Radomski: 100 procent OZE w Warszawie się nie spina, więc może atom pomoże (ANALIZA)

22 maja 2023, 07:35 Atom

Warszawa ma analizę planu rozwoju energetyki. – Całość prac podporządkowano udowodnieniu tezy, że przejście na 100 procent OZE miasta Warszawa jest realne do osiągnięcia. Jednakże, jeśli głębiej przyjrzeć się założeniom, wynikom pośrednim i wykresom, to okazuje się że autorzy udowodnili przeciwną tezę – ale nie pozwolono im tego zapisać we wnioskach – pisze Daniel Radomski, współpracownik BiznesAlert.pl.

W ramach analiz związanych z opracowaniem nowego studium planistycznego, określającego kierunki rozwoju miasta, w ubiegłym roku zostało wykonane obszerne opracowanie pt. „Model energetyczny dla m.st. Warszawy w perspektywie 2050 roku”. W następstwie tych analiz w SUIKZP znalazł się postulat porzucenia rozległej sieci ciepłowniczej na rzecz wyłącznie indywidulanych pomp ciepła, zainstalowanych w każdym budynku na terenie miasta. Zapotrzebowanie na energię elektryczną miałoby zostać pokryte głównie z energetyki wiatrowej zainstalowanej w gminach wokół stolicy, ale częściowo również z morskich farm wiatrowych.

W „Modelu” przeanalizowano dzisiejsze zapotrzebowanie oraz metody zaspokajania miasta oraz mieszkańców w zakresie energii w różnej formie: prąd, ciepło, paliwa. Uwzględniono zapotrzebowanie branży transportowej oraz założono daleko idącą termomodernizację, a wręcz „pasywizację” w zakresie istniejących zasobów budynkowych.

W analizach próżno jednak szukać poważnego traktowania energetyki jądrowej, bowiem nie brano pod uwagę wykorzystania tak zwanego „ciepła odpadowego” z reaktora i rozprowadzania go przy użyciu miejskiej sieci ciepłowniczej. Zabrakło również wariantu zmiany sieci cieplnej z wysokotemperaturowej na niskotemperaturową, współpracującą z indywidualnymi pompami ciepła. Całość prac podporządkowano udowodnieniu tezy, że przejście na 100 procent OZE miasta Warszawa jest realne do osiągnięcia. Jednakże, jeśli głębiej przyjrzeć się założeniom, wynikom pośrednim i wykresom, to okazuje się że autorzy udowodnili przeciwną tezę – ale nie pozwolono im tego zapisać we wnioskach.

Troszkę teorii

Sieć ciepłownicza działa przez cały rok, dostarczając latem energię na potrzeby ciepłej wody użytkowej a także gorącą parę dla niektórych fabryk przez dedykowane ciepłociągi. W sezonie grzewczym zapotrzebowanie na ciepło jest kilka razy większe niż latem. Uśredniając, zimowy szczyt cechuje się około 10 razy większym zapotrzebowaniem niż okres letni, aczkolwiek szczyt trwa z reguły nie więcej niż dwa tygodnie. Przez zasadniczą część okresu grzewczego zapotrzebowanie nie przekracza 65% wartości szczytowej. W związku z tym w ciepłownictwie miejskim stosuje się, oprócz kogeneracji także źródła szczytowe, działające przez ograniczony czas.

Założenia Modelu: termomodernizacja, pasywizacja, elektryfikacja

Czym jest pasywizacja? Wyjaśniając pokrótce, budynek pasywny z założenia ma na tyle dobrą izolację ścian, fundamentów i dachu, że nie potrzebuje źródła ciepła, może być ogrzewany np. suszarką działającą 15 minut dziennie, ewentualnie klimatyzacją działającą w funkcji grzania.

Główne założenie „Modelu” to elektryfikacja wszystkich dziedzin energetycznych, w tym ciepłownictwa. Ogólnie należy to uznać za słuszny kierunek, jednakże w przypadku dużych miast niekoniecznie stanowi to rozwiązanie optymalne i możliwe do wdrożenia. Skutkiem założenia o elektryfikacji ciepłownictwa jest postulat, aby zaniechać centralnej produkcji ciepła rozprowadzanego siecią ciepłowniczą na rzecz powszechnej elektryfikacji ciepłownictwa poprzez montaż indywidualnych pomp ciepła. Oznacza to, że każdy budynek w Warszawie musiałby zainwestować ogromne środki nie tylko w pasywizację, ale także w realizację pomp ciepła. Właściciele wszystkich budynków, którzy przez ostatnie lata dokonali termomodernizacji oraz zrealizowali przyłącza do sieci ciepłowniczej, będą musieli wyłożyć kolejne środki by się od tej sieci uniezależnić. Instalacja pompy ciepła może się wiązać z koniecznością zwiększenia mocy przyłącza energetycznego, będzie też oznaczać uzależnienie się od cen energii elektrycznej. W warunkach miejskich pokrycie tego zapotrzebowania z instalacji fotowoltaicznej na dachu nie jest możliwe – to nie ta skala.

