kladě energetických rostlin v České republice

Transkript

1 Výzkumný ústav rostlinnévýroby, Praha, Česká Republika Ing.. Sergej Usťak ak,, CSc.: Produkce biopaliv na základz kladě energetických rostlin v České republice

2 Zdroje energie Podíl rozličných zdrojů energie v Českérepublice v roce 2005 Podíl na celkové produkce energie, % Podíl na hrubé produkce elektřiny, % Uhlí 48,7 63,1 Ropa* 19 - Přírodní plyn * 19 3,2 Jaderná energie 9,3 29,9 Obnovitelné zdroje energie 4,0 3,8** *- importované zdroje; ** - podíl na hrubé spotřebě elektřiny je 4,5 %

3 Procentuální podíl jednotlivých obnovitelných zdrojů energie (OZE) (v roce 2005 celkový podíl OZE na primárních energetických zdrojích (PEZ) v ČR dosáhl 4 %) 11,2 0,89 0,15 3,06 0,06 0,15 4,38 80,2 Biomasa Voda Odpady Bioplyn Tepl.čerpadla Solární kolektory Vítr Biopaliva

4 Výroba tepla z OZE v ČR v roce 2005 (dle MPO a ERÚ) Hrubá výroba, GJ Podíl z OZE, % BIOMASA CELKEM Biomasa mimo domácnosti Palivové dřevo Štěpka apod. Celulózové výluhy Rostlinné materiály Brikety a pelety Biomasa domácnosti Bioplyn celkem Komunální ČOV Průmyslové ČOV Zemědělský bioplyn Skládkový plyn Biologicky rozložitelná část TKO Biologicky rozl. část PRO a ATP Tepelná čerp. (teplo prostředí) Solární termální kolektory CELKEM ,83% 38,31% 1,41% 18,66% 17,91% 0,23% 0,10% 51,53% 2,22% 1,74% 0,13% 0,15% 0,20% 4,35% 2,18% 1,20% 0,23% 100,00%

5 Výroba elektřiny z OZE v ČR v roce 2005 (dle MPO a ERÚ) Vodní elektrárny Malé vodní elektrárny do 1 MW Malé vodní elektrárny od 1 do 10 MW Velké vodní elektrárny nad 10 MW Biomasa celkem Štěpka apod. Celulózové výluhy Rostlinné materiály Pelety Bioplyn celkem Komunální ČOV Průmyslové ČOV Zemědělský bioplyn Skládkový plyn Tuhé komunální odpady (BRKO) Větrné elektrárny (nad 100 kw) Fotovoltaické systémy (odhad) CELKEM Hrubá výroba elektřiny MWh Podíl na zelené elektřině % 75,95% 10,95% 23,23% 41,78% 17,88% 7,10% 8,92% 1,71% 0,14% 5,13% 2,28% 0,09% 0,26% 2,50% 0,34% 0,68% 0,01% 100,00%

6 Podíl OZE na spotřebě PEZ ve státech Evropské Unie (stav v roce 2000)

7 Základnícíle národního programu ČR pro využití obnovitelných zdrojů energie do roku 2010: 1) Zvýšit podíl obnovitelných zdrojů energie na hrubé spotřebě elektřiny na 8 % (EU - z 14 % v roce 1997 do 20%); 2) Zvýšit podíl obnovitelných zdrojů energie na využití primárních energetických zdrojů na 6 % (EU - z 5,4 % v roce 1997 do 12%); 3) Podíl biomasy představuje v ČR v současnosti a vbudoucnosti cca 80% na využití obnovitelných zdrojů energie; 4) Zvýšit podíl obnovitelných zdrojů energie na využití pohonných hmot na 3,93 % (EU-5,75 % do roku 2010), 25 % -do roku 2030) ;

8 Hrubá výroba elektřiny (MWh) v ČR časová řada (dle MPO ČR) Biopalivo: Nárůst, poměr Biomasa celkem ,50 Štěpka apod ,69 Celulózové výluhy ,96 Rostlinné materiály ,58 Pelety ,69 Bioplyn celkem ,49 Komunální ČOV ,28 Průmyslové ČOV b.d ,43 Zemědělský bioplyn ,26 Skládkový plyn ,72 Tuhé komunální odpady (BRKO) ,11 Celkem ,49

9 Hrubá výroba tepelnéenergie (GJ) v ČR časová řada Biomasa celkem Biomasa mimo domácnosti *) Palivové dřevo *) Štěpka apod *) Celulózové výluhy *) *) Rostlinné materiály Brikety a pelety Biomasa domácnosti Bioplyn celkem Komunální ČOV Průmyslové ČOV b.d Zemědělský bioplyn Skládkový plyn Biologicky rozložitelná část TKO Biologicky rozl. část PRO a ATP b.d. b.d. Celkem *) změna metodiky / data nejsou plně srovnatelná poměr , , , , *) 2, , , , , , , , , , ,29 (dle MPO ČR)

