Czy przyszłość spółdzielni energetycznych to biogaz?

Blogi „Spółdzielnie Energetyczne dla Polskiej Wsi” omawiają różne aspekty spółdzielni energetycznych w Polsce w celu ich lepszego zrozumienia. Spółdzielnie energetyczne to formuła prawna, organizacyjna, technologiczna, finansowa i społeczna, która lansuje rozwiązania prosumenta zbiorowego – czyli sytuacji, w której grupa osób i organizacji decyduje się na produkowanie energii z odnawialnych źródeł energii (OZE), aby następnie tą energię konsumować. W blogach omawiamy motywacje, korzyści i rozwiązania, które mogą być zastosowane by spółdzielnie energetyczne spełniły oczekiwania zarówno ich uczestników, jak i zamierzeń polityki państwa wobec wyzwań kryzysu energetycznego oraz wymogów Unii Europejskiej. Próbujemy przybliżyć również doświadczenia innych państw, w których spółdzielnie energetyczne się rozwijają. Blogi towarzyszą filmom i innym informacjom przedstawianym w kampanii Spółdzielnie Energetyczne dla Polskiej Wsi.

W szesnastym blogu omawiamy rolę biogazowni w spółdzielniach energetycznych. Wszystkie dzisiaj ustanowione spółdzielnie energetyczne bazują na fotowoltaice, ale programy wsparcia podkreślają rolę biogazowni w przyszłości spółdzielczości energetycznej. Dlaczego?

Czy przyszłość spółdzielni energetycznych to biogaz?

Zapotrzebowanie na energię cieplną i elektryczną na terenach wiejskich w Polsce zależy od wielu czynników, takich jak liczba gospodarstw domowych, typ budynków, liczba i rodzaj urządzeń elektrycznych, a także zmiany klimatyczne.

Zapotrzebowanie na energię cieplną: Według danych Głównego Urzędu Statystycznego (GUS), zużycie energii cieplnej w ciągu roku 2022 spadło o ponad 8%¹. W 2022 r. sprzedano 194,0 tys. TJ energii cieplnej. Przyjmując, że 1 TJ = 277 778 kWh, oznacza to, że sprzedano około 53,9 mld kWh energii cieplnej.

Zapotrzebowanie na energię elektryczną: Według szacunkowych danych, zapotrzebowanie na energię elektryczną przeciętnego domu jednorodzinnego zamieszkiwanego przez 4-osobową rodzinę wynosi średniorocznie mniej więcej 4200 kWh². W miastach to zużycie wyniosło 1 649,1 kWh (spadek o 2,4 proc.), a na obszarach wiejskich – 2 242,8 kWh (spadek o 8,6 proc.). W skali roku zużycie energii elektrycznej w gospodarstwach domowych w Polsce wyniosło 30 062,0 GWh, co jest równoznaczne z około 30 mld kWh.

Jak widać z powyższego porównania szacunkowego, zapotrzebowanie na energię cieplną jest znacznie większe niż na prąd. Oznacza to, że dopóki spółdzielnie energetyczne będą bazować na produkcji i konsumpcji energii elektrycznej, nie będą one wykorzystywać w pełni swojego potencjału. Zapewnienie korzystnego miksu energetycznego dla bilansowania energii w spółdzielni energetycznej wymaga również stabilnych dostawy energii, które nie są uzależnione od warunków pogodowych.

BIOGAZOWNIE to stabilne odnawialne źródła energii (OZE) wykorzystujące najczęściej lokalne zasoby, które mogą w znaczący sposób przyczynić się do zapewnienia bezpieczeństwa energetycznego obszarów wiejskich. Taka logika przyświeca działaniom Ministerstwa Rolnictwa i Rozwoju Wsi na rzecz uniezależnienia obszarów wiejskich od zewnętrznych dostawców energii. Biogazownie mogą być źródłem ciepła, ale również mogą być wykorzystywane do produkcji energii elektrycznej. Podsumowując, biogazownie mogą odgrywać kluczową rolę w zapewnieniu bilansowania energii w spółdzielniach energetycznych:

