Ogrzewanie i chłodzenie mieszkań oraz budynków

Ogrzewanie i chłodzenie mieszkań oraz budynków

Przyczynek do strategii bezpieczeństwa energetycznego Polski

Zwykłym mieszkańcom Europy, a w tym obywatelom naszego kraju, problem bezpieczeństwa energetycznego kojarzy się zwykle z groźbą tego, że mogą oni w zimie marznąć, co może się skończyć dla nich tragicznie, w mniejszym zaś stopniu z obawą, że w lecie będzie im nadmiernie doskwierać żar. Jednakże liczne zgony starszych ludzi latem 2014 r. we Francji wskazują również na rangę problemu chłodzenia.
Problematyka grzania i chłodzenia ma charakter lokalny i w odmiennym stopniu dotyczy poszczególnych krajów członkowskich Unii Europejskiej. Inaczej kształtuje się ona w południowych, a inaczej w północnych krajach Europy, na co – rzecz jasna – ma wpływ zróżnicowanie europejskiego klimatu. Odmiennie też wygląda problem zapewnienia komfortu cieplnego mieszkańcom Europy Zachodniej aniżeli Europy Środkowo-Wschodniej. Zachód w większym stopniu bazuje na indywidualnych systemach gazowych, natomiast w krajach byłego obozu socjalistycznego w większych osiedlach miejskich dominują sieci grzewcze, na ogół mało efektywne energetycznie, zaś w gospodarstwach wiejskich, w miasteczkach i w rozproszonych osiedlach podmiejskich – przestarzałe kotły z paleniskami na węgiel.
W UE do celów ogrzewania (chłodzenia) użytkuje się ok. 40% całkowitego udziału energii pierwotnej, z której reszta, tj. 60%, podlega dalszej konwersji, m.in. na prąd elektryczny. W pierwszym przypadku dotyczy to konwersji na energię użytkową – ciepło, co stanowi 50% całej energii użytkowej, zaś drugie jej 50% to praca urządzeń mechanicznych, np. transportowych, a także napędu generatorów energii elektrycznej. Świadczy to jednoznacznie o wyższej efektywności konwersji energii pierwotnej paliw na użyteczne ciepło od tej podczas jej konwersji kolejno – na ciepło, jego zaś na energię mechaniczną i w końcu tej ostatniej na użytkową energię elektryczną. Każdy kolejny etap przemian jednego rodzaju energii w inny wiąże się bowiem ze stratami energetycznymi. Im dłuższy zatem łańcuch tych przemian (konwersji), tym niższa będzie końcowa efektywność energetyczna.
Już na wstępie nasuwa się oczywisty wniosek: użytkowanie energii elektrycznej do oporowego wytwarzania ciepła (prawo Ohma) w strategii grzania nie może być rozwiązaniem perspektywicznym, gdyż angażuje do tego celu znaczniejszą ilość energii pierwotnej. Bardziej efektywne pod tym względem okazuje się grzanie za pomocą kotłów gazowych, w których energia chemiczna gazu uwalniana jest w postaci ciepła i dalej poprzez wymienniki ciepła (strumienie ciepła) przekazywana do pomieszczeń. Nawet wysokosprawna (o dużej efektywności) konwersja energii gazu na prąd w turbinach gazowych o efektywności dochodzącej niekiedy do 60% nie uzasadnia celowości wyboru tego sposobu grzania. Może ktoś powiedzieć: no tak, ale przecież Francuzi, mając gros energii z elektrowni nuklearnych, mogą sobie na to pozwolić. Może będzie to dla nich ekonomicznie wygodne, jednakże z punktu widzenia większej skali, którą stwarza jednolity rynek europejski oraz idea unii energetycznej, to już tak nie wygląda. Bardziej opłacalne będzie bowiem przekazać tę energię do wspólnej sieci, zaś do grzania (chłodzenia) wykorzystywać np. bojlery gazowe najnowszej generacji. Jak widać, istnieje związek pomiędzy krajowymi rynkami energii elektrycznej, które w ramach Unii stopniowo łączą się poprzez ponadgraniczne konektory we wspólny rynek energii, a lokalnymi rynkami ciepła (zimna).
Drugim, poza prądem, nośnikiem energii o znaczeniu strategicznym jest gaz ziemny przesyłany rurociągami w formie gazowej lub dostarczany w postaci skroplonej (LNG – liquid natural gas). Gaz ziemny w istotny sposób decyduje o bezpieczeństwie energetycznym państw członkowskich Unii, a jego pozyskiwanie oraz dystrybucja wzbudzają wśród krajów europejskich sporo kontrowersji i emocji.
Kiedy mówimy o bezpieczeństwie energetycznym, to Polsce, wykorzystującej do pozyskiwania energii (zarówno cieplnej, jak i elektrycznej) głównie coraz mniej opłacalny węgiel, paradoksalnie nie grozi jeszcze sytuacja, jaka przed paroma laty dotknęła Słowację, Węgry i inne kraje położone na południowy wschód od nas, kiedy to Ukraina zablokowała rurociągi gazu z Rosji. Jednakże groźba, że nadejdzie taka zima, kiedy Polacy w swych domach będą marznąć, jest zawsze groźbą realną.
Determinanty bezpieczeństwa energetycznego obywateli naszego kraju

