Rozdział 12. Inżynieria środowiska a sektor energetyki
12.2. Inżynieria środowiska a energetyka konwencjonalna
przewiduje się bowiem znaczące wsparcie dla rozwoju wysokosprawnych instalacji (w szczególności małych) do spalania biomasy, a także upraw energetycznych na glebach najniższych kategorii. Wiedza inżynieryjna i technologie środowiskowe umożliwiają pozyskiwanie energii również z zasobów wodnych (elektrownie wodne), a także z bardzo cennych źró- deł geotermalnych. Rozwój wszystkich wymienionych powyżej technolo- gii OZE powinien przyczynić się dalszego zwiększenia ich udziału w kra-jowym bilansie energetycznym. Według danych GUS udział energii z OZE w końcowym zużyciu energii brutto w 2013 roku wyniósł w krajach UE 15%, natomiast w Polsce 11,3%.
Przedstawiając problematykę technologii prośrodowiskowych w energetyce, warto wspomnieć także o inteligentnych sieciach energe- tycznych (ISE). Są to systemy energetyczne integrujące działania wszyst-kich uczestników procesów generacji, przesyłu, dystrybucji i użytko-wania, w celu dostarczania energii w sposób niezawodny, bezpieczny i ekonomiczny, z uwzględnieniem wymogów ochrony środowiska. In- teligentne liczniki zużycia prądu umożliwiają wszystkim odbiorcom za- rządzanie zużyciem energii poprzez dokładny monitoring w czasie rze-czywistym. Tego typu rozwiązania pozwalają na znaczące zwiększenie efektywności energetycznej, ponieważ w przeciwieństwie do tradycyj-nego, jednokierunkowego przesyłu energii umożliwiają dwukierunkowy przesył prądu, zarówno na linii zakład energetyczny–klient, jak i na linii klient–klient. Oznacza to, że gospodarstwo domowe (jako producent) będzie mogło odsprzedać nadwyżkę wyprodukowanej energii zakładowi energetycznemu lub sąsiadom. Można więc stwierdzić, że ISE zapewnia zrównoważone, nisko awaryjne oraz bezpieczne działanie sieci energe-tycznej i dostaw energii, promuje postawy związane z odpowiedzialnym korzystaniem z energii przez konsumentów, aktywizuje odbiorców ener-gii i angażuje ich również w proces wytwarzania energii (prosumpcja), przyczynia się do zwiększenia konkurencyjności na rynku energetycznym, a także stwarza lepsze warunki do wzrostu udziału energii odnawialnej w krajowym bilansie energetycznym, a w efekcie ogranicza wpływ pro-cesów energetycznych na środowisko.
12.2. Inżynieria środowiska a energetyka konwencjonalna
Obecnie paliwa konwencjonalne wykorzystywane są do produkcji energii: •• elektrycznej – w elektrowniach węglowych i jądrowych; • cieplnej i elektrycznej – w elektrociepłowniach;
• mechanicznej, np. do napędzania silników.
W klasycznych elektrowniach wykorzystujących paliwa konwencjo-nalne zachodzą przede wszystkim procesy spalania, podczas których uwalniania jest energia cieplna. Energia tę wykorzystuje się do produkcji pary wodnej, która następnie w turbinach zamieniana jest na energię elektryczną. Całkowita sprawność takiego procesu wytwarzania energii elektrycznej zazwyczaj nie przekracza 60%. Według danych GUS w 2014 roku w Polsce najwięcej energii ciepl-nej na cele grzewcze wyprodukowano z wykorzystaniem paliwa stałego (63,9%), w tym węgla, który stanowił 58,3% i biomasy – 5,6%. W dal-szej kolejności na cele grzewcze wykorzystano gaz – w 33,7% oraz olej – 2,4%. Na koniec 2014 roku w Polsce pracowało 24 037 kotłowni, z licz-bą 4500 zainstalowanych kotłów cieplnych wykorzystujących węgiel, 9457 – gaz ziemny, 2249 – olej opałowy lekki oraz 483 – biomasę le-śną. Podstawowym paliwem w Polsce jest więc obecnie węgiel i dlatego konieczne jest wdrażanie nowoczesnych technologii wykorzystania tego surowca energetycznego, przyjaznych dla środowiska naturalnego. Istnieje technologia skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła, zwana kogeneracją (CHP), w której energia pierwotna zawarta w paliwie jest w jednym procesie technologicznym, w tym samym urzą-dzeniu wytwórczym zamieniana na dwa produkty: energię elektryczną i ciepło. Sprawność ogólna tego procesu w porównaniu z rozdzielo-nym wytwarzaniem energii elektrycznej i ciepła jest dużo wyższa, przez co zapewnia wiele korzyści finansowych i środowiskowych, jak na przy-kład obniżenie kosztów zużycia energii pierwotnej, niższe koszty in-westycji w urządzenia towarzyszące, ograniczenie emisji szkodliwych substancji, unikanie strat sieciowych czy zmniejszenie emisji tlenków siarki w przypadku wykorzystania gazu ziemnego zamiast węgla ka-miennego jako paliwa. Ponadto efektywne użytkowanie energii w tym sposobie wytwarzanie energii może wpłynąć pozytywnie na bezpie-czeństwo dostaw energii i konkurencyjność Unii Europejskiej. Dlatego też promowanie wysokosprawnej kogeneracji na podstawie zapotrze-bowania na ciepło użytkowe stanowi jeden z priorytetów Wspólnoty Europejskiej zarówno w poprzedniej perspektywie finansowania, jak i w latach 2014–2020.
