OGRZEWNICTWO I CIEPŁOWNICTWO 1. Kod kursu : ISS202038W WYKŁAD CIEPŁOWNICTWO. Studia dzienne II (magisterskie)

Transkrypt

1 OGRZEWNICTWO I CIEPŁOWNICTWO 1 Kod kursu : ISS202038W WYKŁAD CIEPŁOWNICTWO Studia dzienne II (magisterskie) Aktualizacja : luty 2011

2 Piśmiennictwo 1. Kamler W. Ciepłownictwo, PWN Warszawa 1971, Żarski K., Węzły cieplne w miejskich systemach ciepłowniczych, Ośrodek Informacji Technika instalacyjna w budownictwie, Warszawa AQUARIUS, Toruń, Praca zbiorowa: Poradnik ciepłownictwo. Eksploatacja, projektowanie, inwestycje, FRC Unia Ciepłownictwa, Warszawa Krygier K., Sieci ciepłownicze, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej Żarski K., Projektowanie preizolowanych rur cieplnych w technologii ABB- Zamech, ABB Zamech, Toruń Mańkowski S., Projektowanie instalacji ciepłej wody użytkowej, Arkady, Warszawa Szkarowski A., Łatowski L., Ciepłownictwo, WNT Mróz M., T., Planowanie modernizacji i rozwoju komunalnych systemów zaopatrzenia w ciepło, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej Jędral W.; Efektywność energetyczna pomp i instalacji pompowych, KAPE, Warszawa Maciej Miniewicz 2

3 Piśmiennictwo 10. Randlov P., Podręcznik ciepłownictwa system rur prizolowanych, European District Heating Pipe Manufacturers Association, Frederika, Dania, Guidelines for District Heating Substations EUROHEAT & POWER, October Maciej Miniewicz 3

4 Piśmiennictwo Akty prawne. USTAWA z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne. (Dz. U. z 2006 r. Nr 89, poz. 625 z póź. zmianami) Rozporządzenie Ministra Gospodarki w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemów ciepłowniczych z dnia 15 stycznia 2007r. (DzU nr 16 poz. 92) Maciej Miniewicz 4

5 Piśmiennictwo Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 9 października 2006 r. w sprawie szczegółowych zasad kształtowania i kalkulacji taryf oraz rozliczeń z tytułu zaopatrzenia w ciepło (Dz. U. z 2006 r. Nr 193, poz. 1423) Maciej Miniewicz 5

6 Piśmiennictwo DYREKTYWA PARLAMENTU EUROPEJSKIEGO I RADY 2010/31/UE z dnia 19 maja 2010 r. w sprawie charakterystyki energetycznej budynków, Dziennik Urzędowy Unii Europejskiej L 153/ Maciej Miniewicz 6

7 Cele wykładu Celem wykładu jest: Zdobycie wiedzy o działaniu systemów ciepłowniczych ze szczególnym uwzględnieniem specyfiki systemów ciepłowniczych w Poznanie trendów rozwoju systemów ciepłowniczych na przykładzie rozwiązań w innych krajach UE Poznanie wpływu różnych czynników na rozwój systemów ciepłowniczych w Maciej Miniewicz 7

8 Cele wykładu Poznanie sprawdzonych technologii i procedur postępowania mających na celu ograniczenie zużycia energii Stosowanie zasad zrównoważonego rozwoju w odniesieniu do ciepłownictwa Maciej Miniewicz 8

9 Wprowadzenie Zadaniem systemów ciepłowniczych jest zcentralizowane wytwarzanie ciepła, a następnie jego dystrybucja do odbiorców. Z reguły wysokie parametry nośnika ciepła, wymagają transformacji na parametry instalacji odbiorcy. System ciepłowniczy składa się więc ze: 1. Źródła ciepła (ciepłowni, elektrociepłowni) 2. Sieci ciepłowniczej (wysoko/niskoparametrowej) Maciej Miniewicz 9 3. Węzłów ciepłowniczych

10 Wprowadzenie Do podstawowych nośników energii cieplnej w systemach ciepłowniczych należą: 1. Woda 2. Para wodna Maciej Miniewicz 10

