Rozdział 2. Ocena energetyczna systemu zaopatrzenia w wodę
2.4. Wnioski
1. Ilość energii, jaką należy dostarczyć do systemu zaopatrzenia w wodę w celu realizacji procesów technologicznych zależy od wielu czynników takich jak: ukształtowanie terenu, charakterystyka oraz lokalizacja odbiorców, charakterystyka sieci oraz wykorzystanych materiałów itp. Ze względu na nieporównywalność systemów, ich obiektywna ocena jest zadaniem bardzo trudnym.
2. Celem oceny energetycznej jest odpowiedź na pytania: czy dostarczana ilość energii dla realizacji zadań układu transportującego wodę, jest optymalna oraz czy i na ile istnieją możliwości zmniejszenia jej ilości, przy jednoczesnym zagwarantowaniu jakości usług.
3. Zadaniem trudnym i w świetle aktualnego stanu wiedzy, nie wydaje się dziś możliwe opracowanie jednej zunifikowanej metodyki, którą można byłoby zastosować do oceny energetycznej wszystkich systemów zaopatrzenia w wodę. Zasady oraz metody oceny zależeć będą od jej celów i zadań, formułowanych przez oceniającego.
4. Analizując wybrane metodyki można wyróżnić dwa różne podejścia do oceny energetycznej systemu zaopatrzenia w wodę, „odgórny” (z ang. top-down) i „oddolny” ( a ang. bottom-up) [24].
38 Sposób odgórny – polega na ocenie systemu po wyznaczeniu wartości wskaźników charakteryzujących procesy, w ujęciu całościowym (zagregowanym). W ramach oceny na ogół analizuje się ilość pobranej energii na podstawie odczytów z liczników, nie analizuje się szczegółowo procesów jednostkowych. Porównuje się obliczone wskaźniki:
dla grupy przedsiębiorstw (benchmarking zewnętrzny [20,21,27])lub dla różnych procesów/obiektów w jednym przedsiębiorstwie (benchmarking wewnętrzny [23]).
Ponadto analizuje się trendy ich zmian w czasie eksploatacji [23]. Wartości wskaźników i praktyk stosowanych w przedsiębiorstwie bywają porównywane z wzorcami utworzonymi z wykorzystaniem wiedzy eksperckiej [19]. Ocena prowadzona jest na ogół na większą skalę, może być realizowana przez podmioty zewnętrzne (np. agencje rządowe, regulatorów itd.). Odgórne metody oceny energetycznej zostały przedstawione w punkcie 2.1.
Sposób oddolny – korzysta z opisu matematycznego procesów, zwykle modeli matematycznych, opracowywanych z wykorzystaniem praw fizyki (na ogół równania Bernoulliego). Biorąc pod uwagę wielkości wykorzystywane w równaniach, definiuje się wskaźniki oceny dla poszczególnych procesów. W tych metodach często wykorzystuje się matematyczne modele układów transportujących wodę [29,30,32,34,35,37,39]. Ocena najczęściej wykonywana jest wewnątrz przedsiębiorstw, w ramach analizy stanu technicznego i efektywność wykorzystywania aktywów infrastrukturalnych. Oddolne metody oceny energetycznej zostały przedstawione w punkcie 2.2.
5. Szczególną uwagę zwraca się na identyfikację przyczyn strat energii w systemach zaopatrzenia w wodę. Przyczyny te w głównym stopniu wynikają ze strat energii w pompach (niedoskonałość przemiany energetycznej), tarcia w przewodach, strat energii wraz z utratą masy wody, spowodowaną wyciekami i utrzymywaniem w sieci wodociągowej ciśnień wyższych niż wymagane [29].
6. Prowadzenie oceny energetycznej nie wystarcza dla zmniejszenia energochłonności systemu, służy jedynie do określenia miejsc (obiektów) w danym układzie, w których można udoskonalać procesy [31]. W literaturze wskazano, w jaki sposób można zarządzać systemami, ażeby zwiększyć efektywność energetyczną [19,22,24] oraz jak analizować i oceniać wpływ potencjalnych zmian [30,33,35,39]. Zwraca się uwagę na to, iż aspekty techniczne nie są jedynymi istotnymi w ocenie przedsiębiorstwa, istotne są również kwestie środowiskowe, np. zmniejszenie emisji CO2 oraz ekonomiczne, np.
wykorzystanie odpowiednich form finansowania inwestycji w oparciu o kontrakty oparte na efektywności, czy odpowiednie kreowanie zasad tworzenia taryf zbiorowego
39 zaopatrzenia w wodę i odprowadzania ścieków. Zwraca się uwagę na to, iż przedsiębiorstwa wodociągowe podlegają podmiotom administracji publicznej, dlatego też istotne są aspekty związane z prowadzeniem odpowiedniej polityki energetycznej na wyższych szczeblach administracji [25,26] .
