Analiza i inżynieria systemów - zastosowania w energetyce. Metodyka, modelowanie, efektywność, zarządzanie

W monografii podjęto problematykę analizy i inżynierii systemów energetycznych oraz ich powiązań z innymi systemami. Ma ona bardzo duże znaczenie praktyczne - gospodarcze i społeczne, szczególnie ze względu na transformację energetyczną zachodzącą w wielu krajach, w tym w Polsce. Złożoność zachodzących procesów powoduje konieczność wykorzystywania zaawansowanych metod badawczych i złożonych modeli w celu zachowania bezpieczeństwa, efektywności i spójności dokonywanych zmian.
Praca stanowi podsumowanie wieloletnich prac autora w omawianej dziedzinie i zawiera swego rodzaju syntezę zagadnień metodycznych i aspektów praktycznych. Istotną cechą jest szerokie ujęcie tematu, nie ograniczone do pojedynczego badania. Przedstawiono w niej zasady podejścia systemowego, przykłady wykorzystywanych w praktyce procedur badawczych oraz szeroki przegląd modeli stosowanych w badaniach systemowych. Znaczną część poświęcono na przedstawienie wybranych prac, wykonanych pod kierunkiem autora,  zaawansowanych pod względem metodycznym i znaczących pod względem wagi badanych problemów. Na ich przykładzie zaprezentowano sposób podejścia do badania złożonych problemów w energetyce, zwłaszcza związków z gospodarką kraju. Sformułowano także istotne wnioski dotyczące badań systemowych, omówiono dobre praktyki oraz często popełniane błędy.
Monografia przeznaczona jest do wykorzystania w programach nauczania studiów magisterskich, podyplomowych i doktorskich, przez osoby zawodowo zajmujące się badaniami modelowymi o charakterze stosowanym oraz wszystkich tych, którzy chcieliby poszerzyć swoją wiedzę o systemowym charakterze procesów zachodzących w energetyce i dojrzałym podejściu do rozwiązywania złożonych problemów.

autor: B. Jankowski

234 strony,

kolorowe ilustracje i wykresy

wyd 1, 2024

Spis treści

Spis ważniejszych skrótów... 9

1. Wprowadzenie.. 13
2. Metodyka, zastosowania i narzędzia analiz systemowych.. 17

2.1. Istota i kluczowe cechy podejścia systemowego w energetyce. 17

2.1.1.         Podejście systemowe, pojęcie systemu i jego modelu. 17

2.1.2.         Wieloaspektowość systemu energetycznego. 20

2.2. Zastosowania analizy systemowej w energetyce. 23

2.2.1.         Czym jest analiza systemowa. 23

2.2.2.         Problemy badawcze w energetyce. 24

2.2.3.         Zastosowania badań systemowych w energetyce. 26

2.3. Podejście badawcze. 30

2.3.1.         Ogólna procedura badawcza. 30

2.3.2.         Procedura analityczna w praktyce. 33

2.3.3.         Podejście scenariuszowe i kryteria oceny. 35

2.3.4.         Analiza strukturalno – jakościowa i jej znaczenie. 38

2.3.5.         Zasady inżynierii i harmonizacji systemów.. 40

2.4. Modele obliczeniowe. 41

2.4.1.         Rodzaje modeli 41

2.4.2.         Modele top – down. 43

2.4.3.         Modele bottom-up. 46

2.4.4.         Modele hybrydowe. 49

2.5. Zestawy modeli 50

2.5.1.         Ogólne przesłanki łączenia modeli w zestawy. 50

2.5.2.         Zestaw modeli Komisji Europejskiej z modelem PRIMES. 52

2.5.3.         Zestaw modeli administracji USA - National Energy Modeling System.. 53

2.5.4.         Zestaw modeli do długoterminowych analiz energetycznych i środowiskowych w Polsce  56

2.5.5.         Zestaw modeli z dedykowanymi specjalistycznymi modułami 59

2.5.6.         Modelowanie wpływu emisji zanieczyszczeń z procesów energetycznych na ekosystemy w układzie przestrzennym.. 59

