Tretyn: OZE nie uchronią Polski przed blackoutem bez magazynów energii (ANALIZA)

21 grudnia 2021, 07:25 Energetyka
lustracja 1: Według raportu RethinkX energia ze słońca i wiatru oraz postęp w magazynowaniu energii prowadzą do kreatywnej destrukcji i transformacji sektora energetycznego. Źródło: RetxinkX
lustracja 1: Według raportu RethinkX energia ze słońca i wiatru oraz postęp w magazynowaniu energii prowadzą do kreatywnej destrukcji i transformacji sektora energetycznego. Źródło: RetxinkX

Coraz częściej możemy usłyszeć o zagrożeniu blackoutem. Mimo to w najbliższym czasie na horyzoncie nie widać zjawisk, które będą zagrażały nagłymi przerwami w dostawach energii elektrycznej do naszych domów. Co prawda blackout w najbliższej przyszłości nam nie grozi, jednak w nieco dłuższej perspektywie niekoniecznie jest już tak kolorowo (zielono) – pisze Aleksander Tretyn, redaktor BiznesAlert.pl.

Magazyny energii są niezbędnym elementem instalacji OZE

W najbliższych latach z krajowego systemu elektroenergetycznego będą stopniowo wycofywane elektrownie węglowe i gazowe. Należą one do sterowalnych źródeł energii, co oznacza, że jesteśmy w stanie sami zdecydować, w jakim zakresie mocy funkcjonuje dana elektrownia. Z planów inwestycyjnych spółek energetycznych wynika, że w najbliższych latach zamierzają one przede wszystkim inwestować w odnawialne źródła energii, które są niedyspozycyjne oraz praktycznie niesterowalne. Produkcja energii z tych źródeł w znacznym stopniu zależy od intensywności wiatru czy też słońca. Na te czynniki zarówno wytwórca, jak i odbiorca energii elektrycznej nie mają wpływu, co wiąże się z ryzykiem dostaw energii.

Aktualnie większość energii w krajowym systemie elektroenergetycznym pochodzi z dyspozycyjnych źródeł, takich jak elektrownie węglowe czy gazowe. Do 2040 roku struktura mocy zainstalowanych w krajowym systemie ulegnie znacznym zmianom. Przez najbliższe 20 lat będą likwidowane przede wszystkim elektrownie węglowe. Zostaną one zastąpione między innymi przez odnawialne źródła energii. OZE będą stanowiły w 2040 roku blisko połowę polskiego miksu energetycznego. Według strategii energetycznej, czyli Polityki Energetycznej Polski do 2040 roku zainstalowana moc elektrowni słonecznych wyniesie około 10 GW, morskich farm wiatrowych również około 10 GW, zaś lądowych farm wiatrowych niecałe 7 GW. Inne odnawialne źródła energii razem będą stanowiły 3 GW, co łącznie da blisko 30 GW mocy zainstalowanych w odnawialnych źródłach energii. Pozostałe 30 GW w krajowym miksie będzie uzupełnione przez dyspozycyjne źródła energii, w tym między innymi elektrownię atomową, której uruchomienie znajduje się w planach.

Patrząc na aktualny rozwój niektórych odnawialnych źródeł, takich jak fotowoltaika, należy brać pod uwagę, że wraz z aktualizacją polityki energetycznej polski jej moc może zostać nieco podniesiona. Na dzień dzisiejszy w fotowoltaice mamy już zainstalowane ponad 6 GW mocy. Mając na uwadze na dynamiczny rozwój tego sektora energetyki w najbliższych latach możemy spodziewać się znacznie większego przyrostu mocy niż zakładali autorzy polityki energetycznej.

Z jednej strony rozwój odnawialnych źródeł energii powinien nas cieszyć, z drugiej jednak należy się zastanowić, czy jesteśmy gotowi na ten rozwój bez znacznego zwiększenia inwestycji w zakresie magazynowania zielonej energii.

Największym problem odnawialnych źródeł energii jest ich współczynnik wykorzystania mocy zainstalowanej. Wspomniany współczynnik to stosunek energii wyprodukowanej w ciągu roku do maksymalnej ilości energii elektrycznej, jaką instalacja mogłaby wytworzyć pracując stale na maksymalnej mocy. W przypadku morskich farm wiatrowych współczynnik ten wynosi niewiele ponad 50 procent, dla lądowych farm wiatrowych oscyluje w okolicach 27 dla starych elektrowni i w okolicach 40 procent dla nowych inwestycji wiatrowych. Dla fotowoltaiki współczynnik wykorzystania mocy wynosi raptem niecałe 11 procent. Najwyższy współczynnik wykorzystania mocy posiadają biogazownię, wynosi on od 60 do 90 procent oraz spalarnie biomasy, których współczynnik wynosi w okolicach 80-85 procent. Mimo wysokiego współczynnika wykorzystania mocy biogazownie oraz spalarnie biomasy, z uwagi na wysokie nakłady inwestycyjne oraz koszty stałe i zmienne, nie są zbyt popularne. Niewątpliwe plusem biogazowni i spalarni biomasy jest ich względnie wysoka elastyczność pracy.

