Gaz do dechy. Tak pracuje polska energetyka gazowa

Rok temu, 14 sierpnia – w Dniu Energetyka – do KSE przyłączono pierwszy blok elektrowni gazowej w Dolnej Odrze. Od tamtej pory produkcja energii elektrycznej z gazu w każdym kolejnym miesiącu przewyższa wyniki z analogicznych okresów roku poprzedniego.

Wzrasta znaczenie gazu ziemnego w KSE

Znaczenie gazu ziemnego w polskim systemie elektroenergetycznym rośnie dynamicznie, zarówno pod względem udziału w miksie wytwórczym, jak i funkcji pełnionej w bilansowaniu systemu. W 2015 r. bloki gazowe odpowiadały za zaledwie 3,6% krajowej produkcji energii elektrycznej; w 2024 r. udział ten wzrósł do 11,7%, a w miesiącach szczytowego zapotrzebowania zimą 2024/2025 przekroczył już 15%.

Poniższy wykres pokazuje miesięczny udział gazu w miksie wytwórczym energii elektrycznej w ciągu ostatniej dekady. Wyraźnie widać trzy zjawiska:

• Trend długofalowy – stabilny, stopniowy wzrost udziału gazu, związany z przyrostem nowych bloków CCGT oraz rosnącą konkurencyjnością tego paliwa wobec węgla.
• Sezonowość – wyższe wykorzystanie jednostek gazowych (w szczególności elektrociepłowni) w chłodnych miesiącach (listopad–marzec), kiedy rośnie popyt na energię elektryczną i ciepło.
• Efekt kryzysu energetycznego – od jesieni 2021 r. do wiosny 2023 r. ceny gazu ziemnego notowane na Towarowej Giełdzie Energii utrzymywały się na poziomach od 3- do nawet 10-krotnie wyższych niż wieloletnia średnia. W rezultacie obserwowano istotne ograniczenie wykorzystania tego paliwa w krajowym miksie energetycznym.

Drugi wykres przedstawia średnią miesięczną generację energii elektrycznej ze źródeł gazowych, wraz z zakresem ich pracy – od wartości minimalnych do maksymalnych (na podstawie danych godzinowych dla każdego miesiąca). Ilustruje to rosnącą elastyczność jednostek gazowych w reagowaniu na zmieniające się warunki w systemie elektroenergetycznym – zarówno w odpowiedzi na wahania zapotrzebowania, jak i zmienną generację ze źródeł odnawialnych.

W okresie zimowym, gdy elektrociepłownie – przede wszystkim miejskie – pracują z pełnym obciążeniem, maksymalna moc generowana przez jednostki gazowe przekracza obecnie 5 GW. Dla porównania, w sezonie grzewczym 2022/2023 wartość ta wynosiła około 3,5 GW.

Wzrost ten wynika z oddania do eksploatacji nowych elektrowni gazowych oraz rosnącej liczby elektrociepłowni zdolnych do pracy w trybie tzw. pseudokondensacji, czyli z maksymalizacją produkcji energii elektrycznej niezależnie od zapotrzebowania na ciepło. W rezultacie wysoka dostępność mocy gazowych będzie się utrzymywać przez cały rok, a wraz z uruchamianiem kolejnych jednostek – systematycznie rosnąć.

W kolejnych latach moc źródeł gazowych ma się podwoi dzięki m.in.:

• 2025 r. – uruchomienie elektrowni w Grudziądzu (563 MW) oraz Ostrołęka C (745 MW, powstająca w wyniku konwersji inwestycji węglowej). Produkcję rozpoczynają także elektrociepłownia Czechnica (177 MW) oraz jednostka w Poznaniu (114 MW).
• 2026 r. – planowane uruchomienie elektrowni w Rybniku (883 MW).
• 2027 r. – oddanie do eksploatacji elektrowni Adamów (562 MW).
• 2028 r. – uruchomienie elektrowni w Turku (164 MW) oraz elektrociepłowni w Ursusie (110 MW), Łodzi (170 MW) i Skawinie (300 MW).
• 2029 r. – planowane uruchomienie dwóch bloków CCGT w Kozienicach (po 668 MW każdy) oraz elektrowni Grudziądz II (600 MW). W tym samym roku do systemu wejdzie elektrociepłownia w Gdańsku (600 MW).
• 2030 r. – możliwe oddanie do eksploatacji elektrowni w Łagiszy (400 MW) oraz elektrociepłowni w Siekierkach (500 MW), choć realizacja tych projektów pozostaje niepewna.

