Szacowanie zapotrzebowania na energię
Kluczowym elementem planowania energetycznego jest określenie potrzeb energetycznych, które można przypisać podstawowym sektorom gospodarki:
W projekcie nie uwzględniono ostatniego sektora, jakim jest transport, ponieważ gospodarka paliwowo energetyczna w tym sektorze nie leży w gestii powiatu czy gminy.
Innym podejściem jest podział ze względu na technologie:
Rysunek 1. Określenie zapotrzebowania na energię w sektorach gospodarki
Ocena potrzeb energetycznych danego regionu jest zadaniem trudnym. Zwykle nie są dostępne żadne opracowania na ten temat. W tej sytuacji dokonanie analizy zapotrzebowania na energię może zostać zrealizowane dwoma zasadniczymi sposobami, o różnym stopniu dokładności:
Wykorzystanie wskaźników zapotrzebowania na energię (np. na mieszkańca, na 1 m2 powierzchni czy m3 kubatury),
Przeprowadzenie uproszczonych audytów energetycznych lub badań ankietowych.
Każda z tych metod ma swoje zalety. Z całą pewnością druga metoda jest dokładniejsza, jednak jest ona również bardziej kosztowna i możliwa do realizacji w zasadzie tylko w małej skali (na małym obszarze). Przeprowadzenie ankiet pociąga za sobą konieczność dotarcia do wszystkich odbiorców energii oraz jest metodą czasochłonną. Ponadto może okazać się metodą o ograniczonej skuteczności, gdyż zwykle nie udaje się uzyskać wymaganych informacji od wszystkich pytanych lub jest ona obarczona błędem ze względu na brak wiedzy ankietowanych w zakresie tematyki energetycznej. Dlatego zastosowanie tej metody jest wskazane przy analizowaniu zużycia energii przez dużych dostawców ciepła, gazu i energii elektrycznej, którzy posiadają szczegółową wiedzę na ten temat i od których znacznie łatwiej jest uzyskać wiarygodne dane.
Przy dużej skali planowania (duże, gminy, powiaty i większe) najczęściej stosowaną metodą jest wykorzystanie wskaźników przeliczeniowych. Metoda ta jest obarczoan większym błędem niż metoda ankietowa, jednak pozwala w tani sposób oszacować potrzeby energetyczne regionu. Za jej pomoca można uzyskać ogólny obraz sytuacji energetycznej i dlatego powinna ona być stosowana w przypadku większych terenów oraz ograniczonej ilości środków finansowych.
Dane szczegółowe w przeliczeniu na jednostki energii finalnej tj. GJ czy GWh, można uzyskać dla jednostek podłączonych do ogrzewania sieciowego lub gdy podane są informacje bezpośrednio od wytwórcy. Najczęściej dostępne są dane dotyczące zużycia energii pierwotnej tj. ilości zużywanego węgla, oleju opałowego lub gazu. Aby wartości takie wyrazić w jednostkach energii finalnej należy przyjąć poziom sprawności urządzeń przetwarzających paliwo na energię. W przypadku starych kotłów węglowych przyjmuje się sprawność 60% w przypadku nowoczesnych kotłów olejowych czy gazowych 80%.
Zapotrzebowanie na energię w mieszkalnictwie
Ogrzewanie pomieszczeń. W przypadku jednostek, dla których określenie indywidualnych potrzeb byłoby zbyt czasochłonne wykorzystano dane wskaźnikowe. Przykładowo, w sektorze mieszkaniowym jednostkowe zapotrzebowanie na energię na cele grzewcze zależne jest od stanu technicznego budynku. Poniższy schemat ilustruje, jak kształtowały się standardy ocieplenia budynków budowanych w poszczególnych latach. Po roku 1993 nastąpiła znaczna poprawa parametrów energetycznych nowych budynków i redukcja strat ciepła. Dlatego przeprowadzenie ankiety na temat roku budowy poszczególnych budynków w powiecie lidzbarskim jest niezbędnym elementem szacowania zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania pomieszczeń.
