- To przystępne narzędzie umożliwiające na jednym ekranie zdefiniowanie kluczowych parametrów systemu i sprawdzenie jego działania. Skupiamy się na tym, co ma duży potencjał: wietrze, fotowoltaice i elektrowniach jądrowych, z uzupełniającą rolą biometanu traktowanego jako dyspozycyjne źródło energii. Symulator pomoże zrozumieć zarówno ludziom polityki i mediów oraz decydentom na różnych szczeblach, co jest ważne i w którą stronę zmierzać, żeby jak najskuteczniej dojść do mety - mówi Marcin Popkiewicz, współtwórca symulatora, dziennikarz, autor książek o klimacie, badacz megatrendów.
Michał Niewiadomski: Narodowe Centrum Badań i Rozwoju stworzyło Symulator Polskiego Systemu Energetycznego. To narzędzie edukacyjne, które umożliwia analizowanie różnych wariantów transformacji energetycznej Polski, z uwzględnieniem sposobu korzystania z energii po stronie odbiorcy. Skąd pomysł na takie narzędzie?
Marcin Popkiewicz: W dyskusji o przyszłym systemie energetycznym pojawia się wiele pytań. Co zrobić, kiedy nie wieje i nie świeci? Z drugiej strony już dziś w okresach większej produkcji energii z wiatru i PV coraz częściej wyłączamy je z powodu nadprodukcji – a ile ich będzie, jak moce tych źródeł wzrosną? Słyszymy, że „jak powszechnie wiadomo” potrzebujemy czegoś, co pracuje w podstawie. Ale jak dużo i jak to się wpisuje w system z dominującym udziałem pogodozależnych źródeł energii? To może potrzebne są elektrownie gazowe, łatwe we włączaniu i wyłączaniu…
Ale czy aby, budując je, nie wpadniemy w pułapkę gazową i zależność od importu gazu ziemnego, który ponadto jest jednak emisyjnym źródłem energii, za które trzeba będzie za kilkanaście lat płacić wysokie opłaty za emisje. A jak może być rola atomu, wodoru, elektromobilności, magazynów prądu czy ciepła? Jakie jest znaczenie poprawy efektywności energetycznej w różnych sektorach? Pytania, pytania, pytania...
Musimy wiedzieć, jaki plan i kierunek działania może się spinać, a jaki jest kompletnie bez sensu. Każdy ma swoje preferencje – ktoś chce więcej wiatru, ktoś inny atomu; ktoś widzi większą rolę poprawy efektywności energetycznej, a ktoś mniejszą. Fajnie byłoby mieć proste w obsłudze narzędzie, które pozwoliłoby przetestować różne opcje.
Stąd właśnie wziął się pomysł na symulator przyszłego bezemisyjnego systemu energetycznego – przystępne narzędzie, umożliwiającego na jednym ekranie zdefiniowanie kluczowych parametrów systemu i sprawdzenia jego działania.
M.N.: Jakie parametry brane są podczas obliczeń? Czy bazujecie na danych historycznych, tworząc modele, by symulacje była jak najbardziej zbliżone do polskiej rzeczywistości?
Lista źródeł o dużym potencjale, którymi w Polsce dysponujemy, jest zaskakująco krótka: turbiny wiatrowe, panele fotowoltaiczne, elektrownie jądrowe oraz trochę biomasy (jeśli myślimy o biomasie w pełni zrównoważonej to niedużo, energetyczny odpowiednik kilku mld m3 biometanu z różnych odpadów (głównie z produkcji rolnej), a jeśli dopuszczamy uprawy energetyczne w umiarkowanej skali, to mówimy o odpowiedniku kilkunastu mld m3 biometanu w porównaniu do obecnego zużycia 20 mld m3 metanu z gazu ziemnego rocznie.
Potencjał innych źródeł energii w Polsce jest bardzo mały. Potencjał energetyki wodnej, ze względu na małe opady i niewielkie przewyższenia terenu, jest w Polsce bardzo ograniczony. Również niewielka będzie rola źródeł dostarczających ciepło, takich jak kolektory słoneczne czy geotermia. Możliwości pozyskiwania energii z fal i pływów są zaś na Bałtyku pomijalne. Wszystko to łącznie może stanowić, powiedzmy, kilka procent miksu energetycznego.
