Gdy zapalamy światło w pokoju albo nastawiamy wodę w elektrycznym czajniku, nie zastanawiamy się, czy akurat wieje wiatr by napędzić wiatraki. Prąd w gniazdku ma być zawsze, o każdej porze dnia i nocy. Tak właśnie korzystamy z energii elektrycznej. A przynajmniej dotychczas tak to właśnie wyglądało.

Patrząc z perspektywy odbiorcy, taki sposób korzystania z energii elektrycznej jest nad wyraz wygodny. Po co zatem cokolwiek zmieniać? Cóż, do najlepszych motywatorów należą pieniądze. Korzystając w większym stopniu z odnawialnych źródeł energii (fotowoltaika, wiatr) i zmieniając nieco przyzwyczajenia będzie można sporo zaoszczędzić.

Ale po kolei. Najpierw przyjrzyjmy się, jak działa stary system elektroenergetyczny (EE), który składa się z trzech elementów: wytwarzanie, przesył (dystrybucja) oraz konsumpcja prądu.

1 Wytwarzanie

Scentralizowane w dużych elektrowniach konwencjonalnych zasilanych paliwami kopalnymi (węgiel, gaz, ropa), elektrociepłowniach oraz elektrowniach atomowych. Jednostki te wytwarzają energię na żądanie – jeśli chcemy zwiększyć ilość, spalamy więcej paliwa.

2 Przesył

To ogólnokrajowa sieć, na którą składająsię linie przesyłowe wysokich i średnich napięć oraz sieci dystrybucyjne niskich napięć. Linie przesyłowe służą do przesyłania energii na duże odległości. Sieci dystrybucyjne rozprowadzają energię z tzw. Głównych Punktów Zasilania (GPZ) do odbiorców końcowych. Energia zawsze przepływa w jedną stronę – od elektrowni do odbiorcy końcowego.

3 Konsumpcja

Główne odbiorniki to maszyny i urządzenia zasilane elektrycznością, oświetlenie oraz ogrzewanie elektryczne. Odbiorcy mają swobodę korzystania z elektryczności – mogą uruchamiać lub wyłączać swoje urządzenia w dowolnej chwili, nie oglądając się na sytuację w systemie EE.

W istniejącym (starym) systemie EE odbiorcy mają swobodę korzystania z elektryczności, natomiast elektrownie dostosowują wytwarzanie do aktualnego zapotrzebowania.

Źródła sterowalne i niesterowalne

Inaczej mówiąc – podaż energii (wytwarzanie) dostosowuje się do aktualnego popytu (konsumpcji). Jest to możliwe dzięki temu, że elektrownie mają możliwość zwiększania lub zmniejszania swojej produkcji na polecenie operatora: Polskich Sieci Elektroenergetycznych (PSE). Są to źródła sterowalne.

Produkcja energii elektrycznej przez główne źródła OZE, czyli elektrownie fotowoltaiczne i wiatrowe, jest zależna od warunków pogodowych, a także od cyklu dobowego i rocznego (fotowoltaika). W tym sensie można powiedzieć, że są to źródła niesterowalne. Chociaż inaczej jest w przypadku biogazowni oraz elektrowni wodnych.

Czy w ogóle można oprzeć system energetyczny na źródłach niesterowalnych, generujących energię nie wtedy, gdy potrzeba, lecz wtedy, gdy można? Jak zapewnić odbiorcom prąd w sytuacji, gdy generacja ze słońca i wiatru nie wystarcza na pokrycie zapotrzebowania? Sytuację taką określmy mianem ciemnej ciszy.

Aby energetyka mogła działać tak jak do tej pory, czyli dostarczać energię elektryczną, dostosowując podaż do zmiennego w czasie popytu, rozważane są trzy możliwości: rezerwa konwencjonalna, magazyny energii oraz import. Przyjrzyjmy się zatem tym rozwiązaniom.

1 Rezerwa konwencjonalna

Ten model przewiduje, że w systemie będą istnieć (i pozostawać w stałej gotowości) moce konwencjonalne mogące pokryć w 100% zapotrzebowanie. Energetycy w tej roli widzą najchętniej elektrownie gazowe – mają one dużą elastyczność, czyli mogą one szybko zmniejszać czy zwiększać produkcję, uzupełniając niedobory energii z OZE.

Ale zaraz… Przecież cała nasza rewolucja bierze się stąd, że energia ma być tańsza i produkowana w sposób bezemisyjny. Tymczasem rozważany model wymaga zbudowania i utrzymywania w stanie ciągłej gotowości aż dwóch równoległych systemów: OZE opartych na słońcu i wietrze oraz systemu konwencjonalnego. To tak, jakbyśmy kupili super ekosamochód (bo jest tańszy), ale musieli do niego dokupić lawetę, na której będziemy holowali samochód spalinowy, żeby jeździć jak nie ma słońca czy wiatru. Gdzie tu oszczędność, gdzie sens? Z emisjami też nie jest najlepiej – elektrownie gazowe są nieco mniej emisyjne, niż węglowe, ale ciągle emitują sporo. Poza tym, nawet gdy świeci, wieje i cieszymy się energią z OZE, to część elektrowni musi nadal pracować (i emitować) kręcąc turbiny na biegu jałowym, aby móc w razie potrzeby szybko wytworzyć brakującą energię.

