energetyka, rynek energii - cire.pl - mapa drogowa … · 2013-02-07 · wykorzystanie zasobów...
TRANSCRIPT
Prof.dr hab. inż. Jacek Malko
dr inż. Henryk Wojciechowski, doc.
Instytut Energoelektryki
Politechniki Wrocławskiej
Mapa drogowa ciepłownictwa w Europie do 2050 roku
Wprowadzenie
Dokument „HEAT ROADMAP EUROPE 2050. First pre-study for EU27”, kreślący
wizję najbliższych czterech dziesięcioleci dla sektora ciepłownictwa w Europie ( Autorzy
David Connolly, Brian Vad Mathiesen, Poul Alberg Østergaard, Bernd Møller, Steffen
Nielsen, Henrik Lund, Daniel Trier, Urban Persson, Daniel Nilsson & Sven Werner )
sporządzony został dla Euroheat & Power w Brukseli w uniwersytetach Aalborg i
Halmstad. Raport opublikowano w maju 2012 roku.
Oszczędność na kosztach
Rozwój ciepłownictwa scentralizowanego (District Heating – DH) w Europie,
zmniejsza znacząco koszty systemu zaopatrzenia w energię, gdyż lokalny recykling ciepła i
wykorzystania zasobów odnawialnych (OZE) prowadzi do ograniczenia kosztownego
importu energii i zwiększenia efektywności w sektorach ciepła i energii elektrycznej.
Przewiduje się z tego tytułu osiągnięcie korzyści rzędu 14 mld Euro w roku docelowym planu
działania (2050). Oznacza to relatywne ograniczenie kosztów o 11 %. Czas zwrotu w
W największym skrócie korzyści z realizacji przedstawionego planu działania do roku 2050 są dla krajów unijnych następujące :
• oszczędność 14 mld Euro rocznie, • zredukowanie kosztów ogrzewania o 11 % , • stworzenie (200 000 – 220 000) nowych miejsc pracy, • zwiększenie efektywności energetycznej, • ograniczenie importu energii i emisji do środowiska, • polepszenie warunków pracy infrastruktury sieciowej
- dzięki wykorzystaniu nieskomplikowanych i wypróbowanych technologii.
kategoriach ekonomiczno-społecznych ocenia się na (2 – 3) lata przy technicznym warunku
prowadzenia ciepłociągów rozdzielczych w gruncie by ograniczyć straty ciepła. Dodatkowo
oczekuje się korzyści w sposobach rozliczania należności za dostawę ciepła, ale nie oceniano
tego czynnika w kategoriach ilościowych.
Więcej miejsc pracy
Rozbudowa DH skutkuje pojawieniem się nowych miejsc pracy, gdyż inwestycje
zastępują import paliw kopalnych do Europy. Lokalne inwestowanie w recykling ciepła, OZE
i rozbudowę struktur sieciowych powinno przysporzyć (200 – 220) tys. miejsc pracy.
Redukcja emisji
Ponieważ paliwa kopalne zostają zastępowane zasobami lokalnymi, ograniczenie
dostaw energii pierwotnej w postaci paliw kopalnych ograniczy również emisje gazów
cieplarnianych (GHGs - Greenhouse Gases) wynikające z świadczenia usług dla wszystkich
użytkowników, połączonych z siecią DH. Korzyści z tego tytułu ocenia się na (13 – 17) %.
Bezpieczeństwo energetyczne
Ograniczenie importu energii prowadzi również do zwiększenia bezpieczeństwa
dostaw i polepsza bilans handlowy państw, rozwijających programy DH
Bardziej inteligentne systemy energetyczne
Scentralizowane ciepłownictwo zapewnia również większą penetrację technologii
wytwarzania energii elektrycznej o cechach nieciągłości („intermittent”) – wiatrowych i
solarnych. Przy większym udziale OZE wielkiego znaczenia nabierają inteligentne systemy
energetyczne („smart”), gdyż w bilansowaniu strony popytowej i podażowej mogą
uczestniczyć wszystkie sektory gospodarki. Jednym z wypróbowanych i elastycznych
partnerów są systemy ogrzewania scentralizowanego, umożliwiające dwukierunkowe
przepływy mocy bilansujących dzięki łączeniu grzejników elektrycznych i pomp ciepła o
dużej mocy z układami zasobników ciepła, zdolnych do magazynowania nadmiarowej
generacji energii elektrycznej, podczas gdy źródła kogeneracyjne aktywnie wspomagają
systemy dostaw elektryczności w warunkach deficytu mocy elektrycznej w systemie .
