Dlaczego w Polsce nie mamy biometanu

Zdjęcie: biometan

Biometan (zawiera ponad 95% metanu) to oczyszczony do standardu gazu wysokometanowego biogaz (zawiera 50-60% metanu, 25-40% CO₂ i inne dodatkowe związki powstałe w procesie fermentacji).

Biometanownia to biogazownia z odpowiednią instalacją oczyszczania biogazu do biometanu. Uproszczone przeliczenie biogazu na biometan to 1 m³ biogazu = 0,6 m³ biometanu. Biogazownia, przynajmniej w Polsce, to zakład przetwarzający odpady w którym powstaje biogaz, który to produkt spalany jest w agregatach dzięki czemu powstaje energia elektryczna i ciepło.

W biometanowni o ile pominiemy produkcję na potrzeby samego zakładu nie produkuje się energii elektrycznej i cieplnej tylko wytworzony gaz wprowadza się do sieci gazowej, spręża (bioCNG) lub skrapla (bioLNG). Co oznacza, iż energia elektryczna jest do takiego zakładu dostarczana a nie wyprowadzana z niego do sieci. Do sieci tyle, iż gazowej trafia biometan.

Terminal LNG w biogazowniach

17 lat temu w odpowiedzi na mający powstać terminal LNG w Świnoujściu zostało zaordynowane hasło jakie było rozpowszechniane w rzeczywistości medialnej i rzeczywistej czyli „zamiast terminala LNG biogazownia w każdej gminie”, po roku może półtora zostało „biogazownia w każdej gminie”. Gmin to słyszał i szeroko się uśmiechnął.

Terminal LNG miał, w myśl ówczesnych planów, rocznie dostarczać 5 mld m³ metanu. 2000 biogazowni zgodnie z planem miało dawać tyleż samo biogazu aby w przeliczeniu na gaz wysokometanowy dostarczać do systemu gazowego tyle co terminal LNG. Oznaczałoby to średnio jedna biogazownia powinna produkować 500 m³ biogazu na godzinę co po przeliczeniu na biometan dawałoby około 300 m³/h.

Posługując się statystykami z niemieckiego rynku biogazu na którym jest w tej chwili ca. 11 500 biogazowni wytwarzających ca. 8,5 mld m³ biogazu rocznie (co odpowiada niemalże dokładnie 5 mld m3 gazu ziemnego) czyli średnio 1 niemiecka biogazownia wytwarza 740 tys m³ rocznie co oznacza 90 m³/h. Przeliczając średnią godzinową produkcję z biogazu na biometan otrzymujemy ca. 55 m³/h. Oznacza to tyle, iż w Polsce obiekty aby biogazownie zastąpiły terminal LNG musiałyby być ca. 6 krotnie większe od niemieckich.

Plan budowy 2000 biogazowni czy może biometanowni w ciągu 8 lat, czas w jakim wybudowano terminal LNG, był ambitny tylko nierealny.

Jest potencjał, są zespoły robocze, tylko biometanu nie ma

Jak to prześmiewczo ujął na jednej z konferencji branżowych, szef jednego ze stowarzyszeń biogazu i biometanu „w Europie są pod wrażeniem naszych planów, tego jaki mamy potencjał, tego iż mamy zespoły robocze utworzone przez ministerstwo, mamy rządowe Niezrozumienie na rzecz biometanu itd. są także pod wrażeniem jak faktycznie niczego nie możemy zbudować”. Jak wypadamy jako Polska na tle wybranych państw obrazuje wykres 1 ilustrujący procent biogazu i biometanu w stosunku co całkowitej konsumpcji gazu w danym kraju.

Wykres 1, dane European Biogas Assosation

W Polsce praktycznie nie produkuje się w tej chwili biometanu, w stosunku do potencjału także produkcja biogazu jest na homeopatycznym poziomie. Jak to wygląda w UE jako całości ilustruje wykres 2.

