10 doc dr inż. Stanisław KRAKOWIAK stanislawkrakowiak

Aktualne problemy elektryfikacji wsi i rolnictwa
doc dr inż. Stanisław KRAKOWIAK
[email protected]
POTRZEBY ENERGETYCZNE
POLSKICH WSI I ROLNICTWA
1. Wstęp
Współczesne gospodarstwa wiejskie zapotrzebowują duże ilości energii wykorzystywanej:
·
w domostwach – przy przygotowywaniu posiłków i w czynnościach higienicznych ludzi, przy ogrzewaniu i utrzymywaniu w czystości pomieszczeń a także
przy pracach umysłowych oraz w zaspokajaniu potrzeb wypoczynkowych
i kulturalnych mieszkańców;
·
w budynkach i obejściach gospodarskich – w umiejscowionych, rolniczych
procesach produkcyjnych jak też przy innych pracach gospodarskich oraz
·
w pracach polowych i w transporcie wewnętrznym i zewnętrznym ludzi i towarów.
Zużywana przy tym bezpośrednio energia użyteczna ma formę mechaniczną w napędach, ciepła – w urządzeniach grzejnych, światła – w lampach, krótkofalowego
promieniowania elektromagnetycznego – w aparatach telekomunikacyjnych, fal ultradźwiękowych – w kuchenkach itd. Źródłem tych form energii są nośniki energii
w postaci: paliw stałych i płynnych: ciekłych i gazowych oraz w coraz większym
stopniu energii elektrycznej, najbardziej uniwersalnego i wygodnego nośnika energii,
jaki może być najbardziej efektywnie, bezpiecznie dla otoczenia i stosunkowo łatwo
przetworzony na każdą użyteczną formę energii. O ile jeszcze w połowie ub.w. największy udział w pokrywaniu potrzeb energetycznych gospodarstw wiejskich miały:
·
w procesach grzejnych – paliwa stałe (drewno pozyskiwane w gospodarstwie
i w okolicznych lasach oraz zakupywane: węgiel i brykiety),
·
w transporcie i przy pracach polowych – ciekłe (zakupywane: ropa i benzyna
oraz żywa siła koni),
·
a w oświetleniu – nafta, o tyle do końca wieku zaszły zasadnicze zmiany w strukturze, a przede wszystkim w ilości tych potrzeb.
Przyczyną były rewolucyjne przemiany strukturalne i technologiczne w rolnictwie oraz skutki powszechnej elektryfikacji wsi wpływające na zasadniczą poprawę
warunków bytowania i pracy ludności wiejskiej. Z jednej strony mechanizacja i intensyfikacja produkcji rolniczej, a z drugiej elektryfikacja gospodarstw domowych dzięki
powszechnej dostępności energii elektrycznej i wreszcie pojawienie się możliwości
korzystania z gazu butlowego i przewodowego oraz rozbudowa sieci zaopatrzenia
w paliwa płynne stworzyło szczególne warunki rozwoju potrzeb energetycznych, które
wciąż jeszcze rosną, wymagając zwiększonych dostaw paliw i energii elektrycznej na
obszary wiejskie naszego kraju.
10
Aktualne problemy elektryfikacji wsi i rolnictwa
2. Obecny stan potrzeb
Samobieżne maszyny rolnicze i transport w obrębie gospodarstw a także transport
zewnętrzny, ciężarowy i osobowy pracują z reguły na paliwach płynnych (ropa naftowa, benzyna i w niewielkiej mierze biopaliwo), jakie nie mają – jak dotąd – konkurenta. Przewiduje się jedynie większego udziału biopaliw, jeśli tylko nowe technologie
wytwarzania spowodują obniżkę ich ceny.
