Optymalne Planowanie Energetyczne (OPE) jako narzędzie realizacji lokalnych strategii rozwoju Konwent Burmistrzów w i WójtW jtów Śląskiego Związku Gmin i Powiatów, w, śarki, 19 października 2012 mgr Ewa Winkowska, MBA, Zastępca Dyrektora ds. Zrównowa wnowaŝonego onego Rozwoju KAPE S.A.
Miejsce planu energetycznego w realizacji celów w krajowych, regionalnych i lokalnych Weźmy gminę, która sporządza swój plan energetyczny i rozwaŝa realizację szeregu działań słuŝących poprawie efektywności energetycznej. Gmina ta posiada strategię rozwoju, a przynajmniej ma wyznaczone cele strategiczne. Pragnieniem decydentów jest, aby wszelkie działania inwestycyjne podejmowane na terenie tej jednostki były spójne ze strategią, i przyczyniały się do realizacji celów strategicznych w regionie. Jednocześnie gmina chce włączyć się do realizacji Polityki Energetycznej Państwa i zobowiązań międzynarodowych, oraz wywiązać się ze zobowiązań nałoŝonych prawnie na sektor publiczny. Warto obliczyć i wskazać wkład kaŝdej z JST w regionie w realizację PEP, Pakietu Klimatycznego oraz krajowego celu w zakresie oszczędnego gospodarowania energią. Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A. 2
Wybór r działań proefektywnościowych w związku zku z realizacją planu energetycznego Na realizację wszystkich rozwaŝanych działań proefektywnościowych potrzebne byłyby nakłady inwestycyjne w wysokości blisko 27 mln zł, podczas gdy gmina w danym roku dysponuje budŝetem na takie działania w wysokości do 10 mln zł. RozwaŜane działania dotyczą róŝnych obszarów funkcjonowania gminy i mogą przynieść róŝne efekty. Które działania wybrać? Jakim kryterium / jakimi kryteriami się kierować? Czy moŝna pogodzić sprzeczne wymagania np. jak największe oszczędności energii przy jak najmniejszych nakładach inwestycyjnych? Czy istnieje zestaw obiektywnie najlepszych działań? Które działania będą najlepsze dla tej właśnie gminy posiadającej taką a nie inną strategię? Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A. 3
Optymalizacja wielokryterialna - definicja Dział badań operacyjnych zajmujący się wyznaczaniem optymalnej decyzji w przypadku, gdy występuje więcej niŝ jedno kryterium. Z kaŝdym kryterium wiąŝe się funkcja celu. Optymalizacja wielokryterialna występuje w wielu róŝnych dziedzinach: w projektowaniu produktu i procesu produkcji, finansów, projektowaniu samolotów, w przemyśle chemicznym, projektowanie samochodu, wszędzie tam gdzie optymalne decyzje muszą być podjęte w obecności kompromisów pomiędzy dwoma lub więcej sprzecznymi celami. Przykładem wielokryterialnej optymalizacji jest maksymalizacja zysków i minimalizacji kosztów produktu, maksymalizacja wydajności przy ograniczaniu zuŝycia paliwa, czy teŝ obniŝenie masy urządzenia przy jednoczesnej maksymalizacji wytrzymałości poszczególnych jego komponentów. http://pl.wikipedia.org/wiki/optymalizacja Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A. 4
Zastosowanie optymalizacji wielokryterialnej przez JST do planowania energetycznego Zadanie wielokryterialne będzie rozwiązywane metodą sumy waŝonej czyli poprzez sprowadzenie go do zadania jednokryterialnego dzięki nadaniu wag poszczególnym kryteriom cząstkowym. Suma wag powinna wynosić 1. Trzy obowiązkowe kryteria optymalizacji, odzwierciedlające cele Polityki Energetycznej Polski i zobowiązania międzynarodowe: Kryterium I: Oszczędność energii pierwotnej, Kryterium II: Zwiększenie udziału OŹE w bilansie energii, Kryterium III: Zmniejszenie emisji CO 2. Suma wag tych kryteriów nie moŝe być mniejsza niŝ 0,3: w 1 + w 2 + w 3 = 0,3 śadna z wag odpowiadających tym kryteriom nie moŝe być równa 0. Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A. 5
