Przegląd metod stosowanych w analizach efektywności energetycznej

Autorzy: Kinga Wesołowska, Sławomir Bielecki - Politechnika Warszawska, Wydział

Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa, Instytut Techniki Cieplnej im. B. Stefanowskiego

(„Energetyka” – kwiecień 2018)

Zadaniem audytingu energetycznego jest pozyskanie wiedzy o profilu zużycia energii

przedsiębiorstwa, a równocześnie określenie sposobu jej oszczędności. Wymagania w

zakresie polityki klimatycznej oraz dotyczące ochrony środowiska stały się

nieodłącznymi elementami kształtującymi sektor produkcji przemysłowej i energetyki.

Rzadziej na celownik przepisów wdrażających politykę klimatyczną Unii Europejskiej (UE)

brane są przedsiębiorstwa branży handlowej i usługowej. Regulacje dotyczące audytu

energetycznego przedsiębiorstwa i audytu efektywności energetycznej zawarte w dyrektywie

2012/27/UE w sprawie efektywności energetycznej stanowią wyraźne odstępstwo od tej

zasady. Artykuł 8.4 wspomnianej Dyrektywy obliguje państwa członkowskie do

wprowadzenia przepisów zobowiązujących każde duże przedsiębiorstwo do wykonywania

regularnych audytów energetycznych. Krajowe przepisy mogą zwalniać z tego obowiązku

przedsiębiorców posiadających wdrożony system zarządzania energią lub środowiskiem,

który jest certyfikowany przez niezależny podmiot, zgodnie z właściwymi normami eu-

ropejskimi lub międzynarodowymi. Na zwolnienia mogą liczyć przedsiębiorstwa

uczestniczące w systemie EMAS (ang. Eco--Management and Audit Scheme) lub z

wdrożonym systemem zarządzania energią zgodnie z normą ISO 50 001 lub jeżeli w ramach

systemu EMAS przeprowadzono badanie profilu energetycznego ISO 14 001. System EMAS

to system Ekozarządzania i Audytu, wyróżniający podmioty doskonalące efekty swojej dzia-

łalności środowiskowej w sposób ciągły, wychodząc poza zakres minimalnej zgodności z

przepisami.

Unia Europejska zamierza do 2020 roku osiągnąć cel zakładający zwiększenie efektywności

energetycznej o 20 procent. Z tego względu Polska zobowiązała się do oszczędności energii

finalnej na poziomie 4,04 mln toe (ton oleju ekwiwalentnego, 1 Mtoe = 11 630 GWh) w

latach 2014-2020. Przygotowana ocena przewidywanych skutków wprowadzenia nowej

ustawy o efektywności energetycznej przez Ministerstwo Gospodarki szacuje, że obowiązek

sporządzenia audytu energetycznego może objąć ponad 2500 dużych przedsiębiorstw w

Polsce. Koszt sporządzenia audytu energetycznego może sięgać do kilkuset tysięcy złotych, a

niekiedy (w zależności od specyfiki przedsiębiorstwa) nawet przekraczać milion złotych [1].

Audyt efektywności energetycznej

Audyt efektywności energetycznej jest wymagany w przypadku, gdy przedsiębiorstwo jest

zainteresowane wydaniem świadectwa efektywności energetycznej oraz uzyskaniem wsparcia

finansowego na ten cel. Audyt uzasadnia wielkość oszczędności energetycznej

przewidywanej w wyniku realizacji tego przedsięwzięcia.

Jeśli przedsiębiorstwo posiada już świadectwo efektywności energetycznej i zrealizowało

przedsięwzięcie służące poprawie efektywności energetycznej, to również zobligowane jest

do sporządzenia audytu efektywności energetycznej w celu potwierdzenia, że deklarowana

oszczędność energii została osiągnięta.

Audyt efektywności energetycznej jest koniecznym dokumentem, który wraz z wnioskiem o

wydanie świadectwa efektywności energetycznej (tzw. białego certyfikatu) jest zgłaszany dc

Urzędu Regulacji Energetyki (URE). Jego zakres musi określać przedsięwzięcie służące

poprawie efektywności energetycznej i uzasadniać je pod względem efektów energetycznych,

ekologicznych i ekonomicznych. Audyt jest również podstawą dc pozyskania wsparcia

finansowego na realizację przedsięwzięć polegających na redukcji zużycia lub strat energii

[2].

