Unia Europejska stoi w obliczu trudnych zadań wynikających z rosnącego uzależnienia od importu energii i ograniczonych zasobów energetycznych, a także konieczności ograniczenia zmian klimatu. Efektywność energetyczna¹ (tj. wykorzystanie mniejszej ilości energii w celu utrzymania tego samego poziomu działalności gospodarczej lub usług) stanowi skuteczny środek służący sprostaniu tym problemom. Zwiększa ona poziom bezpieczeństwa energetycznego poprzez obniżanie zużycia energii pierwotnej oraz ograniczanie importu energii. Ogrzewanie i chłodzenie jest odpowiedzialne za 51% rocznego zużycia energii w UE, przy czym duża część tej energii jest marnowana. Dlatego szczególną uwagę należy zwrócić na komunikat Komisji Europejskiej do Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 16 lutego 2016 r., w którym przedstawiono strategię UE w zakresie ogrzewania i chłodzenia_².

Strategia Strategia ta jest pierwszą inicjatywą Wspólnoty poświęconą zużyciu energii przez systemy grzewcze i chłodnicze w budynkach i przemyśle. Pierwsza część strategii przedstawia wizje, cele i ważne zadania, jakie stoją w najbliższym czasie przed sektorem, oraz bariery techniczne i środowiskowe, które mają ogromny wpływ na dalszy rozwój systemów ciepłowniczych i mogą spowodować brak realizacji podstawowych celów polityki energetycznej UE do 2020 r. Natomiast część druga pokazuje dziedziny działań KE w dążeniu do stworzenia zrównoważonego, efektywnego i inteligentnego sektora ogrzewania i chłodzenia.

Należy wyraźnie podkreślić, że strategia przedstawia całokształt zagadnień dotyczących ogrzewania i chłodzenia, a tylko w pewnym zakresie porusza problemy ciepła systemowego. W marcu 2016 r. Fraunhofer Institute for Systems and Innovation Research (ISI) (dalej Fraunhofer ISI) przedstawił dwutomowe opracowanie³, w którym omówił bardzo dokładnie sytuację sektora ciepłowniczego w Unii Europejskiej i państwach członkowskich, nie szczędząc uwag krytycznych na temat braku kompleksowej strategii i regulacji dotyczących tej branży i warunków jej rozwoju. Takie samo stanowisko wcześniej zaprezentowano w pracach Uniwersytetu Aalborg⁴ (dalej Aalborg HRE1 albo Aalborg HRE2). Mimo że Komisja Europejska taką strategię zaprezentowała, to dalszych prac w tym kierunku na razie nie widać. Wbrew tym krytycznym uwagom obu instytucji naukowych, należy stwierdzić, że legislacja unijna pośrednio normuje niektóre kwestie odnoszące się do ciepłownictwa (np. dyrektywa w sprawie efektywności energetycznej – EED, obie dyrektywy dotyczące obiektów energetycznego spalanie – IED oraz MCP, dyrektywa w sprawie charakterystyki energetycznej budynków  – EPBD, dyrektywa w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych – RES i inne).

W artykule ze stycznia 2016 r.⁵ przedstawiono charakterystykę światowego zapotrzebowania w ciepło, procesy konwersji energii pierwotnej na energię elektryczną i ciepło oraz wykorzystanie tych nośników energii w sektorach ich końcowego zużycia. W 2011 r. ciepło stanowiło przeszło 31% (czyli 47 889 TWh) globalnego zapotrzebowania na energię pierwotną (Total Primary Energy Supply – TPES), podczas gdy transport prawie 19%, a energia elektryczna zaledwie 12%. Tak duża ilość energii pierwotnej zużyta na potrzeby cieplne wymaga racjonalnego jej wykorzystania, zmniejszenia strat transformacji, przesyłu i dystrybucji oraz zwiększenia efektywności jej użytkowania. Do największych odbiorców ciepła w skali światowej należą budynki (48,5%) oraz przemysł (45,7%). W związku z tym ogromnie wzrosło zainteresowanie systemami, które wykorzystują duże ilości ciepła i które powinno być zagospodarowane w sposób jak najbardziej racjonalny. W 2012 r. w Unii Europejskiej zużycie energii końcowej przypadające na ogrzewanie i chłodzenie wyniosło 6 497 TWh (7 955 TWh energii pierwotnej), co stanowi 51% zużycia energii końcowej w UE (12 820 TWh)⁶. Czyni to z tej branży największy unijny sektor energetyczny. Pomimo że sektor ciepłowniczy i chłodniczy zaczyna stosować niskoemisyjną produkcję, to 66% energii finalnej dla ogrzewania i chłodzenia pochodzi z paliw kopalnych, a tylko 14% stanowiła energia ze źródeł odnawialnych. Pozostałe 20% to energia przetworzona (tzw. drugorzędne nośniki energii) w postaci ciepła systemowego i energii elektrycznej. Proporcje każdego z nośników są różne w zależności od sposobów ich wykorzystania. Natomiast struktura paliw dla ogrzewania i chłodzenia jest mieszaniną nośników pierwotnych i drugorzędnych, np. chłodzenie w przeważającej mierze powstaje z wykorzystania energii elektrycznej. Rys. 1 przedstawia zapotrzebowanie na energię końcową w zakresie ogrzewania i chłodzenia w UE wykorzystywaną dla różnych celów w 2012 r. Natomiast rys. 2 obrazuje strukturę paliw dla energii pierwotnej i końcowej.