11 W, zaopatrzenie w ciepło odbiorców w dużych aglomeracjach miejskich realizowane jest poprzez scentralizowane systemy ciepłownicze, rozbudowywane od lat 50-tych ubiegłego wieku. Podstawowym paliwem jest węgiel kamienny. Rozwój ciepłownictwa w do połowy lat 90-tych przebiegał w w warunkach braku konkurencji. Brak konkurencji miał niekorzystny wpływ na rozwój systemów ciepłowniczych. Maciej Miniewicz 11

12 W systemach ciepłowniczych objawiało się to niską efektywnością energetyczną i brakiem poszukiwania i wdrażania nowych technologii i procedur mających na celu obniżenie zużycia energii pierwotnej. W sektorze budownictwa, brak cen rynkowych ciepła, nie sprzyjał obniżaniu zużycia energii i wdrażania energooszczędnych technologii. Konsekwencją jest wysoka energochłonność i niska efektywność energetyczna. Maciej Miniewicz 12

13 Przystąpienie Polski do UE w sposób radykalny zmienia sytuację sektora ciepłowniczego. Jest to wynikiem przyjęcia przez UE polityki energetycznej, w której wyróżniono trzy kierunki: 1. Konkurencyjność 2. Ochronę środowiska 3. Bezpieczeństwo energetyczne Maciej Miniewicz 13

14 W Zielonej księdze UE określa się trzy priorytety: 1. Rozwój zrównoważony- rozwój konkurencyjnych źródeł energii odnawialnej oraz innych źródeł energii o małej zawartości węgla, kontrola potrzeb energetycznych, ograniczenie zmian klimatycznych oraz poprawa jakości powietrza atmosferycznego Maciej Miniewicz 14

15 2. Konkurencyjność zapewnienie odbiorcą końcowym oraz gospodarce UE zysków z otwarcia rynków energii, ograniczanie wpływu zmian cen energii na świecie na gospodarkę UE i na poziom życia jej obywateli, stosowanie najnowszych technologii energetycznych 3. Bezpieczeństwo energetyczne zależności energetycznej krajów UE od zewnętrznych dostawców energii, między innymi poprzez dywersyfikację dostaw i wykorzystanie OŹE Maciej Miniewicz 15

16 Sektor budownictwa. Wzrost zapotrzebowania na energię w krajach UE od roku 1986 kształtuje się na poziomie 1-2% rocznie. Największe przyrosty zapotrzebowania na energię występują w sektorze budownictwa i transportu (rys). Duża energochłoność w sektorze budownictwa nowych państw członkowskich Maciej Miniewicz 16

17 Zapotrzebowanie na energię w sektorach w latach 1986 do 2030 Źródło: Komisja Europejska: Green Paper Towards a European Strategy for the Security of Energy Supply, Bruksela, 29 listopada 2000, Maciej Miniewicz 17

18 W krajach UE ponad 40% energii pierwotnej zużywane jest w sektorze budownictwa. Uzależnienie krajów UE od dostaw paliw z krajów niestabilnych gospodarczo szacuje się na ok % Maciej Miniewicz 18

19 Na podstawie danych zamieszczonych w raporcie Rynek energii 2008 przeanalizujmy, jaki wpływ na sektor ciepłownictwa w mają decyzje UE Maciej Miniewicz 19

20 72 000,00 Moc systemów ciepłowniczych, MW , , , , ,00 Moc zainstalowana, MW Moc osiągalna, MW , , , , Maciej Miniewicz 20

21 Wprowadzenie konkurencyjności spowodowało również obniżenie liczby przedsiębiorstw ciepłowniczych w Maciej Miniewicz 21

22 900 Liczba przedsiębiorstw Liczba przedsiębiorstw Maciej Miniewicz 22

23 Nadal w systemach ciepłowniczych w istnieje nadwyżka mocy zainstalowanej nad zamówioną, co ma bezpośredni wpływ na koszty stałe wytwarzania ciepła wynikające z konieczności utrzymywania niewykorzystywanych kotłów Maciej Miniewicz 23

24 80 000,00 Moc wykorzystana, MW , , ,00 moc zainstalowana ogółem , , ,00 moc zamówiona przez odbiorców potrzeby własne źródła inne ,00 0, Maciej Miniewicz 24

25 W dalszym ciągu dominującym paliwem w jest węgiel kamienny. Zaletą jest mała podatność na wahania cen paliw na rynkach światowych. Wada niższa efektywność energetyczna wytwarzania ciepła, duże zanieczyszczenie środowiska. Duża konkurencyjność w stosunku do innych czystych technologii (np. opartych na gazie) Maciej Miniewicz 25

26 Zużycie w (tonach) Charakterystyka systemów ciepłowniczych w ,00 Zużycie paliw do produkcji ciepła , , , ,00 węgiel kam węgiel brun olej opał lekki olej opał ciężki 0, Maciej Miniewicz 26

27 Zużycie w tys. m3 Charakterystyka systemów ciepłowniczych w ,00 Zużycie paliw do produkcji ciepła (gazu) , , , ,00 gaz ziemny gaz ziemny zaazotowany ,00 0, Maciej Miniewicz 27

28 W dziedzinie paliw odnawialnych widoczny jest z roku na rok wzrost ich wykorzystania, szczególnie biomasy Maciej Miniewicz 28

29 Ilośd ciepła, GJ Charakterystyka systemów ciepłowniczych w ,00 Ilośd ciepła wyprodukowana z paliw (biomasa, ) ,00 biomasa ,00 biogaz ,00 odpady komunalne ,00 oodpady przemysłowe nieodawialne ,00 pozostałe paliwa 0, Maciej Miniewicz 29

30 sieci ciepłownicze Z analizy danych dotyczących budowy sieci ciepłowniczych wynika, że następuje powolna rozbudowa systemów ciepłowniczych, co oznacza pozyskiwanie nowych odbiorców. Brak jest jednak danych, na terenach o jakiej gęstości uciepłownienia pozyskiwani są nowi odbiorcy Maciej Miniewicz 30

31 19 500,00 Dł sieci ciepłowniczej, km , , , ,00 Dł sieci, km , , , Maciej Miniewicz 31

32 Na kolejnym wykresie przedstawiono strukturę potrzeb cieplnych, z wyszczególnieniem strat ciepła związanych z jego przesyłem Maciej Miniewicz 32

33 ,00 Produkcja i wykorzystanie ciepła, TJ , , , , , , , , ,00 ogółem kogeneracja odzysk potrzeby własne ciepło do sieci straty ciepła ciepło do odbiorców 0, Maciej Miniewicz 33

34 Na kolejnych wykresach przedstawiono zmiany ilości ciepła kupowanego przez odbiorców w TJ oraz w %. W stosunku do roku 2002 spadek zakupionego ciepła w 2008 r wyniósł ok. 15%. Obniżenie zużycia ciepła związane jest z termomodernizacją budynków, w związku z powyższym należy spodziewać się dalszego spadku zużycia ciepła w przyszłości Maciej Miniewicz 34

35 Zahamowanie tego niekorzystnego trendu możliwe jest poprzez poszukiwanie nowych odbiorców ciepła sieciowego, w tym również na terenach o małej gęstości uciepłownienia. Wymaga to jednak odrębnego podejścia, odbiegającego od stosowanych rozwiązań Maciej Miniewicz 35

36 Ciepło do odbiorców, TJ ciepło do odbiorców Maciej Miniewicz

37 105% Ciepło do odbiorców 100% 95% 90% ciepło do odbiorców 85% 80% % Maciej Miniewicz

38 Jednym z istotnych problemów systemów ciepłowniczych w mających wpływ na efektywność energetyczną są straty ciepła związane z jego przesyłem. Wartości uśrednione strat ciepła dla systemów ciepłowniczych w zamieszczono na wykresie. Kształtują się one na poziomie 12% Maciej Miniewicz 38

