Energetyczna rewolucja: czekają nas problemy czy świetlana przyszłość?

20.12.2019
Szybko rosnący udział odnawialnych źródeł w produkcji energii elektrycznej wywraca sektor energetyczny do góry nogami. Jedni wieszczą, że skończy się to katastrofą, wielkimi awariami zwanymi blackoutami. Inni mówią, że czeka nas świetlana przyszłość.
Zmiany klimatyczne_4_photodune_envato

fot. Envato

fot. Envato

9 sierpnia 2019 r. we wschodniej Anglii doszło do blackoutu, czyli nagłej, poważnej awarii systemu elektroenergetycznego. Setki tysięcy ludzi były pozbawione prądu. Nie miały go wprawdzie tylko przez godzinę, ale i tak skutki były katastrofalne.

Dziesiątki tysięcy osób zostały uwięzione w pociągach, tunelach i windach. Niektóre pociągi nawet po przywróceniu dostaw prądu nadal nie mogły ruszyć – tym nowszym trzeba było od nowa wgrać oprogramowanie, więc były unieruchomione przez wiele godzin.

Obecnie, przy przenikającej wszystko elektronice, coraz więcej urządzeń korzysta z energii elektrycznej. Nie działają bez niej np. automatyczne, szklane drzwi w biurowcach, centrach handlowych i budynkach użyteczności publicznej. Łatwo więc wyobrazić sobie, co się dzieje, gdy nagle w całym mieście czy regionie na dłużej „pada” prąd. To jest niemal jak Armagedon.

Rośnie ryzyko wyłączeń

Najciekawsze jest to, że – jak wynika z raportu brytyjskiego operatora przesyłowego, National Grid – główną przyczyną blackoutu były małe elektrownie fotowoltaiczne.

Zaczęło się od tego, że w linię wysokiego napięcia Eaton Socon – Wymondley uderzył piorun. Gwałtownie obniżyło się napięcie, a to z kolei do automatycznego wyłączenia wielu mikroelektrowni (niedziałających bez zewnętrznego zasilania), zwłaszcza fotowoltaicznych.

Związane z tym nagłe obniżenie produkcji energii elektrycznej wywołało w systemie awarię kaskadową: zakłócenie działania i wyłączanie kolejnych elektrowni. Operatorowi systemu elektroenergetycznego nie od razu udało się nad tym zapanować.

Drogi klimat europejski

Prof. Władysław Mielczarski z Politechniki Łódzkiej opisał tę awarię w branżowym portalu Cire.pl, alarmując, że grozi to także innym krajom, w tym Polsce. Ale nawet on przyznaje, że ową wadę paneli fotowoltaicznych i innych mikroelektrowni (automatyczne wyłączanie się przy skokach napięcia) da się łatwo i niewielkim kosztem wyeliminować.

Jednocześnie przestrzega, że gdy kilkanaście czy kilkadziesiąt elektrowni zastępują tysiące małych elektrowni i miliony przydomowych mikroelektrowni (paneli fotowoltaicznych na dachach), to utrzymanie całego systemu elektroenergetycznego w ryzach i bieżące utrzymanie produkcji prądu na odpowiednim poziomie jest o wiele trudniejsze. W ślad za tym – zdaniem Mielczarskiego – rośnie ryzyko wystąpienia blackoutów. Zwłaszcza gdy te małe, rozproszone elektrownie i mikroinstalacje to na ogół wiatraki oraz panele fotowoltaiczne, które produkują energię niestabilnie – wielkość produkcji zależy od pogody.

Popularne odnawialne

W wielu krajach, w tym w Polsce, szybko rośnie udział energetyki odnawialnej (będącej energetyką rozproszoną) w produkcji energii elektrycznej.

Obecnie najwięcej przybywa wiatraków i fotowoltaiki, czyli niestabilnych źródeł energii.

Sęk w tym jednak, że jeśli chodzi o odnawialne źródła energii, to najwięcej przybywa wiatraków i fotowoltaiki, czyli niestabilnych, „niedyspozycyjnych” źródeł energii. W przypadku fotowoltaiki można wręcz mówić o prawdziwym boomie. Pod koniec 2018 roku jej łączna moc wynosiła w Polsce 200 megawatów, ale już w październiku 2019 r. – 1000 MW, a do końca tego roku ma być to nawet 1,5 tys. MW.

