• <
kongsberg_mega_2020

Integracja sektorów energii w Polsce | Klucz do neutralności klimatycznej 2050

Strona główna Stocznie, offshore Integracja sektorów energii w Polsce | Klucz do neutralności klimatycznej 2050
Integracja sektorów energii w Polsce | Klucz do neutralności klimatycznej 2050 - GospodarkaMorska.pl
fot. pixabay

sons

28.07.2020 Źródło: Forum Energii

Przyszły miks energetyczny będzie zdominowany przez źródła odnawialne (OZE) o zerowych kosztach produkcji – farmy wiatrowe i fotowoltaikę. Obfitość taniej energii elektrycznej pozwoli na zastąpienie nią paliw kopalnych zarówno w ciepłownictwie jak i w transporcie. Efektywne zintegrowanie tych sektorów, w ramach jednego systemu energii, pozwoli na przezwyciężenie problemu, jakim jest zależność produkcji zmiennych OZE od warunków pogodowych.

Rynek energii - nieuchronność zmian


Nie trzeba nikogo przekonywać, że energetyka wchodzi w fazę głębokich przemian. Model scentralizowany, oparty na jednokierunkowym przepływie energii (od wytwórcy do odbiorcy) zastępowany jest modelem rozproszonym, w którym energia płynie w wielu kierunkach. Dotychczasowi odbiorcy powoli przestają być pasywnymi konsumentami energii, stając się aktywnymi uczestnikami rynku, biorącymi udział w bilansowaniu systemu i dostawach energii (jako prosumenci).

Proces zmian jest nieuchronny, ponieważ napędzają go silne czynniki fundamentalne, takie jak:

- Zmiany klimatyczne i zanieczyszczenie środowiska, generujące presję społeczną na zmiany,
- Digitalizacja i nowe technologie, powodujące utratę konkurencyjności wielkoskalowej energetyki,
- Ryzyko polityczne związane z dostępnością do kurczących się zasobów paliw kopalnych, wymuszające poszukiwanie alternatywnych źródeł energii.

Nadchodzi zatem era rozproszonego rynku wytwórców energii wykorzystujących dostępną energię odnawialną. Cechą charakterystyczną nowego modelu rynkowego zapewne będzie większa dynamika wahań cen energii, będąca konsekwencją dominacji niesterowalnych źródeł takich jak farmy wiatrowe czy fotowoltaika.  Zaletą tych źródeł energii są zerowe koszty operacyjne, ale wadą jest zależność produkcji od warunków pogodowych. Jednak integracja sektorów, o której mowa poniżej pozwoli na zniwelowanie skutków tego problemu i czerpanie pełnych korzyści z nieograniczonej dostępności do taniej energii.

Elektryfikacja - lepsza energia wypiera gorszą

Prawo Kopernika-Greshama mówi, że gorszy pieniądz wypiera lepszy. Reguła ta, można powiedzieć - niestety, obowiązuje w wielu dziedzinach życia, ale na szczęście nie w obszarze energii. Tu działa zasada całkowicie odmienna. Lepsza energia wypiera tę gorszą. Tak się dzieje od prehistorii. Od chwili gdy człowiek rozpalił pierwsze ognisko, ludzkość sięga po nowe, coraz efektywniejsze i czystsze źródła energii. Dzisiaj jesteśmy na kolejnym etapie cywilizacyjnej przemiany. Energia elektryczna, jako ta lepsza wchodzi po kolei do wszystkich dziedzin życia, zastępując energię zawartą w paliwach kopalnych. W ostatnich latach wyraźnie widać, że ten proces przyspiesza w ciepłownictwie i transporcie drogowym. Jesteśmy na początku drogi, ale „elektryfikacja ciepła i transportu” zaczyna nabierać tempa.

Jak wykazują analizy Forum Energii 1, w 2050 r. elektryfikacja spowoduje wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną w Polsce o około 70 TWh (e-transport – 50TWh, ogrzewanie – 20 TWh). Biorąc pod uwagę także zwiększenie zapotrzebowania pozostałych sektorów polskiej gospodarki, krajowe zużycie energii wzrośnie z obecnych 170 TWh do około 295 TWh.

Popatrzmy, jak może wyglądać miks mocy wytwórczych w Polsce w 2050, który zaspokoi przyszłe potrzeby energetyczne i porównajmy go z obecnym (rys. 1).