1. Produkcja energii: Biogazownie wytwarzają energię elektryczną, biogaz, ciepło, biogaz rolniczy, biometan lub wodór w instalacjach odnawialnego źródła energii¹. Ta energia może być wykorzystywana do zaspokajania potrzeb energetycznych członków spółdzielni.
2. Bilansowanie energii: Biogazownie mogą pomóc w bilansowaniu ilości energii wytwarzanej i zużywanej przez spółdzielnię energetyczną. Dzięki temu spółdzielnia energetyczna może lepiej zarządzać swoim zużyciem i produkcją energii.
3. Stabilność dostaw: Energia wytwarzana z biomasy, takiej jak biogaz, jest bardziej stabilna niż energia solarna czy wiatrowa. Dzięki temu biogazownie mogą pomóc zapewnić stabilność dostaw energii dla spółdzielni energetycznej.
4. Zmniejszenie kosztów: Dzięki produkcji własnej energii, spółdzielnie energetyczne mogą obniżyć koszty pozyskiwania energii dla swoich członków

Propagując biogazownie rolnicze, Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi dąży do zmian prawnych i programów wsparcia, które ułatwią proces inwestycyjny, przyczynią się do wykorzystania lokalnego potencjału biomasy do wytwarzania energii oraz umożliwią łatwiejsze zagospodarowanie produktu pofermentacyjnego jako bezpiecznego i dobrego nawozu.

Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi we współpracy z Ministerstwem Klimatu i Środowiska uruchomiło za pośrednictwem Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej (NFOŚiGW) program “Energia dla wsi”, który umożliwia rolnikom i spółdzielniom energetycznym składanie wniosków o dofinansowanie do odnawialnych źródeł energii, w tym w szczególności biogazowni. Zarezerwowano ponad 1 mld złotych!

Należy jednak mieć na uwadze, że ani jedna z 21 zarejestrowanych spółdzielni energetycznych na dzień dzisiejszy nie wykorzystuje biogazu. Wiele z nich dopiero przymierza się do wykorzystania biogazu, a więc można powiedzieć że jesteśmy dopiero na samym początku wprowadzania biogazu do spółdzielni energetycznych. Biogaz należy postrzegać jako stabilizujące źródło wytwarzania energii, które jest korzystne dla optymalizacji miksu energetycznego i w związku z tym niezbędne, dla bilansowania energii. Można stwierdzić wręcz, że bez rozwoju biogazu, spółdzielnie energetyczne nigdy nie wykorzystają w pełni swojego potencjału.

Program ENERGIA DLA WSI zakłada wsparcie dla mikrobiogazowni (do 50 kw) które idealnie wpisują się w model spółdzielni energetycznych pod warunkiem, że będą dostępne sprawdzone rozwiązania technologiczne korzystne pod względem ceny do mocy wytwórczych ciepła i prądu. Technologiczne rozwiązania niewątpliwie pojawią się w najbliższych latach. Dlatego tą możliwość należy propagować szeroko wśród rolników i społeczności wiejskich. Dotychczasowe doświadczenia polskie i europejskie pokazują jednak, że mikrobiogazownie nie powstają, ponieważ są drogie w stosunku do mocy wytwórczych.

Patrząc praktycznie z punktu widzenia kosztów i korzyści powstających spółdzielni energetycznych, docelowy obiekt zainteresowania powinien być w skali 75-250 kW.

W Polsce średnia moc biogazowni rolniczej wytwarzającej energię elektryczną z biogazu rolniczego w układzie kogeneracyjnym wynosi ~ 1 MWel. Biogazownie mniejsze niż 500 kWel stanowią ~24%, a mniejsze niż 200 kWel – ~3% (Stan na 3.11.2022 r.). Czy jest to właściwy kierunek rozwoju? W Bawarii, która na tle Niemiec odznacza się stosunkowo dużym rozdrobnieniem gospodarstw rolnych i pod tym względem najbardziej odpowiada toutes proportions gardées warunkom polskim, średnia moc wynosi 370 kWel (na 2385 obiektów; stan na 31.12.2015 r.), biogazownie mniejsze niż 500 kWel stanowią 73%, a mniejsze niż 200 kWel – 37%. W Bawarii w 2015 r. zarejestrowano 22 nowe instalacje, wszystkie o mocy < 75 kW (Biogasbetreiberdatenbank Bayern, BBD).

