Úspory energie a ekonomika vytápění

Transkript

1 Úspory energie a ekonomika vytápění Ing. Jiří Beranovský, Ph.D., MBA Doc. Ing. Jaromír Vastl, CSc. EkoWATT, o. s., Centrum pro obnovitelné zdroje a úspory energie Teze a podkladové materiály k přednáškám z předmětu Ekonomika a užití energie (X16EUE) cz 1

2 Přehled prezentace OZE a PEN či PENB Legislativa EE a OZE Případové studie EE a OZE 2

3 OZE a ENB Dle zákona o hospodaření energií 406/2000 v aktuálním znění pozdějších předpisů: 6a, odst. 4 (4) Součástí průkazu nové budovy nad 1000 m2 celkové podlahové plochy musí být výsledky posouzení technické, ekologické a ekonomické proveditelnosti alternativních systémů vytápění, kterými jsou a) decentralizované systémy dodávky energie založené na energii z obnovitelných zdrojů, b) kombinovaná výroba elektřiny a tepla, c) dálkové nebo blokové ústřední vytápění, v případě potřeby chlazení, d) tepelná čerpadla. 3

4 OZE a ENB Průkaz energetické náročnosti budovy: Vyhláška 148/2007 Sb., 6, odst. f Příloha 4 k vyhlášce ekologická a ekonomická proveditelnost alternativních systémů a kogenerace u nových budov s podlahovou plochou nad m 2 Místní obnovitelný zdroj energie Dálkové vytápění nebo chlazení Tepelné čerpadlo Kogenerace Blokové vytápění nebo chlazení Jiné 4

5 OZE a ENB Postup a výsledky posouzení: ekologické a ekonomické proveditelnosti technicky dostupných a vhodných alternativních systémů dodávek energie 5

6 OZE vhodné pro budovy Přímá energie Slunce Elektřina (fotovoltaika) Teplo (fototermika) Přímé spalování biomasy Dřevo Pelety Brikety Štěpka Energie prostředí Tepelná čerpadla Zemní kolektory KVET (spalovací motory, Stirlingův motor, mikrokogenerace) Biopaliva: oleje, biolíh, bionafta Bioplyn Palivové články (metanol) Pozn.: BÚNO a s ohledem na sobě-podobnost opatření OZE jako příklady jsou použity i některé menší systémy vhodné např. pro RD, výsledky mohou být horší či lepší, dle okolností uvedených v předchozím. 6

7 OZE a budovy Ekonomika je velmi individuální Závisí na účelu budovy RD, BD, Hotel, restaurace Administrativní budova Nemocnice Vzdělávací zařízení Sportovní zařízení Obchodní Době využití budovy a způsobu provozu malá x vyšší spotřeba škola, muzeum, úřad,... hotel, ubytovna,... Opatření či varianty řešení, se kterými se porovnávají 7

8 Metodika rozhodování Okrajové podmínky výpočtu investiční náklady provozní náklady současnéceny energií odhad vývoje ceny paliv cena peněz diskont způsob financování možnost dotace 8

9 Metodika rozhodování Výstupy ekonomického hodnocení: Čistá současná hodnota = NPV [Kč] Vnitřní výnosové procento = IRR [%] Prostá doba návratnosti = Ts [roky] Diskontovaná doba návrat. = Tsd [roky] Tok hotovosti (Cash flow) = graf 9

10 Metodika rozhodování Výstupy ekologického hodnocení: Tuhé látky SO2 NOx CO CxHy CO2 Emise 1.0 a 2.0 Emise energetických zařízení, jejich zjišťování a výpočty 10

11 Přehled prezentace OZE a PEN či PENB Legislativa EE a OZE Případové studie EE a OZE 11

12 Státní energetická koncepce a legislativa Energetický zákon 458/2000 Sb. Zákon o podmínkách podnikání a o výkonu státní správy v energetických odvětvích a o změně některých zákonů Zákon o hospodaření s energií 406/2000 Sb. Energetické úspory Obnovitelné zdroje energie (OZE) Energetické audity 12

