Nowe wyzwania sektora elektroenergetycznego w zakresie ochrony środowiska

Elektroenergetyka jest sektorem szczególnie negatywnie oddziałującym na środowisko. Są to przede wszystkim emisje zanieczyszczeń - gazów i pyłów do atmosfery. Dodatkowo, ponieważ wielkie elektrownie budowane były z dala od sie­dzib ludzkich, problemem mającym wpływ na środowisko naturalne stało się ciepło wytwarzane przy okazji procesu generacji energii, które mogłoby być korzyścią i produktem, który można byłoby sprzedać - np. mogłoby służyć do ogrzewania mieszkań, a tak staje się odpadem i w różny sposób musi zostać oddane do otoczenia. Do tego dochodzi jeszcze degradacja krajobrazu związana zarówno z pozyskaniem niektórych paliw kopalnych, np. węgla brunatnego, jak rów­nież z budową wielkich elektrowni oraz wielkich linii przesy­łowych. Wielu ludzi uświadamia sobie powolne, ale również nieuchronne wyczerpywanie się dostępnych zasobów paliw kopalnych, możliwych do wydobycia lub wykorzystania przy ekonomicznie uzasadnionych kosztach.

Pakiet energetyczno-klimatyczny 3 razy 20 do 2020 r. 

Parlament Europejski zatwierdził pakiet ustaw, nazywanych pa­kietem klimatycznym, tzw. pakiet 3 razy 20. Celem jest zmusze­nie krajów UE do „zielonej rewolucji” w przemyśle i energetyce, która będzie oznaczać odejście od wysokoemisyjnego węgla na rzecz odnawialnych źródeł energii oraz dążenie do oszczędzania energii.

Pakiet ten podaje cele, które powinny zostać zrealizowane do 2020 r.:

• ograniczenie emisji CO₂ o 20%, w stosunku do poziomu z 1990 r. (głównym narzędziem służącym do realizacji tego celu jest unijny system handlu emisjami - ETS),
• zmniejszenie zużycia energii (zwiększenie efektywności energe­tycznej) o 20%,
• zwiększenie udziału energii odnawialnej w całkowitym zużyciu energii do 20% (dla Polski ustalono wzrost z7do 15%).

W tym celu uboższe kraje otrzymały unijną pomoc w postaci bez­płatnych uprawnień do emisji, w 2013 r. elektrownie dostaną 70% uprawnień bezpłatnie. Jednak później, z roku na rok, będą musiały kupować ich coraz więcej.

Po 1990 r. Polska częściowo ograniczyła emisję gazów cieplar­nianych, ponieważ po upadku komunizmu upadło wiele przedsię­biorstw przemysłu ciężkiego.

Planowana dekarbonizacja 

W 2009 r. Rada Europejska rozszerzyła projekcję celu emisyjne­go UE poza 2020 r., ogłaszając nową redukcję emisji gazów cie­plarnianych pochodzących z gospodarek narodowych do 2050 r. na poziomie nie niższym niż 80% w porównaniu z 1990 r. Dla sektora elektroenergetyki oznacza to konieczność redukcji o 95-100% [2],

9 marca 2012 r. w Brukseli odbyło się posiedzenie Rady Unii Europejskiej do spraw środowiska. Planowano, aby na nim zadecydować o przyjęciu długoterminowej polityki klimatyczno-ener- getycznej wyznaczającej cele redukcji emisji CO₂ na lata 2030, 2040 i 2050, opublikowane w ubiegłym roku w postaci Mapy Drogowej 2050. Proponowane przez Komisję Europejską cele, zmierzające do obniżenia emisji CO₂ w 2030 r. o 40%, w 2040 r.

o 60% i w 2050 r. o 80%, niezwykle silnie wpłynęłyby na unijną gospodarkę [4],

Polityka klimatyczna UE, dotycząca dekarbonizacj i, niesie niej edna- kowe konsekwencje dla sektora energetycznego w różnych państwach członkowskich. Oceniając skutki unijnej polityki klimatycznej, trzeba uznać, że już w obecnym kształcie niesie ona poważne zagrożenia dla polskiej energetyki, gospodarki i poziomu życia mieszkańców. Naj­dotkliwiej skutki unijnej polityki klimatycznej będą odczuwać kraje, które wykorzystują w energetyce paliwa węglowe oraz te, w których energochłonne gałęzie gospodarki odgrywają dużą rolę.

W analizach Komisji Europejskiej brakuje szczegółowych infor­macji, jakie wydatki poniosą poszczególne państwa w związku z ko­niecznością tak drastycznej redukcji emisji CO₂ orazjakie podmioty będą na tym zarabiać i odniosą określone korzyści [4],

Gospodarka unijna, która stanowi istotny element rynku światowe­go, odpowiadajedynie za ok. 10% globalnych emisji CO₂. Oznacza to, że nawet całkowita eliminacja jego emisji w krajach Unii nie będzie miała większego wpływu na zmiany klimatu. Jeżeli rzeczywistym celem działań prowadzonych przez Komisję Europejską jest walka z globalnym ociepleniem, to podstawowym rozwiązaniem powinno być współdziałanie z pozostałymi uczestnikami rynku światowego, w tym przede wszystkim ze Stanami Zjednoczonymi, Chinami, India­mi, Rosją i Brazylią. Bez globalnego porozumienia w zakresie walki ze zmianami klimatycznymi dobrowolne podejmowanie decyzji skut­kowałoby obniżeniem konkurencyjności własnej gospodarki.

