Radomski: Rewolucyjna strategia Polskich Sieci Elektroenergetycznych (ANALIZA)

29 marca 2022, 07:35 Atom

Lądowa linia prądu stałego wysokiego napięcia (HVDC) to najbardziej spektakularny spośród elementów projektu planu rozwoju elektroenergetycznej sieci przesyłowej, którą zarządzają Polskie Sieci Elektroenergetyczne. Dokument zawiera wiele analiz i informacji kluczowych dla przyszłości polskiej energetyki, a także stanowi zapowiedź wielkich zmian w rządowej polityce energetycznej. W perspektywie roku 2030 możliwe jest nawet przekroczenie przez odnawialne źródła energii 50 procent udziału w produkowanej w Polsce energii elektrycznej – wylicza Daniel Radomski, współpracownik BiznesAlert.pl.

Prognoza zapotrzebowania na energię

Po raz pierwszy w zakresie oficjalnych dokumentów planistycznych wzięto pod uwagę wpływ szerokiego wdrożenia pojazdów elektrycznych, pomp ciepła i technologii wodorowych na wzrost zapotrzebowania. Rok 2021 zamknął się w tym zakresie wartością 174,4 TWh. Na rok 2050 przewiduje się, w zależności od skali produkcji wodoru od 300 do nawet 500 TWh. Oznacza to że Polska musi się nie tylko odtworzyć zdolności wytwórcze w technologiach niewęglowych, ale także doprowadzić do ich podwojenia, a może nawet potrojenia. Będziemy zatem potrzebować znacznie więcej OZE i Atomu niż to wynika z aktualnej rządowej polityki energetycznej.

FitFor55, czyli gwałtowny rozwój OZE i pułapka gazowa

Wstępne szacunki wdrożenia pakietu FitFor55, przy założeniu rozszerzenia systemu handlu emisjami na transport drogowy i budynki prowadzą do wniosku, że w roku 2030 42 procent energii elektrycznej będzie pochodziło ze źródeł odnawialnych, przy zapotrzebowaniu rocznym na poziomie ok. 200 TWh. Z przyjętego miksu paliwowego wynika 4,5 krotny wzrost ilości energii produkowanej z gazu ziemnego względem roku 2020. W analizach założono wzrost mocy zainstalowanej lądowych farm wiatrowych z poziomu 6.5GW do 18.4GW, czyli założono zniesienie tzw. „zasady 10H”.

ESP Młoty

W grudniu 2021 roku Premier powołał Zespół Ekspercki do spraw Budowy Elektrowni Szczytowo-Pompowych. Na pierwszym spotkaniu w styczniu omawiano kontynuację zawieszonej w 1981 roku budowy ESP Młoty w okolicach Kłodzka o mocy 750 MW. PSE zakłada budowę linii 400kV Świebodzice-Ząbkowice – Dobrzeń w celu odbioru mocy z ESP Młoty. Inwestycja ma być gotowa w roku 2029, pod warunkiem realizacji ESP. Obszary szczególnie silnie odbierające moc można interpretować jako potencjalnie atrakcyjne lokalizacje dla realizacji miejskich elektrociepłowni jądrowych.

Mapa przepływów mocy

Szczególnie wartościowe dane przedstawiono w formie graficznej. Zlokalizowane nad morzem i na morzu liczne źródła wiatrowe wprowadzają w sieć dużą ilość mocy na północy. Jednocześnie w rejonie Górnego Śląska dojdzie do wyłączenia wielu źródeł węglowych. Z tego względu trzeba będzie znacząco wzmocnić zdolności przesyłowe na linii północ-południe. Jest to bezpośrednią, ale niejedyną przyczyną realizacji linii HVDC.