Zastosowanie optymalizacji wielokryterialnej do planowania energetycznego c.d. Pozostałe kryteria oceny przedsięwzięć słuŝących poprawie efektywności energetycznej na obszarze JST oraz przypisane im wagi ustalane są przez decydentów w zaleŝności od celów strategicznych i priorytetów rozwoju JST. Przykładowo, pozostałe kryteria mogą być następujące: Kryterium IV: Minimalizacja kosztów inwestycyjnych, Kryterium V: Wzorcowa rola sektora publicznego, Kryterium VI: Zwiększenie wpływów do budŝetu JST, Kryterium VII: Minimalizacja emisji NO x i SO x, Kryterium VIII: Minimalizacja emisji pyłów zawieszonych, Kryterium IX: Zmniejszenie bezrobocia, Kryterium X: Zwiększenie bezpieczeństwa energetycznego gminy. Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A. 6
Przykład* optymalizacji wielokryterialnej metodą sumy waŝonej RozwaŜane działania proefektywnościowe: 1. Kompleksowa termomodernizacja mieszkalnych budynków komunalnych w zakresie i standardzie zbliŝonym do Ustawy termomodernizacyjnej (9500 m 2 p.u.) 2. Kompleksowa termomodernizacja samorządowych budynków uŝyteczności publicznej w zakresie i standardzie zbliŝonym do Ustawy termomodernizacyjnej (5000 m 2 p.u.) 3. Modernizacja oświetlenia zewnętrznego (500 punktów świetlnych) 4. Zmniejszenie zapotrzebowania na ciepło do przygotowania ciepłej wody uŝytkowej w obiektach gminy (dla 4000 osób) 5. Wymiana sprzętu biurowego w sektorze publicznym (1000 sztuk) 6. Budowa budynku niskoenergetycznego (2000 m 2 p.u.) przez gminę *) przykłady opracowane na podstawie danych zawartych w Planie działań na rzecz zrównowaŝonego zuŝycia energii dla Warszawy do 2020r. opracowanym przez KAPE S.A. oraz audytów energetycznych zweryfikowanych przez KAPE S.A. Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A. 7
Przykład* optymalizacji wielokryterialnej metodą sumy waŝonej c.d. RozwaŜane działania proefektywnościowe c.d.: 7. Zastosowanie kolektorów słonecznych w budynkach prywatnych dzierŝawa od gminy (1000 kw) 8. Zastosowanie paneli fotowoltaicznych w obiektach gminy (100 kw) 9. Zastosowanie pomp ciepła w budynkach gminy (500 kw) 10. Zastosowanie kotłów na biomasę w miejskiej ciepłowni (3000 kw) 11. Wymiana taboru autobusowego starszego niŝ 10 lat na nowy spełniający wysokie normy Euro (2 sztuki) 12. Kampania informacyjna mająca na celu zmianę sposobu transportu z indywidualnego na zbiorowy (300000 pasaŝerokilometrów). *) przykłady opracowane na podstawie wskaźników zawartych w Planie działań na rzecz zrównowaŝonego zuŝycia energii dla Warszawy do 2020r. opracowanym przez KAPE S.A. oraz audytów energetycznych zweryfikowanych przez KAPE S.A. Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A. 8
Przykład optymalizacji wielokryterialnej metodą sumy waŝonej c.d. Znajdujemy rozwiązania efektywne (paretooptymalne) spełniające ograniczenie nakładów inwestycyjnych do 10 mln zł, czyli warianty realizacji planu energetycznego*: Wariant A: działania 1 + 3 + 5 + 7 + 12 (łączny koszt 9887,5 tys. zł) Wariant B: działania 2 + 4 + 6 + 10 + 12 (łączny koszt 9950,0 tys. zł) Wariant C: działania 8 + 9 + 11 + 5 + 6 (łączny koszt 9988,8 tys. zł) Wariant D: działania 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 12 (łączny koszt 9707,5 tys. zł) Wariant E: działania 6 + 9 + 10 + 11 + 12 (łączny koszt 9980,0 tys. zł) *) wariant realizacji planu energetycznego = zestaw działań (zadań) prowadzących do osiągnięcia celów strategicznych Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A. 9