7. W ocenie energetycznej najczęściej wykorzystuje się wskaźniki ilościowe, opisujące zużycie energii elektrycznej w poszczególnych procesach (wskaźniki techniczne). W literaturze zwraca się uwagę na to, iż ocena energetyczna może dotyczyć innych aspektów niż techniczne np.: odpowiednich praktyk zarządzania przedsiębiorstwem [22]
[19], ochrony środowiska, np. obliczania wartości emisji gazów cieplarnianych [19,22,24], analizy śladu wodnego i energetycznego [26,37,38], analizy cyklu życia [37]
[38] czy też oceny efektywności ekonomicznej [20,21,23,26].
8. Celem analizowanych prac było określenie zagregowanych wskaźników oceny systemu zaopatrzenia w wodę. Wskaźniki te niekiedy definiowano jako stosunek ilości energii dostarczanej do systemu do minimalnej ilości, koniecznej dla spełnienia wymagań stawianych układowi. Określenie zasad oraz sformułowanie równań do obliczania wartości minimalnej potrzebnej energii było przedmiotem wielu prac naukowych [28,29,30,32,34,36]. Zdefiniowanie tej wielkości umożliwiło określanie zagregowanych wskaźników efektywności energetycznej.
9. Podkreśla się, że koniecznym jest stosowanie narzędzi informatycznych, do wspomagania procesu oceny energetycznej. Jako narzędzie wspomagania oceny energetycznej powszechnie wykorzystywano modele hydrauliczne układów transportujących wodę [29,30,32,34,35,37,39]. W projektach realizowanych na dużą skalę, w celu ułatwienia zbierania i udostępniania danych oraz promocji dobrych praktyk stosuje się narzędzia internetowe [19,21].
10. Wskazuje się na się możliwość odzysku energii z systemu zaopatrzania w wodę. W wybranych projektach [19,20,22,27] formułowano wskaźniki dotyczące oceny ilościowej odzysku energii w skali całego przedsiębiorstwa, z uwzględnieniem procesów w systemie wodociągowym i kanalizacyjnym. Zwraca się uwagę na możliwość zastosowania turbiny do odzysku energii ze strumienia wody w sieci wodociągowej [28,29,30,31,33,35,37].
Rozwiązanie to może być uzasadnione ekonomicznie np. na terenach górzystych oraz w miejscach, gdzie zachodzi konieczność redukcji ciśnienia. Ocena energetyczna może być pomocna do wyznaczania potencjalnych miejsc lokalizacji turbin.
11. Jednym z dużych wyzwań, związanych z prowadzeniem oceny procesów technologicznych jest wiarygodność danych wejściowych. W literaturze znaleźć można
40 zalecenie dotyczące tego, w jaki sposób można sprawdzać wiarygodność danych wejściowych, np. poprzez zbieranie odpowiedniej dokumentacji i jej analizę [19].
12. Większość znanych z literatury metod oceny energetycznej dotyczyło ilościowej oceny zużycia energii w systemie zaopatrzenia w wodę. Wskaźniki oceny definiowano korzystając z pierwszej zasady termodynamiki - z zasady zachowania energii. Zasada zachowania energii dla sieci wodociągowej jest opisywana za pomocą równania Bernoullego. W analizowanej literaturze opisy termodynamiczne sieci wodociągowej dotyczyły jedynie strat energii kinetycznej i potencjalnej oraz niedoskonałości przemian energetycznych w pompach. W literaturze brakuje pełnych opisów przemian energetycznych wszystkich rodzajów energii w systemach zaopatrzenia w wodę, nie znaleziono również kompleksowego opisu systemu wodociągowego, wyprowadzonego z drugiej zasady termodynamiki (z zastosowaniem podejścia egzergetycznego).
13. W świetle wyników analizy stanu wiedzy dotyczącej oceny energetycznej systemów zaopatrzenia w wodę, zasadnym i potrzebnym jest opracowanie egzergetycznego modelu systemu zaopatrzenia w wodę. Model taki można określić, korzystając z pierwszej i drugiej zasady termodynamiki. Umożliwi on analizy przemian wszystkich rodzajów energii w układach. Pozwoli na lepszy opis układów, udoskonali jego model, a tym samym spowoduje ich bardziej miarodajną ocenę energetyczną.
41