Efektywność energetyczna w działalności gospodarczej

Przedmowa 17 Wykaz używanych skrótów 19 1. Wstęp 21 1.1. Wprowadzenie 21 1.2. Działania w zakresie efektywności energetycznej 22 1.3. Przedmiot i zakres pracy 24 1.4. Podstawowe określenia 25 2. Nośniki energii i system społeczno-gospodarczy 30 2.1. Energia wykorzystywana na Ziemi 30 2.2. Nośniki energii – rodzaje i określenia 32 2.3. System społeczno-gospodarczy kraju 34 2.4. Podsystem energetyczny kraju 37 2.5. Działalność społeczna i gospodarcza 40 2.6. Efektywność energetyczna 41 3. Pozyskiwanie i przetwarzanie energii nieodnawialnej 44 3.1. Paliwa kopalne i ich spalanie 44 3.1.1. Paliwa kopalne 44 3.1.2. Charakterystyka energetyczna paliw 47 3.1.3. Spalanie paliw 50 3.2. Wytwarzanie ciepła 51 3.2.1. Uwagi o ciepłowniach 51 3.2.2. Czynniki uwzględniane przy doborze kotów małej mocy 57 3.2.3. Średnia sprawność i zużycie energii pierwotnej w ciepłowni 60 3.3. Urządzenia wytwórcze ciepła 61 3.3.1. Informacje ogólne 61 3.3.2. Zasilanie kotłów w paliwo i paleniska 65 3.3.3. Wyposażenie kotłów 67 3.3.4. Efektywność przemiany energetycznej w kotłach 69 3.3.5. Standardy techniczne 71 3.4. Wytwarzanie energii elektrycznej 72 3.4.1. Wytwarzanie energii elektrycznej w elektrowniach 72 3.4.2. Skojarzone wytwarzanie ciepła i energii elektrycznej 75 3.4.3. Elektrociepłownie tradycyjne 77 3.4.4. Elektrociepłownie gazowo-parowe 78 3.4.5. Elektrociepłownie z tłokowymi silnikami spalinowymi 80 3.4.6. Zmniejszenie zużycia energii w wyniku gospodarki skojarzonej 81 4. Pozyskiwanie i przetwarzanie energii odnawialnej 83 4.1. Wprowadzenie 83 4.2. Wykorzystanie energii słonecznej 85 4.2.1. Sposoby wykorzystania energii słonecznej 85 4.2.2. Aktywne systemy wykorzystania energii słonecznej 88 4.2.2.1. Kolektory słoneczne 88 4.2.2.2. Wykorzystanie aktywnych systemów słonecznych 91 4.2.2.3. Przykłady aktywnych systemów słonecznych 92 4.2.3. Bierne wykorzystanie energii słonecznej 94 4.2.4. Wykorzystanie systemów fotowoltaicznych 97 4.2.5. Systemy fotowoltaiczne zintegrowane z budynkiem 99 4.3. Energetyczne wykorzystanie biomasy i biopaliw 101 4.3.1. Pochodzenie i klasyfikacja 101 4.3.2. Charakterystyka energetyczna biopaliw 103 4.3.3. Wykorzystanie energetyczne 107 4.3.4. Wykorzystanie biopaliwa gazowego 109 4.4. Wykorzystanie energii ze źródeł geotermalnych 110 4.4.1. Energia wód geotermalnych 110 4.4.2. Ciepłownicze wykorzystanie wód geotermalnych 112 4.5. Wykorzystanie energii wody 115 4.5.1. Zasady wykorzystania energii wody 115 4.5.2. Rodzaje elektrowni wodnych 118 4.5.3. Znaczenie elektrowni wodnych 119 4.6. Wykorzystanie energii wiatru 120 4.6.1. Budowa i działanie siłowni wiatrowej 120 4.6.2. Cechy charakterystyczne wiatru 123 4.6.3. Ocena energetyczna wiatru 126 4.6.3.1. Strefy energetyczne wiatru 126 4.6.3.2. Sprawność przemiany energii wiatru w energię elektryczną 127 4.6.4. Charakterystka mocy siłowni wiatrowej 130 4.6.5. Możliwości wykorzystania mocy zainstalowanej siłowni wiatrowej 132 5. Wybrane problemy przesyłania nośników ciepła 134 5.1. Wprowadzenie 134 5.2. Nośniki ciepła 135 5.2.1. Para wodna 135 5.2.2. Ciepła woda 136 5.2.3. Ciecze o podwyższonej temperaturze wrzenia 137 