Rysunek 2 Standardy energetyczne zasobów mieszkaniowych dla budynków budowanych w różnych latach wyrażone w kWh/m2 powierzchni.
Ciepła woda użytkowa. Obliczając zapotrzebowanie na c.w.u. zaleca się przyjmowanie temperatury obliczeniowej wody na poziomie 55 0C w przypadku ogrzewania sieciowego, a w przypadku ogrzewania indywidualnego 450C. Wskaźnik średniego zużycia wody został okreslony jako 60 kg c.w.u/mieszkańca na dobę na dobę, co daje ok. 3059-4894 MJ/mieszkańców/rok. Po przemnożeniu wartości średniej tj. 4000 MJ/mieszkańców/rok przez liczbę mieszańców otrzymujemy oczekiwane średnie zużycie ciepła na potrzeby przygotowania ciepłej wody użytkowej na terenie powiatu lidzbarskiego.
Energia elektryczna. Wskaźnik zapotrzebowania na energię elektryczną w Polsce wynosił w roku 1994: 1 700 kWh/gospodarstwo domowe/rok w mieście, a na wsi 1200 kWh/gospodarstwo/rok. Zważywszy na fakt, że zapotrzebowanie na energię elektryczną w Polsce systematycznie wzrasta, wielkości te należy odpowiednio zwiększyć. Przyjmując że zapotrzebowanie na energię elektryczną wzrośnie o 30% w gospodarstwach miejskich, wskaźnik zapotrzebowania wyniesie 2210 kWh/gospodarstwo/rok, a w gospodarstwach wiejskich 1560 kWh/gospodarstwo/rok.
Przygotowanie posiłków. Przy liczeniu zapotrzebowanie na energię na potrzeby przygotowania posiłków przyjęto również dane wskaźnikowe – szacuje się, że kuchnia elektryczna zużywa dziennie na przygotowanie posiłku dla 4-o osobowej rodziny 3 kWh, co daje 1095 kWh rocznie na gospodarstwo domowe.
Poniższy schemat ilustruje sposób obliczania zapotrzebowania na energię dla sektora mieszkaniowego na danym obszarze.
Rysunek 3 Określanie zapotrzebowania na energię w sektorze mieszkaniowym
Zapotrzebowanie na energię w sektorze usług i edukacji
Zużycie energii w sektorze usług i edukacji zostało określone na podstawie badań ankietowych oraz danych wskaźnikowych. Dane wskaźnikowe są używane wówczas, gdy dostępne są informacje na temat powierzchni poszczególnych obiektów np. biur sklepów, palcówek oświatowych.
Rodzaj budynku |
Zużycie energii elektrycznej kWh/m2/rok |
Zużycie energii cieplnej kWh/m2/rok |
|
Dane niemieckie[1] (obiekty przed termomodernizacją) |
Dane uzyskane w trakcie realizacji projektu |
||
Szkoły |
15-35 |
18-38 |
Tak jak dla budynków mieszkaniowych w zależności od roku budowy budynku (patrz Rysunek 2) Od 120 kWh/m2/rok dla nowych budynków do 380 kWh/m2/rok dla starych budynków
Z wyłączeniem hurtowni, które mają wymagania temperaturowe ogrzewanych pomieszczeń na poziomie 10 0C |
Budynki administracji |
40-110 |
15-57 |
|
Świetlice |
– |
4-10 |
|
Przedszkola |
15 |
b.d. |
|
Domy dziecka/ internaty i bursy |
35 |
23 |
|
Szpitale |
65 |
80 |
|
Dom starców |
50 |
– |
|
Placówki służby zdrowia |
– |
14-29 |
|
Hale sportowe |
27 |
12 |
|
Sklepy |
– |
5 |
|
Dom kultury |
– |
14 |
|
Dystrybucja |
– |
0,5 |
|
Żywienie zbiorowe |
– |
5 |
Tabela 1 Dane wskaźnikowe dot. zużycia energii w usługach i edukacji
[1] Heinzelmann, P. 1995. Oszczędzanie energii w gminach w Miejska gospodarka energetyczna przyjazna środowisku. Nape: Warszawa.
