Chorowski/Kurtyka: Bloki 200+ to źródło technologii niezbędnej do transformacji energetycznej Polski (ANALIZA)
– Kiedy wiatr przestaje wiać albo słońce zachodzi w ciągu minut, bardzo szybko w systemie odnawialnym spada generowana moc. Źródła istniejące, czyli głównie węglowe powinny móc szybko skompensować ten ubytek. Dlatego założeniem programu Bloki 200+ było opracowanie technologii takiej modernizacji bloków o mocach 200 lub 360 MW, żeby mogły one stanowić część regulacyjną systemu, jednocześnie spełniając wyśrubowane wymogi środowiskowe w stopniu pozwalającym na ich eksploatację co najmniej do roku 2035 – piszą Maciej Chorowski, dyrektor NCBiR w latach 2016-19, Michał Kurtyka, minister klimatu i środowiska w latach 2016-20, współtwórcy programu Bloki 200+.
Całkowita moc zainstalowana w polskim systemie elektroenergetycznym wynosi około 55.000 MW, z czego nieco mniej niż połowę stanowią same elektrownie zasilane węglem kamiennym. Budowane od połowy ubiegłego wieku, w latach elektryfikacji i uprzemysłowienia Polski, działają z długim czasem rozruchu i małą tolerancją na zmiany. Raz uruchomione najlepiej działają w długich cyklach i przy mocy zbliżonej do maksymalnej. I to jest problem. W polskim systemie szybko rosną źródła odnawialne, uzależnione od warunków pogodowych, osiągając już prawie 18 GW. Oznacza to, że w miarę wzrostu udziału OZE, w systemie uwidacznia się brak źródeł regulacyjnych pozwalających na szybką reakcję. Kiedy wiatr przestaje wiać albo słońce zachodzi w ciągu minut, bardzo szybko w systemie odnawialnym spada generowana moc. Źródła istniejące, czyli głównie węglowe powinny móc szybko skompensować ten ubytek. Dlatego założeniem programu Bloki 200+ było opracowanie technologii takiej modernizacji bloków o mocach 200 lub 360 MW, żeby mogły one stanowić część regulacyjną systemu, jednocześnie spełniając wyśrubowane wymogi środowiskowe w stopniu pozwalającym na ich eksploatację co najmniej do roku 2035. Mając na uwadze, że bloków tej klasy powstało w Polsce około 60, z czego pierwszy w 1961 roku, a ostatni w 1983 roku oraz że obecnie wciąż jest eksploatowanych około 40 takich jednostek, potencjał modernizacji tych bloków wynosi nawet 8.000 MW. Przy ostrożnym szacunku, że 25 spośród nich zostałoby zmodernizowanych, w systemie pozostanie około 5.000 MW mocy i to właśnie w paśmie regulacyjnym, a więc wspierających zmienne źródła odnawialne.
Dlatego pojawiła się idea programu Bloki 200+. Zrealizowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju Program Bloki 200+ był prekursorem, jeśli chodzi o metodykę badawczą. Po raz pierwszy w Polsce wykorzystane zostało podejście stosowane przez amerykańskie agencje badawcze, przede wszystkim DARPĘ. Wymaga ono dobrze zdefiniowanego i mierzalnego celu pracy badawczej, określenia jej horyzontu czasowego oraz dopuszczenia do jej realizacji wszystkich podmiotów, które przedstawią obiecujący koncept rozwiązania problemu.
Celem Programu Bloki 200+ było opracowanie niskokosztowej technologii modernizacji bloków węglowych klasy 200 MW i 360 MW, pozwalającej na ich dostosowanie do nowych reżimów pracy. Czyli bloki te powinny zostać przesunięte z podstawy systemu do pasma regulacyjnego i dostosowane do świadczenia usług systemowych dla Krajowego Systemu Elektroenergetycznego. Mierzalnymi wskaźnikami realizacji celu były czasy rozruchu bloków ze stanu zimnego, emisje wybranych substancji, sprawności termodynamiczne w stanie pracy. Specyfikacja konkursu nie narzucała i nie sugerowała konkretnych rozwiązań technicznych. Pozostawiała za to potencjalnym wykonawcom decyzje o stopniu ingerencji w konstrukcje mechaniczne bloków, modyfikacji systemów regulacji lub o wykorzystaniu sztucznej inteligencji. Prace nad wdrożeniem „darpowskich” programów badawczych rozpoczęły się w NCBiR w 2016 roku. Uruchomienie programu Bloki 200+ miało miejsce w 2017 roku i wymagało dostosowania do polskich warunków prawnych procedur finansowania badań ukierunkowanych na osiągnięcie konkretnego celu i nie wykluczających żadnych potencjalnych wykonawców m.in. ze względu na formą prawną prowadzonej działalności.