Kraje rozwijające się, takie jak Indie i Chiny w najbliższych la­tach będą zwiększać emisję CO₂. Dekarbonizacja oznacza znacząco mniejsze zużycie węgla niż obecnie, a to przekłada się na zamykanie kopalń oraz zwalnianie ludzi. Ponadto polityka znaczącej redukcji emisji CO₂ spowoduje podrożenie energii elektrycznej, a konse­kwencją tego może być przenoszenie produkcji zakładów charakte­ryzujących się wysoką energochłonnością do krajów poza UE, które nie będą realizowały polityki takiego restrykcyjnego ograniczania dwutlenku węgla.

Według Komisji Europejskiej, podstawowymi motywacjami for­mułowania długoterminowej polityki klimatycznej mają być: walka ze zmianami klimatu, zwiększenie niezależności energetycznej Unii (akurat Polska w tym aspekcie wypada bardzo korzystnie na tle in­nych krajów, a polityka dekarbonizacji mogłaby przyczynić się do zmniejszenia obecnego poziomu niezależności energetycznej) oraz rozwijanie nowych technologii [4],

Stosowanie różnych technologii prowadzących do ograniczenia emisji gazów cieplarnianych oraz innego negatywnego oddziaływa­nia na środowisko, które wymagają prowadzenia nowych inwestycji, pociągających za sobą określone koszty, w konsekwencji prowadzi do wzrostu cen energii dla odbiorców końcowych, którzy docelowo są jedynym źródłem finansowania sektora elektroenergetycznego.

Wzrost cen energii przekłada się na ograniczenie rozwoju gospo­darczego, wzrost ubóstwa energetycznego, może nawet prowadzić do wykluczenia energetycznego. Czyste otoczenie nie jest korzyścią dla człowieka pozbawionego energii elektrycznej, chociaż ta teza może być dyskusyjna. Zatem należy poszukiwać optymalnych roz­wiązań pod względem minimalizowania niekorzystnego oddziały­wania sektora elektroenergetycznego na środowisko przy racjonal­nie uzasadnionych kosztach społecznych.

Czy antropogenny CO₂ wpływa na zmiany klimatyczne? 

Główny strumień antropogennych gazów cieplarnianych powstaje w wyniku spalania paliw kopalnych (gazowych, ciekłych i stałych) i  zawiera dwutlenek węgla (CO₂), parę wodną (H₂0), azot cząstecz­kowy (N₂), nadmiarowy tlen cząsteczkowy (0₂) oraz liczne zanieczyszczenia, m.in. dwutlenek siarki (S0₂), tlenki azotu (NO_x), tlenek węgla (CO), węglowodory i wiele innych.

Niebagatelnajest odpowiedź na pytanie, czy istnieją jednoznacz­ne naukowe dowody, że antropogenny CO₂ wpływa na zmiany klimatyczne, czyli czy cywilizacja zmienia klimat naszej planety? Zdaniem niektórych naukowców, globalne zmiany klimatu wywo­łane są czynnikami naturalnymi (astronomicznymi, geofizycznymi), a udział antropogennego CO₂ stanowi zaledwie ok. 2% wszystkich gazów cieplarnianych. Poszukiwanie odpowiedzi na takie pytania niejest częściątego artykułu.

Według niektórych naukowców występujące od ok. 200 lat ocie­planie się klimatu Ziemi, topnienie lodów w okolicach podbiegu­nowych, wzrost poziomu wód oceanów i bardzo groźne w skut­kach anomalie pogodowe, przyczyniają się do lokalnych katastrof ekologicznych i niszczą gospodarkę oraz infrastrukturę. Z faktu, że takie zjawiska są obserwowane nie wynika natomiast, że za wszystko odpowiedzialne jest nasilanie się efektu cieplarnianego, a szczególnie wzrost stężenia jednego tylko z atmosferycznych gazów cieplarnianych - CO₂. Niektóre badania pokazują, że brak jest korelacji pomiędzy temperaturą atmosfery a stężeniem CO₂ w atmosferze [10],

Inni badacze twierdzą, że emisja CO₂ ma wpływ na klimat i obec­ny bardzo wysoki poziom tej emisji odroczy następną epokę lo­dowcową.