Czynniki decydujące o bezpieczeństwie energetycznym kształtowane są przez prawo europejskie, które wysuwa na czoło swych priorytetów „walkę” ze zmianami klimatu, tj. „gołym okiem” obserwowanymi ekstremalnymi załamaniami pogodowymi, niesłusznie – moim zdaniem – utożsamianymi ze skutkami globalnego ocieplenia. Chociaż brak przekonujących dowodów na to, że antropogeniczne gazy cieplarniane są powodem tych zjawisk, to jednak unijna polityka klimatyczno-energetyczna stała się podstawową determinantą rozwoju energetyki i przemysłu. Od 2005 r. obowiązuje nas bowiem EU ETS (Europejski System Handlu Emisjami CO2). W 2007 r. Polska podpisała cel polityczny 3 x 20, tj. wyraziła zgodę (podpisywał ją prezydent Lech Kaczyński) na ograniczenie emisji CO2 do roku 2020 o 20%, na podniesienie efektywności energetycznej o 20% oraz na wzrost udziału odnawialnych źródeł energii do 15%. Prezydent miał wówczas wszelkie dane po temu, by wyrazić w imieniu Polski zgodę. Rok później premier Donald Tusk podpisał pakiet unijnych regulacji (dyrektyw i rozporządzeń), tzw. Pakiet Klimatyczno-Energetyczny, który precyzował narzędzia realizacji wcześniej przyjętego celu politycznego, w tym systemu EU ETS. System ten dotyczy tylko jednego celu, tj. emisji CO2, z realizacją którego Polska po okresie dezindustrializacji po 1989 r. nie miała problemu. Zachodzi jednak pytanie: jak Polska w 2020 r. będzie się rozliczać z realizacji pozostałych dwóch celów politycznych?
W 2010 r. Parlament Europejski przyjął bowiem dyrektywę efektywnościową (Sprawozdanie Claude’a Tur­mes’a), w której założono, że efektywność energetyczna dla krajów członkowskich będzie określana metodą fizyczną, tj. tak jak dla urządzeń technicznych, czyli poprzez zmniejszanie użytkowania energii pierwotnej, co uwzględniając minimalny postęp innowacyjny w tym zakresie, pozwalający podnieść efektywność energetyczną konwersji w elektrowniach, jak i efektywność transportu, liczoną zużyciem paliw, i efektywność końcowego jej użytkowania, tylko w niewielkim stopniu wpłynęło na te oszczędności. Gdyby uznać, że gospodarka kraju się nie rozwija, i gdyby odnieść te energetyczne obliczenia do sytuacji początkowej, to wówczas można by takie podejście uznać za prawidłowe. Gospodarka jednak to żywy, rozwijający się organizm, który nie może być traktowany jak zwykła maszyna czy też inne urządzenie. Efektywność energetyczna gospodarek krajowych brutto winna zatem być odnoszona do zmieniającego się PKB per capita danego państwa członkowskiego. Takie rozwiązanie od dawna sugeruję w Parlamencie Europejskim; taka możliwość powinna być rozważona przez decydentów.