Przykład optymalizacji wielokryterialnej metodą sumy waŝonej c.d. Ustalamy kryteria, według których będziemy oceniać wybrane warianty (I-III obowiązkowe, IV-V opcjonalne ustalane przez gminę): Kryterium I*: Oszczędność energii pierwotnej, Kryterium II*: Zwiększenie udziału OŹE w bilansie energii, Kryterium III*: Zmniejszenie emisji CO2. Kryterium IV: Minimalizacja kosztów inwestycyjnych, Kryterium V**: Wzorcowa rola sektora publicznego. *) Suma wag tych kryteriów nie moŝe być mniejsza niŝ 0,3: w1 + w2 + w3 = 0,3, śadna z wag odpowiadających tym kryteriom nie moŝe być równa 0. **) Kryterium binarne: funkcja przyjmuje wartość 1 dla zadań zrealizowanych na majątku JST, które mogą być powielane przez sektor komercyjny czy mieszkańców. Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A. 10
Przykład optymalizacji wielokryterialnej c.d.: obliczamy wartości funkcji kryteriów Kryterium I Kryterium II Kryterium III Kryterium IV Kryterium V Wariant Oszczędność energii pierwotnej Energia z OŹE Zmniejszenie emisji CO2 Pozostaje w budŝecie do wykorzystania Wzorcowa rola sektora publicznego MWh/rok MWh/rok Mg/rok zł A 3 579 861 958 112 500 1 1+3+5+7+12 B 8 257 5 910 2 488 50 000 3 2+4+6+10+12 C 1 594 80 462 11 200 2 8+9+11+5+6 D 5 174 0 1 353 292 500 3 1+2+3+4+5+12 E 6 825 5 910 2 159 120 000 1 6+9+10+11+12 Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A. 11
Przykład optymalizacji wielokryterialnej c.d.: normalizujemy wartości funkcji kryteriów Kryterium I Kryterium II Kryterium III Kryterium IV Kryterium V Wariant Oszczędność energii pierwotnej Energia z OŹE Zmniejszenie emisji CO2 Pozostaje w budŝecie do wykorzystania Wzorcowa rola sektora publicznego A 0,43 0,15 0,39 0,38 0,33 1+3+5+7+12 B 1,00 1,00 1,00 0,17 1,00 2+4+6+10+12 C 0,19 0,19 0,04 0,67 8+9+11+5+6 D 0,63 0,00 0,54 1,00 1,00 1+2+3+4+5+12 E 0,83 1,00 0,87 0,41 0,33 6+9+10+11+12 Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A. 12
Przykład optymalizacji wielokryterialnej c.d. obliczamy sumy waŝone dla wariantów Kr. I (OEnP) Kr. II (OŹE) Kr. III (CO2) Kr. IV (zł) Kr. V (wzór) Ocena wariantów (suma waŝona) Wariant A 0,09 0,03 0,08 0,08 0,07 0,34 Wariant B 0,20 0,20 0,20 0,03 0,20 0,83 Wariant C 0,04 0,00 0,04 0,13 0,22 Wariant D 0,13 0,00 0,11 0,20 0,20 0,63 Wariant E 0,17 0,20 0,17 0,08 0,07 0,69 Waga Kryteriów PEP wynosi 60% - najlepszy jest wariant B Waga kryterium 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A. 13
Przykład optymalizacji wielokryterialnej c.d. obliczamy sumy waŝone dla nowych wag Kr. I (OEnP) Kr. II (OŹE) Kr. III (CO2) Kr. IV (zł) Kr. V (wzór) Ocena wariantów (suma waŝona) Wariant A 0,04 0,04 0,12 0,13 0,35 Wariant B 0,10 0,10 0,10 0,05 0,40 0,75 Wariant C 0,02 0,00 0,02 0,27 0,32 Wariant D 0,06 0,00 0,05 0,30 0,40 0,82 Wariant E 0,08 0,10 0,09 0,12 0,13 0,53 Waga Kryteriów gminnych sięga 70% - najlepszy jest wariant D Waga kryterium 0,1 0,1 0,1 0,3 0,4 Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A. 14
Przykład optymalizacji wielokryterialnej c.d. jeszcze inne wagi dla tych samych kryteriów Kr. I (OEnP) Kr. II (OŹE) Kr. III (CO2) Kr. IV (zł) Kr. V (wzór) Ocena wariantów (suma waŝona) Wariant A 0,00 0,07 0,00 0,15 0,03 0,26 Wariant B 0,50 0,07 0,08 0,67 Wariant C 0,00 0,00 0,02 0,05 0.08 Wariant D 0,00 0,40 0,08 0,49 Wariant E 0,50 0,16 0,03 0,71 Stawiamy na rozwój OŹE i niski koszt - najlepszy jest wariant E Waga kryterium 0,5 0,4 0,08 Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A. 15