Średnia wielkość biogazowni rolniczej w Szwajcarii wynosi ~150 kWel (Ökostrom Schweiz; https://oekostromschweiz.ch/biogasanlagen/kennzahlen Anspach, V., Bolli, S. 2015. Schlussbericht «Benchmarking Biogas». Aufbau eines Benchmark Systems für landwirtschaftliche Biogasanlagen in der Schweiz). Te dane pokazują wyraźne przechylenie struktury wielkościowej polskich biogazowni rolniczych w stronę obiektów dużych: inwestorskich, kupujących całość lub znaczną część substratu, latyfundystów, wielkich przemysłowych producentów trzody, drobiu, itp., podczas gdy rodzinne gospodarstwa praktycznie nie uczestniczą w rynku biogazowym, chyba, że jako dostawcy biomasy, z której przetwarzania prawdziwe korzyści czerpie kto inny.

Dlaczego tak jest? Przy założeniu (w dużym przybliżeniu), że 1 kWel zainstalowany w biogazowni wymaga rocznie plonu kukurydzy z 0,5 ha (najczęstszy substrat) lub biomasy z 0,8 – 1,2 ha użytku zielonego (Hartmann, A. 2008. Wie viel Fläche wird für Biogas benötigt? Statistisches Monatsheft Baden-Württemberg 7) łatwo obliczyć, że przeciętna polska 1 MWel biogazownia będzie wymagała ~ 500 ha kukurydzy lub ~1000 ha UZ (odpowiednio mniej w przypadku fermentacji np. z gnojowicą).

W Polsce gospodarstw rolnych z powierzchnią użytków rolnych powyżej 500 ha jest ok. 1 tys. ~6,8% powierzchni gospodarstw rolnych (UŻYTKOWANIE GRUNTÓW I POWIERZCHNIA ZASIEWÓW W 2016 R. GUS, 2017). W Podlaskim jest zaledwie około 400 gospodarstw o powierzchni większej niż 100 ha. Ile rodzinnych gospodarstw rolnych jest gotowych do budowy biogazowni 1MWel kosztującej kilkanaście milionów złotych? Ilu rolników zdecyduje się na rezygnację z dotychczasowego modelu działalności i przeznaczenie całej lub większości powierzchni UR na uprawę/pozyskiwanie surowca energetycznego do swojej biogazowni lub na sprzedaż?

Z punktu widzenia spółdzielni energetycznych jako animatorów rozwoju zrównoważonego gospodarki wiejskiej, preferowane powinny być biogazownie średniej wielkości. Duże, aktualnie już funkcjonujące, biogazownie mogą i powinny odegrać ważną rolę w wyzwoleniu potencjału spółdzielni energetycznych, w szczególności pod kątem ich rozbudowy i adaptacji do potrzeb spółdzielni energetycznej. Natomiast wsparcie dla budowy nowych dużych biogazowni pod kątem spółdzielni energetycznych nie jest uzasadnione.

Kolejny argument na silniejsze propagowanie rozwoju biogazowni wiąże się z tym, że jest to dziś jedyna rozsądna technologia OZE, która nie jest rozwinięta, a może się dynamicznie rozwijać bez szkody dla krajowego system elektroenergetycznego.

Rozbudowa i adaptacja aktualnie funkcjonujących dużych biogazowni (tj. powyżej 1MW) ma potencjalnie ważną rolę do odegrania w fazie rozruchu spółdzielni energetycznych.  Przykładem może być dostarczanie energii elektrycznej dla okolicznych mieszkańców, którzy dołączyliby do spółdzielni, poprzez zakup i włączenie do sieci energetycznej dodatkowej jednostki kogeneracyjnej, której koszt za 0,5MW oscyluje od 1,5 mln do 2 mln zł. Aktualnie, programy wsparcia – takie jak Energia dla Wsi –nie przewidują dofinansowania dla rozbudowy funkcjonujących biogazowni i dostosowania ich do potrzeb, uwarunkowań i możliwości powstających spółdzielni energetycznych.