13 Energetická legislativa ČR Zákon 180/2005 Sb., o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů: 475/2005 Sb., vyhláška, kterou se provádějí některá ustanovení zákona o podpoře OZE 502/2005 Sb., vyhláška o stanovení způsobu vykazování množství elektřiny při společném spalování biomasy a neobnovitelného zdroje. 150/2007 Sb., vyhláška ERÚ o způsobu regulace cen v energetických odvětvích a postupech pro regulaci cen. 13

14 Energetická legislativa ČR Zákon 180/2005 Sb. Směrnice 2001/77/ES o elektřině z OZE 15-ti letá návratnost investice Národní indikativní cíl 8% zelené elektřiny na hrubé domácí spotřebě elektřiny v r Pevná výkupní cena za kwh nebo za obchodovatelný Zelený bonus Zelený bonus potvrzuje původ ekologicky vyrobené energie a umožňuje diferencovat výkupní cenu pro jednotlivé OZE 14

15 150/2007 Sb. Výkupní ceny jsou podle 2, odstavce 11 vyhlášky ERÚ č. 150/2007 Sb. platné po dobu životnosti zařízení. Touto dobou životnosti se rozumí předpokládaná doba životnosti pro jednotlivé druhy obnovitelných zdrojů, které jsou uvedeny v příloze č. 3 vyhlášky č. 475/2005 Sb., kde se v příloze stanoví, že životnost nové výrobny je u PVE 20 let, u MVE 30 let a u větru a ostatních zdrojů 20 let 15

16 Přehled prezentace OZE a PEN či PENB Legislativa EE a OZE Případové studie EE a OZE 16

17 Případová studie: Fotovoltaická elektrárna Suma globálního záření dle zeměpisné šířky Největší rozdíl je cca 17% kwh/m kwh/m kwh/m kwh/m kwh/m kwh/m kwh/m 2 17

18 Výkupní ceny OZE Cenového rozhodnutí ERÚ č. 7/2007 ze dne 20. listopadu

19 Případová studie: Fotovoltaická elektrárna energie dopadající za měsíc [kwh/m2] sklon 15 sklon 30 sklon 45 sklon 60 sklon 75 svislá poloha natáčecí plocha Super Traxle Traxle leden 26,9 31,0 33,5 35,1 35,7 35,6 44,8 50,3 39,0 únor 42,3 47,7 51,0 53,1 53,2 50,3 66,8 77,0 59,7 březen 80,2 86,7 89,3 87,6 84,4 77,0 115,2 137,3 106,5 duben 110,5 116,5 117,8 110,2 98,8 84,1 155,7 182,7 141,7 květen 145,0 151,1 149,6 132,1 110,5 84,9 198,6 234,5 181,9 červen 150,1 153,2 149,3 134,9 108,8 81,6 203,7 236,0 183,0 červenec 153,1 159,7 158,1 139,2 115,7 88,0 211,0 247,9 192,2 srpen 133,2 140,9 142,4 132,5 117,7 98,7 191,3 220,9 171,4 září 94,7 103,3 106,7 104,5 100,4 90,8 140,5 163,8 127,0 říjen 59,8 69,0 74,8 78,4 78,8 74,4 100,9 112,1 87,0 listopad 26,9 31,3 33,9 35,6 36,3 36,3 45,7 50,8 39,4 prosinec 21,1 24,6 26,6 28,1 27,9 27,6 38,5 39,9 30,9 celkem 1043,9 1114,8 1132,9 1071,4 968,1 829,5 1512,7 1753,3 1359,9 19

20 Případová studie: Fotovoltaická elektrárna 20

21 Případová studie: Fotovoltaická elektrárna Fotovoltaicky panel KYOCERA, typ KC200GHT-2 vertikální úhel nastavení panelů - 35 odchylka od jižního směru - 0 celkový počet panelů ks 24 celková plocha PVE m 2 34 max. výkon panelu W p 200 účinnost panelů % 14,00% účinnost konvertoru % 93,50% celkem instalovaný výkon kw p 4,5 21

22 Případová studie: Fotovoltaická elektrárna Instalovaný výkon 4,5 kwp Roční výroba 4922 kwh Investiční náklady: Kč včetně DPH Provozní náklady 700 Kč/rok včetně DPH Zelený bonus => výnos Kč/rok Bez zeleného bonusu nenávratné! Hodnotící kritéria Čistá současná hodnota 247,11 tis. Kč NPV Vnitřní výnosové procento 11,10% IRR Doba splacení (prostá) 10 let Ts Doba splacení (diskontovaná) 14 let Tsd Rok hodnocení 2007 Doba životnosti (hodnocení) 25 let Diskont 7,00 % 22

