Taryfa antysmogowa dla ogrzewania elektrycznego. Prądem w... kaloryfery

Transkrypt

1 Taryfa antysmogowa dla ogrzewania elektrycznego. Prądem w... kaloryfery Autorzy: Stanisław Tokarski - Główny Instytut Górnictwa, Katowice, Akademia Górniczo-Hutnicza, Centrum Energetyki, Kraków Włodzimierz Gwiżdż - SEP Oddział Gliwice Józef Kokorczak - SEP Oddział Opole ("Energia Elektryczna" - 12/2017) Czyżby nam nie zależało na tym, aby zadbać o swoje zdrowie i życie? Wszystkie statystyki biją na alarm w Polsce rocznie umiera z powodu smogu pochodzącego ze złej jakości ogrzewania ponad 40 tys. osób! Czy można zatem w obszarach szczególnie zagrożonych smogiem wprowadzić szerzej ogrzewanie elektryczne, ale po specjalnej cenie taryfy antysmogowej, tak aby koszt pozostawał na poziomie opłat za ciepło sieciowe? Czyli przesunąć spalanie węgla z przestarzałych pieców domowych do elektrociepłowni i wyeliminować smog! Zanieczyszczone środowisko było w 2015 na świecie powodem przedwczesnej śmierci dziewięciu milionów osób. Najbardziej szkodzi brudne powietrze. Choroby układu krążenia, udary, rak płuc to najczęstsze przyczyny śmierci spowodowane zanieczyszczeniem środowiska. Prawie dziewięć milionów zgonów wywołanych jest skażonym powietrzem, wodą i glebą wynika z międzynarodowych badań opublikowanych w periodyku,,the Lancet". To 15 razy więcej niż zgony spowodowane wojną, przemocą, sześciokrotnie więcej niż zgony w wypadkach drogowych oraz trzykrotnie więcej niż ogólna liczba ofiar wirusa HIV, gruźlicy i malarii piszą autorzy badań. (onet.wiadomości) Trzeba przyznać, że temat w Polsce potraktowano bardzo poważnie. Z pewnością nie wszystko będzie można zrealizować od ręki. Na szczęście podjęto już pierwsze uchwały zakazujące spalania węgla brunatnego, mułów i flotokoncentratów, węgla o najgorszych parametrach (czytaj wysokozasiarczonego), w domach wolnostojących będzie można montować tylko piece spełniające wymogi emisyjności tzw. piątej generacji na ekogroszek najwyższej jakości. Produkcja i sprzedaż starszych modeli pieców węglowych ma być stopniowo zamykana. Samorządy lokalne podejmują działania zmierzające do ograniczenia i wyeliminowania niskiej emisji, poprzez m.in. dotacje na wymianę tradycyjnych pieców węglowych i podłączenie do ciepła sieciowego lub na nowoczesne urządzenia wykorzystujące do ogrzewania i wytworzenia ciepłej wody użytkowej (CWU) gaz, olej opałowy, pompy ciepła czy też elektryczne piece akumulacyjne nowej generacji (z dynamicznym rozładowaniem). Jednakże całkowite wyeliminowanie szkodliwej dla zdrowia niskiej emisji wymaga przygotowania całościowego programu rządowego oraz przeprowadzenia skoordynowanych działań w skali całego kraju, z zachowaniem ujednoliconych standardów. Wszak aby całkowicie zlikwidować w Polsce wszystkie paleniska węglowe (około 3,8 mln) potrzeba i czasu, i

