., jeszcze w czasie trwania w Pol-sce stanu wojennego. Dzięki hojności Fundacji D. Rockefellera i zaangażowaniu tak wybitnych oso-bistości jak Norman Borlaug (laureat Nagrody No-bla w 1971 roku), dr Szczepan Pieniążek, dr J.B. Penn (podsekretarz stanu w Departamencie Rolnic-twa Stanów Zjednoczonych w latach 2001–2006) w 1988 roku Fundacja została zarejestrowana jako prywatna, niezależna organizacja pozarządowa. Głównym jej celem było wspieranie restrukturyza-cji polskiego rolnictwa i gospodarki żywnościowej, przekształceń polskiej wsi oraz budowa społeczeń-stwa obywatelskiego.

Początkowo działania FDPA koncentrowały się na transferze zachodnich praktyk rolniczych do Polski. W 1993 roku w wyniku likwidacji pań-stwowych gospodarstw rolnych nastąpił drastyczny wzrost bezrobocia na terenach wiejskich. Wówczas Fundacja zdecydowała się rozszerzyć zakres dzia-łalności poza sektor rolny i żywnościowy. Ukierun-kowała swoje działania na programy wspierające zintegrowany rozwój wsi, rozwój przedsiębiorczo-ści (w tym agroturystyki) i tworzenie pozarolni-czych miejsc pracy na wsi. W tym celu utworzono pierwszy w Polsce program mikropożyczkowy ob-sługujący obszary wiejskie. Uzupełnieniem usług mikropożyczkowych stały się usługi szkoleniowe i doradcze w zakresie drobnej przedsiębiorczości.

Misją Fundacji jest wspieranie zrównoważone-go rozwoju obszarów wiejskich, a w szczególno-ści przedsiębiorczości i tworzenia pozarolniczych

Fundacja na rzecz Rozwoju Polskiego Rolnictwa (FDPA) 135kilkoma laty FDPA zaangażowała się w debatę na temat GMO i wydała na ten temat raport GMO – kto ma rację?, a w ubiegłym roku przygotowała ra-port Zmiany klimatu a rolnictwo i obszary wiejskie. Najnowsze inicjatywy podejmowane przez FDPA koncentrują się na zagadnieniach klimatu, odna-wialnych źródeł energii, ale również na wspieraniu przedsiębiorczości ludzi młodych.

FDPA posiada akredytację przyznaną przez Polską Agencję Rozwoju Przedsiębiorczości jako ośrodek Krajowego Systemu Usług dla Małych i Średnich Przedsiębiorstw. Posiadamy także cer-

tyfikat ISO 9001 na usługi szkoleniowe, doradcze i finansowe.

Fundacja prowadzi swoją działalność w pię-ciu biurach terenowych: w Połczynie Zdroju (woj. zachodniopomorskie), Płocku i Siedlcach (woj. mazowieckie), Nowym Sączu (woj. małopolskie) i Zambrowie (woj. podlaskie) oraz w siedzibie głównej w Warszawie.

Z projektami, jakie zrealizowała, i inicjatywami obecnie podejmowanymi przez Fundację można się zapoznać, odwiedzając stronę www.fdpa.org.pl.

Autorzy

dr hab. inż. Anna Grzybek, Instytut Budownictwa, Mechanizacji i Elektryfikacji Rolnictwa, Warszawadr inż. Jan Cebula, Politechnika Śląska, Gliwicedr Leszek Karski, Uniwersytet Kardynała Stefana Wyszyńskiego, Warszawaprof. dr hab. Czesław Koźmiński, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny, Szczecindr Jacek Leśny, Uniwersytet Przyrodniczy, Poznańprof. dr hab. Leszek Łabędzki, Instytut Melioracji i Użytków Zielonych, Bydgoszczprof. dr hab. Bożena Michalska, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny, Szczecinprof. dr hab. Janusz Olejnik, Uniwersytet Przyrodniczy, Poznańdr inż. Roman Schefke, Uniwersytet Przyrodniczy, Poznańdoc. dr hab. Maria Ruszkowska, Instytut Ochrony Roślin, Poznań