Wypada zatem zauważyć, że w ocenie przyczyn zjawiska glo­balnego ocieplenia zdania naukowców różnią się. Niektórzy z nich uważają, że celem ograniczenia emisji CO₂ jest aktywizacja gospo­darcza oraz podjęcie działań prowadzących do uniezależniania się od importu paliw, ponieważ bardzo łatwo jest zaburzyć ten proces. W przypadku ograniczania emisji CO₂ chodzi o uruchomienie zaso­bów lokalnych, rozproszonych, oraz zbudowanie sieci, która umoż­liwi zintegrowanie takich zasobów.

Walka z emisją CO₂, niezależnie od tego, czy ten gaz powodu­je zmiany klimatyczne, czy też nie, niesie za sobą inne korzyści. Okazuje się, że społeczeństwo jest gotowe do realizacji pewnych zadań, nawet kosztem własnych wyrzeczeń. Taka postawa może przyczyniać się do rozwoju społeczeństwa, zmniejszania bezrobo­cia. W konsekwencji zysk z takich działań wraca do społeczeństwa.

Nowe wyzwania - nowe zagrożenia 

W niektórych krajach coraz częściej zwraca się uwagę na nega­tywny wpływ nowych technologii na środowisko. Przykładowo, turbiny wiatrowe oprócz powodowania śmierci ptaków, niszczenia dzikiej przyrody (zwłaszcza siedlisk oraz środowiska ptaków i nie­toperzy), również powodują migotanie cieni, emitują hałas, wibra­cje, szum niskoczęstotliwościowy i infradźwięki (częstotliwość od

2  do 20 Hz), które - nie będąc słyszane przez człowieka - wg nie­których badań mogą szkodliwie oddziaływać (monotonny szum) na psychikę człowieka (poziom infradźwiękówjest zazwyczaj o 20 dB wyższy niż poziom hałasu).

Na podstawie zespołu powtarzających się objawów, dr Nina Pier- pont w USA wyodrębniła nową jednostkę chorobową - syndrom turbiny wiatrowej (wind turbine syndrome) - charakteryzującą się: zaburzeniami snu, bólami i zawrotami głowy, szumem lub uciskiem w uszach, różnego rodzaju zawrotami głowy, nudnościami, pogor­szeniem ostrości widzenia, tachykardią (szybkim biciem serca), rozdrażnieniem, problemami z koncentracją i pamięcią, epizodami paniki, które są związane z doznaniem wewnętrznego pulsowania lub drżenia w ciągu dnia oraz w czasie snu. Symptomy syndromu są jednakowe u wszystkich ludzi, występują u osób, które żyją w po­bliżu turbin wiatrowych i ustępują samoistnie, kiedy ludzie oddalają się od turbin [8, 9].

Infradźwięki charakteryzują się długą falą elektromagnetyczną i dlatego są bardzo słabo tłumione. W przypadku turbin wiatrowych, znajdujących się w morzu, generowane infradźwięki zakłócają rada­ry marynarki wojennej, powodują podwodny hałas i wibracje. Do­datkowo przyczyniają się do powstawania aerozoli.

Podkreślanie ekologiczności farm wiatrowych często wiąże się z brakiem świadomości dotyczącej sposobu pracy takich jednostek. Turbiny wiatrowe charakteryzują się niestabilnym poziomem wy­twarzanej mocy w związku z tym, aby odbiorcom energii zapewnić niezawodność dostaw konieczna jest praca rezerwy mocy. Polega to na tym, że zazwyczaj równolegle z farmą wiatrową pracuje elektro­wnia węglowa, przy całymjej negatywnym wpływie na środowisko, jednak wytworzonej przez siebie energii elektrycznej nie oddaje do sieci, tylko jest ona marnowana. Rezerwa mocy nie jest przeznaczo- najedynie jako zabezpieczenie zmienności mocy generowanej przez turbiny wiatrowe, tylko jej odpowiednia wielkość jest warunkiem poprawnego funkcjonowania systemu elektroenergetycznego. Za­tem, jeżeli w krajowym systemie elektroenergetycznym procentowy udział generacji wiatrowej jest niewielki, to dodatkowa rezerwa mocy na pokrycie niestabilnej pracy takich źródeł wytwórczych w stosun­ku do mocy farm wiatrowych może być niewielka. Jednak wraz ze wzrostem udziału mocy generowanej przez turbiny wiatrowe, rezer­wa mocy musi być większa, ponieważ większa część energii w ca­łym systemie elektroenergetycznym będzie wytwarzana w źródłach niespokojnych, nieprzewidywalnych i charakteryzujących się dużą zmiennością.

Ogniwa fotowoltaiczne PV (photovoltaic) wykorzystują energię sło­neczną. Zazwyczaj jest to odpowiedni laminat znajdujący się w obudo­wie zapewniającej ochronę przed warunkami atmosferycznymi. Czas życia takich ogniw fotowoltaicznych zwykle wynosi 25 lat lub nawet więcej. Jednak czas eksploatacyjny może być krótszy ze względu na to, że po ok. 10-15 latach może matowieć szkło i zmniejsza się wydaj­ność ogniwa. Czynnikiem odpowiedzialnym za matowienie szkła jest zanieczyszczenie atmosfery, a szczególnie obecne tam związki fluoru. Głównymi podmiotami dostarczającymi fluor do środowiska są m.in. huty aluminium. Fluor jest toksycznym odpadem przy produkcji alu­minium. Aby zapobiec emisji fluoru do atmosfery, lepiej jest zbierać puszki aluminiowe niż produkować aluminium z rud boksytu.

