Wybrane problemy współczesnej polskiej elektryki w świetle doświadczeń i prac SEP

Kierunki zmian w krajowej elektryce 

Musimy sobie takżeuświadamiać, że w obszarze pozyskiwania i dostarczania energii, w tym energii elektrycznej, znajdujemy się, nie tylko zresztą w Polsce, w sytuacji przejściowej. W ostatnich dekadach w sektorze elektroenergetyki zachodzą fundamentalne zmiany związane między innymi z liberalizacją i deregulacją sektora, wprowadzaniem mechanizmów rynkowych i uwalnianiem cen energii, stopniowym wyczerpywaniem się konwencjonalnych paliw, dynamicznym rozwojem nowych technologii, zwiększaniem się zapotrzebowania na energię oraz międzynarodowymi regulacjami prawnymi nakazującymi ograniczenie emisji gazów cieplarnianych oraz zwiększenie efektywności energetycznej, niezawodności zasilania i bezpieczeństwa energetycznego. Wydaje się, że szczególnie drastyczne są te regulacje w Unii Europejskiej, powodując niejednokrotnie ograniczenie możliwości konkurencji na globalnych rynkach.

Wielkoskalowa energetyka zawodowa wykorzystująca węgiel kamienny i brunatny zajmuje jeszcze bardzo silną pozycję w gospodarce polskiej i jest z konieczności silnie scentralizowana. Posiada ona wielu zwolenników chcących i działających w kierunku podtrzymania i rozwijania status quo związanego między innymi z wykorzystywaniem rodzimych paliw kopalnych.

Utrzymywanie tego stanu pociąga za sobą wysokie koszty, ale i wymaga znaczącego wysiłku szerokich kręgów specjalistów i ekspertów, praktyków i naukowców, w tym członków SEP, pozwalającego na podejmowaniu analiz i prac pomiarowo-diagnostycznych. Zwrócić można uwagę rosnące znaczenie powiązania diagnostyki z terminami i zakresami prac remontowych, tak aby były one adekwatne do aktualnego stanu technicznego urządzeń oraz oczekiwań eksploatacyjnych. Dzięki tym badaniom i rozwijaniu metod i narzędzi służących diagnozowaniu stanu urządzeń uzyskuje się wyniki, które pozwalają przedłużyć żywotność, remontować, modernizować i rewitalizować wyeksploatowane często w 80% zespoły wytwórcze i ich elementy cieplno-mechaniczne. Pozwala to nie tyle odsunąć w czasie istnienie tej wielkoskalowej elektroenergetyki, co uzyskać czas niezbędny do wprowadzenia nowych jakościowo rozwiązań.

Stopniowo następuje jednak przejście od tradycyjnych systemów energetycznych, gdzie energia jest wytwarzana centralnie w dużych elektrowniach zawodowych i dostarczana za pomocą sieci przesyłowych wysokiego napięcia i sieci rozdzielczych średniego i niskiego napięcia, do systemów zdecentralizowanych, gdzie w znaczącym stopniu występują dwukierunkowe przepływy energii i informacji i gdzie znaczącą rolę odgrywają rozproszone źródła energii.

Współpraca z wieloma rozproszonymi źródłami energii o różnych parametrach technicznych, niepewnych wielkościach produkcji energii, często zależnych od warunków pogodowych (energetyka wiatrowa, słoneczna) stawia trudne zadania przed elektronikami i automatykami. Sterowanie i monitorowanie pracy całego, tak zróżnicowanego systemu elektroenergetycznego stanowi bowiem ogromne wyzwanie.

Nowe uwarunkowania strategiczne oraz obserwowany w ostatnich latach bardzo szybki rozwój w dziedzinach energoelektroniki, automatyki, technik informatycznych i komunikacyjnych dały impuls do powstania koncepcji inteligentnych sieci elektroenergetycznych. Na tle tych strategicznych zmian w energetyce na coraz szerszą skalę rozwijają się źródła energii o średniej i małej mocy, zlokalizowane blisko odbiorców. Zarówno niezależni wytwórcy energii, małe poza systemowe źródła jak i często indywidualni wytwórcy będący jednocześnie odbiorcami, czyli tak zwani prosumenci tworzą generacją rozproszoną.