Koniec końców w symulatorze skupiamy się na tym, co ma duży potencjał: wietrze, fotowoltaice i elektrowniach jądrowych, z uzupełniającą rolą biometanu traktowanego jako dyspozycyjne źródło energii. W interfejsie można podać moc źródeł (oraz pewne dodatkowe parametry jak np. udział nowych turbin wiatrowych, które mają znacznie lepsze parametry pracy od starych sprzed wprowadzenia zasady 10H) różnego typu – poza elektrowniami gazowymi, których moc jest obliczana automatycznie w oparciu o maksymalne zapotrzebowanie przekraczające produkcję z innych źródeł.
Nie wnikając tu w szczegóły, z wielu względów system, który teraz opiera się na paliwach kopalnych, w przyszłości będzie bazował na energii elektrycznej i taki system symulujemy – łącznie z transportem, ogrzewaniem budynków i przemysłem. To zaś, co nie będzie mogło zostać dosłownie zelektryfikowane, zostanie pośrednio zelektryfikowane przez wodór z elektrolizy.
Po drugiej stronie równania mamy zapotrzebowanie na energię w różnych sektorach, w większości przypadków dla prostoty obsługi i zrozumienia roli efektywności energetycznej podawane jako procent obecnego zapotrzebowania. Do tego dochodzą pompy ciepła, elektrolizery, stopień elastyczności zapotrzebowania wynikający z taryf dynamicznych i inne parametry.
A odpowiadając na pytanie o bazowanie modeli na danych rzeczywistych… Jak najbardziej: symulator działa w oparciu o rzeczywiste historyczne polskie zapotrzebowanie i dane pogodowe wraz z produkcją energii przez różne OZE godzina po godzinie z lat 2015-23.
M.N.: Unia Europejska wyznaczyła w 2050 cel neutralności klimatycznej. W jaki sposób polska energetyka może osiągnąć ten cel, mając na uwadze, że termin oddania pierwszej elektrowni jądrowej się oddala, OZE mamy coraz więcej w systemie i już wiosną zanotowaliśmy wiele redukcji tych źródeł ze strony operatora, a z trzeciej strony coraz więcej bloków węglowych wypada z systemu. Jak to wszystko pogodzić?
Musimy poskładać coś z wiatru, słońca, atomu i raczej niewielkiej ilości biomasy. Abstrahując od atomu, którego rozpoczęcie budowy od dobrych 20 lat wciąż jest „na horyzoncie” - to taka linia, która się od nas oddala, gdy się do niej zbliżam - są to źródła pogodozależne. Gdy postawimy ich dużo, pojawiają się dwa problemy: po pierwsze czasem będziemy mieć tak dużo energii, że będzie się marnować, po drugie zaś czasem będziemy mieć jej mniej od zapotrzebowania.
Z tym pierwszym jakoś można żyć, choć ze względów finansowych raczej wolelibyśmy zbyt wiele tej energii nie marnować.
Z tym drugim, czyli niedoborami prądu, za bardzo żyć się nie da, więc potrzebujemy czegoś, co można łatwo włączyć i wyłączyć, aby uzupełniło nam bilans energii – jak mamy na myśli coś, czemu nie zabraknie paliwa nawet podczas dunkelflaute, realistycznie rzecz biorąc, w grę wchodzą tylko bloki gazowe.
Ale czy nie spalą one zbyt dużo paliwa? W prostym eksperymencie myślowym (w symulatorze jest taki predefiniowany scenariusz) – gdybyśmy mniej więcej potroili obecne moce OZE, to do uzupełnienia niedoborów energii w wysokości 20 TWh rocznie potrzebowaliśmy ok. 4 mld m3 biometanu.
Gdybyśmy zaś dodali magazyny prądu (bateryjne lub elektrownie szczytowo-pompowe), pozwalające zmagazynować 10 GW na 10h, czyli o pojemności 100 GWh, pozwoliłoby to prawie że nie włączać bloków gazowych w lecie, bo nadwyżki prądu z PV za dnia ładowałyby baterie, a zmagazynowana energia wystarczałaby na godziny nocne. W takiej sytuacji zapotrzebowanie na gaz (tj. metan, czy to z gazu ziemnego, czy biometan) spadłoby o połowę, do poziomu ok. 2 mld m3 rocznie.
A odnośnie wyłączania OZE – do pewnego stopnia to będzie miało miejsce tak czy inaczej, ale trzeba to minimalizować, zwiększając elastyczność systemu: od wspomnianych magazynów bateryjnych, przez magazyny ciepła w sieciach i domach po elektrolizery i inne rozwiązania. Wszystko to można zasymulować w narzędziu NCBR.
