Bezpieczeństwo poprzez efektywność energetyczną Autor: Marcin Łapa 1. Wprowadzenie Początek XXI wieku niesie ze sobą poważne zmiany dotyczące wytwarzania energii. Ludzkość powoli uświadamia sobie, że bazujemy na paliwach kopalnych, które nie są niewyczerpalne. Jedynym ratunkiem wydaje się racjonalne zużywanie surowców i powolne przygotowywanie się do zmiany sposobu pozyskiwania energii. Nie rozwiąże to problemu, jednak pozwoli na odroczenie widma braku źródeł zasilania. Jednym ze sposobów ukazania nam w jaki sposób wykorzystujemy energię pierwotną zawartą w paliwie jest efektywność energetyczna. Efektywność energetyczna jest pojęciem złożonym. Istnieje wiele wskaźników służących do jej określania i badania. Zgodnie z definicją zawartą w tzw. Dyrektywie efektywnościowej to stosunek uzyskanych wyników: usług, towarów lub energii do wkładu energii. W związku z powyższym można przyjąć, że efektywność energetyczna odnosi się zarówno do sprawności zarządzania energią i skuteczności jej użytkowania. Zatem efektywność możemy potraktować jako

d

u

E

EEe= ,

gdzie: Ee- wskaźnik efektywności energetycznej uE - energia użyteczna (końcowe wykorzystanie energii)

dE - energia dostarczona (energia pierwotna zawarta w paliwie)

Zwiększenie efektywności energetycznej jest jednym z priorytetów polskiej polityki energetycznej. Polska będąc członkiem Unii Europejskiej zobowiązana jest do wdrożenia licznych działań, mających na celu zwiększenie efektywności wytwarzania, dystrybucji oraz końcowego użytkowania energii. Nasz kraj nie jest osamotniony w poszukiwaniach rozwiązań mających na celu zmniejszenie energochłonności1 naszej gospodarki.Z podobnymi problemami muszą zmierzyć się państwa pretendujące do posiadania rozwiniętej gospodarki. Celem poniższej pracy będzie ukazanie możliwości zwiększenia efektywności energetycznej w poszczególnych sektorach gospodarki. Przedstawione zostaną niektóre rozwiązania, które ukażą w jaki sposób oszczędzać energię. Trzeba pamiętać, że jedynie skoordynowane działanie we wszystkich gałęziach przyniesie oczekiwane skutki. Bardzo ważne będzie dotarcie do świadomości wszystkich obywateli, aby stosowane udoskonalenia nie były narzucone odgórnie, a podejmowane świadomie i dobrowolnie. W rozważaniach nie brano pod uwagę analizy ekonomicznej. Dbanie o opłacalność inwestycji zwiększającej efektywność leży po stronie władz państwowych oraz niezależnych instytucji zajmujących się

1 energochłonność Ec= Ee

1

2

ochroną środowiska. Jedynie ogólnodostępne środki na inwestycje pomogą na wprowadzenie wymienionych udoskonaleń. 2. Polska na tle innych krajów W praktyce dla ukazania energochłonności gospodarek poszczególnych państw miarą uzyskanego efektu finalnego jest wartość PKB. Wzór na energochłonność przyjmuje

wówczas postać: PKB

EdEc =

Daje to bardzo dobry pogląd na jak duża ilość paliwa potrzebna jest do wytworzenia tego samego PKB. Dzięki temu można również uświadomić sobie dlaczego gospodarki rozwinięte są dużo bardziej konkurencyjne.

Energochłonność w 2003r. w toe/mln euro PKB (PKB liczone według PPP2) źródło: Ministerstwo Gospodarki „Efektywność energetyczna w Polsce- nowa ustawa, nowe instrumenty” Z powyższego wykresu wynika, że energochłonność Polski odbiega od średniej w UE, czy Japonii. Z kolei mamy podobne wskaźniki do USA oraz Chin. Jest to wynikiem struktury zużywanych surowców oraz ich dostępności. Należy wzorować się na państwach o mniejszej energochłonności, gdyż za to właśnie one będą najlepiej przygotowane do zapobieżenia skutkom widma braku surowców. Kilkanaście lat temu oszczędność energii nie była priorytetem. W wyniku tego między krajami Europy Wschodniej oraz Zachodniej oddziela dość duża bariera technologiczna. Rozkład surowców na świecie sprawia, że w niedługiej przyszłości dochodzić może do ostrych sporów dotyczących dostępności surowców energetycznych. Należy więc ograniczyć ich zużycie do najniższego możliwego poziomu. Zadanie jakie stoi między innymi przed Polską to uświadomienie sobie, że szybki rozwój naszego społeczeństwa powoduje bardzo szybki wzrost na energię elektryczną. Pociąga to za sobą zwiększenie zapotrzebowania na surowce energetyczne. Spowodowane jest to wzrostem zamożności społeczeństwa, a co za tym idzie coraz większą liczbą urządzeń elektrycznym w gospodarstwach domowych.

