Bilansowanie pracy Krajowego Systemu Elektroenergetycznego (KSE) staje się coraz większym wyzwaniem. Według Urzędu Regulacji Energii (URE) przedsiębiorstwa energetyczne do 2036 r. planują oddanie do użytku łącznie ponad 22 GW nowych mocy wytwórczych. Najwięcej dostarczą bloki gazowe (9,8 GW), fotowoltaika (5,7 GW) oraz morskie farmy wiatrowe (5,2 GW). Pozostałe 1,3 GW nowych mocy dostarczą inne elektrownie. Jednocześnie z użytkowania ma zostać wycofanych ok. 20 GW, głównie z bloków na węgiel kamienny i brunatny. Jednak choć ogólny bilans mocy będzie na plusie, to perspektywy są znacznie mniej optymistyczne, gdy pod uwagę weźmie się współczynniki dyspozycyjności elektrowni wiatrowych i słonecznych. Bo są one dla wiatru i słońca z natury znacznie gorsze niż dla gazu i węgla – zgodnie z oklepanym już komentarzem „nie wieje i nie świeci”, czyli kiedy z zainstalowanych nominalnie 22 GW mocy otrzymamy ok. 12,6 GW wyprodukowanej energii elektrycznej. W naszych warunkach klimatycznych zainstalowane 1000 MW fotowoltaiki to odpowiednik 100 MW elektrowni węglowej, czyli mniej więcej 10 procent. Mamy niewątpliwy, a ujemny efekt transformacji energetycznej postępującej również w Polsce.

Coraz większe wyzwanie

URE podkreśla, że spadek mocy pochodzącej ze stabilnych źródeł (przecież z węgla jednak rząd premiera Mateusza Morawieckiego musi rezygnować, świadczą o tym poważne problemy z NABE) będzie stanowić coraz większe wyzwanie dla Polskich Sieci Elektroenergetycznych (PSE), odpowiedzialnych za bilansowanie i bezpieczeństwo pracy KSE. Konieczne będzie nie tylko utrzymanie istniejących już mechanizmów mocowych, ale też wprowadzanie nowych rozwiązań rynkowych. Takich jak usługi elastyczności w sieci oraz tzw. zarządzanie popytem na energię. Czy te nowe rozwiązania to nieuchronne ograniczenia zużywania energii elektrycznej – o określonych porach doby/tygodnia, albo planowane wyłączenia – trudno na razie przewidzieć. Ale należy się domyślać. Ulubione określenie polityków unijnych „zarządzanie popytem” nie ma nic wspólnego z gospodarką rynkową. Popyt jest zjawiskiem niezależnym od władz w Brukseli, popyt to bodziec z rynku, napędzający produkcję. Obecnie chodzi o działania antyrynkowe, ci politycy powinni używać terminu „zarządzanie zapotrzebowaniem”, co w istocie znaczy ograniczanie popytu i jest wyzwaniem dla gospodarki rynkowej.

Problemy z nadmiarem energii ze źródeł odnawialnych

Ostatnio mieliśmy problemy z przyjęciem nadmiaru prądu z odnawialnych źródeł energii, jaki zaczyna występować w Polsce i innych krajach Unii Europejskiej. Wszędzie, gdzie rosną moce zainstalowane odnawialnych źródeł energii, musi pojawić się pytanie: co dalej? Czy jest sens nadal inwestować miliardy w budowę nowych instalacji OZE, kiedy już obecnie system elektroenergetyczny nie jest w stanie przyjąć ich produkcji? Jak spełnić w Polsce nasze cele polityki energetycznej na poziomie 32 proc. energii z OZE w 2030 roku, kiedy obecnie przy produkcji niewiele większej od 20 proc. trzeba wyłączać źródła energii odnawialnej. Ku rozpaczy tysięcy prosumentów, którym obiecano, że inwestycja w panele solarne zwróci się szybko, bo „rząd kupi od nich energię”.

W Polsce tylko w kwietniu 2023 roku operator sieci dwukrotnie był zmuszony do redukowania produkcji energii przez źródła odnawialne.