Wartości zużywanej energii elektrycznej należy odpowiednio zwiększyć w przypadku, gdy energia elektryczna zużywana jest również na potrzeby ogrzewania pomieszczeń.
Powyższe wskaźniki zapotrzebowania na energię po przemnożeniu przez powierzchnie w m2 w danej kategorii dają informację o szacunkowym zużyciu energii w sektorze usług i edukacji.
Zużycie energii w sektorze rolniczym
Według danych Głównego Urzędu Statystycznego uzyskanych na podstawie przeprowadzonych w 1993 roku badań wynika, że przeciętne zużycie energii na jedno gospodarstwo rolne wynosiło około 727,4 GJ z tego 47% pochłaniało ogrzewanie, 27% produkcja roślinna i zwierzęca, 15% przygotowanie posiłków, natomiast 11% pozostałe potrzeby bytowe (ogrzewanie wody, oświetlenie, urządzenia elektryczne). Wyniki badań oparto na próbie 3861 ankietowanych gospodarstw rolnych. Bardziej aktualne dane będą dostępne po ogłoszeniu wyników spisu powszechnego przeprowadzonego w 2002 roku.
W przypadku energii elektrycznej można się również posłużyć danymi w przeliczeniu na ha użytków. Dla poszczególnych województw zużycie energii elektrycznej przedstawia się następująco:
Województwo |
kWh/ha |
Dolnośląskie |
182 |
Kujawsko-pomorskie |
258 |
Lubelskie |
271 |
Lubuskie |
162 |
Łódzkie |
355 |
Małopolskie |
644 |
Mazowieckie |
294 |
Opolskie |
271 |
Podkarpackie |
361 |
Podlaskie |
224 |
Pomorskie |
195 |
Śląskie |
280 |
Świętokrzyskie |
286 |
Warmińsko-mazurskie |
139 |
Wielkopolskie |
272 |
Zachodniopomorskie |
98 |
Polska |
267 |
Tabela 2 Średnie zużycie energii elektrycznej gospodarstwach rolnych w zależności od areału użytków rolnych dla poszczególnych województw dla roku 2000.Porównanie danych uzyskanych w powiecie lidzbarskim z powyższymi danymi wskaźnikowymi pozwoliło na wysnucie następujących wniosków:
Dane te uwzględniają gospodarstwa rolne o wyższym zapotrzebowaniu na energię niż ma to miejsce w przypadku powiatu lidzbarskiego. Wynika to z faktu występowania na tym terenie dużej liczby małych gospodarstw, dlatego ich zastosowanie obarczone byłoby zbyt dużym błędem tzn. oszacowanie zużycie energii byłoby przewymiarowane.
Gdy tylko jest to możliwe proponuje się przeprowadzenia badań ankietowych nt. zużycia paliw i energii elektrycznej w gospodarstwach o rożnym areale powierzchni.
Dane uzyskane dla powiatu lidzbarskiego
Analiza zużycia energii finalnej wykazała, że największym odbiorcą energii w powiecie lidzbarskim jest sektor mieszkaniowy, którego udział w zużyciu energii finalnej wynosi 69,1% (297,7 GWh/rok). Następny pod względem wielkości zużycia energii jest sektor rolny 11,4% (48,93 GWh/rok), przemyśł 12,5% (53,7 GWh/rok) oraz sektor usług i edukacji 7,14% (30,8 GWh/rok).
