Nowe wyzwania sektora elektroenergetycznego w zakresie ochrony środowiska

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