2 Magazyny energii

Magazyny energii postrzegane są przez wiele osób, zwłaszcza przez entuzjastów OZE, jako idealne rozwiązanie problemu. W czasie słonecznym czy wietrznym OZE produkują dużo energii, nadmiar więc magazynujemy i korzystamy z niego w dowolnej chwili. Gdy do tego obrazka dodamy stale spadające ceny technologii magazynowania, wydaje się, że rozwiązanie mamy w zasięgu ręki.

Wydaje się… Magazyny energii będą z pewnością istotnym elementem nowego systemu EE, jednak ich podstawową rolą będzie dopasowanie profilu podaży i popytu w okresie dobowym, może maksymalnie 48-godzinnym. Tymczasem tzw. ciemna cisza (czyli czas, w którym łączna generacja energii z fotowoltaiki i wiatru nie zaspokoi potrzeb) może trwać nawet kilkanaście dni. Ciemna cisza trwająca dłużej niż 10 dni zdarza się rzadko, ale jednak się zdarza.

Zatem na ile dni powinniśmy zmagazynować energię? na 12, może na 14… A co jeśli wystąpi większa anomalia (co przy zmieniającym się klimacie i rozchwianiu wzorców pogodowych jest możliwe) i ciemna cisza potrwa 15 dni? A może jeszcze dłużej? Z drugiej strony, jak gigantyczną inwestycją byłaby budowa magazynów energii (w jakiejkolwiek formie) mogących przechować energię w ilości koniecznej dla całego kraju na kilkanaście dni. Jak bardzo by nie staniały technologie magazynowania energii, to i tak koszt takiej inwestycji sprawiłby, że tania energia z OZE przestałaby być tania.

3 Import

Czy rozwiązaniem może być import energii? A ściślej wymiana energii pomiędzy krajami? Przecież, gdy u nas jest ciemna cisza, to gdzieś na świecie wieje albo świeci słońce.

Tak, to prawda, tylko to gdzieś może być bardzo daleko. Owszem, symulacje wskazują, że wymiana energii w skali Unii Europejskiej może być dobrym częściowym rozwiązaniem, lecz sytuacje zimowego rozległego układu wyżowego (za mało słońca, brak wiatru) obejmującego dużą część Europy jednak się zdarzają. Unie Europejska jest geograficznie zbyt mała, by mieć pewność, że gdzieś wieje wystarczająco mocno. Perspektywa Europy przez kilka dni pozbawionej energii nie wygląda ciekawie.

Można szukać innych rozwiązań, jak na przykład import spoza kontynentu. Pozornie kusząco wygląda perspektywa wielkich instalacji solarnych w północnej Afryce i zasilanie Europy liniami stałoprądowymi ultrawysokich napięć. Tylko proszę spróbować znaleźć inwestora, który zbuduje takie instalacje, przy założeniu, że Europa będzie kupować energię tylko wtedy, gdy jest akurat pochmurno i nie wieje.

Jaki zatem wniosek?

Próba wmontowania OZE w istniejący system EE bez zmiany paradygmatów rządzących tym systemem jest skazana na niepowodzenie.

Rewolucji OZE nikt nie zatrzyma, jednak nowy system EE będzie oparty o inny sposób korzystania z energii niż do tej pory. Dotychczasową swobodę korzystania z energii zastąpi swoboda korzystania z usług energetycznych. Ponadto cechą przyszłej gospodarki będzie zdolność do głębokiej redukcji zużycia w czasie ciemnej ciszy. Im bardziej będziemy potrafili ograniczyć zużycie energii w tym okresie, tym łatwiej będzie zaspokoić zapotrzebowanie.


Posłowie

Dla zachowania jasności wywodu autor świadomie nie uwzględnił w powyższych rozważaniach takich technologii OZE jak elektrownie biogazowe, biomasowe czy wodne. Autor zamierza omówić te technologie i ich rolę w nowym systemie EE w kolejnych artykułach.

W kolejnych artykułach będą omawiane zmiany, jakie zajdą w sposobie korzystania z energii w gospodarstwach domowych, przemyśle, rolnictwie i transporcie. Jeśli autorowi uda się zrealizować swoje plany, to w którymś z dalszych wpisów zostanie poruszony również temat energetyki jądrowej.



REO POLECA

REO CZYSTA ENERGIA: Sen pod tytułem 100% OZE w Polsce. To jest realne

Artykuł REO ENERGIA: Źródła odnawialne są jednym z elementów całościowej transformacji  pochodzi z serwisu REO.

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Please enter your comment!
Please enter your name here