Znów zaczyna rozwijać się energetyka wiatrowa. Jedno i drugie będzie mieć bardzo poważne konsekwencje, ale o tym za chwilę. Najpierw bowiem warto przypomnieć, z czego wzięła się ta niebywała „kariera” energetyki odnawialnej.

Kraje zachodnie zakochały się w odnawialnych źródłach energii już w latach 70. i 80. XX wieku. Dwa kryzysy energetyczne, spowodowane gwałtownym wzrostem cen ropy, uświadomiły Zachodowi, jak ryzykowne jest zbytnie uzależnienie od importu surowców energetycznych.

Szczególnie wzięła sobie to do serca Europa, która przez zbyt małe, własne złoża tych surowców była skazana na import z krajów trzecich. Państwa zachodnioeuropejskie odkryły jednak, że ucieczką z pułapki mogą być odnawialne źródła energii, których duże zasoby ma niemal każdy kraj na świecie.

To był także okres, w którym na Zachodzie gwałtownie rosła świadomość ekologiczna. Z jednej strony przestrzegano przed przyszłym wyczerpaniem się złóż ropy, węgla, gazu i uranu, a z drugiej krytykowano elektrownie węglowe, że niszczą środowisko naturalne.

Negatywnie wpływają nań kopalnie węgla poprzez m.in. szkody górnicze, zrzut zasolonych wód z odwadniania kopalń do rzek, powodowane tym odwadnianiem tzw. leje depresyjne, skutkujące gwałtownym obniżaniem się poziomu wód podziemnych wokół kopalń, wysiedlenia i dewastację krajobrazu przy odkrywkach węgla brunatnego. Do tego tony szkodliwych substancji – żużlu z elektrowni.

Same elektrownie zanieczyszczają powietrze, czego efektem były tzw. kwaśne deszcze prowadzące do wymierania lasów, m.in. w Górach Izerskich.

Trudny bilans

Obecnie energetyka węglowa dysponuje takimi technologiami, że truje znacznie mniej niż kiedyś (choć oczywiście te technologie bardzo dużo kosztują i podrażają koszty produkcji). Już kilka dekad temu wydawało się, że dobrze byłoby je stopniowo zastępować „czystymi”, odnawialnymi źródłami energii: wiatrakami, elektrowniami słonecznymi czy wodnymi.

Potem energetyka odnawialna zyskała jeszcze potężniejszego sojusznika: globalne ocieplenie klimatu.

Europa Zachodnia już niemal dwie dekady temu uznała to za najpoważniejszy problem ekologiczny, a jako przyczynę wskazała nadmierną ilość dwutlenku węgla w atmosferze. Od początku za chłopca do bicia robiły elektrownie węglowe, w istocie odpowiedzialne za bardzo dużą część emisji dwutlenku węgla. Ratunkiem miało być ich zastępowanie „zeroemisyjną” energetykę odnawialną.

Szanse na czystą gospodarkę są także poza OZE

I tak jest do dzisiaj. Udział odnawialnych źródeł energii w produkcji prądu gwałtownie rośnie. Na przykład w Danii już 41 proc. zapotrzebowania na prąd pokrywają elektrownie wiatrowe.

To wszystko ma jednak bardzo poważne konsekwencje. Nie chodzi tylko o zwiększone ryzyko awarii, bo z tym sektor energetyczny na razie sobie radzi (liczba poważnych awarii nie rośnie) i w przyszłości, w miarę, jak będzie coraz lepiej umiał poruszać się w nowych warunkach i rozwijał służące temu technologie, też powinien sobie poradzić.

Najlepszym na to dowodem jest to, że w takim kraju jak Dania nie słyszy się o poważnych awariach. Poza tym elektrownie węglowe, w Polsce chłodzone wodą z rzek, też mogą mieć blackouty, chociażby z powodu coraz częściej powtarzających się suszy.

Już raz niemal do tego doszło, w sierpniu 2015 r, gdy przez falę upałów (włączanie klimatyzacji w budynkach zwiększa zapotrzebowanie na prąd) i wyjątkowo niski poziom wody w rzekach wprowadzono ograniczenia w dostawach energii elektrycznej do zakładów przemysłowych, a do gospodarstw domowych apelowano, by zmniejszyły jej zużycie.

