Na badania związane z realizacją w Polsce projektu Modelowe kompleksy agroenergetyczne… przeznaczono z programu unijnego Innowacyjna gospodarka 40 mln zł. Projekt dotyczy opracowania nowoczesnych technologii przetwarzania biomasy rolniczej i odpadowej na energię użyteczną w postaci ciepła i prądu. Mają to być tzw. układy kogeneracyjne CHP w małej skali, a więc mikrosiłownie możliwe do wdrożenia w indywidualnych gospodarstwach domowych, w małych przedsiębiorstwach i w gospodarstwach rolnych. Istnieje również możliwość wykorzystania biomasy wodnej, w tym glonów, jako źródła biogazu.
Nicholas Stern, były główny ekonomista Banku Światowego, w połowie lutego 2009 opublikował opracowanie, w którym przekonuje polityków, że do rozruszania stygnącej gospodarki konieczne jest zainwestowanie w ciągu najbliższych 2 lat 400 mld dolarów w sfinansowanie zielonej technologicznie rewolucji. Już wkrótce czeka nas również realizacja zobowiązań unijnego pakietu klimatyczno−energetycznego przyjętego w grudniu 2008, dotyczącego m.in. emisji dwutlenku węgla. Aby rozwiązać te problemy, konieczna jest w Polsce modernizacja sektora energetycznego opartego w 90 proc. na węglu. Trzeba więc przebudować elektrownie konwencjonalne, aby efektywniej spalały węgiel, zainwestować w technologię energetyki ze źródeł odnawialnych, a także energetyki jądrowej. Zaniechanie działań w tym kierunku spowoduje radykalny wzrost kosztów energii i to już w nieodległej przyszłości.
Mikrosiłownie, jak określają to założenia inżynieryjne, mają służyć do jednoczesnej produkcji ciepła i energii elektrycznej. Ciepło z siłowni może być wykorzystane do podgrzewania wody w ramach użytku domowego lub do celów grzewczych domu, natomiast uzyskana energia elektryczna wystarczy na potrzeby własne lub też może zasilić sieć elektryczną. Źródłem ciepła mikrosiłowni, w zależności od lokalnych możliwości, może być paliwo konwencjonalne lub ze źródeł odnawialnych.
Ciepło w mikrosiłowniach kogeneracyjnych jest lepiej wykorzystywane niż w siłowniach produkujących tylko energię elektryczną. Mikrosiłownia kogeneracyjna wykorzystuje energię paliwa w prawie 90 proc. To znaczy ok. 70−80 proc. stanowi ciepło dostarczane do ogrzewania, a ok. 10−20 proc. to dodatkowa produkcja energii elektrycznej. Siłownie konwencjonalne produkujące energię elektryczną wykorzystują energię zawartą w paliwie tylko w czterdziestu kilku procentach. Lepsze wykorzystanie paliwa w mikrosiłowniach kogeneracyjnych prowadzi do obniżenia szkodliwych emisji towarzyszących procesowi spalania.
Mała siłownia kogeneracyjna może być w pełni zautomatyzowana i nie wymaga obsługi. W ten sposób użytkownicy energii posiadający kotły z mikrosiłownią stają się producentami energii elektrycznej. Badania rynku w Wielkiej Brytanii wykazały, że zapotrzebowanie na takie siłownie jest ogromne. Przyjmując, że ich moce wynoszą od kilku do kilkudziesięciu kilowatów, można łatwo przeliczyć, że w kraju mogłyby one zastąpić budowę szeregu konwencjonalnych, dużych elektrowni.
Koordynatorem projektu Modelowe kompleksy agroenergetyczne…, na realizację którego wyasygnowano z kasy unijnej 40 mln zł, jest Instytut Maszyn Przepływowych PAN z Gdańska. Realizatorami projektu są także Uniwersytet Warmińsko−Mazurski w Olsztynie, Instytut Energetyki z Warszawy oraz Politechnika Wrocławska.