Innym rozwiązaniem byłoby umożliwienie biogazowniom rolniczym działającym w systemie aukcyjnym, opuszczenia tego systemu (bez kar), pod warunkiem przyłączenia się do spółdzielni energetycznej. Przyspieszyłoby to rozwój spółdzielni energetycznych, dzięki korzystnemu dla społeczności wiejskich wykorzystaniu istniejącej infrastruktury produkcyjnej OZE, niezbędnej dla stabilnych dostaw energii.

Należy pamiętać, że budowa nowych biogazowni to okres co najmniej 2 lat, a więc możliwość wykorzystania i rozbudowania funkcjonujących dziś biogazowni rolniczych byłaby bardzo korzystna dla nadania impulsu dla rozwoju spółdzielni rolniczych w Polsce.

Ciekawym i inspirującym przykładem spółdzielni energetycznej, która ma w planie wykorzystanie biogazu do celów grzewczych jest Spółdzielnia Energetyczna Michałowo w województwie podlaskim. Przedsięwzięcie animuje gmina Michałowo, która również bezpośrednio w nim uczestniczy. Prezentowaliśmy inicjatywę w odcinku 1 jako jedną z pilotażowych spółdzielni energetycznych projektu RENALDO.

Michałowo wyróżnia się spośród spółdzielni energetycznych tym, że spółdzielnia energetyczna Michałowo to część ambitnego, długofalowego programu gminy osiągnięcia samowystarczalności energetycznej. Od wielu lat gmina wykorzystuje biogazownie w połączeniu z siecią ciepłowniczą do zaspokajania potrzeb grzewczych mieszkańców.

W gminie Michałowo działają dwie BIOGAZOWNIE wybudowane przez przedsiębiorcę – Zielona Energia Michałowo sp. z o.o. – w porozumieniu z gminą. Każda instalacja została wyposażona w moduł kogeneracyjny o mocy elektrycznej 600 kW i mocy cieplnej 595 kW. Jest też SIEĆ CIEPŁOWNICZA, stale rozbudowywana, do której podłączane są stopniowo kolejne budynki.

Pierwszy odcinek, który powstał w roku 2015, zasila w ciepło Miejski Ośrodek Sportu i Rekreacji wraz ze Szkołą Podstawową. Obecnie ciepło z sieci płynie do urzędu miasta, ośrodka zdrowia, ośrodka kultury, przedszkola, szkoły i liceum. Kolejnym przedsięwzięciem jest ZWIĘKSZENIE BEZPIECZEŃSTWA ENERGETYCZNEGO poprzez zamknięcie pierścienia sieci, więcej ciepła z OZE na terenie gminy, dalszy rozwój sieci ciepłowniczej w kierunku kolejnych przyłączeń. Wg. planów gminy, NEUTRALNOŚĆ KLIMATYCZNA wraz z samowystarczalnością energetyczną będzie osiągnięta już w 2025 roku.

Gmina Michałowo jest dobrym przykładem wykorzystania biogazowni i sieci ciepłowniczej do zaspokajania potrzeb grzewczych mieszkańców. Ta inicjatywa pokazuje, jak gmina może wykorzystać formułę spółdzielni energetycznej dla dokonania transformacji energetyczna na terenach wiejskich.

Źródło: Daniel Raczkiewicz

Rozważając wykorzystanie biogazu dla rozwoju spółdzielni energetycznej należy wziąć pod uwagę kilka rad, które oferuje już funkcjonująca od wielu lat Biogazownia Rypin sp. z o.o. w woj. kujawsko-pomorskim. Punkt wyjścia do projektowania biogazowni to bilansowanie produkcji i konsumpcji energii w spółdzielni energetycznej i rozważenie / policzenie korzyści dla spółdzielców w postaci tańszej energii.

1. Projekt i technologia.

Istotna kwestia na początek to dobór odpowiedniego modelu biogazowni opartego na sprawdzonej technologii – czyli takiej, która jest już eksploatowana w istniejącej biogazowni. Chodzi o to, by raczej omijać eksperymentalne czy też prototypowe rozwiązania, ponieważ stwarzają one spore trudności w prognozowaniu kosztów i korzyści.