Jednakże pompy ciepła nie wystarczą, autorzy modelu zauważają że niezbędne będzie uzupełnienie dla pomp ciepła „paliwem gazowym”. Podsumowując, założenia modelu to przerzucenie gigantycznych kosztów na odbiorców końcowych ciepła i spółdzielnie mieszkaniowe, przy jednoczesnej rezygnacji z wykorzystywania wspaniałego aktywa, rozbudowywanego przez wiele pokoleń, w postaci silnie rozbudowanej, stale modernizowanej sieci ciepłowniczej. Czy taki cel jest jednak realny do osiągnięcia?

Schodzimy na Ziemię

W świecie rzeczywistym, osiągnięcie stanu pasywnego przy rozsądnych kosztach jest realnie osiągalne wyłącznie dla nowych budynków. W przypadku znaczącej większości istniejących w Warszawie obiektów, które powstały w czasach socjalizmu, koszt takiej modernizacji może być wyższy niż wyburzenie budynku i zbudowanie go od nowa w formie pasywnej. Wyobraźmy sobie zatem, że wyburzamy wszystkie budynki w Warszawie i budujemy je na nowo, w formie pasywnej, do 2050 roku. Takie rzeczy można będzie próbować realizować podczas powojennej odbudowy w miastach ukraińskich, ale nie w warunkach warszawskich.

Pompy ciepła i pasywne budownictwo do bardzo dobre rozwiązanie dla nowych budynków zarówno w mieście jak i na terenach wiejskich, daleko od sieci ciepłowniczej. Jednakże rozprzestrzenienie się pomp ciepła będzie skutkować daleko idącym wzrostem zapotrzebowania na energię elektryczną w sezonie grzewczym.

Tak duży wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną niekoniecznie będzie realny do zaspokojenia poprzez sieć elektroenergetyczną, nawet przy jej rozbudowie. Ze względu na skomplikowane zjawiska z zakresu zabezpieczenia sieci energetycznej istnieje problem z miejską siecią dystrybucyjną 110kV, którą trzeba sztucznie „dzielić” na dłuższe odcinki, aby mogła bezpiecznie pracować. Aktualne zapotrzebowanie Warszawy na energię elektryczną wynosi około 1000 MW. W Modelu obliczono, że szczytowe zapotrzebowanie pomp ciepła wyniesie około 1250 MW.

Gdzie stawiać te wiatraki?

Model zakłada znaczącą rozbudowę odnawialnych źródeł energii na terenie miasta w zakresie fotowoltaiki – ale to nie wystarczy, również ze względu na to że produkcja energii ze słońca występuje latem, a zapotrzebowanie pomp ciepła zimą. Z tego względu zdiagnozowano potrzebę dużych inwestycji w zakresie wiatraków, ale tu napotkano istotny problem – otóż w Warszawie w zasadzie nie ma miejsca na duże wiatraki. Dlatego sprawdzono możliwości jakimi dysponują gminy wokół stolicy. Znaleziono dobre warunki w następujących gminach: Nieporęt, Zielonka, Stare Babice, Ożarów Mazowiecki oraz Konstancin – Jeziorna. Ostatnia z wymienionych gmin ma najwięcej do zaoferowania i znacząco wyróżnia się na tle pozostałych. Na potrzeby analizy przyjęto minimalną odległość od istniejących obszarów zabudowy 500m.

 

Jednakże, nawet ingerencja w krajobraz we wszystkich wymienionych gminach, przy nieaktualnym już założeniu odległościowym, nie wystarczy dla zaspokojenia potrzeb Warszawy. Miasto pozostanie w około 40 procent zapotrzebowania uzależnione od zewnętrznych dostaw energii elektrycznej, dlatego autorzy wskazali na konieczność pozyskania energii z elektrowni wiatrowych jakie będą budowane na morzu; wskazano, że Samorząd powinien w nie zainwestować.

Zaproponowany system „nie spina się” nawet w letni słoneczny dzień przy uwzględnieniu zakładanej skali inwestycji w magazyny energii. Na potrzeby modelu przyjęto magazyny o pojemności 2,7 GWh.