Promowane elektrownie wodne małej mocy utrudniają migrację ryb. Dlatego też stosowane są tam specjalne przepławki dla ryb,jed- nak zdaniem niektórych badaczy ich przydatnośćjest bardzo wątpli­wa. W przypadku małych elektrowni wodnych czasami spiętrza się wodę powyżej elektrowni tak, aby nie wytwarzać stale takiej samej ilości energii, tylko abyj ak najwięcej energii wytwarzać w godzinach szczytowego obciążenia, ponieważ wtedy wyprodukowaną energię można sprzedać po najwyższych cenach. Takie działania, maksyma­lizujące zysk inwestora, z drugiej strony przekładają się na zaburza­nie nurtu rzeki. Dodatkowo w przypadku spiętrzenia wody powstaje zbiornik, w którym woda zamula się i który również oddziałuje na najbliższe otoczenie. W niektórych małych elektrowniach wodnych, jeżeli popyt na energię jest znikomy i nie można jej oddać do sieci (np. w niektórych układach autonomicznych, odseparowanych od sieci), stosuje się odpowiednie rezystory do rozpraszania nadmiaru wyprodukowanej energii. Jest to wprawdzie marnowanie tej energii, ale koszty paliwa w tym przypadku są znikome. Nie jest to zatem strata z ekonomicznego punktu widzenia.

Obecnie promuje się samochody elektryczne. Niewątpliwą za­letą takich pojazdów, z punktu widzenia ochrony środowiska, jest możliwość redukcji emisji zanieczyszczeń przez sektor transportu. Energia elektryczna potrzebna do napędu takich samochodów wy­twarzana byłaby przez samych klientów w przyjaznych środowi­sku odnawialnych źródłach energii albo w wielkich elektrowniach, w których dużo łatwiej można kontrolować poziom emitowanych zanieczyszczeń niż w milionach samochodów, z których niektóre mogłyby mieć, np. uszkodzony katalizator spalin.

Korzyści dla środowiska, wynikające z ograniczenia mocy szczytowej 

Odbiorcy energii nie pobierają stale takiej samej ilości energii. Popyt jest różny w różnych godzinach doby. Wynika on z rytmu życia ludzi oraz ich nawyków. Aby jednak odbiorcy mogli pobrać taką ilość energii,jaką potrzebują, taka sama ilość energii musi być w tym samym momencie wprowadzona do sieci. Sumaryczny pobór energii przez odbiorców można pogrupować w zależności od po­ziomu tego zużycia. Wyróżnia się zatem: szczyt przedpołudniowy, popołudniowy i resztę doby. W okresie zwanym resztą doby można wyróżnić: dolinę popołudniowąoraz dolinę nocną.

Jeżeli występuje zmienne w czasie zapotrzebowanie na energię elektryczną, musi również występować zmienny poziom genero­wania energii w elektrowniach i wprowadzania jej do sieci. Jednak elektrownie najefektywniej pracują wytwarzając mniej więcej taką samą ilość energii w czasie. Jednak zmienność poboru wymusza stosowanie metod dysponowania elektrowniami i określania, jaką ilość energii mająaktualnie wytwarzać.

Stosuje się podział elektrowni w zależności od tego, jakie zapotrzebowanie będą pokrywały:

• elektrownie podstawowe - elektrownie parowe o małym jednostkowym koszcie paliwa i dużej sprawności (elektrownie jądrowe i elektrociepłownie) - pracują prawie z niezmiennym obciążeniem przez większość dni w roku,
• elektrownie podszczytowe - starsze elektrownie parowe, elektro­wnie wodne ze zbiornikiem o niedużym czasie napełniania - zmniejszają znacznie swoje obciążenie w dolinach obciążenia systemu,
• elektrownie szczytowe - elektrownie gazowe i gazowo-parowe, specjalne elektrownie parowe o szybkim rozruchu (stare elektrownie parowe o dużym koszcie paliwa, dużym stopniu zanieczyszczania środowiska), są uruchamiane tylko w okresach szczytowego obciążenia każdej doby.

Korzyści wynikające z oszczędzania energii 

Najbardziej ekologiczna jest ta energia, która nie została wytwo­rzona, czyli została zaoszczędzona. Jest to najtańsza forma energii. Z drugiej jednak strony dla typowego przedsiębiorstwa koszty wy­nikające z niedostarczenia określonej ilości energii (czyli np. nie­zrealizowane zamówienie, niemożliwość realizacji projektów przy jednoczesnych stałych kosztach funkcjonowania, utrata dobrego wi­zerunku i marki itp.) są znacznie wyższe od kosztów samej energii.

