ANALIZA POTENCJAŁU EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ W SEKTORZE MIESZKALNICTWA W PERSPEKTYWIE DO 2030 ROKU Autorzy: Tomasz Mirowski, Jacek Kamiński, Adam Szurlej ( Rynek Energii nr 6/2013) Słowa kluczowe: efektywność energetyczna, mieszkalnictwo, energetyka rozproszona, polityka energetyczna, odnawialne źródła energii (OZE) Streszczenie. Poprawa efektywności energetycznej jest jednym z głównych celów obowiązującej polityki energetycznej Polski. W artykule przedstawiono wyniki badań potencjału efektywności energetycznej w sektorze mieszkalnictwa w Polsce. Na potrzeby niniejszej publikacji wykorzystano macierz reprezentatywnych grup budynków (4 grupy budynki jednorodzinne, wielorodzinne oraz bloki do ośmiu pięter i powyżej ośmiu pięter). Analiza obejmuje lata 2012-2030 i opiera się na założeniach, że w tym okresie utrzymany będzie określony dla danej grupy budynków stały spadek wartości sezonowego zapotrzebowania na ciepło, a dla obiektów nowobudowanych będzie on na poziomie klasy obiektów energooszczędnych. Otrzymane wyniki potwierdzają zasadność wprowadzonych instrumentów poprawy efektywności energetycznej w sektorze budownictwa mieszkaniowego. 1. WPROWADZENIE Instrumenty wspólnej polityki energetycznej, jakie wdrożyła Komisja Europejska w celu poprawy warunków dostaw i dystrybucji energii, czy to poprzez budowę nowych mocy wytwórczych, czy też usprawnienia przesyłu i dystrybucji energii, najprawdopodobniej nie doprowadzą do osiągnięcia zamierzonych celów w perspektywie krótko- i średnioterminowej (Dyrektywa 2006/32/WE). Dlatego też istnieje potrzeba poprawy efektywności wykorzystania energii u odbiorców końcowych, zarządzania popytem na energię i wspierania produkcji energii ze źródeł odnawialnych. Jest to obecnie jeden z kluczowych elementów wspólnej polityki energetycznej Unii Europejskiej. Również Polska zobowiązała się do poprawy efektywności energetycznej [7]. Zostały określone cele indykatywne w zakresie oszczędności energii odpowiednio na lata 2010, 2016 i 2020. Na 2010 rok było to 2% średniego krajowego zużycia energii finalnej, przy czym uśrednienie obejmowało lata 2001 2005. Na 2016 rok założono 9%. Po pierwszej rewizji założeń przyjętych w ustawie o efektywności energetycznej cele zostały utrzymane [1]. W 2010 roku celem była oszczędność na poziomie około 1,02 Mtoe, a osiągnięto wartość około 3,04 Mtoe. Wartości uzyskanych oszczędności energii w poszczególnych sektorach gospodarki różnią się, a największy udział stanowi sektor mieszkalnictwa, 1188 ktoe (ponad 39%). Skutkiem wdrożenia najnowszej, obecnie obowiązującej Dyrektywy 2012/27/UE, powinien być wzrost efektywności energetycznej o 17% do 2020 r. Na rysunku 1 zostały przedstawione udziały oszczędności energii w sektorach transportu, przemysłu i mieszkalnictwa w 2010 roku w Polsce wyrażone w ktoe.