3. PRZYKŁAD1: Analiza i zaprojektowanie strategii efektywności energetycznej wraz z adaptacją metody Nortona – Kaplana.. 63

3.1. Syntetyczna charakterystyka pracy. 63

3.1.1.         Istota pracy. 63

3.1.2.         Rodzaj i zakres prac badawczych. 63

3.2. Opis zadania. 64

3.2.1.         Sytuacja problemowa (potrzeba). 64

3.2.2.         Cel i główni adresaci wyników pracy. 65

3.2.3.         Zakres merytoryczny prac. 66

3.2.4.         Organizacja prac. 66

3.3. Metodyka prac. 67

3.3.1.         Kluczowe cechy metodyki 67

3.3.2.         Zdefiniowanie badanego systemu. 68

3.3.3.         Zestaw modeli i ich konfiguracja. 69

3.3.4.         Metodyka wyznaczania zmian udziału w rynku technologii energooszczędnych. 71

3.3.5.         Wpływ strategii energetycznej na rozwój technologii energooszczędnych. 79

3.4. Analizy strukturalno – jakościowe. 82

3.4.1.         Kluczowe czynniki wpływające na motywację, decyzje i realizację przedsięwzięć energooszczędnych. 83

3.4.2.         Instrumenty polityki efektywności wpływające na rozwój technologii energooszczędnych. 85

3.5. Układ obliczeń i główne założenia. 87

3.5.1.         Układ obliczeń (scenariusze i strategie) 87

3.5.2.         Główne założenia. 88

3.5.3.         Procedura obliczeniowa. 93

3.6. Wyniki i rekomendacje. 95

3.6.1.         Wyniki oceny skutków alternatywnych strategii 95

3.6.2.         Wybór najkorzystniejszej strategii 100

3.7. Zaprojektowanie strategii w formie mapy celów.. 100

3.7.1.         Metodyka opracowania strategii 101

3.7.2.         Zdefiniowanie celów strategicznych z wykorzystaniem Zrównoważonej Karty Wyników.. 103

3.7.3.         Mierzenie realizacji celów strategicznych. 107

3.8. Istotne kwestie metodyczne. 107

3.9. Wnioski praktyczne. 110

4. PRZYKŁAD 2: Optymalizacja kosztów redukcji krajowych emisji zanieczyszczeń wraz z projektem modułowego systemu handlu emisjami. 113