5.2.4. Inne nośniki ciepła 138 5.3. Układy sieci cieplnych 138 5.4. Regulacja dostarczania ciepła 142 5.5. Izolacja przewodów sieci cieplnej 144 5.6. Straty energii w sieciach cieplnych 149 5.6.1. Sieci parowe 149 5.6.2. Wodne sieci cieplne 150 5.7. Węzły cieplne 151 5.8. Izolacje cieplne 155 5.8.1. Wprowadzenie 155 5.8.2. Materiały termoizolacyjne 156 5.8.3. Podstawowe wymagania w odniesieniu do materiałów izolacyjnych 161 5.8.4. Ekonomicznie uzasadniona grubość izolacji cieplnej 162 6. Charakterystyka sfery użytkowania energii 166 6.1. Wprowadzenie 166 6.2. Działalność gospodarcza 167 6.2.1. Procesy produkcji wyrobów 167 6.2.2. System produkcji wyrobu 169 6.2.3. Przepływ materiałów i energii w cyklu istnienia wyrobu 170 6.3. Wybrane procesy produkcji przemysłowej 171 6.3.1. Wytwarzanie energii elektrycznej 171 6.3.2. Produkcja wyrobów ceramiki budowlanej 174 6.3.3. Produkcja stali 177 6.3.4. Produkcja cementu 179 6.4. Procesy wznoszenia obiektów budowlanych 184 6.5. Procesy transportu 185 6.6. Procesy użytkowania i eksploatacji 188 6.7. Likwidacja i poużytkowe przetwarzanie materiałów i wyrobów 190 6.7.1. Problem wykorzystania poużytkowych i poprodukcyjnych odpadów 190 6.7.2. Schematy zagospodarowania zasobów poużytkowych 193 7. Wpływ działalności społecznej i gospodarczej na środowisko 195 7.1. Wprowadzenie 195 7.2. Oddziaływanie na środowisko według sektorów gospodarki 196 7.2.1. Energetyka 196 7.2.2. Przemysł 197 7.2.3. Budownictwo i gospodarka komunalna 199 7.2.4. Transport 200 7.2.5. Rolnictwo 201 7.2.6. Materiały eksploatacyjne w działalności gospodarczej 202 7.3. Obciążenie środowiska w wyniku wykorzystania zasobów 203 7.3.1. Rodzaje zasobów środowiska 203 7.3.2. Wykorzystanie surowców nieenergetycznych 204 7.3.3. Wykorzystanie surowców energetycznych 204 7.3.4. Wykorzystanie zasobów wody 205 7.3.5. Wykorzystanie zasobów gruntów i gleby 205 7.4. Charakterystyka zanieczyszczeń wprowadzanych do środowiska 206 7.4.1. Powstawanie i przenoszenie zanieczyszczeń 206 7.4.2. Główne zanieczyszczenia chemiczne 207 7.4.2.1. Dwutlenek i tlenek węgla 207 7.4.2.2. Tlenki siarki 208 7.4.2.3. Tlenki azotu 208 7.4.2.4. Ciężkie metale 209 7.4.2.5. Substancje rozproszone 210 7.4.2.6. Metan i inne węglowodory 211 7.4.3. Inne obciążenia środowiska 211 7.4.4. Obciążenia środowiska pracy 214 7.5. Skutki w środowisku wywołane wprowadzaniem obciążeń 215 7.5.1. Wprowadzenie 215 7.5.2. Uszczuplenie zasobów naturalnych 216 7.5.3. Oddziaływanie zanieczyszczeń na zdrowie ludzkie 218 7.5.4. Zmiany klimatyczne 221 7.5.4.1. Efekt cieplarniany 221 7.5.4.2. Degradacja stratosferycznej warstwy ozonowej 226 7.5.5. Skażenie środowiska 229 7.5.5.1. Zakwaszenie środowiska 229 7.5.5.2. Smog letni i zimowy w atmosferze 230 7.5.5.3. Eutrofizacja środowiska 231 7.5.6. Oddziaływanie obciążeń środowiska na materiały i budowle 232 7.5.7. Inne skutki środowiskowe 233 7.5.8. Skutki obciążenia środowiska pracy 234 7.6. Wykorzystanie energii odnawialnej a środowisko 236 7.6.1. Skutki wykorzystania energii słonecznej 236 7.6.2. Skutki energetycznego wykorzystania biomasy 237 7.6.3. Skutki wykorzystania energii wiatru 238 7.6.4. Oddziaływnaie małej energetyki wodnej 