Początkowo planowano osiągnąć oszczędności energii na poziomie około 4,6 Mtoe w 2016 r. (obecnie szacunki podają wartość około 5,8 Mtoe) oraz istotny potencjał oszczędności energii w sektorze mieszkalnictwa. W świetle przedstawionych powyżej przesłanek, celem niniejszego artykułu jest ocena potencjału efektywności energetycznej w sektorze mieszkalnictwa w Polsce, w latach 2012 2030. 2. SCENARIUSZE ROZWOJU SEKTORA ENERGETYCZNEGO A SEKTOR MIESZKALNICTWA Istnieje wiele czynników determinujących działania w zakresie oszczędności energii oraz poprawy efektywności urządzeń, do których jest dostarczana. Większość z nich należy uznać za słuszne, skutkiem czego powinny mieć odzwierciedlenie w odpowiednich politykach i strategiach poszczególnych państw. Nadrzędną jest idea zrównoważonego rozwoju energetycznego, która wskazuje na działania w kierunku efektywnego wykorzystania krajowych zasobów energii, wyboru odpowiednich technologii i technik użytkowania energii tak, aby między rozwojem gospodarczym (w tym sektora energetycznego) i ochroną środowiska zachodził efekt synergii, dając tym samym szansę i możliwości takiej eksploatacji zasobów energetycznych, aby przyszłe pokolenia także mogły z tych zasobów korzystać. W przypadku krajowej energetyki perspektywa 2050 roku zgodna z Energetyczną Mapą Drogową przynosi zmiany w strukturze wytwarzania energii elektrycznej i ciepła. Zmiany te wiążą się z silną redukcją jednostek opartych na węglu. Skutki takiej polityki można prześledzić w raporcie [2] lub w innych badaniach o podobnym charakterze (np. bazujących na wynikach modelu TIMES-PL [15, 16]). Scenariusz referencyjny wykorzystania energii
końcowej z różnych nośników energii do produkcji ciepła w 2030 roku, zakładający brak limitów na emisję CO 2, przedstawiono na rysunku 2. Z kolei w scenariuszu dekarbo-nizacyjnym (rysunek 3) został przyjęty warunek redukcji emisji CO 2 i wzrostu udziału OZE. Wyniki badań modelowych potwierdzają, że realizacja scenariusza dekarbonizacyjnego doprowadziłaby do gwałtownego spadku udziału węgla w strukturze zużycia ciepła u odbiorcy końcowego i zastąpienia go ciepłem ze źródeł odnawialnych oraz wzrostem efektywności energetycznej w perspektywie do 2030 roku. Spowodowałoby to duże zmiany w sektorze mieszkalnictwa, szczególnie indywidualnego. W szczególności polegałyby one na: - odpowiedniej architekturze budynku (geometria budynku, usytuowanie, wielkość przegród przezroczystych, rozmieszczenie pomieszczeń), - poprawie izolacyjności przegród budowlanych, - zastosowaniu odpowiedniego rodzaju wentylacji, - doborze odpowiedniego systemu grzewczego oraz jego sprawności, - wyposażeniu w urządzenia elektryczne o możliwie najwyższej klasie energetycznej, - wprowadzeniu inteligentnych systemów zarządzania energią w budynku.
Realizacja scenariusza referencyjnego przy utrzymaniu obecnych instrumentów wsparcia nie pobudzi w wystarczającym stopniu sektora mieszkalnictwa do zmiany struktury wykorzystywanych paliw do produkcji ciepła. Bardzo częstym zaniedbaniem na etapie budowania nowego budynku mieszkalnego jest celowe pominięcie lub ignorowanie problemu kosztów ogrzewania obiektu. Przyszli właściciele domów zarówno jedno-, jak i wielorodzinnych oczekują zapewnienia komfortu pod wieloma innymi względami, zaniedbując właściwe zaprojektowanie kotłowni oraz systemu dystrybucji ciepła, chłodu i właściwej wentylacji. Koszty na jakie narażeni są przyszli właściciele wiążą się ze wzrastającymi cenami paliw. Przykładowo, w latach 2002-2009 nominalny wzrost cen w przypadku węgla kamiennego wyniósł 41%, a gazu ziemnego -62% [16]. Technologie budowy domu pod względem jego zapotrzebowania na ciepło można podzielić na trzy główne grupy: budynek według obowiązującej normy (tradycyjny), budynek energooszczędny i budynek pasywny. Miernikiem ilościowym stosowanym do oceny zapotrzebowania na energię jest wskaźnik sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynku wyrażony w kwh/(m 2 rok). Można wyróżnić następujące klasy budynków [6]: - budynek bardzo energochłonny: 300 kwh/ (m 2 rok), - budynek energochłonny: 250 kwh/(m 2 rok), - budynek średnio energochłonny: 150 kwh/ (m 2 rok), - budynek energooszczędny: 80 kwh/(m 2 rok), - budynek niskoenergetyczny: 45 kwh/(m 2 rok), - budynek pasywny: 15 kwh/(m 2 rok). 