Optymalizacja wielokryterialna w planowaniu energetycznym: podsumowanie Oceny w rankingu wariantów (rozwiązań) zaleŝą od przyjętych kryteriów oraz ich wag. RóŜne wagi prowadzą do róŝnych wyników dla takich samych kryteriów. Suma wag wynosi 1. Wszystkich obowiązują 3 kryteria związane z PEP. Kryteria dotyczące rozwoju JST oraz wagi dla wszystkich kryteriów ustalane są przez decydenta, z wyjątkiem kryteriów ustalanych na wyŝszym poziomie administracyjnym (krajowym, regionalnym, lokalnym). Kryteria oraz ich wagi nie są obiektywnym odbiciem rzeczywistości, lecz odzwierciedlają preferencje decydenta. Nie wiadomo, które rozwiązanie jest obiektywnie najlepsze. Oceny pokazują, które rozwiązania są lepsze w sensie przyjętych kryteriów i wybranego metakryterium (tutaj: suma waŝona, a zatem które jest najlepsze dla wybranych wag). Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A. 16
Planowanie energetyczne w JST - główne Planowanie energetyczne w gminie powinno być częścią gospodarowania energią przez JST. JST sporządza i realizuje Plan ZrównowaŜonego Gospodarowania Energią. Konieczna jest zmiana obecnego modelu planowania energetycznego w gminie, ale z zachowaniem dotychczasowego dorobku w tej dziedzinie. Wskazane jest stosowanie procedur optymalizacyjnych na wszystkich poziomach planowania energetycznego (od gminy do poziomu krajowego). Narzędzia wspierające proces gospodarowania energią przez JST powinny mieć zastosowanie na wszystkich poziomach samorządu terytorialnego. wnioski z projektu KAPE S.A.* *) Realizowany przez KAPE S.A. projekt Optymalne planowanie energetyczne na poziomie gminy w Polsce finansowany jest przez ECF Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A. 17
Optymalne planowanie energetyczne (OPE) definicja OPE to zestaw działań jednostki samorządu terytorialnego (JST) prowadzących do realizacji celu jakim jest minimalizacja oddziaływania na środowisko z procesów wytwarzania i zuŝycia energii na obszarze jednostki samorządu terytorialnego przy określonych celach rozwoju JST (i w zadanym terminie), z zapewnieniem bezpieczeństwa energetycznego na obszarze JST. Do określania celów i pomiaru wyników działań JST słuŝy zestaw wskaźników monitoringu. Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A. 18
Korzyści planowania energetycznego zgodnie z zaproponowanym modelem c.d. Optymalne Planowanie Energetyczne (OPE) jest narzędziem zrównowaŝonego rozwoju jednostki samorządu terytorialnego. Zastosowanie optymalizacji wielokryterialnej jako narzędzia OPE pozwala na powiązanie planowania energetycznego z planowaniem strategicznym na kaŝdym poziomie JST. Agregujemy wyniki na kolejnych obszarach terytorialnych (powiat, województwo) a takŝe wyniki Planów ZrównowaŜonego Gospodarowania Energią w odniesieniu do zasobów budŝetu państwa, obejmując wkład całego sektora publicznego do realizacji polityki efektywności energetycznej kraju. Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A. 19
Wstępny model optymalnego planowania energetycznego (OPE) na obszarze JST Gmina (G): Bezpieczeństwo energetyczne Inwentaryzacja zasobów 5 3 Identyfikacja potrzeb Wybór optymalnej opcji 4 (G, P, W) zasoby j.s.t. (P) 1 Powiat: Inwentaryzacja zasobów (GIS, (W) 2 OŹE), Prognoza potrzeb (pozwolenia na 6 budowę) Województwo: Alokacja środków RPO Inwestycje celu publicznego ponadlokalne energetyka Strategia i Program regionalny 7 BudŜet Państwa Kraj: Cele OPE: PEP 2030, KPD EE, KPD OŹE, KPZK 2030 MoŜliwości poprawy efektywności energetycznej i stosowania OŹE w RP Prognozy ekonomiczne i demograficzne, otoczenie prawne, wsparcie oraz finansowanie inwestycji proefektywnościowych i proekologicznych Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A. 20
Stanowiska szkoleniowe PJCEE Dziękujemy za uwagę Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A. ul. Nowowiejska 21/25 tel. 22/ 825 86 92, 234 52 42 Fax. (0-22) 825 78 74 e-mail: kape@kape.gov.pl Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A. 21 21