POPRAWA EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ JAKO ELEMENT ZRÓWNOWAŻONEGO ROZWOJU. Robert Sekret Piotr Lis

Transkrypt

1 POPRAWA EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ JAKO ELEMENT ZRÓWNOWAŻONEGO ROZWOJU Robert Sekret Piotr Lis 1

2 Wydział Inżynierii i Ochrony Środowiska Katedra Ogrzewnictwa, Wentylacji i Ochrony Atmosfery Zakład Ogrzewnictwa i Wentylacji Zakład Procesów Cieplnych i Ochrony Atmosfery Zakład Technik Numerycznych Działalność prowadzona jest w zakresie: I. projektowania, eksploatacji i modernizacji systemów: ogrzewczych, wentylacyjnych i klimatyzacyjnych pracujących w oparciu o konwencjonalne, odnawialne i odpadowe źródła energii; I. racjonalnego gospodarowania energią, oceny energetycznej i audytingu energetycznego dla potrzeb eksploatacji budynków i systemów zaopatrzenia w ciepło, chłód i elektryczność. 2

3 Dwa oblicza energii Energia jest niezbędnym czynnikiem rozwoju ekonomicznego, społecznego i kulturowego ludzkości. Procesy związane z wywarzaniem, przesyłem, dystrybucją i użytkowaniem różnych postaci energii, z uwagi na swój charakter i skalę, są najbardziej uciążliwymi procesami dla środowiska naturalnego prowadzonymi przez człowieka. Według IEA, zapotrzebowanie na energię wzrośnie o 54% do roku

4 Populacja światowa i zapotrzebowanie na energię Populacja światowa - wskaźnik wzrostu 6 Zapotrzebowanie energii - wskaźnik wzrostu 140 Konwencjonalne źródła energii Efektywność wykorzystania energii Odnawialne źródła energii oraz nisko-egzergetyczne źródła energii Lata 4

5 Szacuje się, że największy potencjał oszczędności energii i emisji CO 2 do roku 2020 znajduje się w budownictwie 5% Przemysł 8% Transport 19% Budownictwo 5

6 jest to polepszenie dobrobytu społeczeństwa w aspekcie długotrwałym poprzez dążenie do utrzymania równowagi pomiędzy: bezpieczeństwem energetycznym, zaspokojeniem potrzeb społecznych, konkurencyjnością gospodarki, ochroną środowiska. Miarą prowadzenia przez dany kraj polityki zrównoważonego rozwoju jest głównie: innowacyjność w sektorze energetyki, wzrost efektywności energetycznej gospodarki, wzrost udziału energii z odnawialnych źródeł energii (OŹE) w bilansie energetycznym kraju. 6

7 Wykres rozpływu energii wyrażonej w procentach energii pierwotnej w polskim systemie elektroenergetycznym Każdej jednostce zaoszczędzonej przez użytkownika energii użytecznej (przetworzonej z energii elektrycznej) odpowiada pięć jednostek zaoszczędzonej energii chemicznej paliwa, a każdej jednostce zaoszczędzonej u użytkownika energii elektrycznej - ponad trzy jednostki zaoszczędzonej energii chemicznej paliwa. Celem Unii Europejskiej jest realizacja do 2020 r. hasła: Trzy razy dwadzieścia procent ( 3 x 20% ): 20 procent mniej CO 2, 20 procent więcej energii odnawialnych i 20 procent więcej efektywności energetycznej. 7

8 Zużycie węgla kamiennego NISKA EMISJA ROZPROSZONA Indywidualne kierunki oszczędzania energii Nowe technologie węglowe. Energetyka jądrowa? 8

9 9

10 Wzrost kosztów wytwarzania elektryczności od 1.2 do 1.4 razy. Spadek sprawności wytwarzania elektryczności o 12-17%. Wzrost spadku sprawności wytwarzania elektryczności do granic 19-23% w wyniku dodania procesu skraplania usuniętego CO 2. Dodatkowy spadek sprawności wytwarzania elektryczności o % przy procesach, gdzie stężenie CO 2 jest niskie z powodu obecności azotu. 10

11 Dyrektywy UE Zintegrowane zapobieganie i ograniczanie zanieczyszczeń (Dyrektywa IPPC - 96/62/EC ) Stosowanie najnowszych osiągnięć technologicznych, kodyfikowanych w postaci wytycznych dla tzw. Najlepszych Dostępnych Technik (ang. BAT Best Available Techniques). Ograniczenie emisji niektórych zanieczyszczeń do powietrza z dużych obiektów energetycznego spalania (Dyrektywa LCP /80/WE) Dotyczy ona źródeł o mocy cieplnej od 50 MW t. Zaostrza wymagania dotyczące emisji SO 2, NO x i pyłu ze źródeł najnowszych oraz od 2008r. wprowadza indywidualne normy emisji dla źr. już istniejących. Program handlu uprawnieniami do emisji gazów cieplarnianych na obszarze Wspólnoty (Dyrektywa o handlu pozwoleniami na emisje /87/WE) Ustanawia program handlu uprawnieniami do emisji gazów cieplarnianych na obszarze Wspólnoty. 11

