OZE w gospodarstwach mlecznych
Gospodarstwa wdrażające OZE mogą zaspokajać swoje potrzeby energetyczne i dostarczać energię dla innych sektorów gospodarki. To źródło dodatkowego dochodu, a przy tym sposób na redukcję emisji gazów cieplarnianych.
tekst i zdjęcia: dr inż. Jacek Skudlarski, Szkoła główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
Rolnictwo jest znaczącym konsumentem energii, którą w Polsce pozyskuje się głównie z paliw kopalnych. Rosnący udział mechanizacji w gospodarstwach rolnych pociąga za sobą wzrost zużycia energii, w tym energii elektrycznej i cieplnej. Sektor rolny jest również emitentem gazów cieplarnianych. W związku z dążeniem europejskiej gospodarki do neutralności klimatycznej również rolnictwo jest zobligowane do zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych. Rozwiązaniem jest energia odnawialna, do wytwarzania której rolnictwo ma potencjał.
Gospodarstwa rolne, które wdrażają OZE (odnawialne źródła energii) do swojego bilansu energetycznego, mogą nie tylko zaspokajać swoje potrzeby energetyczne, ale także dostarczać energię dla innych sektorów gospodarki, a tym samym dywersyfikować swoje dochody, oraz przyczynić się do ograniczenia emisji gazów cieplarnianych.
Rodzaje energii odnawialnej dla gospodarstw mlecznych
W gospodarstwach mlecznych można wykorzystać różne rodzaje energii odnawialnej po to, aby zmniejszyć koszty produkcji i ograniczyć negatywny wpływ na środowisko. Każde z gospodarstw może wykorzystać jedno lub kilka źródeł zależnie od warunków lokalnych i potrzeb energetycznych. Do najpopularniejszych źródeł energii odnawialnej zalicza się energię słoneczną oraz energię pochodzącą z biogazu i biomasy. Wśród mniej popularnych źródeł OZE, ale również możliwych do wykorzystania w gospodarstwach mlecznych, można wymienić energię wiatrową oraz energię wytwarzaną przez pompy ciepła.
Ze względu na to, że nowoczesne gospodarstwa mleczne stosują coraz więcej urządzeń elektrycznych, a ceny energii i opłaty dystrybucyjne nieustannie rosną, perspektywicznym odnawialnym źródłem energii elektrycznej (w zasadzie bezobsługowym) jest energia słońca wykorzystana dzięki fotowoltaice. Dzięki panelom fotowoltaicznym rolnicy mogą zaoszczędzić na rachunkach za energię elektryczną i budować swoją niezależność energetyczną (autokonsumpcja). W ten sposób nie są całkowicie zależni od drogich dostaw energii z zewnętrznych źródeł. Własna produkcja energii elektrycznej pozwala ponadto uniknąć ryzyka związanego z awariami sieci energetycznej oraz wahaniem cen energii na rynku.
Fotowoltaika oferuje również możliwość dywersyfikacji dochodów gospodarstw. Sprzedaż nadwyżki wyprodukowanej energii (w odpowiednich godzinach doby czy w modelu rozliczeń spółdzielni energetycznej) może stanowić dodatkowe źródło dochodu, co pozwala zwiększyć stabilność finansową gospodarstwa rolnego.
Rozwiązaniem przeznaczonym dla użytkowników paneli fotowoltaicznych są magazyny energii, czyli urządzenie lub ich zespół, które przechowuje energię i pozwala odzyskać ją w dowolnym momencie. W magazynach energii może być składowany nadmiar energii, którą można następnie wykorzystać np. w porze nocnej. Magazyn energii stanowi zabezpieczenie w przypadku przerw w dostawach prądu, które na obszarach rolniczych zdarzają się dość często (latem na skutek upałów, podczas burz czy silnych wiatrów). Dla statystycznego gospodarstwa domowego (o zużyciu energii 2500 kWh rocznie) magazyn o pojemności 10 kWh wystarczy na około półtora dnia.
Dzięki panelom fotowoltaicznym energia słoneczna może być również wykorzystywana do ogrzewania wody użytkowej. Zestaw fotowoltaiczny do ogrzewania wody jest prosty w montażu i stosunkowo niedrogi, natomiast pozwala wyraźnie zmniejszyć rachunki za energię i ciepłą wodę. Zastosowanie paneli słonecznych ma sens, ponieważ w gospodarstwach rolnych zużywa się duże ilości ciepłej wody do różnych celów, takich jak mycie sprzętu, pojenie zwierząt czy ogrzewanie budynków.