239 7.6.5. Skutki wykorzystania złóż geotermalnych 240 7.6.6. Porównanie wybranych wskaźników charakteryzujących oddziaływanie na środowisko 241 8. Określanie zużycia energii pierwotnej dla wyrobów i nośników energii 244 8.1. Potrzeba określania zużycia energii pierwotnej 244 8.2. Skumulowane zużycie energii 245 8.3. Skumulowane obciążenie środowiska 248 8.4. Nakład nieodnawialnej energii pierwotnej na wytworzenie i dostarczenie nośnika energii do miejsca wykorzystania 250 8.5. Skumulowana sprawność energetyczna pozyskania i dostarczenia nośnika energii do miejsca wykorzystania 253 8.6. Przykład określania sprawności użytkowej energii wykorzystywanej w budynku 257 8.7. Zasady obliczania zużycia energii pierwotnej w miejscu wykorzystania 259 8.8. Analiza energetyczna i energetyczno-ekologiczna 261 8.9. Możliwości poprawy charakterystyki energetyczno-ekologicznej przetworzonych nośników energii 268 8.9.1. Charakterystka energetyczno-ekologiczna nośników energii 268 8.9.2. Możliwości wpływu na charakterystykę energetyczno-ekologiczną nośników energii 270 8.9.3. Zwiększenie efektywności obecnych technologii energetycznych 271 8.9.4. Zwiększenie udziału skojarzonego wytwarzania ciepła i energii elektrycznej 272 8.9.5. Poprawa wskaźników ekologicznych obecnych technologii energetycznych 273 8.9.6. Wprowadzanie nowych technologii energetycznych 275 8.9.7. Zwiększenie wykorzystania energii ze źródeł odnawialnych 275 8.9.8. Udział energetyki jądrowej 277 9. Możliwości wpływu na zużycie energii w pełnym cyklu istnienia obiektu 279 9.1. Wprowadzenie 279 9.2. Przekształcenia obiektu technicznego w cyklu istnienia 281 9.3. Wpływ rozwiązań urbanistycznych i architektonicznych na energochłonność obiektów budowlanych 282 9.4. Możliwości wpływu na zużycie energii w fazie projektowania 285 9.4.1. Czynniki proekologicznego oddziaływania 285 9.4.2. Możliwości wpływu przez wybór nośników energii 287 9.4.3. Maksymalne zapotrzebowanie na nośniki energii końcowej 288 9.4.4. Możliwości wpływu na zużycie materiałów, wyrobów i nośników energii 288 9.4.5. Możliwości wpływu na wytworzenie i dostarczenie energii podczas użytkowania 290 9.5. Możliwości wpływu na zużycie energii w fazie realizacji obiektu 293 9.6. Możliwości wpływu na zużycie energii w fazie użytkowania 295 9.6.1. Czynniki uwzględniane w fazie użytkowania 295 9.6.2. Znaczenie trwałości wyrobów i obiektu 297 9.6.3. Rola systemu eksploatacji w zużyciu zasobów i oddziaływaniu na środowisko 299 9.6.4. Możliwości oddziaływania na zużycie materiałów i wyrobów 301 9.7. Możliwości wpływu na efektywność energetyczną w fazie likwidacji 302 9.8. Możliwości wpływu na efektywność energetyczną przez racjonalizację wyrobów 304 9.8.1. Działania w cyklu istnienia 304 9.8.2. Projektowanie wyrobów 305 9.8.3. Wytwarzanie wyrobów 306 9.8.4. Eksploatacja wyrobów 307 9.8.5. Likwidacja i poużytkowe przetwarzanie wyrobów 308 9.8.6. Racjonalna gospodarka odpadami i zasobami poużytkowymi 309 9.9. Doskonalenie praktyki działalności gospodarczej 311 9.10. Projektowanie proekologiczne i rozwój 312 10. Formułowanie przedsięwzięć usprawniających użytkowanie energii 315 10.1. Działalność o charakterze modernizacyjnym 