Co do urządzeń grzejnych i ogrzewczych w wiejskich domostwach i w rolnictwie,
to dotąd stosowano je głównie w wykonaniu na paliwa stałe. Dopiero w ostatnich
latach ubiegłego wieku zaczęto powszechniej korzystać z o wiele wygodniejszych
w użytkowaniu kuchenek, piecyków i kotłów gazowych. Początkowo nabywano do
tego celu gaz propan-butan w butlach przechodząc na gaz ziemny w miarę rozbudowy
w niektórych rejonach kraju sieci gazowniczych. Wobec rozwijającej się gazyfikacji
terenów wiejskich należy się spodziewać szybkiego wzrostu w najbliższym okresie
zapotrzebowania na bardzo pożądany gaz sieciowy przy jednoczesnym, zdecydowanym zaniechaniu zakupu węgla i również w pewnej mierze drewna opałowego.
W innych przypadkach potrzeb energetycznych jako wyłączny w jednych albo
bezkonkurencyjny w pozostałych nośnik energii występuje powszechnie energia
elektryczna. Dotyczy to oświetlenia, napędu umiejscowionych maszyn rolniczych,
niektórych produkcyjnych urządzeń grzejnych oraz całej gamy urządzeń i aparatów
gospodarstwa domowego, aparatów telekomunikacyjnych, sprzętu komputerowego,
instalacji automatyki domowej itd.
Wieś i rolnictwo są już bogato wyposażone w różnorakie odbiorniki elektryczne,
których użytkowanie doprowadziło do takich zmian w życiu ludności wiejskiej i w technikach rolniczych, że już nie do pomyślenia jest pozbawienie zelektryfikowanych
w ponad 99% gospodarstwach wiejskich w całym kraju regularnej dostawy energii
elektrycznej w potrzebnej ilości i o właściwych parametrach. A trzeba się liczyć
z ciągłym wzrostem tych potrzeb. Miarą ich może być fakt, iż w krajach o wysokorozwiniętej gospodarce rolniczej i ogólnej cywilizacji, położonych w podobnej do
polskiej strefie klimatycznej zużycie energii elektrycznej przez gospodarstwa rolnicze sięga 1 000 kWh/ha użytków rolnych, tj. osiąga poziom ponad 3-krotnie wyższy
niż średni w naszym kraju.
W latach 80. ub.w. były prowadzone przez powołany doraźnie w SGGW zespół
fachowców energetyków i rolników, na wyrażone przez Komitet Energetyki PAN życzenie, prace prognostyczne dla zorientowania się w przewidywanym w przyszłości
rozwoju potrzeb energetycznych wsi i rolnictwa. Podstawą takiej prognozy były wyniki szczegółowych badań zapotrzebowania paliw i energii w modelowych gospodarstwach rolniczych różnej specjalności, uwzględniających aktualne i przyszłe technologie produkcji oraz w wiejskich gospodarstwach domowych o różnym wyposażeniu
w zmechanizowane aparaty i urządzenia. Takie podejście dało możność szacować
potrzeby energetyczne w różnych warunkach produkcyjnych rolnictwa i różnym stanie
zamożności ludności wiejskiej. Chcąc sprawdzić prawidłowość takiego postępowania wyliczono aktualne potrzeby paliw i energii elektrycznej a wyniki porównano
z danymi statystycznymi. Po stosownych korektach oszacowano na podstawie uzyskanych wskaźników zapotrzebowywane rocznie ilości energii na poziomie użytkowania przez wieś i rolnictwo w skali całego kraju w okresie bezpośrednio po wojnie
Nr 153
11
Aktualne problemy elektryfikacji wsi i rolnictwa
i dla perspektywy połowy przyszłego stulecia. Oczywiście są to tylko dane orientacyjne. Wyniki tych wyliczeń przedstawiono na poniższych wykresach. Powierzchnia figur
odpowiada ilości zapotrzebowywanej energii na poziomie użytkowania, a wycinki –
przewidywane pokrycie tych potrzeb przez dostarczone nośniki energii.
energia elektryczna
paliwa gazowe
paliwa ciekłe
paliwa stałe
wodór
Lata 50. XX w.
Lata 80. XX w.
