KOMENTARZ
Prof. Władysław Mielczarski
Politechnika Łódzka
W październiku br. niemieckie instalacje odnawialne źródła energii (OZE) wyprodukowały znacznie mniej energii elektrycznej – spadek w stosunku do tego samego okresu ubiegłego roku wynosi 22 proc. Spowodowało to wzrost cen energii na giełdach.
Oddziaływanie OZE nie tylko na ceny energii, ale i na pracę systemu elektroenergetycznego staje się coraz bardziej widoczne nawet wtedy, gdy odnawialne źródła energii produkują niewielki procent energii elektrycznej. Również w Polsce, gdzie niesterowane przez operatorów sieci OZE produkują tylko około 6-7 proc. zużywanej energii, stanowią one coraz większy problem, nie tylko ekonomiczny, ale przede wszystkim techniczny, destabilizując pracę sieci elektroenergetycznych. Mamy do czynienia z sytuacją, kiedy ogon zaczyna machać psem (Wag the Dog).
Jedynym krajem, w którym udało się przekroczyć 20 proc. produkcji energii z OZE są Niemcy. Odbywa się to jednak kosztem krajów sąsiednich, które poddane są przepływom kołowym energii z niemieckich OZE destabilizującym pracę systemów elektroenergetycznych tych krajów. Belgia i Holandia „odgrodziły” się od systemu niemieckiego instalując na liniach transgranicznych przesuwniki fazowe, będące rodzajem transformatorów, które mogą blokować przepływ niechcianej energii. Polska zamierza zrobić to samo. Takie „odgradzanie” się systemów elektroenergetycznych krajów Unii Europejskiej jest sprzeczne z zamiarami tworzenia wspólnego europejskiego rynku energii. Gdyby nie akceptacja przez sąsiednie kraje wymuszanych przepływów kołowych z niemieckich instalacji OZE, niemiecki system elektroenergetyczny uległby już dawno kilku awariom systemowym – black out. Nie wiem czy działania naszego sąsiada to dobry przykład do naśladowania.
Dziś odnawialne źródła energii wprowadzają każdą wyprodukowaną, w dowolnym czasie, ilość energii do sieci elektroenergetycznej, nie zważając na standardy techniczne pracy tej sieci. Staje się coraz bardziej oczywiste, że ta faza działania OZE, nazywana „produce and forget”, musi zostać zastąpiona przez dostosowanie produkcji energii z OZE do możliwości pracy systemu elektroenergetycznego. Przy zastosowaniu szeregu dodatkowych działań technicznych, jak zwiększenie wielkości rezerw mocy w jednostkach konwencjonalnych i rozbudowie sieci, udział OZE w całkowitej produkcji może osiągnąć 15-20 proc. całkowitej zużywanej energii elektrycznej, pod warunkiem, uczestniczenia OZE w bilansowaniu technicznym, czyli produkcji w tych okresach czasu i w takich ilościach, w jakich energię z OZE jest w stanie zaabsorbować system elektroenergetyczny. Innym rozwiązaniem jest odmowa wydawania zgody na przyłączenie do sieci instalacji OZE.
Wiele osób nie rozumie, dlaczego OZE muszą poddać się rygorom technicznym pracy systemu elektroenergetycznego. Można oczywiście przywoływać prawa fizyki rządzące przepływami energii w sieci, ale jest to mało zrozumiałe nawet dla osób z wykształceniem technicznym. Lepszy wyjaśnieniem jest porównanie sieci elektroenergetycznej do układu drogowego. W obu przypadkach korzystający z systemu, czy to elektroenergetycznego czy drogowego, używają tych systemów do transportu produktów i wszyscy korzystający zarówno z systemu drogowego, jak i elektroenergetycznego powinni być traktowani jednakowo i przestrzegać ustalonych zasad, czy to kodeksu drogowego czy rozpływów mocy. OZE wprowadzające dowolne ilości energii, w dowolnym czasie, do systemu zachowują się jak pojazdy uprzywilejowane, którym inni uczestnicy muszą ustąpić pierwszeństwa. Pół biedy, jeżeli tych uprzywilejowanych podmiotów korzystających z dróg czy sieci jest niewiele. Jednak, kiedy liczba uprzywilejowanych podmiotów zaczyna rosnąć następuje paraliż zarówno ruchu drogowego, jak i destabilizacja pracy sieci elektroenergetycznej. Czy ktoś jest w stanie wyobrazić sobie ruch drogowy, kiedy 20 proc. czy 30 proc. uczestników jest uprzywilejowanych? Podobnie trudno wyobrazić sobie poprawną pracę sieci elektroenergetycznych przy tak dużej ilości uprzywilejowanej produkcji energii ze źródeł odnawialnych. Dlatego producenci OZE muszą podporządkować się takim samym regułom, jak inni użytkownicy sieci elektroenergetycznej.
Konieczne jest poddanie się OZE bilansowaniu technicznemu – regulacji produkcji przez operatorów sieci, czyli produkcji energii w ilości i czasie, w których system elektroenergetyczny jest w stanie tę energię zaabsorbować. Może to zostać wykonane na dwa sposoby. W pierwszym OZE pracujące niestabilnie zostaną wyposażane w zasobniki energii, które będą magazynowały energię w czasie jej nadprodukcji. Oznacza to jednak zwiększenie kosztu energii z OZE o ponad 100 proc. Drugą możliwością jest wyłączanie OZE w okresach nadprodukcji. To również zwiększy koszty, ale tylko około 60-70 proc. Przy regulacji produkcji farmy wiatrowe będą pracowały 1200-1400 godzin rocznie zamiast 2000, a ogniwa PV będą produkować energię przez 500-600 godzin rocznie zamiast 900-1000. Można łatwo wykazać matematycznie, że w miarę budowy coraz większej ilości instalacji OZE, czyli wzrostu mocy zainstalowanej, maleje wykorzystanie tych instalacji, a koszty produkcji energii z OZE znacznie rosną. Wyznaczanie taryf dla OZE w oparciu o możliwości ich pełnego wykorzystania (2000h rocznie dla wiatru i 1000h rocznie dla ogniw PV) będzie prowadziło do efektu „missing monery”, jaki obecnie obserwujemy w krajach Unii Europejskiej w konwencjonalnych elektrowniach gazowych czy węglowych.
Niezależnie jak bardzo pobożne byłyby życzenia Unii Europejskiej zwiększenia udziału produkcji energii elektrycznej z OZE, to barierą jest możliwość dostosowania się systemu elektroenergetycznego do dużej ilości niestabilnych źródeł energii. Taką barierą wydaje się poziom 15-20 proc., chociaż koszty osiągnięcia nawet takiego poziomu będą znaczne i dlatego należałoby też zastanowić się, jaka jest ekonomiczna bariera akceptacji zwiększonych kosztów przez gospodarkę i społeczeństwo. Nie jest prawdą, że koszty produkcji z OZE będą z czasem malały. Dostosowanie odnawialnych źródeł energii do możliwości działania systemu elektroenergetycznego będzie znacznie zwiększało koszty, niezależnie od pewnego spadku kosztów inwestycyjnych instalacji OZE.
Snucie planów przez Komisję Europejską, że energia elektryczna z OZE może osiągnąć udział 50 proc. czy 100 proc. całkowitej zużywanej energii jest równoznaczne z planowaniem, że wyhoduje się psa, który w 50 proc. czy w 100 proc. będzie ogonem. Wówczas, jak tytule tego artykułu, nie tyle ogon będzie machał psem, co ogon będzie machał samym sobą. Tyle, że energii z tego nie będzie, chociaż kilka kolejnych dyrektyw może powstać.