Niektórzy badacze zwracają uwagę, że w przypadku wymiany urzą­dzenia na bardziej energooszczędne, np. oszczędzające 20% energii, podkreślanie tego faktu oraz koncentrowanie się na korzyściach uzy­skanych dzięki oszczędności, będących na poziomie 20%, niejako przy­słaniają fakt, że pozostałe 80% energii nadal jest zużywane i których wyprodukowanie nadal powoduje szkodliwe emisje do atmosfery.

Zauważono, że klienci chcą oszczędzać pieniądze, a nie energię. Zatem należy przedstawić klientom informacje o tym,jak oszczęd­ności energii przekładają się na oszczędność pieniędzy oraz podkre­ślać fakt zmniejszania zanieczyszczania środowiska wynikającego z podjęcia takich działań.

Zmiana nawyków korzystania z energii a ochrona środowiska

Aby wpłynąć na klientów zużywających energię w taki sposób, aby zmienili swoje nawyki korzystania z elektryczności, stosowane są różne mechanizmy, które nazywane są reakcją strony popytowej.

Reakcja strony popytowej DR (demand response) lub DSR (de­mand side response) jest dobrowolnym, tymczasowym dopasowa­niem zapotrzebowania na moc, realizowanym przez użytkowni­ka końcowego w odpowiedzi na sygnał cenowy (chwilowa cena rynkowa lub taryfa energii elektrycznej) lub realizowanym na podstawie umowy z użytkownikiem końcowym. Najczęściej jest to reakcja konsumentów na wysokie ceny energii, objawiająca się przesunięciem zużycia energii z okresów wysokich kosztów do okresów niższych. Reakcja strony popytowej jest podzbiorem moż­liwych rozwiązań wchodzących w skład zarządzania popytem. Jest to zestaw działań mających na celu zmniejszenie zużycia energii elektrycznej lub zmiany zachowań zużywania energii w celu popra­wy niezawodności sieci elektrycznych oraz zarządzania kosztami energii elektrycznej.

Najczęściej stosowanym mechanizmem sterowania popytem jest wpływanie cenami energii pobieranej w różnych strefach czasowych przez stosowanie określonych taryf. Cena energii w szczycie pobo­ru jest wyższa, natomiast w dolinach obciążenia - niższa. W kon­sekwencji powoduje to zmniejszenie poboru energii w szczycie lub przesunięcie obciążenia poza szczyt (zapełnienie dolin), także zmniejszenie zużycia energii, np. przez wprowadzenie nowoczes­nych, energooszczędnych technologii.

Główne cele stosowania mechanizmów DR są następujące [6]:

• redukcja maksymalnych obciążeń szczytowych (występujących kilka razy w roku, kiedy to wysokie są ceny energii na skutek wystąpienia zdarzeń, takich jak: wypadnięcie generatora, uszkodzenie linii przesyłowych, nadmierny wzrost zapotrzebowania),
• zwiększenie obciążenia w okresach dolin, kiedy ceny energii są niskie (również w celu poprawienia współczynnika mocy),
• przesunięcie obciążeń pomiędzy różnymi porami dnia lub porami roku (przykładowo odbiorca przesuwa część zapotrzebowania na energię z okresu, kiedy występują wysokie ceny energii na okres późniejszy, np. w nocy, kiedy ceny są niskie),
• dopasowanie obciążenia do aktualnych warunków pracy systemu elektroenergetycznego.

Wdrożenie programów DR zmniejsza emisję CO₂ oraz innych ga­zów cieplarnianych podczas okresu szczytowego obciążenia, kiedy z powodu deficytu mocy należy uruchomić najstarsze elektrownie oraz takie, które najbardziej zanieczyszczają środowisko. Dodatko­wo uruchamianie programów DR prowadzi do ogólnego zmniejsze­nia poboru energii przez odbiorców [6],

W Europie mechanizmy DR wdrażane są ze względu na ich efek­tywność ekologiczną. W Stanach Zjednoczonych celem wprowa­dzania takich mechanizmówjest zaradzenie problemom związanym z przestarzałą infrastrukturą sieciową. Natomiast w Polsce kluczo­we staje się stworzenie technicznego sposobu dokonywania reduk­cji poboru mocy u odbiorców końcowych, w sposób ekonomicznie uzasadniony, prowadzący do zwiększenia bezpieczeństwa i nieza­wodności dostaw tejże energii. Wprowadzana zasada głosi, aby nie szkodzić bardziej niż jest to konieczne. Dzięki redukcji obciążenia klient może sam wybrać, które potrzeby energetyczne zaspokoi w danym momencie, a realizację których będzie zmuszony odłożyć w czasie. Taka redukcja mocy przekłada się na mniej szkodliwe od­działywanie sektora na środowisko.