Prognoza na połowę XXI w.
3. Korzyści z energii elektrycznej
Energia elektryczna ma jako nośnik energii wyjątkowe cechy, które pozwalają na
konstruowanie maszyn, aparatów i urządzeń zasilanych tą energią o szczególnie
zwartej budowie, stosunkowo małych wymiarach i ciężarze, w całej gamie typów od
bardzo małych do bardzo dużych, łatwych w obsłudze i eksploatacji, przystosowalnych do sterowania zdalnego, jak też do pracy samoczynnej, pewnych w działaniu,
bezpiecznych i przyjaznych dla otoczenia a przy tym mogących przekazywać energię
użyteczną w każdej przydatnej formie: mechanicznej, cieplnej, promienistej lub jeszcze
innej. Energia elektryczna ma tylko jedną wadę w konkurencji z innymi nośnikami
energii, że jest stosunkowo droga.
Wymienione cechy mają szczególne znaczenie również w rolnictwie pozwalając
na korzystne rozwiązanie różnych problemów we wprowadzaniu nowych technologii
produkcyjnych we wszystkich działach gospodarki rolniczej, dzięki czemu można też
oddziaływać bezpośrednio na procesy biologiczne w produkcji zwierzęcej i roślinnej.
Nie dość podkreślać, jak duże znaczenie mają urządzenia elektryczne w wiejskich
gospodarstwach domowych. Elektryczne hydrofory rozwiązują problem zaopatrzenia
w wodę. Elektryczny sprzęt i urządzenia kuchenne odciążają w przełomowy sposób
kobiety od wielce uciążliwych i absorbujących, codziennych prac. Nie do przecenienia są korzyści z oświetlenia elektrycznego domostw i podwórzy. Cenne są też ogrzewacze elektryczne dla stworzenia większego komfortu przebywania w domu, m.in.
ogrzewacze akumulacyjne, pozwalające magazynować ciepło do wykorzystania doraźnie w chłodnych porach dnia w okresach złej pogody; ogrzewanie całodobowe
w porze jesienno-zimowej, chociaż bardzo pożądane, nie jest konkurencyjne do innych rozwiązań ze względu na wysokie koszty eksploatacji.
Szczególne znaczenie mają w gospodarstwach wiejskich komputery i łącza satelitarne, gdyż służą dużą pomocą w pracach biurowych przy prowadzeniu gospodarstwa
i kontaktach zewnętrznych a aparaty multimedialne rozszerzają horyzonty poznania
i umożliwiają ciągłe dokształcanie się oraz oczywiście doznawania pełni życia kulturalnego i łączności ze światem, a wreszcie godziwego spędzania godzin wypoczynku.
12
Aktualne problemy elektryfikacji wsi i rolnictwa
Dzięki wymienionym urządzeniom życie na wsi zbliża się do warunków zaznawanych w miastach. Na koniec warte podkreślenia są też urządzenia elektryczne
zabezpieczające przed pożarem, włamaniem i innymi nieszczęśliwymi wypadkami.
4. Koszty i oszczędności energii
Koszty zakupu paliw i energii elektrycznej stanowią znaczącą pozycję w bilansach gospodarstw domowych i w sumie kosztów produkcji rolniczej, tym większą im
jest ona nowocześniejsza i bardziej zmechanizowana. A trzeba mieć na względzie, że
ceny tych nośników energii będą wzrastać: paliw płynnych – wobec coraz trudniejszych warunków ich pozyskania a energii elektrycznej – ze względu na wysokie
koszty eksploatacyjne rozległej, elektroenergetycznej sieci wiejskiej.
Wprawdzie rosnące zużycie energii powinno powodować obniżenie jej ceny, jako
że koszty dostawy energii elektrycznej są na terenach wiejskich w ponad 60% pochodne od kosztów stałych eksploatacji sieci rozdzielczej (odpisy amortyzacyjne
i koszty obsługi), a więc ich udział w cenie jednostkowej energii wypadnie mniejszy,
a z drugiej strony rozbudowa energetyki atomowej wpłynie niewątpliwie na obniżenie kosztów wytwarzania, ale to będzie odczuwalne dopiero w dalszych latach.
