Wobec kryzysu gazowego Niemcy postanowiły dofinansować w 45% budowę w tempie ekspresowym 500 tys. domowych pomp ciepła. Ich ceny skoczyły do niemal 50 tys. Euro i pojawiły się wątpliwości czy tak pomyślane przedsięwzięcie jest realne i czy dodanie w ciągu 1,5 roku nowych kilku gigawatów szczytowych mocy elektrycznych w odbiornikach działających w tych samych godzinach doby ma sens, biorąc pod uwagę brak wdrożenia taryf dynamicznych i preferencji dla magazynowania ciepła. Nawet przy znacznie lepiej niż w Polsce rozwiniętym systemie elektroenergetycznym i wysokim udziale zeroemisyjnych OZE (33%), plany wzrostu mocy wiatrowych rzędu 5 GW/rok (najlepsze rozwiązanie dla elektryfikacji ciepłownictwa) zaczną przynosić efekty dopiero za parę lat. Z pewnością nie jest to rozwiązanie uniwersalne na kryzys energetyczny, wysokie koszty energii i możliwe ryzyka przerw w dostawach energii elektrycznej. Niniejszy artykuł pokazuje krajowe uwarunkowania nachodzącej zimy (i kolejnych) w kontekście coraz większych ryzyk w krajowym systemie elektroenergetycznym, wskazuje na nie mniej groźne a dotychczas niedostrzegane ryzyka pochodne w ogrzewnictwie i pokazuje jedno z możliwych rozwiązań jakim jest budowa dobowych i sezonowych magazynów ciepła.
W sierpniu 2015 roku, po paru dekadach życia w błogostanie energii dostępnej na życzenie, Polacy przypomnieli sobie co to są stopnie zasilania, ograniczenia w poborze mocy oraz nauczyli się groźnego słowa „blackout”. Okoliczności były zgoła inne niż w czasach minionych - braki mocy w systemie pojawiły się latem w czasie upałów i suszy. Spowodowały straty dla przedsiębiorstw, którym w pierwszej kolejności były ograniczane dostawy energii elektrycznej.
Ceny energii elektrycznej w szczycie południowym wzrosły do niemal wówczas maksymalnej dopuszczalnej ceny 1500 zł/MWh (obecnie max cena to 50 tys. zł/MWh). Już w sierpniu ‘2015 IEO w ”raporcie z blackoutu” policzył ile Polska gospodarka mogła skorzystać unikając ograniczeń w dostawach prądu, gdyby wcześniej wprowadzono wsparcie dla prosumentów PV w postaci taryf gwarantowanych (link).
Faktycznie, dzięki boomowi inwestycyjnemu i rosnącej generacji słonecznej w latach 2019-2021 widmo blackoutu letniego zostało oddalone i spadła presja a ceny energii w sezonie wiosenno-letnim (przynajmniej w szczycie południowym)- rysunek.
Ale w 2015 roku IEO nie zakładał, że dobry pomysł na zminimalizowanie ryzyka blackoutów letnich zostanie zrealizowany w sposób, który zwiększy ryzyko ograniczeń zimowych. Pośrednio prowadził do tego wprowadzony w 2016 roku system rozliczeń prosumentów net-metering z możliwością rozliczenia nadwyżek letnich energii zimą, zazwyczaj na cele grzewcze. Problem się wziął stąd, że rozliczenie net-metering opiera się na błędnych założeniach: energii elektrycznej w sieci zmagazynować się nie da, a koszt pozyskania energii elektrycznej na potrzeby wolumenu „zwracanego” prosumentowi jest zupełnie inny niż pozyskania energii kiedy jest „deponowana” w sieci. Trudno nazywać to kosztem magazynowania energii, który miał być pokrywany tzw. opustem. Co więcej nie uwzględnia spadającej w szczycie zimowym w krajowym systemie energetyczny (KSE) rezerwy mocy i ryzyka niezbilansowania pracą włączanych wtedy najmniej efektywnych i najbardziej emisyjnych bloków elektrowni węglowych i faktu, że wówczas cena energii jest najwyższa dla gospodarki.