2 PPP- parytet siły nabywczej

3

Zależność PKB na mieszkańca rocznie w US$ (ceny 2000 r.) obliczonej wg siły nabywczej (PPP) od zapotrzebowania na energię elektryczną (netto) dla krajów europejskich źródło: S. Chwaszczewski „Dlaczego energetyka jądrowa w Polsce”

Powyższy wykres uświadamia nam, że czeka nas nawet dwukrotny wzrost produkcji energii elektrycznej. Wiek większości polskich elektrowni oraz brak dostatecznego kapitału na inwestycje sprawia, że będziemy musieć dość szybko znaleźć sposoby, aby dostosować się do standardów europejskich. Polepszenie efektywności energetycznej nie rozwiąże całkowicie problemu, jednak w znaczący sposób odwlecze problem braku energii. Dążąc do zapewnienia ciągłości dostaw energii największe zmiany czekają nas na etapie produkcji, a także przesyłu. Kolejnym powodem wprowadzenia zmian dotyczących efektywności wykorzystania paliw jest bazowanie polskiej elektroenergetyki na węglu. Musimy pamiętać, że obecna technologia oraz względy ekonomiczne pozwalają na wydobycie jedynie części pokładów węgla kamiennego, a węgiel brunatny ze względu na swoją niską kaloryczność nie jest paliwem, które opłaca się przewozić na większe odległości, dlatego też winien być wykorzystywany w elektrowniach budowanych przy kopalniach. Niewątpliwie wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną wymagał będzie budowy nowych mocy wytwórczych, ale powinno dążyć się również do modernizacji istniejących, aby jak najbardziej ograniczyć wzrost popytu na surowce energetyczne. Pomocne mogą okazać się inwestycje w energię odnawialną, jednak ze względu na koszty początkowe cena energii elektrycznej jest wyższa niż w technologii tradycyjnej. Należy jednak pamiętać, że poprawa efektywności nie powinna ograniczać się jedynie do wytwórców energii elektrycznej. Musimy ograniczyć również zużycie poprzez wprowadzanie urządzeń energooszczędnych. Kolejnym ważnym sektorem będzie budownictwo, gdzie powinno oszczędzać się energię cieplną, a także transport, w którym można również dużo zaoszczędzić. W miarę rozwoju gospodarki również te działy zużywać będą coraz więcej energii.

4

3. Możliwości poprawy efektywności energetycznej w poszczególnych sektorach gospodarki 3.1 Elektroenergetyka

• wytwarzanie Elektroenergetyka to kluczowy sektor gospodarki. W obecnych czasach praktycznie wszystko oparte jest na energii elektrycznej. Polepszenie efektywności energetycznej zapewni zmniejszenie kosztów wytwarzania poprzez zmniejszenie zużycia energii pierwotnej oraz przez zmniejszenie emisji CO2, za którego emisję producenci muszą płacić. Dodatkowym atutem będzie możliwość uzyskania korzyści z tytułu „białych certyfikatów”. Dyrektywa 2006/32/WE nakłada na kraje członkowskie UE obowiązek stworzenia instrumentów rynkowych w celu promowania programów poprawy efektywności energetycznej oraz subsydiowaniu ich realizacji. Jednym z tych instrumentów są właśnie „białe certyfikaty”. Powinny one być wydawane w związku z oszczędnościami energetycznymi w efekcie zastosowania środków poprawy efektywności wytwarzania.

Zasada działania elektrowni kondensacyjnej opalanej węglem

sprawność wytwarzania energii elektrycznej p

elP E

N=η

Nel- energia elektryczna dostarczona do odbiorcy Ep – energia paliwa potrzebna do wytworzenia Nel Zasadę działania typowej elektrowni kondensacyjnej przedstawia cykl Rankine’a. Sprawności energetyczne elektrowni wyposażonych w turbiny parowe w Polsce nie przekraczają 35%. Wszystko zależy od sprawności przetwarzania energii przez poszczególne urządzenia, a także od sprawności samego cyklu. W celu działanie turbiny parowej wymaga wytworzenia dużej różnicy ciśnień, co osiąga się przez skroplenie pary za turbiną.

