Radomski: Rozwój magazynów energii pozwoli bezpiecznie rozwijać OZE

18 sierpnia 2022, 07:30 Energetyka

Zmienność produkcji źródeł, która zależy od pogody musi być wsparta w systemie magazynami energii, zdolnymi do szybkiej zmiany trybu pracy. Rozwój magazynów energii pozwoli na zwiększenie udziału OZE przy zachowaniu stabilności i niezawodności pracy Krajowego Systemu Elektroenergetycznego – pisze Daniel Radomski, współpracownik BiznesAlert.pl.

Pod koniec 2021 roku premier Mateusz Morawiecki powołał „Zespół Ekspercki do spraw Budowy Elektrowni Szczytowo-Pompowych”. Zespół w ciągu 7 miesięcy opracował Raport zatytułowany „Rola elektrowni szczytowo-pompowych w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym: uwarunkowania i kierunki rozwoju”. We wstępie do dokumentu podkreślono, że znaczenie usług świadczonych przez ESP będzie rosło wraz ze zwiększającym się nasyceniem instalacji OZE w systemie elektroenergetycznym. Zmienność produkcji źródeł, których produkcja zależy od pogody musi być wsparta w systemie magazynami energii, zdolnymi do szybkiej zmiany trybu pracy. Rozwój magazynów energii pozwoli na zwiększenie udziału OZE przy zachowaniu stabilności i niezawodności pracy Krajowego Systemu Elektroenergetycznego.

Po 2018 roku nastąpił zauważalny wzrost ilości uruchomień i łącznego czasu pracy znajdujących się w Polsce elektrowni szczytowo-pompowych: Żarnowiec, Porąbka-Żar, Solina, Dychów.

Rola ESP w systemie elektroenergetycznym

W nadchodzących latach zostaną uruchomione 3 duże projekty budowy nowych ESP o łącznej mocy 2490 MW. Są to ESP Tolkmicko, ESP Młoty i ESP Rożnów II. Oprócz budowy nowych ESP, przeanalizowano również możliwości powiększenia zdolności obecnie funkcjonujących wodnych magazynów energii.

Każda z inwestycji musi jednak przejść przez liczne długotrwałe procedury administracyjne i środowiskowe, wśród których najważniejsze jest uzyskanie: koncesji, zatwierdzenia dokumentacji geologicznych, zezwolenie na wylesienie i wyłączenie z produkcji leśnej, pozwanie wodnoprawne, decyzje planistyczne, decyzje środowiskowe – w tym przeprowadzenie transgranicznej oceny oddziaływania na środowisko, a finalnie pozwolenia na budowę. Z tych względów nowych ESP doczekamy się najwcześniej po 2028 roku.

Rządowy zespół szacuje koszty budowy nowych na 2,0 mln UDS na 1 MW mocy zainstalowanej, a więc kilka razy więcej niż wynosi koszt budowy elektrowni na gaz ziemny. Dla przykładu: koszt budowy obecnie realizowanych bloków gazowo-parowe w elektrowni Dolna Odrawynosi (przy obecnym kursie) około 0,6 mln UDS/MW.

Wysoki koszt budowy ESP ma być jednak kompensowany 40-letnią żywotnością, przychodami ze szczególnej roli jakie ESP pełnią w świadczeniu usług systemowych, możliwością udziału w rynku mocy i wzrostem zapotrzebowania na usługi elastyczności systemu stosownie do przewidywanego rozwoju udziału OZE w produkowanej energii. Jednakże główną zaletą ESP jest możliwość uelastycznienia i zwiększenia bezpieczeństwa systemu elektroenergetycznego w dużej skali, bez użycia paliw kopalnych i bez generacji emisji CO2 podczas eksploatacji.
Zespół dokonał porównania ESP do alternatywnych technologii magazynowania energii: opartych o sprężone powietrze, elektrochemicznych (w tym litowo-jonowych), wodorowych, magazynów ciepła i kondensatorów. Na podstawie wykonanych analiz stwierdzono, że magazynowanie energii w elektrowniach szczytowo-pompowych jest jedyną do tej pory technologią magazynowania energii, która jest w pełni skomercjalizowana oraz oferuje moce i pojemności mające realny wpływ na funkcjonowanie systemów energetycznych w wielu krajach, zaś inne technologie, mimo że obiecujące, wciąż znajdują się w fazie rozwoju i minie wiele lat nim będą mogły zagrozić pozycji technologii ESP.