3. INSTRUMENTY POPRAWY EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ W POLSKIM BUDOWNICTWIE Podstawowym instrumentem wspierającym inwestycje w zakresie poprawy efektywności energetycznej, jakie zapewnia państwo dla sektora mieszkalnictwa jest utworzony w 1999 roku Fundusz Termomodernizacji i Remontów. Fundusz udziela wsparcia w postaci premii termomodernizacyjnej, remontowej i kompensacyjnej. Jest ona przyznawana przez Bank Gospodarstwa Krajowego na pokrycie części kredytu komercyjnego wykorzystanego na realizację przedsięwzięcia termomodernizacyjnego i remontowego. Wsparcie obejmuje inwestorów, którzy podejmują prace poprawiające stan techniczny zasobów mieszkaniowych, w szczególności budynków zbiorowego zamieszkania. Dla osób fizycznych od 2013 roku utworzony został program dopłat do kredytów na budowę domów energooszczędnych. Kolejnym instrumentem wspierającym efektywność użytkowania energii jest wprowadzenie obowiązku określania świadectw charakterystyki energetycznej. Według prawa budowlanego [10] każdy wybudowany, wynajmowany lub modernizowany budynek musi posiadać taki
dokument. Zawiera on informację o zapotrzebowaniu na energię użytkową, końcową oraz nieodnawialną energię pierwotną. Wartości wyznacza się na podstawie metodyki obliczania charakterystyki energetycznej [11]. Uwzględnia się przy tym zapotrzebowanie na energię potrzebną do ogrzewania, wentylacji, chłodzenia, przygotowania ciepłej wody użytkowej (c.w.u.) i energię pomocniczą (np. do zasilania pomp, wentylatorów, itp.). W przypadku budynków użyteczności publicznej dodatkowo uwzględnia się także zużycie energii na oświetlenie. Wsparcie finansowe na inwestycje w poprawę efektywności i oszczędność energii oferują również programy unijne, takie jak Program Operacyjny Infrastruktura i Środowisko, działanie 9.3, Regionalne Programy Operacyjne, mechanizmy finansowe EOG i Norweski [8]. Wsparcie finansowe nie jest w wymienionych programach możliwe dla osób fizycznych. 4. KLUCZOWE ZAŁOŻENIA OBLICZENIOWE Podstawowym założeniem przyjętym w niniejszej analizie było uwzględnienie w niej mieszkań indywidualnych (jednorodzinnych) oraz deweloperskich (wielorodzinnych). Wstępna analiza ubytków w bieżących zasobach mieszkaniowych wskazała na znikomy ich wpływ na wynik obliczeń (w 2011 roku ubytki wyniosły zaledwie 0,021%). Na rysunku 4 pokazano zmiany struktury własnościowej budynków, które powstały w latach 1991 2012. W analizie założono również umiarkowany wzrost liczby nowobudowanych mieszkań, wzrost średniej powierzchni ogrzewanej tych mieszkań. W prognozie uwzględniono także niż demograficzny w badanym okresie. Część danych niezbędnych do przeprowadzenia obliczeń stanowi macierz rodzajów budynków i okresów ich budowy pozyskana z wyników badań zrealizowanych w projekcie Tabula [14]. Kluczowym źródłem danych dotyczących
gospodarstw domowych, prognozy demograficznej do 2035 roku, sytuacji mieszkalnictwa w Polsce itp. był Główny Urząd Statystyczny. Charakterystykę typowego gospodarstwo domowego w mieście i na wsi przedstawiono w tabeli 1.
W ogrzewaniu pomieszczeń w polskich gospodarstwach domowych zdecydowanie przeważają paliwa stałe (51,1%) oraz ciepło sieciowe (40%). Gaz ziemny wykorzystywany był jedynie w 10%. W grupie urządzeń do wytwarzania ciepła z paliw stałych 40,5% stanowią kotły dwufunkcyjne (c.o.+c.w.u.), około 30 % kotły jednofunkcyjne oraz ponad 22 % piece grzewcze w pomieszczeniach (głównie piece kaflowe [4]. Podział mieszkań został przyjęty jak w pracy [3]. Budynki rozdzielono na 4 kategorie i 7 okresów budowy: - domy jednorodzinne (DJR) - budynki, które posiadają 1 mieszkanie, - domy w zabudowie szeregowej (DSG) - budynki, w których są 2-4 mieszkania, - budynki wielorodzinne 1(BW1) - budynki o więcej niż 4 mieszkaniach, do 8 pięter, - budynki wielorodzinne 2 (BW2) - budynki mające powyżej 8 pięter. Okresy budowlane zostały zidentyfikowane na podstawie sztuki budowlanej w pierwszych okresach oraz ze zmian w zapotrzebowaniu na energię określonych w polskich przepisach. Dane zestawiono w tabeli 2. Przyjęto, że grupa wiekowa 18 44 jest grupą decyzyjną odnoście zakupu nowego mieszkania. Pomimo spadku liczby ludności w tej grupie w miastach o 9%, a na wsi o 7%, w perspektywie do 2030 roku, średnia powierzchnia użytkowa przypadająca na mieszkańca będzie wzrastała (dotyczy to mieszkań nowobudowanych). Założono, że w przypadku budynków DJR (domy jednorodzinne) nastąpi 25% przyrost powierzchni w stosunku do roku bazowego (2010), w grupie budynków DSG (domy w zabudowie szeregowej) przyrost
