W 2018 roku instytucje Unii Europejskiej uzgodniły tzw. derogację dla najstarszych polskich elektrowni węglowych, która miała pozwolić na ich funkcjonowanie na rynku mocy jedynie do końca 2025 roku.
Całkiem niedawno owa derogacja została przedłużona jeszcze do końca 2028 roku, jednak z wyraźnym zastrzeżeniem, że uczynione zostało to już po raz ostatni. Dodatkowo w ostatecznej konkluzji stwierdzono, że Polska musi wyraźnie przyspieszyć budowę źródeł niskoemisyjnych. W związku z tym kontrakty mocowe zawierane po lipcu 2025 roku mają być maksymalnie roczne, co skutecznie zamyka drogę do ewentualnej modernizacji starych bloków węglowych o mocy 200 MW, aby można było uzyskać dla nich później kontrakty pięcioletnie, co pozwoliłoby na ich eksploatację także po 2028 roku.
Wydana przez organy UE decyzja przesuwa o trzy lata swego rodzaju armagedon, który będzie czekał nieuchronnie polską elektroenergetykę, gdy tylko wspomniane bloki o mocy 200 MW (popularnie określane mianem „dwusetek”) zostaną już definitywnie odstawione z ruchu. Stanie się tak dlatego, że w „bajki” o szybkim wybudowaniu w Polsce źródeł niskoemisyjnych, i to w przeciągu zaledwie czterech najbliższych lat, trudno jest już chyba komukolwiek uwierzyć.
Podobnie zresztą jak trudno jest uwierzyć, że pierwszy prąd z polskiej elektrowni jądrowej popłynie w 2033 roku – tym bardziej że obecnie jej całkiem niedawno zatwierdzona lokalizacja w Lubiatowie-Kopalinie jest kwestionowana z powodów ekologicznych, co może całe przedsięwzięcie cofnąć do początkowego etapu wyboru lokalizacji, w wyniku czego przed 2040 rokiem żadna elektrownia atomowa w Polsce w ogóle nie powstanie. Ponadto trzeba pamiętać, że opóźnienia w realizacji tego typu inwestycji na świecie sięgają średnio nawet i pięciu lat. W najgorszym wypadku obecna inicjatywa związana z budową polskiej energetyki jądrowej może zakończyć się tak jak ta podjęta uprzednio w Żarnowcu, czyli utopieniem dosłownie w „błocie” wielu miliardów złotych.
Obecnie chyba niewiele osób w Polsce zdaje sobie sprawę z powagi – wręcz grozy – zaistniałej sytuacji, w jakiej znajduje się polska elektroenergetyka, i do jakich straszliwych konsekwencji doprowadzi w końcu pogłębiający się w niej z roku na rok chroniczny kryzys. Nie ma żadnych wątpliwości, że odstawienie z ruchu z końcem 2028 roku ponad 50 bloków węglowych o mocy 200 MW wywołała jedną wielką katastrofę. Na razie ten nieuchronny armagedon, który nas niechybnie czeka, przesunięty został zaledwie o trzy lata, a zatem do krachu dojdzie z początkiem 2029 roku, gdy w krajowym systemie elektroenergetycznym zabraknie ok. 10 GW mocy, dotychczas generowanej łącznie we wspomnianych leciwych „dwusetkach”.
W razie jakiekolwiek wątpliwości wystarczy spojrzeć na rys. 1, na którym zostały przedstawione w przystępnej formie graficznej dane, udostępnione na stronie internetowej Polskich Sieci Elektroenergetycznych S.A., dotyczące zapotrzebowania na moc w polskim systemie elektroenergetycznym, a także wartości mocy generowanej przez różnego typu źródła energii oraz wielkości przepływów mocy na polskich połączeniach transgranicznych.
Typowa sytuacja panująca podczas wieczornego szczytu obciążenia
Sytuacja przedstawiona na rys. 1 dotyczy dnia 18 stycznia 2024 roku i dwudziestej godziny doby. Ten okres doby w elektroenergetyce nazywa się wieczornym szczytem obciążenia, ponieważ wtedy całkowite zapotrzebowanie na moc w systemie elektroenergetycznym osiąga relatywnie największe wartości. Dotychczasowy rekord ustanowiony w dniu 9 stycznia 2024 roku wynosi 28,66 GW, przy czym powszechnie oczekuje się, że w latach kolejnych z pewnością zostanie pobity, a w styczniu 2029 roku, gdy rozważane „dwusetki” zostaną już definitywnie odstawione z ruchu, zapotrzebowanie może przekroczyć nawet 30 GW.