2 olbrzymich nakładów finansowych. Będzie to program na lata, ale zacząć należy właśnie już dzisiaj Każdy użytkownik zwraca uwagę na to, aby jak najmniej płacić za ogrzewanie i przygotowanie CWU. O ile koszty inwestycyjne poszczególnych systemów grzewczych instalacja gazowa, ciepło sieciowe, elektryczne piece akumulacyjne można ze sobą porównać (wyjątkiem są pompy ciepła znacznie droższe na etapie inwestycyjnym, ale najkorzystniejsze finansowo w eksploatacji), to o kosztach eksploatacyjnych wszyscy twierdzą, że najdrożej i to dużo drożej jest grzać prądem. Na stawiane oponentom pytanie: Skąd taka pewność? przeważnie pada odpowiedź: A bo wszyscy tak mówią. Sic! Decydując się na wykorzystanie energii elektrycznej do ogrzewania mieszkania, domu oraz przygotowanie CWU należy przede wszystkim pamiętać, aby dokonać wyboru odpowiedniego urządzenia i do tego wybrać odpowiednią grupę taryfową do rozliczania za energię elektryczną. W nr. 8/2017 Energii Elektrycznej pisaliśmy o rozwiązaniach, które niemal idealnie nadają się do walki z niską emisją w oparciu o wykorzystanie taniej energii elektrycznej. W grzejnictwie elektrycznym mamy praktycznie trzy możliwe rozwiązania. Klasyfikacja elektrycznych ogrzewaczy akumulacyjnych O piecach akumulacyjnych (tradycyjnych), statycznych i z dynamicznym rozładowaniem, pisaliśmy już wielokrotnie (dla przypomnienia małe kompendium poniżej). Nowością natomiast w Polsce są propozycje urządzeń akumulujących elektrycznych do ogrzewania wodnego. Piece akumulacyjne statyczne W piecach akumulacyjnych starszej generacji (statycznych) zgromadzone ciepło w rdzeniu oddawane było bezpośrednio do otoczenia, poprzez obudowę (konwekcja oraz promieniowanie). Brak możliwości efektywnego sterowania procesem oddawania ciepła był podstawową wadą tych urządzeń. Stosowane przesłony pozwalające ręcznie regulować ilość swobodnie przepływającego powietrza przez nagrzany rdzeń pieca w trakcie użytkowania było kłopotliwe i niepraktyczne. W nowoczesnych piecach statycznych proces oddawania ciepła jest kontrolowany przez termostat. Dopasowuje on wielkość przepływającego powietrza przez rdzeń w zależności od aktualnej temperatury w pomieszczeniu. Piece akumulacyjne z dynamicznym rozładowaniem Dużo bardziej zaawansowanym technicznie urządzeniem jest piec akumulacyjny z dynamicznym rozładowaniem. Zastosowane materiały izolacyjne zapobiegają niepożądanym i niekontrolowanym stratom ciepła (promieniowanie). Zabezpieczają one odpływ ciepła z bloku akumulacyjnego, mają także za zadanie utrzymanie niskiej, bezpiecznej temperatury na

3 obudowie zewnętrznej. Gromadzeniem ciepła w rdzeniu akumulacyjnym, wykonanym z magnezytu, steruje regulator pogodowy, który nadzoruje proces magazynowania odpowiedniej ilości ciepła (kontrolowany jest poziom naładowania pieca), zależnie od warunków pogodowych. W przypadku niewykorzystania ciepła w jednym cyklu jego rozładowania, w następnym uzupełniana jest tylko niezbędna porcja energii. Za utrzymanie komfortowej temperatury w pomieszczeniu odpowiada regulator pokojowy. Steruje on pracą wentylatora, który wymusza przepływ powietrza przez rdzeń akumulacyjny. Regulator pozwala na zaprogramowanie własnego planu utrzymania temperatury w pomieszczeniu w trakcie całej doby, osobno dla każdego dnia tygodnia. Rezultatem pełnej kontroli procesu gromadzenia ciepła i jego dostarczania do pomieszczenia jest pobór odpowiedniej, minimalnej ilości energii elektrycznej. Zarówno regulator pogodowy, jak i pokojowy są najważniejszymi elementami układu grzewczego decydującymi o komforcie użytkowania, a także o możliwości uzyskania oszczędności energii. Jedyną niedogodnością wymiany istniejących systemów grzewczych na te z wykorzystaniem pieców akumulacyjnych (statycznych czy też z dynamicznym rozładowaniem korzystniejsze) jest konieczność ułożenia dodatkowej instalacji elektrycznej do zasilania i sterowania każdego z pieców oraz demontaż istniejącego układu grzewczego. Elektryczne wodne Proponowane rozwiązania są wyjściem naprzeciw zwolennikom elektrycznego ogrzewania, których wbrew pozorom nie jest znowu tak całkiem mało. Każdy, jeśli decyduje się na zmianę systemu ogrzewania na ekologiczne elektryczne (akumulacyjne), chciałby tego dokonać jak najmniejszym nakładem sił i środków, a w tym i uniknąć uciążliwości związanych z przebudową. W tym przypadku trzeba jedynie zdemontować stary piec i w to miejsce zrealizować jedno z poniższych rozwiązań. Urządzenie typu EZK (rycina 1) Akumulacyjny ogrzewacz centralnego ogrzewania z akumulatorem magnezytowym (stałym). Działanie jego jest niemal identyczne jak pieca akumulacyjnego z dynamicznym rozładowaniem. Różnica polega na tym, że ogrzewane nie jest powietrze wydmuchiwane do pomieszczenia, a wymiennik wodny, umieszczony pod blokiem magnezytowym, zasilający obieg systemu centralnego ogrzewania (kaloryfery, ogrzewanie podłogowe, ścienne). Temperatura czynnika CO do 100 C. Urządzenia te można łączyć kaskadowo nawet do mocy 500 kw, co pozwala na zastosowanie ich do ogrzewania w budynkach biurowych i wielorodzinnych.