23 Původně: ZP + zásobník na elektřinu Příprava TV 300 l Ohřev bazénu 80 l (průtokový ohřívač) Investiční náklady Kč včetně DPH Provozní náklady cca 360 Kč/rok Roční výroba: 15,8 GJ <=> 4381 kwh Úspora provozních nákladů Kč proti ZP a elektřině Fototermický systém RD Kolektor KPS1-ALP Plocha jednoho solárního kolektoru m 2 2,32 Počet solárních kolektorů: ks 3 Celková plocha solárních kolektorů m 2 6,96 Počet trvale žijících osob osob 4 Objem zásobníku l

24 Fototermický systém RD Potřeba tepla celkem Teplo ze solárních kolektorů Teplo nevyužité Teplo, které je nutno dodat z bivalent. zdroje měsíc kwh kwh kwh kwh Leden 533,2 48,7 0,0 484,5 Únor 481,6 158,7 0,0 322,9 Březen 533,2 319,5 0,0 213,7 Duben 516,0 455,2 0,0 60,8 Květen 533,2 560,3 27,1 0,0 Červen 516,0 590,9 74,9 0,0 Červenec 533,2 670,9 137,7 0,0 Srpen 533,2 646,6 113,4 0,0 Září 516,0 529,7 13,7 0,0 Říjen 533,2 303,5 0,0 229,7 Listopad 516,0 81,4 0,0 434,6 Prosinec 533,2 16,0 0,0 517,2 Suma 6 278,0 4381,3 366, ,4 Teoretická účinnost kolektoru* 91,6% 24

25 Fototermický systém RD Energetická bilance solárního systému 25

26 Fototermický systém RD Minimální cena energie při splacení za 20 let => 1,4 Kč/kWh => 388 Kč/GJ Záleží na ceně ušlé příležitosti (opportunity costs) Instalovaný tepelný (elektrický) výkon celkem kw max 8 z toho: obnovitelný zdroj kw max 6,4 Výroba tepla celkem kwh/rok 6 278,0 z toho: obnovitelný zdroj kwh/rok 4 381,3 Roční využití celkového instalovaného výkonu hod/rok z toho: obnovitelný zdroj hod/rok 684 Roční spotřeba elektrické energie kwh/rok 2 321,4 z toho: obnovitelný zdroj kwh/rok 58 Hodnotící kritéria Čistá současná hodnota -7,79 tis. Kč NPV Vnitřní výnosové procento 1,97% IRR Doba splacení (prostá) 17 let Ts Doba splacení (diskontovaná) > Tž let Tsd Rok hodnocení 2007 Doba životnosti (hodnocení) 20 let Diskont 3,00 % 26

27 Solární systém Ohřev vody, 4 osoby, 3 kolektory Potřeba tepla na TUV Měsíc Měsíc I. I. I. II. II. II. III. III. III. IV. IV. IV. V. V. V. VI. VI. VI. VII. VII. VII. VIII. VIII. VIII. IX. IX. IX. X. X. XI. X. XI. Využitelná Energie z energie jiného ze Slunce Celkem zdroje vyrobená energie Využitelná energie ze Celkem Sluncevyrobená Potřeba tepla na energie Celkem TUV vyrobená Potřeba energie tepla na TUV Potřeba tepla na TUV Potřeba tepla na TUV Využitelná energie ze Celkem Slunce vyrobená energie Energie Potřeba z jiného tepla zdroje na TUV XI. 27

28 Solární systém Ohřev vody, 4 osoby, 6 kolektorů Energie z jiného zdroje Využitelná energie ze Slunce Celkem vyrobená energie Potřeba tepla na TUV Energie z jiného zdroje 28

29 Solární systém Ohřev vody - porovnání 3 kolektory 6 kolektorů Potřeba kwh Vyrobeno kwh celkem Lze využít kwh Zbývá dodat kwh 29