Rysunek 4 Zużycie energii w powiecie lidzbarskim w podziale na sektory i obszary
Jeżeli chodzi o strukturę paliwową, 281,4 GWh energii zużywanej w powiecie lidzbarskim otrzymywana jest z węgla, co stanowi 65,3% zużycia energii finalnej, w dalszej kolejności energia elektryczna 53,9 GWh/rok (12,5%), gaz 44,1 GWh/rok (10,2%) drewno 35,8 GWh/rok (8,3%) oraz olej 16 GWh/rok (3,7%)
Rysunek 5 Zużycie energii w powiecie lidzbarskim w podziale na sektory i paliwa
Największym odbiorcą energii finalnej jest Lidzbark Warmiński miasto (159,9 GWh/rok), na drugim miejscu Orneta (117,53 GWh/rok), Lidzbark Warmiński gmina (82,9 GWh/rok). Mniejszym zapotrzebowaniem na energię finalną charakteryzują się gminy Kiwty (33,25 GWh/rok) oraz Lubomino (37,6 GWh/rok). Największymi odbiorcą energii jest we wszystkich gminach sektor mieszkaniowy (od 35 do 71% całkowitego zużycia energii średnio 59,% dla całego powiatu).
Rysunek 6 Zużycie energii finalnej w poszczególnych gminach
Zapotrzebowanie na energię w sektorze mieszkaniowym
W celu określenia zapotrzebowanie na energię w sektorze mieszkaniowym terenie powiatu lidzbarskiego przeprowadzono ankietę dotyczącą roku budowy poszczególnych budynków. Wyniki ankiety zamieszczono są w poniższej tabeli.
Rok budowy budynku |
Procent budynków budowanych w kolejnych latach |
Średnie jednostkowe zużycie energii w MJ/m2 |
Do 1985 |
90% |
1000 |
1986-1992 |
6% |
600 |
1993-1997 |
3% |
500 |
1998-2001 |
1% |
400 |
Razem/średnia ważona |
100% |
952 |
Tabela 3 Zestawienie średniego wieku budynków mieszkalnych na terenie powiatu lidzbarskiego
Założono, że 30% budynków, które zużywają więcej energii niż jest to określone w obecnie obowiązujących normach (patrz Rysunek 2), zostanie poddanym w przeciągu najbliższych 10 lat zabiegom termomodernizacyjnym.
Średnie jednostkowe zapotrzebowanie na energię w sektorze mieszkaniowym wyliczono według wzoru:
(1000 x 0,9 + 600 x 0,06 + 500 x 0,03 + 400 x 0,01x ) x 70% + 400 x 30% = około 790 MJ/m2
Przemnożenie jednostkowego zapotrzebowania na energię przez średnią powierzchnię gospodarstw domowych oraz ich liczbę pozwoliło na obliczenia zapotrzebowania na energię w mieszkalnictwie. W strategii rozwoju Lidzbarka Warmińskiego oszacowano przeciętną powierzchnię gospodarstwa na poziomie 60 m2 .
Przeciętna powierzchnia mieszkania, m2 |
Liczba gospodarstw domowych |
Liczba mieszkańców |
|
Kiwity |
87,6 |
830 |
3754 |
Lidzbark Warmiński miasto |
60 |
5345 |
17589 |
Lidzbark Warmiński gmina |
75 |
1850 |
7120 |
Lubomino |
75 |
1140 |
3868 |
Orneta |
63,6 |
4129 |
13500 |
Powiat |
60 |
Tabela 4. Charakterystyka gospodarstw domowych na terenie powiatu lidzbarskiego
Oprócz metody wskaźnikowej należy uwzględnić dane dotyczące zużycia energii w systemie ogrzewania sieciowego na terenie poszczególnych gmin. Analiza tych informacji pozwoliła na oszacowanie zapotrzebowania na energię cieplną w poszczególnych gminach, które przedstawiono w następnej tabeli.