Elektrownie węglowe mają przewagę nad wiatrowymi i słonecznymi. Bieżące utrzymywanie produkcji energii elektrycznej na poziomie odpowiadającym zapotrzebowaniu było niełatwe już wtedy, gdy jeszcze nie korzystaliśmy z energetyki odnawialnej. Zużycie prądu gwałtownie się zmienia w zależności od pory dnia i pory roku.

Korzystając z energii odnawialnej trudniej na bieżąco bilansować produkcję prądu z jego konsumpcją.

Gdy za wytwarzanie energii elektrycznej w coraz większym stopniu odpowiadają zależne od pogody elektrownie (wiatrowe czy fotowoltaiczne), to jeszcze trudniej na bieżąco bilansować produkcję prądu z jego konsumpcją.

Trudne magazynowanie energii

Energetyka odnawialna, mając zagwarantowany przez państwa odbiór wytwarzanego przez nią prądu, wypycha z rynku elektrownie konwencjonalne. Im więcej energii elektrycznej wytwarzamy ze źródeł odnawialnych, tym mniej mogą produkować elektrownie węglowe, gazowe i atomowe.

Z tego powodu już dziś wiele z nich pracuje na pół gwizdka, wykorzystując tylko część swojej mocy. Z tego powodu przynoszą straty, więc budowa nowych elektrowni konwencjonalnych, nie tylko węglowych, ale i gazowych czy atomowych, zaczyna być nieopłacalna.

Nie byłoby może w tym nic złego, gdyby nie to, że najszybciej przybywa wiatraków i elektrowni fotowoltaicznych. Stanowią i będą stanowić największą część energetyki odnawialnej. Ich uzależnienie od pogody powoduje, że niezbędne są także elektrownie produkujące prąd w takiej ilości, by mogły w całości zaspokoić zapotrzebowanie na prąd.

Istniejących elektrowni wodnych jest za mało, a nowych dużych – ze względów środowiskowych – w krajach rozwiniętych już się nie buduje (poza tym siłownie wodne też miewają okresy, w których albo nie produkują prądu albo wytwarzają go niewiele – np. podczas susz lub przy występowaniu zimą na rzekach tzw. śryżu).

Obecnie ten warunek spełniają więc jedynie elektrownie węglowe, gazowe i atomowe. Ale to one, poprzez rosnący udział energetyki odnawialnej, są coraz mniej opłacalne. Stąd problemy z budową nowego bloku węglowego w Ostrołęce. Ale to uderza także w energetykę jądrową i gazową, bo i w ich przypadku coraz trudniej jest spiąć finansowanie budowy.

Potrzebny jest przełom technologiczny w magazynowaniu energii elektrycznej.

To bardzo poważny problem. Rozwiązałby go przełom technologiczny w magazynowaniu energii elektrycznej (dziś nie da się jej tanio magazynować na przemysłową skalę), bo dzięki niemu niestabilna produkcja prądu przez wiatraki i elektrownie słoneczne nie byłaby kłopotem.

Póki co takiego przełomu nie ma, wciąż trzeba budować nowe elektrownie i bloki węglowe, gazowe czy atomowe, zwłaszcza że wiele spośród już istniejących jest tak starych, że niebawem trzeba będzie je zamykać.

Drogie linie przesyłowe

Obecnie tworzy się specjalne mechanizmy, które gwarantują opłacalność inwestycjom w konwencjonalne elektrownie oraz w utrzymywaniu już istniejących. W Polsce to m.in. tak zwany rynek mocy.

Polega na tym, że firmy energetyczne dostają coś w rodzaju dopłat za „gotowość” stabilnej, ciągłej produkcji określonej ilości elektrycznej. Dzięki temu mogą budować nowe bloki, utrzymywać istniejące, które bez dopłat byłyby nierentowne.

W przypadku budowy nowych elektrowni jądrowych stosuje się zaś np. kontrakty różnicowe. Z gwarancjami państwa, że będą mogły sprzedawać wytworzoną energię za określoną z góry (wyższą od rynkowej) cenę i to przez wiele lat, przez okres zwrotu inwestycji.