30 Solární systém Vytápění a ohřev vody, 4 kolektory Energie z jiného zdroje Využitelná energie ze Slunce Celkem vyrobená energie Potřeba tepla Energie z jiného zdroje 30

31 Solární systém Vytápění a ohřev vody, 8 kolektorů Energie z jiného zdroje Využitelná energie ze Slunce Celkem vyrobená energie Potřeba tepla Energie z jiného zdroje 31

32 Solární systém Vytápění a ohřev vody, 12 kolektorů Energie z jiného zdroje Využitelná energie ze Slunce Celkem vyrobená energie Potřeba tepla Energie z jiného zdroje 32

33 Solární systém Vytápění a ohřev vody - porovnání 4 kolektory 8 kolektorů 12 kolektorů Potřeba kwh Vyrobeno kwh celkem Lze využít kwh Zbývá dodat kwh 33

34 Biomasa 34

35 Biomasa 35

36 Biomasa 36

37 Kotel na peletky v RD Původní kotel na HU Kotel na peletky 24 kw Investiční náklady Kč včetně DPH Provozní náklady: Kč/rok Roční výroba 171 GJ/rok Úspora proti HU pouze 4794 Kč/rok Potřeba tepla na vytápění Celková tepelná ztráta Q c kw 18,52 Vnitřní průměrná výpočtová teplota T is C 20,0 Vnější průměrná teplota během topné sezóny T es C 4,3 Vnější nejnižší výpočtová teplota T e C -12,0 Počet dnů topné sezóny dny 225 Denostupně D dny C Celkový opravný koeficient f c - 0,80 Roční potřeba tepla na vytápění kwh/rok GJ 141,3 37

38 Kotel na peletky v RD Minimální cena energie 370 Kč/GJ 4794 Kč/rok / 171 GJ = 28 Kč/GJ Hodnotící kritéria Čistá současná hodnota -0,00 tis. Kč NPV Vnitřní výnosové procento 3,00% IRR Doba splacení (prostá) 12 let Ts Doba splacení (diskontovaná) > Tž let Tsd Rok hodnocení 2007 Doba životnosti (hodnocení) 15 let Diskont 3,00 % 38

39 Biomasa v RD Stručný popis zastavěná plocha 113,4 m2 objem 762,1 m3 celková plocha 227,0 m2 geometrická charakteristika 0,68 obytná plocha 181,6 m2 počet osob 4 Energetická bilance tepelná ztráta (kw) 10,5 měrná potřeba tepla na vytápění (kwh/m2 obyt. plochy) 133,3 potřeba tepla na vytápění (kwh/rok) (GJ/rok) 87,1 Krb či kamna s krbovou vložkou Kotel na zplyňování dřeva Kotel na pelety palivo palivové dříví palivové dříví dřevěné pelety výkon 12 kw 7-13,5 kw 4,5-15 kw průměrná roční účinnost 50% 75% 85% cena paliva 0,9 (kč/kg) 0,9 (kč/kg) 3,4 (kč/kg) výpočtová výhřevnost 14,6 (MJ/kg) 14,6 (MJ/kg) 18,5 (MJ/kg) potřeba paliva na vytápění (kg) (kg) (kg) celkové investiční náklady Kč Kč Kč EkoWATT, Centrum náklady na pro palivo obnovitelné za rok zdroje (Kč/rok) a efektivní 7 využívání 162 (Kč/rok) energie The (Kč/rok) RES & EE Centre 39

40 Tepelné čerpadlo v RD Tepelné čerpadlo vzduch voda Bivalentní zdroj 9,5 / 11,5 kw elektrokotel Investiční náklady Kč včetně DPH Úspora proti vytápění elektřinou Kč/rok Roční výroba 59 GJ/rok Tepelná ztráta budovy Výkon TČ 10,4 kw 6,52 kw Podíl TČ při te -15 C 62% Podíl TČ na výrobě tepla pro vytápění 87% TČ dodá na vytápění kwh/rok 59,0 GJ/rok TČ dodá na TV 0 kwh/rok 0,0 GJ/rok TČ dodá celkem kwh/rok 59,0 GJ/rok Kotel dodá na vytápění kwh/rok 8,8 GJ/rok 40

