Ile Niemcy zapłacą za rewolucję energetyczną – najtańsza droga rozwoju energetyki

Niemiecki rząd konsekwentnie dąży do przekształcenia obecnego systemu energetycznego w system nowoczesny, w którym istotną rolę odegrają odnawialne źródła energii. Do roku 2050 planowane jest ograniczenie emisji gazów cieplarnianych o 80% w stosunku do jej poziomu z roku 1990.

W ubiegłym tygodniu Instytut Fraunhofera ISE opublikował studium opracowane przez naukowców pod przewodnictwem prof. dr Hansa-Martina Henninga. Studium dotyczy optymalnego kierunku rozwoju systemu energetycznego z uwzględnieniem optymalizacji kosztów związanych z przemianą systemu energetycznego do roku 2050. Wyniki badań naukowców mogą być zaskakujące zwłaszcza dla krytyków Energiewende.

Udało się opracować modelowy system energetyczny (obejmujący zarówno energię elektryczną jak i ciepło), który w przyszłości mógłby zapewnić osiągnięcie założonych dla Niemiec poziomów redukcji emisji CO2. Przełomowe opracowanie pokazuje, że w systemie energetycznym z dominacją OZE możliwe jest zapewnienie bezpieczeństwa dostaw energii przy jednoczesnym zachowaniu konkurencyjności kosztowej tego systemu (w dłuższej perspektywie czasowej).

REKLAMA

Naukowcy założyli kilka scenariuszy, które różnią się m.in. pod względem zakresu efektywności energetycznej budynków oraz w odniesieniu do wycofania wykorzystania węgla do produkcji energii elektrycznej. Ponadto uwzględniono różne cele redukcji emisji CO2 (związanej z energią) – redukcja o 80%, 85% i 90% w stosunku do wartości referencyjnej z roku 1990. W założonym modelu uwzględniono poszczególne strumienie energii (energia elektryczna, ciepło) we wszystkich sektorach (gospodarstwa domowe, sektor usług, przemysł, transport). Założono produkcję energii elektrycznej zarówno z instalacji OZE (wiatrowe off/onshore, fotowoltaika, elektrownie wodne) jak też z elektrowni konwencjonalnych (wykorzystujących węgiel, ropę naftową, gaz ziemny). Istotną rolę odegrało magazynowanie energii, do tego celu w modelu symulacyjnym uwzględniono: stosowanie akumulatorów, elektrowni szczytowo-pompowych, konwersję w wodór lub metan, magazyny ciepła.

Wyniki badań pokazują, że kluczową rolę dla przyszłych dostaw energii elektrycznej mają stanowić turbiny wiatrowe i systemy fotowoltaiczne. Niezbędna moc zainstalowana odnawialnych źródeł energii zależy od scenariusza: w sumie od 290 GW (scenariusz 80% redukcji emisji CO2) do 540 GW (przy redukcji 90%).

Osiągnięcie założonych celów redukcji emisji CO2 będzie możliwe tylko przy wzroście udziału OZE w produkcji energii elektrycznej. Przedstawiony w opracowaniu system zakłada 4,5-krotny (w stosunku do poziomu obecnego) wzrost mocy zainstalowanej z elektrowni fotowoltaicznych (w roku 2050 ma ona wynieść 166 GW). Wzrosnąć ma również udział energii elektrycznej wyprodukowanej przez elektrownie wiatrowe (do 168 GW z instalacji onshore – wzrost 4-krotny, oraz do 33 GW z instalacji offshore).

OZE mają być uzupełniane przez różnego rodzaju elektrownie bazujące na paliwach kopalnych, syntetycznych i biopaliwach, ciekłych i gazowych. Ta nowa kombinacja źródeł energii wymaga wysokiego stopnia elastyczności zarówno w odniesieniu do produkcji jak również w bieżącym użyciu. Przewidywany jest wzrost zastosowania energii elektrycznej w sektorze budowlanym (elektryfikacja systemów grzewczych) oraz w  transporcie (samochody elektryczne). Jednocześnie stosowanie energii elektrycznej w tych obszarach przyczyni się bezpośrednio do zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych. Kotły grzewcze i silniki spalinowe będą stopniowo wypierane przez urządzenia elektryczne takie jak pompy ciepła czy silniki elektryczne.