Patrząc na rys. 1, można zauważyć, że zapotrzebowanie na moc w krajowym systemie elektroenergetycznym wynoszące 24,365 GW pokrywane jest głównie przez opalane węglem kamiennym i brunatnym elektrownie cieplne, generujące łącznie 17,613 GW (72,3% zapotrzebowania). Bardzo wysoki jest też import energii elektrycznej ze wszystkich krajów ościennych, z którymi tylko posiadamy połącznia transgraniczne za pomocą linii przesyłowych, pracujących głównie pod napięciem 400 kV. Z kolei ze Szwecją łączy nas kabel podmorski (w okolicach Ustki) pracujący pod napięciem stałym 500 kV.
Jak wynika z rys. 1, import mocy elektrycznej wynosił aż 2,952 GW (12,1% zapotrzebowania), a zatem jego udział w pokryciu zapotrzebowania na moc w krajowym systemie elektroenergetycznym jest znaczący. Warto zwrócić uwagę, że import ten ma miejsce na wszystkich naszych połączeniach transgranicznych, w tym również na tych z Ukrainą (219 MW). Poleganie w tak wysokim stopniu na imporcie energii elektrycznej (w dodatku z tak niepewnego kierunku jak Ukraina) trudno jest w jakikolwiek sposób postrzegać jako postępowanie rozsądne, jednak obecnie jest to już bezwzględna konieczność.
Warto także zwrócić bliższą uwagę na fakt, że największy udział w polskim imporcie mocy elektrycznej mają Niemcy (1375 MW), a zatem jesteśmy zdani tutaj w znacznej mierze na „łaskę” naszego zachodniego sąsiada, który sam ma obecnie spore problemy energetyczne, związane z wymuszonym przez organizacje ekologiczne zamknięciem elektrowni jądrowych. Nietrudno jest wyobrazić sobie sytuację, gdy przy siarczystych mrozach na początku stycznia 2029 roku – i w związku z tym silnie rozbudowanych układach wyżowych (z czym wiąże się także zanik wiatru) – kraje sąsiednie odmówią nam wsparcia na połączeniach transgranicznych. Co więcej, wówczas same byłyby zapewne skłonne dokonywać właśnie od nas zakupu energii elektrycznej – oczywiście gdyby istniała taka możliwość. W takiej sytuacji import energii z krajów sąsiednich może oscylować wokół zera i całe zapotrzebowanie, które przy mroźnym styczniu 2029 roku może wynieść nawet i ponad 30 GW (przy dalszej popularyzacji pomp ciepła jest to wysoce prawdopodobne), będziemy musieli pokryć sami. Tylko w jaki sposób to uczynimy, gdy tych 10 GW zainstalowanych w starych i wysłużonych „dwusetkach” do dyspozycji już mieć nie będziemy?
Z rys. 1 wynika, że pozostają nam jeszcze elektrownie wodne i wiatrowe. W rozważanym dniu elektrownie wodne generowały łącznie 0,892 GW (3,7% zapotrzebowania), przy czym w większości moc ta pochodziła z elektrowni szczytowo-pompowych, które trudno jest uznać za źródła odnawialne, ponieważ magazynują one głównie energię pozyskaną ze spalania węgla w czasie trwania w systemie elektroenergetycznym tzw. nocnej doliny obciążenia. Łącznie z polskich elektrowni wodnych i szczytowo-pompowych można pozyskać ok. 2 GW mocy, ale tylko przez okres maksymalnie ok. czterech godzin, co doprowadziłoby i tak do całkowitego opróżnienia zbiorników górnych elektrowni szczytowo-pompowych. Nie jest rzeczą możliwą, aby do 2029 roku jakikolwiek nowy obiekt tego typu w Polsce powstał. Co więcej, wiele wskazuje na to, że – pomimo wcześniejszych szumnych zapowiedzi – ukończenie budowy największej w Polsce elektrowni szczytowo-pompowej Młoty w Kotlinie Kłodzkiej nigdy nie dojdzie do skutku.