41 Tepelné čerpadlo v RD Minimální cena energie 270 Kč/GJ Hodnotící kritéria Čistá současná hodnota 151,12 tis. Kč NPV Vnitřní výnosové procento 6,08% IRR Doba splacení (prostá) let Ts Doba splacení (diskontovaná) 20 let Tsd Rok hodnocení 2007 Doba životnosti (hodnocení) 30 let Diskont 3,00 % Instalovaný tepelný (elektrický) výkon celkem kw 20,2 z toho: obnovitelný zdroj kw 6,5 Výroba tepla celkem kwh/rok z toho: obnovitelný zdroj kwh/rok Roční využití celkového instalovaného výkonu hod/rok z toho: obnovitelný zdroj hod/rok Roční spotřeba elektrické energie kwh/rok z toho: obnovitelný zdroj kwh/rok

42 Nízkoenergetický x pasivní dům Tajemných 50, magických 15...kWh/m 2.rok 42

43 kwh Potřeba energií pro vytápění běžný dům nízkoenergetický pasivní ztráty ve zdroji potřeba tepla na větrání (ztráty větráním) potřeba tepla na vytápění (ztráty prostupem) 43

44 Spotřeba energií pro vytápění kwh spotřeba tepla v palivu toto se platí! běžný dům nízkoenergetický pasivní zisk z rekuperace tepla z větracího vzduchu zisk zemního výměníku tepla zisky od spotřebičů zisky od osob pasivní solární zisky (okny, prosklením) ztráty ve zdroji potřeba tepla na větrání (ztráty větráním) potřeba tepla na vytápění (ztráty prostupem) 44

45 úsporný dům X pasivní dům Energie -příklad tis. kwh domácnost teplá voda vytápění starší dům novostavba pasivní dům 45

46 úsporný dům X pasivní dům Náklady -příklad domácnost teplá voda vytápění tis. Kč starší dům novostavba pasivní dům 46

47 Různé náklady při stejné spotřebě tepelné čerpadlo s ohřevem vody, el.sazba D55 přímotopy, el. bojler, el. sazba D45 vytápění teplá voda domácnost kotel na plyn s ohřevem vody, el. sazba D02 kotel na dřevo, kombinovaný bojler, el.sazba D náklady [tis.kč] 47

48 Vyplatí se tepelné čerpadlo? Inv. náklady TČ Úspora na vytápění Úspora na TUV Úspora na elektřině Návratnost Kč Kč Kč Kč roky Běžný dům NED PD

49 Tepelné čerpadlo v RD Náklady na energie Plyn / peletky El. přímotopy Tepelné čerpadlo Návratnost Plyn / peletky El. přímotopy Tepelné čerpadlo Kč Kč Rodinný dům 200 m2 inv. nákl. 4 mil. Kč (cca 7 tis. Kč/m3) vícenáklady: 10 % = 400 tis. Kč Běžný dům Kč NED NED 23 let 15 let 36 let PD PD 17 let 11 let 27 let 49

50 Tok hotovosti návratnost prostá návratnost diskontovaná cash flow kumulované CF diskontované kumul. CF 50

51 Tok hotovosti - vliv růstu cen energií návratnost (0 % růst cen energií) návratnost (5% růst cen energií) CF - 0% růst cen diskont. kumul. CF - 0% růst cen CF - 5 % růst cen diskont. kumul. CF - 5% růst cen 51

52 Tok hotovosti - dle způsobu financování návratnost prostá návratnost diskontovaná cash flow kumulované CF diskontované kumul. CF 52

53 Čistá současná hodnota Výsledky ekonomického hodnocení Růst cen energií 0% Diskont 4% 18 tis. Kč Růst cen energií 3% Diskont 0% 445 tis. Kč Růst cen energií 0% Diskont 4% Úvěr 10 let 90 tis. Kč Vnitřní výnosové procento Prostá doba návratnosti Diskontovaná doba návratnosti 4,5 % 17 let nenávratné 9,7 % 13 let 17 let 8,3 % 17 let 21 let 53

