Jak zapewnić bezpieczeństwo energetyczne Polski

· Jan Popczyk
kisielice-wiatraki-16393

Przed jakimi wyzwaniami będzie stać sektor energetyczny w Polsce w 2050 r.? Czy mamy szansę zapewnić sobie bezpieczeństwo energetyczne? W jaki sposób? Analiza prof. Jana Popczyka.

Kryzys finansowy w USA i Unii Europejskiej oraz eksplozja innowacyjności w rozproszonej energetyce odnawialnej podcięły na zawsze podstawy finansowania projektów inwestycyjnych węglowych i jądrowych o czasie realizacji wynoszącym kilkanaście lat, czasie życia wynoszącym 40–60 lat, wymagających nakładów inwestycyjnych idących w miliardy euro. W obszarze wielkoskalowej energetyki korporacyjnej, bazującej praktycznie wyłącznie na paliwach kopalnych, ryzyko dla inwestorów w nowe projekty jest już nie do zaakceptowania. (W ostatnich miesiącach, do kwietnia 2013 r., dowiedzieliśmy się o zerwaniu przez przedsiębiorstwa korporacyjne umów z wykonawcami, albo o rezygnacji z gotowych do realizacji projektów inwestycyjnych za ponad 20 mld zł. Chodzi o 4 bloki węglowe o mocy rzędu 900 MW każdy, mianowicie 2 w Elektrowni Opole, 1 w Elektrowni Rybnik, 1 w Elektrowni Ostrołęka. Jeśli doprowadzenie projektów do gotowości realizacyjnej kosztowało tylko 3% z nakładów inwestycyjnych, to ponad 600 mln zł poszło na marne. A można było przecież za te pieniądze zbudować tysiące mikroelektrowni słonecznych, wiatrowych, biogazowych… Stworzyć tysiące miejsc pracy w innowacyjnym segmencie technologicznym. Zapoczątkować udział Polski w rozpoczętej już światowej przebudowie energetyki).

Epoka zmiany

Wśród wielu faktów, potwierdzających konieczność przebudowy polskiej energetyki, warto podkreślić następujące: 1º – katastrofa w elektrowni Fukushima o koszcie usuwania skutków do 2050 r. szacowanym na poziomie 600 mld dol., 2º – Mapa Drogowa 2050 w UE określająca cel redukcyjny w zakresie emisji CO2 na poziomie 80 do 95%, 3º – perspektywa wzrostu w kolejnych latach udziału gazu łupkowego w amerykańskim rynku gazu od obecnych 25% do 50% i decyzja Chin o wykorzystaniu własnych zasobów tego paliwa, 4º – spadek cen ogniw PV na świecie w 2011 r. do poziomu 1 €/W, 5º – wzrost gęstości energii w akumulatorach litowo-jonowych do 0,15 kWh/kg (i perspektywa kontynuacji trendu wzrostowego), wzrost czasu życia tych akumulatorów w zastosowaniach transportowych do 15 lat i w elektroenergetyce do 30 lat, trzykrotny spadek ich cen w ostatnich dwóch latach, 6º – antycypowany wzrost liczby samochodów elektrycznych: USA – do 1 mln w 2015 r., Niemcy – do 1 mln w 2020 r. i do 6 mln w 2030 r., 7º – przełom w rozwoju budownictwa niskoenergetycznego polegający na możliwości zastosowania technologii domu pasywnego w termomodernizacji istniejących budynków – certyfikat EnerPHit gwarantujący obniżenie zużycia ciepła w istniejących budynkach do poziomu 24 kWh/m2∙rok, 8º – nieuchronność redukcji Wspólnej Polityki Rolnej w UE kosztującej rocznie ponad 40 mld euro (i tym samym konieczność dywersyfikacji produkcji rolnej, w szczególności konieczność kreowania rolnictwa energetycznego), 9º – wzrost niemieckiej produkcji energii elektrycznej w trzech technologiach odnawialnych (wiatr, fotowoltaika, biogazownie) w 2011 r. do wartości przekraczającej poziom całego zużycia energii elektrycznej w Polsce (115 TWh).

W czasie, kiedy świat przebudowuje intensywnie energetykę, polski rząd pod hasłem wspomagania energii ze źródeł odnawialnych kreuje nieefektywny system dopłat do wielkoskalowej energetyki korporacyjnej (współspalanie, dopłaty do wielkich elektrowni wodnych). Wywalczył w UE derogację (ponad 400 mln ton darmowych emisji CO2 do 2020 r.), utrwalając tym samym dalszą nieefektywność energetyki węglowej (petryfikując tę energetykę). A także blokuje nowe unijne inicjatywy dotyczące redukcji emisji CO2.