Audyt energetyczny przedsiębiorstwa

Audyt energetyczny jest ustawowym obowiązkiem dużych przedsiębiorstw, dotyczy zużycia

energii w każdej postaci, ale nie jest związany z systemem białych certyfikatów.

Zgodnie z zapisami Ustawy o efektywności energetycznej z dnia 20 maja 2016 r., która

weszła w życie 1 października 2016 r., każde duże przedsiębiorstwo działające na terę nie

Polski ma obowiązek wykonywania okresowych audytów energetycznych. Pierwszy audyt

należało wykonać w terminie 12 miesięcy od wejścia w życie ustawy (czyli do 30 wrześnie

2017 r.). Przedsiębiorstwa są zobowiązane powiadomić Prezesa URE o przeprowadzonym

audycie energetycznym w terminie 30 dni oraz powtarzać audyt co 4 lata. Ustawa daje

alternatywne rozwiązania zwalniające przedsiębiorców z przeprowadzania obowiązkowych

audytów energetycznych:

1) wdrożenie Systemu Zarządzania Energią zgodnego z wymaganiami normy ISO 50 001 i

przeprowadzeniem audytu energetycznego w ramach tego systemu,

2) wdrożenie Systemu Ekozarządzania i Audytu (EMAS), europejskiego systemu zarządzania

środowiskowego i przeprowadzeniem audytu energetycznego w jego ramach.

Ustawa nie nakłada obowiązku realizacji przedsięwzięć służących poprawie efektywności

energetycznej. Celem audytu energetycznego przedsiębiorstwa jest ocena konsumpcji energii

oraz dostarczenie informacji o tych obszarach, w których możliwe jest zmniejszenie jej

zużycia lub obniżenie strat. Przedsiębiorca sam podejmuje decyzję czy będzie przeprowadzał

działania modernizacyjne wskazane w raporcie z audytu energetycznego. Przedsiębiorca jest

zobligowany do przechowywania danych z audytu przez 5 lat. Za niedopełnienie obowiązku

przeprowadzenia audytu energetycznego określono karę finansową, która może wynosić

nawet do 5% przychodu uzyskanego w poprzednim roku podatkowym przez przedsiębiorstwo

[3].

Efektem końcowym audytu jest raport, przedstawiający wyniki oraz zawierający propozycje

przedsięwzięć podjętych w celu obniżenia zużycia energii. Zaproponowane działania poparte

są analizą wskaźników finansowych. Zgodnie z art. 38 Ustawy do zawiadomienia Prezesa

URE o przeprowadzonym audycie energetycznym przedsiębiorstwa należy dołączyć jedynie

informacje o możliwych do uzyskania oszczędnościach energii. Według wzoru

zawiadomienia należy podać [2, 3]:

• średnioroczne oszczędności energii finalnej w tonach oleju ekwiwalentnego (toe),

• okres uzyskiwania oszczędności.

Poniżej przedstawiono charakterystykę najpopularniejszych metod stosowanych w analizach

efektywności energetycznej oraz określania możliwych oszczędności.

Metody stosowane w analizach efektywności energetycznej

Metodologia pinch

Zastosowanie metody pinch opiera się na minimalizowaniu zużycia energii w procesach przez

obliczenie wykonalnych termodynamicznie celów energetycznych i ich osiąganie przez

optymalizację systemów odzysku ciepła, metod dostaw energii oraz warunków działania

procesu.

Wszystkie procesy składają się z gorących i zimnych strumieni. Gorący strumień jest

określany jako wymagający chłodzenia, a zimny jako taki, który wymaga ogrzewania. Dla

każdego procesu można wytyczyć jedną krzywą na wykresie temperatura-entalpia, która

reprezentuje albo wszystkie gorące, albo wszystkie zimne strumienie procesu. Jedna krzywa

reprezentująca wszystkie strumienie gorące lub strumienie zimne jest nazywana odpowiednio

gorącą krzywą złożoną lub zimną krzywą złożoną. Rysunek 1 pokazuje wykreślone na tym

samym schemacie temperatury-entalpii gorącą i zimną krzywą złożoną. Schemat ten

informuje o całkowitych wymaganiach dotyczących ogrzewania i chłodzenia procesu.

Gorąca krzywa złożona może być wykorzystana do podgrzewania zimnej krzywej złożonej

przez wymianę ciepła pomiędzy procesami przez wymiennik. Krzywe częściowo pokrywają

się wzdłuż osi entalpii, w obszarach, w których się nie pokrywają wymagają zewnętrznego

grzania lub chłodzenia - górna część zimnej krzywej wymaga zewnętrznego źródła ciepła

(QH,min), a dolna część gorącej krzywej złożonej wymaga zewnętrznego chłodzenia (Qc,min).