Ponadto w systemie pojawi się wiele mniejszych jednostek kogeneracyjnych.

Czytaj również: Nowe bloki gazowe zakontraktowane, a kolejna aukcja tuż-tuż

Charakterystyka pracy elektrociepłowni i (od roku) elektrowni gazowych

Wraz z dynamicznym rozwojem OZE w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym, zmienia się rola, jaką pełnią konwencjonalne jednostki wytwórcze – w tym źródła gazowe. Aby właściwie ocenić ich znaczenie i perspektywy, konieczne jest rozróżnienie typów instalacji wytwarzających energię z gazu ziemnego, gdyż ich charakterystyki pracy są istotnie odmienne.

W Polsce możemy wyróżnić dwa główne segmenty: elektrownie gazowe (obecnie wyłącznie jednostki typu CCGT, w przyszłości także szczytowe OCGT) oraz elektrociepłownie gazowe, które dzielą się dalej na elektrociepłownie przemysłowe i miejskie.

Nowoczesne elektrownie gazowe

Do niedawna elektrownie gazowe w Polsce praktycznie nie istniały jako pełnoprawny segment rynku mocy i energii. Sytuacja zmieniła się dopiero w 2024 r. wraz z oddaniem do eksploatacji dwóch bloków gazowo-parowych CCGT w Elektrowni Gryfino Dolna Odra o łącznej mocy osiągalnej 1340 MW. Są to obecnie jedyne elektrownie gazowe tej skali, z potencjałem pełnienia roli jednostek bilansujących i regulacyjnych w warunkach zmienności produkcji z OZE.

Elektrociepłownie gazowe – przemysłowe i miejskie

Drugą grupę stanowią elektrociepłownie gazowe, funkcjonujące w różnych konfiguracjach technicznych i modelach operacyjnych:

• Elektrociepłownie przemysłowe, zintegrowane z dużymi zakładami produkcyjnymi, jak te należące do Grupy Orlen. Przykłady to instalacje w Płocku i Włocławku, o łącznej mocy elektrycznej ok. 1100 MW.
• Elektrociepłownie miejskie, zasilające miejskie systemy ciepłownicze, takie jak EC Rzeszów, Stalowa Wola, Wrotków (Lublin), Żerań (Warszawa) i Zielona Góra – o łącznej mocy rzędu 1700 MW. Ich rola uzależniona jest w dużym stopniu od sezonowego zapotrzebowania na ciepło.

Dodatkowo w KSE funkcjonuje ok. 1500 MW innych mniejszych elektrociepłowni gazowych.

Ze względu na ograniczoną dostępność danych, do celów poniższej analizy profili pracy tych źródeł, skoncentrujemy się na wyżej wymienionych jednostkach, które łącznie odpowiadają za około 70% mocy osiągalnej w źródłach gazowych. Ich profile pracy zostały przeanalizowane na podstawie danych produkcyjnych PSE – uśrednionych godzinowo w skali miesięcznej – począwszy od roku 2015.

Elektrownie gazowe – profil pracy

Poniższy wykres pokazuje średnią dobową generację bloków gazowych, uwzględniając również dni i godziny, w których ich produkcja spadała do zera. Dzięki temu widać nie tylko typowy kształt pracy jednostek w okresach aktywności, ale także obserwowane poziomy elastyczności tych jednostek.

Bloki 9 i 10 jedynej jak dotąd elektrowni gazowej w Gryfinie zostały przekazane do eksploatacji odpowiednio 14 sierpnia oraz 29 października 2024 r. , jednak dane prezentowane na wykresie obejmują również wcześniejszy okres – od maja, kiedy prowadzone były testy ruchowe.