Czy odnawialne źródła energii są w stanie uchronić nas przed ewentualnym blackoutem?

Z uwagi na niski współczynnik wykorzystania mocy niestety odnawialne źródła energii nie są wstanie uchronić nas przed blackoutem. Ich niestabilność i brak elastyczności pracy stanowią spore zagrożenie dla systemu energetycznego. Pomimo iż nowych mocy nieustannie przybywa, są to głównie te praktycznie niesterowalne. Produkcja energii z wiatru, czy też ze słońca, w dużej mierze zależy od warunków meteorologicznych, niestety nie mamy zbyt wielu możliwości kontrolowania wytwarzania energii. Ograniczają się one jedynie do zatrzymania ewentualnej produkcji energii z wiatru. Największym minusem odnawialnych źródeł energii jest ich niedyspozycyjność przy słabych warunkach atmosferycznych.

Ratunkiem dla odnawialnych źródeł energii w kierunku zwiększenia ich użyteczności mogą być magazyny energii. Pozwolą one gromadzić nadwyżki energii w sprzyjających warunkach meteorologiczne, zaś gdy wiatr nie wieje ani słońce nie świeci mogą uwalniać energię, tym samym zapewniając stabilność dostaw energii. Rozwój magazynów w najbliższym czasie będzie kluczowy dla całego sektora elektroenergetycznego. Wraz z rozwojem technologii ich wydajność również się zwiększa, co przekłada się fakt, iż zajmują one mniej miejsca.

Oprócz magazynów bateryjnych, o których słyszymy najwięcej, możemy wyróżnić miedzy innymi elektrownie szczytowo-pompowe, koła zamachowe, magazyny sprężonego powietrza, superkondensatory, cewki nadprzewodzące, ogniwa paliwowe z wodorem, czy też magazyny ciekłego powietrza. Form magazynowania, jak widzimy, jest wiele, lecz nie wszystkie mają swoje zastosowania w przypadku chęci integracji z odnawialnymi źródłami energii. Spośród wyżej wymienionych technologii za najbardziej efektywną formę magazynowania energii uchodzą elektrownie szczytowo-pompowe.

Elektrownie te uchodzą za magazyny, których sprawność mieści się w przedziale 70-85 procent, zaś ich żywotność sięga nawet do 60 lat. Na chwilę obecną w Polsce mamy kilka takich elektrowni – między innymi Elektrownia Żarnowiec (716 MW),Elektrownia Porąbka-Żar (500 MW), Zespół Elektrowni Wodnych Solina-Myczkowce (200 MW) czy też Elektrownia Żydowo 136 MW. Aktualnie w Polsce planowane są kolejne inwestycje w elektrownie szczytowo-pompowe, gdyż ogólny potencjał magazynowania w nich energii wynosi około 3-4 GW.

Niestety elektrownie te mają również swoje ograniczenia lokalizacyjne. Ze względu na ich charakterystykę techniczną nie możemy pozwolić sobie na ich swobodne lokowanie.

Do integracji z odnawialnymi źródłami energii na chwilę obecną najlepiej sprawdzą się bateryjne magazyny energii, które są dużo prostsze do zlokalizowania, a tym samym można je z łatwością zlokalizować przy farmach wiatrowych czy też farmach fotowoltaicznych. Jednak i one nie są bez wad. Ze względu na swoją specyfikę techniczną nie zapewnią one magazynowania energii w perspektywie krótko i długoterminowej. Są one przeznaczone głównie do zapewnienia uelastycznienia działania sieci podczas szczytowego zapotrzebowania na moc.

Najlepszym rozwiązaniem magazynowania energii może okazać się magazyn wodorowy z ogniwami paliwowymi. Jest on w stanie zapewnić długoterminowe magazynowanie energii w postaci wodoru. Jednak technologie wodorowe dopiero raczkują, a więc będziemy musieli jeszcze trochę poczekać, aż zaczną on na stałe gościć przy inwestycjach wiatrowych czy też słonecznych.

Magazyny energii są niezbędnym elementem, który powinien towarzyszyć rozwojowi OZE. Farmy wiatrowe czy też fotowoltaiczne, które nie będą w żaden sposób zintegrowane z magazynami energii, nie zapewnią bilansowania i bezpieczeństwa energetycznego w krajowym systemie energetycznym. W najbliższym czasie co prawda blackout nam nie grozi, ale jeśli będziemy odchodzić w tym tempie od dyspozycyjnych mocy i zastępować je odnawialnymi źródłami wytwórczymi bez integracji z magazynami energii. może nas spotkać przyszłość nie „zielona”, lecz „czarna”.