Są one nazywane jako gorące i zimne cele mediów. Punkt, w którym krzywe znajdują się

najbliżej punktu styczności, określany jest jako pinch. Na pinch krzywe są rozdzielone przez

minimum temperatury podejścia Tmin. Dla tej wartości Tmin, pokrywające się regiony

pokazują maksymalną dopuszczalną wielkość wymiany ciepła przez wymiennik. Ponadto

QHmin i QCmin są minimalnymi wymaganiami mediów (czynnik grzewczy lub chłodniczy, np.

woda, para wodna, olej, glikol).

Po zidentyfikowaniu celów pinch i mediów procesu można zastosować trzy tzw. „złote

zasady" metodologii pinch [4]:

• ciepło nie może być przenoszone poprzez pinch,

• nie może być zewnętrznego chłodzenia powyżej pinch,

• nie może być zewnętrznego ogrzewania poniżej pinch.

Pierwsze aplikacje metodologii pinch miały miejsce w rafinacji ropy naftowej, produktach

petrochemicznych oraz zakładach chemicznych, gdzie wykazano oszczędności energii i

kapitału. Metodologia została również potwierdzona w szerokim zakresie procesów i branż, w

tym kogeneracji, farmaceutyki, celulozy i papieru, cementu, żywności, napojów i mleka (np.

kawy, piwa, lodów i produktów mleczarskich - tab. 1). Metodologię również stosowano w

różnego rodzaju procesach, w tym działania seryjnego, półciągłego i ciągłego, włączając

różne parametry pracy, takie jak różne surowce, sezonowe wahania popytu, wielorakie media

oraz ograniczenia jakości i ochrony środowiska.

Aby zastosować metodę pinch w procesach nieciągłych dane należy poddać ekstrakcji. Jeżeli

celem jest znalezienie oszczędności kosztowych (czyli oszczędności energii), niezbędne są

szczegółowe pomiary i czasy wszystkich strumieni procesów. Metodologia pinch może być

zastosowana dla wielu różnych branż stosujących procesy strumieniowe na różnych

poziomach temperatury. Jest stosowana przy projektowaniu nowych zakładów lub jednostek,

a także podczas planowania znaczących modernizacji lub szczegółowych badań zakładu,

takich jak analiza energii jednostek procesu, analiza zużycia mediów, w tym ciepła czy

analiza instalacji wodoru i wody. Metoda wykorzystywana w istniejących działaniach

powoduje pojawianie się regularnych korzyści z procesu, jak: poprawa elastyczności zakładu,

usuwanie „wąskich gardeł", zwiększenie wydajności i zredukowanie wpływu

zanieczyszczania [4].

Analiza entalpii i egzergii

Analiza energii (entalpii) oraz analiza egzergii to techniki oparte na określeniu przepływów

termicznych energii i egzergii badanego systemu oraz bilansu składników energii lub egzergii

połączonych przez te przepływy.

W celu wykonania tych analiz należy kierować się w szczególności wymienionymi poniżej

zasadami [4].

1. Granica analizowanego systemu (cały zakład lub jego część) musi być dokładnie określona.

2. Cały system musi zostać podzielony na części, połączony przepływami materii i energii.

3. Należy określić właściwości termodynamiczne przepływów: masa przepływu, ciśnienie,

temperatura, skład, moc na wale, przepływ ciepła itp. (pomiary dla rzeczywistych systemów,

symulacja dla budowanej instalacji).

4. Należy określić entalpię i egzergię przepływów (zgodnie z zasadami termodynamiki).

5. Należy wykorzystywać entalpię i egzergię do określenia innych parametrów, jak straty

energii w komponentach, nieodwracalność, wydajność.

Analizy energii i egzergii mogą być wykonywane równolegle i w tych samych jednostkach.

Analiza egzergii, mimo większej trudności w jej przygotowaniu, jest bardziej przydatna, po-

nieważ bezpośrednio wskazuje miejsca oszczędności energii, Analiza umożliwia ustalenie,

gdzie energia i egzergia są tracone oraz w jakich miejscach znajdują się punkty z

największym potencjałem do oszczędzania energii. Egzergia zależy od wszystkich

właściwości określających dany przepływ, więc można ją również wykorzystać do śledzenia,

gdzie i w jakiej ilości na terenie zakładu produkowane są zanieczyszczenia.