Profil generacji tych jednostek odzwierciedla zmienność cen energii na rynku spot, który determinuje ich opłacalność operacyjną w poszczególnych godzinach doby. W porównaniu do bloków węglowych – nawet tych najnowszej generacji – elektrownie gazowe oferują znacznie wyższy poziom elastyczności, zarówno w postaci tempa zmiany mocy jak i zdolności do restartu tego samego dnia. W razie potrzeby blokom w Gryfinie zdarza się całkowicie wstrzymać generację po minięciu porannego szczytu zapotrzebowania, kiedy to do systemu wkraczają instalacje fotowoltaiczne, by ponownie być gotowym do pracy w szczycie wieczornym.

Ta cecha sprawia, że gazowe bloki CCGT są szczególnie cenne z punktu widzenia bilansowania KSE, zwłaszcza w kontekście rosnącego udziału źródeł odnawialnych. Mogą pełnić rolę bufora – reagując zarówno na niedobory mocy wynikające z niższej generacji z OZE, jak i pokrywając krótkookresowe szczyty zapotrzebowania.

Elektrociepłownie miejskie – profil pracy

Poniższy wykres prezentuje średnią dobową generację gazowych elektrociepłowni miejskich, uwzględniając również okresy całkowitego braku produkcji (wartości zerowe). Dane pozwalają prześledzić zarówno zmiany w strukturze mocy zainstalowanej, jak i ewolucję charakterystyki pracy tych jednostek.

W ostatnich latach obserwujemy wyraźny wzrost mocy w elektrociepłowniach miejskich. W 2021 roku rozpoczęła pracę nowoczesna jednostka gazowo-parowa w Elektrociepłowni Żerań o mocy elektrycznej około 500 MW, a w połowie tego roku oddano do użytku jednostkę Czechnica-2 w Siechnicach o mocy blisko 180 MW. Inwestycje te znacząco zwiększyły zdolności wytwórcze segmentu ciepłownictwa systemowego zasilanego gazem.

W danych wyraźnie widoczna jest sezonowość pracy elektrociepłowni, związana z zapotrzebowaniem na ciepło w okresie grzewczym. Warto jednak zauważyć, że w trakcie kryzysu energetycznego lat 2021–2022, jednostki te pracowały w sposób „oszczędny” – ograniczając zużycie gazu ze względu na wysokie ceny paliwa. Dopiero w sezonach grzewczych 2023/2024 i 2024/2025 elektrociepłownie gazowe ujawniły pełnię swoich możliwości operacyjnych, niektóre z nich pracując z miesięcznym współczynnikiem wykorzystania mocy bliskim 100%.

Ostatnio obserwujemy również zmianę dobowego profilu pracy tych jednostek. Nowy paradygmat zakłada większą elastyczność i dostosowanie generacji do warunków rynkowych, w szczególności do chwilowych cen energii na Rynku Dnia Następnego. Coraz częściej dochodzi do sytuacji, w której elektrociepłownie redukują moc elektryczną w ciągu dnia, pokrywając zapotrzebowanie cieplne z wodnych kotłów gazowych, co pozwala na obniżenie całkowitych kosztów eksploatacji.

W sytuacjach, gdy zapotrzebowanie na ciepło jest niskie, a ceny energii elektrycznej wysokie, zakłady te mogą pracować w trybie tzw. pseudokondensacji – czyli kierując nadwyżkowe ciepło nie do sieci ciepłowniczej, lecz do systemów chłodzenia (np. chłodni wentylatorowych) lub bezpośrednio do pobliskiej rzeki. To umożliwia utrzymanie pracy turbin i generację energii elektrycznej w atrakcyjnych warunkach rynkowo, mimo braku odbioru ciepła sieciowego.

Elektrociepłownie przemysłowe – profil pracy

Poniższy wykres przedstawia średnią dobową generację gazowych elektrociepłowni przemysłowych, z uwzględnieniem również godzin, w których produkcja była zerowa. Analiza obejmuje jednostki we Włocławku (uruchomioną w 2017 r.) oraz w Płocku (oddana do eksploatacji w 2018 r.).