10 Bilance briket a pelet v ČR v roce 2005 (v tunách) Kapacita Výroba Dovoz Vývoz Dodávka na trh Tuzemská spotřeba Z toho větší spotřebitelé Z toho menší spotřebitelé Brikety Pelety (dle MPO ČR-2005)

11 Biomass isa very importantsousrce of renewable energy!!! Biomasa je velmi důležitý zdroj obnovitelné energie!!!

12 Složení zemědělského půdního fondu České republiky Celk. plocha ČR: 7,9 mil.ha; Celk.plocha lesů: 2,6 mil.ha (33%); Celk.plocha zeměd.půd: 4,3 mil.ha (54%); LFA-oblasti: 2,5 mil.ha (32 %) Typ využití zeměd. plochy Celk. zeměd. plocha [ha] Orná půda [ha] Louky a pastviny [ha] Trvalé kultury [ha] Využité hnojené plochy Nevyužité nehnojené plochy Celková plocha zeměd. půd

13 Energetický potenciál cíleně pěstované a zbytkové biomasy v ČR V současnosti leží v ČR ladem asi 0,5 mil.ha půdy. Pro naplnění cíle roku 2010 by postačilo využít asi polovinu této výměry. V horizontu 30 let lze využít až 1,5 mil.ha, tj. asi 35 % výměry zemědělsképůdy v ČR, v souladu s osevními postupy a správnou zemědělskou praxí. (dle CZ BIOM, 2004)

14 Two periods of development of energetic biomass use in the Czech Republic: 1) : energetic biomass use was orientated mainly towards the waste and by-products of agricultural and forestry production; 2) : energetic biomass use is becoming increasingly oriented towards growing and utilization of energetic crops. Breeding and selection of the new potential crops and species is the main condition for successful biomass production!!!

15 Energeticképlodiny se dělí na: jednoleté: např. obiloviny, řepka, konopí, len, lnička a dalšíalternativní olejniny, topinambur aj. víceletéa vytrvalé: např. ozdobnice čínská, chrastice rákosovitá, křídlatka japonská, rákos obecný aj. rychle rostoucí dřeviny: např. topoly, vrby, olše aj.

16 Šlechtění a selekce nových perspektivní plodin a druhů je nejdůležitější podmínkou pro úspěšný rozvoj zemědělské produkce biomasy : Požadavky na perspektivníenergetické plodiny: 1) vysoké výnosy biomasy za nízkou cenu; 2) jednoduché nízkonákladové zemědělské technologie; 3) rozmnožovánísetím je více preferované než sadbou; 4) vytrvalé plodiny mají přednost před jednoletými; 5) nízké požadavky na hnojenía ochranu rostlin; 6) možnost využitíběžné zemědělské techniky má přednost před použitím úzce specializovaných strojů;

17 Požadavky na perspektivníenergetické plodiny (pokračování): 7) poskytnutírostlinou vhodných technologických podmínek pro sklizeň a zpracování biomasy a parametrů pro energetické využití; 8) co nejnižšíobsah škodlivin (těžké kovy), emisních prvků (S, N) a prekursorů organických polutantů např. Cl (jsou vyžadované standardy) 9) co nejnižšíobsah biologických patogenů a produktů jejich metabolismu (např. plísně a jejich toxiny); 10) nezávadnost rostlin pro životníprostředí

18 Počet zařízení spalujících palivovédřevo (biomasu) v ČR (dle MPO-2005) Celkem Biomasa Též uhlí Sporák Kotel ÚT Kotel ÚT a TUV Lokální topidla Kotel TUV Krb Celkem

19 Celková spotřeba palivového dřeva (biomasy) v t/rok podle zdrojů v ČR (dle MPO-2005) Celkem Biomasa Též uhlí Sporák Kotel ÚT Kotel ÚT a TUV Lokální topidla Kotel TUV b.d. Krb Celkem

20 Vývoj těžby dříví v ČR (dle ČSÚ; m 3 ) Rok m 3 t Odpad, t

21 Dvě základní skupiny technologiípro získání energie z biomasy: 1) suché technologie - technologie, které vyžaduj adují biomasu v suchém m stavu; 2) mokré technologie - technologie, které vyžaduj adují biomasu v mokrém m stavu;