5

źródło: A. Ksiądz „Termodynamika techniczna” Ciepło odpadowe z procesu najczęściej usuwane jest do otoczenia. Sprawia to, że ogromne ilości energii chemicznej z paliwa są po prostu marnowane. Niestety uwarunkowania geograficzne sprawiają, że z istniejącymi elektrowniami zawodowymi niewiele można zdziałać. Duże elektrownie powinny znajdować się jak najbliżej źródeł zasilania, czyli w przypadku elektrowni węglowej w pobliżu kopalni oraz w pobliżu naturalnego źródła chłodzenia, które wyeliminuję konieczność budowy chłodni kominowej. Jedynymi możliwymi rozwiązaniami będzie modernizacja istniejących urządzeń, bądź budowa nowych jednostek, o wyższych sprawnościach, pracujących np. na parametrach nadkrytycznych, które dają możliwość uzyskania sprawności rzędu 45%. Podczas modernizacji konieczna wydaje się być optymalizacja produkcji np. przez nadbudowę silnika gazowego lub turbiny gazowej. Ze względu na wyższą sprawność produkcji energii elektrycznej korzystniejsze wydaje się być zainstalowanie silnika. Silnik zasilany będzie gazem ziemnym, lub gazem syntezowym z procesu zgazowania węgla. Energia cieplna oddawana do otoczenia będzie mogła posłużyć do proces zgazowania. Zakład posiadał będzie większą elastyczność produkcji. Przy zastosowaniu odpowiednich pomiarów można będzie ograniczyć straty powodowane przez tzw. rezerwę wirową, która utrzymywana jest ze względu na możliwość szybkiego wzrostu zapotrzebowania na energię elektryczną. O wielkości strat kotłowych decydują takie czynniki jak wielkość współczynnika nadmiaru powietrza λ, czy temperatura spalin. Zbyt duża ilość powietrza dostarczana do kotła powoduje straty entalpii fizycznej wynikająca z niewykorzystania ciepła spalin, natomiast niedomiar powoduje straty entalpii chemicznej paliwa, wynikające z niedopalenia. Bardzo racjonalne więc wydaje się znaleźć sposób na jak największy odzysk energii cieplnej ze spalin. Napotyka to jednak na pewne przeszkody. Spalany węgiel zawiera w swoim składzie między innymi siarkę, która w połączeniu z wodą ma właściwości korozyjne. Ograniczenia dotyczą temperatury spalin wylotowych. Siarka w połączeniu z wodą tworzy kwas siarkowy, substancję o działaniu niszczącym urządzenia do odzysku ciepła. Problem ten jest w pewien sposób zneutralizowany w instalacjach mokrego odsiarczania. Tam spaliny ochładzane są przed zraszaniem zawiesiną wapienną, a następnie podgrzewane. Eliminuje się zagrożenie związane z korozją, jednak dzieje się to kosztem zużycia energii elektrycznej przez instalację odsiarczania.

6

Wykres równowagi para-ciecz mieszaniny H2O i H2SO4 źródło: S. Mańkowski, L. Szypulska „ Pomiary temperatury punktu rosy spalin kotłowych” Jak widać na wykresie stężenie kwasu w fazie ciekłej jest dużo wyższe niż w mieszaninie par. Skutkiem tego jest większa korozyjność stali m.in. na podgrzewaczach wody, czy wentylatorach. Należy więc zastosować układy automatyki monitorujące parametry spalin. Pozwoli to na bezpieczne obniżanie temperatury spalin, przy jednoczesnym dbaniu o urządzenia pracujące w zakładzie. Przykładem mogą być kraje Europy zachodniej, gdzie w elektrowniach węglowych temperaturę spalin za kotłem obniżono do ok. 125°C, przy średniej temperaturze w Polsce na poziomie 160°C. Zwiększone zapotrzebowanie na energię elektryczną wymaga budowy nowych elektrowni. Jedną z technologii, które mają szansę zrewolucjonizowanie polskich zakładów są układy gazowo-parowe skojarzone ze zgazowaniem IGCC.

źródło: K. Czaplicka-Kolarz „Scenariusze rozwoju technologicznego kompleksu paliwowo-energetycznego dla zapewnienia bezpieczeństwa energetycznego kraju”

7

Proces IGCC składa się z czterech zasadniczych podprocesów: -separacja tlenu i azotu z powietrza w tlenowni -zgazowanie paliwa -oczyszczanie gazu syntezowego -spalanie gazu syntezowego w turbinie gazowej Oczyszczony gaz syntezowy kierowany jest do komory spalania, a następnie na łopatki turbiny gazowej. Spaliny wylotowe posiadają bardzo wysoką temperaturę, dlatego nadają się jeszcze do produkcji pary w kotle odzysknicowym. Przegrzana para wodna kierowana jest na do turbiny parowej. Technologia pozwala na uzyskanie sprawności rzędu 45%. Widać zatem, że przy budowie nowych jednostek wytwórczych należało będzie kierować się jak najwyższymi sprawnościami wytwarzania oraz jak najniższymi kosztami późniejszej sekwestracji i składowania CO2. Składowanie dwutlenku węgla będzie wymuszone cenami jego emisji. Wytwórca pomimo spadku efektywności kierował będzie się względami ekonomicznymi. Dzięki technologii zgazowania dużo łatwiej jest uzyskać niemal czysty CO2. IGCC pozwala również na wykorzystanie węgli gorszych jakości, które nie mogą być spalane w technologiach tradycyjnych. Budowanie dużych jednostek wytwórczych nie powinno być jednak priorytetem. Bardzo dobrym przykładem może być polityka energetyczna Danii, gdzie odchodzi się od jednostek scentralizowanych, a stawia się na generację rozproszoną. Ma to bardzo wiele zalet. Ogranicza się straty przesyłu, a jednocześnie mały wytwórca dużo lepiej może dostosować się do zmian zapotrzebowania energii przez lokalnych odbiorców. Według firmy Vattenfall straty w przesyle i dystrybucji energii elektrycznej w Polsce wynoszą ok. 9,7%, natomiast w Danii 4,7%. Paliwem może być miedzy innymi biomasa, która dostarczana jest przez okolicznych farmerów. Generowane są kolejne oszczędności związane z transportem. Kolejną możliwością jest wykorzystanie biogazu. Hodowla zwierząt wymaga od rolników pewnego nakładu energii elektrycznej i paliwa do napędu maszyn. Dlaczego więc nie wykorzystać odpadów rolniczych jako surowca energetycznego? W pewien sposób można to zaliczyć jako poprawa efektywności energetycznej. Zwraca się nam pewien nakład energii.