Z kolei siłownie wiatrowe generowały w owym dniu łącznie 2,913 GW mocy (11,9% zapotrzebowania), co stanowiło ok. 30% mocy w nich zainstalowanej (mamy już ok. 10 GW wiatrakach lądowych). Było to i tak relatywnie dużo, ponieważ średnie wykorzystanie mocy zainstalowanej w polskich wiatrakach lądowych wynosi w ciągu roku zaledwie ok. 20%. Przeciętnie polskie wiatraki pracują z wartością jedynie ok. 10% mocy w nich zainstalowanej, a zaledwie przez kilkadziesiąt dniu w roku, gdy nad terytorium naszego kraju przechodzą fronty atmosferyczne, generacja mocy w wiatrakach jest istotnie większa. Nieco lepsze wykorzystanie mocy zainstalowanej – na poziomie ok. 30% – mają wiatraki stawiane na otwartym morzu, ale z początkiem 2029 roku z pewnością żadna morska farma wiatrowa na polskim Bałtyku jeszcze nie zostanie uruchomiona.
Z rys. 1 można jeszcze wyczytać, że wartość mocy generowanej przez fotowoltaikę wynosiła zero, co raczej nie powinno nikogo specjalnie dziwić, ponieważ w zimie o tej porze doby Słońce już w ogóle nie świeci. Załóżmy teraz, że mamy mroźny styczniowy wieczór w 2029 roku i w związku z tym zapotrzebowanie na moc pobiło kolejny rekord wynoszący już grubo ponad 30 GW. Ponieważ kraje ościenne przy tak dużych mrozach same mają spore problemy ze zbilansowaniem własnych systemów elektroenergetycznych, jesteśmy w stanie importować od nich, powiedzmy, maksymalnie 2 GW mocy (to zapewne i tak dużo – w rzeczywistości może być z tym znacznie gorzej).
Kolejne 2 GW możemy uzyskać poprzez uruchomienie z pełną mocą (może na jakieś trzy godziny) wszystkich posiadanych elektrowni wodnych i szczytowo-pompowych (zależy to od aktualnego stanu napełnienia ich zbiorników górnych). Analogicznie możemy założyć, że siłownie wiatrowe dostarczą nam kolejne 2 GW mocy, gdy będą pracowały typowo na poziomie 20% mocy w nich zainstalowanej (co również jest wariantem raczej optymistycznym). Łącznie daje to pokrycie jedynie 6 GW zapotrzebowania, a przecież potrzebować będziemy wtedy przynajmniej jeszcze kolejne 24 GW mocy elektrycznej. Niestety elektrownie cieplne, które w owym czasie będziemy mieli do dyspozycji, nie będą w stanie wygenerować tak wielkiej mocy. Po wycofaniu z ruchu wspomnianych wysłużonych „dwusetek” – a jest to ponad 10 GW – mocy w krajowym systemie elektroenergetycznym będzie po prostu brakować.
Źródła obecnego kryzysu
Obecna dramatyczna wręcz sytuacja, panująca w polskiej elektroenergetyce, jest prostym skutkiem wieloletnich zaniedbań, ponieważ przez ostatnie trzydzieści lat w rozważanym temacie nic właściwie nie robiono. Kolejne ekipy rządzące naszym krajem zdawały się w ogóle nie ogarniać problemu i w związku z tym nie dostrzegać nadciągającej nieuchronnie katastrofy. Nie ma się zresztą czemu dziwić, skoro podejmowanie ostatecznych decyzji i definiowanie kierunków działań spoczywa w rękach osób bez jakiegokolwiek wykształcenia technicznego. Dla nich elektroenergetyka to wręcz „czarna magia” – nie zdają sobie po prostu sprawy, jak niezwykle złożonym obiektem jest system elektroenergetyczny, i jak ważną kwestią jest zapewnienie jego stabilnej pracy.
Pamiętam jak jakiś czas temu emitowany był program telewizyjny, w którym pewien młody człowiek, uprzednio przedstawiony – a jakże – jako „ekspert” od spraw energetyki, zaczął głosić budzące zgrozę dyrdymały, że właśnie już teraz należy, i to w trybie natychmiastowym, zamknąć wszystkie elektrownie węglowe w Polsce, ponieważ są już zupełnie niepotrzebne, bo przecież mamy fotowoltaikę i wiatraki! Gdy prowadzący rozważany program w końcu nie wytrzymał i zadał mu wreszcie kluczowe pytanie, czy się na tych sprawach w ogóle zna i czy może jest inżynierem, wówczas ów przemądrzały osobnik odpowiedział, że owszem znać, to oczywiście jak najbardziej się zna, ale inżynierem bynajmniej już nie jest, bo z wykształcenia jest antropologiem (sic!).
Jeśli tacy „eksperci” bez jakiegokolwiek wykształcenia technicznego będą nadal decydować o polskiej elektroenergetyce, to w związku z tym czeka nas zapewne świetlana przyszłość. Ponadto jeśli w jakiś mroźny grudniowy wieczór dojdzie do przymusowego wyłączenia połowy Warszawy, aby można było zbilansować moce w systemie elektroenergetycznym, to jest rzeczą wysoce prawdopodobną, że wówczas budynek gmachu sejmowego będą rozświetlały jedynie woskowe świecie, płonące na wielce kunsztownej i pięknie zdobionej dziewięcioramiennej Chanukiji. Tylko że wtedy składane w gmachu sejmowym życzenia „A frejlechn Chanike!”, a także „Chag Chanuka Sameach!” (co w dwóch różnych językach znaczy „Wesołej Chanuki!”), mogą w rozważanym kontekście mieć wydźwięk nieco ironiczny…
Czy uratuje nas fotowoltaika?
Tymczasem głoszone dość powszechnie twierdzenie, że wszelkie problemy elektroenergetyki w Polsce rozwiąże zainstalowanie jeszcze większych mocy w panelach fotowoltaicznych, to ignorancja z fizyki i geografii na poziomie wręcz szkoły podstawowej. Wystarczy uświadomić sobie, że większość terytorium Polski leży na północ od pięćdziesiątego równoleżnika. W związku z tym zróżnicowanie pór roku jest u nas istotne. Z tego powodu produkcja energii elektrycznej z fotowoltaiki w większych ilościach ma miejsce jedynie w okresie od równonocy wiosennej do równonocy jesiennej, gdy dzień jest dłuższy od nocy i nasłonecznienie jest relatywnie duże, czyli od marca do września. Z kolei w lutym i październiku produkcja energii elektrycznej z fotowoltaiki utrzymuje się już na wyraźnie niższym poziomie, a w listopadzie, grudniu i styczniu jest wręcz śladowa. Na rys. 2 zamieszczono dane dotyczące generacji mocy w polskiej fotowoltaice podczas jednego z najkrótszych dni w roku, czyli 24 grudnia (prezentowane dane dotyczą 2023 roku).
Jak wynika z rys. 2, maksymalna wartość generowanej w instalacjach fotowoltaicznych mocy wyniosła ok. 1,063 GW podczas dwunastej godziny doby. Wziąwszy pod uwagę, że w Polsce w fotowoltaice mamy zainstalowane już ponad 17 GW, daje to w trakcie dwunastej godziny doby wykorzystanie mocy zainstalowanej jedynie na poziomie ok. 6,2%. Natomiast jeśli odniesiemy tę wartość do okresu całej doby, to współczynnik ten wynosi już zaledwie ok. 1,2%. Mając zatem panel fotowoltaiczny o mocy 1000 W, ostateczny skutek jest taki, jak byśmy mieli źródło energii elektrycznej o mocy zaledwie 12 W, ale za to pracujące ze stała mocą przez całą dobę. Generalnie fotowoltaika w zimie to jedna wielka kpina! Coś, co być może jest jeszcze w miarę opłacalne w Grecji, Hiszpanii, Portugalii czy południowych Włoszech, słabo sprawdza się w krajach położonych znacznie dalej na północ, a instalowanie paneli fotowoltaicznych w krajach skandynawskich to już bezgraniczny absurd (wykorzystanie mocy zainstalowanej jest tam wręcz znikome).
Dodatkowo należy pamiętać, że fotowoltaika pracuje w sposób cykliczny w horyzoncie czasowym jednej doby, a wykres mocy generowanej w tego typu instalacjach przypomina swym kształtem odwróconą parabolę, co dla dnia 23 września 2023 roku (równonoc jesienna) ukazano na rys. 3. Większe ilości energii generowanej w fotowoltaice stanowią obecnie spory problem dla krajowego systemu elektroenergetycznego, ponieważ elektrownie cieplne muszą w ciągu doby dopasowywać poziom generowanej przez nie mocy właśnie do kształtu owej odwróconej paraboli. Niekiedy wymusza to konieczność przesunięcia wybranych bloków węglowych do tzw. gorącej rezerwy, czyli zupełnie bezsensownie spalają one węgiel po to tylko, aby farmy fotowoltaiczne w owym czasie mogły pracować i tym samym nieco polepszyć dane dotyczące udziału fotowoltaiki w polskim miksie energetycznym.
Ponieważ średnie wykorzystanie mocy zainstalowanej w panelach fotowoltaicznych dla obszaru Polski wynosi niecałe 10%, a średnie wykorzystanie mocy zainstalowanej w bloku węglowym osiąga przeciętnie wartość 70%, to aby w ciągu roku można było wyprodukować tyle samo energii co w starych „dwusetkach” o łącznej mocy 10 GW, w fotowoltaice należałoby zainstalować wręcz niewyobrażalną wartość 70 GW mocy elektrycznej. W miesiącach wiosennych i letnich w godzinach okołopołudniowych z rozważanych instalacji fotowoltaicznych moglibyśmy otrzymać nawet ponad 60 GW mocy, gdy typowe zapotrzebowanie w krajowym systemie elektroenergetycznym wynosi w owym czasie ok. 20 GW. To dałoby potężną nadwyżkę generowanej mocy w wysokości ok. 40 GW.
Nie ma żadnych możliwości technicznych, aby tak gigantyczne ilości mocy mogły zostać przesłane za pomocą istniejących w naszym kraju linii elektroenergetycznych. Sieci najwyższych napięć 220 kV i 400 kV są w Polsce relatywnie słabo rozwinięte i konieczne są w tym obszarze jeszcze liczne inwestycje. W szczególności brakuje większej liczby połączeń na kierunku północ-południe oraz generalnie w północnych i wschodnich rejonach kraju, co można zobaczyć na rys. 4.
Gdyby nawet te nadmiarowe 40 GW dało się jakoś przesłać, to i tak nie byłoby z nimi co zrobić, ponieważ nie ma żadnych fizycznych możliwości magazynowania tak wielkich ilości energii. Warto tylko wspomnieć, że elektrownia szczytowo-pompowa Porąbka-Żar ma maksymalną zdolność magazynowania energii w ilości 2 GWh, a zatem na każdą godzinę pracy rozważanych farm fotowoltaicznych potrzeba byłoby aż 20 takich elektrowni. Zatem większość instalacji fotowoltaicznych w godzinach okołopołudniowych musiałaby i tak zostać przymusowo odłączona od sieci, co spowodowałoby drastyczny spadek wartości współczynnika wykorzystania mocy w nich zainstalowanej i tym samym ich opłacalności.
Jak widać, za kilka lat czeka nas prawdziwa katastrofa. Problem w tym wypadku nie polega jedynie na tym, że typowe polskie rodziny będą spędzać większość zimowych wieczorów przy świeczkach – to byłoby jeszcze stosunkowo „małe piwo”. Prawdziwym problemem będą przymusowe wyłączenia zakładów przemysłowych. Nagłe przerwanie procesów technologicznych będzie skutkować potężnymi stratami, za które zapewne trzeba będzie płacić wysokie odszkodowania – oczywiście wszystko na koszt podatnika. Drastycznie wzrośnie wówczas cena energii elektrycznej, która stanie się towarem ze wszech miar deficytowym. Kto przy zdrowych zmysłach będzie skłonny inwestować w budowę zakładów przemysłowych w kraju, w którym nie ma pewnych i stabilnych dostaw energii elektrycznej w potrzebnych ilościach i po rozsądnej cenie? W efekcie wspomniany armagedon w elektroenergetyce doprowadzi do drastycznego spadku PKB i wywoła kryzys gospodarczy, o jakim się nam nawet nie śniło.
Jedynym rozwiązaniem byłoby przedłużenie możliwości pracy rozważanych gierkowskich, a nawet i w niektórych przypadkach gomułkowskich, „dwusetek” o kilka jeszcze kolejnych lat. Bylibyśmy wtedy, co prawda, elektroenergetycznym „skansenem”, ale przynajmniej mielibyśmy zapewnione stabilne dostawy energii elektrycznej. Jednocześnie należałoby w trybie natychmiastowym przystąpić do budowy nowoczesnych bloków nadkrytycznych o sprawności brutto sięgającej 50%, które opalane byłby w większości węglem brunatnym – jest to obecnie najtańsze dostępne u nas paliwo energetyczne, a jego zasoby powinny nam wystarczyć na przynajmniej 200 lat. Oparcie krajowej elektroenergetyki na rodzimych surowcach energetycznych dałoby nam ponadto wysoce pożądaną niezależność i byłoby jednocześnie gwarantem naszego bezpieczeństwa energetycznego. Niestety w obecnym otoczeniu prawnym i politycznym taki rozwój wypadków nie wydaje się z zasady w ogóle możliwy.