315 10.2. Podejmowanie decyzji gospodarczych 317 10.2.1. Wprowadzenie 317 10.2.2. Podejście przy podejmowaniu problemu modernizacji 318 10.2.3. Stosowanie rachunku efektywności ekonomicznej 320 10.3. Rodzaje przedsięwzięć usprawniających użytkowanie energii 321 10.3.1. Wprowadzenie 321 10.3.2. Podział przedsięwzięć usprawniających użytkowanie energii 323 10.3.2.1. Podział ze względu na poziom występowania w procesach 323 10.3.2.2. Podział ze względu na wielkość nakładów niezbędnych na realizację 324 10.3.2.3. Podział ze względu na motywację przy podejmowaniu decyzji o realizacji 325 10.3.2.4. Podział ze względu na sposób uzyskiwania efektów 326 10.3.2.5. Podział ze względu na charakter wprowadzanych zmian 326 10.3.3. Wykorzystanie surowców wtórnych 329 10.4. Obszary poszukiwania oszczędności energii według ustawy o efektywności energetycznej [U10, U11] 330 10.5. Audyting energetyczny i zasady jego wykonywania 331 10.5.1. Wprowadzenie 331 10.5.2. Podstawowe określenia 333 10.5.3. Wykonywanie audytingu energetycznego 335 10.5.3.1. Przygotowanie do wykonywania audytingu 335 10.5.3.2. Opracowanie zbioru danych o użytkowaniu energii 336 10.5.3.3. Obserwacje przebiegu procesów produkcji i pomiary 337 10.5.3.4. Zestawienie bilansu energii 339 10.5.3.5. Sformułowanie propozycji przedsięwzięć usprawniających użytkowanie energii 340 10.5.3.6. Obliczanie energetycznych efektów modernizacji 340 10.5.4. Uwagi o audytingu energetycznym obiektów budowlanych 342 11. Problemy określania kosztów i efektów działalności 344 11.1. Uogólnione koszty i efekty społeczne 344 11.2. Efekty w realizacji przedsięwzięć racjonalizujących działalność gospodarczą 347 11.3. Instrumenty polityki ekologicznej w racjonalizacji gospodarczej 349 11.4. Zasady określania efektów w działalności jednostek wykorzystujących energię 351 11.4.1. Jednostki gospodarcze 352 11.4.2. Jednostki niekreujące dochodu 356 11.5. Uwagi o określaniu nakładów na realizację przedsięwzięć 357 11.5.1. Nakłady inwestycyjne 357 11.5.2. Uwagi o określaniu nakładów na modernizację 359 11.6. Możliwości wpływu na koszty w pełnym cyklu istnienia obiektu 361 12. Określanie kosztów, dochodu i przepływów pieniężnych 365 12.1. Koszty w przedsiębiorstwie 365 12.1.1. Wprowadzenie 365 12.1.2. Koszty i wyniki działalności operacyjnej 366 12.2. Określanie kosztów i dochodu w analizach efektywności ekonomicznej 374 12.2.1. Określanie kosztów realizacji i funkcjonowania przedsięwzięć 374 12.2.2. Określanie kosztów eksploatacji 375 12.2.3. Dochód netto związany z funkcjonowaniem przedsięwzięcia 378 12.3. Przepływy pieniężne podczas funkcjonowania obiektu technicznego 381 12.3.1. Określenia 381 12.3.2. Określanie wartości przepływów pieniężnych 382 12.3.3. Określanie przyrostu przepływów pieniężnych po modernizacji 385 12.4. Określanie składników kosztów eksploatacji 387 12.4.1. Koszt nośników energii 387 12.4.1.1. Wprowadzenie 387 12.4.1.2. Rozporządzenia taryfowe i taryfy opłat za nośniki energii 388 12.4.1.3. Koszt ciepła 389 12.4.1.4. Koszt paliw gazowych 390 12.4.1.5. Koszt energii elektrycznej 392 12.4,1.6. Koszt paliw ciekłych i stałych 393 12.4.2. Opłaty za korzystanie ze środowiska 394 