Wykres 2, dane European Biogas Assosation

W celu zapewnienia porównywalności produkcji biogazu i biometanu, z wykresu 2, produkcję biogazu przeliczono na biometan i przedstawiono na wykresie 3

Wykres 3, obliczenia własne na podstawie EBA

Jeżeli sprowadzimy biogaz i biometan do wspólnego mianownika, okaże się iż w tej chwili biometan stanowi prawie 50% produkcji biogazu i z każdym rokiem ten wskaźnik będzie wzrastał.

Jak działają zasady dynamiki w procesie ustawodawczym

Postępująca w latach 70-tych rywalizacja na rynkach międzynarodowych przyspieszona przez kryzys naftowy była pierwszym krokiem do czegoś co dziś nazywamy globalizacją. Prof. Uniwersytetu Harvarda Michael Porter zauważył, iż analiza otoczenia konkurencyjnego jest kluczowa dla strategii biznesowych. Przedstawił model pięciu sił (te siły to: rywalizacja wewnątrz branży, groźba wejścia nowych podmiotów, siła przetargowa dostawców, siła przetargowa nabywców, zagrożenie ze strony substytutów), który pozwala na zrozumienie wpływu różnych czynników na konkurencyjność branży.

Do działań ludzkich prawa fizyki także mają zastosowanie. I zasada dynamiki Newtona mówi , iż ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym, jeżeli nie działa na nie żadna siła lub siły działające równoważą się. Innymi słowy, ciało opiera się zmianie swojego stanu ruchu. Podobnie rzecz ma się w gospodarce.

Przeprowadzając dogłębną analizę pięciu sił Portera można zrozumieć komu nie zależy na rozwoju branży biometanu i przez kogo może być ona postrzegana jako zagrożenie. o ile dodatkowo przypiszemy do w tej chwili funkcjonujących i konkurencyjnych podmiotów na rynku OZE atrybucję pieniądza (jakimi środkami obracają konkurenci i jakie mają marże), koncentracji (jak silnie skoncentrowana jest dana branża konkurencyjna), stopnia skomplikowania procesu inwestycyjnego oraz bieżącej operacyjnej obsługi w połączeniu z potencjałem rynku liczonego w możliwych do wybudowania megawatach mocy, to zrozumiemy różnicę pomiędzy segmentami rynku OZE – biometanem, biopaliwami, fotowoltaiką i wiatrem.

Podmioty traktujące biometan jako zagrożenie bardzo dobrze w minionych latach po stronie regulacji wcielały w życie maksymę rzymskiego wodza, dowodzącego wojskami Rzymu w II wojnie punickiej, Fabiusza Maksimusa (przydomek Cunctator czyli zwlekający). Cunctando rem restituere czyli ratować sytuację zwlekaniem.

Poczekamy, zobaczymy

Prawdopodobnie wszyscy Czytelnicy słyszeli o tzw. „ustawie wiatrakowej” lub „ustawie 10H”, która w 2016 r. zablokowała dynamiczny rozwój elektrowni wiatrowych na lądzie. Branża elektrowni wiatrowych po ustawie 10H, rozwijała się tyle iż wolniej. Na koniec 2015 r. zainstalowanych było 5 000 MW a na koniec 2024 r. 10 200 MW czyli już przed 2016 rokiem budowano elektrownie wiatrowe i pracowano nad procesem inwestycyjnym nowych lokalizacji.

Prosta analiza branży wiatrakowej pod kątem pieniądza (ogromne inwestycje, zacne marże), koncentracji (silna koncentracja, duże projekty liczone w setkach milionów i miliardach PLN), konkurencji (silnie rozproszony rynek PV oraz biomasa spalana w kotłach), stopnia skomplikowania bieżącej obsługi działającej danej inwestycji (tylko okresowy serwis urządzeń) czy stopnia jej rozwoju - zrozumiemy różnicę z nieistniejącą de facto (nie ma jeszcze biometanowni przyłączonej do sieci gazowej) branżą biometanową.