Ewentualność wdrożenia ESP w terenach pogórniczych

Polska Akademia Nauk przeprowadziła analizę techniczno-ekonomiczną w zakresie wykorzystania trenów pogórniczych i poprzemysłowych dla celów budowy elektrowni szczytowo-pompowej. Inwestycje takie wymagają jednak opracowania wielu rozwiązań związanych z własnością nieruchomości oraz infrastruktury, technologią oraz ekonomiczną i środowiskową stroną takiego przedsięwzięcia. Z powodu licznych ryzyk związanych z możliwością naruszenia statyki górotworu i jego rozszczelnienia, uzyskanie stosownych zgód – w tym decyzji środowiskowej – może nie być możliwe. Realizacja takich inwestycji będzie się wiązała z poniesieniem znacznych nakładówna stworzenie zabezpieczeń przed tymi ryzykami, budowę górnego zbiornika oraz pozyskanie niezbędnych nieruchomości, bez gwarancji zwrotu z inwestycji. Analiza PAN wskazuje dawne wyrobiska po wydobyciu soli jako bezpieczniejszą formę dla ESP, gdyż jest w nich mniejsze zagrożenie podmywania ścian kopalni.

W Polsce analizowane jest wdrożenie alternatywnej technologii wykorzystania terenów pogórniczych na cele energetyczne. W ramach Śląskiego Systemu Magazynowania Energii powstaje koncepcja systemu opartego o sprzężone powietrze. Cztery pierwsze instalacje tego typu mają powstać w KWK Makoszowy i Szybie Gigant w Zabrzu, KWK Pokój w Rudzie Śląskiej oraz KWK Centrum w Bytomiu. Prace nad koncepcją toczą się na podstawie porozumienia między Spółką Restrukturyzacji Kopalń a Instytutem Techniki Górniczej KOMAG.

Modernizacje istniejących ESP

Na podstawie przeprowadzonych analiz wskazano możliwość zwiększenia zdolności w ESP Porąbka Żar, ESP Dychów oraz ESP Żarnowiec. Pierwsza z wymienionych będzie modernizowana w zakresie przedłużenia żywotności i efektywności, zwiększenia dyspozycyjności oraz dostosowania do nowych wymagań Operatora Systemu Przesyłowego.

Większe zmiany mogą nastąpić w ESP Dychów. Aktualne parametry to 224 MWh pojemności i 90 MW mocy zainstalowanej generatorowej. Stwierdzono możliwość powiększenia górnego zbiornika elektrowni do wartości 310 MWh, poprzez podwyższenie obwałowania. Nie przewiduje się ingerencji w zbiornik dolny. W opracowaniu wskazano na konieczność przeprowadzenia kompleksowej analizy efektywności ekonomicznej obejmującej przebudowę obecnej ESP oraz budowę nowej jednostki w tej lokalizacji.

Największy potencjał do zwiększenia możliwości wskazano w ESP Żarnowiec, która obecnie dysponuje mocą generatorową 716 MW i pojemnością 3800 MWh. Przewiduje się rozbudowę zbiornika górnego do pojemności 5800 MWh, poprzez budowę nowej czaszy zbiornika przyległej od strony południowej do istniejącego zbiornika. Jednakże aby móc wdrożyć to rozwiązanie, niezbędne będzie również odpowiednie przystosowanie zbiornika dolnego, którym jest Jezioro Żarnowieckie. W latach 80-dziesiątych XX wieku, na potrzeby Elektrowni Jądrowej Żarnowiec zakładano podniesienie poziomu piętrzenia jeziora oraz wybudowano część potrzebnych obwałowań. W związku z zarzuceniem budowy elektrowni jądrowej, prace te zostały przerwane. Rządowy Zespół również w tym przypadku wskazuje na potrzebę przeprowadzenia kompleksowej analizy stanu brzegów jeziora w celu oszacowania zakresu prac niezbędnych do realizacji inwestycji.

ESP Młoty

Kontynuacja budowy elektrowni szczytowo – pompowej położonej w Kotlinie Kłodzkiej ma być realizowana przez spółkę z grupy PGE S.A. Będzie dysponować mocą 750 MW oraz pojemnością 4 000 MWh. Realizacja inwestycji wiąże się z budową tamy zaporowej w dolinie Bystrzycy Kłodzkiej o wysokości 20 m i rozpiętości w koronie 240 m. Dolny zbiornik będzie liczył 2,5 km długości oraz od 400 do 800 m szerokości, a różnica poziomów między zbiornikami wyniesie około 300 m. Przewidywane wahania dobowe poziomu wody w zbiorniku dolnym wynoszą 15 m. Zbiornik ten będzie dodatkowo w pełnił rolę przeciwpowodziową.

Harmonogram prac zakłada opracowanie Studium Wykonalności do końca 2022 roku, wydanie warunków przyłączenia do KSE w III kw. 2022, uzyskanie decyzji środowiskowej w I kw. 2023, zaś praw do nieruchomości w II kw. 2023, początek prac budowlanych pod koniec 2023 oraz oddanie do użytku do końca 2028 roku. Ze względu na planowaną moc, nowa ESP będzie przyłączona do sieci przesyłowej na napięciu 400 kV. Na potrzeby przyłączenia ESP Młoty, PSE planują budowę nowej linii 400 kV w relacji Świebodzice – Ząbkowice – Dobrzeń, wraz z rozbudową stacji 220/110 kV Ząbkowice o rozdzielnię 400 kV. Stacja Ząbkowice ma być punktem przyłączenia ESP Młody do sieci przesyłowej.