Istotna w wykorzystywaniu tych technik jest dostępność informacji na temat przepływów

systemu energetycznego. Pozyskuje się je za pomocą pomiarów w działających zakładach

oraz za pomocą symulacji na etapie projektowania. Z tego powodu dogłębność analizy jest

ograniczona. Techniki mają zastosowanie do każdego systemu termicznego. Główną ich

zaletą jest te że pozwalają na bezpośrednie porównywanie różnych zakładów. Ponadto,

analizy egzergii stanowią referencję (odwołanie bezwzględne) - idealny system to taki bez

nieodwracalności. Analiza może być też wykorzystana do oceny stanu działającego zakładu

na podstawie dostępnych pomiarów i porównania ich z wartościami projektu.

Termoekonomika

Technika analizy termoekonomicznej jest połączeniem pierwszej i drugiej zasady

termodynamiki z informacjami o prowadzonych kosztach na poziomie systemu. Techniki

pomagają zrozumieć cykl kształtowania się kosztów, minimalizować koszty produktu i

zaliczyć do kosztów więcej niż jeden produkt wyprodukowany w tym samym procesie.

Procesy wysoce nieodwracalne, jak spalanie, transfer ciepła, dławienie itp. mogą być

analizowane tylko przez analizy egzergii. Egzergia jest uniwersalną miarą zmiany i może

zostać uznana za przejście między termodynamiką i metodologią rachunku kosztów, bo

dotyczy intensywnych właściwości (ciśnienie, temper; tura, energia itp.), które można

zmierzyć. Analiza ekonomiczna umożliwia obliczenie kosztu paliwa, inwestycji, eksploatacji

i utrzymania instalacji. Termoekonomika szacuje koszty zużytych zasobów i koszty

nieodwracalności systemu w odniesieniu do całego procesu produkcji. Metodologia zwraca

uwagę na sposób, w jaki zasoby mogą być bardziej efektywnie wykorzystane. Koszty

finansowe określają ekonomiczny skutek nieefektywności i są stosowane do poprawy

opłacalności procesów produkcyjnych. Ocena kosztów strumieni przepływu i procesów w

zakładzie umożliwia zrozumienie procesu powstawania kosztów - od zasobów wsadowych do

produktów końcowych.

Korzyści obejmują głównie oszczędności energii, ale też redukcję zużycia surowców oraz

zmarnowanych materiałów. Analizy termoekonomiczne pomagają rozwiązać problemy

związane z kompleksowymi systemami energetycznymi, które nie mogły być rozwiązane za

pomocą konwencjonalnych analiz energetycznych.

Wśród innych zastosowań metody termoekonomicznej można wyróżnić [4]:

• racjonalne oszacowanie cen produktów zakładu (na podstawie kryteriów fizycznych);

• optymalizację zmiennych, w celu zminimalizowania ostatecznego kosztu produktu

(optymalizacja globalna i lokalna);

• wykrywanie nieefektywności oraz obliczanie ich skutków ekonomicznych w

działających zakładach (diagnoza termo-ekonomiczna działania zakładu);

• analizy w ramach audytów energetycznych.

Life Cycle Assessment (LCA)

Life Cycle Assessment (ocena cyklu życia) to proces oceny efektów, jaki dany wyrób

wywiera na środowisko podczas całego życia za sprawą zużycia zasobów i obciążeń dla

środowiska. Oceniać można zarówno wyrób jak i funkcję. LCA jest traktowane jako „analiza

od kołyski po grób". Do jej podstawowych elementów należą:

• identyfikacja i ocena ilościowa obciążeń środowiska (zużytych materiałów i energii

oraz emisji i odpadów wprowadzonych do środowiska),

• ocena potencjalnych wpływów tych obciążeń,

• szacowanie dostępnych opcji w celu zmniejszenia obciążeń.

LCA orientuje badanie wpływu systemu produktu na środowisko w obszarze zużycia

zasobów, jakości ekosystemu i zdrowia ludzkiego. To proces gromadzenia i oceny wejść,

wyjść oraz potencjalnych wpływów na środowisko.