źródło: O. Odgaard „Polityka energetyczna Danii”

8

Dania stawia na produkcję energii elektrycznej w kogeneracji. Ciepło odpadowe zamiast kierowane do chłodni kominowych lub rzek przesyłane jest do odbiorców. Jest to jedna z najbardziej efektywnych możliwości wykorzystania energii chemicznej paliw. Praca w układzie skojarzonym pozwoli na zmniejszenie emisji CO2, co spowoduje mniejsze ryzyko postawienia wytwórców przed widmem konieczności przerw w produkcji. Spowodowane będzie to względami ekonomicznymi, gdyż cena uzyskana ze sprzedaży energii elektrycznej może być niższa od kosztów zakupu limitów na TGE3.

Zasada działania elektrociepłowni opalanej węglem

p

kogkogtot E

QN +=η

Sprawność wykorzystania paliwa układów skojarzonych sięga 80%. Elektrociepłownie to jednak jednostki rozproszone i budowane w pobliżu miejsc o dużej gęstości zaludnienia. Węgiel dowożony musi być drogą kolejową, co pogarsza efektywność energetyczną jego wykorzystania. Zakłady te mogą pracować z dużą sprawności jedynie w okresach zwiększonego zapotrzebowania na energię cieplną. Dodatkowe straty wynikają z przesyłu. W istniejących sieciach ciepłowniczych na skutek słabej izolacji przewodów dostarczających gorącą wodę część energii jest tracona. Kolejnym problem jest nierównomierne zapotrzebowanie na energię elektryczną i cieplną w ciągu dnia. Powoduje to kolejne ograniczenia w działaniu istniejących zakładów, ale również promowaniu budowy nowych, pracujących w kogeneracji. Jednym ze sposobów pracy elektrociepłowni w zakresach największych sprawności są akumulatory ciepła. Są to duże zbiorniki wody, w których energia magazynowana jest w postaci gorącej wody. W czasie ładowania gorąca woda wtłaczana jest do górnej części zbiornika, a woda zimna transportowana do kotła, natomiast podczas rozładowania woda, o temperaturze ok. 60˚C, czyli taka która wraca z miasta

3 TGE- Towarowa Giełda Energii S.A.

9

tłoczona jest na dół zbiornika, powodując wypchanie wody gorącej. Bardzo dobra izolacja budowanych dziś akumulatorów sprawia, że straty nie przekraczają kilku procent.

źródło: J. Gimmelsberger „Efficiency in power generation” Energia cieplna może być magazynowana w okresie zmniejszonego jej zapotrzebowania - elektrociepłownia cały czas pracuje w kogeneracji. Następnie, gdy najczęściej maleje zapotrzebowanie na energię elektryczną, a rośnie na cieplną akumulator zostaje opróżniony. Daje to ogromny wzrost elastyczności produkcji. Kocioł w okresach zmniejszonego zapotrzebowania nie musi być wygaszany i ponownie rozpalany, co powoduje ogromne straty paliwa. Sprawne zarządzanie akumulatorem sprawia, że urządzenia działają bardziej stabilnie i w zakresach, gdzie osiągają największe sprawności. Kolejną możliwością wykorzystania kogeneracji są małe elektrociepłownie bazujące na gazie ziemnym. Mogą być wyposażone w turbinę gazową, bądź silnik tłokowy. W układach znajdujących się jak najbliżej odbiorcy pomijamy straty przesyłu. Ogromną zaletą tych urządzeń w porównaniu do turbin parowych jest możliwość regulacji wydajności przy niewielkim spadku sprawności. Wadą natomiast mogą być rosnące ceny gazu ziemnego. Dobrze rozwinięta infrastruktura gazowa w Polsce stwarza bardzo duże możliwości dla tej technologii. Jeszcze raz należy przyjrzeć się przykładowi Danii. Tam generacja rozproszona została już sprawdzona. Szansą na wykorzystanie energii cieplnej w lecie jest trójgeneracja, czyli produkcja energii elektrycznej, ciepła oraz chłodu w jednym procesie. Pozwoli to na produkcję energii w skojarzeniu, a jednocześnie na oszczędności energii elektrycznej do zasilania klimatyzacji. Dzięki temu oszczędzamy energię w podwójny sposób. Przy zastosowaniu chłodziarek absorpcyjnych ciepło odpadowe wykorzystane jest do produkcji chłodu, a dodatkowa ilość energii elektrycznej nie musi być generowana w elektrowniach kondensacyjnych. Również tutaj zastosować można zasobnik, tym razem wody lodowej. Zaoszczędzi nam to uruchamiania dodatkowych mocy wytwórczych podczas szczytu zapotrzebowania. Chłodziarki absorpcyjne to urządzenia, które do procesu chłodzenia wody wykorzystują energię cieplną. Na potrzeby klimatyzacji najczęściej stosuje się urządzenia bromowo-litowe, które są w stanie schłodzić wodę do ok. 5˚C. Temperatura wody gorącej wykorzystywanej do napędu urządzenia powinna mieścić się w zakresie od 70 do 95 ˚C.