12.4.2.1. Wprowadzenie 394 12.4.2.2. Wprowadzanie zanieczyszczeń gazowych i pyłowych do środowiska 394 12.4.2.3. Umieszczanie odpadów na składowisku 397 13. Metody oceny efektywności ekonomicznej przedsięwzięć 398 13.1. Koncepcja podejścia 398 13.2. Okres eksploatacji i stopa dyskontowa 401 13.2.1. Okres eksploatacji przedsięwzięcia 401 13.2.2. Zmiana wartości pieniądza w czasie 403 13.2.3. Obliczanie wartości zaktualizowanej przychodów 405 13.3. Metoda wartości zaktualizowanej kosztów w pełnym cyklu istnienia 408 13.4. Metoda wartości zaktualizowanej netto w pełnym cyklu istnienia 413 13.4.1. Wartość zaktualizowana netto 413 13.4.1.1. Obliczanie wartości zaktualizowanej netto 413 13.4.1.2. Podstawowe czynniki wpływające na wartość NPV 415 13.4.2. Wewnętrzna stopa zwrotu 416 13.4.3. Zmodyfikowana wewnętrzna stopa zwrotu 419 13.4.4. Ocena przedsięwzięć o różnym okresie eksploatacji i różnym poziomie ryzyka 420 13.4.4.1. Metoda zastępowania łańcuchowego 421 13.4.4.2. Metoda nieskończonej powtarzalności wartości NPV 423 13.5. Metoda dynamicznego kosztu efektu społecznego 425 13.6. Koszt uzyskania oszczędności kosztów energii i kosztów eksploatacji 429 13.7. Okres zwrotu nakładów 431 13.7.1. Prosty okres zwrotu nakładów 431 13.7.2. Zdyskontowany okres zwrotu nakładów 434 13.8. Ocena wiarygodności wyników analizy 436 13.8.1. Potrzeba oceny wiarygodności wyników analizy ekonomicznej przedsięwzięcia 436 13.8.2. Niepewność wynikająca z oceny poziomu nakładów inwestycyjnych 438 13.8.3. Niepewność ze względu na ocenę efektów 439 13.8.4. Niepewność wynikająca z przygotowania projektu 440 13.8.5. Metody oceny ryzyka 440 13.8.5.1. Jednoparametrowa analiza wrażliwości 440 13.8.5.2. Metody statystyczne 441 13.8.5.3. Przykład analizy wrażliwości dwóch przedsięwzięć modernizacyjnych 443 14. Przykładowe przedsięwzięcia modernizacyjne i ocena ich opłacalności ekonomicznej 447 14.1. Wprowadzenie 447 14.2. Problem odzysku ciepła odpadowego wentylacji w budynku użyteczności publicznej 452 14.2.1. Określenie możliwości modernizacji 452 14.2.2. Opis istniejącej instalacji 453 14.2.3. Proponowany zakres przebudowy instalacji 454 14.2.4. Bilans cieplny instalacji wentylacyjnej przed modernizacją 457 14.2.5. Bilans cieplny układu po modernizacji 459 14.2.6. Przystosowanie charakterystyki nagrzewnicy 463 14.2.7. Obliczenie sprawności energetycznej układu rekuperacji 463 14.2.8. Energetyczne efekty modernizacji instalacji wentylacyjnej 465 14.2.9. Ocena efektywności ekonomicznej przedsięwzięcia 466 14.3. Modernizacja ciepłowni komunalnej wyposażonej w kotły typu WR 469 14.3.1. Wprowadzenie 469 14.3.2. Charakterystyka modernizowanego obiektu 471 14.3.2.1. Opis kotłowni 471 14.3.2.2. Wyposażenie i stan techniczny ciepłowni 471 14.3.2.3. Charakterystyka techniczna kotłów WR 10 475 14.3.2.4. Ocena pracy jednostek kotłowych 473 14.3.2.5. Wykres uporządkowany zapotrzebowania na moc cieplną 474 14.3.3. Zakres modernizacji kotłów 476 14.3.3.1. Informacje ogólne 476 14.3.3.2. Propozycja zakresu modernizacji 477 14.3.3.3. Analiza przebiegu obciążenia jednostek kotłowych po modernizacji 479 14.3.3.4. Określenie poziomu nakładów i kosztów eksploatacji 482 Bibliografia 487