Celem badań jest jednoznaczne określanie zamierzonego zastosowania, powodów realizacji

badań oraz odbiorcy, do którego kierowane są wyniki. Istnieją trzy poziomy szczegółowości

LCA: koncepcyjny, uproszczony i szczegółowy. Zakres badań definiowany jest przez system

wyrobów (procesy jednostkowe), jego granice i jednostkę funkcjonalną (najmniejsza

jednostka przyjęta do badań stanowiąca ilościowy efekt systemu produkcji LCA).

Głównym zadaniem jednostki funkcjonalnej jest uzyskanie odniesienia dla normalizowania

danych wejściowych i wyjściowych systemu, dlatego powinna być ona jasno zdefiniowana i

mierzalna. Najprostszymi jednostkami funkcjonalnymi są jednostki fizyczne, jak: metr, dżul,

kilogram, sekunda, kelwin itp. Mogą to być również pojedyncze urządzenia/maszyny czy

jedna z funkcji tego urządzenia lub powierzchnia do zagospodarowania, dla których ustala się

przepływ materiałów i energii. Pojedyncze jednostki mogą być łączone w złożone, np.

tonokilometr (transport), m2xrok, lumen x rok itd. Jednostka funkcjonalna musi być dobrana

w odpowiedni sposób do celu analizy. Przykładowo, dla systemu transportu:

• w ograniczonym zakresie można porównać system transportu na bazie określonego

dystansu, np. porównując efekt ekologiczny osobokilometrów w samochodzie i

osobokilometrów w pociągu;

• w poszerzonej definicji można porównać efekty ekologiczne dla dwu osób

podróżujących na tę samą odległość, używających samochodu i transportu

publicznego w ciągu miesiąca (w tym przypadku do analizy można włączyć

pociągi, autobusy, rowery);

• w bardzo szerokiej definicji można zastosować bieżącą miesięczną czynność

poruszania się dwóch osób - właściciela samochodu i osoby nieposiadającej

samochodu.

W wielu dokumentach UE znajdują się postulaty o konieczności stosowania metody jak LCA,

np. Dyrektywa dotycząca odpadów (Dyrektywa 2008/98/WE) [6]. W polityce ekologicznej

Unii Europejskiej postępowanie LCA stosuje się w promowaniu rozwoju rynku produktów i

procesów przyjaznych dla środowiska (Zintegrowana Polityka Produktowa- zamówienia

publiczne, znakowanie ekologiczne, system zarządzania środowiskowego, gospodarka

odpadami).

Celem Zintegrowanej Polityki Produktowej (ZPP) UE jest poprawa spójności działań na rzecz

bardziej ekologicznych produktów, łączących zmniejszone negatywne działanie na

środowisko z poprawą pełnienia swojej funkcji dla konsumenta poprzez zastosowanie

najbardziej odpowiednich narzędzi politycznych i zaangażowanie interesariuszy [7].

Znakowanie ekologiczne wiąże się z oznakowaniem produktów spełniających rygorystyczne

kryteria ekologiczne, które w sposób szczególny przyczyniają się do ochrony środowiska [8].

Celem wdrożenia systemu zarządzania środowiskowego określonego w normie ISO 14001

jest uzyskanie poprawy efektów działalności środowiskowej [9].

VSM Value Stream Mapping

Mapowanie strumienia wartości to technika lean manufacturing stosowana do analizy i

określenia przepływu przez proces produkcyjny materiałów oraz istotnych informacji dla

tworzenia wartości dodanej do produkcji lub usługi z perspektywy klienta. Celem podejścia

jest dostosowanie przedsiębiorstwa do rynkowych warunków zarządzania poprzez

uproszczenie procesów oraz przepływów, w celu uniknięcia marnotrawstwa [10].

W koncepcji lean manufacturing takie czynności, które nie przyczyniają się do zwiększenia

wartości wyrobu z punktu widzenia klienta, a mają swój udział w kosztach, są elementami

marnotrawstwa, a to oznacza wysokie koszty i długie czasy realizacji oraz długie czasy

dostawy. Eliminacja marnotrawstwa prowadzi do minimalizacji kosztów i w krótszym czasie

realizacji. Jedną z technik wspomagającą proces eliminacji marnotrawstwa jest mapowanie

strumienia wartości (Value Stream Mapping, VSM). Strumieniem wartości są wszystkie

elementy procesu konieczne do wytworzenia usług lub produktów podobnych pod względem

technologii realizacji.