12 Wykres rozpływu energii wyrażonej w procentach energii pierwotnej w polskim systemie elektroenergetycznym Każdej jednostce zaoszczędzonej przez użytkownika energii użytecznej (przetworzonej z energii elektrycznej) odpowiada pięć jednostek zaoszczędzonej energii chemicznej paliwa, a każdej jednostce zaoszczędzonej u użytkownika energii elektrycznej - ponad trzy jednostki zaoszczędzonej energii chemicznej paliwa. Celem Unii Europejskiej jest realizacja do 2020 r. hasła: Trzy razy dwadzieścia procent ( 3 x 20% ): 20 procent mniej CO 2, 20 procent więcej energii odnawialnych i 20 procent więcej efektywności energetycznej. 12

13 Zużycie węgla kamiennego NISKA EMISJA ROZPROSZONA Indywidualne kierunki oszczędzania energii Nowe technologie węglowe. Energetyka jądrowa? 13

14 Struktura wykorzystania energii w Europie według sektorów 28% 30% 40% Budynki Transport Przemysł 14

15 Struktura wykorzystania energii 11,50% 75,50% 0,00% 13,00% sprzęt el. went el. CWU CO 15

16 Struktura wykorzystania energii TYP 1984 NIE 1980 SWE 1995 NIE LOW PAS CO CWU went el. sprzęt el. budynek: TYP - typowy, LOW - niskoenergetyczny, PAS pasywny; normy: NIE niemieckie, SWE - szwedzkie Zmiany wymagań oraz strukturas zużycia energii końcowej w budynkach według norm szwedzkich i niemieckich [kwh/m 2 a], 16

17 Struktura wykorzystania energii TYP(-) TYP(+) PAS(-) PAS(+) (+)ogrzewanie (+)wewnętrzne (+)słońce (-)wentylacja (-)podłoga (-)ściany (-)dach (-)okna Porównanie struktury strat (-) i zysków (+) ciepła budynku tradycyjnego i pasywnego na przykładzie budynku Hannover Kronsberg, Passivhaus Institut 17

18 Dyrektywy UE Wspieranie produkcji energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii (2001/77/WE) Celem tej dyrektywy jest zwiększenie udziału odnawialnych źr. energii w produkcji energii elektrycznej. Połączenie produkcji ciepła i energii elektrycznej (2004/8/WE) Dyrektywa ta ma na celu zwiększenie efektywności energetycznej oraz bezpieczeństwa energetycznego poprzez promocję i rozwój kogeneracji. Efektywność energetyczna w budownictwie (2002/91/WE) Celem tej dyrektywy jest wspieranie efektywności energetycznej w budownictwie. Promocja efektywności usług energetycznych i efektywności zużycia energii przez odbiorców końcowych (2006/32/WE) Najważniejszym celem tej dyrektywy jest doprowadzenie do bardziej efektywnego zużycia energii przez użytkowników końcowych, poprzez wspieranie rozwoju sprawnie działającego, uzasadnionego ekonomicznie i konkurencyjnego rynku opłacalnych kosztowo sposobów podnoszenia efektywności energetycznej. 18

19 Łańcuch konwersji energii 19

20 Kierunki dalszych prac Rozwój nowej generacji energooszczędnego budownictwa, termorenowacji istniejących budynków i wdrażanie energooszczędnych systemów grzewczo-wentylacyjno-klimatyzacyjnych (odzysk ciepła odpadowego). 1. Charakterystyka i analiza energochłonności ogrzewania zbiorowości budynków. 2. Opracowanie i wdrożenie nowych rozwiązań instalacji ogrzewczych, wentylacyjnych, klimatyzacyjnych i podgrzewania wody z niskotemperaturowymi źródłami ciepła i układami jego magazynowania oraz rozwiązań instalacji alternatywnego zaopatrzenia budynku w energię ze źródeł konwencjonalnych i odnawialnych w trybie bi- oraz multiwalentnym. 3. Systemy zarządzania energią w budynkach oraz analiza efektów ekonomicznych zmniejszenia zużycia energii. 20

21 Kluczowe dla wysokości udziału energii za OZE w 2020 r. jest wykorzystanie potencjału energetyki wiatrowej i upraw energetycznych, a więc tych z rodzajów OZE, których najbardziej dotyczą ograniczenia środowiskowe i przestrzenne. Największe zagrożenia dotyczą plantacji energetycznych przeznaczonych do masowej produkcji biopaliw transportowych; rozwiązany musi być też dylemat co ważniejsze: bezpieczeństwo żywnościowe (i wyższe ceny paliw), czy bezpieczeństwo energetyczne (i wyższe ceny żywności), W przypadku energetyki wiatrowej barierą po 2015 r. może być także infrastruktura przyłączeniowa. Najmniej kontrowersyjne jest lokalne (do produkcji ciepła i chłodu) wykorzystanie energii słonecznej, geotermalnej oraz energetyczne wykorzystanie stałych i suchych odpadów biomasy. Technologie te perspektywiczne w ramach powiązania z działaniami mającymi na celu zwiekszenie efektywności energetycznej u odbiorców końcowych. 21