Cena gwarantowana dla biometanowni o mocy do 1 MW jaka została wyznaczona w 2023 r. kilka faktycznie zmieniła, (poniżej omawiany jest efekt skali i różnice wielkości między biogazowniami a biometanowniami).

Branża biometanowa czekała dokładnie tak jak branża wiatrakowa na swoją ustawę przez 10 lat i jest czymś bardzo symbolicznym, iż przepisy pozwalające budować (de facto od zera) rynek biometanu i przyspieszające rozwój młodego rynku elektrowni wiatrowych na lądzie znalazły się w jednej ustawie.

Wykres 4, dane PSE

Biometanownia to podwójna korzyść

Pomijając regulacje to sektor biogazu i biometanu spotyka się z dwoma głównymi ograniczeniami związanymi z infrastrukturą sieciową – biogazownie mają problem z oddawaniem energii elektrycznej do dystrybucyjnej sieci elektroenergetycznej a biometanownie mają problem z oddawaniem biometanu do dystrybucyjnej sieci gazowej. Dodatkowym problemem dla biogazowni jest zagospodarowanie ciepła wytwarzanego w procesie produkcji energii elektrycznej o czym za chwilę.

Pewnym rozwiązaniem chociaż za każdym razem do indywidualnego przeanalizowania jest wybudowanie biogazowni z modułem oczyszczającym część strumienia biogaz do standardów biometanu. Oznacza to iż dany obiekt produkowałby biogaz i biometan, z biogazu powstawałaby energia elektryczna i ciepło a biometan byłby wprowadzany do sieci gazowej.

Optymalizacja produkcji odbywałaby się na poziomie bieżącego operacyjnego zarządzania obiektem – chłonnością sieci gazowej, bieżącymi ograniczeniami sieci elektroenergetycznej (i wysokością cen za energię na giełdzie) oraz cyklicznością popytu na energię elektryczną czy ciepło.

Takie działanie wymagałoby ustalenia z OSDg innych niż w tej chwili funkcjonują bieżących warunków współpracy (oznaczania chłonności sieci gazowej na danym obszarze w bieżącym trybie). Wtedy też zbiorniki balonowe na biogaz mogły uzyskać dodatkową funkcjonalność w uelastycznianiu pracy całej instalacji.

W myśl znajdujących się w tej chwili w Sejmie przepisów procedowanej ustawy podmioty startujące w aukcji dostawy na biometan, będą musiały dostarczyć minimum 65% wolumenu do jakiego się zobowiążą w trakcie aukcji. Daje to możliwość wykorzystania pewnej elastyczności do produkcji energii elektrycznej w czasie kiedy jej cena będzie odpowiednio wysoka.

W takim wariancie ważne będzie aby uzgodnić z operatorem gazowego systemu dystrybucyjnego nie tylko możliwość odbioru biometanu przez system w trybie godzinowym, ale także dobowym (ilość gazu wprowadzonego do sieci w ciągu doby nie jest tylko prostym przemnożeniem zapisanych w warunkach możliwości godzinowych przez 24 h).

Uzgodnić należy także procedurę szybkiej wymiany informacji o bieżącej chłonności danego obszaru gazowego czyli możliwości oddawania biometanu do systemu. Takie działanie będzie szczególnie ważne w miesiącach występowania szczególnie ograniczonej chłonności sieci gazowej czyli od maja do września oraz ograniczonej chłonności sieci elektroenergetycznej (słoneczne dni oraz soboty, niedziele i święta w czasie ciepłych miesięcy)

Od strony lokalizacji inwestycji w tej chwili funkcjonujące biogazownie są potencjalnie ciekawymi obiektami do rozwoju pod kątem wytwarzania biometanu. Mamy tutaj kilka aspektów:

1. lokalne społeczności nie będą co do zasady protestowały (znają już ten rodzaj obiektu gdyż ) przeciwko rozbudowie biogazowni
2. został wytworzony pewien lokalny rynek substratu, który można dalej rozwijać
3. zmieniły się i zmieniają się w tej chwili (ustawa „wiatrakowa” w sejmie – 05.2025 r.) przepisy dotyczące ułatwień w budowie biogazowni i biometanowni
4. są już operatorzy (pracownicy) w biogazowni, którzy wiedzą jak ją obsługiwać
5. przyłącze elektroenergetyczne już istnieje
6. wyzwaniem może być przyłączenie do sieci gazowej

Biogazownie po okresie wsparcia

Pierwsze biogazownie zaczęły powstawać i korzystać ze wsparcia państwa 13-15 lat temu. Niedługo zacznie kończyć się okres w jakim będą mogły korzystać z pomocy publicznej.