Centrum Badań Energii Odnawialnej Uniwersytetu Warmińsko−Mazurskiego realizuje tzw. część „agro” projektu, dotyczącą wytwarzania i pozyskiwania biomasy z roślin energetycznych: kukurydzy, miskantu (rodzaj trawy), sorgo (rodzaj zboża) oraz z glonów, sinic, a także z rzęsy wodnej. Efektem badań będzie opracowanie takiej technologii procesu fermentacji, który pozwoli otrzymać biogaz o wysokiej zawartości metanu i wodoru. Zadaniem naukowców z Olsztyna jest opracowanie technologii zebrania, magazynowania i przetworzenia biomasy z glonów tak, aby pod względem ekonomicznym było to opłacalne. Glony wykorzystane do produkcji biomasy w realizowanym projekcie nie będą specjalnie uprawiane, ale pozyskiwane podczas zakwitu w Zatoce Gdańskiej, Zalewie Wiślanym i w jednym z kilkunastu olsztyńskich jezior – Kortowskim.
Instytut Maszyn Przepływowych PAN w Gdańsku opracuje układy kogeneracyjne CHP, a więc kocioł wielopaliwowy i mikroturbinę umożliwiające odpowiednie sprzężenie z biogazowniami. Efektem prac zespołów badawczych z IMP PAN będzie domowa mikrosiłownia kogeneracyjna umożliwiająca produkcję czystego „zielonego” ciepła i prądu o mocy cieplnej ok. 20 kW i elektrycznej kilku kW. Ponadto prace te będą obejmowały m.in. opracowanie komputerowego systemu zbierania informacji o pracy turbin i kotłów, dokonania obliczeń konstrukcyjnych, a także modernizacji: obiegów cieplnych siłowni energetycznych, kotłów parowych, układów łopatkowych maszyn przepływowych, łożysk ślizgowych, diagnostyki kotłów i turbin, a także analizy stanów dynamicznych układów łopatkowych i wirników maszyn przepływowych. Projekt zakłada także wykonywanie dokumentacji technicznej obejmującej niskospadowe turbiny wodne małej mocy tzw. pikoturbiny.
Konsumpcja energii, głównie ropy, nieustannie rośnie, z jednym tylko okresem spowolnienia podczas kryzysu paliwowego lat 70. Przeciętny Amerykanin konsumuje 5 razy więcej energii niż przeciętny obywatel globu, 10 razy więcej niż przeciętny Chińczyk i prawie 20 razy więcej niż przeciętny Hindus. Warto jednak zauważyć, że w Chinach i Indiach mieszka obecnie więcej niż trzecia część ludności świata. Kraje te zużywają jedynie 13 proc. energii konsumowanej na świecie. Ale z uwagi na ogromny rozwój gospodarczy tych państw (gospodarka chińska poszerzyła się od 1980 r. czterokrotnie, a popyt na energię wzrósł o 400 proc.), zapotrzebowanie tych gospodarek na energię gwałtownie wzrasta.
Chiny i Indie są silnie zależne od węgla. Chiny produkują z niego 70 proc. komercyjnej energii, a Indie ponad 50 proc. Warto też pamiętać, że ok. 2 mld ludności na świecie nie ma nadal dostępu do sieciowej energii elektrycznej.
Według danych statystycznych, liczba ludności na Ziemi w latach 1850−1970 potroiła się, a zużycie energii wzrosło 12−krotnie. Ostatnie 40 lat to kolejny przyrost zaludnienia o przeszło 68 proc. Aż o 73 proc. wzrosło też zużycie paliw kopalnych. Według Urzędu Regulacji Energii, tempo zmian liczby mieszkańców w różnych regionach świata będzie również silnie zróżnicowane. Długoterminowe prognozy agend ONZ zakładają najmniejszy wzrost populacji w Ameryce Północnej i Europie, największy w rejonie Azji i Oceanii, od obecnego poziomu ok. 3,4 mld do 4,4 mld w 2025 roku i 4,8 mld w 2050. Dla krajów Unii Europejskiej przewiduje się stabilizację liczby mieszkańców już od 2010 roku. Po tym okresie możliwy jest nawet jej spadek z uwagi na przewidywane zjawiska migracji ekonomicznej.
W strukturze demograficznej istotną rolę dla rozwoju elektroenergetyki odgrywa stosunek liczby ludności zamieszkującej tereny miejskie i wiejskie. Przewiduje się, że udział mieszkańców wsi będzie się stale zmniejszał. Wzrośnie liczba wielkich aglomeracji miejskich. Obecnie w świecie jest 5 aglomeracji o liczbie mieszkańców przewyższającej 15 mln. Za 20 lat będzie ich o 10 więcej. Dotyczy to przede wszystkim krajów w transformacji i krajów rozwijających się. Należy się zatem spodziewać wzrostu zapotrzebowania na energię elektryczną w silnie skoncentrowanych rejonach, co będzie rzutować na rozwój technologii wytwarzania i przesyłania tej energii. Pojawiają się więc większe potrzeby i możliwości rozwoju systemów ciepła scentralizowanego, skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej oraz ciepła, a także przesyłania kablowego. To nieuniknione.
