OGRZEWNICTWO I CIEPŁOWNICTWO 1 Kod kursu : ISS202038W WYKŁAD CIEPŁOWNICTWO Studia dzienne II (magisterskie) Aktualizacja : luty 2011
Piśmiennictwo 1. Kamler W. Ciepłownictwo, PWN Warszawa 1971,1980 2. Żarski K., Węzły cieplne w miejskich systemach ciepłowniczych, Ośrodek Informacji Technika instalacyjna w budownictwie, Warszawa AQUARIUS, Toruń, 1997. 3. Praca zbiorowa: Poradnik ciepłownictwo. Eksploatacja, projektowanie, inwestycje, FRC Unia Ciepłownictwa, Warszawa 1994. 4. Krygier K., Sieci ciepłownicze, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej 1995-2002. 5. Żarski K., Projektowanie preizolowanych rur cieplnych w technologii ABB- Zamech, ABB Zamech, Toruń 1992. 6. Mańkowski S., Projektowanie instalacji ciepłej wody użytkowej, Arkady, Warszawa 1981. 7. Szkarowski A., Łatowski L., Ciepłownictwo, WNT 2006 8. Mróz M., T., Planowanie modernizacji i rozwoju komunalnych systemów zaopatrzenia w ciepło, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej 2006 9. Jędral W.; Efektywność energetyczna pomp i instalacji pompowych, KAPE, Warszawa 2007 2011-06-15 Maciej Miniewicz 2
Piśmiennictwo 10. Randlov P., Podręcznik ciepłownictwa system rur prizolowanych, European District Heating Pipe Manufacturers Association, Frederika, Dania, 1998 11. Guidelines for District Heating Substations EUROHEAT & POWER, October 2008 2011-06-15 Maciej Miniewicz 3
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) 2011-06-15 Maciej Miniewicz 4
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) 2011-06-15 Maciej Miniewicz 5
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 153/13 2011-06-15 Maciej Miniewicz 6
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 2011-06-15 Maciej Miniewicz 7
Cele wykładu Poznanie sprawdzonych technologii i procedur postępowania mających na celu ograniczenie zużycia energii Stosowanie zasad zrównoważonego rozwoju w odniesieniu do ciepłownictwa 2011-06-15 Maciej Miniewicz 8
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) 2011-06-15 Maciej Miniewicz 9 3. Węzłów ciepłowniczych
Wprowadzenie Do podstawowych nośników energii cieplnej w systemach ciepłowniczych należą: 1. Woda 2. Para wodna 2011-06-15 Maciej Miniewicz 10
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 2011-06-15 systemów ciepłowniczych. Maciej Miniewicz 11
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 2011-06-15 efektywność energetyczna. Maciej Miniewicz 12
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 2011-06-15 Maciej Miniewicz 13
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 2011-06-15 Maciej Miniewicz 14
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. 2011-06-15 Maciej Miniewicz 15
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. 2011-06-15 Maciej Miniewicz 16
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, 105 2011-06-15 Maciej Miniewicz 17
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. 60-70%. 2011-06-15 Maciej Miniewicz 18
Na podstawie danych zamieszczonych w raporcie Rynek energii 2008 przeanalizujmy, jaki wpływ na sektor ciepłownictwa w mają decyzje UE. 2011-06-15 Maciej Miniewicz 19
72 000,00 Moc systemów ciepłowniczych, MW 70 000,00 68 000,00 66 000,00 64 000,00 62 000,00 Moc zainstalowana, MW Moc osiągalna, MW 60 000,00 58 000,00 56 000,00 54 000,00 2002 2007 2008 2011-06-15 Maciej Miniewicz 20
Wprowadzenie konkurencyjności spowodowało również obniżenie liczby przedsiębiorstw ciepłowniczych w. 2011-06-15 Maciej Miniewicz 21
900 Liczba przedsiębiorstw 800 700 600 500 400 Liczba przedsiębiorstw 300 200 100 0 2002 2007 2008 2011-06-15 Maciej Miniewicz 22
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. 2011-06-15 Maciej Miniewicz 23
80 000,00 Moc wykorzystana, MW 70 000,00 60 000,00 50 000,00 moc zainstalowana ogółem 40 000,00 30 000,00 20 000,00 moc zamówiona przez odbiorców potrzeby własne źródła inne 10 000,00 0,00 2002 2007 2008 2011-06-15 Maciej Miniewicz 24
