Pod koniec kwietnia Polskie Sieci Elektroenergetyczne zmagały się z nadwyżką energii elektrycznej w systemie. By temu zaradzić, musiano ograniczyć produkcję z jednego ze źródeł odnawialnych, co stało się poprzez odłączenie fotowoltaiki nieprosumenckiej. Problem w tym, że zrezygnowano z taniej energii z OZE, pozostając przy znacznie droższym prądzie ze spalania węgla. Dlaczego tak się stało i czy można temu w przyszłości zaradzić? O tym rozmawiamy z Marcinem Dusiło, starszym analitykiem w think tanku Forum Energii.
Sebastian Medoń, SmogLab: Co wydarzyło się pod koniec kwietnia tego roku?
Marcin Dusiło, starszy analityk w think tanku Forum Energii: 23 i 30 kwietnia Polskie Sieci Elektroenergetyczne zmagały się z nadwyżkami energii elektrycznej w systemie. Były zmuszone do zmniejszenia jej ilości – ograniczono produkcję prądu z konkretnej technologii OZE, a mianowicie fotowoltaiki (nieprosumenckiej).
Dlaczego PSE musiały interweniować?
W skrócie – aby utrzymać bezpieczeństwo systemu i stabilność sieci – tzn. nie doprowadzić do blackoutu. W każdej sekundzie produkcja w elektrowniach musi być równa zużyciu, a że elektroenergetyka jest jedyną gałęzią przemysłu, która nie potrafi na dużą skalę magazynować swojego produktu, to by zapewnić odpowiednie parametry energii przesyłanej za pośrednictwem sieci (m.in. częstotliwość 50 herców, napięcie 230 woltów), trzeba było odłączyć część elektrowni.
Problem w tym, że musiało się to stać w najmniej opłacalny sposób: zrezygnowano z energii z OZE, która była w tym momencie niemal darmowa, zamiast wyłączyć najdroższe źródła – elektrownie węglowe.
„Polski system nie jest w pełni przygotowany do przyjęcia odpowiednio dużo taniej, odnawialnej energii”
Dlaczego tak się stało? I czy musiało do tego dojść?
Operator sieci, aby działała ona sprawnie, musi być gotowy do reagowania na różnego rodzaju sytuacje. Załóżmy na przykład, że milion osób, w tym samym czasie, odejdzie od telewizora i włączy czajniki elektryczne lub spuści wodę w toalecie (ścieki są przecież przepompowywane przez pompy zasilane energią elektryczną). Takie zdarzenia były obserwowane np. w przerwach ważniejszych wydarzeń sportowych, jak finał Mundialu. Co wtedy się dzieje? Skokowo rośnie zapotrzebowanie na energię elektryczną, co musi zostać pokryte. Jeśli za wzrostem zużycia nie pójdzie zwiększenie produkcji, to m.in. spadnie nam częstotliwość.
Zużycie może również szybko spaść, np. w wyniku awarii dużego zakładu przemysłowego. W obu przypadkach operator, planując pracę systemu – tzn. to, które ze sterowanych przez niego elektrowni mają pracować, a które nie – musi przewidzieć rezerwę, żeby w razie czego mieć możliwość szybko zmniejszyć lub zwiększyć moc w systemie. Potrzebne są więc jednostki, którymi da się sterować i są niezależne od pogody.
23 i 30 kwietnia wysokie nasłonecznienie i produkcja prądu z fotowoltaiki nałożyły się na sytuację względnie niskiego zapotrzebowania na prąd. W obydwu przypadkach były to niedziele, a więc przemysł pracował w mniejszym zakresie. W dodatku, mimo nasłonecznienia, temperatura nie była na tyle wysoka, by powszechnie korzystano z klimatyzacji. Efekt był taki, że w godzinach południowych tych dwóch dni turbiny wiatrowe i fotowoltaika mogłyby pokryć nawet 70-85 proc. zużycia energii elektrycznej. Na sterowalne jednostki, które mogłyby świadczyć rezerwę, pozostałoby zatem bardzo mało przestrzeni.
Dlaczego nie zredukowano produkcji z paliw stałych? Dlaczego wyłączono źródła dostarczające tańszą energię odnawialną?