Dzięki bardzo dynamicznemu rozwojowi nowych technologii zwłaszcza informatycznych, wprowadzaniu inteligentnych pomiarów i inteligentnych sieci oraz zwiększaniu zakresu stosowania odnawialnych źródeł energii, jako sojuszników w walce ze zmianami klimatu stworzone zostały podstawy do rozwoju nowej elektroenergetyki. Będzie to z pewnością energetyka rozproszona, zdecentralizowana, wykorzystująca w znaczącym stopniu odnawialne źródła energii, możliwa dzięki wykorzystaniu zdobyczy współczesnej elektroniki, informatyki i technik komputerowych.

Staje się tez coraz bardziej widoczne, że wszystkie gałęzie elektryki muszą rozwijać się komplementarnie, że są od siebie wzajemnie zależne i tworzą coraz bardziej dorodne drzewo współczesnej cywilizacji informatycznej.

Sygnały świadczące, o tym, że przeżywamy rewolucję energetyczną, której jedną z cech charakterystycznych jest rozpraszanie wytwarzania energii elektrycznej, czyli jej dywersyfikacja są coraz silniejsze. Także i w Polsce najwyższy jest czas na podejmowanie decyzji strategicznych, których skutki będą określać sposób rozwoju rynku energii na całe dziesięciolecia. Powinno nam zależeć, by energia była produkowana jak najbliżej ostatecznego odbiorcy, w małych wytwórniach, żeby straty podczas jej przesyłania były jak najmniejsze. Także po to, by każdy mógł w ramach własnych możliwości tę energię elektryczną lub ciepło produkować i przekształcać się z konsumenta w prosumenta.

W dzisiejszym świecie dochodzi do zmiany priorytetów energetycznych. Nowe technologie, czystsze, szybsze w instalacji i bardziej dostosowane do lokalnych potrzeb, wzbudzają zainteresowanie inwestorów oraz władz lokalnych.

O tym, że ta energetyka XXI wieku już się autentycznie rodzi, także w Polsce świadczą takie fakty jak ten, że z Krajowym Systemem Elektroenergetycznym współpracują farmy wiatrowe o łącznej mocy 2680 MW, a nasz operator systemu przesyłowego zawarł już umowy o przyłączenie farm wiatrowych i wydał warunku przyłączenia na około 21 000 MW, w tym około 2200 MW dotyczących morskich farm wiatrowych.

Duże nadzieje związane są z uważaną za jedno z najbardziej obiecujących i przyjaznych środowisku źródeł energii, jakim jest Słońce i wykorzystująca je fotowoltaika. Ze względu na ogromne potencjalne możliwości związane z bezpośrednią konwersją promieniowania słonecznego na energię elektryczną, ma ona szansę zostać w przyszłości poważną alternatywą dla paliw kopalnych. Dzięki temu jest ona skutecznym sposobem zapewnienia dostaw „czystej” energii w krajach uprzemysłowionych i dostarczania energii elektrycznej krajom rozwijającym się bez obawy o bezpieczeństwo dostaw i zanieczyszczenie środowiska. Stąd też fotowoltaika świetnie wkomponowuje się w energetyczne i ekologiczne programy czy projekty na poziomie międzynarodowym, krajowym, regionalnym czy lokalnym. Warto zwrócić uwagę, że dynamika wzrostu produkcji modułów fotowoltaicznych wynosząca w ostatnich 10 lat 45% średniorocznie, przyrównywana jest do dynamiki wzrostu przemysłu mikroelektronicznego na początku rozwoju. Moc zainstalowanych na świecie systemów fotowoltaicznych w roku 2008 wyniosła 14,7 GW i w porównaniu z rokiem 2007 wzrosła o 129 %. Prognozy tej wartości na rok 2030 przewidują jej wzrost w granicach od 912 do 1864 GW.

Widać więc, że zwiększeniu udziału w miksie energetycznym Polski odnawialnych źródeł energii jest korzystne zarówno dla gospodarki (zwiększenie liczby miejsc pracy i produkcji krajowej) jak i społeczeństwa (korzyści dla środowiska, zdrowia ludności, zmniejszenie bezrobocia). To zwiększenie wymaga jednak rozwiązania problemu magazynowania energii wyprodukowanej w zarówno w elektrowniach wiatrowych, fotowoltaicznych, a także w innych źródłach rozproszonych. Magazynowanie energii powinno być realizowane w dwóch, niejako kierunkach. Powinny powstawać duże obiekty z wykorzystaniem na przykład energii spiętrzanej wody, czy sprężonego powietrza, ale także wyposażanie samych farm wiatrowych czy elektrowni fotowoltaicznych w instalacje do magazynowania.