Wszystkie scenariusze uwzględnione w opracowaniu wskazują na wzrost produkcji i zużycia energii elektrycznej, jak również rosnącą potrzebę zastąpienia paliw kopalnych takich jak gaz czy ropa naftowa, odnawialnymi źródłami energii. Duże zmiany czekają również sektor grzewczy. Prawie we wszystkich badanych scenariuszach elektryczne pompy ciepła należą do głównych urządzeń służących do zaopatrzenia budynków w ciepło.

REKLAMA

Procentowy udział systemów grzewczych do roku 2050 [Fraunhofer ISE, 2015]

Koszty transformacji systemu energetycznego Niemiec różnią się w zależności od przyjętego scenariusza. Przy braku wzrostu cen paliw kopalnych i kar związanych z emisją CO2 całkowity koszt założonego systemu energetycznego wyniósłby ok. 1100 mld €, czyli o ok. 25% więcej niż w przypadku dalszego funkcjonowania obecnego systemu w tym samym stanie. Jeśli jednak weźmiemy pod uwagę wzrost cen paliw kopalnych o 3% rocznie po zakończeniu transformacji całkowite roczne koszty funkcjonowania systemu energetycznego nie będą większe niż koszty ponoszone w obecnie funkcjonującym w Niemczech systemie energetycznym.  

W rzeczywistości nowy system przyniesie dodatkowe oszczędności, ponieważ w analizie nie uwzględniano wzrostu gospodarczego związanego z rozwojem produkcji technologii odnawialnych źródeł energii i nowoczesnych systemów zarządzania energią. Nowe miejsca pracy na każdym z etapów od produkcji przez dystrybucję, montaż i serwis. Pieniądze przeznaczane dotychczas na import surowców energetycznych w większości pozostaną w kraju. Niemcy z pewnością wykorzystają też szansę na eksport nowoczesnych technologii korzystających z OZE, w ten sposób kraj ten może uzyskać prawdziwą niezależność energetyczną.

Koszty transformacji systemu energetycznego Niemiec [Fraunhofer ISE, 2015]

Przełomowe opracowanie niemieckich naukowców wzbudza duże zainteresowanie całej branży odnawialnych źródeł energii. Zdaniem Prezesa Zarządu Polskiej Organizacji Rozwoju Technologii Pomp Ciepła Pawła Lachmana wskazuje ono kierunek rozwoju nowoczesnych technologii. – Inwestorzy często mają problem z optymalnym wyborem technologii do nowych budynków, nie wiedząc które rozwiązanie z techniki grzewczej jest optymalne kosztowo i zarazem jest technologią przyszłościową. Analiza ISE Fraunhofera pokazuje, że dobrym rozwiązaniem jest montaż pompy ciepła i instalacji fotowoltaicznej. Według wspomnianej prognozy, pompy ciepła są i będą idealnym dopełnieniem do rozwoju produkcji energii elektrycznej  z odnawialnych źródeł energii – twierdzi Paweł Lachman

Zdaniem Prezesa Zarządu Stowarzyszenia Branży Fotowoltaicznej Polska PV Bogdana Szymańskiego: – Opracowanie prof. Hansa-Martina Henninga jest ciekawą analizą, którą warto przeanalizować przy opracowywaniu polskiej strategii rozwoju energetycznego. Budowa niemieckiego miksu energetycznego przewiduje optymalizację kosztów w dłuższej perspektywie czasowej, jest to podejście zgoła odmienne od obecnej polskiej strategii, która jest nastawiona na premiowanie najtańszych technologii w krótkim horyzoncie czasowym. Niemiecki rozwój energetyki silnie powiązany jest z rozwojem OZE, w którym coraz ważniejszą rolę będą pełnić systemy fotowoltaiczne bardzo często skorelowane z wykorzystaniem pomp ciepła. W Polsce systemy fotowoltaiczne ciągle są na początku rozwoju. Ważne, aby zostały one dostrzeżone i uznane jako ważny element miksu energetycznego i na stałe wpisane do polskiej strategii rozwoju energetycznego.

*We wrześniu br. autor opracowania prof. Hans-Martin Henning przedstawił podczas IV Kongresu PORT PC w Warszawie prezentację, która jest dostępna na stronie internetowej www.portpc.pl w zakładce prezentacje.

Na podstawie Was kostet die Energiewende? Wege zur Transformation des Deutschen Energiesystems bis 2050, Hans-Martin Henning, Andreas Palzer Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, Freiburg

PORT PC i SBF Polska PV