Jakie są przed nimi opcje:

1. Rozszerzenie produkcji i częściowa lub całkowita konwersja na biometan
2. Dostawienie magazynów energii o ile są pozbawione elastyczności
3. Dostawienie nowego źródła wytwórczego energii elektrycznej – ale trzeba uzyskać warunki. Najprawdopodobniej uzyskanie nowych warunków na większości terenów będzie trudne, niemożliwe lub obwarowane wieloma zastrzeżeniami
4. Jeżeli w odpowiedniej odległości znajduje się klient (lokalna ciepłownia, szklarnia, zakład produkcyjny) na ciepło budowa ciepłociągu – tutaj wyzwaniem będzie cykliczność odbioru ciepła przez klienta/ klientów

Każda z powyższych opcji łączy się niestety z koniecznością poniesienia nakładów inwestycyjnymi, ale daje możliwość pozyskiwania odpowiednich strumieni gotówki.

Ile się zmieści w sieci

Jeżeli biometanownia otrzymuje od operatora systemu dystrybucyjnego gazowego warunki przyłączenia w których jest zapisane, iż w zimie może oddać do systemu np. 800 m3/h ale w lato tylko 100 m3/h to należy rozumieć co do zasady, iż te 100 m3/h to był minimalny godzinowy odbiór, który może być i będzie przez zdecydowaną większość godzin „sezonu niskiej chłonności” wyższy.

Służby dyspozytorskie operatorów co do zasady cechują się dużą ostrożnością przy wydawaniu warunków przyłączeń (dla nich jest to zobowiązanie, które o ile przełoży się w umowę przyłączeniową będzie wymagalne przez wiele lat o ile nie dziesięcioleci a oni odpowiadają za bezpieczeństwo eksploatacji sieci) o czym warto pamiętać.

O ile w przypadku biogazowni OSDe zaczynają od zgłaszających się po warunki inwestorów żądać przerw w dostawach w momentach dużego nasłonecznienia rzędu 8, 10 12 godzin na dobę o tyle w przypadku dystrybucyjnego systemu gazowego poszczególne godziny nie mają już takiego znaczenia.

Znaczenie mają miesiące czyli czy jest czy nie sezon grzewczy w czas którego kilkukrotnie rośnie przepływ gazu przez dany obszar sieci gazowej zwiększając tym samym możliwość przyjęcia.

Na wykresie 5 przedstawiono procent obszarów dystrybucji jakie są zasilane przez Gaz System , które mogą w okresie niskiej chłonności przyjąć poniżej 200 m³/h (82-87% obszarów dystrybucyjnych nie przyjmie więcej niż 200 m³/h, 84-94% obszarów nie przyjmie więcej niż 400 m³/h, 87-96% obszarów dystrybucyjnych przyjmie pomiędzy 400 a 1000 m³/h.

Wykres 5, Źródło: Gaz System, www.gaz-system.pl

Duża biometanownia mała biogazownia

Efekt skali jaki występuje w przypadku biogazowni i biometanowni został opisany w poprzednim artykule dotyczącym biogazu. Jak duże budowane są biogazowni i biometanownie w UE najlepiej ilustruje wykres 6.

Wykres 6, dane European Biogas Assosation

Średnia biometanownia wytwarza ca. 350% ilości gazu biogazowni. Gdybyśmy przeliczyli biogaz na biometan czyli sprowadzili do wspólnego mianownika to średnia produkcja biometanowni to 600-700% produkcji średniej biogazowni.