ESP Tolkmicko

Nowa elektrownia szczytowo – pompowa położona nad Zalewem Wiślanym ma być realizowana przez spółkę z grupy PKN Orlen S.A. Będzie dysponować mocą 1040 MW oraz pojemnością 12 000 MWh. Górny zbiornik ma zająć powierzchnię 250 ha, a długość rurociągów łączących go z Zalewem wiślanym będzie liczyć 7 km. Przewidywane wahania dobowe poziomu wody w Zalewie Wiślanym wynoszą 6 cm.

Harmonogram prac zakłada opracowanie Studium Wykonalności do końca I kw. 2023 roku, wydanie warunków przyłączenia do KSE w kolejnym kwartale, uzyskanie praw do nieruchomości w III kw. 2024, wydanie decyzji środowiskowej na początku 2025, początek prac budowlanych w II kw. 2025 oraz oddanie do użytku do końca 2029 roku. Ze względu na planowaną moc nowa ESP będzie przyłączona do sieci przesyłowej na napięciu 400 kV. Rozważane są trzy sposoby przyłączenia nowej ESP: do stacji Gdańsk Błonia, do stacji Olszty Mątki, lub jednocześnie do obu tych stacji.

ESP Rożnów II

Nowa elektrownia szczytowo – pompowa ulokowana w okolicy Nowego Sącza ma być realizowana przez spółkę z grupy TAURON S.A. Będzie dysponować mocą 700 MW oraz pojemnością 3 500 MWh. Górny zbiornik ma zająć powierzchnię długość około 1000 m oraz szerokość od 320 do 560 m, przy wysokościach obwałowania liczących od 30 do 60 m. Przewidywane wahania dobowe poziomu wody w dolnym zbiorniku wynoszą maksymalnie 60 cm.Zbiornik dolnyelektrowni wodnej Rożnów już istnieje i dodatkowo pełni rolę przeciwpowodziową.

Harmonogram prac zakłada opracowanie Studium Wykonalności oraz wydanie warunków przyłączenia do KSE do końca 2023 roku, wydanie decyzji środowiskowej w III kw. 2025, początek prac budowlanych w I kw. 2026 oraz oddanie do użytku do końca 2030 roku. Ze względu na planowaną moc nowa ESP będzie przyłączona do sieci przesyłowej na napięciu 400 kV, najprawdopodobniej w stacji Tarnów.

Pozostałe lokalizacje

Rozpoznano kilka innych potencjalnych lokalizacji dla budowy nowych ESP, ale w dokumencie określono wyłącznie ich moc. Są to ESP Sobel/Sobol (1000 MW), ESP Niewiastka (1000 MW), ESP Pilchowice III (612 MW), ESP Smolniki (200 MW), ESP Włocławek (100 MW), ESP Bełchatów (1000 MW) oraz ESP Chojna (5.6 MW).

Uwarunkowania rozwoju ESP

Podstawowym kryterium są sprawy z zakresu oddziaływania na środowisko, w tym wpływ na obszary ochrony programu Natura 2000. Każdy przypadek wymaga indywidualnego zbadania wpływu na środowisko i podsumowania w Raporcie o Oddziaływaniu na Środowisko. W zależności od rozmiaru i skomplikowania inwestycji zebranie danych wraz z opracowaniem może trwać od 1 do kilu lat. Proces oceny oddziaływania na środowisko dotyczy wszystkich dużych inwestycji infrastrukturalnych i energetycznych. Jednakże nowe ESP, ze względu na swoją specyfikę współpracy z rzekami lub zbiornikami wodnymi i dużą zajętość terenu oraz położenie na terenach chronionych, mogą stanowić w tym zakresie wyzwanie trudniejsze niż pozyskanie Decyzji Środowiskowej na pierwszą w Polsce Elektrownię Jądrową.

Kolejnym aspektem są regulacje prawne w kontekście potraktowania magazynowania energii jako odrębnego sektora energetyki. W 2021 dokonano nowelizacji Prawa Energetycznego która wprowadziła definicję magazynu energii elektrycznej. Zmiana ta umożliwiła elektrowniom szczytowo-pompowym możliwość prowadzenia działalności, klasyfikowanej wcześniej jako wytwórcza, na zasadach przewidzianych dla magazynów energii elektrycznej.

