Strona główna » energia elektryczna » Co to jest efektywność energetyczna?

Co to jest efektywność energetyczna?

Archiwum

Rewolucja energetyczna to przede wszystkim zaprzestanie używania paliw kopalnych, ale nie tylko. Rewolucja to również drastyczne zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska poprzez zmniejszanie ilości spalanych paliw (niezależnie czy są one odnawialne czy nie) oraz ogólne zmniejszenie ilości zużywanej energii. To ostatnie może się odbyć przez ograniczenie potrzeb lub zaspokojenie dzisiejszych potrzeb z użyciem mniejszych ilości energii, czyli przez poprawę efektywności energetycznej.

Powyższe zdania brzmią całkiem prosto i wydają się zupełnie zrozumiałe. Kiedy zastanowimy się nad szczegółami to przestają być takimi oczywistymi.

Dla określenia efektywność energetyczną porównujemy ilość włożone energii do efektu. Efektu, czyli nas akurat interesującej wykonanej pracy, uzyskanego promieniowania, pracy obliczeniowej, ciepła, czy przereagowanych składników chemicznych. Jeśli potrzebujemy elektryczności i w tym celu spalimy tyle węgla, że z tej reakcji otrzymamy 100 kWh energii cieplnej, następnie dzięki temu ciepłu zagotujemy wodę, skierujemy ją na turbnę parową, która napędzając generator wyprodukuje 30 kWh prądu elektycznego, to sprawność wyniesie 30%. Cała reszta, czyli 70% energii od razu jest w postaci ciepła rozpraszana do atmosfery lub pobliskiego zbiornika wodnego. Jeśli chcemy podgrać wodę za pomocą gazu to porównujemy ilość energii, która zmieni tempearaturę wodu z ilością energii zawartej w gazie, różnica ogrzewa otoczenie.

Sprawność na poziomie wyżej przytoczonych 30% jest to wielkość odpowiadająca sprawnośći starszych bloków na węgiel kamienny czy turbin gazowych, całkiem nowoczesnych elektrowni opalanych węglem brunatnym lub już zupełnie nowoczesnych samochodowych silników benzynowych.

Co dzieje się z tymi 30 kWh, z których jednak wyprodukowaliśmy jakąś energię mechaniczną lub elektryczną? Otóż – też zmieniają się w ciepło i rozpraszają do atmosfery, tylko gdzie indziej lub nieco później. W samochodzie energia mechaniczna zostanie rozproszona w ciepło w skrzyni biegów (przy przekładni hydrokinetycznej znacznie więcej, dlatego klasyczne skrzynie automatyczne potrzebują oddzielnych chłodnic). Nastepnie ogrzewamy przekładnię, odkształcające się w czasie jazdy opony i na końcu tarcze hamulcowe. Z wyjątkiem sytuacji, gdy energia kinetyczna pojazdu zostaje rozproszona w postaci ciepła wydzielanego przy okazji zmiany kształtu pojazdu lub jego otoczenia. Ale w ostateczności i tak jest rozproszona w postaci ciepła. Z zaledwie jednym drobny wyjątkiem- tej części która została zużyta na pokonanie grawitacji, została przekształcona w energię potencjalną i jeszcze czeka na wykorzystanie. Wykorzystanie, czyli przekształcenie w energię kinetyczną, następnie w ciepło i rozproszenie w otoczeniu.

Obieg  energii elektrycznej wygląda prawie dokładnie tak samo. Każdy elektron przymusowo wysłany w jedną stronę w końcu wróci, po drodze całą swoją energię przekształcając w ciepło.

Po drodze jednak część jego energii może zostać przekształcona w promieniowanie, na przykład widzialne. Jeśli właśnie tego oczekujemy, promieniowania widzialnego, to sprawność oceniamy po tym jaka część energii elektrycznej zostanie w to promieniowanie przekształcona. Dla klasycznej żarówki są to okolice 2-3%, wszelkiego rodzaju lap łukowych od 5 do nawet 15%. Lapmy sodowe, znane z oświetlania ulic mogą teoretycznie mieć wydajność nawet do 30%. Po diodach świecących także można spodziewać się wydajności około 20%. To wszystko oznacza jaka część zużytej energii będzie przekształcona w promieniowanie widzialne. Cała reszta zostanie wypromieniowana w postaci ciepła. Czy to zamyka temat sprawności? Nie. Jesli akurat potrzeba nam ciepła łatwego do konktroli i/lub o bardzo wysokich tempearaturach to musimy skorzystać z ogrzewania za pomocą drutu oporowego. Czyli świdomie przekształcić energię elektryczną w ciepło. Sprawność takiego procesu zawsze wynosi 100%, bo nie oczekujemy od tego prądu żadnej konkretnej pracy, a zaledwie rozproszenia w środowisku, co i tak by w końcu sam zrobił.

