Dr inż. Kazimierz Herlender Ústav energoelektriky Vysokého učení technického ve Vratislavi Energetické úspory a energetická účinnost Evropské požadavky Klimaticko-energetický balíček 3 x 20 Na summitu Evropské rady dne 9. března 2007 byl přijat Akční plán, který spojuje klimatickou a energetickou politiku Společenství pro omezení růstu průměrné globální teploty o více než 2 st. C na úroveň, která byla před industriálním obdobím a snížení rizika růstu cen a omezené dostupnosti nafty a plynu. K hlavním cílům tohoto plánu patří: snížení emise skleníkových plynů do r. 2020 o minimálně 20% ve srovnání s r. 1990 racionalizace využívání energie v důsledku omezení její spotřeby o 20% zvýšení účasti energie vyráběné z OZE na 20% celkové průměrné spotřeby energie v EU v roce 2020 dosažení minimálně 10% podílu biopaliv v prodeji dopravních paliv v r. 2020 a udržení této úrovně v následujících letech ochrana lesů před nadměrnou těžbou za účelem získávání biomasy a vyvážené využívání zemědělských ploch po účely OZE, včetně biopaliv tak, aby nedošlo ke konkurenci mezi obnovitelnou energetikou a zemědělstvím. Racionalizace spotřeby energie není nic jiného než energetická účinnost. Takže růst energetické účinnosti je prioritou, nutnou pro realizaci jiných cílů nové energetické politiky. Hlavními cíli zvýšení energetické účinnosti jsou: snaha o dosažení nulaenergetického hospodářského růstu, tj. rozvoje ekonomiky následujícího bez růstu požadavků na původní energii, do r. 2013 snížení energetické náročnosti ekonomiky v Polsku na úroveň EU-15 z r. 2005. Pro dosažení všech cílů programu 3 x 20 bude nezbytné spojení sil všech zemí EU. Musí k tomu dojít nad všemi politickými, sociálními či ekonomickými rozdíly. Aby se na celém kontinentu snížila poptávka na elektrickou energii, je nezbytné: zlepšení efektivity výroby elektrické energie; pravidelná aktualizace minimálních požadavků týkajících se zařízení využívajících energii; úspora energie v budovách; větší energetická účinnost dopravy; budování povědomí odběratelů energie (!). Základní definice Níže jsou uvedeny ukázkové definice pojmů jako jsou: úspora energie, energetická účinnost, opatření ke zvýšení energetické účinnosti, energetický audit. Úspora energie je množství energie, která je rozdílem mezi energií potenciálně spotřebovanou pro stavbu, technické zařízení nebo instalaci v daném období před uskutečněním jednoho nebo více opatření ke zvýšení energetické účinnosti a spotřebou energie v této stavbě, technickém zařízení nebo instalaci ve stejném období po uskutečnění 1
těchto opatření a při zohlednění normalizace vnějších podmínek ovlivňujících spotřebu energie. Energetická účinnost je poměr získané velikosti užitkového efektu dané stavby, technického zařízení nebo instalace v typických podmínkách jejich užívání nebo provozu ku množství energie spotřebované touto stavbou, technickým zařízením nebo instalací, nezbytné k dosažení tohoto efektu. Takže úsporou energie se rozumí množství uspořené energie, kdežto energetickou účinností se rozumí poměr užitkového efektu dosaženého příslušnými opatřeními. Opatření ke zvýšení energetické účinnosti je opatření spočívající v zavedení změn nebo zdokonalení v objektu, technickém zařízení nebo instalaci, v jejichž důsledku dochází k úspoře energie. Tato opatření mohou mít jak technický (investiční), tak i organizační (neinvestiční) charakter. Základním opatřením je provedení energetického auditu. V různých publikacích lze najít různé definice energetického auditu. V souladu se Směrnicí 2006/32/ES je energetický audit systematický postup získávání dostatečných informací o stávajícím profilu energetické náročnosti stavby nebo skupiny staveb, průmyslového postupu nebo zařízení a soukromých a veřejných služeb, který identifikuje a kvantifikuje možnosti nákladově efektivních úspor energie a podává zprávy o zjištěních. V zákoně z 15. dubna 2011 o energetické účinnosti je energetický audit definován jako "studie obsahující analýzu spotřeby energie a určující technický stav stavby, technického zařízení nebo instalace, obsahující seznam opatření ke zvýšení energetické účinnosti těchto staveb, zařízení nebo instalací a také hodnocení jejich