Bilansowanie i magazynowanie prądu w Polsce – co zmieniło się od czasów PRL?

Bilansowanie i magazynowanie prądu w Polsce – co zmieniło się od czasów PRL?

Energii elektrycznej nie da się magazynować w sieci. Polskie Sieci Elektronergetyczne (PSE) dbają więc aby zawsze mieć pewien zapas mocy na podorędziu. W drugim artykule z cyklu o magazynowaniu energii przyjrzymy się, z jakich rezerw korzystamy i na ile mogą one pomóc w transformacji energetycznej ku energii odnawialnej.

Siedziba Polskich Sieci Energetycznych to prawdziwy mózg sieci przesyłowej. To stąd decyduje się o produkcji większości elektrowni cieplnych w kraju oraz o imporcie i eksporcie energii elektrycznej. Centrala w podwarszawskim uzdrowisku Konstancinie-Jeziornie zarządza Jednostkami Wytwórczymi Centralnie Dysponowanymi (JWCD). Są wśród nich największe elektrownie na węgiel oraz elektrownie wodne szczytowo-pompowe. Sterując nimi PSE dostosowuje produkcję prądu do bieżącego zapotrzebowania.

Najważniejsze elektrownie w kraju

Węgiel kamienny i brunatny wciąż dają nam prawie trzy czwarte energii elektrycznej. Większość węgla trafia do 89 wielkich kotłów w Jednostkach Wytwórczych Centralnie Dysponowanych. Każde z palenisk może regulować swoją moc od minimum technicznego (wynoszącego ok. 50%) do pełnej mocy. Dzięki temu dostosowuje się produkcję prądu do wyższego zapotrzebowania w dzień i niższego w nocy.

W każdej z tych wielkich elektrowni jest zainstalowanych od trzech do trzynastu kotłów. Gdy niskie zapotrzebowanie na prąd ma trwać przez dłuższy czas (np. przez weekend) część kotłów jest całkowicie wygaszana. Zawsze jednak musi pracować przynajmniej jeden, aby dostarczać parę do zasilania urządzeń. Z tego powodu moc elektrowni nigdy nie spada do zera.

Sterowanie produkcją

Praca JWCD jest zależna od rozkazów z centrali PSE, ale właściciele (np. PGE i Tauron) mają wpływ na ich pracę, bo określają przy jakich cenach energii powinny być uruchamiane. Nocą zapotrzebowanie na prąd jest niższe, więc PSE utrzymuje w ruchu tylko elektrownie o niskim koszcie wytwarzania (np. na węgiel brunatny) i te pracujące na minimum technicznym.

Oprócz jednostek centralnie dysponowanych, prądu dostarczają też odnawialne źródła energii i elektrociepłownie. Odnawialne źródła otrzymują wsparcie proporcjonalne do ilości wyprodukowanej energii, więc zazwyczaj pracują z maksymalną dostępną mocą. Elektrociepłownie miejskie i przemysłowe muszą przede wszystkim produkować ciepło, więc ilość dostarczanego prądu zależy od potrzeb grzewczych.

Największe magazyny prądu w Polsce

Najważniejszymi jednostkami regulacyjnymi w Polsce są elektrownie szczytowo-pompowe. Składają się z dwóch zbiorników wodnych położonych na różnych wysokościach. Energię magazynuje się pompując wodę do górnego zbiornika, a odzyskuje spuszczając ją w dół. W Polsce mamy 6 takich obiektów o łącznej mocy prawie 1800 MW. Pracując razem mogą pokryć połowę różnicy między maksymalnym a minimalnym dobowym zapotrzebowaniem. Pięć z nich należy do Jednostek Wytwórczych Centralnie Dysponowanych. Ich zbiorniki gromadzą wodę na 4-6 godzin produkcji energii elektrycznej z maksymalną wydajnością. Potem musi nastąpić przerwa lub przejście do pracy pompowej. Największa elektrownia szczytowo-pompowa znajduje się w Żarnowcu na Pomorzu. Była projektowana do współpracy z pierwszą w Polsce elektrownią jądrową. Sto kilometrów na zachód znajduje się mniejszy obiekt w Żydowie. Pozostałe magazyny szczytowo-pompowe znajdują się na południu kraju. Drugi największy taki zakład w Polsce pompuje wodę z zapory Porąbka do zbiornika na szczycie góry Żar. Elektrownie wodne z odwracalnym przepływem działają też na Sanie (zespół Solina-Myczkowice) i na Dunajcu (zespół Niedzica).

Najstarsza i wciąż najtańsza metoda gromadzenia energii

Pierwsze poważne plany budowy pompowych magazynów energii powstały już w latach międzywojennych. Zespół inżynierów pod kierownictwem późniejszego prezydenta Gabriela Narutowicza proponował budowę elektrowni szczytowo-pompowych na górze Żar i w Niedzicy. Ambitne plany pokrzyżował Wielki Kryzys i II Wojna Światowa. Po wojnie energetyka rozwijała się w błyskawicznym tempie, a zużycie prądu rosło nawet o kilkanaście procent rocznie. Oprócz masowej budowy elektrowni węglowych wrócił pomysł gromadzenia nadwyżek prądu na czas największego zapotrzebowania. Większość elektrowni szczytowo-pompowych w Polsce pochodzi właśnie z tego okresu. Kryzys lat 80. XX wieku i późniejsza transformacja ograniczyły zużycie prądu znacznie poniżej wcześniejszych prognoz. Infrastruktura wybudowana w okresie PRL okazała się wystarczająca, a potencjał istniejących magazynów energii jest obecnie wykorzystywany tylko częściowo. Niektóre elektrownie wodne jak np. Niedzica są uruchamiane do pracy pompowej okazjonalnie, a ich zbiorniki pełnią głównie funkcję przeciwpowodziową.