Czy taka polityka faktycznie się Polsce opłaca?

popczyk_tabela

Punktem wyjścia, który przyjmuję tu do oceny perspektyw potencjalnych technologii są bardzo grube, ale szokujące szacunki przedstawione w tabeli. Dotyczą one nakładów inwestycyjnych dla 11 technologii (źródła wytwórcze wraz z niezbędną rozbudową sieci).

Mimo że tabela nie zawiera oszacowania cen energii elektrycznej, pokazuje ona ponad wszelką wątpliwość, że energetyka prosumencka w perspektywie cywilizacyjnej jest bardziej właściwa od wielkoskalowej energetyki korporacyjnej.

Polska w 2050 roku

Szukając odpowiedzi na pytanie, jak będą wyglądać zapotrzebowanie oraz dostawy energii i paliw, trzeba wyjść od tego, że ludność Polski do 2050 r. będzie się zmniejszać prawie o 0,4% rocznie (do ok. 33 mln). Uśredniony roczny wzrost PKB wyniesie, ze względu na zadłużenie, nie więcej niż 2%. W takim razie obecny PKB wynoszący około 1,4 bln zł w 2050 r. będzie równy około 3 bln zł, w cenach stałych (w scenariuszu business as usual roczny wzrost PKB przyjmuje się na ogół na poziomie 3,5%).

Dalsza analiza dotycząca miksu energetycznego 2050 jest prowadzona w kontekście Mapy Drogowej 2050, która w przypadku Polski oznacza redukcję emisji CO2 do poziomu poniżej 60 mln ton. Potrzebne do analizy dane przyjmuje się w następujący sposób. Zakłada się, że program jądrowy nie zostanie zrealizowany (nie będzie środków na jego realizację, ani potrzeby jego realizacji). Nie zostaną także wdrożone technologie CCS i IGCC, bo po uwzględnieniu kosztów zewnętrznych okażą się niekonkurencyjne. Zakłada się też, że rozproszona energetyka odnawialna nie jest prostym zastąpieniem wielkoskalowej energetyki korporacyjnej, powoduje za to zmianę stylu życia, tzn. wejście w model trwałego rozwoju zrównoważonego. Nie ma więc powodu, aby Polska „ścigała” się w rocznej produkcji energii elektrycznej na jednego mieszkańca, mimo, że jest ona niska w porównaniu z wieloma krajami (w MWh jest to: Polska – 4, Norwegia – 30, USA – 15, Niemcy – 8).

Jak będzie się zmieniać przemysł, transport, budownictwo i rolnictwo do 2050 r.?

Zużycie najważniejszego nośnika energii (jest nim energia elektryczna) w wielkim, średnim i małym przemyśle szacuje się w 2010 r. na ok. 55% całego zużycia, czyli na około 60 TWh. Wykorzystanie potencjału efektywności energetycznej w scenariuszu business as usual (nie mniejszego niż 30%) i zmiana struktury przemysłu na mniej energochłonną spowodują, że zapotrzebowanie na energię elektryczną w przemyśle utrzyma się na niezmienionym poziomie. W miksie energetycznym 2050 co najmniej połowa tej energii elektrycznej będzie produkowana w wysokosprawnej autokogeneracji gazowej. Druga połowa będzie dostarczana przez wielkoskalową elektroenergetykę korporacyjną, z węglowych elektrowni kondensacyjnych i z gazowych bloków combi.

Liczba samochodów na 1000 mieszkańców wzrośnie z obecnych 400 do 600; udział samochodów elektrycznych w rynku wyniesie 50%. Ważne jest, że jednostkowe zużycie energii elektrycznej przez samochód elektryczny jest 3,5 razy mniejsze od zużycia energii chemicznej przez samochód tradycyjny. W rezultacie obecne roczne zapotrzebowanie transportu na energię końcową wynoszące 210 TWh zostanie zmienione w miksie energetycznym 2050 na około 160 TWh energii chemicznej w tradycyjnych paliwach transportowych i około 45 TWh energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych.