ekonomické rentability a dosažitelných úspor energie". Myšlenka obou definicí je podobná, ale ve Směrnici se hovoří o systematickém postupu", kdežto v Zákoně o "studii", což je třeba chápat jako něco jednorázového. Vycházejíc z konstatování, že energetická účinnost je a měla by být systematickým a kontinuálním procesem, je nutné se přiklonit k definici ve Směrnici, která naplňuje myšlenku systémového přístupu ke spoření energie. Audit energetické účinnosti se skládá z řady činností, jejichž cílem je: identifikace zdrojů způsobujících ztráty energie, exergie a faktoru v oběhu stanovení skutečné referenční úrovně vzhledem k aktuálním technickým řešením v této oblasti prezentace návrhu opatření k minimalizaci zjištěných ztrát provedení zjednodušené analýzy pro stanovení základních ekonomických ukazatelů navržených opatření. Energetický audit: umožňuje skutečnou identifikaci zdrojů v oblasti opatření zvyšujících účinnost pomáhá stanovit priority v opatřeních zaměřených na zvýšení efektivity procesu je prvkem nezbytným k získání průkazu energetické účinnosti je opatřením ekonomicky opodstatněným v procesu snižování nákladů na fungování podniku. 2
Organizační způsoby zvýšení energetické účinnosti Zvýšení energetické účinnosti bez investic lze dosáhnout analýzou aktuální spotřeby elektrické energie v příslušném období, např. v průběhu dne, týdne nebo měsíce a dokonce i roku, a ověřením, zda jsou možné způsoby organizačních změn v řízení spotřeby energie v těchto obdobích tak, aby se získalo co nejlepší tarif. Všichni prodejci energie v Polsku mají ve své nabídce různé tarify pro různé typy odběratelů. Individuálním odběratelům nabízí každý prodejce minimálně dva základní tarify. G11 a G12. Tarif G11 nejčastěji volený, univerzální tarif pro standardní užívání energie v domácnosti. Charakteristikou je stálá cena elektrické energie ve všech dnech a ve všech obdobích dne, jedná se o celodenní tarif (tzv. jednotarifový produkt). Tarif G12 umožňuje vyúčtovávání spotřebované energie ve dvou časových zónách dne (tzv. dvoutarifový produkt). Nižší tarif se platí po dobu 10 hodin během dne, zpravidla od 22.00 do 6.00 hod. (tzv. noční proud) a od 13.00 do 15.00 hod. (tzv. denní proud). Vyšší tarif platí po dobu 14 hodin během dne, zpravidla od 6.00 do 13.00 hod. (tzv. dopolední špička) a od 15.00 do 22.00 hod. (tzv. odpolední špička). V Polsku 80% domácností používá jednotarifový měřič pobírá celý den energii za stejnou cenu. Pokud je ale velká část spotřeby v nočních hodinách, pak je dvoutarifový produkt (zaznamenávající spotřebu ve dne i v noci za jiné ceny) výhodnější. Obdobně je to s víkendovými tarify, které jsou výhodné ve všech rekreačních domcích (chatách) a dalších místech, kde je spotřeba především v sobotu a neděli. Technické způsoby zvýšení energetické účinnosti K investičním opatřením ke zvýšení energetické účinnosti patří (tzv. oblast opatření zvyšujících účinnost podle Zákona o energetické účinnosti): rekonstrukce a oprava staveb, modernizace zařízení určených pro potřeby domácnosti, osvětlení, zařízení pro vlastní potřebu, zařízení a instalací používaných v průmyslových procesech, místních teplárenských sítí a místních zdrojů tepla, zpětné získávání energie v průmyslových procesech, omezení průtoků jalového výkonu, síťových ztrát v trakcích, ztrát v transformátorech, používání energie produkované ve vlastních nebo připojených k sítí obnovitelných zdrojích energie k vytápění nebo chlazení staveb. Praktické způsoby spoření elektřiny v domácnostech Nyní si asi neumíme představit život bez takových zařízení jako jsou: osvětlení, televize, počítače, pračky, vysavače, ledničky, rychlovarné konvice. Stále více máme v našich bytech i takové vybavení jako jsou: elektrické kuchyňské sporáky, elektrické radiátory, trouby, myčky a řada dalších zařízení, které pro svůj provoz potřebují elektrický proud. Povědomí o pravidlech jejich fungování a řádného provozování může přinést měřitelné finanční přínosy vyplývající ze snížené spotřeby elektřiny. 3