Atom: może byśmy chcieli, ale najlepiej gdzieś daleko

Co ciekawe, w analizie sprawdzono wariant realizacji elektrowni jądrowej opartej o małe reaktory modułowe (SMR) typu NuScale oraz BWRX-300, przy założeniu że obiekt jądrowy zostałby uruchomiony w 2035 roku. Na potrzeby obliczeń przyjęto 10 modułów NuScale. Niestety, z powodu założeń o rezygnacji z sieci ciepłowniczej i ogrzewaniu budynków wyłącznie pompami ciepła, nie analizowano wykorzystania ciepła produkowanego w reaktorze, a jedynie prąd do zasilania pomp ciepła. W jednym zdaniu stwierdzono, że „należy oczekiwać braku akceptacji na lokalizację na terenie Warszawy np. w miejsce wygaszanych Elektrociepłowni”, a jako potencjalne lokalizacje wskazano Bełchatów, Ostrołękę i Kozienice. W pracowaniu zastosowano zatem typową postawę NIMBY. Przy uwzględnieniu innych założeń i wskaźników przyjętych w pracy analitycznej, autorzy doszli do wniosku że rozwiązanie z realizacją obiektu jądrowego nie ma sensu i nie jest wskazane. Nie brano pod uwagę również transformacji w kierunku niskotemperaturowej sieci ciepłowniczej współpracującej z indywidualnymi pompami ciepła.

Wejście OSGE

W świecie rzeczywistym, reaktor jądrowy produkuje około 3x więcej ciepła niż prądu. Z tego względu na świecie istnieje wiele systemów ciepłowniczych zasilanych przez źródła jądrowe, np. Beznau w Szwajcarii czy Haiyang w Chinach. Co więcej, w kwietniu 2023 roku firma, Orlen Synthos Green Energy zadeklarowała realizację kilku (od 2 do 4) małych reaktorów jądrowych typu BWRX-300, w rejonie Warszawy, z podstawową funkcją ciepłowniczą. Reaktory od OSGE będą też produkować prąd dla rosnących potrzeb miasta, w tym również dla licznych pomp ciepła instalowanych w aglomeracji warszawskiej. Jądrowe źródło ciepła i prądu będzie mogło zagwarantować stabilność lokalnej sieci elektroenergetycznej, a to wszystko bez znaczącej ingerencji w krajobraz ościennych gmin.

Warszawa będzie zatem mogła zachować swoją niezależność, a mieszkańcy znajdujący się w zasięgu sieci cieplnej nie będą musieli ponosić ogromnych kosztów pasywizacji starych budynków i montażu pomp ciepła. Wystarczy nie rezygnować z sieci cieplnej i skorzystać z „dobrodziejstwa” technologii jądrowych.. Ze względu na ostateczny kształt ustawy wiatrakowej oraz zamiary OSGE, miejskie SUIKZP okazało się nieaktualne jeszcze przed formalnym wyłożeniem – podobnie jak przyjęta 2 lata temu rządowa polityka energetyczna do 2040 roku.

Ostatni problem?

Silna roczna nieliniowość w zapotrzebowaniu na ciepło rodzi pytanie o to czy i jak dekarbonizować system za pomocą atomu – wszak nie ma sensu budować reaktora wyłącznie na zimowy szczyt trwający zaledwie 2 tygodnie. Na dziś wydaje się, że jedyną sensowną odpowiedzią na to pytanie jest wodór. Podczas „ciepłej” pory roku reaktor będzie działał głównie na produkcję wodoru, który będzie  wysyłany go do podziemnego magazynu (lub sprzedawany), być może z częściowym zmieszaniem  biogazem lub biometanem. W okresach przejściowych nastąpiłoby ograniczenie produkcji wodoru, a podczas zimowego szczytu „zielony gaz” byłby pobierany z sezonowych magazynów i spalany w gazowych elektrociepłowniach. Szczyty zapotrzebowania na ciepło sieci miejskiej to także szczyty zapotrzebowania na prąd pomp ciepła, toteż cały system ma realną szansę „się spiąć”. Reaktory zintegrowane z fabryką wodoru mogą również oferować podczas „ciepłej” pory roku usługi stabilizacji sieci czy, też uczestniczyć w rynku mocy – o ile ten się utrzyma. GAZ-System zapowiedział już stworzenie magazynu wodorowego w Damasławku; pozostaje zatem jeszcze zadbać o powstanie odpowiedniej wodorowej sieci przesyłowej – i o rachunek ekonomiczny.

Opracowanie „Model energetyczny dla m.st. Warszawy w perspektywie 2050 roku” jest dostępne pod poniższym linkiem: