Kształtuje się właśnie nowy system energetyczny: rozproszony, lokalnie (prawie) samowystarczalny, oparty nie o pojedyncze bloki o wielkich mocach, lecz na wielu jednostkach różnych rodzajów i o mniejszych mocach, mocno uzupełniony o akumulację, w tym rozproszoną (…), jeśli nawet wystąpią jakieś problemy, związane z ekstremalnymi sytuacjami, to ich skala szkód i napraw będzie lokalna, a koszty opanowania sytuacji również proporcjonalne mniejsze – pisze Rafał Bryjak, analityk sektora energetycznego, posiłkując się przykładami z Kalifornii i Polski.
Kryzysowe lato
W ostatnim letnim okresie można było obserwować w systemach energetycznych dwa rodzaje sytuacji kryzysowych wywołanych bardzo nietypowymi zjawiskami atmosferycznymi. Pierwszy to polski 22 czerwca, kiedy to bardzo gwałtowne, wcześniej nie notowane opady deszczu zapoczątkowały ciąg zdarzeń zakończony dużym (jak na nasz system energetyczny) wypadnięciem mocy generowanej przez bloki opalane węglem brunatnym i kamiennym.
Druga sytuacja to kalifornijskie problemy z bardzo dużym zapotrzebowaniem na energię elektryczną w okresie zdecydowanie ponadprzeciętnych upałów, jakie nawiedziły zachodnie wybrzeże USA w końcówce sierpnia, połączonym ze zbyt małą generacją z OZE (PV + wiatraki) na tle wycofywania w tym stanie energetyki jądrowej i węglowej, z jednoczesnymi problemami z uruchamianiem mocy z bloków gazowych.
Pewne cechy wspólne obu zdarzeń sprawiają, że można pokusić się o postawienie ich obok siebie. W obu przypadkach u korzeni problemów były ekstremalne warunki atmosferyczne. Dalszy rozwój sytuacji, polegający na narastaniu kolejnych niesprzyjających zdarzeń, nie do końca będących czynnikami wyższymi, wymusił łańcuch działań głównie technicznych i organizacyjnych w celu ratowania systemu energetycznego. Innymi słowy – w obu przypadkach (po wystąpieniu tzw. sił wyższych) uruchamiany był dostępny zestaw narzędzi, mających nie dopuścić do niekontrolowanego blackoutu. Są to środki techniczne, czyli głównie awaryjne uruchamianie nowych generatorów oraz kontrolowane wyłączenia odbiorów energii (w Polsce tym razem, inaczej niż na przykład w 2015 roku, element ten nie wystąpił).
Poprzedni raz, gdy w Kalifornii nastąpiły planowe wyłączenia prądu ze względu na zbyt małą podaż energii, miał w miejsce w 2001 roku. Z kolei polska sieć energetyczna miała problemy tego typu ostatnio w 2015 roku, kiedy (też w wyniku ekstremalnych warunków pogodowych) ogłoszono 20 stopień zasilania, wyłączając prąd licznym odbiorcom).
Wszystko to dzieje się na tzw. rynku energii (co najmniej w zakresie bilansowania pracy sieci energetycznej), który w sytuacji zmniejszającej się podaży wymusił wysokie ceny brakującego produktu. Zarówno w Polsce, jak i w Kalifornii można było zaobserwować bardzo duży wzrost cen powyżej poziomów występujących w normalnych warunkach pracy sieci energetycznej. Należy podkreślić, że obie sieci energetyczne pracują w trybie ciągłego bilansowania podaży i popytu energii elektrycznej. Jest to o tyle istotne, że zostaliśmy jako społeczeństwa przyzwyczajeni do komfortu korzystania z energii na według zasady „płacący żąda”. Odbiorca energii chce ją mieć zawsze, w tej samej jakości oraz ilości wynikającej z potrzeby chwili, a to dostawcy energii i operatorzy sieci muszą spowodować, aby tak się stało. W ten sposób objawia się kolejny element (nazwijmy go po prostu człowiekiem) wspomnianych wcześniej działań: czynnik społeczny nie podlegający procedurom, jednostronnie roszczeniowy.
Polska i Kalifornia
W przytoczonych wyżej obu przypadkach, na zachwianą równowagę (zapoczątkowaną przez ‘siły wyższe’) system w oczekiwany sposób zareagował ekonomią tam gdzie mógł i poprzez wysokie ceny prądu chciał pozyskać go za wszelką cenę, aby zaspokoić nieregulowane potrzeby odbiorców. Można by powiedzieć, że w obu przypadkach zawiodła technika, gdyż nie była w stanie zapobiec problemom, przy czym w Polsce odbiorcy energii nie zauważyli problemów z jej dostawami i nie doświadczyli konieczności dostosowania swojego popytu do podaży. Dlatego też pojawiły się komentarze, że mieliśmy szczęście w nieszczęściu, gdyż gdyby siła wyższa wystąpiła przy wyższym poziomie zapotrzebowania w energię, to nastąpiłyby zapewne planowe wyłączenia konkretnych fragmentów sieci energetycznej. W Kalifornii z kolei zapotrzebowanie na energię było zbyt wysokie, i do takich planowych wyłączeń doszło – ponad 3 mln odbiorców zostało pozbawionych dostaw energii planowo i na dłuższy czas.
System energetyczny w Polsce w mniej więcej 90 procent opiera się na pozyskiwaniu energii ze spalania paliw kopalnych, z czego w 73 procentach to elektrownie opalane węglem (kamienny i brunatny), a w 9 procentach gazem. W sytuacjach awaryjnych wymagana jest szybka reakcja. W naszym systemie energetycznym mogłyby oferować ją bloki gazowe – pod warunkiem, że mają wystarczają moc oraz są dyspozycyjne, czyli można je uruchomić. Niestety, polskie duże bloki gazowe praktycznie nie uczestniczą w bilansowaniu pracy sieci, bo nie spełniają żadnego z tych kryteriów. Po pierwsze – stanowią na tyle niewielką część mocy wytwórczych, że nie mają potencjału do skutecznej reakcji, szczególnie w sytuacji, gdy w krótkim czasie zabrakło w systemie mocy (węglowych) w ilości przekraczającej moc źródeł gazowych. Po drugie, ponieważ koszty generacji z gazu są w aktualnych warunkach rynkowych niższe od generacji z węgla, więc bloki gazowe pracują w podstawie, a nie w regulacji. Ponadto są one elementem innych układów technologicznych (w przemyśle), wymuszających ich pracę, więc ich priorytetem nie jest regulacja sieci.
Oprócz „gazówek” operator sieci dysponuje jeszcze blokami w elektrowniach wodnych (w tym szczytowo-pompowych), ale ich moc jest również relatywnie niewielka. Moc nominalna jest porównywalna z mocą bloków gazowych, ale potencjał regulacyjny sporo mniejszy, szczególnie biorąc pod uwagę obecne niskie stany rzek i zbiorników. Liczyć na pracę generacyjną bloków szczytowo pompowych nie zawsze można dokładnie w czasie, kiedy zaistnieją problemy w skali wydarzeń czerwcowych (musiałyby one być pełne i czekać na ekstremalną sytuację, na co dzień nie pracując).
Co więc uratowało sytuację w Polsce 22 czerwca? Import energii od sąsiadów – w ilości przekraczającej moc elektrowni gazowych – co świadczy o dużym znaczeniu linii przesyłowych, zdolnych do przesłania dużych ilości energii na duże odległości w europejskim systemie energetycznym, którego jesteśmy fragmentem. Jak widać nie pomogły „akumulatory” energii w postaci gigantycznych ilości węgla na składach przy elektrowniach jak i przy kopalniach (włączając w to sławny Centralny magazyn węgla w Ostrowie Wielkopolskim). Problemem okazał się brak możliwości szybkiego uwolnienia wymaganej ilości energii z paliw w krótkim czasie. Takiej szybkiej reakcji nie zapewnią na pewno bloki węglowe, potrafią to bloki gazowe, może pomóc import z rejonów o nadmiarze produkcji energii z PV lub wiatraków.
Tak też powinno się zadziać w Kalifornii, ale nie zadziałało. Braki w generacji miały tam inny charakter niż w Polsce. Kalifornia świadomie zlikwidowała energetykę emisyjną (węglową) oraz ogranicza pracę elektrowni jądrowych przy równoczesnym wzroście udziału generacji OZE. W normalnych warunkach (tych pogodowych oraz przy braku awarii dużych pojedynczych źródeł) już przy obecnych udziałach OZE w miksie energetycznym generacja z wiatraków lub z PV działa na tyle wystarczająco dobrze ze swoim już znaczącym udziałem w produkcji energii elektrycznej, że do regulacji systemu wystarczają generatory gazowe oraz import z sąsiednich regionów, a to wszystko przy akceptowalnym poziomie cen. W sytuacji, jaka miała miejsce, czyli ekstremalnych wysokich temperatur, pożarów, przez które wystąpiły ograniczenia w przesyle energii, nowe niesterowalne źródła OZE nie dały rady zaspokoić niesterowalnych potrzeb odbiorców w sposób, w jaki odbywało się to za pomocą źródeł opartych o paliwa kopalne.
Można stwierdzić, że Kalifornia to region, w którym mamy do czynienia z już zaawansowanym prototypem nowego systemu energetycznego, mocno różniącego się od tego klasycznego, będącego w fazie zakończonego rozwoju, a wręcz dobiegającego swojego kresu (taki właśnie schyłkowy system mamy w Polsce). W „prototypowej” Kalifornii nie potrafiono (jeszcze) dostarczyć do odbiorców wymaganej przez nich ilości energii, ale tym razem to niesterowalna natura nie chciała współpracować (brak wiatru), wieczorna generacja z PV była za mała, generatory gazowe też miały problemy z uruchomieniem, a linie przesyłowe były przeciążone. Krytyczna okazała się też zbyt mała moc dostępna w sieciach przesyłowych łączących Kalifornię z resztą kraju. Dobrze rozwinięte sieci przesyłowe z najbliższymi stanami nie pomogła, bo fala upałów i związany z nią wzrost zapotrzebowania na energię dotknął ich wszystkich. Z kolei możliwości przesłania nadwyżek energii z wschodniego wybrzeża nie było. Warto tu zauważyć, że amerykańska sieć elektroenergetyczna jest podzielona na silnie odseparowane od siebie podsieci. W szczególności połączenia między wschodnim a zachodnim wybrzeżem pozwalają na wymianę zaledwie 1 GW mocy (dla porównania, to zapotrzebowanie na moc przez małe polskie województwo). Rozbudowa kontynentalnej sieci przesyłowej w USA pozwoliłaby na zapewnienie energii w każdym miejscu z jednoczesną możliwością wyłączenia wielu redundantnych elektrowni, w tym w praktyce wszystkich węglowych. Dałoby to większe oszczędności od nakładów na rozwój sieci, pozwoliło lepiej bilansować energię z OZE i pozwoliło silnie ograniczyć emisje, jednak – właśnie ze względu na niekorzystny wpływ dużych możliwości przesyłowych na wykorzystanie paliw kopalnych – administracja Trumpa blokuje plany modernizacji sieci przesyłowych, a nawet analizy inżynieryjne na ten temat.
W tym skomplikowanym, cały czas równoważonym układzie pomiędzy naturą, techniką, ekonomią i człowiekiem-odbiorcą (z jego żądaniami komfortu życia i stabilności zatrudnienia) dotychczas próbowano zmieniać wszystkie elementy oprócz tego ostatniego – człowieka. I tak kolejno: ekstremalnymi zjawiskami pogodowymi natura odwdzięcza się nam teraz za ciągłą rozbudowę kopalnych źródeł energii. Ekonomia wydaje się katalizatorem postępu technicznego i teoretycznie w sposób kontrolowany i zaplanowany razem z inżynierią szybko się zmieniają, wdrażając nowe rozwiązania i technologie. Jedynie człowiek-odbiorca był bardzo stabilny w żądaniu coraz większego komfortu – za stałą cenę. Wydaje się, że doszliśmy do momentu, w którym również tu nastąpią zmiany. Nie chodzi o rezygnację z komfortu, ale o elastyczność w podejściu do korzystania z energii. Jest oczywistym, że dostępność do energii w każdym momencie kosztuje. Ludzie są w stanie dostosować się, gdy dostają sygnał cenowy i mają perspektywę niższych kosztów. Wypracowywane są rozwiązania techniczne dające porównywalny komfort, a do tego idące w kierunku spadku ponoszonych kosztów. Te nowe tańsze rozwiązania to nie tylko OZE same w sobie (które są tańsze choćby dlatego, że nie potrzebują paliwa i nie mają kosztów utylizacji produktów spalania, od smogu po CO2), ale też to, że te OZE można mieć pod przysłowiową strzechą. I nie ma znaczenia, czy ta strzecha to korporacja, osiedle mieszkalne, całe miasto czy też pojedynczy budynek lub firma. Podejście prosumenckie po prostu minimalizuje potrzebę korzystania z systemu przesyłu energii, szczególnie w ekstremalnych sytuacjach.
Prototypowe systemy energetyczne
Staje się coraz bardziej widoczne, że – jak zwykle – jedyną stałą rzeczą są zmiany i czas na zmianę systemu, i to nie taką przez jego drobne kolejne inkrementalne ulepszanie, lecz głęboką. Można powiedzieć, że kalifornijski prototyp systemu elektroenergetycznego doszedł do takiego momentu zaawansowania prac, w którym wiadomo, że nastąpi jego (tego prototypu) większa przebudowa albo dojdzie do zbudowania nowego prototypu. Jeśli nie można uwolnić energii z paliwa w wymaganym krótkim czasie, jeśli nie można jej przesłać po akceptowalnym koszcie (bo przesył kosztuje często sporo więcej niż sama energia), to (co nie jest zresztą nowym odkryciem) warto energię wyprodukować „na miejscu” po niskim koszcie, po czym zmagazynować ją w formie gotowej do użycia i korzystać z niej kiedy się chce. W tym właśnie kierunku podążać będą prace nad nowym modelem zaopatrywania w energię.
Kształtuje się właśnie nowy system energetyczny: rozproszony, lokalnie (prawie) samowystarczalny, oparty nie o pojedyncze bloki o wielkich mocach, lecz na wielu jednostkach różnych rodzajów i o mniejszych mocach, mocno uzupełniony o akumulację, w tym rozproszoną. W tym systemie nadwyżki energii, zarówno na bieżąco produkowanej, jak i zakumulowanej, można odsprzedać. Nie ma w nim mowy o systemowym krachu, a jedynie o lokalnej grze popytu i podaży. A jeśli nawet wystąpią jakieś problemy, związane z ekstremalnymi sytuacjami, to ich skala szkód i napraw będzie lokalna, a koszty opanowania sytuacji również proporcjonalne mniejsze.
Przegranymi tej zmiany będą głównie wielkie nieelastyczne bloki, zarówno te węglowe jak i jądrowe. Zostały one stworzone do zasad pracy (stabilnej) starego systemu, coraz bardziej odbiegającego od obecnych potrzeb. Dziś wymagana jest szybkość reakcji po stronie technicznej w sposób nie generujący niepotrzebnych kosztów. Jeśli nie trzeba płacić za paliwo, to energia jest darmowa. Idąc dalej: sprawność uzyskania użytecznej formy energii schodzi na drugi plan, a największe znaczenie zyskuje sprawność przetworzenia energii w użyteczny produkt lub usługę. Prototypy takiego rozwiązania już istnieją i się doskonalą, a stary model przechodzi na emeryturę i powoli nie ma na niego już popytu.
Trwa wyścig o jak najszybsze skuteczne wdrożenie nowego modelu. Towar w postaci energii ma zawsze tą samą jakość. Wygra ten, kto tą jakość dostarczy za najniższą cenę. Pierwsi, którzy to zrobią, będą bogatsi o doświadczenie i przez to będą ponosili mniejsze koszty. Będą mieli też rozwiązania, które będą oferować innym.