Na tym etapie należy również ustalić oczekiwany model funkcjonowania biogazowni. Czy biogazownia będzie produkowała ciepło czy energię elektryczną, czy też jedno i drugie? Jakie rodzaje substratów będą dostępne i wykorzystywane?

Biogazownia, która będzie pracowała na rzecz wytworzenia energii elektrycznej oraz cieplnej musi być odpowiednio dopasowana do potrzeb energetycznych jednostki kogeneracyjnej, której zadaniem będzie przetworzenie produkowanego biogazu na energię. Planowana biogazownia musi posiadać zdolność wytworzenia takiej ilości biogazu, jaka będzie potrzebna do zaspokojenia potrzeb planowanej jednostki wytwórczej i dopasowana do potrzeb bilansowania energii w spółdzielni energetycznej, uwzględniając potrzeby spółdzielców. Nie może to być instalacja niedomiarowana lub przewymiarowana pod kątem rozwoju spółdzielni energetycznej.

Sprawdzona na rynku technologia gwarantuje, że instalacja po uruchomieniu będzie pracowała zgodnie z założeniami i nie będzie to eksperymentowanie na niesprawdzonym modelu.

2. Przepisy, pozwolenia i konsultacje społeczne.

Po dokonaniu wyboru wielkości biogazowni i technologii, należy przystąpić do procesu pozyskania wszelkich niezbędnych pozwoleń umożliwiających budowę instalacji biogazowni oraz jej uruchomienie. Jeśli biogazownia ma być większa niż 0,499 MW, wiąże się to z koniecznością uzyskania Decyzji Środowiskowej, co oznacza długotrwały proces biurokratyczny.

Na etapie pierwszego pomysłu zaprojektowania biogazowni w programie inwestycyjnym spółdzielni energetycznej, należy włączyć nie tylko spółdzielców – ale również mieszkańców terenów, na których rozważana jest bidowa biogazowni. Trzeba pamiętać, że protesty okolicznych mieszkańców mogą skutecznie przekreślić plany budowy instalacji. Warto rozważyć możliwości włączenia mieszkańców (w przyszłości) do spółdzielni energetycznej, tak aby mogli korzystać z tańszej, ekologicznej i pewnej energii cieplnej czy elektrycznej. Mieszkańców można włączyć na różny sposób, np. poprzez spółdzielnie mieszkaniowe lub poprzez samorząd.

Warto podkreślać, że technologia, która będzie wykorzystana, jest sprawdzona i organizować wizyty studyjne do już funkcjonujących biogazowni w kraju i zagranicą. Bez pozytywnego klimatu poparcia, inwestycja raczej nie dojdzie do skutku (na niekorzyść spółdzielni energetycznej).

3. Rynek energii.

Kolejna sprawa to kwestia możliwości pozyskania przez spółdzielnię energetyczną warunków przyłączeniowych do sieci elektroenergetycznej oraz określenie sposobu zagospodarowania energii cieplnej. To ważna sprawa. Nie jest to jedynie sprawa biurokratyczna. Sieci elektroenergetyczne są po prostu niedostatecznie rozwinięte w wielu częściach kraju. Warto przeprowadzić konsultacje nieformalnie z operatorem sieci na etapie planowania wstępnego.

Jeśli nie ma możliwości uzyskania warunków przyłączenia do sieci elektroenergetycznej, nie ma szans na rozwijanie spółdzielni energetycznej. Co z tego, że będziemy posiadali instalację zdolną produkować określoną ilość energii elektrycznej, jak nie będzie szans na przesłanie jej do członków Spółdzielni za pośrednictwem sieci.

Plusy i minus biogazowni w spółdzielni energetycznej należy analizować w odniesieniu do kosztów i korzyści w postaci dostaw energii cieplnej czy elektrycznej oraz cen tych dostaw. Spółdzielcy i potencjalni spółdzielcy, w tym też gmina, będą bardziej przychylnie patrzeć na inwestycję w postaci biogazowni, jeśli spółdzielnia energetyczna będzie w stanie określić (może nawet zagwarantować) konkurencyjne ceny energii.