Spójrzmy na statystyki, z których wynika, że istnieje ścisła zależność pomiędzy ilością użytkowanej energii elektrycznej w kWh per capita a dochodem ludności. W „starych” krajach unijnych zużycie energii elektrycznej wynosi średnio ok. 7,5 tys. kWh rocznie na obywatela, zaś w „nowych” państwach członkowskich – średnio ok. 3,5 tys. kWh rocznie. Jeśli te liczby powiązać z rocznym dochodem na mieszkańca, wynoszącym w „starych” krajach unijnych średnio ok. 40 tys. euro, a w „nowych” ok. 10 tys. euro, to potwierdza się teza o zależności pomiędzy dochodem (dobrobytem) a wskaźnikiem użytkowania energii elektrycznej. Z czego to wynika i czy istnieje również zależność odwrotna? Myślę, że wynika to z podobieństwa struktury społecznej i gospodarczej, natomiast pytanie, czy większa ilość energii do dyspozycji może zwiększyć bogactwo obywateli danego kraju, jest pytaniem chyba czysto retorycznym.
Trzeci cel polityczny, tj. udział 15% OZE (odnawialnych źródeł energii) w bilansie energetycznym Polski, jest łatwiejszy do realizacji, zwłaszcza że Komisja Europejska (w związku z tym, że kieruje się priorytetem klimatycznym) wspiera tego typu inwestycje.
Duże europejskie kraje, które narzuciły całej Unii niekorzystne dla nowych państw członkowskich klimatyczno-energetyczne reguły gry, same zaczynają już jednak odczuwać gospodarcze problemy z tym związane. Dotyczy to zwłaszcza Niemiec, które dokonały zwrotu w polityce energetycznej, polegającego na wycofaniu się z energetyki nuklearnej po katastrofie w Fukushimie. Politykę tę rozpoczęła kanclerz Angela Merkel, wielka zwolenniczka ekologicznych rozwiązań oraz „walki” o klimat. Najlepszym dla gospodarki Niemiec rozwiązaniem jest oparcie energetyki na gazie w połączeniu z energią wiatrową. Chodzi o plan stworzenia elastycznej niemieckiej energetyki, w której tysiące wiatraków dostarczałyby prąd, gdy wieje wiatr, zaś w dni bezwietrzne do sieci płynąłby prąd wytwarzany w oparciu o turbiny gazowe (nie mylić z blokami energetycznymi wyposażonymi w kotły gazowe), które mogą być uruchamiane lub zatrzymywane jednym naciśnięciem przycisku. Byłaby to najbardziej efektywna na świecie energetyka, o najniższej emisji. Problem jednak w tym, że do zrealizowania tego celu Niemcy, ale także inne kraje Zachodu, potrzebują drugiej nitki biegnącego po dnie Bałtyku rurociągu,  Nord Stream 2. A na to nie ma zgody ze strony Polski. Narasta w tej sprawie sytuacja konfliktowa. Warto przy tej okazji wspomnieć, że nasz kraj swego czasu – w imię słabo uzasadnionej solidarności z Ukrainą – wycofał się z projektu Jamał 2. Czy nie nadeszła zatem pora, by zaprzestać tak nieodpowiedzialnego jak wtedy blokowania ważnej i korzystnej roli Polski jako kraju tranzytowego ze Wschodu na Zachód i powrócić do jakiegoś nowego, zmodyfikowanego projektu Jamał 2? Nadmiar gazu w naszej, unijnej części Europy może przecież pobudzić konkurencyjność gospodarek oraz wpłynąć na bezpieczeństwo energetyczne. Wierzę, że jest to możliwe, chociaż politycy z popełnionych błędów rzadko się wycofują. Nie chciałbym przy tym negować potrzeby budowy alternatywy dla gazu rurowego w postaci gazu skroplonego. Być może Polsce będą potrzebne jeszcze i dalsze terminale LNG, które wzmocnią nasze bezpieczeństwo energetyczne oraz konkurencyjność.