Jest oczywiste, że w opisanej sytuacji ujawnia się dążenie do oszczędności paliw
i energii oraz do wykorzystania lokalnych źródeł energii. Co do oszczędności energii
elektrycznej, to główne możliwości polegają na wykluczeniu pracy jałowej odbiorników, a więc na wyłączaniu zbędnego oświetlenia i biegu luzem maszyn, nagrzewania
nadmiernej ilości wody, zbędnej wentylacji, niepracujących komputerów itp. Duże
znaczenie ma korzystanie z urządzeń o zbyt dużej mocy, a przede wszystkim silników,
gdyż pracują one wtedy z bardzo małą sprawnością i zużywają zbędną energię. Wypada też zwrócić uwagę na fakt, iż konstruktorzy wielu aparatów domowych, takich
jak lampy, chłodziarki, pralki automatyczne, odkurzacze itp., mając na uwadze oszczędność energii opracowali nowe, energooszczędne ich typy, co znacząco obniża zużycie
energii.
Jeśli zaś chodzi o lokalne źródła energii, to w grę wchodzą instalacje solarne, stacje
biogazowe i pompy ciepła. Wszystkie one są źródłami ciepła i konkurują z grzejnymi
urządzeniami elektrycznymi, które są kosztowne w zastosowaniu, gdyż zużywają
duże ilości kosztownej energii elektrycznej. Trzeba jednakże mieć na uwadze, że
wprawdzie wymienione źródła wykorzystują energię pierwotną, bezpłatną ale zawsze
wymagają one pewnej, wcale nie taniej inwestycji; w rezultacie energia z tych źródeł
kosztuje i należy każdorazowo sprawdzić ich użyteczność i opłacalność. Wypada od
razu przestrzec przed przesadnym traktowaniem tych możliwości uzyskiwania dodatkowej energii.
Na miejscu będzie omówić problem możliwości budowy przez gospodarstwa
wiejskie małych elektrowni wodnych i wiatrowych i zdecydowanie stwierdzić, że jest
to niecelowe. Elektrownie wiatrowe wytwarzają energię tylko, gdy wieje wiatr i to
z określoną prędkością a wodne, gdy płynie woda z odpowiednią intensywnością.
Tymczasem energii elektrycznej nie można magazynować w znaczących ilościach,
musi być więc ona dostarczana w każdej chwili jej zapotrzebowania w potrzebnej
ilości. Poza tym jest trudna do rozwiązania sprawa parametrów uzyskiwanej energii.
Jedyna rozsądna możliwość to budowa takich elektrowni o dużej mocy, przyłączoNr 153
13
Aktualne problemy elektryfikacji wsi i rolnictwa
nych do systemu elektroenergetycznego zasilającego dużą liczbę odbiorców. Są to
jednak duże i bardzo kosztowne inwestycje.
W grę mogłyby tylko wchodzić indywidualne zespoły prądotwórcze z silnikami
spalinowymi. Są one produkowane różnych typów i mocy a nawet zalecane jako rezerwowe w gospodarstwach rolniczych, ponoszących znaczące straty z powodu
przerw w zasilaniu z sieci trwających dłużej niż 4 godz. (przed tym nie chronią zakłady energetyczne), ale jako wyłączne źródło energii elektrycznej są uciążliwe a przede
wszystkim nazbyt drogie w eksploatacji.
5. Lokalne źródła energii
Instalacje solarne (wykorzystujące ciepło promieniowania słonecznego) stosowane są przede wszystkim do grzania wody użytkowej a rzadziej do ogrzewania budynków i suszenia siana w składach. Instalacje te muszą być rezerwowane przez grzejniki
elektryczne, załączane w dni pochmurne lub zimne. Spotyka się je najczęściej w wykonaniu niskotemperaturowych, płaskich kolektorów słonecznych, wodnych, w połączeniu z izolowanym cieplnie zbiornikiem wody ciepłej.
