Stan i potrzeby rozwojowe sieci elektroenergetycznych w procesie transformacji niskoemisyjnej w Polsce

Referat prezentowany podczas XXIV Konferencji Szkoleniowo-Technicznej nt. „Elektroenergetyczne sieci kablowe i napowietrzne” KABEL 2017 – link

1. Problemy procesu transformacji niskoemisyjnej

Transformacja elektroenergetyki w kierunku produkcji i przesyłania energii elektrycznej przy możliwie niskiej emisji gazów cieplarnianych, stanowi jedno z najpoważniejszych wyzwań stojących przed państwami członkowskimi Unii Europejskiej. Należy oczekiwać, że mimo spodziewanych problemów i trudności, jakie niesie ze sobą przestawianie gospodarki energetycznej na tory niskoemisyjne, korzyści z tego wynikające stanowić będą silny impuls rozwojowy nie tylko dla indywidualnych przedsiębiorców, ale również dla całej krajowej gospodarki. Aby tak się stało, strategia transformacji powinna uwzględniać zarówno zmieniający się kontekst globalny, jak i powinna być dopasowana do realiów społeczno-gospodarczych naszego państwa.

Spalanie paliw kopalnych przez energetykę zawodową jest największym źródłem gazów cieplarnianych w Polsce (ponad 40% emisji GHG – ang. greenhouse gas w 2011 roku). Polska energetyka cechuje się wysoką emisyjnością w przeliczeniu na jednostkę wyprodukowanej energii. W 2011 według szacunków Międzynarodowej Agencji Energii była ona ponad dwukrotnie wyższa od średniej unijnej (780 gCO2/kWh w Polsce przy 352 gCO2/kWh w państwach UE- 28) [1].

Wysoka emisyjność polskiej energetyki wynika nie tylko z oparcia sektora wytwarzania energii elektrycznej na dostępnych paliwach kopalnych (węgiel kamienny i brunatny), ale również z niskiej sprawności przestarzałych bloków energetycznych. Blisko 25% mocy wytwórczej w Polsce pochodzi z elektrowni mających ponad 40 lat, zaś aż 60% bloków jest starsza niż 30 lat. Oznacza to, że nawet przy zastosowaniu wszystkich możliwości modernizacyjnych i wykorzystywaniu działających dziś elektrowni przez maksymalny technicznie dopuszczalny okres (szacowany na 50 lat), do roku 2030 wymianie musi ulec około połowy obecnej infrastruktury produkcyjnej w sektorze, a do roku 2040 nawet 80%. W ciągu najbliższych dwóch-trzech dekad niezbędna więc będzie niemal pełna wymiana infrastruktury produkcyjnej w polskiej energetyce zawodowej. Należy zauważyć, że technologia zastosowana w elektrowniach projektowanych w latach sześćdziesiątych, siedemdziesiątych i osiemdziesiątych XX wieku nie pozwalała na uzyskanie wysokiej sprawności, przez co obecnie średnia osiągalna sprawność bloków energetycznych w elektrowniach węglowych wynosi około 35%. Poprawa tego wskaźnika wymagać będzie znacznej modernizacji bloków energetycznych i zastępowania istniejącej infrastruktury nowymi rozwiązaniami o lepszych parametrach technicznych. Zakłada się, że działania podjęte w tym kierunku mogą przynieść podniesienie średniej sprawności bloków energetycznych do poziomu około 45%.

Należy również zauważyć, że dalsze dążenia do gospodarki niskoemisyjnej wymagają zmiany struktury wytwarzania i zwiększenia mocy wytwórczej w elektrowniach niskoemisyjnych, do których należą między innymi elektrownie jądrowe, wiatrowe czy gazowe. Budowa elektrowni jądrowych, pomimo dużych nakładów inwestycyjnych może w dłuższej perspektywie czasu przynosić większe zyski, między innymi z uwagi znaczne koszty zakupu uprawnień do emisji.