Gospodarstwa mleczne mogą jednocześnie stosować układy fotowoltaiczne i systemy solarno-termiczne. A mogą także korzystać z energii wiatru. Małe (do 10 kW) i średnie (10–100 kW) turbiny wiatrowe wytwarzające energię elektryczną na własne potrzeby pozwalają rolnikom uniezależnić się od wzrastających cen energii oraz obniżyć comiesięczne rachunki. Dodatkowo nadmiar wyprodukowanej energii rolnik może sprzedawać do sieci energetycznej, uzyskując tym samym dodatkowe przychody.
Minielektrownie wiatrowe pracują również w nocy oraz w okresie zimowym, w którym wzrasta zużycie energii elektrycznej zarówno w gospodarstwach rolnych i domowych. Małe turbiny wiatrowe mogą stanowić doskonałe uzupełnienie dla systemów fotowoltaicznych.
Pompy ciepła
Coraz popularniejszym źródłem energii odnawialnej stają się pompy ciepła. Dzięki wykorzystaniu energii z otoczenia pompy ciepła oferują tanie ogrzewanie i chłodzenie budynków gospodarczych, co przekłada się na znaczne oszczędności. Pompy ciepła potrzebują niewielkiej ilości energii elektrycznej, aby zwiększyć odrzucone lub niskotemperaturowe ciepło do uzyskania bardziej użytecznej temperatury. Pompy ciepła mają szerokie zastosowanie w gospodarstwach rolnych. Mogą być stosowane do ogrzewania budynków gospodarczych, jak również do chłodzenia i klimatyzacji, co jest istotne w przypadku przechowywania i konserwacji produktów rolnych, takich jak owoce i warzywa.
Do ogrzewania dużych budynków gospodarczych sprawdzą się gruntowe pompy ciepła wykorzystujące ciepło z ziemi. Pompy te są efektywnym rozwiązaniem, ponieważ temperatura gruntu jest stosunkowo stabilna przez cały rok, co pozwala uzyskać stałe i niezawodne źródło ciepła w okresie zarówno letnim, jak i zimowym.
Kolejnym źródłem odnawialnej energii w gospodarstwach rolnych są biogazownie, z których pozyskać można energię cieplną, jak i elektryczną. Do produkcji biogazu rolniczego mogą być wykorzystywane różne rodzaje odpadów i substratów organicznych, jak np. gnojowica, obornik, pozostałości po roślinach i odpady z przetwórstwa rolno-spożywczego.
Biogazownia w gospodarstwie rolnym to przede wszystkim uniezależnienie się od energii elektrycznej z zewnątrz i znacznie niższe rachunki za prąd, ale nie tylko. Taka energia może ponadto ogrzać i dostarczyć ciepłą wodę do budynku mieszkalnego oraz pomieszczeń socjalnych w budynkach gospodarczych.
Perspektywicznym kierunkiem dla gospodarstw mlecznych jest produkcja biogazu z gnojowicy. Wsadem do fermentatora może być kiszonka z kukurydzy czy wysłodki buraczane.
Produktem ubocznym powstałym w produkcji biogazu jest poferment, czyli płyn, który pozostaje już po przefermentowaniu substratów. Można go wywozić na pole i stosować jako zamiennik nawozu naturalnego – aplikuje się go podobnie jak gnojowicę. Zawarty w nim azot ma głównie formę amonową oraz pH powyżej 7, dzięki czemu nie dochodzi do zakwaszenia gleby.
Przy wykorzystaniu ciepła z biogazowni można również dokonać separacji płynnego pofermentu, a następnie przeprowadzić suszenie frakcji stałej. Frakcja ta, wzbogacona o dodatki mineralne i poddana granulacji, jest cennym nawozem poszukiwanym przez działkowiczów.
Agrowoltaika w rolnictwie
Agrowoltaika (agrofotowoltaika), określana również jako agroPV, to połączenie dwóch rodzajów działalności na tym samym obszarze – hodowli czy upraw rolnych oraz produkcji energii elektrycznej. Energię elektryczną wytwarzają panele fotowoltaiczne zamontowane na specjalnych konstrukcjach, ustawionych w zależności od wykorzystania gruntu między albo nad roślinami. Tradycyjne farmy fotowoltaiczne wymagają dużych obszarów ziemi, a terenów, na których stoją panele PV, nie można wykorzystać w żaden inny sposób. W koncepcji agrowoltaiki grunty nadal wykorzystywane są do produkcji rolnej, a jednocześnie pozyskiwana jest energia elektryczna.
