Δυναμικό μοντέλο αναλυτικής αποδόμησης ενεργειακών δεικτών: εισαγωγή κατανεμημένης παραγωγής και εξοικονόμησης ενέργειας

Abstract

A Dynamic Decomposition Analysis Model is developed for monitoring energy indicators changes due to integration of innovative technologies both at the demand and the supply side of the industrial sector. The Model is based on two (2) axes. According to the first axis, a ‘bottom–up’ methodological framework was developed and applied for the period 1985-2002, to selected industrial sub-sectors in Greece namely, food, beverages & tobacco, iron & steel, non ferrous metals, non metallic minerals and paper. Disaggregate physical data were aggregated according to their Specific Energy Consumption values and ‘Physical Energy Efficiency’ indicators were estimated. The Logarithmic Mean Divisia Index method was also used and the effects of the production, structure and energy efficiency to changes in sub-sectoral industrial energy use were further assessed. It was found that significant efficiency improvements refer to “heavy” industry; “light” industry needs further attention by energy policy to modernize its production plants and improve its efficiency. Sub-sectoral energy use is mainly driven by production output and energy efficiency changes. With reference to the second axis, a methodology for the estimation of the primary energy savings of an industrial (sub)-sector due to Combined Heat and Power (CHP) was developed. A ‘Primary Energy Savings’ indicator within a (sub)-sector and a ‘Total Primary Energy Savings’ indicator were developed which are related with the actual energy use of a (sub)-sector and the way of disposal of the excess CHP energy produced. The methodology was applied in the food, beverages & tobacco sub-sector in Greece according to the ‘power-match’ and the ‘thermal-match’ CHP sizing scenarios; the developed indicators were estimated and fully explained. It was found that the ‘Primary Energy Savings’ indicator of a sub-sector is determined by the efficiencies of the relevant technologies, and the interrelation of the ‘power to heat’ ratio of the CHP technology used and the ‘power-to-heat’ ratio of the sub-sector examined; the ‘Total Primary Energy Savings’ indicator is determined by the efficiencies of the relevant technologies and the percentage of the CHP energy exported from the sub-sector. Additionally, alternative CHP technologies, ways of disposal of excess CHP energy, legislation restrictions and the average rate of energy consumption change of a sub-sector, can be easily incorporated to the model and it can be utilized for optimum CHP planning.

Στην παρούσα διατριβή, αναπτύσσεται ένα Δυναμικό Μοντέλο Αναλυτικής Αποδόμησης για την παρακολούθηση και ερμηνεία της μεταβολής ενεργειακών δεικτών λόγω της εισροής καινοτόμων τεχνολογιών στην τελική ενεργειακή χρήση και στην προμήθεια ενέργειας στη βιομηχανία. Το Μοντέλο βασίζεται σε δύο (2) άξονες. Ο πρώτος άξονας αφορά στην ανάπτυξη ενός «από τη βάση προς την κορυφή» μεθοδολογικού πλαισίου, Σύνθεσης και Αναλυτικής Αποδόμησης Ενεργειακών Δεικτών. Με τη χρήση της μεθόδου του «λόγου της πραγματικής Ειδικής Ενεργειακής Κατανάλωσης προς την Ειδική Ενεργειακή Κατανάλωση αναφοράς» συνθέτεται ο δείκτης «Φυσικής Ενεργειακής Απόδοσης». Επιπρόσθετα με τη χρήση της μεθόδου του «Λογαριθμικού Μέσου του Δείκτη Divisia» αναλύεται η διαμόρφωση της βιομηχανικής ενεργειακής χρήσης. Ο δεύτερος άξονας αφορά στην ανάπτυξη ενός μεθοδολογικού πλαισίου για την εκτίμηση της εξοικονομούμενης πρωτογενούς ενέργειας λόγω της διείσδυσης της Συμπαραγωγής Ηλεκτρισμού και Θερμότητας στη βιομηχανία. Αναπτύσσονται οι δείκτες «Εξοικονόμησης Πρωτογενούς Ενέργειας» και «Συνολικής Εξοικονόμησης Πρωτογενούς Ενέργειας» λόγω διείσδυσης της συμπαραγωγής σ’ ένα βιομηχανικό υπο-τομέα σύμφωνα με τα σενάρια «Αντιστοίχησης Ηλεκτρισμού» και «Αντιστοίχησης Θερμότητας». Οι παραπάνω δείκτες αναλύονται πλήρως και αναδεικνύονται οι παράμετροι που υπόκεινται των μεταβολών τους. Το Μοντέλο εφαρμόζεται σε επιλεγμένους βιομηχανικούς υπο-τομείς στην Ελλάδα. Η εφαρμογή του πρώτου άξονα πραγματοποιείται για την χρονική περίοδο 1985-2002 στους υπο-τομείς τροφίμων, ποτών & καπνού, σιδήρου & χάλυβα, μη σιδηρούχων μετάλλων, μη μεταλλικών ορυκτών και χαρτοποιίας. Ο δεύτερος άξονας εφαρμόζεται για την χρονική περίοδο 1990-2007 στον υπο-τομέα τροφίμων, ποτών & καπνού. Από τη εφαρμογή του Μοντέλου προέκυψε ότι ο ευρύτερος τομέας της «βαρειάς» βιομηχανίας στην Ελλάδα προσαρμόζεται στις τεχνολογικές εξελίξεις που αφορούν στην βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης των τελικών ενεργειακών χρήσεων. Αντίθετα, η αντίστοιχη απόδοση των υπο-τομέων της «ελαφριάς» βιομηχανίας έχει επιδεινωθεί. Η ενεργειακή χρήση στους εξεταζόμενους υπο-τομείς διαμορφώνεται από τις μεταβολές της παραγωγικότητας και της απόδοσης των χρησιμοποιούμενων τεχνολογιών. Αναφορικά με την προμήθεια ενέργειας, η εξοικονομούμενη πρωτογενής ενέργεια λόγω συμπαραγωγής, εξαρτάται από τις θερμοδυναμικές αποδόσεις των χρησιμοποιούμενων τεχνολογιών, τη σχέση του λόγου «παραγόμενου ηλεκτρισμού προς παραγόμενη θερμότητα» των τεχνολογιών συμπαραγωγής με τον λόγο «καταναλισκόμενου ηλεκτρισμού προς καταναλισκόμενη θερμότητα» του εκάστοτε υπο-τομέα, και του τρόπου διάθεσης της πλεονάζουσας ενέργειας από συμπαραγωγή. Επιπρόσθετα, η χρήση διαφορετικών τεχνολογιών, εναλλακτικοί τρόποι διαχείρισης της πλεονάζουσας ενέργειας, η ισχύουσα νομοθεσία και ο μέσος ρυθμός μεταβολής των ενεργειακών αναγκών ενός βιομηχανικού υπο-τομέα μπορούν να ενσωματωθούν στο Μοντέλο, καθιστώντας το ένα ολοκληρωμένο και χρηστικό εργαλείο ενεργειακού σχεδιασμού.