Rysunek 4 przedstawia zapis czynności w trakcie „wędrówki" wyrobu przez proces

wytwarzania. Analiza procesów jako strumieni wartości może określić, które z nich są

dochodowe dla przedsiębiorstwa. Ułatwia to wskazanie obszarów nieopłacalnych, które

powinny ulec zmianom. Mapowanie strumienia wartości pomaga również rozpoznać procesy

krytyczne, których realizacja ma istotny wpływ na wynik działalności całego

przedsiębiorstwa. Metoda pozwala przedstawić stan obecny systemu wytwarzania i stany

przyszłe. VSM wspiera tworzenie efektywnych systemów produkcyjnych, co oznacza

podejmowanie działań o dużo większej skali i zakresu niż tylko doskonalenie pojedynczych

procesów. Przedsiębiorstwo może stosować tę metodę wdrażając usprawnienia mające na celu

eliminację marnotrawstwa oraz źródeł jego powstawania.

Mapowanie strumienia wartości może przynieść firmie ogromne korzyści, przykładowo:

• pomaga w zobrazowaniu strumienia wartości nie tylko na poziomie pojedynczego

procesu - pomaga zobaczyć przepływ, za pomocą którego można będzie szybko

reagować na zmieniające się potrzeby klientów;

• pomaga nie tylko w dostrzeganiu marnotrawstwa, ale także pomaga dostrzec jego

przyczynę;

• dostarcza odpowiedniego języka, wspólnego dla całej organizacji, do omawiania

wszelkich procesów (język graficzny).

• łączy w całość koncepcje i techniki lean management, zapobiega ich doraźnemu

stosowaniu i ustala właściwą kolejność ich wdrażania.

Technika mapowania strumienia wartości polega na graficznym opisywaniu, jak wygląda

przepływ wartości z perspektywy klienta w procesach wewnętrznych organizacji. Celem

całego przedsięwzięcia jest zaprojektowanie takiego łańcucha dostaw którego procesy

związane z danym klientem charakteryzują się ciągłym przepływem lub systemem ssącym

oraz możliwe jest dostarczanie klientowi dokładnie tego, czego potrzebuje, w odpowiedniej

ilości i w odpowiednim czasie. Metoda ta, dzięki graficznemu przedstawieniu danych,

pozwala szybko odnaleźć miejsca, których optymalizacja znacząco wpłynie na skrócenie

czasu procesu [12].

Metoda DEA

Metoda DEA (Data Envelopment Analysis) pozwala na badanie efektywności w

przekształceniu nakładów na efekty. Efektywność w tej metodzie zdefiniowana jest jako

stosunek ważonych efektów do sumy ważonych nakładów. Oparta jest na programowaniu

liniowym i służy do pomiaru relatywnej efektywności badanych obiektów w sytuacji, w której

przez istnienie wielu nakładów i wielu efektów pomiar efektywności jest utrudniony. Miarą

porównawczą w tej metodzie jest różnica efektywności, ponieważ mierzenie efektywności

polega na określeniu odległości pomiędzy danymi punktami a produktywnością graniczną

[13].

Metoda DEA ma wiele cech wspólnych z metodą znaną jako funkcja produkcji. Funkcja

produkcji to funkcja wielu zmiennych, obrazująca zależność pomiędzy wielkością produkcji a

nakładami czynników produkcji. W obu metodach analizowana jest zależność pomiędzy

efektami i nakładami oraz konstruowana jest krzywa zależności efektów i nakładów

(określana jako krzywa produkcji lub krzywa nakładów).

W przypadku funkcji produktu wymagana jest znajomość zależności funkcyjnych pomiędzy

nakładami i efektami. Metoda DEA nie wymaga natomiast wiedzy o takich zależnościach.

W metodzie DEA krzywa efektywności jest definiowana na podstawie danych empirycznych

każdego obiektu (a nie jak w przypadku funkcji produkcji na podstawie estymacji parame-

trów). Obliczona efektywność jest efektywnością względną (mierzoną względem innych

obiektów). Dodatkowo w metodzie tej liczba badanych obiektów nie musi być duża w celu

uzyskania wiarygodnych wyników. Stosując empiryczne wielkości nakładów i efektów

poszukuje się dla danego obiektu (zwanego zwykle jednostką decyzyjną i oznaczanego

skrótem DMU - Decision Making Unit, tj. np. przedsiębiorstwa, instytucji publicznej, szkoły,

biblioteki, szpitala) wag maksymalizujących efektywność. W rezultacie chodzi o wyznaczenie

efektywności konkretnych obiektów względem całej ich grupy.