Oparte na fundamentalnie błędnych założeniach rozwiązanie faktycznie zainspirowało milion prosumentów do przechodzenia na elektroogrzewnictwo, co jest generalnie dobrym kierunkiem. Ale jednocześnie nie zachęca do taniego magazynowanie energii w formule tzw. "sector coupling": bojlery z dużymi zasobnikami ciepłej wody, pompy ciepła z dużymi buforami- najlepiej w gruncie, piece akumulacyjne o dużej pojemności cieplnej itp. Nie uczy też oszczędzania energii, w tym (z przyczyn ekonomicznych) unikania nadmiernej temperatury w pomieszczeniach (latem też nadmiernego chłodzenia) oraz unikania przewymiarowania, osłabiając jednocześnie potrzebę równoległego wdrażania termomodernizacji, skoro na utrzymanie komfortu cieplnego wystarczało pełne odzyskania słonecznej energii zmagazynowanej „za darmo” w sieci,. W kwietniu br. system się zmienił na net-billing (rozliczenie finansowe), zracjonalizował i dalej (przy przewidywanym wzroście cen energii także dla gospodarstw domowych) jest równie opłacalny, ale część problemów pozostała. Nawet wobec nowych okoliczności (obecny kryzys energetyczny i kres możliwości dotychczasowego systemu rozliczeń) nie ustaje walka spółek sieciowych i instalatorów o fałszywie rozumiane krótkoterminowe interesy sprzedażowe (przy biernej postawie rządu i wobec zdezorientowanych prosumentów). Próby zmiany przyzwyczajeń i świadomości interesariuszy (link) nie wywołują entuzjazmu, ale coraz więcej firm szuka możliwości w nowym systemie wspieranym programem "Mój Prąd 4.0" oferującym (po raz pierwszy) wsparcie magazynów ciepła i systemów zarządzania energią.
W 2021 roku prof. Jacobson z Uniwersytetu Stanforda opublikował niezwykle aktualny artykuł (link) o korelacji w 143 krajach (w tym w Polsce) między zapotrzebowaniem na ciepło a podażą energii wiatrowej ( i słonecznej) z podtytułem „jak zapobiegać blackoutom”. Jedna z jego tez dotyczy tego, że źródła wiatrowe i słoneczne są ujemnie skorelowane, co wskazuje, że są komplementarne i powinny być budowane równolegle w celu zmniejszenia zmienności generowanej mocy wynikającej z instalacji tylko jednego źródła pogodozależnego. Potwierdził, że w szczególności dla Europy energia wiatru bardzo dobrze dopasowuje się do dziennego obciążenia cieplnego oraz wskazał, że Polska ma olbrzymi potencjał OZE w elektroogrzewnictwie. Udowodnił że najtańszym rozwiązaniem jest zielone elektroogrzewnictwo, ale powiązane magazynowaniem w ciepłej wodzie (krótkoterminowe zasobniki ciepła w domach jednorodzinnych oraz sezonowe magazyny ciepła w wykopach ziemnych).
Nadchodząca zima, nie tylko z powodu zmian klimatu i tak nie będzie łatwa dla KSE. Gigawat mocy elektrycznej w pompach ciepła (w czasie mrozów mało efektywnych) nie będzie jedynym czynnikiem, który trzeba wziąć pod uwagę. Wobec świadomości ryzyka ograniczeń w dostawach węgla oraz gazu gospodarstwa domowe zaopatrzą się na zimę w znane im tanie grzejniki i nagrzewnice elektryczne w wersji „plug in” (bez magazynów ciepła obliczonych choćby na taryfę nocną), aby w poszukiwaniu minimum komfortu cieplnego można było dogrzewać pomieszczenia w tych godzinach w których temperatury powietrza będą najniższe. Niestety będziemy się dogrzewać wszyscy w tych samym krytycznych godzinach, obniżając i tak niską rezerwę mocy w KSE. Kumulacja tego typu zdarzeń jest prostą droga do klasycznego blackoutu jako swoistej pochodnej kryzysu paliowego i ekonomicznego.