Lądowe linie HVDC

Stałoprądowe połączenie nadmorskich wiatraków z GOP o mocy 4GW ma być gotowe na rok 2033. To również data uruchomienia pierwszego bloku nadmorskiej elektrowni jądrowej. PSE informuje, że w analizach na rok 2040 rozpatruje już kolejne połączenia HVDC. Nie będą jednak powstawały jako linie łączące 2 punkty, lecz mają mieć pośrednie punkty z odgałęzieniami.

Realizacja linii zmniejszy obciążenie sieci prądu przemiennego, zwiększy stabilność pracy sieci oraz będzie mniej kosztowna niż realizacja kilku linii prądu przemiennego, pozwoli na sterowanie przepływem mocy oraz zredukuje zapotrzebowanie na instalację kompensatorów synchronicznych.

Wyprowadzenie mocy atomu

Inwestycją podzielono na 3 fazy. Do 2026 powstanie stacja ELJ do odbioru mocy z elektrowni jądrowej, ale w zakresie ograniczonym ro rozdzielni 110kV, oraz połączenie 110kV. Inwestycja posłuży zasilaniu placu budowy W drugim etapie, do roku 2032 powstanie rozdzielnia 400kV, dwie dwutorowe linie stanowiące wyprowadzenie mocy do nowej stacji DSC pomiędzy Żydowem a Gdańskiem, a także linia łącząca tą stację z okolicą Grudziądza. W zależności od wybranej technologii, pozwoli to na podłączenie jednego lub dwóch reaktorów. W trzeciej fazie powstanie linia łącząca stację DSC z okolicą Konina, co pozwoli odbiór pełnej mocy planowanej w pierwszej elektrowni jądrowej – czyli do 3750MW. Łączny koszt realizacji wszystkich faz wyniesie około 3 mld złotych.

750kV w nowym wcieleniu

Obszar województwa podkarpackiego między Rzeszowem a granicą z Ukrainą wymaga poprawy pewności zasilania. Przewiduje się również zabudowę terenów inwestycyjnych. Z tych względów do miasta Jarosław zostanie doprowadzona linia o napięciu 400kV. W tym celu PSE zakłada użycie istniejących elementów dawnej linii 750kV łączącej Rzeszów z Chmielnicką Elektrownią Jądrową na Ukrainie. Nie oznacza to jednak reaktywacji połączenia transgranicznego. Linia zostanie dostosowania do napięcia 400kV i połączona z nową stacją elektroenergetyczną w Jarosławiu. Inwestycja nie wyklucza przyszłej współpracy synchronicznej z systemem elektroenergetycznym Ukrainy.

Należy jednak podkreślić, że znacząca część dokumentu PSE związanego z rozwojem systemu przesyłowego powstawała w roku 2021, zaś całość analiz technicznych przeprowadzono przed początkiem działań wojennych. W ostatnim czasie Ukraina została awaryjnie połączona z europejskim obszarem synchronicznym, co może mieć wpływ na zmianę podejścia Polski oraz Unii Europejskiej do ewentualnej reaktywacji połączenia z Ukrainą.

Zarządzenie mocą bierną

Generatory ulokowane w starych blokach węglowych, po wyłączeniu produkcji, będą mogły się przydać w charakterze kompensatorów synchronicznych do regulacji rozpływu mocy biernej, co poprawi bezpieczeństwo pracy KSE w stanach skrajnych. Daleko idąca rozbudowa sieci przesyłowej zwiększy ryzyko występowania przepięć  z powodu nadwyżki mocy biernej w sieci. Problem będzie znacząco zredukowany dzięki budowie linii HVDC – ale i tak zajdzie konieczność wdrożenia urządzeń kompensacyjnych. Rozwiązania mają zostać wdrożone do roku 2032. Zagadnienie zarządzania mocą bierną jest brane pod uwagę również przy synchronizacji państw bałtyckich z obszarem ENTSO-E.

