Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska
Politechnika Warszawska
ul. Nowowiejska 20, 00-653 Warszawa
tel. +4822 234-5155
Kierownik Zakładu: dr hab. inż. Ryszard Zwierzchowski
Zakład został utworzony 1 stycznia 2008 roku w wyniku połączenia Zakładu Ciepłownictwa i Zakładu Inżynierii Gazownictwa dawnego Instytutu Ogrzewnictwa i Wentylacji Politechniki Warszawskiej. W wyniku zmian administracyjnych Wydziału Inżynierii Środowiska zlikwidowane zostały Instytuty, a w ich miejsce utworzono samodzielne Zakłady.
Zakład Systemów Ciepłowniczych i Gazowniczych zatrudnia osoby, które będąc nauczycielami akademickimi, posiadają również duże doświadczenie praktyczne zdobyte w czasie realizacji wielu projektów w zakresie ciepłownictwa i gazownictwa na terenie całego kraju (realizacja od projektu, poprzez inżynierię finansową i nadzór nad wykonaniem do uruchomienia).
Zakład Systemów Ciepłowniczych i Gazowniczych prowadzi specjalność Systemy Ciepłownicze i Gazownicze na studiach II stopnia. Jednocześnie, wraz z Zakładem Klimatyzacji i Ogrzewnictwa, prowadzi specjalności: Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja i Gazownictwo (COWiG) oraz Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja (COW), odpowiednio na studiach I i II stopnia.
Ciepłownictwo
Ciepłownictwo – dział energetyki zajmujący się przemysłowym wytwarzaniem, przesyłaniem oraz wykorzystywaniem ciepła do celów technologicznych i do ogrzewania.
Ciepłownictwo jest ważną dla polskiej gospodarki branżą, zapewnia dostawy ciepła do scentralizowanych systemów ciepłowniczych, które pokrywają średnio 72 procent zapotrzebowania miast w ciepło. Oznacza to, że kilkanaście milionów Polaków korzysta z ciepła przesyłanego za pośrednictwem sieci ciepłowniczych, a wytwarzanego w ciepłowniach i elektrociepłowniach. Natomiast w całej Europie z systemów ciepłowniczych korzysta ponad 100 milionów osób. Przedsiębiorstwa dostarczające ciepło mieszkańcom aglomeracji miejskich zapewniają niezawodną dostawę ciepła w każdych warunkach pogodowych przy jednocześnie pożądanych niskich kosztach ciepła.
Scentralizowana produkcja ciepła, to ograniczenie emisji zanieczyszczeń pochodzących z procesu spalania. W ostatnim dziesięcioleciu nastąpił duży postęp w zakresie modernizacji zarówno układów wytwarzających ciepło jak również systemów przesyłu i dystrybucji ciepła. Modernizacja węzłów ciepłowniczych i montaż układów automatyki pogodowej pozwoliły na podniesienie efektywności energetycznej całego układu ciepłowniczego. Procesy termomodernizacji zasobów mieszkaniowych w sposób istotny wpłynęły na zmiany w sposobie eksploatacji systemów ciepłowniczych.
Gazownictwo
Gazownictwo – gałąź przemysłu obejmująca wytwarzanie, rozprowadzanie i wykorzystywanie paliw gazowych.
Węglowodorowe nośniki energii, tzn. gaz ziemny i ropa naftowa są obecnie, poza węglem, głównymi surowcami energetycznymi. W procesie transformacji energetycznej pojawia się dodatkowe, niesłychanie ważne kryterium użytkowania paliw węglowodorowych. Jest nim emisja dwutlenku węgla, aktywnego gazu cieplarnianego, częściowo odpowiedzialnego za efekt globalnego ocieplenia klimatu. I tu bezwzględną przewagę nad węglem i ropą naftową ma gaz ziemny, przy spalaniu którego powstaje o blisko połowę mniej dwutlenku węgla, niż przy spalaniu ropy naftowej, jej produktów oraz węgla. Tak więc, pod względem ekologicznym, zarysowują się wyraźne walory gazu ziemnego, jako paliwa o wysokim stopniu czystości, pozwalającego na poprawę jakości powietrza, jednocześnie łatwego w transporcie i użytkowaniu. Energetyka gazowa jest niezawodnym partnerem dla odnawialnych źródeł energii, zapewniając kluczowe wsparcie dla energetyki wiatrowej i słonecznej w procesie równoważenia popytu i podaży. W dążeniu do neutralności klimatycznej gaz ziemny postrzegany jest jako paliwo przejściowe, jednak infrastruktura gazowa będzie kluczowa dla transportu nowych nośników energii, takich jak biometan czy wodór, które stają się najbardziej pożądanymi nośnikami energii w świecie, o wysokim stopniu społecznej akceptacji.
Znaczący wzrost zużycia gazu, i to we wszystkich regionach, zaznacza się w sektorze energetycznym. Rozwój przemysłu gazowo-energetycznego w ostatnim dziesięcioleciu spowodowany jest:
- wprowadzeniem, na dużą skalę, wygodnych technologii kombinowanych cykli (CCGT, CHP – skojarzenie turbin gazowych i parowych lub stosowanie silników gazowych o mocy od kilku kW do 300 MW w przypadku turbin),
- osiąganiem wysokich sprawności cykli – powyżej 50% (cały cykl „energia elektryczna – ciepło” – ok. 90%),
- w porównaniu z technologiami nuklearnymi oraz hydroelektrowniami: niższymi kosztami inwestycyjnymi i eksploatacyjnymi, krótszym czasem budowy i uruchamiania, mniej złożonym projektowaniem, prostszymi konstrukcjami i instalacjami.