Zmniejszenie emisji wynika również stąd, że nie ma konieczno­ści budowy nowych elektrowni, które nie emitują zanieczyszczeń, dochodzi brak konieczności zaspokajania potrzeb własnych takiej elektrowni oraz dodatkowo można zmniejszyć rezerwy mocy w sy­stemie. Niezbudowane elektrownie, nie wytwarzając energii, nie emi­tują CO₂. Zatem w wyniku wdrożenia mechanizmów DR występuje większa redukcja emisji CO₂ niż gdyby tego wdrożenia nie było.

Zmniejszone zużycie energii przyczyni się również do mniejszej emisji gazów cieplarnianych, co może mieć pozytywne efekty dla gospodarki. Ograniczenie zużycia to nie tylko mniejsze, szkodliwe oddziaływanie sektora elektroenergetycznego na środowisko, to rów­nież zwiększenie dostępności energii dla pozostałych odbiorców.

Klienci będą mogli określać zasady stosowania polityki DR na podstawie sygnałów cenowych pochodzących z rynku lub pozwolą sprzedawcy energii na bezpośrednie sterowanie obciążeniem użyt­kownika końcowego (automatyczne odciążanie w celu zmniejsze­nia zapotrzebowania szczytowego lub złagodzenia sytuacji awaryj­nych). Połączenie sterowania odbiorem końcowym z programami DR spowoduje najefektywniejsze wykorzystanie dostępnych mocy wytwórczych, przy jednoczesnym wspieraniu wysiłków związanych z zachowaniem i ochroną środowiska naturalnego [7].

Motywowanie odbiorców do oszczędzania energii 

W niektórych projektach badawczych próbowano motywować od­biorców do ograniczania zużycia energii poprzez dostarczanie im infor- macj i o zanieczyszczaniu środowiska naturalnego podczas wytwarzania potrzebnej energii. Zakłada się, że służące do tego celu wyświetlacze domowe, informujące o zużyciu energii, mogłyby pomóc klientom za­oszczędzić pieniądze i zmniejszyć emisję CO₂ do środowiska.

Dodatkowo prezentowane na takich wyświetlaczach informacje odnoszące się do emisji CO₂ mogłyby mieć pozytywny wpływ na podnoszenie świadomości odnośnie wpływu zużycia energii przez odbiorców na taką emisję. Jednak nie są znane żadne dowody na skuteczność informacji o emisji CO₂ w zachęcaniu konsumentów do oszczędzania energii. Pomimo tego, że informacje o wielkości emisji kilogramów CO₂ były dostępne na większości urządzeń domowych, informujących odbiorców o zużyciu energii, stosowanych podczas badań, informacje w dużej mierze zostały zignorowane niemal przez wszystkich uczestników. Wielkość emisji CO₂ jest proporcjonalna do ilości spalonego gazu ziemnego. Jednak w przypadku zużycia ener­gii ilość zanieczyszczeń waha się i jest zależna od rodzaju generacji energii (oraz rezerwy mocy). Czasami wielkość ta zostaje uśredniona dla całego systemu elektroenergetycznego. Przyjęciejednak takiego założenia powoduje nieporozumienia z klientami, którzy zdecydo­wali się na promowanie ochrony środowiska i wybrali taryfy energe­tyczne - zielone lub niskiej emisyjności CO₂ [5],

Podczas niektórych debat nt. sektora elektroenergetycznego poru­sza się zagadnienie cen energii oraz zadaje się pytanie, czy energia elektryczna mogłaby być tańsza. Jednak zdaniem niektórych na­ukowców, w wyniku potanienia energii odbiorcy zaczęliby zużywać jej więcej, mniej efektywnie i racjonalnie oraz bardziej ją marno­trawić. Mogłoby to zwiększyć i tak już znaczny, negatywny wpływ sektora elektroenergetycznego na środowisko [3], Niejako przy tym zagadnieniu pojawia się podobnie brzmiące pytanie: czy benzyna i olej napędowy mogłyby być tańsze. Wydaje się, że odpowiedź po­winna być podobna do tej, dotyczącej energii elektrycznej.

Zatem można powiedzieć, że wyższa cena energii bardziej moty­wuje dojej oszczędzania, co bezpośrednio przekłada się na zmniej­szenie zanieczyszczenia środowiska. Należy jednak pamiętać, że celem przedsiębiorstw energetycznych nie jest minimalizacja od­działywania na środowisko naturalne, tylko dostarczanie energii elektrycznej po racjonalnie uzasadnionych i przewidywalnych ce­nach. Pojęcie bezpieczeństwa energetycznego definiuje się bowiem jako stan gospodarki umożliwiający pokrycie bieżącego i perspek­tywicznego zapotrzebowania odbiorców na paliwa i energię w spo­sób technicznie i ekonomicznie uzasadniony, przy zachowaniu wy­magań ochrony środowiska. Ochrona środowiska jestjednak celem dodatkowym. Okazuje się bowiem, że istnieją racjonalnie i ekono­micznie uzasadnione granice, powyżej których koszty związane ze zmniejszeniem oddziaływania sektora na środowisko, generuje duże koszty dla odbiorców końcowych, jednocześnie jedynie w niewiel­kim stopniu przekładają się na ochronę środowiska.