4.1. Syntetyczna charakterystyka pracy. 113

4.1.1.         Istota pracy. 113

4.1.2.         Rodzaj i zakres prac badawczych. 113

4.2. Opis zadania. 114

4.2.1.         Sytuacja problemowa (potrzeba). 114

4.2.2.         Cel i zakres pracy. 115

4.2.3.         Organizacja prac. 115

4.3. Metodyka prac. 117

4.3.1.         Logiczna struktura pracy. 117

4.3.2.         Struktura produktów.. 118

4.3.3.         Wykorzystane modele obliczeniowe i ich powiązanie. 119

4.4. Analiza strukturalno – jakościowa. 121

4.4.1.         Mechanizmy oddziaływania zanieczyszczeń i instrumenty ochrony. 122

4.4.2.         Zbiorcze limity emisji jako podstawa dla systemu handlu emisjami 123

4.4.3.         Struktura krajowego systemu ochrony powietrza w Polsce. 126

4.4.4.         Możliwe sposoby wdrażania handlu emisjami w Polsce. 127

4.5. Najważniejsze założenia i układ analiz modelowych.. 130

4.5.1.         Cel i zakres obliczeń modelowych. 130

4.5.2.         Możliwe alternatywne warianty. 131

4.5.3.         Warianty obliczeniowe. 133

4.6. Wyniki obliczeń modelowych i rekomendacje. 134

4.6.1.         Moce i produkcja. 135

4.6.2.         Nakłady inwestycyjne. 137

4.6.3.         Koszty produkcji energii elektrycznej i koszty jednostkowe. 137

4.6.4.         Wnioski i rekomendacje. 140

4.6.5.         Ocena efektywności włączenia do systemu źródeł o mocy poniżej 50 MW... 141

4.7. Zaprojektowanie rozwiązania. 142

4.7.1.         Struktura i zakres całości rozwiązania. 142

4.7.2.         Syntetyczna charakterystyka systemu SO2 i NOx. 143

4.7.3.         Model strukturalny (wieloaspektowy). 147

4.7.4.         Projekt funkcjonalny. 152

4.7.5.         Architektura informatyczna systemu. 154

4.8. Istotne kwestie metodyczne (elementy nowości). 155

4.9. Wnioski praktyczne. 157

5. PRZYKŁAD 3: Ocena skutków dla Polski propozycji celów unijnej polityki - skutki bezpośrednie i pośrednie.. 159

5.1. Syntetyczna charakterystyka pracy. 159

5.1.1.         Istota pracy. 159

5.1.2.         Rodzaj i zakres prac badawczych. 160

5.2. Opis zadania. 160

5.2.1.         Sytuacja problemowa (potrzeba). 160

5.2.2.         Cel pracy. 162

5.3. Metodyka prac. 162

5.3.1.         Zakres pracy. 162

5.3.2.         Modele do oceny skutków dla systemu energetycznego i całej gospodarki kraju. 163

5.3.3.         Wpływ na gospodarstwa domowe. 163

5.4. Analiza strukturalno – jakościowa. 164

5.4.1.         Kluczowe elementy analiz. 164

5.4.2.         Wybrane elementy analiz. 164

5.4.3.         Mechanizmy oddziaływania na przemysł 166

5.4.4.         Mechanizm powstawania deficytu bezpłatnych uprawnień do emisji CO2 po roku 2012. 166

5.5. Najważniejsze założenia i układ obliczeń. 168

5.5.1.         Układ obliczeń modelowych. 168

5.5.2.         Główne założenia do obliczeń modelowych. 169

5.5.3.         Tablica założeń scenariuszowych. 170

5.6. Wyniki i rekomendacje. 174

5.6.1.         Scenariusz makroekonomiczny. 174

5.6.2.         Zapotrzebowanie na energię. 175

5.6.3.         Wpływ na system energetyczny kraju. 177

5.6.4.         Wpływ na gospodarkę krajową. 185

5.6.5.         Wpływ polityki klimatycznej na budżety gospodarstw domowych. 186

5.6.6.         Wpływ polityki klimatycznej na sytuację działów przemysłu. 190

5.7. Istotne kwestie metodyczne. 193

5.8. Wnioski praktyczne. 195

6. Wnioski wynikające z wykonanych i realizowanych prac analitycznych i projektowych.. 197

6.1. Aspekty metodyczne. 197

6.2. Aspekty praktyczne. 203

6.3. Często popełniane błędy. 205

7. Aktualne problemy i potrzeby badawcze oraz trendy w rozwoju narzędzi analitycznych.. 211

7.1. Aktualne problemy i oczekiwania odnośnie badań systemowych w energetyce. 211

7.1.1.         Aktualne problemy energetyki 211

7.1.2.         Oczekiwania pod adresem analiz systemowych. 213

7.2. Obecne trendy w zakresie rozwoju modeli energetycznych.. 217

7.2.1.         Rozwój modeli dedykowanych do konkretnych zastosowań. 217

7.2.2.         Poszerzanie zakresu uwzględnianych aspektów i dalsza integracja modeli 219

7.2.3.         Oprogramowanie open source. 220

8. Podsumowanie.. 225

Literatura.. 227