Jeśli dołożymy do tego informację, że każdy etap przesyłania i przetważania energii z samej swej natury nie może być w 100%, a nieefektywności się kumulują, to w rzeczywistości w żarówka w światło przetwarza absurdalnie małą cząstkę energii zawartej w spalanym paliwie. LEDy są pod tym względem nieporównywalnie lepsze. A stają się jeszcze lepsze, kiedy zauważymy, że poprawa sprawności użytkownika końcowego poprawia sprawność całego systemu. Jednocześnie mniej prądu jest przesyłane, co oznacza, że linie transmisyjne są mniej obciążone, co oznacza, że ilość traconego podczas przesyłania prądu maleje nieproporcjonalnie bardziej, bo mniej prądu w takim samym przewodzie oznacza wyższą sprawność przesyłu (czyli mniej produkcji ciepła)

W tym miejscu sprawy zaczynają się komplikować

Powyższa definicja sprawności jest prosta. Coś mamy, coś z tego zrobimy, reszta się zmarnuje. Ale co jeśli ciepło wytwarzanie „przy okazji” nie jest zwyczajnym, łatwym do usunięcia odpadem, a jest nam przydatne, lub wręcz przeciwnie, całkowicie zbędne i grożące katastrofą, a jego usunięcie jest kosztowne?

Odpowiedź na to pytanie brzmi- dla samej definicji kwestia jest całkowicie umowna. W przypadku elektrociepłowni zwykle podaje się sprawność elektryczną (czyli prawdziwą sprawność elektrowni) oraz łączną (czyli jaka część wyprodukowanego ciepła nie jest natychmiastowym odpadem). Kogeneracja nieco obniża sprawność elektryczną, ale łącznie jest olbrzymią oszczędnością energii. Jeśli jednak zużyjemy większość ciepłą, które normalnie byłoby rozproszone w okolicy, do sieci ciepłowniczej, to ciepło to zostanie rozproszone w nieefektywnościach samej sieci grzewczej oraz po ogrzaniu domów ucieknie do atmosfery przez kanały wentylacyjne, przewodzenia przez ściany i w każdy inny możliwy sposób. Tak samo możemy patrzeć na użycie ciapła odpadowego silnika do ogrzewania pojazdu. Czy jest to klasyczna nagrzewnica z układu chłodzenia silnika, czy radośnie bezmyślne ogrzewania dochodzącego powietrza przez układ wydechowy w Trabancie, czy też całkiem sprytne wykorzystanie ciepła odpadowego elektrycznych silników trakcyjnych w tramwajach 13N.

Mamy także, i to znacznie częściej, sytuacje odwrotne. Ciepło powstałe przy okazji wykonywania innej pracy trzeba usunąć, co wymaga dodatkowej energii. Zwykle nikt nie podaje kosztów energetycznych takiego rozwiązania i nie obniża to oficjalnych statystyk sprawności. Ale w rzeczywistości rachunek jest dość wysoki. W każdym miejscu, gdzie tempearatury są na granicy komfortu, użycie dodatkowych urządzeń elektrycznych zwiększa szansę, że w którymś momencie właczymi klimatyzator. Stąd w ciepłym klimacie używanie nieefektywnych źródeł światła, słabo zaizolowanych boilerów czy lodówek kosztuje znacznie więcej niż widać na pierwszy rzut oka. Znacznie, znacznie więcej. Ponieważ kiedy włączamy klimatyzator, usuwa on ciepło na zewnątrz. Jeśli znajduje się tam wąska uliczka, to wzrost tempeartury może być znaczący. Co zmusi kolejnego sąsiada do włączenia klimatyzatora. I tak dalej, do ochłodzenia (kiedy klimatyzatory zostają przełączone na grzanie i cykl zaczyna się od nowa) lub załamania się sieci energetycznej. A może oświetlenie LED, efektywne energetycznie lodówki i komputery załatwiłyby sprawę w pierwszej kolejności, bez włączenia tej pierwszej klimy?