12.2. Inżynieria środowiska a energetyka konwencjonalna
Należy podkreślić, że obecnie paliwa kopalne stanowią podstawę energetyki i przemysłu w wielu krajach świata, także w Polsce i według licznych scenariuszy będą one ważnym surowcem dla energetyki rów- nież w przyszłości. W związku z tym podejmowane są wysiłki wykorzy-stania osiągnięć inżynierii środowiska w celu ograniczania negatywnych skutków środowiskowych wynikających ze stosowania surowców kon-wencjonalnych. Proponowane rozwiązania inżynieryjne dotyczą między innymi wydobycia i przygotowania surowców (w zakresie tzw. uszlachet- niania) oraz bardziej efektywnych i mniej emisyjnych technologii spala-nia. Dobrym przykładem może być tutaj technologia zgazowania węgla w złożu, czyli proces jego wysokotemperaturowej konwersji do gazu z użyciem czynnika zgazowującego. W wyniku zgazowania powstaje gaz syntezowy, którego głównymi składnikami są H2, CO, CO2 oraz CH4. Gaz syntezowy jest cennym surowcem chemicznym oraz może być wykorzy-stywany jako paliwo.
Najczęściej jednak stosowanymi rozwiązaniami ograniczania nega-tywnych skutków zanieczyszczenia środowiska przez energetykę są tzw. metody końca rury, polegające na usuwaniu zanieczyszczeń gazowych i pyłowych wydobywających się z komina elektrowni. Metody te powin- ny być wdrażane po wyczerpaniu wszystkich innych możliwości zapobie-gania uciążliwym emisjom.
Do takich działań można zaliczyć między innymi: wzbogacanie pa-liw, stosowanie odpylaczy o większej skuteczności, budowę wysokich kominów i koncentrację spalin w jednym kominie, odsiarczanie spalin, utylizację odpadów paleniskowych, wdrażanie nowych technologii ener- getycznych (jak np. kotły fluidalne czy zgazowanie węgla). Dobre efek-ty przynosi także jednoczesne realizowanie różnych przedsięwzięć, jak na przykład odsiarczanie paliw i odsiarczanie spalin.
W ostatnich latach propagowana jest także technologia wychwyty-wania i składowania dwutlenku węgla pochodzącego ze spalania paliw kopalnych głęboko w strukturach geologicznych. Jednak wielu eksper-tów uważa tę technologię za zbyt kosztowną i energochłonną. Trudno jest też obecnie przewidzieć, jak po wielu latach zachowa się składowany pod ziemią dwutlenek węgla i jakie tego będą skutki. Z wszystkich paliw konwencjonalnych względnie najmniejsze nega-tywne oddziaływanie na środowisko ma gaz ziemny. Jego spalanie nie przyczynia się do emisji pyłów i tlenków siarki, natomiast emisja gazów cieplarnianych jest dużo niższa niż w przypadku węgla czy ropy naftowej. Gaz ziemny nazywany jest często paliwem XXI wieku, a jego znaczenie
na rynkach światowych rośnie. Szanse dla Polski, zarówno w wymiarze gospodarczym, jak i geopolitycznym stwarza produkcja gazu ziemnego ze źródeł niekonwencjonalnych, w tym z łupków. Niektóre wyniki badań wskazują jednak, że wydobycie gazu z łupków może się wiązać z ne-gatywnym oddziaływaniem na środowisko, szczególnie w odniesieniu do wód. W związku z tym rozwija się nowy i ważny z punktu widzenia gospodarczego i środowiskowego obszar badań w zakresie inżynierii śro-dowiska.
Podsumowując, ze względu na problem emisji wielu szkodliwych zanieczyszczeń z energetyki jednym z kluczowych rozwiązań powinno być kontynuowanie prac badawczo-rozwojowych nad czystymi techno- logiami węglowymi w Polsce. Efektywniejsze wykorzystanie osiągnięć in-żynierii środowiska w tym zakresie, zgodnych z ideą zrównoważonego rozwoju może zmniejszyć emisję szkodliwych gazów i pyłów z energe- tycznego spalania węgla w sposób ekonomicznie uzasadniony. Wykorzy-stując posiadany potencjał energetyki konwencjonalnej Polska ma dużą szansę stać się światowym liderem w dziedzinie rozwoju oraz szerokiego wykorzystania technologii czystego węgla.