Aby instalacje te były efektywne i opłacalne, muszą spełniać kilka warunków.
Muszą być tanie, o możliwie prostej konstrukcji, odporne na uszkodzenia i działać samoczynnie. Do grzania wody w zbiorniku przydatne są kolektory w płytkich skrzynkach
(mogą być drewniane) izolowanych cieplnie i szczelnych, o modułowych rozmiarach,
bo mogą być zestawiane w baterie, na dnie których ułożony jest absorber płytowy,
najlepiej z czarnego plastyku z wtopionymi rurkami osadzonymi obustronnie w rurowych wyprowadzeniach. Kolektor osłonięty musi być osadzoną szczelnie, pojedynczą (może być podwójna w kolektorach pracujących zimą), grubą szybą, spolaryzowaną dla zwiększenia efektu cieplarnianego.
Kolektory takie układane są zwykle na spadzistych ku południu dachach budynków,
w których umieszczony jest izolowany cieplnie zbiornik wody ciepłej z wymiennikiem ciepła i grzałką elektryczną. Absorbery w kolektorach połączone są z wymiennikiem ciepła w zbiorniku wody użytkowej przewodami tworząc obwód zamknięty,
wyposażony w małą pompę elektryczną i zaopatrzony w zawory: zwrotny, spustowy
i odcinający oraz w dwa czujniki temperatury na wylocie z kolektora i przy zbiorniku
wody. Praca instalacji jest zautomatyzowana w uzależnieniu od różnicy wskazań
temperatury obu czujników. Jeśli temperatura wody w kolektorze jest wyższa od temperatury wody w zbiorniku, pompa jest załączona a grzejnik elektryczny wyłączony;
przy odwrotnej różnicy temperatur pompa zostaje wyłączona a załączony grzejnik
elektryczny.
Wykorzystanie ogrzewania powietrza przez słońce do suszenia siana w składzie
polega zwykle na tworzeniu kanałów powietrznych przy nasłonecznionej ścianie
składu, przez które to kanały tłoczone jest powietrze do sterty siana. Poprawia to
w znacznym stopniu warunki suszenia nawet przy kilkustopniowym podgrzaniu
świeżego powietrza.
Wytwórnie biogazu są nie tylko opłacalne dzięki zyskiwaniu cennego paliwa gazowego i równie cennego nawozu ale też szczególnie pożądane w gospodarstwach
hodowlanych z dużymi fermami bydła i trzody chlewnej dla niezbędnej utylizacji
odchodów. Jednakże wymaga to dużej inwestycji budowy wielokomorowego zbior14
Aktualne problemy elektryfikacji wsi i rolnictwa
nika ziemnego zwierzęcych odchodów i uzyskanego nawozu suchego, jak też stosownej instalacji rurowej, pomp i zgarniaczy gnoju, mieszalni gnojowicy i uzdatniania
nawozu a wreszcie zbiornika gazu. Może to być opłacalne tylko w dużych gospodarstwach ale też i efekty są znaczące. Uzyskiwany gaz powinien być wykorzystywany
w całości w procesach grzejnych w produkcji i w gospodarstwie domowym, w tym też
w instalacji centralnego ogrzewania domostw.
Do lokalnych źródeł ciepła należą też pompy ciepła, których zasada działania jest
odwrotna do chłodziarek ale konstrukcja bardziej skomplikowana i koszt zakupu
większy. W gospodarstwach wiejskich traci się dużo ciepła, np. przy schładzaniu
mleka i innych produktów, a można je za pośrednictwem pomp i wymienników ciepła
doprowadzić do zbiorników ciepłej wody i kotłów. Pompy takie pozwalają też wykorzystać ciepło pobierane z pobliskich stawów lub innych zbiorników wodnych
a nawet z sieci rur powietrznych pod niezagospodarowanymi terenami a także z instalacji solarnych, działając jak swoisty „transformator temperatury”. Są to jednak urządzenia dość złożone i wymagają starannej opieki, choć działają samoczynnie.