M.N.: Wspomniane przeze mnie redukcje OZE w dniach gdy mocno wieje wiatr lub świeci słońce – tę energię należy magazynować. Tylko w czym – magazynach bateryjnych czy wodorze? W dniach szczytowej produkcji OZE energia elektryczna jest przecież bardzo tania, a jej ceny są nawet ujemne.
O magazynach bateryjnych już wspomniałem – doskonale sprawdzą się do magazynowania energii w skali kilku do kilkunastu godzin, ale nie dłużej. Na pewno przy obecnych technologiach nie jest to rozwiązanie pozwalające zmagazynować energię na zimowy tydzień prawie bez wiatru i słońca. Ale można też sięgnąć po inne rozwiązania: weźmy magazyny ciepła CO i CWU. Ciepła w ogrzewnictwie potrzebujemy najwięcej zimą – wtedy na PV za bardzo nie można liczyć, ale wiatr za to w okresie jesienno-zimowym wieje najlepiej – tyle że z przerwami: przez kilka dni wieje, a potem przez kilka dni nie.
Magazyny ciepła o pojemności wystarczającej na mniej więcej tydzień – dla uproszczenia pomyślmy o dużych zbiornikach z wodą – mogą być ogrzewane pompami ciepła i szczytowo grzałkami (dla nerdów: kotłami elektrodowymi), co pozwala zmagazynować ciepło na te kolejne dni, kiedy nie wieje. Wtedy system ciepłowniczy może nie pobierać z sieci dużych ilości (przy taryfach dynamicznych drogiej w tym czasie) energii. W ten sposób system ciepłowniczy będzie brał tanią energię w okresach nadprodukcji z OZE (lepiej grzać magazyn niż wyłączać OZE!).
Analogicznie będą działać elektrolizery – w okresach nadprodukcji OZE. W symulatorze można zobaczyć ich pracę – w systemie 100% OZE współczynnik wykorzystania mocy elektrolizerów przekracza 40%, a przy średniej rocznej cenie energii w systemie 350 zł/MWh pobierają ją przy średniej cenie ok. 100 zł/MWh.
M.N.: Symulator ma również licznik mierzący, ile pieniędzy potrzebujemy na transformację. Jakie rozwiązanie jest najbardziej opłacalne pod względem kosztowym?
Można
samemu dobrać parametry, takie jak ceny różnych źródeł energii, czas działania
czy stopę dyskonta. Zarówno pod względem CAPEX jak i LCOH najlepiej wypada
system 100% OZE, z udziałem wiatru do PV na poziomie 3-4:1.
M.N.: Inwestycje te liczone są nawet nie w miliardach, ale bilionach złotych i przyprawiają o zawrót głowy. Jednak przyglądając się obecnym kosztom, to nie są one wcale takie małe, z tytułu ETS polskie firmy wpłacają na budżetu państwa rocznie ponad 20 mld zł, a w roku ubiegłym koszt importu surowców energetycznych do Polski przekroczył kwotę 140 mld zł.
Wspomniany scenariusz to koszt źródeł energii, magazynów, pomp ciepła, elektrolizerów i innych elementów systemu (ale bez efektywności energetycznej i sieci) to koszt rzędu 1200 mld zł. Sporo, ale faktycznie biorąc pod uwagę, że roczne koszty importu paliw kopalnych do Polski, to sto kilkadziesiąt mld zł, inwestycje w system energetyczny to ekwiwalent niecałej dekady kosztów importu.
Do tego import to pieniądze wysyłane za granicę – jak nie do rosyjskich oligarchów, to do szejków, podczas gdy większość pieniędzy na transformację energetyczną – od budowy źródeł energii, przez budowę magazynów ciepła i sieci energetycznych po program biogazowy zostanie w kraju, nakręcając wielki program infrastrukturalny, miejsca pracy i innowacyjne firmy.
Jednak, aby dokonać transformacji energetycznej w sposób efektywny, trzeba rozumieć, co robimy i dokąd zmierzamy, żeby nie wpakować się w liczne czyhające na nieświadomych ślepe uliczki, marnując przy tym astronomiczne pieniądze. Liczę, że symulator pomoże zrozumieć zarówno ludziom polityki i mediów oraz decydentom na różnych szczeblach, co jest ważne i w którą stronę zmierzać, żeby jak najskuteczniej dojść do mety.
Rozmawiał Michał Niewiadomski