Problematyka grzania (chłodzenia) w szczegółach

Ustalając hierarchię istotności działań w tym zakresie, należy wyjść w pierwszym rzędzie od rozwiązań architektonicznych i urbanistycznych. Zarówno bowiem odpowiednie projekty, jak i ustawienie budynków w stosunku do kierunków świata pozwalają w sposób naturalny korzystać z dni słonecznych. Po wtóre, istotne są realizacje z użyciem tworzyw efektywnie hamujących przepływ strumieni cieplnych oraz akumulujących ciepło (ściany wewnętrzne oraz specjalne dobowe magazyny ciepła), a także specjalnych szyb strukturalnych, ograniczających wypływ ciepła (promieniowania w zakresie podczerwieni) oraz przenikliwych dla promieniowania krótkofalowego. Takie rozwiązania pozwoliłyby na to, by sukcesywnie do roku 2050 nowe budownictwo mogło charakteryzować się niemal zerową emisją gazów cieplarnianych. Tak mogłoby być w przyszłości, ale aktualna europejska rzeczywistość jest zdecydowanie odmienna.
W państwach członkowskich UE dwie trzecie budynków to „stara substancja” budowlana, wymagająca w zdecydowanej większości termomodernizacji, co oznacza termoizolację budynków oraz zastosowanie nowoczesnych systemów grzewczych i wentylacyjnych opartych na zrównoważonych rozwiązaniach technologicznych, w tym na poważnym udziale odnawialnych źródeł energii. Takie działania wymagają czasu i znacznych środków z funduszy europejskich, a także skokowego wzrostu efektywności energetycznej dzięki poprawie termoizolacyjności. Istotnym trendem nowej polityki powinno też być odchodzenie od indywidualnych systemów grzania (chłodzenia) na rzecz dużych, sprawnych systemów, a w tym likwidacja starych ciepłowni oraz przestawianie systemów grzewczych na ciepło wytwarzane kogeneracyjnie w lokalnych elektrociepłowniach. Zmorą naszych miast jest bowiem niezwykle szkodliwa tzw. niska emisja, tj. emisja do atmosfery organicznych gazów pirolitycznych niepełnego spalania, a w tym węglowodorów aromatycznych oraz tlenków azotu i sadzy, a także konwekcyjnie unoszonych popiołów lotnych.
Aktualnie paliwa kopalne odpowiadają w UE w 75% za dostawę energii pierwotnej do celów ogrzewania i chłodzenia, co oznacza, że dotyczy to ponad 37% ogólnego użytkowania tej energii. Jednakże tylko więksi producenci energii, o mocy przekraczającej 20MW, podlegają rygorom handlu emisjami CO2, tj. systemowi EU ETS. Skutkiem tego jest dalsze kurczowe trzymanie się na rynku małych dostawców energii cieplnej, którzy niestety dysponują na ogół przestarzałymi i nieekologicznymi instalacjami. W przeciwieństwie do Europy Zachodniej, gdzie zarówno indywidualne domy, kamienice i bloki, jak i budynki komercyjne oraz użyteczności publicznej są ogrzewane za pomocą efektywnych instalacji gazowych, w krajach Europy Środkowo-Wschodniej i Południowej dominują mało efektywne energetycznie instalacje na paliwa stałe, głównie węgiel. Z tego też względu zarówno w Polsce, jak i w innych „nowych” państwach członkowskich zachodzi potrzeba zastosowania bardziej zrównoważonych systemów grzania. Należy podkreślić, że mimo nacisków ze strony Komisji Europejskiej nie jest możliwe szybkie i gwałtowne odejście w tych krajach od węgla. Niewątpliwa staje się jednak konieczność przechodzenia na kotły węglowe o dużej, przeszło 80-procentowej efektywności energetycznej, opalane biomasą lub specjalnie spreparowanym ekologicznym groszkiem węglowym.
Najwięcej potencjalnych możliwości ograniczania konieczności użytkowania energii cieplnej do ogrzewania (chłodzenia) tkwi w termomodernizacji istniejących budynków, co w przypadku Polski dotyczy licznych bloków, kamienic oraz budynków indywidualnych. Niestety, w poprzednim planie finansowym środki unijne w funduszach strukturalnych (zwłaszcza w Funduszu Rozwoju Regionalnego) na ten cel były z jakichś powodów bardzo ograniczane. Priorytet w Polsce powinna aktualnie mieć masowo prowadzona termomodernizacja budynków z wielkiej płyty, powstałych licznie w latach 70. Miałoby to ogromne znaczenie społeczne, zarówno jako sposób walki z ubóstwem energetycznym, jak i możliwość stworzenia w skali całego kraju wielu nowych miejsc pracy.

Nowy innowacyjny przemysł ekologiczny

Przyszłość w zakresie tworzenia komfortu cieplnego mieszkańcom Europy, tj. w zakresie ogrzewania (chłodzenia), zależy w pierwszym rzędzie od lepszego wykorzystania odnawialnych źródeł energii, a także od termomodernizacji i szerokiego wprowadzenia rewersyjnych, wysokosprawnych pomp cieplnych. O ile panele słoneczne (zarówno do podgrzewania wody, jak i fotowoltaiczne) mogą pracować okresowo, np. w systemach hybrydowych, o tyle pompy cieplne stanowią najtańszą w eksploatacji i stabilną alternatywę dla paliw kopalnych. Problemem jest jednak spory koszt samych instalacji. Prace badawczo-konstrukcyjne nad nowymi, tańszymi rozwiązaniami w tym zakresie powinny doprowadzić do możliwie szybkiego wykorzystania tego przyszłościowego rozwiązania o ogromnym potencjale.
Duże pompy cieplne skojarzone z niskotemperaturową geotermią, zwłaszcza zaś ze znacznymi zasobami wodnymi, np. z wodami kopalnianymi, o stałych parametrach cieplnych w okresie całego roku, mogłyby stanowić alternatywę dla dużych, tradycyjnych instalacji sieciowych. Podobnie ma się rzecz w przypadku geotermii wysokotemperaturowej.
Nowe rozwiązania w zakresie grzania i chłodzenia mogą stanowić kamień węgielny dla rozwoju w najbliższym czasie innowacyjnego, proekologicznego („zielonego”) przemysłu wysokosprawnych wymienników ciepła, magazynów ciepła oraz licznych urządzeń służących m.in. efektywnym procesom jego przesyłania. Urządzenia te wypełnią powstającą szybko niszę rynkową, a „zielony” przemysł stanie się ważnym elementem reindustrializacji naszego kraju.

Autor jest profesorem, posłem Unii Pracy do Parlamentu Europejskiego

Wydanie: 36/2016

Kategorie: Opinie

Napisz komentarz

Odpowiedz na treść artykułu lub innych komentarzy