Sprawozdanie Prezesa URE za 2021 rok pokazało co się dzieje latem i zimą w szczytach popołudniowych, a w szczególności porannych (po mroźnej nocy). Średnie zapotrzebowanie miesięczne w grudniu styczniu i lutym zbliżało się do 28 GW (najwyższe zapotrzebowanie było 12 lutego o godz. 10:45 wynosiło 27,6 GW) – rysunek.
Wojny i szantażu energetycznego Rosji nie dało się w pełni przewidzieć, ale ww. problemy dalej pogłębiamy na własne życzenie. Polski ustawodawca od 2020 roku nie wdrożył prawidłowo definicji "magazynowania energii" wg dyrektywy 2019/944 o rynku energii elektrycznej, która tak samo traktuje przekształcanie energii zmagazynowanej w energię elektryczną jak i w ciepło, a krajowe przepisy ciągle nie. Regulacja ta bardzo wolno przechodzi do krajowego ustawodawstwa na czym traci efektywność kosztowa transformacji energetycznej (obecny projekt nowelizacji Prawa energetycznego (link) rozróżnia definicję magazynowania energii elektrycznej od magazynowania energii, przez co dalej stanowi blokadę dla rozwoju sector coupling). Podobnie na ostatnią chwile (połowa 2024 roku) odwlekamy wprowadzenie innego rozwiązania z tej samej dyrektywy - taryf dynamicznych (time of use) na energię elektryczną. Ich zadaniem jest właśnie tworzenie ekonomicznych podstaw dla symulowania, a następnie budowy lub zwiększania pojemności dobowych (kilkudniowych) magazynów ciepła i wprowadzanie racjonalności ekonomicznej (a przez to też technicznej) w zachowania konsumentów energii. Także , niezwykle trudno, w obliczu kryzysu energetycznego, zrozumieć opieszałość Sejmu w nadaniu pilności rządowemu projektowi ustawy liberalizującej "zasadę 10H", który (zapowiedziany już 3 lata temu) miał odblokować energetykę wiatrową na lądzie, a po tym jak trafił do Sejmu, od ponad miesiąca leży w zamrażarce (nie został mu nawet nadany nr druku sejmowego).
Nie jesteśmy też liderem w podnoszeniu standardów efektywności energetycznych budynków. Za to, w dobie inflacji, szeroko i dla wszystkich odbiorców stosujmy dopłaty do taryf, które jedynie krótkoterminowo poprawiają bezpieczeństwo socjalne, ale nie służą kształtowaniu odpowiedniej wiarogodności odbiorców energii i nie służą zwiększaniu bezpieczeństwa energetycznego państwa.
W swoim sprawozdaniu za ‘2021 Prezes URE potwierdził, że od czerwca do grudniu ‘2021 wartość łącznej rezerwy mocy osiągała poziomy poniżej bezpiecznej wartości (18% powyżej zapotrzebowania). W najnowszej informacji PURE o planach inwestycyjnych (z czerwca '2021, jeszcze sprzed początków kryzysu energetycznego) nie ma zestawienia planów mocy dyspozycyjnej z zapotrzebowaniem w godzinach szczytu na lata 2022/2023 (wcześniej takie dane były publikowane). Jest tylko informacja, że w 2023 roku zostanie wycofane 1,7 GW mocy dyspozycyjnych. Tymczasem, poza ryzykiem ograniczeń dostaw gazu (także dla gospodarstw domowych, które szukać będą alternatywy w dotowanej energii elektrycznej) i jego wysokich cen dla elektroenergetyki (słusznie prowadzą do rezygnacji z tego paliwa w elektrowniach, które wcześniej pokrywały nawet do 10% zapotrzebowania krajowego), rośnie ryzyko niedoborów węgla odpowiedniej jakości także dla elektrowni (przykład Jaworzna II) oraz ryzyko awarii bloków węglowych. Nie chodzi o wywoływanie nastrojów zagrożenia, ale o mobilizację do racjonalnych działań.