W tej samej bajce mamy też znacznie poważniejsze rzeczy, czyli serwerownie. Przy okazji wykonywania pracy obliczeniowej, czy innego meczenia krązków mangretycznych w dyskach, elektrony obijają się o wszystko, wydzielając- tak właśnie, ciepło. Którego to ciepła elektronika zbyt wiele nie zniesie. Serwerownie są coraz większe, coraz mocniejsze ilością pobieranej energii. Z jednej strony stają się coraz wydajniejsze obliczeniowo, z drugiej rośnie wydajność energetyczna. Nowa architektura Skylake, Intela czy jeszcze bardziej procesory ARM są dość solidnym skokiem jakościowym (w przypadku tych drugich raczej chodzi o rosnącą moc obliczeniową, która zaczyna pozwalać na konkurowanie z x86). Niezależnie od mocy obliczeniowej, sprawności energetycznej i wykonanej pracy, i tak w końcu cały prąd zamieniamy w ciepło. Mocy obliczoniowej potrzeba zawsze więcej, serwerownie wcale się nie zmniejszają, ograniczeniem jest tylko dostępność mocy i właśnie możliwość odprowadzania ciepła. Odprowadzenie ciepła też wymaga wykonania pracy, na którą potrzeba energii. Następnie trzeba gdzieś to ciepło usunąć i rozproszyć. Stąd, niezależnie od samej sprawności procesorów, w serwerowniach zaczynają być stosowane rozwiązania znane z elektrowni- czyli odprowadzanie ciepła albo do okolicznych zbiorników wodnych, albo do sieci ciepłowniczej. Przyznam, że wież chłodniczych przy serwerowniach jeszcze nie widziałem.

Zwłaszcza idea odprowadzania ciepła do sieci ciepłowniczej jest bardzo godna uwagi. To jest właśnie wykorzystanie energii odpadowej, czyli efektywność energetyczna.

Można posunąć się dalej i w ramach sieci ciepłowniczej łączyć wzajemnie producentów i konsumentów ciepła. To jest zwiększanie wydajności, własciwie bez zwiększania wydajności w węższym tego terminu znaczeniu.

Zauważmy w tym wszystkim, że w skali gospodarki zużycie tego samego gazu raz, dla wytwarzania elektryczności i ogrzewania jest znacznie lepsze dla wszystkich, niż wyrzucenie połowy energii z gazu do śmieci przy wytwarzaniu elektryczności i spalenie nastepnego gazu, też nie do końca efektywnie, aby ogrzać budynki.

Nawet w relatywnie zimnej Polsce, energii marnowanej w elektrowniach, serwrowniach, fabrykach produkujących mnóstwo ciepła odpadowego i wszystkich innych miejscach zapewne wystarczy dla ogrzania wszystkich budynków mieszkalnych. Nie dla wszystkich takie rozwiązanie jest możliwe, z powodów typu oddalenie od zabudowy i brak możliwości budowy rozsądnej sieci ciepłowniczej. Ale, co najwyżej z umiarkowanym zwiększeniem wydajności energetycznej budynków, jest to całkowicie możliwe.

To dochodzimy do kolejnej, zupełnie innej rzeczy, czyli wydajności energetycznej budynków. To nie jest kwestia strat przy przekształcaniu jednego rodzaju energii w inny. Ta definicja może dotyczyć co najwyżej pieca, w budynku chodzi o coś zupełnie innego, czyli ilość energii, która jest potrzebna do jego funkcjonowania zgodnie z normami.

Najpierw tę energię jakoś trzeba dostarczyć lub wytworzyć. Dostaczyć to kwestia sprawności sieci ciepłowniczej oraz tego z jaką sprawnością jest wytwarzanie ciepło, a w skali gospodarki znacznie ważniejszym jest, czy to ciepło jest ciepłem odpadowych czy jedynym produktem. Dopiero w tym miejscu warto zadać pytanie o sprawność pieca, procesu spalania i dostarczania ciepła. Na jednym biegunie znajdują się piece kondensacyjne, spalające kompletnie oraz pobierające energię także ze skraplania pary wodnej znajdującej się w spalinach. Na drugim biegunie można umieścić kominki oraz złom sprzedawany w Polsce pod nazwą pieców na paliwa stałe. Do tego dołożyć nieumiejtne palenie i złą instalację grzewczą i mam sprawność pieca na poziomie 20%, a nawet mniej. Do tego dochodzą nieefektywności instalacji CO (bezpośrednie ogrzewania ścian zewnętrznych, etc.). Dopiero od tego miejsca miejsca zaczynamy rozpatrywać kwestię izolacji i wentylacji samego budynku. W zakresie izolacji budynków w Polsce bywa różnie. Co do wentylacji zawsze jest podobnie- przeważnie bardzo źle.

To wszystko zalicza się do wydajności energetycznej. Wszędzie i w każdym miejscu można ją poprawić. Co oznacza drastyczne zmniejszenie zużycia paliw i energii bez większych zmian poziomu życia. Choć zmiana kotłowni smrodzącej na pół ulicy na ogrzewanie sieciowe jest zmianą poziomu życia. Na lepsze.

Reklamy

7 Komentarzy

  1. sserq pisze:

    Drogi Maczeto!

    Jakiś czas temu wskazywałeś na możliwe sposoby montażu i opłacalności rozwiązań dotyczacych energooszczędności w domu.