4 Ryc.1 Akumulacyjny ogrzewacz CO widok zewnętrzny i przekrój oraz schemat pieca Schemat przykładowej instalacji w gospodarstwie indywidualnym przedstawiono na rycinie 2. Ryc.2 Przykład zastosowania ogrzewacza typu EZW z małą pompą ciepła /powietrze-powietrze/ ciepłej wody użytkowej Urządzenie typu EZW (rycina 3) Akumulacyjne ogrzewacze centralnego ogrzewania z akumulatorem wodnym. Rolę akumulatora spełnia dobrze izolowany zbiornik, względnie zbiorniki łączone kaskadowo. Ich pojemność: litrów oraz liczba zależne są od zapotrzebowania na pokrycie strat cieplnych w danym obiekcie. Temperatura czynnika CO do 55 C.

5 Ryc.3 Akumulacyjny ogrzewacz centralnego ogrzewania typu EZW z wodnym akumulatorem ciepła. Widok zewnętrzny Schemat przykładowej instalacji z zastosowaniem akumulacyjnego ogrzewacza CO z akumulatorem wodnym w gospodarstwie indywidualnym przedstawiono na rycinie 4. Ryc.4 Przykład zastosowania ogrzewacza typu EZW z małą pompą ciepła /powietrzepowietrze/ i wodnym kolektorem słonecznym do ogrzewania w okresie przejściowym

6 Tak przedstawione parametry dostosowane są do typowej taryfy dwustrefowej G12 (8 + 2 godz. dostępu do taniej energii elektrycznej) w dolinach dziennej (2 godz.) i nocnej (8 godz.). Urządzenie pracuje w rożnych konfiguracjach taryf nocnych, które są możliwe do wprowadzenia w naszym kraju. Zmieniać się będą jedynie moce grzałek w bloku magnezytowym. Nie wpłyną jednak one znacząco na cenę zakupu urządzenia, która wahać się będzie w granicach tys. zł. Klaster energii elektrycznej Powyższe rozwiązania planowane są do pilotażowego wdrożenia w powstającym w powiecie Gliwickim Klastrze Energii pn.: Przyjazna energia w powiecie gliwickim jako porozumienie, w skład którego wejdą podmioty gospodarcze, jednostki samorządowe (gminy), jednostki naukowe (Politechnika Śląska Wydział Elektryczny oraz Wydział Ochrony Środowiska i Energetyki AGH, GIG), firmy specjalistyczne działające w sektorze i na rzecz energetyki odnawialnej oraz mieszkańcy. Zadania klastra realizuje jego koordynator, który w ramach uzyskanej koncesji prowadzi działalność gospodarczą związaną ze sprzedażą i dystrybucją, z uwzględnieniem źródeł uczestników jako prosumentów. Głównym celem klastra jest wspólne działanie na rzecz wyeliminowania niskiej emisji (przede wszystkim poprzez likwidację przestarzałych palenisk domowych opalanych nośnikami wywołującymi ją), ograniczenia kosztów energii, wynikającego z wykorzystywania własnych źródeł, dla uczestników przedsięwzięcia oraz poprawy warunków życia ludzi zamieszkujących powiat gliwicki.