Przyrost domów/mieszkań wyniesie 1,5 mln (z tego 1 mln w miastach) i będą to głównie domy plus-energetyczne. Nastąpi też modernizacja całej istniejącej substancji mieszkaniowej, w dużej części do standardu domu plus-energetycznego, czyli wykorzystany zostanie potencjał wzrostu efektywności energetycznej w budownictwie; zużycie ciepła w kWh/(m2 rok) w 2010 r. wynosi: 180 – średnie w istniejących zasobach, 120 – wymagane w nowych zasobach, 15 – możliwe w domach pasywnych. Uwzględniając ten potencjał przyjmuje się, że zapotrzebowanie na ciepło wynoszące ok. 240 TWh zostanie zredukowane w 2050 r. do ok. 120 TWh. Dalej przyjmuje się, że zapotrzebowanie to będzie pokryte w 40% przez pompy ciepła, a eksploatacyjna wartość COP dla pomp ciepła będzie równa 3. Czyli zapotrzebowanie wynoszące 50 TWh zostanie pokryte przez ciepło z pomp ciepła, które trzeba zasilić energią elektryczną (ze źródeł odnawialnych) równą około 15 TWh. Pozostałe 70 TWh potrzebnego ciepła będzie pochodzić z rozproszonych źródeł odnawialnych, ze źródeł kogeneracyjnych biomasowych oraz ze źródeł gazowych (i w bardzo niewielkiej części – węglowych).

Produkcja rolnicza na potrzeby żywności nie wymaga w przyszłości większych zasobów gruntów ornych od obecnych (ok. 12 mln ha). Będzie natomiast systematycznie rosło wykorzystanie nadwyżek gruntów rolnych – minimum 3 mln ha – na cele energetyczne. Podkreśla się, że osiągalna (już obecnie, bez GMO) wydajność energetyczna gruntu rolnego (energia chemiczna) wynosi około 80 MWh/ha.

Ku przebudowie polskiej energetyki

Uwzględniając przedstawione dane, antycypuje się zapotrzebowanie na paliwa/energię w 2050 r. na rynkach końcowych w sposób następujący:

  • Energia elektryczna – 180 TWh (przemysł – 60 TWh, ludność i usługi – 60 TWh, transport elektryczny – 45 TWh, pompy ciepła – 15 TWh). Podkreśla się, że na tym rynku wystąpi, w kontekście Mapy Drogowej 2050, silne „napięcie bilansowe”.
  • Transport (bez elektrycznego, tylko energia chemiczna w tradycyjnych paliwach transportowych) – 160 TWh. Czyli zużycie paliw ropopochodnych obniży się o 25% w stosunku do zużycia w 2010 r. (obniżenie nastąpi za przyczyną samochodu elektrycznego). Udział transportu w emisji CO2 będzie wynosił 30 mln ton.
  • Ciepło (poza segmentem pomp ciepła) – 70 TWh. Podkreśla się przy tym, że w polskim miksie energetycznym 2050 istnieje wielka nadwyżka potencjału produkcyjnego w rozproszonych źródłach odnawialnych nad zapotrzebowaniem. Potencjał ten tworzy konkurencyjny rynek odnawialnych źródeł samego ciepła (kolektory słoneczne, kotły na biomasę stałą…), a także rynek kogeneracyjnych źródeł biomasowych (biogazownie, mikrobiogazownie, układy ORC, silniki stirlinga, spalarnie śmieci, oczyszczalnie ścieków). W związku z tym można uznać, bez szczegółowych analiz, że za 40 lat polskie ciepłownictwo może być bezemisyjne. (Ciepłownictwo szwedzkie, znajdujące się w niekorzystnych warunkach klimatycznych, praktycznie wyeliminowało paliwa kopalne w ciągu 30 lat, w wyniku działań podjętych po kryzysie naftowym w latach 1973–1974).
  • Zakończenie. Polski problem jest następujący: petryfikować energetykę, czy walczyć o jej efektywność, i w powiązaniu także o efektywność energetyczną budownictwa oraz transportu, o przewagę konkurencyjną przemysłu ICT, rozproszonej energetyki odnawialnej i rolnictwa? Można już bez ryzyka stwierdzić, że korporacje potrzebowały derogacji w celu utrwalenia obecnego kształtu energetyki. Gospodarce, i ogólnie społeczeństwu, przyniesie to szkody – środki z opłat wytwórców za uprawnienia do emisji CO2, których nie będzie, mogły przecież być wykorzystane na pożyteczne cele, w szczególności do pobudzenia rozwoju energetyki prosumenckiej. Temu samemu celowi co derogacja służy całkowita niewydolność rządu w sprawie harmonizacji dyrektywy 2009/28 (brak ustawy OZE).

    5 odpowiedzi na „“Jak zapewnić bezpieczeństwo energetyczne Polski””

    1. [...]  Jak zapewnić bezpieczeństwo energetyczne Polski – Zielone Wiadomości. [...]