Zimą 2022/2023 moglibyśmy liczyć na
solidarność gazową UE (o to też nie w pełni zadbaliśmy), ale import energii
elektrycznej będzie wyjątkowo trudny. Media donoszą że w Europie na razie
jedno państwo (Kosowo) zrezygnowało z importu (z przyczyn ekonomicznych)
i zapowiedziało racjonowanie energii
elektrycznej, która ma być dostępna przez 6 godzin w ciągu doby. Pomimo planu
korzystania ze wszystkich możliwych rezerw, niedobory mocy elektrycznej w
Wielkiej Brytanii tej zimy mogą wynieść niemal 17% szczytowego zapotrzebowania.
Niemcy w obliczy ryzyka chłodnej zimy najpierw uruchomiły olbrzymie dotacje
(50%) na instalowanie pomp ciepła, ale wobec drastycznego wzrostu cen urządzeń
i opinii ekspertów że nie nadają się one do budynków nieocieplonych (koszty
ogrzewania i wzrost ryzyka obniżonej rezerwy mocy -link) w ub. tygodniu obcięło
dopłaty do maksymalnie 40%. Hiszpania już wprowadziła przepisy nakazujące w
obiektach publicznych m.in. utrzymanie temperatury maksymalnej w okresie
zimowym 19 st. C (latem minimalnej 27 st. C). Norwegowie, choć mają własny gaz
i tanią zieloną energię z elektrowni wodnych mają mądrą zasadę: dom (ogrzewany
elektrycznie lub gazowo) musi mieć drugie, zapasowe źródło energii, którym w
praktyce jest kominek. Dzięki temu także
przed kryzysem odciążali system energetyczny w szczycie zapotrzebowania
unikając blackoutów.
Sceptyk klimatyczny red. Gadomski bezceremonialnie informuje czytelników GW, że w skali globalnej rocznie więcej ludzi umiera z zimna (4,6 mln) niż z powodu zbyt wysokich temperatur (0,5 mln). W wyniku zmian klimatu te proporcje zapewne niedługo się odwrócą, a ponadto pogorszy się statystyka umierających z głodu. Nie o taką jednak motywacje do skutecznego działania dzisiaj chodzi, ale wobec braku szerszej rozmowy na ten temat, a w szczególności wobec braku lub spóźnionych działań ustawodawcy, aż się sami prosimy o blackout zimowy- o skutkach gorszych od letniego. Te "zimowe ograniczenia w dostawach prądu" (w zasadzie brownouty) znamy z czasów dawno i słusznie minionych, ale wtedy przynajmniej zdecydowana większość kotłów CO, pieców i trzonów kuchennych mogła działać grawitacyjnie (bez energii elektrycznej), a teraz większość urządzeń grzewczych potrzebuje pomp cyrkulacyjnych i automatyki, a te w okresie przerw w dostawach prądu nie działają. Tym samym, przerwa w dostawie energii elektrycznej jest tożsama z przerwą w dostawie ciepła, czy systemowego, czy indywidualnego.
Wiele już nie możemy zrobić przed tą najbliższą, szybko nadchodzącą zimą. Nie zbudujemy nowych elektrowni systemowych, nie zmodernizujmy sieci, ale jednak możemy zrobić coś co ma sens i tu, i teraz, i na dłużej. Zamiast np. stawiać wyłącznie na pompy ciepła (jak Niemcy) możemy postawić też na 10x tańsze, produkowane w Polsce i szybsze w instalacji magazyny ciepła (link). Możemy uchwalić przepisy ograniczające nadmierne zużycie energii elektrycznej w szczytach zapotrzebowania i promujące wykorzystanie energii elektrycznej (zwłaszcza z OZE) na cele grzewcze gdy jest najtańsza, czyli wtedy gdy jest jej dostępnej dużo w stosunku do potrzeb. Dbajmy też o dobrej jakości drewno do kominków, zwłaszcza z płaszczem wodnym lub z odpowiednią masą termiczną (link). Dajmy szanse ciepłownikom na transformację z węgla ku OZE z magazynami ciepła (w miejsce lansowanej do tej pory kogeneracji na gazie). Jak mądrze się przygotujemy (też mentalnie) i przetrzymamy tę zimę, i ochronimy przemysł przed ograniczeniami i nadmiernymi cenami energii, wygramy też wojnę.
