Rola OZE w bilansie energetycznym inteligentnych miast
Eksperckim okiem
Emilia Basta, Inżynier systemów ekoenergetycznych
We współczesnym świecie odnawialne źródła energii (OZE) nie stanowią jedynie alternatywnego pozyskiwania energii, ale także tworzą perspektywę zasilania miast i gospodarstw domowych w sposób ekologiczny oraz nieobciążający naszego środowiska.
Kooperatywność energetyczna Smart Cities
Należy zastanowić się nad kwestią dotyczącą roli OZE w aspekcie Smart Cities, których idea z założenia stawia na zeroemisyjność i wykorzystywanie nowoczesnych technologii w różnych obszarach życia codziennego.
W miastach inteligentych istnieje nie tylko zachowanie polityki ?bycia ECO?, ale także umożliwiają one przewidywanie różnego rodzaju wydarzeń na podstawie analizy danych pomiarowych dotyczącychostatnich miesięcy i lat.
Biorąc pod uwagę prognozowane zużycie energii, a także prognozowane zapotrzebowania, jesteśmy w stanie precyzyjnie obliczyć prawdopodobieństwo wystąpienia niedoborów energii, a także analizować poszczególne obszary i samodzielnie decydować o przydziałach energii pomiędzy aglomeracjami, wykluczając tym samym ryzyko blackoutów.
Tego typu rozwiązania są możliwe w przypadku podłączenia wszystkich odbiorców końcowych do tak zwanych inteligentnych sieci, gdzie możliwe jest tworzenie modeli związanych z określaniem, zarządzaniem i prognozowaniem zapotrzebowania na energię.
Profity z Unii Europejskiej i samorządów
Nowa polityka energetyczno-klimatyczna w obrębie Unii Europejskiej przekazuje duże środki w celu wdrożenia, udoskonalania oraz tworzenia projektów umożliwiających implementację nowoczesnych, energooszczędnych i przyjaznych środowisku rozwiązań w największych europejskich państwach.
Uregulowania tego typu wyszczególnione są przede wszystkim w aktach prawnych, gdzie znajdują się bardzo istotne regulacje dotyczące wspierania odnawialnych źródeł energii. W najbliższych latach Unia Europejska ma stać się liderem w zakresie procentowego udziału źródeł odnawialnych w ogólnym wytwarzaniu energii.
Zwiększone wykorzystanie energii ze źródeł odnawialnych ma do odegrania zasadniczą rolę w promowaniu bezpieczeństwa dostaw energii, zrównoważonej energii po przystępnych cenach, rozwoju technologicznego i innowacji, jak również przywództwa technologicznego i przemysłowego. Ma to również zapewnić korzyści środowiskowe, społeczne i zdrowotne, jak również duże możliwości zatrudnienia i rozwoju regionalnego, zwłaszcza na obszarach wiejskich i odizolowanych, w regionach lub na terytoriach o niskiej gęstości zaludnienia lub podlegających częściowej dezindustrializacji.
Programy rozwojowe w Polsce
Także w Polsce, korzystając z różnego typu dofinansowań zadbano o to, aby w dużych miastach, gdzie wykorzystanie energii jest największe i dla nich najczęściej dedykowane są koncepcje Smart City, stworzyć inteligentną sieć energetyczną wykorzystującą OZE. Taka idea ma za zadanie poprawić stan środowiska metropolii i jednocześnie jakość życia jego mieszkańców.
Na przestrzeni ostatnich lat, najbardziej zauważalne było to na przykładzie miasta Krakowa, gdzie skoncentrowano się głównie na likwidacji tzw. kopciuchów w centrum miasta. Skorzystano tutaj z programu ?Czyste Powietrze? którego celem jest walka ze smogiem, poprawa jakości powietrza, zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych i poprawa efektywności energetycznej w budynkach mieszkalnych.
Na program przeznaczono około 103 miliardów złotych. Środki z tego przedsięwzięcia można otrzymać na wymianę starych i nieefektywnych źródeł ciepła na nowoczesne, spełniające odpowiednie normy, a także na przeprowadzenie niezbędnych prac w budynku, które wiążą się z wymianą starych pieców.