39 Straty ciepła, % straty ciepła 11,71% 11,77% 11,04% Maciej Miniewicz

40 Stosowanie węgla jako paliwa wiąże się z wysoką emisją zanieczyszczeń do atmosfery, szczególnie jeżeli chodzi o emisję CO 2. W okresie od roku 2002 do 2008 widać zmniejszenie emisji CO 2, jednak jest to wynikiem obniżenia się zapotrzebowania na ciepło, a w mniejszym stopniu współspalania biomasy czy wdrażania czystych technologii wytwarzania ciepła Maciej Miniewicz 40

41 ,00 Emisja CO2, tonach , , ,00 CO , , ,00 Maciej Miniewicz

42 ,00 Emisja, tonach , , , , ,00 SO2 NOx Pyły , ,00 0, Maciej Miniewicz 42

43 Cena wytwarzanego ciepła jest jednym z głównych czynników decydujących o konkurencyjności na rynku energii. Na wykresie przedstawiono kształtowanie się cen ciepła wytwarzanego z różnych rodzajów paliw Maciej Miniewicz 43

44 zł/gj Charakterystyka systemów ciepłowniczych w 80 Średnia cena ciepła z różnych paliw Węgiel kamienny Węgiel brunatny Olej opałowy lekki Olewj opałowy ciężki Gaz ziemny Gaz ziemny zaazotowany Biomasa Maciej Miniewicz

45 Sprawność wytwarznia i przesyłu ciepła dla sytemów ciepłowniczych w przedstawiono na kolejnym wykresie. Wzrost sprawności wytwarzania ciepła w stosunku do roku 2002 o ok. 6%, jest wynikiem modernizacji źródeł ciepła, w szczególności poprzez wyposażenie ich w układy regulacyjne Maciej Miniewicz 45

46 Sprawnośd, % wytwarzania przesyłu 88,2 87,6 87, ,5 79, Maciej Miniewicz

47 Oprócz wymienionych wyżej zagadnień, na rozwój systemów ciepłowniczych duży wpływ ma polityka energetyczna państwa, regulacje prawne w zakresie kształtowania działalności PE oraz kształtowania taryf i podatków nakładanych na PE. Brak środków na inwestycje modernizacyjne i odtworzeniowe, a i istniejące środki nie zawsze są w pełni wykorzystane. W stosunku do innych krajów występuje przerost Maciej Miniewicz 47 zatrudnienia.

48 Podsumowanie Produkcja ciepła w procesach energetycznego spalania węgla charakteryzuje się dużym w stosunku do innych technologii, zanieczyszczeniem środowiska i powinna być zastępowana technologiami czystego spalania węgla. Wykorzystanie węgla zapewnia polskiej gospodarce duże bezpieczeństwo energetyczne i chroni przed zmianami cen energii wynikającymi Maciej Miniewicz ze zmian cen paliw. 48

49 Przestarzałe urządzenia i technologie oraz znaczna dekapitalizacja majątku PE są przyczyną niskiej efektywności w porównaniu z innymi systemami ciepłowniczymi w krajach UE. Znaczne nadwyżki mocy zainstalowanej do wykorzystanej obniżają sprawność wytwarzania ciepła i podnoszą jego cenę Maciej Miniewicz 49

50 Sieci ciepłownicze mają strukturę (technologię, potencjał i topologię) z okresu zwiększonego zapotrzebowania na ciepło oraz dawnych miejskich programów inwestycyjnych, nie zawsze realizowanych do końca, a brak możliwości ich poprawnej regulacji zwiększa straty ciepła Maciej Miniewicz 50

51 Stratom ciepła sprzyja także prędkość przepływu, która odbiega znacznie od projektowanych, rzadkością jest sprawna regulacja jakościowo- ilościowa oraz własne źródła skojarzone i szczytowe. Sprawność systemów ciepłowniczych w wynosi 50-86%, natomiast w UE od 70-91%. Nadmiernie restrykcyjne regulacje prawne nie pozwalają na modernizację systemów ciepłowniczych Maciej Miniewicz 51

52 Dziękuję za uwagę Maciej Miniewicz 52