7 W przyszłości klaster będzie dążył do zbilansowania produkcji energii elektrycznej z jej konsumpcją, głownie poprzez zwiększenie udziału OZE. Na 37 tys. gospodarstw indywidualnych w powiecie gliwickim, ponad 25 tys. korzysta z centralnego ogrzewania zasilanego piecami na paliwo stałe węgiel, koks. Średniorocznie gospodarstwa te emitują w powietrze ponad 185 tys. ton CO₂. Walka z niską emisją jest podstawowym zadaniem ekologicznym klastra energii. Przy zastosowaniu odnawialnych źródeł energii w obrębie klastra, ekologicznie czysta energia elektryczna sprzedawana byłaby w czasie szczytów energetyce zawodowej, a po promocyjnych cenach poza szczytem energetyka zawodowa sprzedawałaby klastrowi energię potrzebną do magazynowania energii cieplnej z przeznaczeniem dla CO i CWU, co powinno dodatkowo i zdecydowanie obniżyć koszty eksploatacji pieców elektrycznych, nawet do poziomu mniejszego niż koszty eksploatacji pieców węglowych. Co z taryfą za energię wykorzystywaną do ogrzewania? W aktualnie obowiązującym stanie prawnym energia elektryczna może być wykorzystywana do celów grzewczych w gospodarstwach domowych i instytucjach takich jak domy dziecka, hospicja, czy obiekty wykorzystywane przez inne organizacje prywatne i publiczne. Spółki handlujące energią elektryczną oferują specjalną taryfę z niższą ceną za prąd w pewnych strefach czasowych i w weekendy. W taryfie G12 doba podzielona jest na dwie strefy czasowe, w których cena prądu elektrycznego zależy od czasu poboru. Niższa stawka obowiązuje przez 10 godzin w ciągu doby w dolinach obciążenia, głownie w godzinach nocnych. Przez pozostałe 14 godzin, w tzw. szczytach, stawka za zużycie prądu pozostaje nieco wyższa aniżeli w taryfie jednostrefowej. Odbiorcy energii w taryfie G12, a więc korzystający z rozliczenia dwustrefowego posiadają licznik dwutaryfowy, dzięki któremu energia elektryczna dostarczana jest do urządzeń grzewczych (piec akumulacyjny, bojler na ciepłą wodę) w godzinach tańszej taryfy, tam akumulowana w postaci energii cieplnej i następnie wykorzystywana przez pozostałą część dnia. Szacuje się, że z 13 mln gospodarstw domowych, licznik dwutaryfowy zainstalowany jest w ok 3 mln gospodarstw i obiektów. Koszty ogrzewania elektrycznego z wykorzystaniem taryfy G12 pozostają jednak relatywnie wyższe w porównaniu z takimi mediami jak ciepło sieciowe, czy gaz. Czy jest zatem możliwe zastąpienie ogrzewania piecami węglowymi ciepłem z elektrociepłowni, a w przypadku braku takiej możliwości energią elektryczną? Czy jest możliwe wprowadzenie taryfy antysmogowej dla ogrzewania elektrycznego tam gdzie nie ma innej możliwości eliminacji emisyjnych palenisk węglowych, ale w taki sposób,

8 żeby koszt ogrzewania energią elektryczną pozostawał na poziomie ogrzewania sieciowego? Skuteczne, kosztowo efektywne i nieodległe w czasie wyeliminowanie szkodliwej dla zdrowia niskiej emisji wymaga przygotowania rządowego programu i przeprowadzenia skoordynowanych działań w skali całego kraju, z zachowaniem tych samych standardów i założeń: Z dniem rozpoczęcia Programu wprowadzić zakaz instalowania palenisk na paliwa stałe w nowobudowanych domach i obiektach publicznych, oraz prywatnych. W odniesieniu do istniejących systemów grzewczych ustalić horyzont czasowy, wraz z określeniem wymogów technicznych i źródeł finansowania wymiany palenisk na nieemisyjne i niskoemisyjne źródła systemowe, ogrzewanie gazowe, pompy ciepła, paliwa płynne, a także inne dozwolone źródła, a w przypadku braku takich możliwości zapewnić podłączenia energii elektrycznej dla celów grzewczych, po specjalnej (antysmogowej) taryfie dla odbiorców komunalnych. Zakładając, że z wolumenu mln ton węgla spalanego w piecach domowych około połowa może być przesunięta do wytworzenia ciepła i energii elektrycznej w elektrowniach i elektrociepłowniach systemowych, a z tego połowa do celów elektryfikacji ciepłownictwa, daje to zwiększoną produkcję 6 TWh w dolinach nocnych, co w istotny sposób może wyrównać krzywą dobową obciążenia krajowego systemu elektroenergetycznego. Literatura 1. K.T. Januszkiewicz, Elektryczne akumulacyjne ogrzewanie pomieszczeń, Warszawa 1998, 2. R. Domański, Magazynowanie energii cieplnej, PWP Warszawa 1990, 3. K. Szymała, Dynamiczne piece akumulacyjne. Aktywna izolacja czysty zysk, Energia w kogeneracji EWK SA, Wilcza 2015, 4. PTPiREE Chcesz mieć tanie ciepło? Grzej Prądem! Poznań 2002 r., 5. M. Turek (2017), Niska emisja - jak ją skutecznie zwalczyć?, praca zbiorowa GIG, 6. Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997 roku Prawo energetyczne, Dz.U. nr 54, poz. 348, z późn. zm., 7. Ustawa z dnia 29 sierpnia 2014 roku w sprawie charakterystyki energetycznej budynków, Dz.U. poz z roku, 8. S. Tokarski (2017), Koncepcja selektywnej elektryfikacji ciepłownictwa dla terenów zagrożonych smogiem w [1].