Przygotowywanie posiłków (z wyłączeniem kuchni elektrycznej) |
Ciepła woda użytkowa
|
Ogrzewanie pomieszczeń |
W tym ogrzewanie pomieszczeń sieciowe |
W tym ogrzewanie pomieszczeń niesieciowe, bez ogrzewania elektrycznego |
% podłączenia do sieciowego |
Razem zużycie ciepła |
||
GJ |
||||||||
(1) |
(2) |
(3) |
(4) |
(5) |
(6) |
(7) |
||
wskaźnikowe |
wskaźnikowe |
wskaźnikowe |
Ankiety |
(3)-(4) |
(4)/(3)*100% |
(1)+(2)+(3) |
||
Kiwity |
2299 |
15016 |
57600 |
1836 |
54649 |
3 |
74915 |
|
Lidzbark Warmiński miasto |
10521 |
70356 |
253440 |
134172 |
116883 |
53 |
334317 |
|
Lidzbark Warmiński gmina |
10800 |
28440 |
150480 |
7488 |
142992 |
5 |
189720 |
|
Lubomino |
2988 |
15472 |
67680 |
6120 |
60329 |
9 |
86140 |
|
Orneta |
16277 |
54000 |
207360 |
127440 |
78322 |
61 |
277637 |
|
Razempowiat |
42885 |
183284 |
736560 |
277056 |
453176 |
962723 |
Tabela 5 Zapotrzebowanie na energię cieplną w sektorze mieszkaniowym wyrażone w GJ
Przygotowywanie posiłków (z wyłączeniem kuchni elektrycznej) |
Ciepła woda użytkowa
|
Ogrzewanie pomieszczeń (bez elektrycznego 2%) |
W tym ogrzewanie pomieszczeń sieciowe |
W tym ogrzewanie pomieszczeń niesieciowe (bez elektrycznego 2%) |
Razem zużycie ciepła |
|
GWh/rok |
||||||
Kiwity |
0,6 |
4,2 |
16,0 |
0,51 |
15,2 |
20,8 |
Lidzbark Warmiński miasto |
2,9 |
19,5 |
70,4 |
37,27 |
32,5 |
92,8 |
Lidzbark Warmiński gmina |
3,0 |
7,9 |
41,8 |
2,08 |
39,72 |
52,7 |
Lubomino |
0,8 |
4,3 |
18,8 |
1,7 |
16,8 |
23,9 |
Orneta |
4,5 |
15,0 |
57,6 |
35,4 |
21,8 |
77,1 |
Razem |
11,8 |
50,9 |
204,6 |
76,96 |
126,02 |
266,3 |
Tabela 6 Zapotrzebowanie na energię cieplną w sektorze mieszkaniowym, wyrażone w GWh/rok
Zużycie energii elektrycznej oszacowano na podstawie jednostkowego zużycia energii w gospodarstwach wiejskich i gospodarstwach miejskich.
Gospodarstwa w mieście 2210 kWh/rok x liczba gospodarstw |
Gospodarstwa na wsi 1560 kWh/rok x liczba gospodarstw |
Przygotowywanie posiłków (przyjęto, że 50% mieszkańców w miastach i 30% na wsi posiada kuchenki elektryczne, 1095 kWh/gospodarstwo domowe/rok |
Ogrzewanie elektryczne Pomieszczeń 2% ogółu gospodarstw domowych |
Inne cele 1560 na wsi 2210 w mieście wyrażone w kWh/gospodarstwo domowe/rok
|
Sumaryczne zużycie energii elektrycznej
|
|
GWh |
GWh |
GWh |
GWh |
|||
Kiwity |
– |
830 |
0,27 |
0,004 |
1,29 |
1,56 |
Lidzbark Warmiński miasto |
5345 |
– |
2,93 |
0,02 |
11,81 |
14,76 |
Lidzbark Warmiński gmina |
– |
2543 |
0,83 |
0,011 |
3,96 |
4,81 |
Lubomino |
– |
1140 |
0,37 |
0,005 |
1,78 |
2,16 |
Orneta |
2800 |
925 |
– |
– |
– |
7,6[1] |
Razem |
8317 |
4977 |
|
|
30,89 |