Kluczowa jest w tym przypadku elastyczność, czyli coś, czego w naszych sieciach brakuje. Mówiąc wprost, polski system elektroenergetyczny nie jest w pełni przygotowany do przyjęcia odpowiednio dużo taniej, odnawialnej energii. Nie należy też do najnowocześniejszych. Jednostki wytwarzające prąd powinny być w stanie bardzo szybko zmniejszyć i zwiększyć swoją moc.
Dziś takich jednostek nie mamy, a te przez nas posiadane są na ogół dosyć stare – jak z bardzo starym samochodem: trzeba się z nim ostrożnie obchodzić, a i tak jest awaryjny.
Czytaj także: Większa produkcja energii z OZE skutecznie pomogła oszczędzać gaz. „Bezprecedensowe”
Elektrownie węglowe jak stary, awaryjny samochód
Czego nam brakuje?
Kontynuując obrazową analogię do samochodu – jeżeli założymy, że samochód może poruszać się maks. 100 km/h, to nasze stare samochody (bloki węglowe) nie mogą jechać z prędkością mniejszą niż 40-60 km/h. Nie mogą bardziej zwolnić, muszą być wówczas wyłączone („zgasnąć”). Potrzebujemy natomiast takich, które mogłyby w razie potrzeby spowolnić do 30, czy nawet 10 km/h. Coś takiego potrafią na przykład nowoczesne turbiny gazowe, czy w szczególności silniki tłokowe. Inwestycje w moce gazowe powinny uwzględniać również jednostki małe, a nie tylko molochy gazowo-parowe, jak w Rybniku czy Dolnej Odrze.
W te dwie kwietniowe niedziele szczególnie widoczne było to, że jeszcze nie mamy tych elastycznych mocy. Do czuwania nad bezpieczeństwem systemu operator miał zatem tylko do wyboru bardzo stare lub bardzo duże jednostki – jedne i drugie nie grzeszą elastycznością. A że rezerwa w systemie być musi, duża ich liczba (25-30 bloków) musiała pracować, aby operator miał możliwość reakcji na nieprzewidzianą sytuację. Jako że nie było możliwości ich wyłączyć, bez narażenia bezpieczeństwa energetycznego, operator nie miał wyjścia – musiał ograniczyć pracę tańszych, nieemisyjnych źródeł nieodnawialnych.
Co jeszcze mogłoby pomóc elastyczności?
System powinien być elastyczny po obu stronach podstawowego dla elektroenergetyki równania: popyt = podaż.
O podaży już trochę rozmawialiśmy, czas przejść do strony popytowej, czyli zużycia prądu. W przyszłości pomogą w tym taryfy dynamiczne, uwzględniające bieżącą sytuację na rynku. Nadwyżka energii elektrycznej na rynku oznaczałaby niższą cenę energii. Wtedy w domach opłacałoby się włączyć urządzenia, takie jak ładowarki aut elektrycznych, klimatyzatory czy pompy ciepła.
W przypadku przemysłu byłby to dobry moment na uruchomienie np. elektrolizerów produkujących wodór.
Bilansowanie systemu za sprawą magazynowania energii
Co jeszcze mogłoby pomóc? Oczywiście magazyny energii, których mamy dalece za mało. Na marginesie warto dodać, że w maju nie doszło do przymusowych ograniczeń pracy źródeł odnawialnych właśnie dzięki magazynowaniu energii – w elektrowniach szczytowo-pompowych. Operator korzysta z nich do bilansowania systemu: gdy jest potrzebna duża ilość energii elektrycznej, woda spływa ze zbiornika górnego do dolnego, napędzając turbinę, a gdy jest to możliwe (lub konieczne – jak w piękne, słoneczne, majowe weekendy), magazyny te pobierają energię elektryczną z systemu, pompując wodę ze zbiornika dolnego do górnego.
W przypadku domu magazyn sprawi, że nadwyżka energii pozostanie na miejscu, zamiast przeciążać sieć. Inne rozwiązanie to duże magazyny ciepła. Gdyby zbiorniki wodne elektrociepłowni dysponowały grzałkami, podobnymi jak w czajniku, mogłyby one pomóc w zagospodarowaniu nadwyżki energii elektrycznej w systemie.
Inną ważną kwestią jest problem inercji, inaczej bezwładności systemu energetycznego, związany z energią zmagazynowaną w masie wirujących generatorów i turbin elektrowni. Stanowią one swoiste koła zamachowe, które „wygładzają” skoki częstotliwości napięcia. Wraz z wypieraniem paliw kopalnych przez OZE, spada ilość wirujących synchronicznie turbin i generatorów. A zatem spada, niezbędna do utrzymania bezpieczeństwa energetycznego, inercja. Możemy jednak zadbać o to, by odpowiednie jednostki zapewniały ją w sposób bezemisyjny.