    2. WAM pisze:

      Panie Profesorze,
      Patrzac na Pana tabele, tzw. no-brainer to rozwiazanie #4, #6 i #7. Prawdopodobnie kredyty negocjowalne z bankami, bo kupujacy to duza firma.
      Rozwiazanie #3 jest ciagle ciekawe przy niskich cenach wegla i przy braku dodakowych oplat za emisje CO2.

      Natomiast Panska tabela pokazuje jak nieoplacalne (czy raczej nalezaloby powiedziec – kosztowne spolecznie) sa wszystkie rozwiazania OZE, jadrowka, bloki z CCS czy maloskalowa energetyka.

      Koszty kapitalowe dla #4,#6,#7 sa odpowiednio 0.63kE/kW, 0.74kE/kW i 0.65kE/kW.
      Instalujac farmy wiatrowe (#5) ponosimy koszty 2kE/kW; przy czym powinnismy miec zapasowa moc na wypadek za slabego czy za silnego wiatru (czyli, jakis bliski 1.0 ulamek kosztow #4, #5 lub #7).

      Elektrocieplownie osiedlowe (#8) kosztuja nas 2.5kE/kW (ciagle musimy kupowac surowiec jak w #4,#5 czy #7, czyli koszty zmienne podobne; dochodza remonty, zapewne drozsze niz na duzych blokach).

      Tragedia przy mikrobiogazie: 3.5kE/kW (plus remonty; co z surowcem – jakie tutaj beda naprawde koszty, jesli wliczy Pan w to wzrost kosztow zywnosci?).

      Przy solarach (#11): wg Pana 1.1kE/kW, ale co zrobimy w nocy (a jesienia/zima ciemno jest ponad 12 godzin / dobe) – chyba tez jakas gazowka na pokrycie zapotrzebowania na energie?

    3. Bogdan pisze:

      Na ostatnie pytanie kol. WAM, odpowiedź jest prosta. W przyszłych dziesięcioleciach należy magazynować energię w okresach wiatru lub słońca oraz w okresach poza szczytowych. W elektrowniach szczytowopompowych jest wielokrotnie za mało mocy, więc pozostaje prosumenckie magazynowanie energii w tych ponad milionie (w Polsce) samochodów elektrycznych i na parkingach lub w garażach odbieranie jej w czasie szczytów. Szczyty są głównie poza godzinami pracy. Potrzebna odpowiednia polityka taryfowa i podatkowa.

    4. Magazynowanie energii elektrycznej to wyzwanie dla wynalazców, ale nie mam cienia wątpliwości, że jak będą szukać to znajdą. Gdybyśmy przeznaczyli na badawcze programy naukowe w tej dziedzinie 1% tych miliardów dolarów, które idą na dofinansowanie paliw kopalnych,już dawno rozwiązania byśmy mieli. Efektywne i dostępne.
      WAM nie uwzględnia kosztów zewnętrznych jak leczenie chorób spowodowanych spalaniem węgla, dla mnie „rentowność” to w ogóle bardzo podejrzane pojecie. Za długo jako kierownik ds. organizacji i metod i szef projektów przygotowywałam projekty do decyzji – metodyka liczenia zmienia wynik, a prezentacja wyników decyzję, czasem radykalnie. Dla mnie jest to rodzaj gry, która uspokaja decydentów i daje im poczucie dobrze spełnionego obowiązku. Ale najważniejsza jest wizja i zrozumienie wielkich procesów i wyzwań, oraz wartości, które chcemy realizować. A potem liczymy jak to osiągnąć aby nas było na to stać. Co za co. Z czego jesteśmy w stanie zrezygnować. Tak funkcjonuje każda rodzina. Czy wakacje w Egipcie się opłacają? A samochód terenowy 4×4 w mieście ? A nowa sukienka zony ? A dzieci? te to już na pewno nie są rentowne, wiem coś o tym. Pan profesor Popczyk mógłby jeszcze wyraźniej podkreślić ważność i potencjał oszczędności energii, w samym budownictwie jest to ogromne wyzwanie, ale i znaczna poprawa komfortu życia i zdrowia ludzi. A to już trudniej policzyć niż wydajność jakiegoś urządzenia.

    5. Bogdan pisze:

      Pani Ewa trafiła w sedno! Jeśli Państwo wspólnie z Koncernami Elektroenergetycznymi nie będzie finansować prac badawczych i tworzyć sprzyjających warunków również dla prosumentów, to będziemy ponosić koszty budowy nowych brudnych elektrociepłowni (tylko na okresy szczytu), zwiększając przyszłe kłopoty kłopoty z emisjami CO2 i innych szkodliwych wyziewów.

    Dodaj komentarz