5f1ff77926e8c.jpg
Rys. 1. Struktura i wielkość mocy wytwórczych w polskim systemie energetycznym (Forum Energii na podstawie analiz Navigant)

Roczna produkcja wynosząca 295 TWh energii elektrycznej będzie wymagała czterokrotnego zwiększenia mocy źródeł wytwórczych w systemie elektroenergetycznym. Ktoś przyzwyczajony do scentralizowanego modelu rynku energii może pomyśleć, że to niewykonalne. I rzeczywiście, na pewno nie jest to możliwe wyłącznie przy udziale kilku dużych podmiotów zajmujących się obecnie produkcją energii. Pamiętajmy jednak, że zauważalnie zmienia się paradygmat funkcjonowania sektora. Nadchodzi era rozproszonej bazy wytwórczej. Zatem to  nie tylko cztery krajowe czempiony będą budować przyszłą energetykę, ale także miliony potencjalnych inwestorów, kierujących się innymi priorytetami i odmiennymi modelami biznesowymi. Jeżeli tak popatrzymy na rys. 1, to dostrzeżemy, że to może się udać.

Integracja sektorów – klucz do dekarbonizacji

Warto zdefiniować, co oznacza tytułowa koncepcja integracji sektorów. Jest to ścisłe powiązanie zelektryfikowanych sektorów ciepła i transportu z systemem energetycznym. Dzięki elastycznej współpracy i reagowaniu na pojawiające się nadwyżki w dostawach energii oraz na chwilowe jej braki następuje stabilizacja pracy całego systemu energetycznego. W uproszczeniu można powiedzieć, że wszyscy odbiorcy energii biorą udział w bilansowaniu systemu elektroenergetycznego. To jest podstawowa korzyść łączenia sektorów. Ale są i inne ważne zalety takie jak obniżenie kosztów operacyjnych, nakładów finansowych na rozbudowę infrastruktury energetycznej i zmniejszenie emisji CO2.

Przedstawiony wcześniej bilans mocy gwarantuje bezpieczeństwo energetyczne Polski w 2050 i podaż energii adekwatną do bieżących potrzeb. Analiza zdolności produkcji energii wskazuje, że dzięki tak dużej mocy zainstalowanej pojawiają się momenty, gdy słońce świeci i wiatr wieje w nadmiarze, wobec czego produkowane jest za dużo energii. Jest jej więcej niż potrzebują odbiorcy o około 52 TWh, czyli prawie 17% rocznego krajowego zużycia. Pojawiające się nadwyżki prądu powinny zostać jakoś wykorzystane: można je zmagazynować w innej formie np. pod postacią „zielonego wodoru” pochodzącego z elektrolizy, w postaci ciepła pozyskanego przy pomocy pomp ciepła, czy też w formie energii elektrycznej ulokowanej przejściowo w bateriach samochodów elektrycznych. Wyliczenia wskazują, że z tej nadwyżkowej energii elektrycznej można uzyskać nawet 31 TWh energii w wodorze, co pokrywa około 42% krajowego zapotrzebowania na to paliwo przez wszystkie kogeneracyjne jednostki gazowe zainstalowane w systemie elektroenergetycznym (i ciepłowniczym zarazem).

Jest też jednak druga strona medalu. Pomimo tak dużej mocy zainstalowanej pojawiają się momenty, gdy zmienne źródła OZE nie są w stanie dostarczyć wystarczającej ilości energii. Nie jest to znaczące zjawisko, bowiem mowa o ryzyku niedostarczenia energii na poziomie ok. 0.8%  zużycia rocznego, ale jednak ono występuje i nie można go zlekceważyć. Elastyczny system energetyczny, dobrze zintegrowany z innymi sektorami może sobie poradzić z tym problemem. To właśnie w takich momentach uwalniana jest zmagazynowana energia i jednocześnie ogranicza się popyt na prąd, np. spowalniając proces ładowania samochodów elektrycznych lub wyłączając pompy ciepła wykorzystując bezwładność cieplną budynków. Oczywiście operator systemu może sięgnąć po dalsze środki zaradcze,  jak międzysystemowa wymiana energii czy uruchomienie jednostek szczytowych.

Rysunek 2 to przykład, jak można zmienić zapotrzebowanie na chwilową moc ładowania samochodów elektrycznych w sytuacji elastycznego popytu, reagującego na bodźce w postaci zmiennych cen energii (odzwierciedlających poziom podaży i popytu na rynku energetycznym). Jak widać, możliwe są spore zmiany poziomu zapotrzebowania na energię, pod warunkiem zastosowania adekwatnych bodźców ekonomicznych (tańsza lub droższa energia w konkretnym momencie). Ważne jest przy tym, aby infrastruktura ładowania samochodów elektrycznych była na tyle rozbudowana, żeby pozwalała na reakcje konsumentów zgodnie z potrzebami operatora systemu elektroenergetycznego.