Agrowoltaika może zasadniczo przybierać trzy formy. W pierwszej opcji (systemy wyniesione) panele słoneczne są umieszczane bezpośrednio nad roślinnością, zazwyczaj na wysokości co najmniej dwóch metrów. Taka wysokość umożliwia swobodną pracę ludzi przy uprawach rosnących pod instalacją. Panele mogą być umieszczone wyżej, jeżeli na danej plantacji pracować mają ciągniki i maszyny rolnicze. Umieszczone nad uprawami panele słoneczne mogą chronić uprawy oraz zwierzęta przed ekstremalnymi warunkami pogodowymi (nawalne deszcze lub grad) i zmniejszać ekspozycję na słońce. Systemy wyniesione są szczególnie polecane dla upraw owoców miękkich, sadów, niektórych warzyw. Można pod nimi także wypasać zwierzęta gospodarskie, takie jak bydło czy owce.
W instalacjach agrowoltaicznych często stosuje się półprzezroczyste panele wykonane z tworzyw sztucznych, które są lżejsze i łatwiejsze w montażu.
Druga forma to PV międzyrzędowe, czyli tzw. płoty. Panele fotowoltaiczne są instalowane pomiędzy uprawami na pionowych konstrukcjach zazwyczaj w osi północ–południe, co umożliwia produkuję energii w godzinach przed- i popołudniowych, kiedy jest ona najbardziej potrzebna w gospodarstwach domowych. Rzędy paneli umieszcza się w odległościach umożliwiających wjazd i pracę maszyn rolniczych. Systemy międzyrzędowe sprawdzają się w trwałych użytkach zielonych, uprawie zbóż i warzyw wymagających intensywnego nasłonecznienia lub na nie odpornych (np. cukinia, jarmuż czy brokuły).
Trzecią formą są systemy łączące elementy konstrukcji podwyższonych i międzyrzędowych, co pozwala zmaksymalizować korzyści płynące z ich stosowania.
Dodatkowo panele słoneczne zapewniają częściowy cień i tworzą korzystny mikroklimat chroniący rośliny przed nadmierną temperaturą i światłem słonecznym, co przekłada się na poprawę warunków wzrostu. Wskazują na to badania m.in. Instytutu Fraunhofera ds. Systemów Energii Słonecznej ISE czy Uniwersytetu Wageningen, który w raporcie opublikowanym w październiku 2022 r. stwierdził, że jedną z największych korzyści uprawy pod panelami Agro-PV było ograniczenie uszkodzeń roślin wynikających z działania wysokich temperatur oraz o około 24% mniejsze zużycie wody do nawodnienia (w okresie lipiec–sierpień).
Należy wspomnieć, że potrzeba stosownych regulacji, które zagwarantują rolnikom określone benefity. Regulacje takie proponuje stowarzyszenie im. prof. Żmijewskiego. Mowa o zwiększeniu efektywności energetycznej, wsparciu niezależności energetycznej gospodarstw rolnych, korzyściach ekonomicznych, ograniczeniu emisji CO2 i optymalnym wykorzystaniu przestrzeni.
Rolnicze spółdzielnie energetyczne
Spółdzielnie energetyczne to formy lokalnej współpracy w zakresie produkcji, dystrybucji i konsumpcji energii odnawialnej. Ich głównym celem jest zwiększenie samowystarczalności energetycznej społeczności oraz obniżenie kosztów energii dla członków.
Jak wskazuje stowarzyszenie im. prof. Żmijewskiego czy Krajowa Rada Spółdzielcza, spółdzielnie energetyczne to propozycja również dla gospodarstw rolnych, które mają duże zapotrzebowanie na energię elektryczną oraz energię cieplną. Produkowana energia jest wykorzystywana przez członków spółdzielni z pominięciem opłat wskazanych w ustawie o OZE.
Spółdzielnie energetyczne rolników pozwalają obniżyć rachunki za prąd, zwiększyć niezależność energetyczną gospodarstw i lepiej wykorzystać zasoby, takie jak dachy budynków gospodarczych czy grunty, pod instalacje OZE.