4. Koszty i dofinansowanie.

Każda inwestycja wiąże się z określonymi kosztami. W przypadku biogazowni koszty są znaczące dla spółdzielni energetycznej, która nie dysponuje kapitałem własnym. Budowa biogazowni zdolnej zasilić jednostkę 0,5 MW to koszt ok. 10 mln zł, do tego dochodzi koszt zakupu jednostki wytwórczej np. 0,5 MW kształtuje się przedziale 4-5 mln zł.

Aby sprostać takiemu wyzwaniu niezbędne jest sfinansowanie inwestycji z dedykowanego programu wsparcia. Obecnie takie finasowanie możliwe jest w programie „Energia dla Wsi”. Spółdzielnia energetyczna jest zatem instrumentem dla przyciągania inwestycje w OZE, na które nie ma i raczej nie będzie środków lokalnie.

5. Baza substratowa oraz zagospodarowanie pozostałości po procesie.

Dostępność BAZY SUBSTRATOWEJ to ostatnia niebagatelna kwestia do rozważenia na etapie planowania biogazowni dla spółdzielni energetycznej. Każda biogazownia, aby mogła produkować biogaz, musi być zasilana masą organiczną zwaną substratem, która jest niezbędna do przeprowadzenia fermentacji metanowej, w wyniku której powstaje biogaz.

Pierwsze biogazownie powstawały w technologii Navaro, czyli opartej na przetwarzaniu kiszonki z kukurydzy i gnojowicy. Rachunek ekonomiczny jest nieubłagany i okazało się, że tego typu biogazownie nie zarabiają na własne utrzymanie, ponieważ wpływ za energię nie pokrywa kosztów, a zwłaszcza zakupu kiszonki z kukurydzy, dlatego większość funkcjonujących biogazowni zaczęła korzystać z substratów w postaci różnego rodzaju odpadów przetwórstwa owocowo-warzywnego oraz odpadów z produkcji rolnej.

Planując budowę biogazowni trzeba przeanalizować, ile i jakiego rodzaju substraty uda się pozyskać oraz czy uda się z nich wyprodukować biogaz i jaki to będzie koszt. Dobrze byłoby skorzystać w tym zakresie z doświadczenia biogazowni, które do przetworzenia stosują wyłącznie bazę substratową opartą na odpadach. Ważnym elementem jest również stworzenie możliwości zagospodarowania pozostałości po procesie, czyli tzw. pofermentu. Stanowi on ok. 90 % masy wsadowej substratów i może zostać wykorzystany, jako ekologiczna forma nawozu, jednakże trzeba postarać się o nadanie mu statusu nawozu.

Literatura

Glinicki, R. i Frankowski, D (2023) Wskazówki dla inicjatorów tworzenia Spółdzielni Energetycznych w oparciu o własne doświadczenia Biogazowni Rypin jako źródła energii OZE. Opracowanie robocze wykonane dla projektu Renaldo.

Gryko, L. (2023) Możliwości rozwoju spółdzielni energetycznych w Polsce na przykładzie Gminy Michałowo. Opracowanie robocze wykonane dla projektu Renaldo.

Kuta, W. (2023) Przestraszyliśmy się wysokich rachunków? W Polsce spada zużycie prądu, ciepła i gazu. Portal Samorządowy. https://www.portalsamorzadowy.pl/gospodarka-komunalna/przestraszylismy-sie-wysokich-rachunkow-w-polsce-spada-zuzycie-pradu-ciepla-i-gazu,488914.html

Ministerstwo Klimatu i Środowiska (2023) Rusza nabór wniosków w ramach programu „Energia dla wsi. https://www.gov.pl/web/klimat/rusza-nabor-wnioskow-w-ramach-programu-energia-dla-wsi

Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi (2023) Stabilna i lokalna energia ważnym elementem rozwoju obszarów wiejskich. https://www.gov.pl/web/rolnictwo/stabilna-i-lokalna-energia-waznym-elementem-rozwoju-obszarow-wiejskich

Optimal Energy (2022) Jak obliczyć zapotrzebowanie na energię elektryczną. https://optimalenergy.pl/aktualnosci/prad/jak-obliczyc-zapotrzebowanie-na-energie-elektryczna/