Oszczędne, efektywne lub racjonalne wykorzystanie energii elektrycznej przez odbiorcę końcowego przekłada się na spadek przychodów przedsiębiorstw energetycznych, które muszą finan­sować swoje koszty stałe. Elektrownie będą wytwarzać i sprze­dawać mniejszą ilość energii, co przełoży się na mniejsze zanie­czyszczenie środowiska, operatorzy będą przesyłać do odbiorcy mniejszą ilość energii, odbiorcy będą mniej płacić za energię, ale spowoduje to pogorszenie sytuacji finansowej przedsiębiorstw energetycznych. Dlatego takie przedsiębiorstwa będą promowały większą konsumpcję energii, oznaczającą większe zanieczyszcza­nie środowiska.

Wpływ psychologicznych bodźców na zachowania odbiorców 

Robert Cialdini [1] w swojej książce, będącej podręcznikiem na wielu światowych uniwersytetach, opisał interesujący projekt badawczy, którego celem było zaobserwowanie zachowań ludzi w zakresie oszczędzania gazu wykorzystywanego do ogrzewania domów. Badacze przekazali mieszkańcom, wybranym do projektu, wiele wskazówek dotyczących metod oszczędzania energii wraz z prośbą o ich wykorzystanie. Zauważono, że mimo tego, że od­biorcy zgodzili się wykorzystać przedstawione im metody, pomiary wielkości zużycia przez nich gazu ziemnego wykazały brak zauwa­żalnego oszczędzania. Konkluzja była taka, że dobre intencje nawet, jeżeli sąpołączone z odpowiednimi informacjami, nie muszą dopro­wadzić użytkowników energii do zmiany nawyków.

Dla następnej grupy uczestników badania wprowadzono nowy element: uczestnicy biorący udział w badaniach oszczędnościo­wych zostali poinformowani, że ich nazwiska zostaną opublikowa­ne w prasie lokalnej. Zostaną oni przedstawieni jako ludzie będą­cy przykładem wzorcowych postaw obywatelskich. W tej grupie uczestników już miesiąc później zmierzono, że przeciętna rodzina zaoszczędziła 13 m³ gazu. Konkluzja była następująca, że to właśnie perspektywa opublikowania nazwisk w prasie nakłoniła te rodziny do poważnej oszczędności zużywanego gazu. Postanowiono dalej poprowadzić projekt, do rodzin z drugiej grupy, uczestniczących w programie, wysłano list w którym poinformowano, że z różnych przyczyn publikacja ich nazwisk nie będzie mogła dojść do skutku. Badacze postanowili bowiem sprawdzić, jakie będą konsekwencje takiego listu. Okazało się, że po usunięciu przyczyny, która zdecydo­wała o zaangażowaniu ludzi w oszczędzanie energii, spadek zużycia nie tylko się utrzymał, ale również się nasilił. W miesiącu, w którym obiecano rodzinom publikację ich nazwisk w prasie spadek energii wyniósł 12,2%, natomiast w miesiącach, następujących po informa­cji o wycofaniu obietnicy spadek ten wzrósł aż do 15,5%.

Przedstawiony przykład pokazuje, że bodziec ekonomiczny nie zawsze jest wystarczającym argumentem przemawiającym za oszczędzaniem energii. Trudno bowiem znaleźć taryfę energetycz­ną, w której oszczędzanie nie wiązałoby się z niższymi kosztami.

Stosowanie energooszczędnych urządzeń 

Stosowane są różne sposoby motywowania odbiorców do wyko­rzystania efektywniejszych energetycznie urządzeń. Jednak często okazuje się, że na promowanych urządzeniach nie zawsze zostały przeprowadzone w szerokim zakresie szczegółowe badania doty­czące istotnych warunków ich pracy. Przykładowo, wadami energo­oszczędnych świetlówek kompaktowych są:

• migotanie światła, powodujące efekt stroboskopowy,
• inna barwa światła niż „tradycyjne” żarówki,
• zauważalne skrócenie żywotności w przypadku ich częstego załączania i wyłączania, np. jeżeli są zastosowane w piwnicach, korytarzach, przedpokojach, łazienkach lub do sygnalizatorów drogowych,
• zawartość związków rtęci.

W przypadku lamp LED-owych podkreśla się emitowanie przez nie promieniowania ultrafioletowego. Natomiast dzięki możliwości częstego załączania i wyłączania oraz długiej żywotności i małe­go zużycia energii wydaje się, że perspektywicznym miejscem ich funkcjonowania będą sygnalizatory drogowe.

Niektóre badania weryfikacyjne pokazały, że efektywność, czas życia i jasność świecenia świetlówek kompaktowych i lamp LED-owych, przy określonym zużyciu energii podawana na opako­waniu, nie zawsze znajduje odzwierciedlenie w wynikach przepro­wadzonych doświadczeń laboratoryjnych.