10

Współczynnik efektywności chłodniczej ziębiarki absorpcyjnej opisuje wzór:

eld

ch

NQ

Q

+=

&

&

ε ,

gdzie: chQ& - wydajność chłodnicza

dQ& - ciepło dostarczone

elN - moc napędu pompy

Centralny układ CCHP źródło: www.ecoheatcool.org

Sprawność układu p

chkogkogtot E

QQN ++=η

gdzie: Qch – ciepło chłodzenia Woda lodowa do zasilania chłodnic klimatyzacyjnych może być dostarczana w podobny sposób jak woda gorąca. Ideą, jaka przyświeca stosowaniu chłodziarek absorpcyjnych jest zaspokojenie zapotrzebowania na chłód przy ograniczaniu zapotrzebowania na energię elektryczną. W Warszawie istnieje możliwość wytwarzania wody lodowej w Elektrociepłowni Siekierki. Jest ona położona w niewielkiej odległości od centrum miasta, gdzie istnieje duża liczba budynków biurowych. To właśnie one wymagają ogromnej ilości energii elektrycznej na potrzeby klimatyzacji. Istniejąca infrastruktura ciepłownicza pozwala na ułożenie dodatkowej nitki z wodą na potrzeby chłodnictwa. W innych miastach gdzie odbiorcy nie są zlokalizowani w dużych skupiskach sprawa będzie bardziej skomplikowana. Względy finansowe nie pozwolą na takie inwestycje. Szansą dla tych odbiorców będzie „mała kogeneracja”. Rosnące ceny energii oraz subsydiowanie energii ze skojarzenia sprawią, że lokalni odbiorcy zaczną budować małe układy CCHP4 zasilane gazem, lub opalane biomasą. Możliwe będzie zasilanie kilku obiektów, jak na rysunku powyżej. Oprócz strat przesyłu producent oszczędza paliwo w skutek dostosowania produkcji do swoich potrzeb. Zakłady energetyczne muszą zachowywać pewną rezerwę, czyli być gotowe do włączenia do sieci w okresie wzmożonego zapotrzebowania na energię elektryczną. W przypadku lokalnego źródła producentowi dużo łatwiej jest prognozować, kiedy produkcję należy zwiększyć, a kiedy 4 CCHP- Combined Cooling Heating and Power

11

zmniejszyć. Należy więc wnioskować, że produkcja wody lodowej sprawdzi się najlepiej w małych zakładach wyposażonych w turbiny, bądź silniki gazowe. W przypadku dużych producentów należało będzie indywidualnie rozważać zalety i wady takiego systemu. Daje to jednak możliwości zapobiegania ciągłemu wzrostowi za potrzebowania na energię elektryczną na potrzeby klimatyzacji.

• przesył Jedną z istotnych rzeczy na jaką należy zwrócić uwagę przy analizowaniu efektywności energetycznej są straty przesyłu. Na skutek właściwości fizycznych nośników, za pomocą których energia dostarczana jest do odbiorców część po prostu jest tracona. W przypadku energii elektrycznej jest to głównie ciepło Joule’a, natomiast w przypadku gorącej wody jest to przenikanie ciepła przez ściankę przewodu. Ze względu na możliwe do osiągnięcia korzyści finansowe w stosunku do poniesionych kosztów dokładniej należy przyjrzeć się stratom ciepła w rurociągach. Woda gorąca podgrzewana w elektrociepłowni lub lokalnej ciepłowni dostarczana jest do odbiorców za pośrednictwem sieci ciepłowniczej. Składa się ona z często skomplikowanego i rozbudowanego systemu, którego celem jest dostarczenie energii cieplnej do jak największej rzeszy odbiorców. Skutkiem tego na długości całej sieci generowane są straty. Spowodowane są one różnicą temperatur czynnika przepływającego wewnątrz rury, a otoczeniem. Należy więc poprawić jej izolację. Jedną z metod jest wymiana starych na rury preizolowane. Mają one bardzo dobre właściwości izolacyjne, a dodatkowo aparatura kontrolno-pomiarowa pozwala na śledzenie zmian oporu cieplnego na ich długości. Ekipy remontowe dokładnie znają miejsce uszkodzenia sieci i bardzo szybko usuwają awarię. Przewody, którymi dostarczany jest sygnał o stanie rury montowane są jeszcze w fazie produkcji, dlatego istnieje minimalne ryzyko jego uszkodzenia. Na poniższym rysunku przedstawiono przekrój rury preizolowanej dla sieci parowych. Dla sieci wodnych izolację stanowi jedynie pianka PUR, bez dodatkowej wełny mineralnej.