Planowane magazyny energii

Inwestycje w bateryjne magazyny energii nie są przesądzone, ale sam fakt ujęcia ich w planie PSE świadczy o dużej szansie na realizację i znaczącym rozmachu analizowanych inwestycji. Magazyny mają szansę powstać w miejscowości Turośl Kościelna w pobliżu Białegostoku, w Siedlcach, Ełku, Kozienicach, Mieczysławowie w pobliżu Pątnowa oraz w Kartoszynie koło Żarnowca. Grupa PGE zapowiedziała realizację magazynu energii w Żarnowcu o mocy 205 MW i pojemności 820 MWh.

Własne zasoby mocy OSP

Analizy ekonomiczne oraz wyniki grudniowych aukcji mocy, które zakończyły się w pierwszej rundzie cenami sięgającymi 400 zł/kW/rok skłoniły PSE do inwestycji we własne źródła, które działałyby tylko w sytuacjach ekstremalnych warunków pogodowych, ograniczonej dostępności energii elektrycznej możliwej do zaimportowania lub zwiększonej niedostępności konwencjonalnych źródeł wytwórczych. W tym celu zakłada się realizację przez PSE jednego lub kilku źródeł opalanych gazem lub paliwem płynnym, opartych o turbinę gazową lub silniki tłokowe o łącznej mocy 500MW, ewentualnie magazynów o tożsamej mocy zdolnych do pracy z nią przez 8 godzin. Jednocześnie PSE konkluduje, iż najbardziej prawdopodobne do realizacji projekty będą dotyczyły źródeł kogeneracyjnych w lokalizacjach z zapotrzebowaniem na ciepło oraz źródeł o parametrach, które pozwolą na ekonomiczną pracę jako jednostki podstawowe lub podszczytowe. W tym zakresie stanowi to kolejny argument uzasadniający długofalowe inwestycje w miejskie elektrociepłownie jądrowe.

Zasilanie kolei dużych prędkości

Nowe linie kolei dużych prędkości, budowane przez CPK mają być realizowane z trakcją 25kV AC. Dzięki temu po nowych torach będą mogły jeździć lokomotywy o znacznie większej mocy niż przy trakcji 3kV DC. Jednocześnie ograniczy to koszty budowy i eksploatacji, bowiem podstacje mogą być rozmieszczone w większych odstępach, a mniejsze prądy robocze to mniejsze straty na przesyle. Jednakże, aby móc korzystać ze wspomnianych zalet, kolej musi być zasilana bezpośrednio z systemu przesyłowego, wydzielonymi liniami abonenckimi o napięciu co najmniej 220kV. Zmusza to CPK do uzgodnienia swoich planów z PSE. W tym celu opracowano i uzgodniono z PSE Koncepcję układu zasilania dla nowych linii kolejowych związanych z budową CPK.

Pozbyć się węgla i gazu

Prognozy PSE są bardzo optymistyczne i przygotowują krajowy system elektroenergetyczny na wszystkie możliwe scenariusze rozwoju. Osiągnięcie 50% udziału OZE będzie się jednak wiązało z ogromnymi kosztami: 32 mld na system przesyłowy – w tym 3mld na podłączenie Elektrowni Jądrowej – oraz 100 mld na rozwój systemów dystrybucyjnych. Łącznie umożliwi to przyłączenie nawet 46.5 GW źródeł odnawialnych do 2030 roku. Koszty te poniosą użytkownicy końcowi w rachunku za energię elektryczną – także koszty budowy i utrzymania własnych źródeł PSE.

Podłączenie kolejnych elektrowni jądrowych, w tym małych reaktorów powinno być już niemal bez kosztowe – będą bowiem powstawać w rejonie istniejących węzłów systemu przesyłowego lub dystrybucyjnego. Chcąc zatem redukować udział węgla i gazu w produkowanej energii, przy możliwie niskich kosztach ogólnych, należałoby wyznaczyć docelowy mix poszczególnych rodzajów źródeł i magazynów energii oraz przyjąć możliwie zdegazyfikowaną strategię dla ciepłownictwa. Więcej atomu, OZE, ESP, magazynów energii i pomp ciepła to dziejowa konieczność.