Europejski Zielony Ład
Jednak promocja OZE nadal jest niewystarczająca. Brakuje zachęt, dopłat do większych inwestycji. Do 2027 roku do naszego kraju ma trafić prawie 30 miliardów euro na cele klimatyczne. Finansowanie tego typu ma przyczynić się do realizacji Europejskiego Zielonego Ładu, czyli pakietu inicjatyw politycznych mających na celu skierowanie państw na drogę transformacji energetycznej.
Ma ona finalnie przekształcić państwa członkowskie w obszar klimatycznie neutralny. Europejski Zielony Ład to swoista odpowiedź na niebezpieczne zmiany zachodzące w klimacie i postępującą degradację środowiska naturalnego. Celem UE jest osiągnięcie neutralności klimatycznej do roku 2050. Obszary, w których unijne środki mają pomóc, to przede wszystkim obniżanie emisji gazów cieplarnianych (zarówno w kontekście budynków, jak i transportu), rozwijanie efektywności energetycznej (czyli zmniejszanie zapotrzebowania na energię) oraz zwiększanie udziału odnawialnych źródeł energii.
Środki na działania są wciąż zapewniane, jednak niezbędne są także w tym celu dobre i trafione pomysły, które mogłyby być realizowane przez Jednostki Samorządu Terytorialnego. Projekty powinny przede wszystkim dotyczyć łagodzenia skutków zmian klimatycznych, ochrony zasobów wodnych, zrównoważonego wykorzystywania tych zasobów czy przechodzenia na gospodarkę o obiegu zamkniętym.
Inwestycyjny rozwój Smart Cities
W koncepcji Smart Cities i OZE obecnie najbardziej widoczne w miastach są inwestycje małoskalowe, np. parkometry z wbudowanymi panelami fotowoltaicznymi. Patrząc na koncepcję Smart Cities z innej perspektywy można zauważyć, że rozwój obszarów miejskich w oparciu o technologie informatyczne i komunikacyjne następuję także w bardzo sprawny sposób.
Wprowadzane są coraz częściej tablice informacyjne na przystankach, które na bieżąco aktualizują najbliższy rozkład jazdy, inteligentne przejścia dla pieszych, które poprawiają bezpieczeństwo czy aplikacje umożliwiające śledzenie ruchu w mieście i zaplanowanie przejazdu. Można mówić także o wprowadzeniu nowoczesnych rozwiązań w inteligentnym mieście, jakimi są:
- darmowe korzystanie z odnawialnych źródeł energii (ładowarki, lampy zasilane panelami fotowoltaicznymi);
- aplikacje pozwalające na kupno biletów miejskich, opłacanie miejsc parkingowych i korzystanie z usług w urzędach;
- e-płatności;
- wypożyczanie rowerów i hulajnóg miejskich;
- inteligentne oświetlenie miejskie;
- sterowanie ruchem w mieście.
Rozwój Smart Cities w Polsce
Polskie miasta coraz chętniej sięgają po rozwiązania OZE i inteligentne technologie. Zła jakość powietrza to problem nie tylko dużych aglomeracji, ale również mniejszych miasteczek. Wykorzystując OZE połączone rozwiązaniami dla inteligentnych miast, można efektywnie zmniejszyć emisję.
Warszawa
Jednym z wiodących miast w Polsce we wdrażaniu ekologicznych rozwiązań Smart Cities jest Warszawa. W 2020 roku dołączyła do Programu Rozwoju Fotowoltaiki Miejskiej, a do 2030 roku w panele fotowoltaiczne mają zostać wyposażone wszystkie budynki instytucji publicznych i te należące do Urzędu Miasta, w których istnieje możliwość takiego montażu.
Program ma na celu pomóc miastom w osiągnięciu neutralności klimatycznej do 2050 roku. W wyniku przystąpienia Warszawy do programu zostało jej przyznane na lata 2020-2024 60 mln zł, co w przełożeniu na inwestycje pozwala na zwiększenie mocy produkcyjnej prądu z 9,3 do 21,3 MW.