Sektory mieszkalny, usług i przemysłu

Duża ilość energii końcowej (6 497 TWh) zużyta na potrzeby cieplne i chłodnicze wymaga racjonalnego jej wykorzystania, zmniejszenia strat transformacji, przesyłu i dystrybucji oraz zwiększenia efektywności jej użytkowania. Jest to tym bardziej konieczne, gdyż z tej ilości energii tylko ok. 5 100 TWh jest skutecznie zagospodarowane. Z grubsza więc ok. 21% jest tracone podczas procesów konwersji, przy czym te straty nie są jednakowo rozdzielone na poszczególne kierunki użytkowania. Strategia powstała więc w celu optymalizacji zużycia ogrzewania i chłodzenia w sektorach mieszkalnym⁷, usług i przemyśle.

Sektor mieszkalny jest głównym odbiorcą energii końcowej dla celów ogrzewania i chłodzenia, przy czym 75% unijnych zasobów mieszkaniowych ma niewielką efektywność energetyczną W chłodniejszych strefach klimatycznych ogrzewanie pomieszczeń odpowiada nawet za ponad 80% całkowitego zużycia energii. Średnio w UE sektor mieszkalny wykorzystuje 68% energii końcowej do ogrzewania pomieszczeń. Natomiast w cieplejszych strefach klimatycznych chłodzenie pomieszczeń stanowi najważniejszy element, który stale przybiera na znaczeniu. Jednakże ogólny udział chłodzenia w zużyciu energii finalnej w sektorze mieszkaniowym jest pomijalnie mały. Tylko 11% końcowego zapotrzebowania na energię nie jest używane na potrzeby ogrzewania i chłodzenia. Zużycie energii końcowej na ogrzewanie i chłodzenie w domach jednorodzinnych jest dwukrotnie większe niż w budynkach wielorodzinnych. Dane statystyczne wskazują, że 72% ogrzewania i chłodzenia użytkowanego w domach jednorodzinnych jest wykorzystywane na terenach pozamiejskich. Natomiast w obszarach miejskich energia końcowa na ogrzewanie i chłodzenie dzieli się równo na domy jedno- i wielorodzinne.

Jeżeli chodzi o strukturę paliw, to paliwem dominującym jest gaz ziemny (42%), następnym biomasa (16%), której zużycie było nawet większe niż oleju opałowego (12%). W sumie 60% stanowiły paliwa kopalne, 20% źródła odnawialne, następnie ciepło systemowe i energia elektryczna – odpowiednio 9% i 11%. Budynki często tracą ciepło lub zimno z powodu złej jakości. Dwie trzecie budynków zbudowano w okresie, gdy wymogi efektywności energetycznej były niewielkie lub jeszcze nie zostały wprowadzone; większość z nich będzie nadal eksploatowanych do roku 2050, co implikuje różne problemy z tym związane. Duże oszczędności można osiągnąć poprzez proste działania: termomodernizację renowację lub inne roboty budowlane. Budynki powinny być wyposażane w systemy zwiększające elastyczność w odbiorze energii (np. poprzez regulację popytu oraz gromadzenie ciepła). Rys. 3 i rys. 4, a także rys. 5 przedstawiają wykorzystanie energii końcowej dla celów ogrzewania i chłodzenia wg kierunków działania oraz strukturę stosowanych paliw w sektorach: mieszkalnym, usług i w przemyśle.

W sektorze usług (rys. 4), tak jak w poprzednim przypadku, rozważania dotyczyć będą zużycia energii końcowej przypadającej na ogrzewanie i chłodzenie. Główna część zapotrzebowania na energię finalną jest przeznaczona na ogrzewanie pomieszczeń (61%). Razem z ciepłą wodą użytkową (c.w.u.) stanowi to trzy czwarte całkowitego popytu w tym sektorze na ogrzewanie i chłodzenie. Pozostałe 25% jest rozdysponowane na chłodzenie pomieszczeń (9%), procesy wykorzystujące ciepło (6%) oraz chłód (10%).