Rozbudowa istniejącej infrastruktury
Dziś 60 milionów obywateli krajów członkowskich UE korzysta ze scentralizowanych
systemów grzewczych. Ale miasta, w których istniejeconajmniej jeden system DH mają 140
milionów mieszkańców, a ok. 57 % populacji mieszkańców UE mieszka w obszarach na
których działa przynajmniej jeden taki system. Na rys. 1 przedstawiono rozmieszczenie
scentralizowanych systemów zaopatrzenia w ciepło w 2428 miastach krajów UE z 2779
scentralizowanymi systemami ciepłowniczymi [3] i można zauważyć, ze dominują one we
wschodniej części UE. Tak więc rozwój i rozbudowa istniejącej infrastruktury DH może
przyczynić się do stworzenia bardziej zrównoważonego wzorca zaspokajania potrzeb
energetycznych.
Rys. 1. Scentralizowane systemy zaopatrzenia w ciepło miast powyżej 5000 mieszkańców w
UE. Źródło: Halmstad University DHC Database
Program badawczy
Cytowany raport [1] o charakterze „pre – feasibility study” zakłada ambitne, ale
realistyczne przyrosty dla ogrzewnictwa scentralizowanego w 27 krajach UE do roku 2050.
Zastosowana metodyka jest połączeniem modeli zapotrzebowania energii dla EU – 27 z
krokiem godzinowym oraz mapowania uwarunkowań lokalnych. Stwierdzono, że udział DH
w UE będzie wzrastał z wartością współczynnika wzrostu 2,1 do roku 2030 i 3,3 do roku
2050.
„Mapa drogowa” Komisji Europejskiej do roku 2050 [3] przewiduje jedynie bardzo
umiarkowany rozwój DH. Na skutek niewielkiej rozdzielczości geograficznej tradycyjne
modele energetyczne (oparte na krajowym, bilansowaniu energii) nie uwzględnia
specyficznych możliwości lokalnych i faworyzuje powtarzanie rozwiązań dostępnych
gdziekolwiek, co np. charakteryzuje systemy energii elektrycznej i gazu. Tradycyjne
instrumenty analiz energetycznych również operują z małą rozdzielczością czasowa. Ważne
jest, bystosować wysoką rozdzielczość dla uchwycenia dobowej zmienności w systemach
zaopatrzenia w energię dla weryfikacji rzeczywistej zmienności procesów zapotrzebowania i
generacji. Szczególnego znaczenia czynnik ten nabiera dla analiz dotyczących przyszłości, w
której oczekuje się wysokiej penetracji technologii o cechach zmienności (‘intermittent”).
Wykorzystywanie wielu zasobów
Celem mapowania warunków lokalnych jest identyfikacja regionów najbardziej
korzystnych („hot spots”) dla przyszłej rozbudowy systemów DH przez połączenie informacji
o potrzebach cieplnych z informacjami o dostępności lokalnych źródeł ciepła. Rozważanymi
uwarunkowaniami lokalnymi są zapotrzebowania ciepła dla obszarów zurbanizowanych,
wytwarzanie ciepła w źródłach scentralizowanych, dostępność biomasy i odpadów oraz
wykorzystanie zasobów solarnych i geotermalnych.
Niespełna połowa energii zawartej w odpadach komunalnych zostaje dziś
wykorzystywana do produkcji ciepła lub energii elektrycznej (rys. 2). Obecnie około 100 mln
Mg nie jest zagospodarowane i podlega lokowaniu na składowiskach. Istnieje zatem
konieczność budowy nowych obiektów energetycznych wykorzystania odpadów
komunalnych.
Rys.2. Lokalizacje 414 spalarni odpadów w EU - 27. Źródła: CEWEP, E-PRTR, ISWA
Niemal 25 % mieszkańców Europy mieszka w obszarach zurbanizowanych o możliwościach
wykorzystania ciepła geotermalnego poprzez systemy DH (rys.3 ). Z przeprowadzonych
analiz wynika, ze rynkowy udział ciepła geotermalnego w systemach DH w budownictwie
może być zwiększony do 30 % do roku 2030 i 50 % do roku 2050.
Kierunki rozwojowe
Punktem wyjścia jest istniejący system zaopatrzenia w energię EU – 27. Szczegółowe
wartości bilansu energetycznego krajów unijnych z roku 2009 wykorzystano dla prezentacji
poziomu odniesienia roku 2010. Z informacji Międzynarodowej Agencji Energetycznej (IEA,
Rys.3. Zidentyfikowane zasoby geotermalne temperatur wód na głębokości 2000 m.
Źródło: Komisja Europejska, Atlas zasobów geotermalnych w Europie. Publikacja EUR 17811, Luksemburg 2002.
[5]) widoczne jest, że w roku 2009 systemy scentralizowanego zaopatrzenia w ciepło (DH)
zaspokajały ok. 12 % zapotrzebowania na ciepło w sektora mieszkalnictwa i usług.
Korzyści z realizacji celów rozwojowych przedstawiono dwuetapowo[owo. Krok
pierwszy określa dodatkowy potencjał poprawy efektywności energetycznej na drodze
kogeneracji (CHP), krok 2 ocenia dodatkowy potencjał zwiększonego wykorzystania
zasobów ciepła odpadowego w przemyśle, termicznej utylizacji odpadów, geotermii i
technologii solarnych. Rozwój technologii solarnych w Dani przedstawiono na rys.4.
Z danych dla kroku 1 wynika, iż rozwój DH i kogeneracji (CHP) winien istotnie
ograniczyć zapotrzebowanie paliw dla ogrzewania europejskich budynków. W porównaniu
z aktualną sytuacją działania te spowodują obniżenie zużycie energii pierwotnej w UE
o 7 %, obniżenie
Rys.4. Przegląd istniejących i planowanych pól kolektorów słonecznych podłączonych do systemów ciepłowniczych w Danii.
Źródło: PlanEnergi.
zużycia paliw kopalnych o 9 % oraz emisji gazów cieplarnianych (GHGs) o 13 % przy
zapewnieniu utrzymania dotychczasowego poziomu świadczonych usług energetycznych.
Zauważyć należy, że potencjał oszczędności paliw jest prawdopodobnie wyższy niż to
oszacowano w raporcie, gdyż występują dodatkowe warianty o potencjale wdrożeniowym
(np. ograniczenie ogrzewania elektrycznego).
Krok 2 wykazuje dalsze korzyści DH przez zwiększenie udziału technologii odpadów,
wykorzystanie geotermii i technologii solarnych do ogrzewania i zwiększenie zastosowań
ciepła odpadowego z przemysłu. Ponieważ te działania obejmują raczej konwersję paliwową
niż doskonalenie efektywności, powoduje to niewielkie obniżenie zużycia energii pierwotnej.
Jednakże udział paliw kopalnych jak też emisje ulegają znacznemu obniżeniu. Korzyści z
działań, podjętych w obydwu krokach daje łączny efekt dla EU – 27 w postaci redukcji o 13
% całkowitego zużycia paliw kopalnych i o 17 % - emisji GHGs w porównaniu z
wartościami do roku 2010. Emitentów dwutlenku węgla w krajach EU – 27 przedstawiono na
rys.5.
Rys.5. Emitenci dwutlenku węgla w EU - 27. Źródło: baza danych E-PRTR w EOG w Kopenhadze
Współdziałanie z innymi politykami Wspólnotowymi
Poza opisanymi korzyściami z rozwijania DH w obecnym systemie EU – 27
przeprowadzono analizy dla scenariusza odniesienia, zakładającego prowadzenie europejskiej
polityki energetycznej do roku 2050. Oceny oparto na scenariuszu Current Policy Initiative
(EUCPI). Scenariusz ten zakłada kontynuację („business as usal”) dotychczasowych działań.
Założone tendencje są następujące :
� Energetyka jądrowa zmniejsza początkowo swój udział, ale w roku 2050 odzyskuje
pozycje z roku 2010,
� Cele europejskiej polityki energetycznej z roku 2007 („3x20 do 2020”) zostają
zachowane,
� Następuje stopniowy wzrost średniej sprawności przetwarzania energii w europejskim
sektorze elektroenergetycznym,
� Obniża się zapotrzebowanie ciepła dla budynków, ale zwiększa znacząco w przemyśle
(rys.6).
Przeprowadzono symulacje dla scenariusza odniesienia Bieżące Inicjatywy Polityczne
CPI (Current Policy Initiatives) wykazały obniżenie zużycia energii dla budynków na
skutek oszczędności energii, ale jeżeli w tym samym czasie nastąpi rozwój DH, to
osiągnięta zostanie jeszcze większa oszczędność paliw i redukcja emisji dzięki synergii
efektywności i zwiększenia sprawności wytwarzania ciepła i energii elektrycznej.
Rys.6. Lokalizacje największych energochłonnych zakładów przemysłowych o znacznej ilości nadmiaru produkcji ciepła. Źródło: E-PRTR baza danych EEA w Kopenhadze.
Miejsca pracy i inwestycje
Wstępne analizy obejmowały również ocenę kosztów, wskazującą, że przy stosowaniu
cen paliw identycznych z danymi w [4] rozwój DH prowadzi do obniżenia całkowitych
kosztów ogrzewania budynków w krajach UE o około 14 mld Euro w roku 2050. Co
więcej inwestowanie w DH powoduje transfer środków od importu paliw kopalnych do
inwestowania w ciepłociągi DH, elektrociepłownie, geotermię, technologie solarne
(rys.7), wykorzystanie ciepła odpadowego w przemyśle oraz spalanie odpadów.
Oszacowania wskazują na powstanie zapotrzebowania (8 – 9) mln osobolat, co jest
równoważne ok. 220 tys. nowych miejsc pracy, ocenianych jako średnia wartość dla
przedziału 38 lat (2013 – 2050). Wartość rzeczywista może być nawet wyższa, gdyż
szacunki nie obejmują ani efektu mnożnikowego bezpośredniego zatrudnienia i wzrostu
konkurencyjności przemysłu europejskiego, ani też dodatkowych miejsc pracy w
innowacyjnych przemysłach nowych technologii.
Rys. 7. Roczne promieniowanie słoneczne w optymalnym zakresie padania promieni
Zalecenia
Ważne jest dotarcie do potencjalnych partnerów z informacjami o lokalnych
możliwościach ogrzewania scentralizowanego (DH). Metodyka, zastosowana w raporcie
[4], będąca kombinacja modelowania energetycznego i mapowania warunków lokalnych z
wysoka rozdzielczością geograficzną, jest podstawowym elementem analiz DH, gdyż
potencjał rozwojowy jest zależny od lokalnych zasobów ciepła (energii pierwotnej) i
zapotrzebowania.
Istnieje potrzeba rozpoznania i zdefiniowania stopnia szczegółowości analizy na
poziomie polityki energetycznej i bilansów energetycznych dla uwzględnienia specyfiki
lokalnej i uniknięcia skupienia się tylko na infrastrukturze podstawowej (energii
elektrycznej i gazu). Tylko wówczas istnieje możliwość wygenerowania wszystkich
dostępnych wariantów. Podobnie tradycyjne narzędzia powinny stosować wysoką
rozdzielczość czasową dla uwzględnienia zmienności dobowej w systemie zaopatrzenia w
energię i rzeczywistej zmienności procesów zaopatrzenia i wytwarzania. Jest to
szczególnie ważne w sytuacji przewidywanej wysokiej penetracji technologii OZE
produkcji nieciągłej („intermittent”). Przewidywana jest kontynuacja prac w celu
zwiększenia skuteczności stosowanego instrumentarium, zwłaszcza przez łączenie
modelowania energetycznego i lokalnego mapowania. Rozwijanie metodyki winno
prowadzić do internetowego narzędzia, zapewniającego uwzględnianie lokalnych
uwarunkowań dla każdego z regionów EU – 27.
Wnioski
Pierwsze rezultaty studium wstępnego HeatRoadmap Europe 2050 (HRE) wykazują
potencjalnie znacząca rolę, która może odegrać scentralizowane zaopatrzenie w ciepło w
przyszłościowym systemie energetycznym EU – 27. Wyniki te osiągnięto przy
wykorzystaniu szeregu niekorzystnych założeń. Np. przyszły system energetyczny
stosowany w analizach nie jest optymalizowany z punktu widzenia ogrzewnictwa
scentralizowanego: występuje wysoki udział energetyki nuklearnej pokrywającej
podstawę obciążenia elektroenergetycznego, przemysłowych instalacji kogeneracyjnych
oraz energetyki odnawialnej o nieciągłej pracy („intermittent”). Stąd też wyniki badań
wstępnych można traktować jako względnie uproszczone i raczej zachowawcze .
Literatura
[1] European Climatic Foundation : Roadmap 2050 – A practical guide to a prosperous low
carbon Europa, ECF. April 2010
[2] PricewaterhouseCoopers : 100 % renewable electricity. .. roadmap to 2050 for Europe
and Nord Africa. PWC, April 2010
[3]Komisja Europejska : Komunikat Komisji (…). Plan działania (…) do 2050 roku. KOM
(2011) 885, Bruksela, marzec 2011
[4] Euroheat & Power : Heat Roadmap Europe 2050, E&P Brussels, May 2012
[5] International Energy Agency: Energy Outlook 2011. IEA/OECD, Paris 2012
Mapa drogowa ciepłownictwa w Europie do 2050 roku
Streszczenie
W artykule przedstawiono wyniki badań, przeprowadzonych dla Europejskiego
Stowarzyszenia Operatorów “Euroheat and Power” w obszarze ciepłownictwa
scentralizowanego w horyzoncie 2050 (Mapa drogowa 2050). Raport został
opublikowany w maju 2012 roku i jest w części wynikiem prac badawczych Ośrodka
Badań Strategicznych, wspieranego przez Duńską Radę Badań Strategicznych.
ROAD MAP 2050 FOR EUROPEAN HEATING SYSTEMS
Summary
In this paper the results of analysis, performed European Association of Euroheat and Power
Operators in area of district heating in time horizon of year 2050 as a (Road Map for 2050) is
presented. Report was released in May of 2012. The work presented partly as a result of the
research activities of the strategic Research, which has received funding from The Danish
Council Strategic Research.