Politechnika Śląska Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów Wypieranie CO 2 z obszaru energetyki WEK za pomocą technologii OZE/URE Paweł Kucharczyk Pawel.Kucharczyk@polsl.pl Gliwice, 28 czerwca 2011 r.
2 Prace prowadzone są w ramach Zadania nr 3 pt. Zwiększenie wykorzystania energii z odnawialnych źródeł energii w budownictwie Projektu Badawczego Strategicznego Zintegrowany system zmniejszania eksploatacyjnej energochłonności budynków
3 Agenda Wprowadzenie Metodyka Dane wejściowe Wyniki oraz wnioski
4 Wypieranie energii z elektrowni o największej emisyjności... Teza Przy pełnej internalizacji kosztów zewnętrznych wytwarzania energii elektrycznej, produkcja energii w źródłach odnawialnych będzie w Polsce efektywnie wypierać produkcję energii z elektrowni o największej emisyjności i jednocześnie zagwarantuje wypełnienie polskiego celu dotyczącego udziału energii odnawialnej na rynkach końcowych.
5 Podstawy prawne Dyrektywa 2002/91/WE w sprawie charakterystyki energetycznej budynków art. 5 rozważanie celowości zastosowania OZE i kogeneracji przed rozpoczęciem budowy dla bud. powyżej 1000 m2 Dyrektywa 2010/31/WE (od 9.01.2013) w sprawie charakterystyki energetycznej budynków zdefiniowanie budynku o niemal zerowym zużyciu energii (nowe budynki po 31.12.2020; nowe budynki władz publicznych po 31.12.2018) art. 6 rozważanie celowości zastosowania OZE i kogeneracji w budynkach nowych Dyrektywa 2009/28/WE w sprawie promowania stosowania energii z OZE cele UE 20%, PL 15%, transport 10%
6 Problem badawczy Rozwój energetyki węglowej, gazowej, atomowej Wymagana ścieżka rozwoju OZE zgodnie z planem UE Zmiany zapotrzebowania na energię, rozwój KSE Koszty energii Koszty zewnętrzne (emisja CO 2 ) Zasoby energii OZE i źródeł rozproszonych Koszty przesyłu (straty, ograniczenia, rezerwy mocy) Zestawy danych wejściowych do modelu obliczeniowego Przeprowadzenie obliczeń Ocena wyników, wnioski
7 Problem badawczy w zakresie URE-OZE w budynkach Optymalizacja doboru urządzeń rozproszonej energetyki (URE) Określenie kryteriów doboru urządzeń rozproszonej energetyki w budynkach dla zapewnienia najkorzystniejszego efektu ekonomicznego dla użytkownika obiektu oraz efektu społecznego (z uwzględnieniem kosztów zewnętrznych), w tym określenie optymalnego stopnia pokrycia zapotrzebowania energii elektrycznej w budynku z urządzeń rozproszonej energetyki wykorzystujących OZE
8 Zakres pracy Budynki mieszkalne, użyteczności publicznej, usługowe, zespoły budynków Urządzenia wykorzystujące zasoby energii odnawialnej powszechnie dostępne na całym obszarze kraju, w szczególności: mikrowiatraki, ogniwa fotowoltaiczne, pompy ciepła, kolektory słoneczne, mikrokogeneracja, zasobniki ciepła i energii elektrycznej
9 Dane wejściowe do obliczeo Zasoby energii (prędkość wiatru i energia promieniowania słonecznego na podstawie danych meteorologicznych udostępnionych przez MI na potrzeby ŚCHE) Zapotrzebowanie na energię w budynkach ciepło grzewcze, ciepła woda, en. elektr. (dane statystyczne i profile obciążenia będące wynikiem innych prac badawczych) Parametry urządzeń rozproszonej energetyki (na podstawie ofert rynkowych producentów) Nakłady inwestycyjne, ceny energii, koszty zewnętrzne, ścieżki zmian cen energii (na podstawie danych rynkowych, krajowych planów, strategii, PE Polski do roku 2030)
10 Metodyka Inne źródła ciepła Mikrokogeneracja System elektroenergetyczny Kolektory słoneczne Pompa ciepła Mikrowiatrak Ogniwo PV Bilans ciepła Bilans energii elektrycznej Produkcja c.w.u Ciepło grzewcze Odbiorniki en. elektr. Zasobnik ciepła Bateria akumulatorów Parametry budynku
11 Kryterium optymalizacji Minimalizacja kosztu zaopatrzenia odbiorcy w energię elektryczną i ciepło w całym cyklu życia układu (budowa, eksploatacja, likwidacja) Analiza: finansowa, oparta na przepływach pieniężnych ekonomiczno-społeczna uwzględnia internalizację kosztów zewnętrznych
1 338 675 1012 1349 1686 2023 2360 2697 3034 3371 3708 4045 4382 4719 5056 5393 5730 6067 6404 6741 7078 7415 7752 8089 8426 1 338 675 1012 1349 1686 2023 2360 2697 3034 3371 3708 4045 4382 4719 5056 5393 5730 6067 6404 6741 7078 7415 7752 8089 8426 1 326 651 976 1301 1626 1951 2276 2601 2926 3251 3576 3901 4226 4551 4876 5201 5526 5851 6176 6501 6826 7151 7476 7801 8126 8451 1 326 651 976 1301 1626 1951 2276 2601 2926 3251 3576 3901 4226 4551 4876 5201 5526 5851 6176 6501 6826 7151 7476 7801 8126 8451 12 Zróżnicowanie geograficzne dostępnej energii OZE Katowice Średnia godzinowa prędkość wiatru [m/s] Hel Średnia godzinowa prędkość wiatru [m/s] 14 12 10 8 6 4 2 0 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Moc promieniowania słonecznego [W/m2] Moc promieniowania słonecznego [W/m2] 1200.0 1200.0 1000.0 1000.0 800.0 800.0 600.0 600.0 400.0 400.0 200.0 200.0 0.0 0.0
1 335 669 1003 1337 1671 2005 2339 2673 3007 3341 3675 4009 4343 4677 5011 5345 5679 6013 6347 6681 7015 7349 7683 8017 8351 8685 1 335 669 1003 1337 1671 2005 2339 2673 3007 3341 3675 4009 4343 4677 5011 5345 5679 6013 6347 6681 7015 7349 7683 8017 8351 8685 1 335 669 1003 1337 1671 2005 2339 2673 3007 3341 3675 4009 4343 4677 5011 5345 5679 6013 6347 6681 7015 7349 7683 8017 8351 8685 13 Wykorzystanie energii wiatru w zależności od lokalizacji Mikrowiatrak, v start = 3 m/s Katowice Hel mikrowiatrak 3 kw na bud. w mieście T = 234 h j.w. ale na przedmieściu T = 319 h mikrowiatrak 3 kw na bud. w mieście T = 724 h j.w., ale na przedmieściu T = 962 h j.w., ale na wsi T=1509 h (wówczas IRR=8%, Ce=0,22 zł/kwh) j.w., ale system bez poboru en. z sieci (wówczas E akum =35 kwh) j.w., ale dodatkowo P PV = 1,8 kw (wówczas E akum =17 kwh) 2000 1500 1000 500-500 -1000-1500 -2000-2500 -3000 500 0-500 -1000-1500 -2000-2500 -3000 500 0-500 -1000-1500 -2000-2500 -3000-3500 -4000 0 Pobór mocy z systemu elektroenergetycznego [W] Pobór mocy z systemu elektroenergetycznego [W] Pobór mocy z systemu elektroenergetycznego [W]
14 Dziękuję za uwagę