Paliwa kopalne, a zatem konwencjonalne źródła energii, zaspokajają zapotrzebowanie energetyczne świata od 75 do 85 proc. Przewiduje się, że w najbliższym ćwierćwieczu, a nawet później, będą nadal eksploatowane, gdyż uzależnione są od nich, współczesny transport lądowy, morski i powietrzny, przemysł (i to w znacznej części) oraz gospodarstwa domowe. Surowce te nadal też dominują w wytwarzaniu energii elektrycznej. Obecnie z paliw kopalnych pochodzi ok. 60 proc. produkcji elektryczności.
W krajach, gdzie myślenie proekologiczne jest obecne od dawna, postawiono na wykorzystanie alternatywnych źródeł energii. Południe Europy oraz regiony o wystarczającym poziomie promieniowania słonecznego korzystają z energii słonecznej uzyskiwanej z baterii umieszczanych na dachach budynków, korzysta się też z energii otrzymywanej z elektrowni wiatrowych.
Testowane są również rozwiązania znajdujące się często w fazie eksperymentu. Np. w Szkocji wybudowano elektrownię wykorzystującą energię fal morskich. Jej moc całkowita wynosi ok. 180 kW. Działa ona na zasadzie oscylującego słupa wody. Na wpół zanurzona, otwarta u dołu komora wypełniona jest do pewnej wysokości wodą, ponad którą znajduje się powietrze. Gdy fala przechodzi, podnosi się słup wody w komorze, co zmusza znajdujące się nad nim powietrze do przepływania na zewnątrz i do wewnątrz komory. Ten ruch powietrza napędza turbinę, połączoną z generatorem. Energia pływów w niewielu tylko miejscach jest opłacalna, więc elektrownie te cechują się znikomą rentownością.
Stawia się też na turbiny wodne, które z powodzeniem napędzają potężne generatory wielkich elektrowni wodnych, produkujących znaczne ilości energii elektrycznej. W niektórych krajach, przykładem jest Norwegia, większość energii wytwarzana jest właśnie w ten sposób. Wykorzystuje się także energię spadku masy wodnej (hydroenergia). Jest ona opłacalna w krajach dysponujących odpowiednimi warunkami terenowymi z dużymi różnicami wzniesień. Występują one w Norwegii, Szwecji, Szwajcarii oraz niektórych krajach Ameryki, jak: Meksyk, Brazylia czy Argentyna.
Jest jeszcze energia nuklearna. Przypomnijmy, w latach 50. wzbudziła wielkie nadzieje na rozwiązanie problemów energetycznych. Sądzono, że jej produkcja będzie wkrótce nieograniczona, tania, czysta i niegroźna. W 1956 r. angielska królowa Elżbieta II uruchomiła pierwszą brytyjską elektrownię atomową w Calder Hall, a w następnych latach w bogatszych krajach powstały setki reaktorów jądrowych, które, jak np. we Francji, dostarczają 75 proc. energii. Poważnym potencjałem energii z własnych elektrowni nuklearnych dysponują: Francja, Stany Zjednoczone, Wielka Brytania, Szwajcaria, Szwecja, Rosja, Ukraina, Litwa, Armenia.
Wyobraźmy sobie, że realizacja projektu Modelowe kompleksy agroenergetyczne…, zakładającego tworzenie tzw. układów kogeneracyjnych CHP w małej skali, możliwych do wdrożenia w indywidualnych gospodarstwach domowych, w małych przedsiębiorstwach czy w gospodarstwach rolnych, spowoduje utworzenie lokalnych gniazd energetycznych. Te dadzą się połączyć we wspólną sieć z wykorzystaniem np. nanoserwerów internetowych. Tego typu małe jednostki energetyczne mogą więc w przyszłości stać się polskim znakiem firmowym na europejskich i światowych rynkach. A takiej szansy nie wolno zmarnować.
ogólnopolski miesięcznik