Potrzebne będą także elektrownie pracujące w tak zwanej podstawie obciążenia. Rolę tę znakomicie mogą pełnić elektrownie atomowe. Stowarzyszenia nasze popiera budowę elektrowni atomowych w Polsce. Zgodnie z naszym stanowiskiem, jakie zajęliśmy zarówno na I Kongresie Elektryków Polskich w Warszawie, a także podczas XXIV Kongresu Techników Polskich w Łodzi, energia jądrowa, dzięki swoim szczególnym właściwościom powinna stanowić nowy składnik krajowego bilansu energetycznego i jeden ze stabilizatorów bezpieczeństw a dostaw energii w przyszłości.

Istotne jest także to, że energetyka atomowa może być traktowana pod względem oddziaływania na środowisko jako bezemisyjna, czyli nie przyczyniająca się do wzrostu efektu cieplarnianego, powstawania kwaśnych deszczy i innych negatywnych zjawisk wynikających z zanieczyszczenia atmosfery. Polska jest jednym z ostatnich krajów nie posiadających elektrowni jądrowych, chociaż w naszym sąsiedztwie zlokalizowanych jest 25 reaktorów energetycznych.

Zdawać sobie trzeba także sprawę, że jeszcze przez długie lata nie da się uciec od węgla. Tezę taką potwierdziły ostatnie wielkie konferencje dotyczące przyszłości elektroenergetyki. Zarówno raport Międzynarodowej Agencji Energii, jak i ustalenia konferencji odbytej w marcu tego roku w Houston zawierają przewidywania znacznego wzrostu zużycia gazu ziemnego, ale także znaleźć w nich można precyzyjne zapisy dotyczące wzrostu popytu na węgiel, który jeszcze wiele lat będzie jednym z głównych nośników energii, zwłaszcza w świetle tego, że popyt na węgiel regulowany jest przez kraje azjatyckie (Chiny, Indie). Charakterystyczne jest także, że Amerykanie, z drugą co do wielkości roczną produkcją węgla, nawet przy obecnym rozwoju rewolucji gazowej, nie podejmują pochopnych decyzji o likwidacji wydobycia.

Niestety, trzeba w tym miejscu powtórzyć krytyczny głos na temat braku strategii, jako że od czasu wprowadzenia zasad gospodarki rynkowej nie nakreślono w Polsce wystarczająco jasno, nawet w ogólnych zarysach, kierunku, w jakim ta nasza transformacja powinna przebiegać. Ciągle nie mamy w Polsce konkretnego opracowania, z jakiego wynikałaby długofalowa strategia rozwoju z perspektywą do 2050 roku. Brak takiej prognozy, a przede wszystkim brak ustawy o OZE, jest negatywnie postrzegany przez Komisje Europejską. Wniosła ona sprawę przeciwko Polsce do Trybunału Sprawiedliwości UE, jako że termin wdrożenia unijnej dyrektywy o OZE, której celem jest osiągnięcie w Unii Europejskiej 20-procentowego udziału energii odnawialnej w produkcji energii elektrycznej do 2020 r., minął w grudniu 2010 roku.

Zdawać sobie jednak trzeba sprawę z tego, że bardzo istotne jest nie tylko wejście w życie odpowiednich ustaw czy programów, ale rozwiązanie pojawiających się po tym problemów natury techniczno-inwestycyjnej. Z jednej strony stworzenie systemu magazynowania energii, której nadmiar może ujawnić się w okresach pomyślnych dla energii wiatrowej i fotowoltaicznej, tak aby móc z niej skorzystać w okresach niepomyślnych. Z drugiej zaś strony niewystarczające parametry przesyłowe sieci średniego i wysokiego napięcia, a więc konieczność modernizacji i rozbudowy sieci niskich i średnich napięć oraz ich powiązań z siecią przesyłową, a także zastosowanie rozwiązań z obszaru sieci inteligentnych. Wiąże się to z generalną przebudową sieci z wykorzystaniem rozwiązań związanych z elektroniką, automatyką i informatyką.

Wspomnieć tu trzeba także o potrzebie usprawnienia rozwiązań organizacyjnych, jako że problemy gospodarki elektroenergetycznej znajdują się u nas w gestii trzech resortów: gospodarki, skarbu i finansów i wymagają ciągłej i dość ścisłej koordynacji.