Problem polega na tym, że stosowanie tych mechanizmów jest drogie, a ich koszty przerzucane są na ogół na odbiorców energii elektrycznej. Im większy udział niestabilnych, odnawialnych źródeł energii, tym koszty bilansowania ich produkcji przez elektrownie rezerwowe większe.

To dlatego ceny prądu dla gospodarstw domowych najwyższe w UE są tam, gdzie najwięcej jest wiatraków i paneli fotowoltaicznych. Czyli w Niemczech i Danii. Nieco taniej jest w Hiszpanii, dlatego że jest tam więcej słońca, więc nie trzeba aż tak się zabezpieczać energetyką konwencjonalną.

Rozwój energetyki słonecznej w północnej Europie, w tym w Polsce, jest korzystny dla inwestorów.

Gwałtowny rozwój energetyki słonecznej w północnej Europie, w tym i w Polsce, jest korzystny dla inwestorów, ale kosztem ogółu społeczeństwa. Jeśli ktoś montuje panele fotowoltaiczne na dachu, to zaczyna oszczędzać na rachunkach na prąd, ale więcej płacą za niego ci, którzy tych paneli nie mają. Bo w ceny prądu trzeba wliczyć koszty utrzymania mocy rezerwowych dla powstających jak grzyby po deszczu instalacji fotowoltaicznych.

Gdy na Bałtyku powstaną morskie farmy wiatrowe, to trzeba będzie zainwestować miliardy złotych w budowę nowych linii przesyłowych, które dostarczą prąd w głąb kraju (najwięcej energii elektrycznej w Polsce zużywa najgęściej zaludniony i najbardziej uprzemysłowiony „pas południowy”). Koszty budowy takich linii zostaną doliczone do cen prądu i na pewno nie pokryją ich inwestorzy morskich wiatraków.

Węgiel i atom przejdą do historii

To wszystko nie znaczy jednak, że mamy wstrzymywać rozwój energetyki odnawialnej, zwłaszcza że zmusza nas do jej rozwoju unijna polityka klimatyczna. Sprawia, że – poprzez nałożenie opłat za emisję CO2 i ich sztuczne śrubowanie (w połączeniu z coraz surowszymi normami ochrony środowiska dotyczącymi zanieczyszczania powietrza) – koszty elektrowni węglowych rosną, a w ślad za tym ceny oferowanej przez nie energii.

Energetyka odnawialna, która nie ma tych obciążeń, korzysta z „darmowego” paliwa i szybko spadających kosztów inwestycyjnych. Dlatego, także w Polsce, powstają już pierwsze elektrownie wiatrowe, które nie będą korzystać z żadnych dotacji. Bo i bez nich są opłacalne. Dotyczy to także energetyki fotowoltaicznej.

W przyszłości zaś pewnie dojdzie do tego, że energetyka odnawialna, dzięki „darmowemu” paliwu, będzie wytwarzać energię taniej niż elektrownie konwencjonalne. I zrównoważy, a nawet zacznie zwracać z nawiązką koszty – na razie niezbędnego – utrzymywania mocy rezerwowych. To tylko kwestia czasu.

Najbardziej z odnawialnymi źródłami energii będzie przegrywać, przynajmniej w krajach UE, energetyka węglowa i atomowa. Dlaczego? Zacznijmy od węgla. Istniejące kopalnie węgla brunatnego się wyczerpują, a budowa nowych budzi silne protesty społeczne blokujące inwestycje, także w Polsce. Poza tym węgiel brunatny to najbardziej „emisyjny” surowiec energetyczny, co obniża opłacalność nowych odkrywek.

Mniej „emisyjny” jest węgiel kamienny, ale w Unii Europejskiej wydobywa go wciąż na wielką skalę tylko Polska. Niemal wszystkie kopalnie kamiennego są na Górnym Śląsku (wyjątkiem jest m.in. Bogdanka na Lubelszczyźnie). Od lat balansują na krawędzi opłacalności (z opłacalnością miały też problem kopalnie brytyjskie oraz niemieckie i dlatego je masowo zamykano), przez co za mało inwestowały, zwłaszcza w nowe złoża. Te już eksploatowane się wyczerpują, a rozpoczęcie eksploatacji nowych wymaga ogromnych nakładów.