wyniesie 10%, BW1 (bloki wielo-mieszkaniowe do 8 pięter) 25%, a w BW2 (bloki wielomieszkaniowe powyżej 8 pięter) 12%. W wyniku takich założeń całkowita powierzchnia użytkowa w 2030 roku wyniesie 1 139 669 927 m 2, co w stosunku do 2010 roku, uwzględniając prognozowany niż demograficzny zwiększy o 24% wskaźnik powierzchni na 1 mieszkańca z 25 m 2 /os. do 31 m 2 /os. 5. WYNIKI I DYSKUSJA Wprowadzenie zmian zaostrzających przepisy budowlane w zakresie energochłonności jednorodzinnych budynków nowobudowanych (od 2015 r.) oraz utrzymanie dotychczasowego trendu termomodernizacji budynków mieszkalnych mogłoby przynieść w 2030 roku redukcję zużycia energii na poziomie 1 426 ktoe. Przyjęto redukcję wskaźnika E A od 130 kwh/m 2 rok do wartości zaznaczonych w tabeli 3 na szaro dla odpowiednich rodzajów budynków. Na rys. 5 zestawiono otrzymane wyniki symulacji oszczędności energii w ktoe dla wszystkich grup budynków w perspektywie do 2030 roku. Analiza wyników obliczeń potwierdza, że przyjęte działania w zakresie poprawy efektywności energetycznej mogą przynieść oczekiwane efekty. Należy jednak pamiętać, że działania te, muszą konsekwentnie stymulować sektor mieszkalnictwa do poprawy izolacji budynków już istniejących, a w nowym budownictwie zachęcać do stosowania technologii energooszczędnych oraz pasywnych.
6. PODSUMOWANIE Efektywność energetyczną, w wymiarze praktycznym, można postrzegać jako mniejsze zużycie energii przy utrzymaniu niezmienionego poziomu działalności gospodarczej lub usługowej. Plan działań do przejścia na gospodarkę niskoemisyjną do 2050 roku wymusi w Polsce wzrost efektywności energetycznej w dziedzinie transportu, przemysłu i mieszkalnictwa. Dotychczasowe doświadczenia i wyniki badań wskazują, że cele na 2016 r. w zakresie efektywności energetycznej i oszczędności energii u odbiorcy końcowego zostaną spełnione. Sektor mieszkalnictwa posiada duży potencjał w zakresie zmiany struktury wykorzystywanych paliw oraz urządzeń do ich spalania (tabela 1), w szczególności w budynkach jednorodzinnych, które nie są przyłączone do sieci ciepłowniczej, jak zaproponowano w pracy [13]. Poprawa wskaźnika energii pierwotnej (E A ), który określa roczne zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną na jednostkę powierzchni o regulowanej temperaturze nie będzie w dłuższej perspektywie polegać wyłącznie na dociepleniu budynków, ale na zastosowaniu nowych technologii wytwarzania ciepła i energii elektrycznej oraz wymianie sprzętu energochłonnego na sprzęt o wysokiej klasie energetycznej. Biorąc pod uwagę zmiany, jakie w przyszłości będą musiały nastąpić w elektroenergetyce w zakresie smart grid i polityki wobec prosumenta na rynku energii, należy zakładać jeszcze większy wzrost poprawy wskaźnika efektywności energetycznej w mieszkalnictwie, niż to przedstawiono na rysunku 5, szczególnie w segmencie DJR i DSG. W analizowanym okresie należy także spodziewać się dynamicznego rozwoju wykorzystania urządzeń mikro-chp, które znajdą zastosowanie w gospodarstwach domowych do produkcji ciepła na potrzeby własne i energii elektrycznej do sieci. Dynamika ta będzie uzależniona od ostatecznego kształtu pakietu ustaw energetycznych, nad którymi obecnie trwają zaawansowane prace legislacyjne [5]. Barierą wprowadzenia nowych technologii, które szerzej opisano w pracach