Samochody elektryczne 

Biorąc pod uwagę ochronę środowiska oraz kończące się w per­spektywie najbliższych kilkudziesięciu lat znane zasoby ropy nafto­wej, coraz częściej wydaje się, że to właśnie samochody z napędem elektrycznym staną się przyszłością motoryzacji. Wykorzystanie sa­mochodów z napędem elektrycznym niewątpliwie przyczynia się do:

• poprawy bezpieczeństwa energetycznego kraju, ponieważ zmniejsza zależność od importu ropy naftowej, paliwo potrzeb­ne dla samochodów elektrycznych będzie mogło być wytwarzane w kraju, w szczególnym przypadku nawet przez samych odbior­ców, którzy będą mieli własne ogniwa, np. słoneczne (fotowoltaiczne), zmniejszy się zatem konieczność importu i transportu paliwa spoza kraju,
• poprawy ochrony środowiska, które będzie czystsze i zdrowsze, zmniejszy się emisja CO₂ oraz zanieczyszczeń w sektorze transportu,
• rozwoju gospodarki czystą energią.

Wnioski 

Zagadnienie zmniejszenia negatywnego oddziaływania sektora elektroenergetycznego na środowisko naturalne jest tematem bar­dzo złożonym. Wraz z rozwojem i informatyzacją infrastruktury sieciowej stosuje się nowoczesne technologie. Dodatkowo promuje się pewne rozwiązania, które pomimo tego że wyznaczają kierunek zmian, w końcowym rozrachunku nie zawsze okazują się optymal­nym rozwiązaniem. Czasami zatem, w wyniku rozwiązania jednego problemu, pojawiają się kolejne. Z drugiej strony to właśnie prob­lemy eksploatacyjne mogą dyskredytować pewne technologie, ale takie problemy pojawią się dopiero po drożeniu i stosowaniu takich technologii.

Obecnie wyznaczonymi kierunkami są:

• oszczędne, racjonalne i efektywne wykorzystanie energii elek­trycznej, przyczyniające się do zmniejszenia poziomu generacji energii, a mniejsza produkcja energii oznacza mniejsze emisje do atmosfery i mniejsze zanieczyszczenie środowiska,
• promowanie generowania energii w odnawialnych źródłach, szczególnie dąży się do tego, aby wytwarzać ją najbliżej miejsca końcowego jej wykorzystania i dzięki temu ograniczyć straty prze­syłowe oraz uzyskać akceptację klienta do wytwarzania energii wjego sąsiedztwie,
• zmniejszanie emisyjności CO₂ podczas wytwarzania energii elek­trycznej,
• wdrażanie programów reakcji strony popytowej przyczyniające się do redukcji zużycia energii przez odbiorców końcowych w go­dzinach szczytowego obciążenia systemu elektroenergetycznego.

Pozostaje mieć nadzieję, że te trendy i kierunki przyczynią się do zmniejszenia negatywnego oddziaływania sektora elektroenerge­tycznego na środowisko naturalne.

Autor: dr inż. Krzysztof Billewicz - Instytut Energoelektryki Politechniki Wroc­ławskiej

LITERATURA:

[1]   Cialdini R.B.: Influence - Science and Practice. 4th ed., Allyn & Bacon A Pearson Education Company, USA 2001

[2]   Malko J.: Skutki polityki klimatycznej dla sektora energii elektrycznej. Rynek Energii 2010, KonferencjaREE 2010

[3 ] Patterson W.: Przeobrażenia w elektroenergetyce. Profesj onalna Szkoła Biznesu, 2000

[4]   Tokarski S., Janikowski J.: Polskie weto było uzasadnione. Polska Energia 2012 nr 4

[5]   OFGEM: Smart Metering Implementation Programme: In-Home Display, 27 July 2010,http://www.decc.gov.uk/assets/decc/consultations/smart-meter-imp-prospectus/233-smart-metering-imp-in-home.pdf

[6]   PSE: Opracowanie modelu stosowania mechanizmów DSR na rynku energii w Pol­sce. Etap I: Opracowanie przeglądu aktualnie stosowanych mechanizmów DSR, Konstancin-Jezioma 14 grudnia 2009

[7]   AMI System Security Requirements, V1.01, ASAP, U.S. Department of Energy, 17-12-2008

[8]   Marczak P.: Energetyka wiatrowa a społeczności lokalne. Kancelaria Senatu, Biuro Analiz i Dokumentacji, Opracowania tematyczne OT-600, kwiecień 2011

[9]   Pierpont N.: Syndrom Turbin Wiatrowych: Raport o naturalnym eksperymencie. Wersja skrócona. Wydrukowano w Stanach Zjednoczonych Ameryki przez King Printing, Lowell, Mass, 12/20/2009

[10] Gomuła S., Piaskowska M.: Emisja dwutlenku węgla a zagrożenie efektem cieplar­nianym. Polityka energetyczna 2009 t. 12, z. 2/2