Ilustracją graficzną metody DEA jest częściowo liniowa funkcja łącząca najbardziej

efektywne jednostki decyzyjne. Jednostki, które znajdą się na krzywej uznaje się za

efektywne, a ich efektywność, oznaczana , równa się jeden ( = 1). Jednostki decyzyjne

leżące poniżej krzywej efektywności są nieefektywne, ich efektywność wynosi 1 - . Dla

jednostek nieefektywnych wskaźnik efektywności jest mniejszy od 1, co pozwala na po-

równywanie tych jednostek (porównanie takie nie jest możliwe w przypadku jednostek

efektywnych = 1) [13].

Poniższy przykład zastosowania metody DEA oparty jest na pięciu jednostkach decyzyjnych

(tzn. organizacjach jak np. uczelnie wyższe, szpitale, banki). Przyjęto w nim, że badaniu

podlega jeden nakład i jeden efekt generowany przez poszczególne jednostki [13]. Dane oraz

kroki procedury wyznaczania wskaźnika efektywności względnej zestawiono w tabeli 2.

Pierwsze trzy kolumny tabeli 2 to wyszczególnienie danych. W czwartej kolumnie

zaprezentowano sposób obliczenia wskaźnika efektywności oraz wynik obliczeń. Ostatnia

kolumna to wielkość wskaźnika efektywności względnej. Wskaźnik efektywności względnej

został obliczony jako iloraz efektywności danej jednostki decyzyjnej i największej

efektywności uzyskanej przez badane organizacje, czyli wartości wskaźnika efektywności tej

jednostki, która najefektywniej przekształca nakłady w efekty.

W ten sposób określono udział efektywności danej organizacji w efektywności najlepszej z

możliwych wśród badanych organizacji. Procentowa efektywność względna dla organizacji

efektywnej, czyli najlepszej w badanej grupie (tzw. benchmark, wzorzec), wynosi

odpowiednio 100% lub po prostu równa się jeden. Jednostki decyzyjne, dla których wskaźnik

efektywności względnej jest mniejszy od jeden (mniejszy niż 100%) są nieefektywne [13].

Rysunek 5 prezentuje ilustrację graficzną tego przykładu. Jednostka efektywna w badanej

grupie (tutaj A) wyznacza granicę efektywności. Na rysunku 5 to punkt, przez który prze-

chodzi granica efektywności. Wielkość wskaźnika efektywności jednostki A stała się

podstawą do obliczania wskaźników efektywności względnej wszystkich badanych

organizacji. Dla jednostek nieefektywnych to granica odniesienia, względem której mogą one

poszukiwać kierunków zmian dotyczących poziomu nakładów lub efektów. Celem jest

dokonanie takich zmian, by w rezultacie stać się jednostką efektywną (znaleźć się na granicy

efektywności). Granica efektywności w analizowanym przykładzie składa się z takich

punktów, dla których iloraz efektu do nakładu jest stały i równa się 10. Prezentowany

przykład obrazuje podejście do efektywności stosowane w metodzie DEA. W rzeczywistości

sytuacja zaprezentowana na przykładzie występuje niezwykle rzadko lub wcale. Częściej

natomiast ma miejsce sytuacja, w której pojawia się zarówno wiele nakładów jak i efektów.

Sposób postępowania jest taki sam, jak w przykładzie, z tym, że mnogość danych komplikuje

graficzne ujęcie wyników (dlatego w przykładzie liczba nakładów i efektów została

ograniczona) [13].

Zainteresowanie metodą znajduje odzwierciedlenie zarówno w literaturze jak i w aplikacjach

praktycznych. Widoczna jest rosnąca różnorodność aplikacji praktycznych tej metody w celu

oceny działalności podmiotów gospodarczych reprezentujących trzy główne sektory

działalności człowieka (tj. sektor publiczny, prywatny, non-profit). Zastosowania metody

dotyczą oceny efektywności funkcjonowania takich organizacji, jak uniwersytety, miasta,

szpitale, sądy, organizacje biznesowe, non-profit, biblioteki. Metoda ze względu na

uniwersalność i relatywnie niewielką liczbę założeń jest dla wielu organizacji i badaczy

skuteczną alternatywą pomiaru oraz analizy efektywności organizacji (szczególnie w

sytuacjach, w których nie można zastosować metod statystycznych czy ekonometrycznych).

Stanowi również coraz częściej podstawę badań naukowych prowadzonych przez naukowców

różnych krajów [13].