Sytuacje, w których system elektroenergetyczny nie jest w stanie przyjąć energii ze źródeł odnawialnych, będą występowały coraz częściej, w miarę jak wzrośnie udział OZE w produkcji energii. Nie ma obecnie innych technicznych sposobów, aby awarii spowodowanej nadmiarem energii zapobiegać oprócz wyłączania instalacji OZE, co prowadzi do znacznego marnotrawstwa zainwestowanych środków i subsydiów oraz protestów poszkodowanych prosumentów.
Dyskusja w mediach po przymusowych wyłączeniach OZE sprowadzała się do wskazywania rozwiązań niestety mało skutecznych. Postulowano przede wszystkim rozwój sieci elektroenergetycznej, budowanie magazynów energii oraz szerszy zakres stosowania sterowania odbiorami. Wszystkie te rozwiązania wynikają z żałośnie uproszczonego postrzegania zasad funkcjonowania systemów elektroenergetycznych lub z zupełnego braku wiedzy o zasadach działania elektroenergetyki.

Sieć elektroenergetyczna to system linii przesyłowych, dystrybucyjnych, transformatorów, przekładników prądowych i napięciowych oraz odpowiednich zabezpieczeń. Sieć może przesłać energię elektryczną ale nie jest w stanie jej magazynować. Jej rozwój – to tzw. sieć inteligenta, która według zielonych entuzjastów OZE nie będzie ulegać awarii wskutek nadmiaru przekazanej energii od producentów – ma po prostu zapewnić przesyłanie nadmiaru energii z jednego miejsca do drugiego. – Tyle że nadmiar będzie występował wszędzie w sieci, nie będzie więc realnych redukcji strat związanych z przesyłem nadmiaru energii elektrycznej „na inny segment sieci”. Mówiąc bardziej prosto: – Sieć elektroenergetyczna to tylko „druty”, a transformatory to też „druty”. Tyle że w oleju, cudów nie można po nich się spodziewać – komentuje ekspert prof. dr hab. Władysław Mielczarski na portalu Biznes Alert.pl.

OZE: prądu nic, a czasem za dużo

Odnawialne źródła energii często zawodzą, bo są z natury niestabilne. Często nie produkują nic. Często produkują za dużo, a nawet o wiele za dużo energii. I tego w żaden sposób zmienić się nie da. W przypadku nadmiaru energii z OZE, tak jak mieliśmy z tym dwukrotnie do czynienia właśnie w 2023 roku w kwietniu, operatorzy sieci zmniejszają produkcję farm wiatrowych i fotowoltaicznych, ponieważ jest to najprostsze. Znacznie lepsze dla systemu elektroenergetycznego byłoby ograniczenie produkcji prądu przez prosumentów, ale jest to bardzo trudne. Po pierwsze – technicznie, po drugie – przywileje, jakie mają prosumenci, powodują, że są oni w praktyce niesterowalni. Prosumenci to energetyczny chaos, zależny od pogody. Nie muszą uzyskiwać zgody na przyłączenie instalacji do sieci, mogą wytwarzać energię w dowolnej wielkość i czasie, ogranicza ich jedynie wielkość instalacji i ewentualnie działanie falowników sąsiadów-prosumentów. Niesterowalne instalacje prosumentów mogą doprowadzić do awarii systemu przesyłu, a nawet do blackoutu. Sytuacje, w których system elektroenergetyczny nie jest w stanie przyjąć energii ze źródeł odnawialnych, będą występowały coraz częściej.

Magazyny energii?

Równoważenie bilansu energii przy wiodącej roli OZE jest możliwe dzięki elektrowniom konwencjonalnym – węglowym, gazowym, jądrowym. Jednak program Fit for 55 dla całej Unii Europejskiej przewiduje konsekwentną dekarbonizację. Właśnie mocno przyspieszaną. Jeśli nie dojdzie do zasadniczych zmian w wyniku wyborów do Parlamentu Europejskiego oraz nowej kadencji w organach UE, to już w niedalekiej perspektywie wykluczona zostanie energetyka węglowa i gazowa. Coraz bardziej wątpliwe, czy bez tych kadencyjnych zmian będzie w UE zgoda na elektrownie jądrowe. Natomiast cała Komisja Europejska jest solidnie zorientowana na magazynowanie energii.