Przekrój rury preizolowanej źródło: www.systemyogrzewania.pl System ten stosowany jest z powodzeniem na Zachodzie Europy, dlatego można stwierdzić, że jest to sprawdzona metoda zmniejszenia strat przesyłu. Materiały użyte na potrzeby izolacji mają bardzo niskie współczynniki przewodzenia ciepła, dlatego doskonale nadają się do zabezpieczania przed niechcianą „ucieczką” ciepła z przewodu.

12

3.2 Budownictwo Należy pamiętać, że bardzo wiele energii marnowane jest przez nieodpowiednie użytkowanie budynków. Najważniejszą rzeczą, którą należy wspierać jest termomodernizacja budynków istniejących oraz wspieranie powstawania budynków energooszczędnych. Nie wymagają one tak dużego nakładu energii na potrzeby ogrzewania jak budynki, które powstały w technologii tradycyjnej. Ich wskaźnik sezonowego zapotrzebowania E na ciepło przeliczony na 1m2 nie przekracza 70 kWh/m2rok. Bardzo ważna jest izolacja przegród zewnętrznych. Rynek materiałów budowlanych daje możliwość ocieplania budynków różnymi technologiami. Obecnie ze względu na cenę najpopularniejsze jest ocieplanie styropianem bądź wełną mineralną.

Metoda lekka mokra źródło: M. Robakiewicz, A. Panek „Termomodernizacja budynku” Następnym etapem jest wymiana okien. Oprócz strat ciepła przez przenikanie mogą powodować straty przez nadmierną wymianę powietrza. Powietrze nawiewane musi być ogrzane w pomieszczeniu, co powoduje zwiększenie zapotrzebowania na energię cieplną. W oknach montowane muszą być nawiewniki higrosterowane, które zapewniają dopływ świeżego powietrza, przy jednoczesnym minimalizowaniu strat przez wietrzenie. Trzecim aspektem, na który należy zwrócić uwagę jest odzysk energii z systemu wentylacji. Podczas procesu usuwania z pomieszczeń powietrza „zużytego” wraz nim tracimy energię cieplną. Najlepszym sposobem będzie zastosowanie wymienników ciepła, za pośrednictwem których nastąpi przekazanie energii cieplnej z powietrza usuwanego do nawiewanego. Kolejnym etapem będzie modernizacja systemu ogrzewania. Zastosowanie zaworów termostatycznych sprawi, że w pomieszczeniu utrzymywana będzie stała temperatura, przyjazna dla ludzi przebywających wewnątrz. Nie będzie ona musiała być regulowana przez otwieranie okien. Kolejnym ulepszeniem będzie stosowanie indywidualnego rozliczania zużytej wody. Fakt ten wydaje się niezbyt ważny, jednak sprawia, że mieszkańcy bardziej zwracają uwagę na ilość zużytej wody. Mogą to być oszczędności nawet rzędu 10%. Oprócz tego dochodzą oszczędności energii elektrycznej potrzebnej do zasilania pomp tłoczących wodę z ujęcia. Nowe budynki powinny cechować się jak najlepszym wykorzystaniem warunków naturalnych. Powinny być tak projektowane tak, aby w lecie zużywać jak najmniej energii na potrzeby klimatyzacji np. usytuowanie budynku względem stron świata, czy wykorzystanie energii promieni słonecznych na potrzeby ogrzewania. Przyczyni się to również do obniżenia zużycia energii elektrycznej dla oświetlenia. W budynkach jednorodzinnym pomocne może okazać się sadzenie drzew liściastych, które w okresie letnim dają nam cień, a w okresie zimowym ze względu na opadanie liści pozwalają na akumulowanie wewnątrz promieniowania słonecznego.

13

Kolejnym aspektem, który można ulepszyć będzie energia zużyta na potrzeby oświetlenia.