Podsumowanie

Istnieje wiele metod stosowanych do oceny efektywności energetycznej. Przy wyborze

odpowiedniej należy kierować się nie tylko zamierzonym do osiągnięcia efektem, ale również

ilością oraz jakością dostępnych danych podlegających analizie. Niektóre z metod, jak pinch,

analiza entalpii i egzergii oraz termoekonomika wymagają szczególnego zakresu danych.

Dedykowane przez to są branży energetycznej i przemysłowej, gdzie stale monitorowany

proces produkcji jest wystarczająco opomiarowany. Tymczasem, metody LCA, VSM i DEA

są bardziej ogólne i uniwersalne i można je zastosować zarówno do branży

handlowo-usługowej, jak i branż specjalistycznych. Często te techniki wykorzystywane są do

projekcji działania planowanej inwestycji czy planowanej modernizacji. Dodatkowo niektóre

z technik oprócz oceny aspektów środowiskowych związanych z systemem wyrobów lub

usług określają również sposób zmniejszenia zagrożenia środowiska naturalnego. Przede

wszystkim wszystkie metody mają jedną wspólną cechę, gdyż prowadzą do zmniejszenia

marnotrawstwa, a tym samym sprzyjają efektywniejszemu wykorzystaniu surowców natural-

nych. Mimo że, iż Ustawa o efektywności energetycznej nie nakłada obowiązku wykonania

zaleceń zawartych w analizach efektywności energetycznej to przedsiębiorstwa, w których są

przeprowadzane tego typu analizy powinny decydować się na ich realizację w celu

zmniejszenia potencjalnych strat oraz pozyskania większych oszczędności.

Artykuł współfinansowany ze środków Programu Ramowego Unii Europejskiej HORYZONT

2020 w ramach realizacji Projektu INNOPA-THS: lnnovation pathways, strategies and

policies for the Low-Carbon Transition in Europe, Contract no. 730403

PIŚMIENNICTWO

[1] Lecz Ł.., Audyt energetyczny - którzy przedsiębiorcy muszą przeprowadzić, portal

www.rp.pl, luty 2016.

http://www.rp.pl/Firma/302129968-Audyt-energetyczny—ktorzy-przedsiebiorcy-musza-prze

prowadzic.html

[2] Głuszek A., Audyt energetyczny a audyt efektywności energetycznej - doświadczenia UDT,

portal www.cire.pl, listopad 2017.

http://www.cire.pl/item,154635,13,1,4,0,315691.0,audyt-ener-getyczny-a-audyt-efektywnosci

-energetycznej---doswiadcze-nia-udt.html#komentarz

[3] Ustawa z dnia 20 maja 2016 r. o efektywności energetycznej. DzU z 2016 poz. 831.

[4] Komisja Europejska, Dokument referencyjny na temat Najlepszych Dostępnych Technik w

zakresie Efektywności Energetycznej, luty 2009. https://ippc.mos.gov.pl/ippc/custom/ENE_

Adopted_12.pdf

[5] Wach A.K., Metoda oceny cyklu życia (LCA) jako podstawa komputerowo wspomaganej

oceny wyrobu. Przemysłowy Instytut Elektroniki, Warszawa 2002.

[6] Kulczycka J., Ocena cyklu życia LCA - metodyka i zastosowanie, IGSMiE PAN, Kraków

2007. https://min-pan.krakow.pl/pbs/ lca/3.pdf

[7] http://ec.europa.eu/environment/ipp/index_en.htm

[8] https://europa.eu/youreurope/business/environment/eco-label/ index_pl.htm

[9] https://iso14001.wroc.pl/czym-jest-iso-14001/

[10] Jóźwiakowki P., Lean Management - metoda racjonalnego zarządzania produkcją.

„Zeszyty Naukowe DWSPiT", Studia z Nauk Technicznych 2015 (4), s. 33-46.

[11] Liker J., The Toyota Way: 14 Management Principles from the World's Greatest

Manufacturer

[12] Fundacja Govemica, Mapowanie strumienia wartości, portal www.governica.com.

https://www.governica.com/Mapowanie_ strumienia_wartości

[13] Czyż-Gwiazda E., Koncepcje pomiaru efektywności funkcjonowania organizacji -

zastosowanie metody DEA w ocenie efektywności organizacji, Zarządzanie i Finanse, Journal

of Management and Finance, Vol. 11, No. 1, Part 1, marzec 2013.