Nowy utopijny program – magazyny energii

Jak dotychczas wprowadzony kilka lat temu mechanizm rynku mocy przyczynił się przede wszystkim do utrzymania istniejących bloków węglowych i wsparcia inwestycji w nowe bloki na gaz. Jednak ostatnia aukcja główna z grudnia 2022 roku na rynku mocy przyniosła przełom – po raz pierwszy wystartowały w niej bateryjne magazyny energii. W ogromnym skrócie – magazyny energii mają w teorii przechowywać nadwyżki energii wytwarzane przez OZE, gdy pogoda pozwala w pełni wykorzystać moc zainstalowaną i nadwyżki energii wyprodukowanej w wiatrakach i fotowoltaice włącznie z prosumentami.

Właściwością energii elektrycznej jest praktycznie brak możliwości jej przechowywania. Banalna definicja z Wikipedii: „Musi być ona wytwarzana w momencie zapotrzebowania na nią”. Stosowane akumulatory są mało pojemne, mało wydajne. Przechowują nie energię elektryczną, tylko czynniki chemiczne, z których można odzyskać energię elektryczną. Należy właściwie mówić o „gromadzeniu energii”.

Jedynym racjonalnym środkiem gromadzenia energii są elektrownie szczytowo-pompowe. Niestety, wymagają one szczególnych warunków terenowych, więc możliwość ich instalowania jest ograniczona. Jednak dobrze, że właśnie pod koniec maja parlament uchwalił nowelizację ustawy dotyczącej tych elektrowni, ułatwiającej inwestycje w te obiekty.
Prowadzone są też prace nad gromadzeniem i przechowywaniem energii w postaci wodorowych ogniw paliwowych, w których będzie się odzyskiwać energię elektryczną, spalając wodór uprzednio pozyskany w procesie elektrolizy wody, elektrolizy wykorzystującej energię elektryczną. W tzw. zielonej technologii wodorowej będzie to wykorzystanie nadmiaru energii elektrycznej pozyskiwanej z OZE przy maksimum warunków pogodowych. Wodorowe ogniwa paliwowe mają dla polityki ochrony klimatu ogromną zaletę – wynik spalania wodoru to woda, a nie CO2.
Mamy mało opłacalne „magazyny”, czyli obiekty składające się z baterii. Obecnie najczęściej baterii litowo-jonowych, choć są również próby stosowania baterii innego rodzaju, np. sodowo-jonowych.

Nie wystarczą wielkoskalowe magazyny

Budowa wielkoskalowych bateryjnych magazynów energii przyspiesza zarówno w Europie, jak i w świecie. Według danych firmy konsultingowej LCP Delta, na które niedawno powoływał się anglojęzyczny portal Energy Storage News, w 2022 roku na naszym kontynencie uruchomiono ich na moc około 1,9 GW wobec 1,1 GW rok wcześniej. W 2023 roku spodziewany jest wzrost do 3,7 GW. Z kolei Bloomberg wyliczył, że w skali globalnej oddano do użytku 16 GW mocy. Proporcjonalnie do mocy zainstalowanej w OZE – zarówno w Europie, jak i na świecie – to śmiesznie za mało tych magazynów.

Bilansowanie pracy Krajowego Systemu Energetycznego stanie się coraz większym wyzwaniem w Polsce. Elektrownie fotowoltaiczne są w naszym kraju coraz bardziej popularne zarówno wśród prosumentów, jak i przedsiębiorstw. Sektor wielkoskalowych bateryjnych magazynów energii dopiero zaczyna raczkować, takie obiekty dopiero się przewiduje. Do sieci elektroenergetycznej w Polsce przyłączonych jest już ponad milion użytkowników. Przyłączanie nowych to coraz większe obciążenie i coraz większe ryzyko poważnych awarii. Do tego sytuacja „nie wieje, nie ma słońca” może trwać nie 30 minut, ale kilka dni, i tak długo będzie trwać zapotrzebowanie na rezerwę energii. Twierdzenie, że wystarczą zasoby „wielkoskalowych bateryjnych magazynów energii” z dodatkiem 10 proc. miksu energetycznego z elektrowni jądrowych to hipokryzja albo ściema.

Tekst pochodzi z 24 (1794) numeru „Tygodnika Solidarność”.