5f1e942e5ac69.jpg
Rys. 2. Profile zapotrzebowania na moc samochodów elektrycznych w Polsce w 2050 r. (Forum Energii na podstawie analiz Navigant)

Podobne zjawisko przenoszenia zapotrzebowania na moc poza godziny szczytu występuje w ciepłownictwie. Bez wpływu na komfort cieplny można wyłączać pracę pomp ciepła wykorzystując zjawisko bezwładności cieplnej budynków lub ciepło zgromadzone w akumulatorach, jeżeli takie zostały zainstalowane w danej lokalizacji.

Konkludując, im większa elastyczność popytu na energię transportu i ciepłownictwa, zdolność do chwilowej absorbcji nadwyżek prądu oraz zdolność do chwilowego powstrzymywania się od konsumpcji energii elektrycznej bez utraty komfortu przez konsumentów, tym większa stabilność pracy całego systemu elektroenergetycznego.
Efektywność energetyczna – kluczowy krok

Ogrzewanie w Polsce pochłania około 1/3 całkowitego strumienia energii pierwotnej. Rocznie zużywa się 26 mln ton węgla, 4-5 mld m3 gazu i 9-10 mln ton biomasy. To są olbrzymie ilości paliw i energii. Elektryfikacja ciepłownictwa będzie tylko wtedy miała sens, kiedy równolegle zostanie przeprowadzony proces termomodernizacji budynków. Analizy 2 wskazują, że do 2050 r. zużycie energii przez istniejące budynki może spaść o około 50% pod warunkiem wdrożenia ambitniejszej strategii modernizacji budynków. Należy trzykrotnie zwiększyć tempo termomodernizacji, do poziomu 3% ogólnej liczby budynków rocznie i jednocześnie starać się uzyskiwać efekt energetyczny taki jak przewidują przepisy dla nowych budynków od 2021 roku. Mniejsze potrzeby grzewcze, to mniejsze zapotrzebowanie na energię elektryczną dla pomp ciepła, które w przyszłości będą dominującym źródłem w budynkach ogrzewanych indywidualnie, jak również i w ciepłownictwie sieciowym (rys.3).

5f1e942e70cee.jpg
Rys. 3. Struktura źródeł i zużycie energii w ciepłownictwie systemowym i niesystemowym (Forum Energii na podstawie analiz KAPE)

Wnioski

Wykonane analizy Forum Energii wskazują, że integracja zelektryfikowanego transportu i ciepłownictwa z systemem energetycznym, wykorzystującym źródła OZE może przynieść szereg korzyści dla Polski, takich jak:

- Zmniejszenie łącznych kosztów operacyjnych sektorów energii o 75 mld EUR/rok,
- Redukcję emisji CO2 o ok 250 mln ton rocznie,
- Zmniejszenie zależności od importu gazu i ropy.

Cel, jakim jest dekarbonizacja kraju jest ściśle związany z elektryfikacją transportu i ciepłownictwa, należy zatem podejmować działania legislacyjne i organizacyjne przyspieszające ten proces.

Planując rozwój infrastruktury sieciowej, należy kierować się priorytetem maksymalnej integracji sektorów. Pozwoli to na uzyskanie efektu synergii w postaci niższych kosztów operacyjnych i nakładów inwestycyjnych.

Poprawa efektywności energetycznej istniejących budynków jest fundamentem elektryfikacji ciepłownictwa. Należy w trybie pilnym zakończyć prace nad krajową strategią dla budynków i przyjąć wymierne cele zmniejszenia zużycia nieodnawialnej energii pierwotnej na potrzeby ogrzewania i chłodzenia.

Autor artykułu: Andrzej Rubczyński, dyrektor ds. strategii ciepłownictwa w Forum Energii

wartsila_390x100_2020
 Ropa brent 41,83 $ baryłka  0,00% 22:58
 Cyna 17080,00 $ tona -1,70% 25 wrz
 Cynk 2365,00 $ tona -0,59% 25 wrz
 Aluminium 1708,00 $ tona 0,65% 25 wrz
 Pallad 2230,20 $ uncja  0,00% 22:59
 Platyna 841,60 $ uncja  0,00% 22:59
 Srebro 22,98 $ uncja  0,00% 22:59
 Złoto 1864,15 $ uncja  0,00% 22:59

Dziękujemy za wysłane grafiki.