[9,12] będzie inteligentne zarządzanie tymi źródłami. Warto podkreślić, że działania w zakresie poprawy efektywności energetycznej i oszczędności energii w sektorze mieszkalnictwa dają możliwość najłatwiejszego i najtańszego osiągnięcia założonych celów w stosunkowo krótkim okresie. LITERATURA [1] Dyrektywa 2006/32/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 5 kwietnia 2006 r. w sprawie efektywności końcowego wykorzystania energii i usług energetycznych. [2] ENERG SYS. Demonstracyjny raport z oceny skutków regulacji dla Dyrektywy 2009/29/WE dla Polski w okresie do roku 2020 z wykorzystaniem elementów metodologii brytyjskiej. : www.impactets.pl. [3] GUS. Budownictwo mieszkaniowe (tablice przeglądowe). Warszawa : Główny Urząd Statystyczny, 2013. [4] GUS. Zużycie energii w gospodarstwach domowych w 2009 r. Warszawa, Główny Urząd Statystyczny 2012. [5] Janusz P., Pikus P., Szurlej A.: Rynek gazu ziemnego w Polsce stan obecny i perspektywy rozwoju. Gaz, Woda i Technika Sanitarna nr 1, 2013, s. 2-6. [6] Kopczyk H.: Ogrzewnictwo praktyczne. Projektowanie, montaż, certyfikacja energetyczna, eksploatacja. Poznań 2009, Systherm D. Gaździńska s.j. [7] Ministerstwo Gospodarki, 2007: Krajowy Plan Działań w zakresie efektywności energetycznej. Warszawa. [8] Ministerstwo Gospodarki. Drugi Krajowy Plan Działań dotyczący efektywności energetycznej dla Polski. Warszawa 2012. [9] Ministerstwo Gospodarki. Smart metering a rzeczywistość. Warszawa, Ministerstwo Gospodarki, 2012. [10] Ministerstwo Infrastruktury, 2007:Ustawa z dnia 19 września 2007 r. o zmianie ustawy - Prawo budowlane. Dz.U. z 2007 r. Nr 191, poz. 1373.. Warszawa. [11] Ministerstwo Infrastruktury. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r.w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobu sporządzania i. Dz. U. z 2006 r. Nr 156, poz 1118, z późn. zm. brak miejsca : Ministerstwo Infrastruktury, 2008 A. [12] Mirowski T.: Metody poprawy efektywności energetycznej w gospodarstwach domowych w
Polsce. Polityka Energetyczna. Tom 15, Zeszyt 2, 2012, s.41-56. [13] Sornek K. at all.: Wykorzystanie biomasy w nowoczesnych, domowych systemach poligeneracyjnych. Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej nr 283. Budownictwo i Inżynieria Środowiska; z. 59, s. 721 728. Rzeszów 2012. [14] TABULA Report. Application of Building Typologies for Modelling the Energy Balance of the Residential Building Stock TABULA Thematic Report N 2. : www.building-typology.eu, February 2012. [15] Wyrwa A., Pluta M., at all.: Wyniki wstępnych badań nad długookresowym rozwojem krajowego systemu wytwarzania energii elektrycznej w Polsce. Polityka Energetyczna. Tom 15 (zeszyt 4). Kraków 2012. [16] Wyrwa A., Zajda E. i Pluta M.: Wykorzystanie modelu TIMES do analizy zużycia gazu ziemnego w polskim systemie energetycznym w horyzoncie średnioterminowym. Materiały z konferencji pt. Nowe otwarcie na rynku paliw gazowych. Zakopane, 10-12 stycznia 2013. Praca sfinansowana ze środków na badania statutowe AGH nr 11.11.210.217 oraz IGSMiE PAN AN ANALYSIS OF THE POTENTIAL FOR ENERGY SAVINGS IN THE HOUSING SECTOR: THE 2030 PERSPECTIVE Key words: energy efficiency, housing sector, distributed generation, energy policy, renewable energy sources (RES) Summary. Improving energy efficiency remains one of the main objectives of the Polish energy policy. The paper presents the results of an analysis of the potential for energy efficiency savings in the Polish housing sector. The matrix of representative groups of buildings (4 groups - single-family houses, multi-family houses, up to eight floor- and above eight floor-blocks of flats) was applied. The analysis covers a period of 2012-2030 and is based on the assumption that a constant seasonal decrease in demand for heat in already existing building will be maintained. For newly constructed buildings the demand for heat will be at the level of energy-efficient build-ings. The results of the analysis carried out within this study positively validate the instruments introduced to improve energy efficiency in the Polish housing sector. Tomasz Mirowski, AGH w Krakowie, Wydział Energetyki i Paliw, Katedra Zrównoważonego Rozwoju Energetycznego - dr inż., adiunkt. E-mail: mirowski@agh.edu.pl Jacek Kamiński, dr hab. inż., prof. IGSMiE PAN, Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, kierownik Pracowni Polityki Energetycznej i Ekologicznej. E-mail: kaminski@meeri.pl Adam Szurlej, AGH w Krakowie, Wydział Energetyki i Paliw, Katedra Zrównoważonego Rozwoju Energetycznego - dr inż., adiunkt. E-mail: szua@agh.edu.pl