22 Systemy budowlano-instalacyjne o niskim zużyciu egzergii System instalacji ogrzewczo-wentylacyjno-klimatyzacyjnej Czynnikami wpływającymi na dobre samopoczucie to poza ubraniem i aktywnością są: temperatura powietrza, średnia temperatura ścian, wilgotność powietrza, ruch i czystość powietrza. BEZPOŚREDNI WPŁYW OGRZEWANIE KLIMATYZACJA Temperatura powietrza Średnia temperatura ścian włącznie z powierzchniami grzejnymi Wilgotność powietrza Ruch powietrza Czystość powietrza 22

23 Schemat ideowy kompleksowości i innowacyjności programu dla specjalności zamawianej: Technologie energooszczędne w budownictwie na kierunku zamawianym: Inżynieria Środowiska. Innowacyjność kształcenia na specjalności Technologie energooszczędne w budownictwie na kierunku Inżynieria Środowiska polega na wykształceniu specjalistów w nowym zawodzie, jakim jest w tej chwili doradca/audytor energetyczny w zakresie wykonywania świadectw: charakterystyki energetycznej budynku, efektywności energetycznej kotłów oraz ich wielkości w stosunku do potrzeb użytkowych, efektywności energetycznej urządzeń chłodniczych w systemach klimatyzacji, ich wielkości w stosunku do wymagań użytkowych. Wykaz przedmiotów (objaśnienie numeracji przedmiotów na schemacie) Nr Przedmiot 1 Podstawy fizyki budowli i budownictwa niskoenergetycznego 2 Zrównoważony rozwój w budownictwie 3 Zrównoważone gospodarowanie wodą i ściekami 4 Odzysk ciepła w instalacjach sanitarnych 5 Wykorzystanie odpadów w zaopatrzeniu budynków w energię 6 Energooszczędne systemy kształtowania mikrośrodowiska w budynkach 7 Podstawy inżynierii energii 8 Odnawialne i niekonwencjonalne źródła energii 9 Podstawy charakterystyki energetycz.i audytingu energetycznego budynków 10 Metody komputerowe w racjonalizacji zużycia energii 11 Seminarium dyplomowe 23

24 2-semestralne, niestacjonarne (zaoczne) studia podyplomowe Ocena energetyczna budynków i audyt energetyczny na potrzeby termomodernizacji przygotowujące do wykonywania świadectw charakterystyki energetycznej budynków (na podstawie Ustawy z dnia 19 września 2007 r. o zmianie ustawy Prawo Budowlane (Dz.U. Nr 191, poz. 1373)) oraz wykonywania audytów energetycznych na potrzeby termomodernizacji. Liczba uczestników: I Edycja 65 osób II Edycja 140 osób Program studiów podyplomowych został zatwierdzony przez Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego po uzyskaniu pozytywnej opinii Ministra Infrastruktury. 24

25 Charakterystyka i analiza efektywności energetycznej zbiorowości budynków edukacyjnych Wielkości zależne, zależą od szeregu cech - wielkości niezależnych, charakteryzujących budynki pod względem: organizacji wykorzystania, architektoniczno budowlanym, materiałowo konstrukcyjnym, instalacyjnym. WIELKOŚCI PODSTAWOWE i WSKAŹNIKI Charakterystyka energochłonności WIELKOŚCI DANE WYJŚCIOWE ZALEŻNE OBLICZONE WSKAŹNIKI Podstawowe dane meteorologiczne i informacje charakteryzujące środowisko wewnątrz ogrzewanego budynku OBLICZONE WSKAŹNIKI WIELKOŚCI DANE WYJŚCIOWE NIEZALEŻNE Determinanty energochłonności Podsumowanie Podstawowe Niezbędne źródło narzędzia informacji decyzyjnych, efektywnego zarządzania warunkujace prawidłowość energią decyzji ANALIZA ENERGOCHŁONNOŚCI OGRZEWANIA BUDYNKÓW i JEJ DETERMINANTY Skuteczniejsza identyfikacja Identyfikacja i upo- zjawisk pozytywnych wszechnienie istniejących i i negatywnych dla racjonalnych dla energochłon- energochłonności ogrzew. ności ogrzewania rozwiązań Wielkości niezależne, to wielkości i wskaźniki tworzące charakterystykę energochłonności ogrzewania budynków. 25

26 Zarządzanie energią w zespołach budowlano-instalacyjnych Termin "zarządzanie energią" jest używany w celu określenia co zrobić, aby obniżyć ilość energii potrzebnej w działalności, co obniża koszty, zwiększa poziom komfortu i minimalizuje wpływ na środowisko jednocześnie nie pogarszając jakości. Aby zarządzać zużyciem energii potrzebne jest połączenie działań na czterech płaszczyznach: technicznej, organizacyjnej, intelektualnej, ludzkiej-behawioralnej. Wybrane narzędzia wykorzystywane przy zarządzaniu energią: monitoring rozszerzony, analiza i wnioskowanie statystyczne, LCC (Life Cycle Cost) LCA (Life Cycle Assessment) analiza wrażliwości. 26