Ostatnio, pojawiły się dodatkowe czynniki zwiększające ekspansję przemysłu gazowniczego:
- rozwój technologii skroplonego gazu ziemnego (LNG) oraz gazu sprężonego (CNG) w użytkowaniu (przemysł, transport, w tym bioLNG i bioCNG),
- demonopolizacja przemysłu gazowniczego w wielu krajach; tworzenie się autentycznych rynków gazu jako rezultat wprowadzanej zasady dostępu stron trzecich (TPA).
Krajowe wydobycie gazu ziemnego w wysokości około 3.8 mld m3 pozwala na pokrycie około 20% zapotrzebowania na to paliwo. Pozostała część gazu tj. 14.8 mld m3 pochodzi z importu, w tym większość z kierunku wschodniego (Rosja), ok. 9 mld m3. Ponadto realizowane są kontrakty na dostawę gazu skroplonego (Katar, Stany Zjednoczone, Norwegia, Trynidad i Tobago, Nigeria) ok. 3,8 mld m3 oraz gazu z kierunku zachodniego (Norwegia, Niemcy) i południowego, łącznie około 2,0 mld m3. Po 2022 roku w strukturze importu pojawi się kierunek północny związany z importem gazu ziemnego z Norwegii poprzez aktualnie budowany gazociąg Baltic Pipe. W ostatnich latach zużycie gazu w Polsce rosło o ok. 1 mld m3 rocznie.
Porównując strukturę zużycia energii w Polsce i w UE widocznym jest, że powinniśmy jako kraj zdecydowanie zwiększyć wykorzystanie innych nośników energii kosztem węgla. W dążeniu do neutralności klimatycznej konieczne jest zdecydowane zwiększenie udziału odnawialnych źródeł energii, przy zapewnieniu odpowiedniej pojemności magazynowej zintegrowanego systemu energetycznego oraz wsparcia energetyki gazowej i wodorowej. W najbliższym dziesięcioleciu planuje się ogromne inwestycje infrastrukturalne dotyczące rozbudowy sieci gazowych, podziemnych magazynów gazu, terminali LNG jak również nowoczesnych elektrowni gazowo-parowych, zakładając wzrost zużycia gazu w Polsce na koniec dekady do 25 mld m3.
Prace badawcze z zakresu ciepłownictwa
Pracownicy Zakładu w ramach prac badawczych i działalności dydaktycznej zajmują się problematyką efektywności energetycznej pracy systemów ciepłowniczych w pełnym zakresie od źródeł ciepła po obiekty odbierające ciepło. Do najważniejszych kierunków badawczych zaliczyć można:
- kompleksowe badania i analizy hydrauliczne systemów sieciowych w różnych warunkach eksploatacyjnych,
- badania i analizy eksploatacyjne dotyczące ograniczenia strat ciepła w systemach ciepłowniczych,
- analizy ekonomiczno-techniczne mające na celu optymalizację pracy źródeł ciepła, ograniczenie kosztów produkcji ciepła i zmniejszenie emisji zanieczyszczeń do atmosfery,
- wprowadzeniu procedur prognozowania zapotrzebowania na moc cieplną w okresach długo i krótko terminowych.
Działalność naukowo badawcza jest ściśle związana z aktualnymi wyzwaniami stojącymi przed polską energetyką cieplną. Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii, wprowadzenie w szerszej skali układów skojarzonej produkcji ciepła i energii elektrycznej w przedsiębiorstwach ciepłowniczych to obszar działalności eksperckiej naszych pracowników.
Nasza działalność w zakresie zrównoważonego rozwoju ciepłownictwa uwzględnia poprawę jakości środowiska naturalnego i jest ściśle związana z poprawą efektywności energetycznej. Przyczyniamy się tym samym do wprowadzania nowych technologii, modernizacji istniejących instalacji ciepłowniczych oraz optymalizacji procesów spalania, ograniczenia zużycia paliw i co za tym idzie zmniejszenia emisji zanieczyszczeń. W naszych pracach uwzględnione są kierunki i zalecenia wynikające z dyrektyw Unii Europejskiej dotyczących efektywności energetycznej, spalania paliw i emisji zanieczyszczeń.
Specjalność: Systemy Ciepłownicze i Gazownicze
Prace badawcze z zakresu gazownictwa
Pracownicy Zakładu aktywnie współpracują z przemysłem gazowniczym, czego dowodem są opracowania dla firm oraz instytucji państwowych. Zajmują się technicznymi problemami dotyczącymi przesyłu, dystrybucji i użytkowania gazu.
Zagadnieniami wspólnymi dla sieci krajowej, regionalnej i miejskiej jest hydraulika przepływu gazu, komputerowa symulacja sieci oraz modelowanie matematyczne elementów sieci.
Prace badawcze dotyczą złożonych problemów takich jak:
- opracowywanie algorytmów prowadzenie ruchu sieci (monitoring, symulacja, optymalizacja, sterowanie, bazy danych, GIS, SCADA).
- opracowywanie algorytmów optymalnego projektowania sieci gazowych ( wybór struktury, wymiarów geometrycznych, miejsc lokalizacji elementów nierurowych takich jak, tłocznia, stacja redukcyjna, mieszalnia.
- przygotowywanie programów zarządzania sieciami gazowymi dla operatorów sieci (obliczanie zapasu przepustowości sieci, bilansowanie kontraktów, obliczanie masy gazu w sieci, koszty przekroczenia ograniczeń).
Jednocześnie Zakład prowadzi prace badawcze w zakresie technologii pomiarów ilości i jakości strumienia gazu, systemów dyspozytorskich (SCADA), wykrywania i lokalizacji nieszczelności w sieciach gazowych, oceny poziomu ryzyka w sieciach gazowych oraz nowoczesnych odbiorników gazu.
Specjalność: Systemy Ciepłownicze i Gazownicze