Dodatkowo Warszawa od 2016 roku prężnie wdraża na terenie miasta rozwiązania Smart Cities. Obejmują one rozwój i ulepszanie aplikacji mobilnych do wypożyczania rowerów, samochodów, hulajnóg, jak Veturilu, czy Car-sharing. Ponadto miasto stawia na elektromobilność poprzez zwiększanie liczby elektrycznych autobusów miejskich.
Postawiono także na rozwój inteligentnej sieci ciepłowniczej do zarządzania infrastrukturą na terenie miasta dla optymalizacji wykorzystania zasobów i redukcja emisji dwutlenku węgla w Warszawie o co najmniej 14,5 tys. ton w skali roku, co odpowiada posadzeniu 1 mln drzew.
Udostępniono mieszkańcom także aplikację Milion Drzew umożliwiającą wskazanie miejsca, gdzie powinno zostać zasadzone drzewo. Aplikacja została wdrożona wiosną 2017 roku. Warszawiacy licznie włączyli się w akcję, wskazując do tej pory ponad 8,5 tys. takich miejsc.
Zadbano także o ekologię w ramach Smart Cities poprzez wdrożenie projektu Step by Step zachęcającego do zmiany zachowań mieszkańców w zakresie zużycia energii. Projekt objął 3113 gospodarstw domowych na Gocławiu, a w rezultacie zaoszczędzono 397 MWh energii poprzez m.in. poprzez zastosowanie żarówek LED, gaszenie świateł w pustych pomieszczeniach, wyłączanie urządzeń z trybu czuwania
Szczecin
W instalacje fotowoltaiczne coraz częściej także inwestują inne miasta i obszary Polski. Pomorze Zachodnie, to jeden z tych terenów, gdzie pojawia się coraz więcej ławek solarnych, a ogniwa fotowoltaiczne zasilają też parkometry i oświetlenie uliczne oraz szpitale czy uczelnie. Jedną z większych inwestycji jest Kompleks Usługowy Posejdon, który powstał w Szczecinie.
Pozyskuje on energię o łącznej mocy 97,2 kWh, zasilając systemy wentylacyjne, klimatyzacje czy oświetlenie wewnętrzne w budynkach na terenie kompleksu. Kolejna, efektywna instalacja fotowoltaiczna zasila Zespół Szkół Elektryczno-Energetycznych w Szczecinie, produkując w ciągu roku 32 054 kWh. Oprócz tego miasto przystąpiło do Regionalnego Programu Operacyjnego, którego założeniem jest wyposażenie w panele fotowoltaiczne 23 placówki edukacyjne i opiekuńcze.
Katowice
W aspekcie komunikacyjnym, w ostatnim roku Katowice zdecydowały się na wprowadzenie udogodnień u siebie, wprowadził bowiem tzw. ITS, czyli Inteligentny System Transportowy. System objął w swoim działania około 112 skrzyżowań i ma za zadanie automatycznie sterować sygnalizacją w celu zapewnienia płynności ruchu.
System ten nie jest nowością, ponieważ wprowadzono go już w wielu innych polskich miastach. Ten w Katowicach wyposażony jest dodatkowo w funkcję informowania o zatorach ulicznych, czy też pierwszeństwa przejazdu tramwajów na skrzyżowaniach. Dodatkowo w ogólnie dostępnej aplikacji oraz tablicach informacyjnych, będą dostępne informacje odnośnie wolnych miejsc parkingowych. Na terenie miasta wyznaczono pod monitoringiem ponad 2 000 takich stanowisk.
Nysa
W Nysie zainwestowano w innowacyjne rozwiązania inteligentnych przejść dla pieszych. Zamontowane kamery wykrywają ruch na określonym obszarze. Zapala się światło, które dobrze oświetla zarówno przejście, jak i przylegającą do niego jezdnię. W stronę nadjeżdżającego kierowcy system emituje ostrzegawcze sygnały świetlne z łącznie 8 punktów zamontowanych w słupach.