źródło: B. Ślęk, M. Górczewska „Analizy i ekspertyzy dotyczące źródeł światła” Na podstawie analiz dokonanych przez Ministerstwo Gospodarki sporządzono wykres zapotrzebowania energii elektrycznej w Polsce. Wynika z nich jednoznacznie, że z roku na rok rośnie zapotrzebowanie na energię elektryczną w godzinach wieczornych. Spowodowane jest to wzrostem używanych sprzętu elektrycznego oraz oświetlenia. Należy spodziewać więc kolejnych wzrostów w przyszłości. W okresie jesienno-zimowym to właśnie oświetlenie odpowiedzialne jest za połowę szczytowego zapotrzebowania na energię elektryczną. Według tych samych ekspertyz wymiana tradycyjnych żarówek o mocy 60W (dla przykładowego gospodarstwa domowego) na oświetlenie oparte na diodach LED i OLED pozwoli na obniżenie zapotrzebowania na energię o ok. 20%.

źródło: B. Ślęk, M. Górczewska „Analizy i ekspertyzy dotyczące źródeł światła Na powyższych ilustracjach widzimy metodę uzyskiwania różnych barw światła przez zmieszanie innych. W ten sposób można uzyskać interesującą nas barwę białą. Diody LED charakteryzuje: trwałość, niskie napięcie zasilania oraz brak rtęci, co powoduje dodatkowe korzyści środowiskowe przez brak zanieczyszczeń oraz oszczędności energetyczne związane z jej utylizacją. Należy natomiast pamiętać, że biorąc pod uwagę wymianę technologii oświetlenia należy wziąć pod uwagę również nakład energii potrzebnej do wytworzenia źródła światła. Może bowiem okazać się, że odniesione korzyści są jedynie pozorne. Wszystko zależeć będzie od

14

żywotności danego źródła. Wydaje się jednak, że diody LED i OLED będą w przyszłości najbardziej perspektywicznym źródłem światła. Zastosowanie chociaż części z wymienionych ulepszeń w skali całego kraju może spowodować znaczący spadek zapotrzebowania surowców energetycznych począwszy od wydobycia, transportu i przetworzenia energii chemicznej na cieplną i dostarczenia do odbiorcy. Widzimy, że zmiany w jednym sektorze gospodarki powodują skutki odczuwalne w pozostałych sektorach. 3.3 Transport

• zmiany w istniejącej strukturze Transport jako gałąź gospodarki, która jest jednym z największych konsumentów energii daje bardzo duże możliwości poprawy efektywności jej wykorzystania. Musimy pamiętać, że Polska ma ambicje dorównać zamożnością krajom bardziej rozwiniętym. Związane jest to jednak ze zwiększeniem zużycia energii. Wymaga to przede wszystkim rozbudowy transportu publicznego. Wiele osób dojeżdża do pracy własnym środkiem transportu. Należy więc wprowadzić wszelkie możliwe udogodnienia, które promować będą komunikację zbiorową, bądź też promować dojazd do pracy kilku osób jednym samochodem. Wydaje się również, że korzystne będzie postawienie na transport kolejowy. Szczególnie ważne będzie to przy przejazdach tranzytowych. Oprócz oszczędności paliwa, sprawi do częściowe odtłoczenie dróg, a co za tym idzie opóźni ich degradację. Wynikają z tego kolejne oszczędności energii wynikające z mniejszej liczby remontów. Warto również rozważyć zmianę technologii budowy dróg. Uważa się, że dodatek zmielonych zużytych opon do materiału używanego do budowy dróg. Spowoduje to mniejsze zużycie opon eksploatowanych- mniejsza produkcja.

• zmiana technologii Jedną z metod polepszenia efektywności energetycznej w transporcie jest stawianie na samochody hybrydowe. Energia, która emitowana jest do otoczenia w postaci energii cieplnej wykorzystywana jest do ładowania akumulatorów. Następnie wykorzystywana jest do napędu silnika elektrycznego, napędzającego pojazd w czasie jazdy miejskiej.

Budowa układu zasilania samochodu hybrydowego źródło: www.freeautomechanic.com/ hybrid.html Jest to jedynie jedna z możliwości zmniejszenia zużycia paliwa przez transport. Należy jednak jak w przypadku oświetlenia dokonać analizy zysków i strat oszczędności począwszy