6. Rachunek inwestycyjny
Uwzględniając omówione wyżej okoliczności, dobór nośników energii powinien
opierać się na rachunku ekonomicznym, a dokładniej na rachunku inwestycyjnym.
Jest to jednak w przypadku konkretnego gospodarstwa bardzo trudne z wielu
przyczyn, zwłaszcza z braku danych co do przewidywanych zmian w gospodarstwie
oraz cen nośników energii i urządzeń a także przyszłościowej sytuacji gospodarczej
kraju; trzeba by prowadzić rachunki dla różnych wariantów, co wymagałoby badań,
przekraczających możliwości przeciętnego doradcy.
Rachunek inwestycyjny operuje wskaźnikiem strumienia kosztów i dochodów
przewidywanych w całym okresie eksploatacji, sprowadzonych rachunkiem dyskonta
do roku dokonania inwestycji. Dla inwestycji energetycznych chodzi nie tylko o koszty
zakupu ale też obsługi i napraw urządzeń a po stronie zysków o uzyskane i wykorzystane nośniki energii. Można przy tym w rezultacie operować syntetycznym stosunkiem wymienionych kosztów do ilości uzyskanej energii, wyrażonym na przykład
w zł/kWh i uznać jako najkorzystniejszy wariant rozwiązania, dla którego wskaźnik
ten wypada najmniejszy.
Takie podejście wymaga nie tylko dokładnego rozeznania sytuacji ale też przyjęcia szeregu założeń i dokonania wariantowych rachunków. Może to mieć sens tylko
przy prowadzeniu badań na opracowanych modelach gospodarstw dla wysunięcia
uogólnionych wniosków. Badania takie i rachunki były prowadzone w latach 80. ub.w.
w SGGW. Ich wyniki nie mogą być oczywiście miarodajne dla obecnych warunków
gospodarczych choć dają pewne wyobrażenie o problemie, co wykorzystano w przedstawionym omówieniu.
7. Wnioski końcowe
Jak wynika z powyższego omówienia, energia elektryczna stała się jednym
z podstawowych czynników utrzymania i dalszego rozwoju życia gospodarczego
i społecznego na terenach wiejskich. Energia ta może być dostarczana odbiorcom na
tych terenach w potrzebnej ilości i o właściwej jakości tylko za pośrednictwem
Nr 153
15
Aktualne problemy elektryfikacji wsi i rolnictwa
wiejskich sieci rozdzielczych wysokiego i niskiego napięcia z krajowego systemu
wytwórczego.
Wiejskie sieci elektroenergetyczne zostały pobudowane w ramach powszechnej
elektryfikacji wsi i osiedli na terenie całego kraju w okresie 25 lat powojennych
dużym nakładem sił i środków, w blisko 70% z opłat elektryfikacyjnych ludności
wiejskiej i pełnią nadal swoją rolę, ale wymagają odnowy i modernizacji. Inwestycje
te, wymagające wielomiliardowych nakładów, zostały w ostatnim okresie zaniedbane
a muszą być pilnie podjęte w pełnym zakresie potrzeb, bo zakres ten szybko wzrasta.
Nie do pomyślenia jest pozostawienie tego problemu do rozwiązania przez samych odbiorców. Być może w odległej, bliżej nieokreślonej perspektywie, gdy rozwinie się energetyka atomowa i upowszechni wodór jako uniwersalne paliwo, pojawią
się też ogniwa paliwowe jako indywidualne źródła energii elektrycznej, które będą
mogły być zastosowane również w gospodarstwach wiejskich, ale nie wydaje się, by
i wtedy rozwiązanie takie mogło się upowszechnić jako celowe i opłacalne.
CZYTAJ NA STRONIE:
16