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). 2011-06-15 Maciej Miniewicz 25
Zużycie w (tonach) Charakterystyka systemów ciepłowniczych w 25 000 000,00 Zużycie paliw do produkcji ciepła 20 000 000,00 15 000 000,00 10 000 000,00 5 000 000,00 węgiel kam węgiel brun olej opał lekki olej opał ciężki 0,00 2002 2007 2008 2011-06-15 Maciej Miniewicz 26
Zużycie w tys. m3 Charakterystyka systemów ciepłowniczych w 600 000,00 Zużycie paliw do produkcji ciepła (gazu) 500 000,00 400 000,00 300 000,00 200 000,00 gaz ziemny gaz ziemny zaazotowany 100 000,00 0,00 2002 2007 2008 2011-06-15 Maciej Miniewicz 27
W dziedzinie paliw odnawialnych widoczny jest z roku na rok wzrost ich wykorzystania, szczególnie biomasy. 2011-06-15 Maciej Miniewicz 28
Ilośd ciepła, GJ Charakterystyka systemów ciepłowniczych w 30 000 000,00 Ilośd ciepła wyprodukowana z paliw (biomasa, ) 25 000 000,00 biomasa 20 000 000,00 biogaz 15 000 000,00 odpady komunalne 10 000 000,00 oodpady przemysłowe nieodawialne 5 000 000,00 pozostałe paliwa 0,00 2002 2007 2008 2011-06-15 Maciej Miniewicz 29
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. 2011-06-15 Maciej Miniewicz 30
19 500,00 Dł sieci ciepłowniczej, km 19 000,00 18 500,00 18 000,00 17 500,00 Dł sieci, km 17 000,00 16 500,00 16 000,00 2002 2007 2008 2011-06-15 Maciej Miniewicz 31
Na kolejnym wykresie przedstawiono strukturę potrzeb cieplnych, z wyszczególnieniem strat ciepła związanych z jego przesyłem. 2011-06-15 Maciej Miniewicz 32
500 000,00 Produkcja i wykorzystanie ciepła, TJ 450 000,00 400 000,00 350 000,00 300 000,00 250 000,00 200 000,00 150 000,00 100 000,00 50 000,00 ogółem kogeneracja odzysk potrzeby własne ciepło do sieci straty ciepła ciepło do odbiorców 0,00 2002 2007 2008 2011-06-15 Maciej Miniewicz 33
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. 2011-06-15 Maciej Miniewicz 34
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. 2011-06-15 Maciej Miniewicz 35
310 000 Ciepło do odbiorców, TJ 300 000 290 000 280 000 270 000 ciepło do odbiorców 260 000 250 000 240 000 2011-06-15 230 000 Maciej Miniewicz 36 2002 2007 2008
105% Ciepło do odbiorców 100% 95% 90% ciepło do odbiorców 85% 80% 2011-06-15 75% Maciej Miniewicz 37 2002 2007 2008
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%. 2011-06-15 Maciej Miniewicz 38
Straty ciepła, % straty ciepła 11,71% 11,77% 11,04% 2011-06-15 Maciej Miniewicz 39 2002 2007 2008
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. 2011-06-15 Maciej Miniewicz 40
60 000 000,00 Emisja CO2, tonach 50 000 000,00 40 000 000,00 30 000 000,00 CO2 20 000 000,00 10 000 000,00 2011-06-15 0,00 Maciej Miniewicz 41 2002 2007 2008
400 000,00 Emisja, tonach 350 000,00 300 000,00 250 000,00 200 000,00 150 000,00 SO2 NOx Pyły 100 000,00 50 000,00 0,00 2002 2007 2008 2011-06-15 Maciej Miniewicz 42
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. 2011-06-15 Maciej Miniewicz 43
zł/gj Charakterystyka systemów ciepłowniczych w 80 Średnia cena ciepła z różnych paliw 70 60 50 40 30 20 Węgiel kamienny Węgiel brunatny Olej opałowy lekki Olewj opałowy ciężki Gaz ziemny Gaz ziemny zaazotowany Biomasa 10 2011-06-15 0 Maciej Miniewicz 44 2002 2007 2008
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. 2011-06-15 Maciej Miniewicz 45
Sprawnośd, % wytwarzania przesyłu 88,2 87,6 87,6 85 85,5 79,7 2011-06-15 Maciej Miniewicz 46 2002 2007 2008
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 2011-06-15 Maciej Miniewicz 47 zatrudnienia.
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 2011-06-15 zmianami cen energii wynikającymi Maciej Miniewicz ze zmian cen paliw. 48
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. 2011-06-15 Maciej Miniewicz 49
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. 2011-06-15 Maciej Miniewicz 50
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. 2011-06-15 Maciej Miniewicz 51
Dziękuję za uwagę. 2011-06-15 Maciej Miniewicz 52