Dodatkowo przejście wyposażone zostało w nagłośnienie, które wysyła ostrzeżenie dźwiękowe dla pieszego. Ten system umożliwia także montaż radarów, które mierzą prędkość przejeżdżających pojazdów oraz sterują sygnalizacją ostrzegawczą zainstalowaną na słupach.
Krosno
Rozwiązania Smart Cities mogą świetnie sprawdzać się także poza komunikacje miejską. Krośnieński Holding Komunalny wdrożył innowacyjny na skalę kraju system do zarządzania siecią wodociągową. System ten umożliwia szybkie i skuteczne wykrywanie niewidocznych na powierzchni awarii i wycieków z rur oraz minimalizuje straty wody.
Oprócz tego system zapewnia także m.in. możliwość codziennych odczytów wodomierzy i przepływomierzy, bilansowanie przepływów w wydzielonych strefach oraz codziennie raportowanie pracy sieci.
Takie rozwiązania są możliwe dzięki wdrożeniu systemu i platformy Smart Flow zbierających, analizujących i wizualizujących dane z wielu różnych baz danych, m.in. gisowej, monitoringu przepływomierzy, systemu stacjonarnego odczytu wodomierzy, billingowej czy SCADA, gromadząc je w jednym miejscu.
Dane z systemu stacjonarnego odczytu wodomierzy następnie są transferowane do systemu eBOK, do którego mają dostęp mieszkańcy Krosna i klienci Wodociągów Krośnieńskich.
Wrocław
Kontrowersyjnym pomysłem wydaje się wprowadzenie w Smart Cities systemu kontrolującego podatki. We Wrocławiu podatki od nieruchomości naliczane są w oparciu o deklaracje podatkowe, ale od niedawna korzysta także ze szczegółowych analiz zdjęć satelitarnych i raportów dostarczanych przez wrocławską firmę SatRevolution.
Projekt ten kosztował około 128 tys. zł netto, a miasto w ciągu krótkiego okresu jest w stanie zyskać na prawidłowo i szczegółowo przeprowadzonych kontrolach nawet 3-4 miliony złotych.
Inne inwestycje
Oprócz tego w miastach w całej Polsce często widziane są inwestycje w solarne kosze na śmieci firmy SEEDiA, które redukują koszty zbierania odpadów z publicznych śmietników nawet o 43%.
Funkcjonalność tego rozwiązania opiera się na zdalnym systemie monitorowania poziomu ich napełnienia. Gdy w koszu zaczyna brakować miejsca, informacja o tym trafia do służb komunalnych oraz do mieszkańców. Dzięki temu trasy odpadów planowane są tak, aby opróżniać jedynie pełne pojemniki, zaoszczędzając tym samym czas i paliwo na przejazdy po mieście.
Podobnie zaczęto inwestować w solarne wiaty autobusowe. Zastosowanie fotowoltaiki zapewnia dostęp do czystej energii elektrycznej i wpływa na wzrost funkcjonalności przystanków. Pobrana energia trafia do akumulatora i staje się źródłem zasilenia urządzeń elektrycznych.
W przypadku wiat solarnych przydatną funkcją jest możliwość automatycznego generowania rozkładów jazdy i sterowania oświetleniem, niekiedy również zasilania biletomatów. Popularnością cieszą się także ławki solarne, które łączą w sobie dwa ważne aspekty, jakimi jest dbałość o środowisko naturalne i poprawa jakości życia mieszkańców.
Panele fotowoltaiczne wbudowane w ekologiczną ławkę wytwarzają energię elektryczną pod wpływem światła słonecznego, a uzyskana energia może zostać wykorzystana w różny sposób, na przykład do zasilania urządzeń elektrycznych, ponieważ ławki solarne wyposażone są w ładowarki USB oraz ładowarki bezprzewodowe.