W perspektywie kilkunastu, kilkudziesięciu lat wzrośnie niewątpliwie rola elektrowni wytwarzających energię elektryczną ze źródeł odnawialnych, takich jak elektrownie wiatrowe i fotowoltaiczne, zwłaszcza pracujących w modelu rozproszonym. Ich rola może jednak być ograniczona z uwagi na małą dyspozycyjności obu tych źródeł odnawialnych.

Powyższe problemy transformacji sektora wytwarzania energii elektrycznej, wyznaczać będą zasadnicze kierunki rozwoju sieci elektroenergetycznych. Wynika to przede wszystkim z tego, że infrastruktura sieciowa pełni rolę ogniwa pośredniczącego pomiędzy wytwórcami a odbiorcami energii elektrycznej. Należy oczekiwać, że dotychczasowy model rozwoju, wynikający z wiodącej roli jaką odgrywa wielkoskalowa „elektroenergetyka węglowa”, będzie podlegał zmianom uwarunkowanym procesem transformacji niskoemisyjnej, szczególnie w kierunku energetyki rozproszonej, powstającej w oparciu o odnawialne źródła energii. Zachodzące zmiany definiować więc będą potrzeby rozwojowe sieci elektroenergetycznych, szczególnie w kierunku efektywnej integracji z systemem elektroenergetycznym źródeł rozproszonych.

Podstawowe potrzeby i kierunki rozwoju sieci elektroenergetycznych muszą być  inaczej definiowane w obszarze przesyłania, niż w obszarze dystrybucji energii elektrycznej. W obszarze przesyłania decydujące znaczenie mają następujące przesłanki:

  • ograniczanie roli i mocy elektrowni węglowych,
  • modernizacja i podnoszenie sprawności elektrowni węglowych,
  • ewentualny transfer mocy i zdolności wytwórczych z elektrowni węglowych do elektrowni jądrowych,
  • konieczność zapewniania w elektrowniach wielkoskalowych rezerwy dla źródeł rozproszonych,
  • rozwój sieciowych połączeń międzysystemowych dla zapewnienia większych możliwości wzajemnego rezerwowania się europejskich systemów elektroenergetycznych ,
  • rozwój wielkoskalowych (systemowych) zasobników energii elektrycznej,
  • rozwój efektywnych technologii inteligentnych przesyłowych sieci elektroenergetycznych Smart Grids.

Z kolei w obszarze dystrybucji energii elektrycznej istotne jest rozważenie potrzeb rozwojowych sieci rozdzielczych, przede wszystkim w aspekcie rozwoju energetyki rozproszonej, bowiem źródła te są i będą przyłączane do sieci elektroenergetycznych średnich i niskich napięć. Do podstawowych przesłanek można zaliczyć:

  • możliwości techniczne przyłączania źródeł rozproszonych, szczególnie mikroźródeł przyłączanych do sieci niskiego napięcia,
  • rozwój zasobników lokalnych, mikrozasobników oraz zasobników mobilnych energii elektrycznej,
  • opracowanie i rozwój efektywnych technologii inteligentnych dystrybucyjnych sieci elektroenergetycznych Smart Grids,
  • tworzenie obszarów lokalnego bilansowania energii elektrycznej,
  • wzrost znaczenia prosumentów w produkcji i zużyciu energii elektrycznej,
  • uwarunkowania prawne procesu przyłączania oraz sterowania pracą źródeł rozproszonych,
  • uwarunkowania ekonomiczne – zasady wsparcia inwestycji, zasady rozliczeń.

Nakreślone powyżej ogólne kierunki i potrzeby rozwojowe sieci elektroenergetycznych uwarunkowane są procesami transformacji zachodzącymi w sektorze wytwarzania energii. Należy również wskazać na inny, bardziej aktywny, wkład sieci elektroenergetycznych w proces transformacji niskoemisyjnej. Są to wszelkiego rodzaju przedsięwzięcia, przyczyniające się do obniżenia emisji substancji szkodliwych. Do takich przedsięwzięć zaliczyć można między innymi zastosowanie rozwiązań, prowadzących do ograniczania strat sieciowych.