Nejspektakulárnější opatření se týkají osvětlení. Z provozu se pravidelně vyřazují žárové zdroje světla s velkým výkonem a navrhuje se používání energeticky úsporných zdrojů, zde je možné jako příklad uvést např. kompaktní zářivky. Kompaktní zářivky zajišťují nízkou spotřebu energie (asi pětinásobně menší než tradiční žárovky) a dlouhou "životnost" (kompaktní zářivka může být desetinásobně trvalejší než tradiční žárovka). Je však nutné pamatovat, že v případě používání kompaktních zářivek se má světlo zhasnout pouze v případě, že odcházíme z místnosti na dobu delší než 6 minut, časté zapínání totiž zkracuje životnost zářivky. V místnostech, kde se osvětlení používá krátkou dobu, je lepší ponechat tradiční žárovky. Níže je uvedeno několik pravidel, které umožní dosažení úspory elektrické energie: světlá barva stěn, stropů a podlahy způsobuje, že místnosti jsou světlejší a vyžadují menší množství žárovek k osvětlení, používejte jednu silnější žárovku místo několika slabších slabší žárovky dávají většinou méně světla ze stejného množství energie, používejte dodatečné bodově světlo (psací stůl, postel, kuchyň) hlavní světlo tak může být mnohem slabší, pravidelně čistěte světelnou armaturu nečistoty na svítilnách mohou snížit světelnou účinnost od 20% do 50% procent, používejte regulaci intenzity osvětlení podle skutečné potřeby dobré efekty přináší různé řídící členy (stmívače), světelná armatura s mnoha žárovkami, dálkové vypínače, detektory pohybu apod. Samozřejmě místo osvětlovat dům, je lepší využít přírodní světlo. Je zdravější pro oči a nic nestojí. Jiným způsobem šetření energie je prověřování režimu stand-by zařízení. Svítící lampička stand-by, která poukazuje na pohotovostní stav zařízení, svědčí o tom, že zařízení po celou dobu pobírá elektrickou energii ze sítě. Zpravidla je v každé domácnosti hned několik zařízení s režimem stand-by. Když přijmeme, že v každé domácnosti jsou taková zařízení s celkovým výkonem cca 20W, tak roční spotřeba elektřiny pro tyto účely činní asi 175 kwh. Všechna zařízení na elektrickou energii v pohotovostním stavu mohou takto v Polsku spotřebovat ročně 2 mil. 600 tis. MWh. Řada zařízení v domácnosti nebo v kanceláři je zapojených nonstop během dne a často i v noci. Jedná se o monitory, počítače, síťová zařízení, tiskárny a kopírky. Sice většina z nich má funkci spánku, ale i tehdy spotřebovávají energii, která je v dlouhém časovém horizontu, např. roku, významná. Když vytáhneme zástrčky ze zásuvek a nenecháme televizi nebo počítač v režimu stand-by můžeme ušetřit cca 30 PLN ročně. Když ze zásuvky vyndáme nabíječku po nabití mobilního telefonu nebo elektrický zubní kartáček můžeme uspořit cca 20 PLN ročně. Při koupi televize nebo počítačového monitoru musíme pamatovat, že ty v technologii LCD jsou rozhodně ekonomičtější ve srovnání s tradičními a plazmovými technologiemi. Na trhu se objevuje stále více modernějších domácích elektrospotřebičů (tj. ledničky, pračky, myčky, mrazničky, sušičky, elektrické trouby) a jedním ze základních parametrů je jejich energetická třída označena písmeny A, B, C, D, E, F, G, která informuje o množství elektrické energie, kterou spotřebují při svém provozu. A je nejnižší spotřeba energie, G 4
nejvyšší. Stále častěji se objevují i modely třídy A+ (úspornější o 25% ve srovnání s modely se třídou A) a dokonce A++. Ekologické a spotřebitelské organizace pobízí ke kupování spotřebičů třídy A. Sice bývají dražší než spotřebiče nižších energetických tříd, ale naproti tomu je levnější jejich provoz, jsou šetrnější k životnímu prostředí a zpravidla trvalejší. Vliv na velikost spotřeby elektrické energie elektrospotřebiči má i jejich technologie i správné používání. Níže je uvedeno několik praktických poznámek pro efektivní využívání vybraných spotřebičů: 1. Elektrický vařič (sporák) nádoby, které nezakrývají celou plochu varné desky, způsobují zvýšení spotřeby energie do 50%, přikrytí hrnce pokličkou snižuje spotřebu elektřiny o 20%, otevření trouby způsobuje ztrátu teploty, kterou spotřebič doplňuje delším časem práce. 2. Pračka neúplné využívání objemu pračky zvyšuje spotřebu energie o 35%, sušení znamená dodatečných 50% spotřebované energie, obdobně předpíraní a vyvařování. 3. Lednička špatné umístění ledničky (poblíž radiátorů, trouby, pece nebo na slunci) zvyšuje spotřebu energie o 40%, lednička spotřebovává nejméně elektřiny při teplotě chlazení: od 6 do 8 C v ledničce a -18 C v mrazničce 4. Rychlovarná konvice teflonová varná deska předchází usazování kamene, větší výkon konvice znamená rychlejší vaření a menší ztráty energie, varná deska místo ohřívacího tělesa umožňuje vaření menšího množství vody, pravidelné odstraňování kamene v konvici zkracuje dobu vaření vody a spoří energii. 5. Počítače vždy vypínejte počítač na noc, vypínejte zásuvkové lišty, vypnutý počítač s tiskárnou může spotřebovávat v režimu stand-by i do 40W, co znamená roční dodatečný výdaj 100 PLN za elektřinu, vypínejte lištu, zvlášť když jsou do ni zapojené i napájecí zdroje do modemu, routeru, externího disku, reproduktorů, tiskárnu zapínejte až před tiskem, moderní tiskárny se zprovozňují rychle a pohotovostní režim spotřebovává zbytečně elektrickou energii. Zdá se však, že hlavním pravidlem by mělo být vypínání elektrických zařízení, pokud je nepoužíváme (týká se to i zásuvkových lišt). 5
Chytré elektrické rozvody Jiným způsobem ke zvýšení energetické účinnosti je instalování např. v budovách a veřejných objektech chytrých řídících systémů, které umožňují automatické řízení objektu, a to jak z hlediska spotřeby elektrické, tak i tepelné energie. Stále častěji se ve veřejných budovách jako jsou kancelářské budovy, obchodní domy, nemocnice, školy a bytové domy se zvýšeným standardem provedení, kromě tradičních obvodů osvětlení a zásuvek, vyskytují obvody napájecí: zařízení pro vytápění, ventilaci a klimatizaci, pohony čerpadel, žaluzií a rolet, počítačová zařízení, požární instalace, systémy kontroly přístupu a proti vloupání, telekomunikační systémy a systému toku informací. V klasické verzi řešení uvedené instalace pracovaly jako oddělené, co výrazně ztěžovalo jejich provedení a provozní dozor. Rozvoj mikroprocesových systémů a automatiky, ke kterému došlo v posledních dvaceti letech, umožnil zavedení kvalitativních změn pravidel a techniky provedení elektrických rozvodů a stále rozšířenější používání moderních systémů elektrických instalací, kterým se říká systémy "inteligentní" stavby. Cílem inteligentní instalace je integrace všech instalací a systémů nacházejících se v budově do jednoho funkčního celku. Takto získané závislosti mezi instalacemi umožňují spojení funkcí spolupracujících systémů a jejich optimalizaci. Takové řešení významně zvyšuje komfort obsluhy, bezpečnost a má vliv na snížení spotřeby energie. Integrace instalací snižuje náklady jak ve fázi realizace, tak i provozu a údržby objektu. Umožňuje také pozdější provádění změn bez zásahu do kabeláže a bez prorážení zdí. Systém automatiky v inteligentní budově zajišťuje: optimální komfort a bezpečnost užívání, minimalizace spotřeby elektrické a tepelné energie, řízení a monitorování všech technických zařízení objektu, zjišťování a oznamování požáru, zjišťování vloupání a kontrolu přístupu, generování a výměnu informací, které lze využít k řízení, managementu nebo dozoru instalací. V integrovaném systému automatiky budovy lze rozlišit tři úrovně: Úroveň objektu, zahrnuje zařízení, která přímo řídí přijímače a odebírají signály z okolí, Úroveň automatiky, která je zodpovědná za zpracování a výměnu informací mezi zařízeními úrovně objektu, Úroveň řízení (managementu), která umožňuje analýzu a prezentaci informací uživateli. Závěrečné poznámky 6
V článku jsou popisovány pouze některé aspekty úspor energie a energetické účinnosti, zejména ty, které mohou poskytnout přínosy individuálnímu odběrateli. Co se týče institucionálních a průmyslových odběratelů, tak Zákon o energetické účinnosti ze dne 15. dubna 2011 zavádí systém bílých certifikátů, který podporuje investice zvyšující účinnost, pro které bude nutné prokázat dosažení předpokládané úspory energie. Aby bylo možné prokázat dosažení úspor, bude nutné provést energetický vstupní audit, který umožní určit předpokládané úspory a po realizaci příslušných opatření bude nutné provést prověřovací audit. Všechny investiční zdroje pro zvýšení energetické účinnosti budou populárnější společně s růstem cen elektrické energie, a toto sledujeme každým rokem a pouze výši nárůstu upravuje předseda Energetického regulačního úřadu. Literatura 7