22 Srovnání důležitých pozitivních a negativních vlastností produkce a využití biomasy v technologiích preferujících suchý stav (především spalování a suchá pyrolýza) Pozitiva Negativa Možnost použitíjednoduchých technologických postupů a zařízení. Docela úzký sortiment vhodných energetických plodin a druhů. Nižší investiční nároky na technologické zařízení pro sklizeň biomasy, přípravu biopaliv a získaní energie z biomasy. Nižší náklady na hnojení rostlin při sklizni v suchém stavu po ukončení vegetačního cyklu rostlin. Vyšší zisk energie na hmotnou jednotku biomasy (vyšší podíl energie ve výstupu:vstupu). Dobrá skladovatelnost suché biomasy sminimální ztrátou původních užitkových vlastností. Pozdní dozrávání většiny vysokoprodukčních plodin a tím problémovost vhodných termínů a podmínek sklizně. Špatná dostupnost porostů energetických plodin pro zemědělskou techniku při sklizni v pozdních termínech.

23 Srovnání důležitých pozitivních a negativních vlastností produkce a využití biomasy v technologiích preferujících mokrý stav (především biozplynování a mokrá pyrolýza) Negativa Možnost použití docela složitých technologických postupů a zařízení. Vyšší investiční nároky na technologické zařízení pro sklizeň biomasy, přípravu biopaliva získaní energie z biomasy. Vyšší náklady na hnojení rostlin při sklizni vmokrem stavu, obvykle vdobě plné vegetace. Nižší zisk energie na hmotnou jednotku biomasy (nižší podíl energie ve výstupu:vstupu). Špatná skladovatelnost mokré biomasy spotenciálně vysokou ztrátou původních užitkových vlastností. Vysoké nebezpečí biologické kontaminace vývojem patogenních mikroorganizmů (především plísně). Pozitiva Velmi rozsáhlý sortiment vhodných energetických plodin a druhů. Ranní dosažení stupně sklizňové zralosti plodin a tím vhodné termíny a podmínky sklizně. Dobrá dostupnost porostů energetických plodin pro zemědělskou techniku při sklizni vranních termínech. Možnost vícenásobné sklizně (2-3 sečí ročně) při sekání vzeleném (mokrém) stavu

24 Co bráníúspěšnému rozvoji fytoenergetiky v ČR a ostatních státech EU? vyčerpanost levných odpadních zdrojů biomasy dosavadním m rozvojem bioenergetiky; ekonomický tlak sousedních vyspělých států (předev edevším m Rakouska a Německa) N na ceny a dostupnost biopaliv v ČR; nižší dotační podporu energetických plodin ve srovnání s klasickými zemědělskými plodinami; nedostatek praktických zkušenost eností a znalostí v oblasti pěstování energetických plodin; potřebu drahých specializovaných strojů pro efektivní a ekonomicky přijatelnp ijatelné zahuštění energie z biomasy a tím t m optimalizace logistiky biopaliv;

25 Co bráníúspěšnému rozvoji fytoenergetiky v ČR a ostatních státech EU? malé rozlohy energetických plodin, což znemožň žňuje aplikovat drahé specializované stroje; nedostatečný ný sortiment druhů a odrůd d energetických plodin vhodných pro fytoenergetiku; nedostatečný ný produkční potenciál l existujících ch druhů energetických plodin absence kategorie energetické plodiny v evropském systému registrace odrůd d a odrůdových dových práv; nedostatečná podpora výzkumu v oblastí selekce a šlechtění nových energetických plodin; nedostatečná podpora výzkumu v oblastí pěstování a zpracování energetických plodin.

26 Jakéjsou základníúkoly pro zemědělský výzkum voblasti fytoenergetiky? rozší šíření sortimentu druhů a odrůd d energetických plodin podporou jejich introdukce, selekce a šlechtění včetně GMO postupů; zvýšen ení produkčního potenciálu energetických plodin na 1,5-2-násobek současn asného stavu do tun suché hmoty z 1 ha; snížen ení nákladovosti pěstovp stování energetických plodin zavedením m nových druhů a odrůd nízkonáročných na agrotechniku, hnojení a ochranu; vývoj nových a zdokonalení existujících ch technologií pro pěstovp stování,, sklizeň,, skladování a zpracování energetických plodin;

27 Pokud nebude sjednána náprava situace s využitím zbytkové a cíleně pěstované biomasy ze strany státu, průmyslu, zemědělství a v neposlední řadě i vědy a výzkumu, tak do roku 2010 ambiciózní plány národního programu rozvoje využití obnovitelných zdrojů energie v ČR splněny nebudou.