15

od procesu produkcji, a skończywszy na tym czy nie zwiększa się zużycie paliwa w porównaniu ze zwykłym napędem. Kolejną technologią, która w znaczący sposób może przyczynić się do wzrostu efektywności energetycznej są pojazdy wykorzystujące do napędu sprężone powietrze. Doskonale nadają się jako środek transportu miejskiego. Pojazdy takie wpływają pośrednio na polepszenie jakości wykorzystania energii pierwotnej (energia nie tylko ze źródeł kopalnych). Źródła ich zasilania mogą być napełniane w porze nocnej podczas „dołka energetycznego”. Wpływa więc na polepszenie sprawności wytwórcy energii elektrycznej, która normalnie magazynowana jest za pomocą elektrowni szczytowo-pompowych. Istnieje wiele sposobów na ograniczenie zużycia energii w transporcie. Należy jednak spojrzeć na problem nie tylko z punktu widzenia efektów bezpośrednich, ale też biorąc pod uwagę wpływ zmian na pozostałe sektory gospodarki. 3.4 Świadomość konsumentów Mając na uwadze wcześniejsze rozważania należy pamiętać, że wszystkie wcześniejsze przemyślenia będą miały większy sens jedynie przy ogólnej akceptacji społeczeństwa. Na problemy związane z energetyką nie można patrzeć krótkowzrocznie, biorąc pod uwagę jedynie dzisiejsze względy finansowe. Należy uświadomić społeczeństwu, że wprowadzone ulepszenia w przyszłości zaowocują znacznymi oszczędnościami. Jedną z metod ukazania konsumentom energochłonności gospodarki mogłoby być odpowiednie oznakowanie produktów. Na opakowaniu można zamieścić ilość energii pierwotnej, wyrażonej np. w toe5, potrzebnej do wyprodukowania danej rzeczy. Liczba ta kontrolowana byłaby przez specjalną komisję weryfikacyjną, która wystawiałaby odpowiedni dokument potwierdzający jej zgodność z realiami. Dokument ten można nazwać „paszportem energetycznym”. Konsument miałby prawo wyboru wyrobu wyprodukowanego w sposób najbardziej efektywny. Kolejną metodą powinien być system szkoleń oraz promocji efektywności energetycznej. Najlepszym sposobem promocji mogą być niskooprocentowane pożyczki na cele jej poprawy oraz przedstawienie korzyści na przykładzie krajów Europy Zachodniej i Japonii. Niektóre firmy oraz osoby prywatne pomimo wiedzy i chęci nie mają odpowiednich środków na dokonanie jednorazowej inwestycji. Władze powinny zdać sobie sprawę, że pieniądze zaoszczędzone przez obywateli i tak ze względu na rozwój firm trafią do kasy państwa w formie podatków. 4. Wnioski Z dokonanych analiz wynika, że w celu poprawy bezpieczeństwa energetycznego Polski niezbędne są inwestycje w udoskonalenia mające na celu poprawę efektywności energetycznej. Wymaga to zintegrowanych działań władz państwowych na różnych szczeblach oraz wszystkich obywateli. Zmniejszenie energochłonności pozwoli na szybszy rozwój naszej gospodarki, a co za tym idzie wzrost znaczenia na arenie międzynarodowej.

5 toe- tona oleju ekwiwalentnego, definiuje się ją jako 41,868 GJ, bądź 11,630 MWh.

16

Sprawi również, że nieco oddali się od nas ryzyko braku energii elektrycznej, co spowodowałby bardzo poważne skutki. Musimy pamiętać, że przy planowaniu ulepszeń należy przeanalizować również nakład energetyczny na potrzeby inwestycji, aby nie przekroczyły oczekiwanych oszczędności. Przy budowie nowych mocy wytwórczych należy postawić na kogenerację rozproszoną, która będzie połączeniem wysokiej sprawności oraz dopasowania do potrzeb. Każdy z nas powinien mieć również świadomość jak duży nakład energii niezbędny jest do zapewnienia nam zaspokojenia podstawowych potrzeb. Trzeba pamiętać, iż nawet niewielki spadek zapotrzebowania energii jednego gospodarstwa domowego w skali kraju może przyczynić się do znacznych oszczędności i poprawy bezpieczeństwa. 5. Literatura

1. O. Odgaard “Polityka Energetyczna Danii” 2. H. Gaj „Efektywność energetyczna w Polsce- nowa ustawa, nowe instrumenty” 3. S. Chwaszczewski „Dlaczego energetyka jądrowa w Polsce” 4. Ksiądz „Termodynamika techniczna” 5. Ślęk, M. Górczewska „Analizy i ekspertyzy dotyczące źródeł światła 6. Praca zbiorowa pod redakcją K. Czaplickiej-Kolarz „Scenariusze rozwoju

technologicznego kompleksu paliwowo-energetycznego dla zapewnienia bezpieczeństwa energetycznego kraju”

7. S. Mańkowski, L. Szypulska „ Pomiary temperatury punktu rosy spalin kotłowych” 8. Przewodnik Summerheat: wytwarzanie latem ciepła produkowanego w skojarzeniu 9. Konferencja Europejskiej Karty Energetycznej: Protokół karty energetycznej

dotyczącej efektywności energetycznej i odnośnych aspektów ochrony środowiska 10. J. Kalina, J. Skorek „Perspektywy rozwoju rynku technologii i urządzeń

kogeneracyjnych w kontekście wdrożenia Dyrektywy CHP” 11. A. Dreżewski, A. Rubczyński „Możliwości poprawy efektywności energetycznej

Polski” 12. J. Skorek, W. Kostowski „Zasobniki ciepła w układach kogeneracyjnych – aspekty

techniczne i ekonomiczne” 13. P. Skotnicki, P. Weisser „Nowoczesność vs. ekonomia. Trójgeneracja w

ciepłownictwie” 14. http://pl.wikipedia.org/wiki/IGCC 15. http://www.thermodom.pl 16. www.ecoheatcool.org