Elektrownie szczytowo-pompowe to najczęściej spotykane magazyny energii elektrycznej na świecie. Na całym globie jest ich ok. 400 (działających lub w trakcie budowy) o łącznej mocy ponad 160 GW. Najwięcej (47 GW) znajduje się w Europie, następne miejsca zajmują Chiny, Japonia i USA. Podobnie jak w Polsce, w USA i w zachodniej Europie najwięcej powstało ich w latach 70. i 80. XX wieku.

Powrót do łask

Elektrownie szczytowo-pompowe pozostają jedną z najbardziej opłacalnych metod magazynowania prądu. Podczas procesu spuszczania wody odzyskuje się 70-85% włożonej energii. Raz wybudowany obiekt pozostaje w służbie co najmniej kilkadziesiąt lat, a koszty eksploatacyjne są stosunkowo niskie. Pod koniec czerwca PGE poinformowało o pomyśle wznowienia zawieszonej w 1982 roku budowy elektrowni w Młotach w Kotlinie Kłodzkiej. Koszt dokończenia obiektu o mocy 750 MW szacuje się na ok. 4 mld zł. To cena niższa niż dla bloku węglowego o tej samej mocy i nieco tylko wyższa od elektrowni na gaz ziemny. Po wyborach temat ucichł, być może z powodu obniżonych przez pandemię prognoz wzrostu gospodarczego.

Magazyn energii może posłużyć do stabilizacji pracy źródła wytwórczego. W niemieckim Gaildorf technologię szczytowo-pompową połączono z elektrownią wiatrową. Cztery górne zbiorniki o pojemności 40 000 m3 każdy stanowią jednocześnie fundament najwyższych w owym czasie turbin wiatrowych. Wiatraki o wysokości 246 metrów (niewiele wyższej od Pałacu Kultury) dostarczają energię do sieci lub w razie niskiego zapotrzebowania pompują wodę. Magazyn pozwala na pracę z maksymalną mocą przez cztery godziny bezwietrznej pogody. Dolny zbiornik na wodę znajduje się w położonej niżej dolinie rzeki Kocher.

Bilansowanie przez import

Ostatnim, najczęściej wykorzystywanym sposobem bilansowania energii jest wymiana z zagranicą. Polska posiada połączenia elektroenergetyczne ze wszystkimi sąsiadami oprócz Białorusi i Rosji, a dodatkowo pod Bałtykiem poprowadzony jest kabel do Szwecji. Wymiana międzynarodowa może służyć do zabezpieczania przed niedoborem energii (np. w razie nagłej awarii dużego bloku węglowego), ale znacznie częściej wykorzystuje się połączenia do handlu. Od kilku lat ceny energii na rynku hudrtowym w Polsce należą do najwyższych w Europie. Zgodnie z regulacjami unijnymi rynek energii ma być konkurencyjny, a operator musi umożliwiać handel transgraniczny, więc PSE udostępnia połączenia zagraniczne do sprowadzania tańszego prądu ze Szwecji, Niemiec i Ukrainy.

Rozbudowa międzynarodowych połączeń zmniejsza zapotrzebowanie na magazyny energii. Produkcja prądu przez pojedynczą farmę wiatrową może wahać się od zera do 100%, ale w skali kontynentu nigdy nie maleje poniżej pewnego poziomu. Na naszym kontynencie strefa z najsilniejszym wiatrem zazwyczaj przesuwa się znad Wysp Brytyjskich na wschód do Polski, przechodząc w międzyczasie przez Morze Północne i Danię. Gęsta sieć energetyczna, taka jak w zachodniej Europie pozwala czerpać prąd z miejsc, gdzie aktualnie jest największa produkcja. Dobre połączenia transgraniczne chronią również przed niespodziewanym brakiem mocy spowodowanym awarią.

Wirująca rezerwa mocy

Jak PSE zabezpieczają się przed nagłymi wzrostami zapotrzebowania? Tu również elektrownie cieplne pełnią ważną rolę, ale nie tylko one mogą stabilizować pracę systemu.

W następnym artykule z cyklu przyjrzymy się stabilizacji sieci i odpowiemy na pytanie, dlaczego magazyny energii będą coraz częściej pełniły tę rolę?

Niniejszy artykuł jest drugim z cyklu „W poszukiwaniu świętego graala neutralności klimatycznej z WWF Polska”. W ramach cyklu przyjrzymy się obecnie dostępnym i przyszłościowym technologiom magazynowania energii. Spróbujemy odpowiedzieć na pytanie, jak z pomocą magazynów energii możemy przejść transformację do bezemisyjnej gospodarki opartej o odnawialne źródła energii. Pełen raport Politechniki Warszawskiej dla Fundacji WWF i skrócona wersja przygotowana przez Bartłomieja Derskiego są dostępne pod tym linkiem


Niniejszy artykuł jest kolejnym z cyklu „W poszukiwaniu świętego graala neutralności klimatycznej z WWF Polska”. W ramach cyklu przyjrzymy się obecnie dostępnym i przyszłościowym technologiom magazynowania energii. Spróbujemy odpowiedzieć na pytanie, jak z pomocą magazynów energii możemy przejść transformację do bezemisyjnej gospodarki opartej o odnawialne źródła energii. Pełen raport Politechniki Warszawskiej dla Fundacji WWF jest dostępny pod tym linkiem

Zobacz także...

Komentarze

Patronat honorowy

Partnerzy portalu

PSE