28 Plodiny: konopí seté čirok zrnový čirok cukrový čirok Hyso lnička setá sléz Meljuka sléz z kadeřavý avý bělotrn boryt Energetická výtěžnost fytomasy jednotlivých plodin (v průměru let a různých stanovišť VÚRV) Netradiční plodiny: křídlatka šťovík k krmný topolovka růžr ůžová mužák prorostlý spalné teplo MJ/kg sušiny 18,1 17,6 17,8 17,7 18,8 19,4 17,8 17,5 17,6 17,6 18,9 19,6 18,5 výnosy suché hmoty t/ha 11,5 9,83 10,2 16,6 3,16 48,6 14,8 8,54 8,85 14,2 17,3 14,8 10,8 energetická výtěž ěžnost GJ/ha

29 Dotační program ČR 1.U: Podpora pěstování bylin pro energetické využití 1. Jednoletéaždvouleté: a) laskavec Amaranthus b) konopíseté Cannabis sativa c) světlice barvířská saflor Carthamus tinctorius d) sléz přeslenitý (krmný) Malva verticillata e) komonice bílá (jedno-a dvouletá) Melilotus alba f) pupalka dvouletá Oenotherabiennis g) hořčice sarepská Brassicajuncea 2. Víceletéa vytrvalé(dvouděložné) g) mužák prorostlý Silphium perfoliatum h) jestřabina východní Galegaorientalis i) topinambur Helianthus tuberosus j) čiičorka pestrá Coronillavaria k) šťovík krmný Rumextianshanicusx R. patientia l) sléz vytrvalý Kitaibelia m) oman pravý Inula helenium n) bělotrn kulatohlavý Echinopssphaerocephalus

30 3. Energetickétrávy n) sveřep bezbranný Bromus inermis o) sveřep horský (samužníkovitý) Bromus cartharticus p) psineček veliký Agrostis gigantea q) lesknice (chrastice) rákosovitá Phalaris arundinacea r) kostřava rákosovitá Festuca arundinacea s) ovsík vyvýšený Arrehenatherum elatius t) ozdobnice čínská (sloní tráva) Miscanthus sinensis

31 Foto 1. Křídlatka hrotolistá (Bohemica)

32 Foto 2. Křídlatka sachalinská

33 Photo 3. Schavnat

34 Photo 4. Schavnat

35 Foto 3. Kvetoucí jestřabina východní.

36 Foto 4. Kvetoucí jestřabina východní

37 Foto 5. Topolovka růžová -okrasa polních pokusů

38 Foto 6. Topolovka růžová -okrasa polních pokusů

39 Foto 7. Topolovka růžová -okrasa polních pokusů

40 Foto 8a. Mužák prorostlý

41 Foto 8b. Mužák prorostlý

42 Foto 8c. Mužák prorostlý

43 Foto 9. Reveň dlanitá

44 Foto 10. Topinambur (Helianthus tuberosus) x Slunečnice (Helianthus anua)

45 Foto 11. Sida

46 Foto 12. Chrastice rákosovitá

47 Foto 13. Chrastice rákosovitá

48 Foto 14. Různédruhy vytrvalých trav pokusy VÚRV

49 Photo 5. Schavnat harvesting

50 Photo 6. Schavnat harvesting

51 Table 4. The results of comparison combustion tests of different biofuels. Biofuel: temperature in chimney capacity of boiler *) temperature of ash fusibility wood C 1800 KW - schavnat C 1900 KW C cereal straw C 1400 KW C *)-boiler type Verner-Golem 1800, made in theczechrepublic

52 Tab. 1. Poměr vstupů a výstupů energie u některých fytopaliv Fytopalivo tuhé fytopalivo ke spalování- vytrvalé plodiny tuhé fytopalivo ke spalování- jednoleté rostliny energetická štěpka z rychle rostoucích ch dřevind brikety ze slámy surový řepkový olej jako palivo v Elsbettově motoru řepkový methylester (bionafta) ŘME + šrot + glycerin bioetanol z pšenice bioetanol z cukrovky bioetanol z cukrovky + výpalky + řízky bioplyn z fytomasy + organické hnojivo input/output 1 : : : : : 1,8-3 1 : 1,2-1,3 1,3 1 : 2,5-2,7 2,7 1 : 1,1-1,3 1,3 1 : 1,2-1,4 1,4 1 : 1,6-2,5 1 : 6,5-9,5

53 Přibližná kalkulace energetického využit ití biomasy: Instalovaný výkon: 1 MW elektřiny = 3,8 MW tepla Odpovídaj dající roční produkce: cca GJ energie (cca rodinných domků) cca MWh elektřiny Potřeba biomasy: cca tun; Cena biomasy: cca Kč/tK Odpovídaj dající plochy: cca ha; Počet zemědělc lců: : cca