Projekty obejmujące realizację nowych ESP oraz powiększanie zajętości terenu zbiorników obecnie funkcjonujących ESP będą musiały uzyskać decyzje o ustaleniu lokalizacji inwestycji celu publicznego oraz pozwolenia wodnoprawne. Potrzebne będzie również uzyskanie zezwolenia na usunięcie drzew i zmianę przeznaczenia gruntów rolnych i leśnych na cele nierolnicze i nieleśne, a także sporządzenie i zatwierdzenie dokumentacji geologiczno – inżynierskiej i hydrogeologicznej.

W przypadku podziemnych ESP, jeśli zachodzi konieczność drążenia tuneli metodą górniczą należy uzyskać decyzję zatwierdzającą plan ruchu zakładu górniczego. Rozmiar oraz lokalizacja nowych ESP może się także wiązać z koniecznością przeprowadzenia transgranicznej oceny oddziaływania na środowisko. Zwieńczeniem procedury administracyjnej jest uzyskanie koncesji na wytwarzanie i magazynowanie energii elektrycznej oraz uzyskanie pozwolenia na budowę.

Proponowane zmiany

Dla usprawnienia funkcjonowania ESP oraz realizacji nowych jednostek tego typu, rządowy zespół proponuje wdrożenie kilu rozwiązań. Po pierwsze wprowadzenie definicji elektrowni szczytowo-pompowej. Druga propozycja to jednoznaczne ujęcie realizacji ESP jako inwestycji celu publicznego, bowiem w obecnie funkcjonującym stanie prawnym ESP nie może być traktowana w ten sposób w świetle przepisów dotyczących planowania przestrzennego. Kolejny pomysł to wprowadzenie rozwiązania podobnego do funkcjonujących w specustawie drogowej, kolejowej, CPK i jądrowej, czyli wprowadzenie kompleksowej decyzji łączącej ustalenie lokalizacji, podział działek i wywłaszczenie.

Źródła finansowania dla budowy i modernizacji ESP

ESP uczestniczą w rynku energii konkurując z konwencjonalnymi jednostkami wytwórczymi, OZE, innymi magazynami lub usługami DSR. Mogą więc być finansowane komercyjnie przez inwestorów. Jako magazyny energii są też uczestnikiem rynku mocy, zaś będąc jednostkami zeroemisyjnymi mogą aplikować o wparcie w wydłużonym, 17-letnim okresie. Obecne przepisy ustawy o rynku mocy przewidują przeprowadzenie ostatniej aukcji rynku mocy w 2025 roku, dedykowanej jednostkom uruchamianym w 2030 roku.

ESP jako ważne ogniwo w transformacji sektora elektroenergetycznego będą też mogły być wspierane poprzez planowany Fundusz Transformacji Energetyki, do którego ma trafiać część środków ze sprzedaży uprawnień do emisji gazów cieplarnianych. Nowe ESP, jako projekty o dużej skali i znaczeniu będą miały status projektów strategicznych, toteż przewiduje się dla nich specjalne procedury i zasady przyznawania finansowania.

Jednakże wszelka pomoc inwestycyjna powinna być notyfikowana i uzyskać akceptację Komisji Europejskiej do końca 2023 roku. Po tej dacie pomoc będzie mogła być przyznana wyłącznie dla projektów będących przedmiotem wspólnego zainteresowania (PCI) lub w przypadku magazynów będących własnością, utworzonych lub obsługiwanych przez operatorów sieci dystrybucyjnej lub przesyłowej.

Podsumowanie

Dynamicznie postępująca na skutek uwarunkowań rynkowych, geopolitycznych i regulacyjnych transformacja sektora energetycznego wiąże się z redukcją emisji gazów cieplarnianych i rozwojem OZE, przy jednoczesnym wycofywaniu źródeł konwencjonalnych. Czynniki te prowadzą do silnego wzrostu zapotrzebowania na magazyny energii. Częścią odpowiedzi na to zapotrzebowanie są elektrownie szczytowo-pompowe.

ESP pełnią kluczową rolę w magazynowaniu energii i stabilizacji systemu elektroenergetycznego. Mimo dość szybkiego rozwoju innych technologii magazynowania, są one w dalszym ciągu jedynym sposobem magazynowania energii elektrycznej na dużą skalę. Pełnią wiele istotnych ról na rynku energii elektrycznej i świadczą szereg niezbędnych usług systemowych, ponadto cechują się wysoką sprawnością i neutralnością emisyjną podczas eksploatacji. Rozwój mocy i pojemności ESP będzie sprzyjać stabilnemu rozwojowi źródeł odnawialnych. W przyszłości ESP będą stanowić wsparcie także dla energetyki jądrowej. W konsekwencji elektrownie szczytowo-pompowe przyczynią się do stworzenia niskoemisyjnego i bezpiecznego systemu energetycznego zgodnie z celami Polityki energetycznej Polski.

Radomski: Szybsze pociągi potrzebują więcej mocy. Jak zasilić KDP? (ANALIZA)