Polska na tle innych krajów
Na terenie kraju wprowadzane jest mnóstwo rozwiązań Smart Cities, jednak jak Polska wypada na tle innych krajów? Na 118 sklasyfikowanych światowych metropolii i mniejszych miast mamy dwóch przedstawicieli znad Wisły. To Warszawa i Kraków, odpowiednio na 75. i 80. miejscu.
Z kolei w rankingu IESE Cities in Motion Index z 2020 r., klasyfikującym najbardziej inteligentne miasta świata, wyszczególnione zostały Warszawa i Wrocław. Świetnie z rozbudową rozwiązań Smart City radzą sobie także Gdańsk czy Gdynia, Poznań, a także Rzeszów, Szczecin czy Białystok. Polskie miasta inwestują w ideę Smart City i coraz bardziej zauważają korzyści, jakie te inwestycje mają przynieść.
Innowacyjne aglomeracje miejskie
Wzrostowy trend na wykorzystanie OZE widoczny jest także na wsiach i przedmieściach dużych miast, gdzie kuszeni dopłatami, mieszkańcy coraz częściej zakładają w swoich gospodarstwach domowych panele fotowoltaiczne, pompy ciepła, czy też wymieniają przestarzałe kopciuchy na nowoczesne piece zasilane pelletem, czy też brykietem.
W mieście tego typu działania ograniczone są w głównej mierze ich architekturą, gęstym zabudowaniem. Miasta powinny inwestować w głównej mierze w OZE, jako paliwo wypływające z miejskich przedsiębiorstw ciepłowniczych.
Należałoby się zastanowić nad kwestią, czy w nowoczesnym spojrzeniu Smart Cities, nie warto byłoby zastąpić tradycyjne, kopalne źródła energii na OZE w szerokim jego aspekcie zastosowania, od instalacji paneli fotowoltaicznych po wykorzystanie biogazu z wysypisk śmieci, tworząc zamknięty, zdrowy dla środowiska i nas, ludzi, obieg pozyskiwania energii?
Patrząc na ten temat z drugiej strony, czy rozpowszechnione w wielkich, nowoczesnych aglomeracjach technologie OZE nie zaburzają jego krajobrazu i czy warto zastępować nimi tradycyjne kopalne źródła energii? Próba na złagodzenie dwóch, na pierwszy rzut oka, wykluczających się kwestii ? po pierwsze nadmiernemu zużyciu paliw kopalnych, po drugie zaburzeniu krajobrazu aglomeracji miejskiej ? wydaje się prosta, innowacyjne połączenie architektury i OZE będące rozwiązaniem na oba nużące problemy.
W miastach ważną kwestią byłoby zwiększenie OZE wypływającego z elektrowni i ciepłowni, a z drugiej strony wkomponowanie w architekturę miasta mikro instalacji fotowoltaicznych, zasilających omawiane powyżej ławki, przystanki, lampy itp. instalacje niezbędne w funkcjonowaniu aglomeracji miejskiej. Państwa na całym świecie wdrażają już w życie tego typu rozwiązania. Przykładem mogą być realizacje przedstawione poniżej.
Turbiny zamontowane między wieżami Bahrain World Trade Center mają zapewnić nawet do 15% zapotrzebowania energii obu obiektów.
Instalacja PV na dachu i części elewacji Powerhouse Brattorkaia wytwarza energię na poziomie 500 MWh rocznie.
Wkomponowanie instalacji, wiatrowej, czy fotowoltaicznej przy obecnym rozwoju światowego budownictwa jest rzeczą możliwą do realizacji, tym bardziej w mniejszych instalacjach jakimi są wiaty autobusowe, czy parkometry. W ogólnym spojrzeniu na OZE w koncepcji rozwiązań Smart Cities możliwe jest znalezienie balansu pomiędzy estetyką, a ekologią.
Emilia Basta
Inżynier systemów ekoenergetycznych i magister technologii produkcji oraz eksploatacji systemów technicznych. Aktywnie uczestniczy w Międzynarodowych Konferencjach Naukowych oraz publikuje artykuły naukowe, związane z tematyką inżynierii środowiska i energetyki.