Charakterystyka systemów ciepłowniczych w Polsce

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 ABBZamech, 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 Polsce
• Poznanie trendów rozwoju systemów ciepłowniczych
na przykładzie rozwiązań w innych krajach UE
• Poznanie wpływu różnych czynników na rozwój
systemów ciepłowniczych w Polsce
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
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
W Polsce, 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 Polsce do połowy lat 90-tych
przebiegał w Polsce w warunkach braku konkurencji.
Brak konkurencji miał niekorzystny wpływ na rozwój
2011-06-15
Maciej Miniewicz
11
systemów ciepłowniczych.
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
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
efektywność energetyczna.
2011-06-15
Maciej Miniewicz
12
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
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
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
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
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
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. Maciej Miniewicz
2011-06-15
15
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
• 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
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
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
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
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
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
Na podstawie danych zamieszczonych w raporcie
„Rynek energii 2008” przeanalizujmy, jaki wpływ na
sektor ciepłownictwa w Polsce mają decyzje UE.
2011-06-15
Maciej Miniewicz
19
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
Moc systemów ciepłowniczych, MW
72 000,00
70 000,00
68 000,00
66 000,00
64 000,00
Moc zainstalowana, MW
62 000,00
Moc osiągalna, MW
60 000,00
58 000,00
56 000,00
54 000,00
2002
2011-06-15
2007
Maciej Miniewicz
2008
20
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
Wprowadzenie konkurencyjności spowodowało również
obniżenie liczby przedsiębiorstw ciepłowniczych w
Polsce.
2011-06-15
Maciej Miniewicz
21
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
Liczba przedsiębiorstw
900
800
700
600
500
Liczba przedsiębiorstw
400
300
200
100
0
2002
2011-06-15
2007
Maciej Miniewicz
2008
22
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
Nadal w systemach ciepłowniczych w Polsce 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
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
Moc wykorzystana, MW
80 000,00
70 000,00
60 000,00
moc zainstalowana
50 000,00
ogółem
40 000,00
moc zamówiona
przez odbiorców
30 000,00
potrzeby
własne źródła
20 000,00
inne
10 000,00
0,00
2002
2011-06-15
2007
Maciej Miniewicz
2008
24
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
W dalszym ciągu dominującym paliwem w Polsce 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
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
Zużycie paliw do produkcji ciepła
25 000 000,00
20 000 000,00
Zużycie w (tonach)
węgiel kam
15 000 000,00
węgiel
brun
olej opał
lekki
10 000 000,00
olej opał
ciężki
5 000 000,00
0,00
2002
2011-06-15
2007
Maciej Miniewicz
2008
26
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
Zużycie paliw do produkcji ciepła (gazu)
600 000,00
500 000,00
Zużycie w tys. m3
400 000,00
gaz ziemny
300 000,00
gaz ziemny
zaazotowany
200 000,00
100 000,00
0,00
2002
2011-06-15
2007
Maciej Miniewicz
2008
27
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
W dziedzinie paliw odnawialnych widoczny jest z roku
na rok wzrost ich wykorzystania, szczególnie biomasy.
2011-06-15
Maciej Miniewicz
28
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
Ilośd ciepła wyprodukowana z paliw (biomasa, …)
30 000 000,00
biomasa
25 000 000,00
biogaz
Ilośd ciepła , GJ
20 000 000,00
odpady
komunalne
15 000 000,00
10 000 000,00
oodpady
przemysłowe nieodawialne
5 000 000,00
pozostałe
paliwa
0,00
2002
2011-06-15
2007
Maciej Miniewicz
2008
29
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce – 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
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
Dł sieci ciepłowniczej, km
19 500,00
19 000,00
18 500,00
18 000,00
Dł sieci, km
17 500,00
17 000,00
16 500,00
16 000,00
2002
2011-06-15
2007
Maciej Miniewicz
2008
31
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
Na kolejnym wykresie przedstawiono strukturę potrzeb
cieplnych, z wyszczególnieniem strat ciepła związanych
z jego przesyłem.
2011-06-15
Maciej Miniewicz
32
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
Produkcja i wykorzystanie ciepła, TJ
500 000,00
450 000,00
ogółem
400 000,00
kogeneracja
350 000,00
300 000,00
odzysk
250 000,00
potrzeby
własne
200 000,00
ciepło do sieci
150 000,00
straty ciepła
100 000,00
ciepło do
odbiorców
50 000,00
0,00
2002
2011-06-15
2007
Maciej Miniewicz
2008
33
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
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
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
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
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
Ciepło do odbiorców, TJ
310 000
300 000
290 000
280 000
270 000
ciepło do
odbiorców
260 000
250 000
240 000
230 000
2011-06-15
Maciej Miniewicz
2002
2007
36
2008
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
Ciepło do odbiorców
105%
100%
95%
90%
ciepło do
odbiorców
85%
80%
75%
2011-06-15
Maciej Miniewicz
2002
2007
37
2008
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
Jednym z istotnych problemów systemów
ciepłowniczych w Polsce mających wpływ na
efektywność energetyczną są straty ciepła związane z
jego przesyłem. Wartości uśrednione strat ciepła dla
systemów ciepłowniczych w Polsce zamieszczono na
wykresie. Kształtują się one na poziomie 12%.
2011-06-15
Maciej Miniewicz
38
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
Straty ciepła, %
straty ciepła
11,77%
11,71%
11,04%
2011-06-15
Maciej Miniewicz
2002
2007
39
2008
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
Stosowanie węgla jako paliwa wiąże się z wysoką
emisją zanieczyszczeń do atmosfery, szczególnie jeżeli
chodzi o emisję CO2. W okresie od roku 2002 do 2008
widać zmniejszenie emisji CO2, 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
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
Emisja CO2, tonach
60 000 000,00
50 000 000,00
40 000 000,00
30 000 000,00
CO2
20 000 000,00
10 000 000,00
2011-06-15
Maciej Miniewicz
0,00
2002
2007
41
2008
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
Emisja , tonach
400 000,00
350 000,00
300 000,00
250 000,00
200 000,00
SO2
NOx
150 000,00
Pyły
100 000,00
50 000,00
0,00
2011-06-15
2002
2007
Maciej Miniewicz
2008
42
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
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
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
Średnia cena ciepła z różnych paliw
80
70
Węgiel
kamienny
60
Węgiel
brunatny
50
zł/GJ
Olej opałowy
lekki
40
Olewj opałowy
ciężki
Gaz ziemny
30
Gaz ziemny
zaazotowany
20
Biomasa
10
0
2011-06-15
Maciej Miniewicz
2002
2007
44
2008
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
Sprawność wytwarznia i przesyłu ciepła dla sytemów
ciepłowniczych w Polsce 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
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
Sprawnośd, %
wytwarzania
przesyłu
88,2
87,6
85
87,6
85,5
79,7
2011-06-15
Maciej Miniewicz
2002
2007
46
2008
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
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 innychMaciej
krajów
występuje przerost 47
2011-06-15
Miniewicz
zatrudnienia.
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
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
zmianami cen energii wynikającymi
ze zmian cen paliw.
2011-06-15
Maciej Miniewicz
48
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
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
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
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
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
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 Polsce 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
Charakterystyka systemów ciepłowniczych w
Polsce
Dziękuję za uwagę.
2011-06-15
Maciej Miniewicz
52