    Na rynku jest coraz więcej firm, które oferują gotowe systemy, np.:
    http://ogloszenia.trojmiasto.pl/nieruchomosci-sprzedam/chwaszczyno-ogl58603990.html

    Czy myślisz, że dla kogoś kto nie ma doświadczenia w takiej materii to dobry pomysł, czy lepiej samemu poczytać i się tym zająć ?

  2. Sorry, komentarz trafił do spamu, teraz wyciągnąłem i odpowiadam:
    Dobra gotowe i kompletne rozwiązanie, to dobre i kompletne rozwiązanie. W tym widzę, ża nawrzucali wszystkie gadżety jakie im wpadły do głowy. Pytanie i to bardzo zasadnicze- czy projektant wie jak to wszystko działa i połączy w spójny system, wzajemnie do siebie dopasowany, czy będzie to zbiorowisko przypadkowych gadżetów? Poza tym cena to chyba spora przesada, ale za naprawdę dobry produkt, może i warto.
    Z drugiej strony jak wiesz, rozumiesz jak to wszystko działa, potrafisz sobie choćby wyobrazić gotowy system i połaczyć go samemu, bo wykwalifikowanych firm w PL raczej nie znajdziesz, to jesteś co najmniej 300 tys do przodu na dokłądnie takim samym domu.

  3. brysio pisze:

    Jakiś czas temu jakiś idiota na twoim blogu dowodził że PiS lepiej przeprowadzi nas przez rewolucję energetyczną! Miał rację oto dowody
    http://wyborcza.pl/1,75478,19784248,koniec-dotacji-na-wymiane-piecow-i-ocieplanie-domow-rzad-stawia.html
    http://wiadomosci.onet.pl/kraj/psew-krytycznie-o-projekcie-pis-koniec-energetyki-wiatrowej-w-polsce/42w531
    Idiota co nie?

  4. Problem polega na tym, że o poprzedniej władzy coś dobrego może powiedzieć wyłącznie wąska garstka jej beneficjentów i Gazeta Wyborcza. Co w sumie się pokrywa. Praktycznie cały system dopłat dotacji i przetargów był ustawiony pod maksymalne korzyści wąskiej grupy i/lub ekstremalny burdel. To w 90% trzeba zakończyć, z każdego możliwego punktu widzenia patrząc.
    ZAsadnicze pytanie brzmi co dalej i na nie nie ma jeszcze od rządu i Sajemu żadnej odpowiedzi. Wierz mi, wiem sporo więcej niż przeciętny człowiek i przeważnie więcej niż media. Rewolocja energetyczna jest tematem na razi odkładanym, ale w państwiem, które nie potrafi wymienić opony w samochodzie prezydenta jest to zrozumiełe.

  5. brysio pisze:

    Taaa szczególnie wymiana pieców w Krakowie to interes GW… I ocieplenia budynków!

  6. Kierunek na energię odnawialną (wiatr, woda, fotowoltaika) i nowoczesne technologie – jest bezdyskusyjnie najlepszym kierunkiem. Ale oprócz efektywności energetycznej istnieje jeszcze efektywność ekonomiczna i społeczna. To znaczy że jeżeli musisz kupić gaz od sąsiada i płacić zasiłki bezrobotnym pracownikom kopalń , a masz swój węgiel – to pomyśl jak go można wykorzystać. ( jest technologia gazyfikacji węgla, już w 1940r na Śląsku było produkowanowane paliwo lotnicze z węgla, istnięją piece węglowe o bardzo dużej efektywności i małej emisji zanieczyszczeń, itd)

  7. Tak, ale. Praca setek tysięcy ludzi w górnictwie jest zwyczajnie niepotrzebna. Zadam pytanie inaczej- jesli zastąpimy 75% górnictwa węglowego za pomocą wiatru i PV, to spadnie nie tylko ilość potrzebnych górników i kopalń. Spadnie także ilość przewożonego węgla, co oznacza gigantycznie oszczędności nie tylko prądu, ale także paliw. Importowanych.
    Elektownie węglowe zużywają około 10% produkowanego przez siebie prądu, kopalnie następne 5-7%, transformatory i przesył z dużych elektrowni 5-8%. Przy PV w sieci niskiego napięcia nie ma żadnej z tych strat i żadnego wożenia niczego.
    Górnictwo węglowe to jest problem jak je wygasić spokojnie, powoli i bez robienia krzywdy uczciwie pracującym ludziom. Jeśli ktoś chce chować głowę w piasek i dotować je przez dzisięciolecia, to pociągnie w dół cały kraj. Nie o to chodzi.
    A tymczasem węgiel jest potrzebny, nie chodzi o to, aby go zastąpić importowanym gazem, tylko o to, aby zaprzestać używania i węgla i gazu. W polskiej sytuacji możemy zacząć od gazu i ropy. Jestem za

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s

Follow rewolucja energetyczna on WordPress.com
%d blogerów lubi to: