Czy magazyny ciepła są remedium na ryzyko zimowego blackoutu?
Wiele już nie można zrobić przed najbliższą zimą: nie zbudujemy nowych elektrowni systemowych, nie zmodernizujmy sieci, ale 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 10 razy tańsze, produkowane w Polsce i szybsze w instalacji magazyny ciepła – pisze Grzegorz Wiśniewski, prezes Instytutu Energetyki Odnawialnej.
Wobec kryzysu gazowego Niemcy postanowiły dofinansować w 45 proc. 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, 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.
Spróbujmy spojrzeć na krajowe uwarunkowania nachodzącej zimy (i kolejnych) w kontekście coraz większych ryzyk w krajowym systemie elektroenergetycznym oraz nie mniej groźne, a dotychczas niedostrzegane ryzyka pochodne w ogrzewnictwie i zastanówmy się nad jednym z możliwych rozwiązań, jakim jest budowa dobowych i sezonowych magazynów ciepła.
Pierwsze doświadczenia ograniczeń energii
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 maksymalna cena to 50 tys. zł/MWh). Już w sierpniu 2015 roku Instytut Energetyki Odnawialnej (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 (więcej na ten temat tutaj).
Faktycznie, dzięki boomowi inwestycyjnemu i rosnącej generacji słonecznej w latach 2019–2021 widmo blackoutu letniego zostało oddalone i spadła presja na ceny energii w sezonie wiosenno-letnim.
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.
Błędne założenia net-meteringu
Problem wziął się stąd, że rozliczenie w net-meteringu 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 on 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 oraz 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 magazynowania 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.
Taki system nie uczy też oszczędzania energii, w tym (z przyczyn ekonomicznych) unikania nadmiernej temperatury w pomieszczeniach, a latem nadmiernego chłodzenia, oraz unikania przewymiarowania. Jednocześnie osłabia potrzebę równoległego wdrażania termomodernizacji, skoro na utrzymanie komfortu cieplnego wystarczało pełne odzyskanie słonecznej energii zmagazynowanej „za darmo” w sieci.
Co mamy po zmianie na net-billing?
W kwietniu br. system zmienił się na net-billing (rozliczenie finansowe) i zracjonalizował. Dalej – przy przewidywanym wzroście cen energii także dla gospodarstw domowych – jest on 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 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 (który można przeczytać tutaj) 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 z magazynowaniem w ciepłej wodzie (krótkoterminowe zasobniki ciepła w domach jednorodzinnych oraz sezonowe magazyny ciepła w wykopach ziemnych).
Krótkowzroczne rozwiązania obniżające zasoby energii
Nadchodząca zima, nie tylko z powodu zmian klimatu, nie będzie łatwa dla krajowego systemu energetycznego. 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 drogą do klasycznego blackoutu jako swoistej pochodnej kryzysu paliwowego 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 i wynosiło 27,6 GW).
Przy podobnej mocy zainstalowanej (około 7 GW) farmy wiatrowe w miesiącach zimowych (styczeń, luty i grudzień 2021 roku) generowały około 2320 GWh/miesiąc, a źródła PV – 170 GWh/miesiąc. W tym, już wówczas krytycznym, okresie w energetyce opłacałoby się zużywać na cele grzewcze lub magazynować (przesuwać w czasie zużycie na okresy wysokich cen) w postaci ciepła energię z farm wiatrowych; w godzinach wysokiej prędkości wiatru w KSE były nadwyżki mocy, a ceny energii elektrycznej były najniższe.
Niestety regulacje prawne nie pozwalają na rozwiązania tanie i poprawiające bezpieczeństwo energetyczne lub czynią je niezwykle trudnymi.
Dalszy fragment wpisu na blogu Grzegorza Wiśniewskiego: Czy magazyny ciepła są remedium na ryzyko zimowego blackoutu?
Grzegorz Wiśniewski
prezes Instytutu Energetyki Odnawialnej
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy Gramwzielone.pl Sp. z o.o.