W 2019 roku rozpoczął się końcowy etap programu Bloki 200+, w którym wzięło udział trzech wykonawców: Przedsiębiorstwo Usług Naukowo-Technicznych Pro Novum z Katowic; konsorcjum firmy Rafako i jej spółki zależnej Rafako Innovation; oraz konsorcjum w składzie Polimex Mostostal, Transition Technologies, Energoprojekt-Warszawa, Politechnika Warszawska. Proponowane przez nich rozwiązania w różnym stopniu ingerowały w konstrukcje bloków, wykorzystywały odmienne metody diagnostyczne i informatyczne. Z tego względu wykonawcy dysponowali różnymi budżetami – od 86,5 mln w przypadku Rafako, poprzez 62,4 mln dla konsorcjum Polimeks Mostostal do 12,4 mln dla Pro Novum. Pierwotnie zakończenie programu planowane było na 2021 rok, jednak ze względu na pandemię zostało opóźnione o 12 miesięcy. Wszyscy wytypowani do finału wykonawcy przeprowadzili modernizacje według własnych konceptów na wybranych blokach klasy 200+. W Elektrowni Jaworzno należącej do Tauronu, przez konsorcjum Rafako. W Elektrowni Połaniec należącej do Enei przez dwóch pozostałych wykonawców. Pomiary przeprowadzone pod nadzorem doradcy technicznego programu, Towarzystwa Gospodarczego Polskie Elektrownie (TGPE), potwierdziły osiągnięcie określonych w specyfikacji konkursu celów. Udowodniona została możliwość przeniesienia bloków klasy 200 i 360 MW z podstawy systemu elektroenergetycznego do pasma regulacyjnego z zachowaniem wymogów środowiskowych i wysokiej sprawności termodynamicznej oraz utrzymanie ich w krajowym systemie co najmniej do 2035 roku. Bloki te, szczególnie przy załamaniu się polityki uzależnienia Europy Zachodniej od rosyjskiego gazu, będą konieczne przy transformacji polskiej energetyki. Jest to zgodne z założeniami PEP 20240 które – pomimo ostatnich zawirowań – pozostają fundamentalnie aktualne. W szczególności ważne jest stworzenie możliwości instalacji nowych mocy OZE i kompensacji ich niestabilności mocami sterowalnymi. Równie istotne jest, aby do momentu zbudowania w Polsce elektrowni jądrowych, w systemie pozostała moc gwarantowana przez zmodernizowane bloki.
Sukces zakończonego właśnie programu badawczego Bloki 200+ ma kilka wymiarów. Po pierwsze, Narodowe Centrum Badań i Rozwoju udowodniło, że w warunkach polskich można prowadzić prace badawcze ukierunkowane na dobrze zdefiniowane cele o znaczeniu gospodarczym, analogicznie jak czynią to agencje amerykańskie – DARPA, ARPA czy ARPA-E. Nie jesteśmy skazani na poszukiwanie mitycznej innowacyjności w finansowaniu, często przez nikogo później nie wykorzystywanych badań.
Po drugie, program udowodnił, że traktowane nieraz przez koncerny energetyczne po macoszemu bloki klasy 200 MW, nie stanowią balastu przy planowanej dekarbonizacji, a wręcz przeciwnie mogą tę dekarbonizację umożliwić. Czyli pomimo często pełnej amortyzacji, jednostki te mają konkretną wartość kapitałową umożliwiającą zbudowanie dużych mocy regulacyjnych. TGPE szacuje, że dzięki modernizacjom bloków można będzie utrzymać do 2035 roku co najmniej 5 GW dyspozycyjnych mocy przy jednostkowych nakładach inwestycyjnych rzędu 50-70 mln zł na blok klasy 200 MW oraz 70-100 mln zł dla bloku 360 MW. Nakłady te stanowią od 5 do 10 procent kosztów budowy nowych mocy regulacyjnych w innych technologiach.
Po trzecie, modernizacje można rozpocząć właściwie od zaraz, dzięki formule zakończonego programu Bloki 200+. Przygotowanych do tego zadania jest trzech wykonawców. Modernizacje mogłyby być prowadzone równolegle na kilku jednostkach naraz i zakończyć się do 2025 roku.
Wyzwaniem jest czas. Zagrożenia dla programu modernizacji bloków to brak szybkich decyzji, dalsza deprecjacja techniczna tych jednostek, czekanie na pełne ukonstytuowanie się Narodowej Agencji Bezpieczeństwa Energetycznego, brak zrozumienia istoty tego programu oraz lęk, że coś, co jest nisko kosztowe i bazuje na polskiej myśli technicznej, nie może się udać. Natomiast szansą jest to, że tak jak w przypadku bezpieczeństwa militarnego, tak i dla bezpieczeństwa energetycznego uda osiągnąć się powszechny konsensus. Dzięki temu, kluczowy dla transformacji naszej energetyki, program modernizacji bloków klasy 200+ zostanie wyłączony z partykularnych gier interesów.
200+: Tauron i Rafako chcą by bloki węglowe uchroniły Polskę przed niedoborem mocy