Wykres 7, obliczenia własne dane EBA

Jeżeli złożymy wykres 5 i wykres 6 zrozumiemy, iż ok. 90% istniejącej gazowej sieci dystrybucyjnej nie nadaje się do przyłączenia biometanowni na w tej chwili określonych zasadach funkcjonowania, stanie rozwoju i nieostrych planach udrożnienia gazowej sieci dystrybucyjnej.

Co zrobić z tym ciepłem

Biogazownia wytwarzająca gaz z odpadów wykorzystuje go do produkcji energii elektrycznej i ciepła, to dwa czynniki powodują zasadnicze ograniczenie dla szerszego zastosowania tej technologii. W przypadku stałego oddawania do sieci elektroenergetycznej większych (jak na tego typu zakład) mocy rzędu 2, 4 czy 6 MW zaczynają powstawać dodatkowe komplikacje.

Sieci średnich napięć szczególnie w okresach słonecznych a zwłaszcza w okresach słonecznych i wietrznych będą miały problem z zagospodarowaniem takiej mocy. Nieefektywne jest też wykorzystywanie dużych zbiorników na biogaz w przypadku gdyby sieć nie mogła przyjąć odpowiedniej ilości energii elektrycznej przez 6, 8 czy 10 godzin. Jednakże najważniejsze i stanowiące największy problem jest ciepło jakie powstaje w wyniku pracy agregatu, które należy zagospodarować.

Na terenach gmin wiejskich czy też wiejsko-miejskich zagospodarowanie w okresie letnim 3 czy 5 MW energii cieplej jest zadaniem karkołomnym. Wystarczy sobie uświadomić, iż dla takich miast jak Zgierz (53 tys mieszkańców) czy Zamość (57 tys mieszkańców) zapotrzebowanie na ciepło w lecie (wytwarzanie ciepłej wody użytkowej) to 4,5 – 5 MW.

Teoretycznie odbiorcą ciepła mógłby być przemysł, jednakże małe miasta, które w lato są w stanie odbierać w sposób ciągły kilka MW ciepła w skali kraju można policzyć na palcach jednej ręki zasłużonego pracownika tartaku. Na wykresie 7 zilustrowano zapotrzebowanie na ciepło poza sezonem grzewczym (maj-wrzesień) dla wybranych miast Polski.

Wykres 8, obliczenia własne na podstawie – dane URE, dane GUS, strony internetowe ciepłowni

Ze względu na:

1. wielkość nakładów inwestycyjnych
2. duże znaczenie efektu skali (opisanego w I części dot. biogazu)
3. ograniczeń sieci elektro
4. ograniczeń w możliwości zagospodarowania ciepła
5. uniwersalności i elastyczności zastosowania biometanu wprowadzonego do sieci gazowej

biometanownie są i będą co do zasady instalacjami większymi od biogazowni. Dla biometanowni szczególnie przyłączonej do gazowej sieci przesyłowej 5 MW (1220 m³/h) nie stanowi szczególnego problemu. Ten sam poziom dla biogazowni jest to zawieszony wysoko nad głową sufit możliwości.

Z powodów wyżej wymienionych instalacje powyżej 1 MW będą z reguły biometanowniami, dla których ograniczeniem będzie zdolność przyjęcia ich biometanu przez sieć gazową, lokalny popyt na paliwo gazowe lub ilość środków pieniężnych w przypadku gdyby chcieli skraplać biometan i otrzymywać bioLNG. Jedną z rzeczy jaką należałoby zrobić to zracjonalizować system cen referencyjnych aby nieopłacalne było wytwarzanie z biogazu tylko i wyłącznie energii elektrycznej bez użytkowego zagospodarowania ciepła jakie powstaje w procesie spalania biogazu w silnikach a jest go w przybliżeniu tyle samo co energii elektrycznej.

Aspektom finansowym towarzyszącym produkcji biogazu i biometanu poświęcona będzie 3 część bio-tryptyku.