Jeżeli chodzi o strukturę nośników energii, to znowu dominujące miejsce ma gaz ziemny (50%). Razem z olejem opałowym (15%) i węglem (1%) stanowią razem 66% paliw kopalnych wykorzystanych w tym sektorze. Odnawialne źródła energii, takie jak biomasa i ciepło z otoczenia zaspokajają razem 4% zapotrzebowania. Pozostałe 30% stanowią drugorzędne nośniki energii w postaci ciepła systemowego (3%) i energii elektrycznej (27%). Sektor przemysłu (rys. 5) dla całej swojej działalności potrzebuje 3 200 TWh, czyli ok. jednej czwartej całkowitego zużycia energii końcowej w UE w 2012 r., z tego prawie 75% (2 404 TWh) dla celów procesów grzewczych i chłodzenia. Prawie 60% zużywają procesy cieplne dla temperatur powyżej i poniżej 5000C w przybliżeniu po połowie każdy. Ciepło o temperaturze powyżej 5000C jest dostarczane przez piece przemysłowe, natomiast poniżej 5000C w większości przez kotły parowe i jednostki CHP. Ogrzewanie pomieszczeń stanowi 11% całkowitego zapotrzebowania, natomiast procesy używające chłód to zaledwie 3%. Ze zużycia energii końcowej nieprzeznaczonej na ogrzewanie i chłodzenie równej 26% korzystają inne procesy przemysłowe, m.in. aplikacje mechaniczne czy też elektryczne.

Jeżeli chodzi o nośniki energii, to znowu na pierwszym miejscu znajduje się gaz, który jest paliwem dominującym i w 39% zaspokaja potrzeby przemysłu UE na energię finalną. Pozostałe paliwa kopalne, takie jak węgiel (17%), inne paliwa kopalne (10%), olej opałowy (9%), czy też odpady nieodnawialne (1%) stanowiły razem z gazem 76% wszystkich paliw. Gaz ziemny używany jest przede wszystkim do ogrzewania pomieszczeń oraz w procesach wysoko- i średniotemperaturowych, natomiast inne paliwa kopalne są używane ze względu na możliwość uzyskania wysokiej temperatury, przeważnie w hutnictwie żelaza i stali.

Biomasa jest używana głównie w przemyśle papierniczym, aby dostarczać parę w granicach 100÷2000C. Ciepło systemowe jest ograniczone w swoich zastosowaniach ze względu na temperaturę dostarczanego nośnika i dlatego
jest używane przede wszystkim do ogrzewania pomieszczeń, a także do procesów niskotemperaturowych. Energia elektryczna ma wielorakie możliwości użytkowania np. do celów chłodniczych, które praktycznie całkowicie wykorzystują ten nośnik energii, albo do celów przemysłowych (np. piece indukcyjne, piece łukowe itp.).

Artykuł został przygotowany w ramach projektu NCN nr 3811/B/H03/2011/40

Przypisy

1 Zob. Zygmunt Parczewski, Efektywność energetyczna w wybranych krajach UE, USA oraz w Polsce, Instytut Energetyki – Instytut Badawczy, Warszawa 2014 r.

2 Zob. Komunikat Komisji Europejskiej do Parlamentu Europejskiego i Rady „Strategia UE w zakresie ogrzewania i chłodzenia” COM(2016)51 oraz dokument roboczy służb Komisji SWD(2016)24 towarzyszący temu dokumentowi. Znaleźć tam można źródła danych wykorzystywanych w komunikacie KE. Bruksela, dnia 16.02.2016. http:// eur-lex.europa.eu/legal-content/PL/TXT/PDF/?uri=CELEX:52016DC0051&from=pl

3 Zob. Mapping and analyses of the current and future (20202030) heating/cooling fuel deployment (fossil/renewables). Work package 1 Final energy consumption for the year 2012 oraz Work package 2 Assessment of the technologies for the year 2012. Final report Fraunhofer Institute for Systems and Innovation Research (ISI), ENER/C2/2014-641, march 2016.

4 Zob. Heat Roadmap Europe 2050 First Pre-Study for the EU27 (HRE1) May, 2012 oraz Heat Roadmap Europe 2050 Second Pre-Study for the EU27 (HRE2) May, 2013, Aalborg Universitet.

5 Zob. Leszek Szczygieł, Przede wszystkim…ciepło, Energetyka Cieplna i Zawodowa nr 1 z 2016 r.

6 Różnice (niedokładności) między prezentowanymi na wykresach wielkościami sumarycznymi a sumami poszczególnych składników wynikają z zaokrągleń.

7 Zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 1099/2008 z dnia 22 października 2008 r. w sprawie statystyki energii, sektor gospodarstw domowych, zwany jest także sektorem mieszkalnym.