Trudno będzie zdobyć te środki, biorąc pod uwagę pogarszającą się kondycję energetyki węglowej i klimat wokół niej. Lokalne społeczności na Śląsku protestują przeciw budowie nowych kopalni (łatwiej byłoby je budować na rolniczej Lubelszczyźnie, gdzie mamy duże złoża węgla).

Dobrą alternatywą dla elektrowni węglowych wcale nie są, jak często się przekonuje, uznane przez Komisję Europejską za „bezemisyjne” elektrownie atomowe, na które od ponad dekady chce postawić Polska.

W elektrowniach atomowych trudne i drogie jest zmienianie poziomu produkcji.

Eksperci zwracają uwagę, że w elektrowniach atomowych trudne i drogie jest zmienianie poziomu produkcji. Gdy się ją zmniejsza, wygląda to tak – używając obrazowego porównania – jakbyśmy, jadąc autem i dociskając gaz do deski, jednocześnie hamowali.

Tymczasem przy rosnącym udziale w produkcji energii elektrycznej niestabilnych źródeł odnawialnych w całym systemie konieczne są przede wszystkim takie elektrownie, które nie tylko zapewniają ciągłość produkcji, ale też można szybko i łatwo zmieniać, czyli zwiększać lub zmniejszać, poziom produkcji.

Tego warunku nie spełniają siłownie jądrowe i m.in. dlatego Niemcy, jeden ze światowych liderów w rozwoju energetyki odnawialnej, postanowiły je zamknąć. Jednocześnie chcą rozwijać energetykę gazową i na razie nie rezygnują z węglowej. Bo ów warunek spełniają nie tylko elektrownie gazowe, ale i węglowe, w których też, o czym mało kto spoza branży wie, można stosunkowo szybko i łatwo zmieniać poziom produkcji.

Droga ekologia

Wydaje się, że nie ma odwrotu od gwałtownego rozwoju energetyki odnawialnej. Wielu ekspertów spodziewa się, że w ciągu kilku, kilkunastu lat dojdzie do przełomu technologicznego w magazynowaniu energii elektrycznej, dzięki któremu będzie można ją tanio przechowywać na przemysłową skalę.

Jeśli rzeczywiście tak się stanie, świat będzie mógł przestawić się na odnawialne źródła energii (bo jest ich wystarczająco dużo, by zaspokoić energetyczne potrzeby ludzkości), także w transporcie samochodowym, w którym auta na benzynę i olej napędowy będą mogły zastąpić elektryczne.

Szkopuł w tym, że najpierw czeka nas okres przejściowy, okres transformacji energetycznej, wymagający gigantycznych inwestycji. To wszystko sprawi, że przynajmniej w jakimś okresie energia będzie dużo droższa niż teraz.

Oczywiście koszty można ograniczyć. W pierwszej kolejności, stawiając na energooszczędne rozwiązania. Tak, jak zrobiła to Dania, która dzięki temu przez wiele lat, mimo wzrostu gospodarczego, nie zwiększała zużycia energii.

Zamiast budować nowe bloki i elektrownie węglowe warto rozważyć zastąpienie ich elektrociepłowniami, które są wydajniejsze energetycznie i oszczędniejsze, bo marnują mniej energii (wydajność energetyczna klasycznej elektrowni węglowej sięga dziś 45 proc., co oznacza, że aż 55 proc. energii ze spalanego węgla jest marnowana). To samo dotyczy energetyki gazowej.

Powinniśmy też stawiać na te odnawialne źródła energii, które zapewniają ciągłe dostawy: biogazownie, geotermię i pompy ciepła. Mamy ogromny potencjał ich rozwoju, ale wykorzystujemy go w bardzo niewielkim stopniu. Tymczasem, inwestując więcej w te technologie, nie tylko zmniejszylibyśmy koszty transformacji energetycznej, ale mielibyśmy też czystsze powietrze.

Zmiany klimatyczne, których jesteśmy świadkami nie są spowodowane tym, że emitujemy dwutlenek węgla i inne gazy cieplarniane, ale tym, że emitujemy ich za dużo. Tymczasem dla unijnych władz istotną częścią planu osiągnięcia tzw. neutralności klimatycznej przez UE do 2050 r. jest rezygnacja z węgla. Warto jednak pamiętać, że w krajach unijnych to transport samochodowy, a nie energetyka węglowa, odpowiada za większą część emisji CO2.


Tagi


Artykuły powiązane