W przeciwieństwie do elektrociepłowni miejskich, jednostki przemysłowe nie wykazują sezonowości. Działają one przez cały rok, niezależnie od pory dnia czy sezonu, dostosowując produkcję do potrzeb technologicznych swoich odbiorców, głównie w sektorze chemicznym i petrochemicznym. Obniżenie się poziomu generacji tych jednostek wiosną i latem tego roku wynika więc wyłącznie z przerwy serwisowej bloku we Włocławku.

Na podstawie wykresu można wyróżnić dwa wyraźne okresy w sposobie pracy elektrociepłowni przemysłowych:

Lata 2019–2020 – charakteryzujące się stabilną, wysoką generacją, z niemal płaskim profilem dobowym. Był to okres niskich cen gazu (przed kryzysem energetycznym) oraz marginalnego udziału fotowoltaiki w systemie (ok. 1,5 GW źródeł PV na końcu 2019 i blisko 4 GW rok później), co oznaczało brak presji rynkowej na redukcję generacji w ciągu dnia.

Okres od 2021– kiedy to profil pracy uległ istotnej zmianie. Wzrost cen gazu, rosnąca zmienność na rynku spot oraz szybka ekspansja PV (obecnie ponad 23 GW mocy zainstalowanej) sprawiły, że elektrociepłownie przemysłowe zaczęły redukować generację w godzinach południowych, gdy ceny energii spadają pod wpływem wysokiej produkcji ze źródeł fotowoltaicznych. Wzrost mocy w godzinach porannych i wieczornych świadczy o rosnącym dostosowaniu do rytmu dobowego systemu elektroenergetycznego.

Gaz jako źródło elastyczności, a nie nowa podstawa systemu

Analiza profilu pracy trzech grup źródeł gazowych – elektrowni systemowych, elektrociepłowni miejskich i jednostek przemysłowych – prowadzi do jednoznacznego wniosku: gazowe jednostki wytwórcze wnoszą do Krajowego Systemu Elektroenergetycznego nie tylko energię elektryczną, ale także – co równie istotne – bardzo potrzebną elastyczność. Dzięki zdolności szybkiego reagowania na zmiany popytu i podaży umożliwiają lepszą integrację odnawialnych źródeł energii, charakteryzujących się wysoką zmiennością, z systemem wciąż zdominowanym przez mało elastyczne moce węglowe.

Czytaj również: Nowe bloki gazowe są potrzebne, ale mogą być tańsze

Na horyzoncie pojawiają się nowe duże bloki gazowe (obecnie wyłącznie CCGT), powstające głównie dzięki aukcjom rynku mocy. Ich utrzymanie będzie kosztować odbiorców energii miliardy złotych rocznie.

Czy były potrzebne? Tak. Kluczowe pytanie brzmi jednak: czy grozi nam tzw. pułapka gazowa? Odpowiedź zależy w dużej mierze od tempa rozwoju OZE. Jeżeli nie uda się wystarczająco szybko zwiększyć ich udziału w miksie, istnieje ryzyko, że Polska zastąpi jedno kosztowne paliwo kopalne (węgiel) innym – importowanym gazem ziemnym.

Nowe elektrownie gazowe powinny pełnić rolę rezerwową i wspierać bilansowanie systemu w okresach niskiej produkcji z wiatru i słońca, a nie stanowić jego podstawę. W skali roku ich wykorzystanie powinno pozostać ograniczone – gaz musi być używany oszczędnie. W tym kontekście interes państwa, dążącego do ograniczenia zależności od paliw kopalnych, może różnić się od interesów spółek energetycznych, które będą miały motywację do maksymalnego wykorzystania nowych mocy.

Tym większa odpowiedzialność spoczywa na resortach odpowiedzialnych za politykę energetyczną, aby egzekwować strategię zgodną z celami transformacji i minimalizować ryzyko wejścia w kosztowną ślepą uliczkę gazową.