Влияние климатических условий и факторов на потребление энергии

Sunday, 19. January 2014 - 19:13

Степень влияния объективных климатических факторов на уровень потребления энергии проявляется на показательном примере: потребление энергии в расчете на одного жителя российского города С. Петербурга в 160 (!) раз ниже, чем расположенного за Полярным кругом крупного центра горно-металлургической промышленности города Норильска (среднесуточная температура января соответственно - 10 и -34 гр. Ц). В связи с этим представляет интерес рассмотрение практики использования в США показателя «сутко-градусы нагрева/охлаждения за год».

В качестве точки отсчета принята «комфортная» температура окружающего воздуха (65 гр. по Фаренгейту = 18,3 гр. по Цельсию) для оценки значимости периодов, требующих затраты энергии на подогрев/охлаждение помещений, а также нагрев воды - преимущественно внутри зданий жилого и коммерческого секторов. На указанные функции в 2010 г. в сумме приходилось ¾ потребляемой энергии в первом и примерно 2/5 во втором секторах. /1, табл. А4, А5 приложения Reference Case./

Эти показатели определяются национальной метеорологической службой /2/ на основе статистического анализа динамики температур за предшествующие 30 лет и расчета прогнозного тренда по 9 укрупненным регионам страны; сводный по стране показатель определяется путем взвешивания доли регионов в составе населения страны. На диаграмме 1 представлены указанные показатели с 2010 по 2040 г. /1/ На диаграмме 2 представлены данные о динамике удельного потребления энергии (на единицу площади) по сумме функций, связанных с созданием комфортной температуры в соответствующих помещениях.

Диаграмма 1. Сутко-градусы нагрева и охлаждения в США и Израиле в 2010-2040 гг. (по Фаренгейту).

Сопоставление динамики климатических и энергетических показателей США показывает: уменьшение к 2040 г. некомфортного периода примерно на 8% будет сопровождаться существенным снижением удельной (на единицу площади помещений) суммарной потребности в энергии по указанным функциям: на 34,5% в жилищном и 30,6% в коммерческом секторе.

В составе комплекса мер, определяющих динамику энергоэффективности (в т.ч. повышение энергостойкости зданий, расширение применения более энергоэкономичных нагревательных и охлаждающих приборов, изменение поведения потребителей, сдвиги в структуре объектов), авторы прогноза /1/ выделяют потепление климата как наиболее существенный фактор.

******
Нами предпринята попытка оценить по приведенной выше схеме значимость климатического фактора в динамике энергопотребления в Израиле. До настоящего времени в практике управления энергопотреблением в стране роль этого фактора не учитывалась /3/, /4/.
1. Показатели сутко-градусов за 2010 г. по 7 регионам рассчитаны по данным станций метеонаблюдения о минимальных и максимальных среднемесячных температурах /5, табл. 1.2/; сводный показатель по стране определен аналогично практике США /5, табл. 2.1/.

2. Для оценок на период до 2040 г. использованы последние прогнозы изменения климата до 2060 г, а именно о повышении среднегодовых температур каждые 10 лет на 0.4о Ц. летом и 0.3о Ц зимой. /6, 7/: Результаты также приведены на диаграмме 1.

Сравнение влияния климатических условий на энергопотребление в Израиле и США
1. Суммарное число сутко-градусов (нагрева + охлаждения) в Израиле почти вдвое меньше, чем в США, т.е. климат в нашей стране в целом существенно комфортнее и объективно требует соответственно меньшего удельного потребления энергии на указанные функции. В перспективе потепление климата уменьшит указанный разрыв до 3/5, т.к. в США общий масштаб некомфортного периода снизится на 8%, а в Израиле возрастет на 5%.
1.1. При этом, в противоположных направлениях и неблагоприятно для Израиля будут изменяться соотношения периодов нагрева/охлаждения: в США с существующего (3:1) оно понизится до( 2,3:1)в перспективе; в Израиле, напротив, повысится соответственно с (1:5,25) до (1:7,3). Этим объясняется преобладание в настоящее время в Израиле электроэнергии в качестве энергоносителя для нагрева и охлаждения помещений (преимущественно, кондиционеров) и повышенный объективно спрос на них; в США имеет место и сохранится в перспективе до 2040 г. ведущая роль для этих функций газа и жидкого топлива.

В связи с появляющимися значительными дополнительными ресурсами собственного природного газа, в Израиле создаются условия расширения сферы его эффективного применения. Одновременно это делает еще более актуальным проведение углубленного анализа путей энергосбережения в зданиях.

2. Размах значений некомфортных периодов по регионам США составляет (3:1); в Израиле, ввиду существенно меньшего масштаба территории, (2:1). Тем не менее, представляется необходимым учитывать в нашей стране эти различия в строительных нормах и правилах, при реализации проектов нового строительства, а также при реконструкции существующего фонда с одновременным повышением их теплостойкости до уровня современных требований, в частности, при осуществлении программы "ТАМА-38" (реконструкции зданий с целью повышения их сейсмостойкости).

Выводы
Выявлено существенное влияние климатического фактора на потребность страны в энергии и необходимость углублять соответствующие исследования.
Сопоставительный анализ с показателями энергоэффективности в жилом и коммунальном секторах США ограничен отсутствием актуальной детализированной информации по Израилю.

В условиях Израиля с многократным преобладанием периода, требующего охлаждения воздуха в помещениях, а также в транспортных средствах, целесообразно распространить исследование роли климатического фактора на потребность в энергии транспортного сектора, на который приходится примерно 40 % потребления конечной энергии.

Подтверждается актуальность разработки оптимально детализированной базы данных в сфере производства и потребления энергии, включая учет климатических особенностей регионов, - с целью повышения действенности управления спросом на энергию и энергоэффективностью экономики.

Библиография
1. US Energy Information Administration (EIA). Annual Energy Outlook 2013 with Projections to 2040. DOE/EIA-0383(2013). April 2013. http://www.eia.gov/forecasts/aeo/pdf/0383(2013).pdf
2. US National Weather Service - Climate Prediction Center. Degree Days Statistics.http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/analysis_monitoring/cdus/degree_days/
3.Т. Considine. An Energy Demand Forecast Model for Israel and the Market Potential for Natural Gas. Draft First Report. May 19, 2003 - 38 PP
4. Министерство национальных инфраструктур. Нацпрограмма повышения энергосбережения (экономии электроэнергии) на 2010-2020 гг. Июль 2010. http://energy.gov.il/Subjects/EnergyConservation/Documents/energy.pdf
5. Central Bureau of Statistics. Statistical Abstract of Israel 2013 - No.64. http://cbs.gov.il/reader/shnaton/shnatone_new.htm?CYear=2013&Vol=64 . http://cbs.gov.il/reader/shnaton/shnatone_new.htm?CYear=2013&Vol=64 T.J..
6. Israel Climate Change Information Center (ICCIC). Отчёт №1: Приготовления к изменению климата в Израиле. Май 2012. http://www.sviva.gov.il/subjectsEnv/ClimateChange/AdaptationKnowledgeCen...
7. S. Krishak & others. Climate Change in Israel - Projections till 2060 from a High Resolution Simulation with RegCM3. http://met-society.org.il/ami10%5C3_Krichak.pdf