„Elementy starych elektrowni węglowych mogą pomóc OZE. Cóż za ironia losu”
W jaki sposób?
Moglibyśmy zadbać o zapewnienie usług inercji, w sposób odpłatny, podobnie jak ma to miejsce w Wielkiej Brytanii. Mówiąc najprościej, chodzi o masy wirującego żelastwa, które byłyby odpłatnie wykorzystywane do stabilizacji systemu elektroenergetycznego.
Co ważne w polskich warunkach, w świetle coraz większej liczby wyłączanych elektrowni węglowych, da się przerobić generator i turbinę takiej starej elektrowni na tzw. kompensator synchroniczny, który byłby w stanie świadczyć usługi inercji. Elementy starych elektrowni węglowych można zatem użyć do integracji większej ilości źródeł odnawialnych. Cóż za ironia losu.
Pojawiają się jednak głosy, że za ostatnie problemy odpowiadają zbyt duże moce zainstalowane w źródłach odnawialnych. Czy to, co się wydarzyło pod koniec kwietnia, to nie ich wina?
W Polsce mamy ok. 13 GW mocy zainstalowanych w panelach fotowoltaicznych i ok. 9 GW w energetyce wiatrowej. Łącznie to więc ok. 22 GW w źródłach odnawialnych. W południe 23 i 30 kwietnia zapotrzebowanie na energię elektryczną w naszym kraju wynosiło, uśredniając, między 13,5 GW a 15,5 GW. Zwróćmy uwagę, że produkcja energii elektrycznej z OZE wynosiła w tym czasie między 10,2 GW a 11,5 GW. Czyli mniej niż wówczas potrzebowaliśmy. Nie był to więc nadmiar prądu z OZE, tylko zabrakło nam wspomnianej elastyczności.
Czytaj także: Polska i Niemcy odpowiadają za 2/3 emisji energetyki węglowej w UE. Bełchatów na czele rankingu
Gdyby nie odłączenie fotowoltaiki, można było zaoszczędzić 16,5 mln złotych. „Prąd się po prostu zmarnował”
Gdyby system był bardziej elastyczny, wystarczyłoby ograniczyć produkcję z innych, kosztowniejszych źródeł. Tymczasem zredukowano produkcję prądu z fotowoltaiki. 23 kwietnia ilość energii elektrycznej, która się zmarnowała, wyniosła 9 GWh. 30 kwietnia było to natomiast mniej więcej 20 GWh.
Była to energia w tym momencie praktycznie darmowa. Panele fotowoltaiczne w tych godzinach i tak tam stały. Ich zużycie wynikające z eksploatacji było niezależne od tego, czy w tym momencie były podpięte do sieci, czy nie. Prąd się po prostu zmarnował.
Ile w takim razie straciliśmy?
Gdybyśmy w tym czasie zredukowali o 29 GWh produkcję energii elektrycznej ze źródeł konwencjonalnych, a prąd z fotowoltaiki pozostawili w użyciu, to zaoszczędzilibyśmy ponad 16,5 mln złotych. Wliczam tutaj koszt paliw, czyli węgla brunatnego, kamiennego oraz gazu ziemnego, a także koszt uprawnień do emisji dwutlenku węgla. Do tego doliczyć należy rekompensaty, o które właściciele odłączonych farm fotowoltaicznych mogą zwrócić się do operatora. Szacunkowo może być to nawet ok. 3 mln zł.
Stracił również klimat. Gdyby dało się ograniczyć pracę elektrowni konwencjonalnych, udałoby się uniknąć emisji ok. 22 tys. ton CO2. To ekwiwalent ogrzewania przez cały rok ok. 3500 domów jednorodzinnych.
W dobrze działającym systemie, w przyszłości, takie sytuacje również będą się zdarzać. Powinniśmy jednak modernizować energetykę i sieci w taki sposób, by minimalizować ilość marnowanej energii elektrycznej i emisji. Nie można przejść do porządku nad sytuacją, w której pomimo względnie niewielkiego udziału OZE, już zdarzają się sytuacje marnowania energii.
_
Zdjęcie: foxbat / Shutterstock.com