54 Zateplení Porotherm 44 P+D + teplá omítka tl. 500 mm U = 0,320 W/m 2.K Kč/m 2 Porotherm 44 P+D + zateplení 80 PPS tl. 560 mm U = 0,20 W/m 2.K Kč/m 2 Vícenáklady: 614 Kč/m Kč/m 2 Porotherm 24 P+D + zateplení 200 PPS tl. 470 mm U = 0,16 W/m 2.K Kč/m 2 54

55 Rekonstrukce bytového domu Pavlačový dům z 30. let 20. století Dobrá orientace ke světovým stranám Kompletní rekonstrukce, změna tvarového řešení 55

56 Rekonstrukce bytového domu 1 konstrukční varianta (NED standard) Instalace lokálních rekuperačních jednotek Zdroj vytápění? 56

57 Výběr zdroje vytápění Teplovodní otopná soustava Centrální zdroj vytápění Zdroj vytápění Účinnost zdroje Záložní zdroj Průměrná účinnost záložního zdroje A Kondenzační kotel na ZP 102 % % Elektrokotel B Kotel na pelety - - C Tepelné čerpadlo země voda 320 % 95 % 57

58 Výběr zdroje vytápění Potřeba tepla na vytápění cca 20 MWh/rok Potřeba tepla v palivu na vytápění (kwh/rok) A B C 58

59 Výběr zdroje TV 30 trvale žijících obyvatel Lokální příprava TV x Centrální příprava TV A B C Zdroj vytápění Kondenzační kotel na ZP Kotel na pelety Tepelné čerpadlo země voda Příprava TV Zdroj vytápění El. zásobníky Zdroj vytápění Cirkulace ano ne ano 59

60 Výběr zdroje TV (kwh/rok) Potřeba tepla v palivu TV 51% 97% 150 % A B C 60

61 Výběr zdroje Celková potřeba tepla v palivu (kwh/rok) A B C potřeba tepla v palivu na vytápění potřeba tepla v palivu TV 61

62 Provozní náklady Provozní náklady (Kč/rok) A B C Provozní náklady na primární zdroj (Kč/rok) Provozní náklady na sekundární zdroj (Kč/rok) 62

63 Zemní kolektor zimní provoz 63

64 Zemní kolektor letní provoz 64

65 Podzemní vzduchový kolektor zimní předehřev ev vzduchu = přínos p 300 aža 500 kwh letní chlazení = přínos p cca 1000 kwh náklady Kč K => minimáln lní cena 3 Kč/kWhK při životnosti 20 let nutno pravidelně čistit! zimní úspora 350 až 600 Kč letní úspora až 1900 Kč návratnost 20 až 170 let Zemní práce výkop a zasypání Potrubí vč. tvarovek Nasávací hlavice + filtry Celkem 40 m ZVT 500 až1000 Kč/m 200 až 500 Kč/m Kč 30 až 60 tis. Kč 65

66 Přehled prezentace OZE a PEN či PENB Legislativa EE a OZE Případové studie EE a OZE 66

67 Metodika rozhodování Ekonomickákritéria nejsou jedinározhodující TESES analýza cíle Technická rozhodování Ekonomická Sociální Ekologická Strategická nástroje realizace kritéria hodnocení stavy světa Řešením je komplexní OPTIMALIZACE řešení 67

68 Shrnutí a závěry Ekonomický přínos OZE a EE je velmi individuální Pro rozhodování je důležitá minimální cena energie se kterou nové řešení porovnáváme do které je nutné započítat veškeré náklady Ekonomická kritéria nejsou jediná rozhodující <=> TESES analýza Technická Ekonomická Sociální Ekologická Strategická F F F A A A I I I 68

69 Literatura ex.html Bilance , Interaktivní nástroj pro energetické bilance HESTIA 1.0 a 2.0 -Multimediální průvodce energetickými úsporami Emise 1.0 a 2.0 Emise energetických zařízení, jejich zjišťování a výpočty Expertní systém TESES (výběr vhodné varianty ÚEK, volba vhodného zastoupení OZE, výběr vhodné varianty EA) 69

70 Kontakty Ing. Jiří Beranovský, Ph.D., MBA Doc. Ing. Jaromír Vastl, CSc. ČVUT Praha EkoWATT o. s. EkoWATT CZ s. r. o. Areál Štrasburk, Švábky 2, Praha 8 T: F: E: jiri.beranovsky@ekowatt.cz www. 70