W dniu 11 kwietnia 2024 roku Polskie Sieci Elektroenergetyczne S. A. (PSE) wydały komunikat o tzw. nierynkowym redysponowaniu jednostek wytwórczych, co w praktyce oznacza dla wybranych farm fotowoltaicznych bezwzględny nakaz odłączenia się od sieci przesyłowych w celu ponownego doprowadzenia do stanu zbilansowania mocy w krajowym systemie elektroenergetycznym. Z treścią rozważanego komunikatu czytelnik może zapoznać się na rys. 1.
Właściwie nie byłoby w tym nic nadzwyczajnego, ponieważ tego rodzaju komunikaty PSE w marcu 2024 roku wydała aż sześciokrotnie, ale po raz pierwszy taki komunikat dotyczył zwykłego dnia roboczego (w dniu 11 kwietnia 2024 roku był czwartek). Do tej pory tego rodzaju komunikaty były wydawane wyłącznie w weekendy bądź ewentualnie w dni świąteczne, gdy zapotrzebowanie na moc w krajowym systemie elektroenergetycznym jest wyraźnie niższe, niż ma to miejsce z oczywistych względów w dni robocze. Tymczasem w rozważanym dniu takie zdarzenie miało miejsce w sytuacji, gdy zakłady produkcyjne pracowały „na pełnych obrotach”. Wniosek z tego jest taki, że w chwili obecnej mocy zainstalowanej w polskiej fotowoltaice mamy już zdecydowanie zbyt wiele w stosunku do naszych potrzeb. Ponadto należy zauważyć, że kwiecień nie jest jeszcze miesiącem, w którym wytwarzanie energii elektrycznej w instalacjach fotowoltaicznych osiąga swe maksimum – to nastąpi dopiero w czerwcu – z czego wynika, że analizowany problem będzie w nadchodzących miesiącach tylko narastał. Co gorsze, plany dalszego powiększania mocy zainstalowanej w polskiej fotowoltaice są niezwykle ambitne, co można zobaczyć na rys. 2.
Scenariusze „zielonego obłędu”
Na rys. 2 wyróżniono dwa scenariusze transformacji energetycznej, z których pierwszy nazwano „swobodnym”, a drugi „dynamicznym”, a przedstawione prognozy dotyczą 2034 roku. W przypadku fotowoltaiki już sam scenariusz „swobodny” można uznać za czyste szaleństwo, a scenariusz „dynamiczny” to wręcz przysłowiowy „odlot w kosmos”. To przede wszystkim także ignorowanie podstawowych praw fizyki.
Nie ma się zresztą czemu specjalnie dziwić, skoro decyzje dotyczące przyszłości polskiej elektroenergetyki podejmują osoby nieposiadające jakiegokolwiek wykształcenia technicznego – najczęściej są to absolwenci jakichś nauk społecznych, politycznych bądź co najwyżej zarządzania (zainteresowany czytelnik może, choćby na popularnej Wikipedii, sprawdzić, jakie wykształcenie posiada była pani minister, a także i obecna pani ministra „klimatu i środowiska”). To, że takie osoby nie mają większego pojęcia o fizyce i elektrotechnice, nie jest bynajmniej żadnym zaskoczeniem.
Ponadto warto nadmienić, że w przypadku współczesnych nauk humanistycznych powszechnie głoszoną „prawdą absolutną” jest kategoryczne stwierdzenie, że jakakolwiek prawda absolutna w ogóle nie istnieje. Na szczęście w fizyce to w ten sposób nie działa, a jeśli ktoś miałby jakiekolwiek wątpliwości i chciałby przykładowo głosić tezę, że prawo powszechnego ciążenia nas w ogóle nie obowiązuje, bo przecież nie ma żadnej „prawdy”, to proponuję w ramach eksperymentu wyskoczyć sobie przez okno z dziesiątego piętra – w tym wypadku poznanie prawdy będzie z pewnością bardzo bolesne…
W przypadku scenariusza „swobodnego” za 10 lat mocy zainstalowanej w polskiej fotowoltaice ma być 36 GW, czyli ok. dwa razy więcej niż obecnie. W chwili pisania niniejszego artykułu całkowita moc zainstalowana w fotowoltaice na terytorium naszego kraju przekracza już wartości 17 GW. Zatem gdyby wystąpiła taka sytuacja, jaka miała miejsce w rozważanym dniu 11 kwietnia 2024 roku, to ponad połowę zainstalowanych paneli fotowoltaicznych należałoby wówczas bezwzględnie od sieci odłączyć, ponieważ w przypadku przeciwnym mielibyśmy blackout na terytorium całej Polski, a problem mógłby ponadto przenieść się również i poza granice naszego kraju.
W tym miejscu trzeba postawić ostatecznie pytanie: po co mamy inwestować kolejne miliardy złotych w coś, co i tak przez większość czasu, w którym potencjalnie mogłoby z pełną mocą pracować, będzie trwale odłączone od sieci przesyłowej? Tej energii generowanej przez panele o łącznej mocy 36 GW nie będzie po prostu jak odebrać i w związku z tym w okolicy godzin okołopołudniowych trzeba i tak będzie je regularnie odłączać od sieci przesyłowych oraz płacić za to potworne odszkodowania ich właścicielom.
Czy doprawdy jesteśmy aż tak bogatym krajem, że możemy pozwolić sobie na tego rodzaju „fanaberie”?! Czy na prawdę nie ma u nas pilniejszych i jak najbardziej realnych potrzeb, w odróżnieniu o tych wykreowanych w sposób sztuczny, w związku z jakąś tam wydumaną i w gruncie rzeczy obłędną teorię o globalnym ociepleniu klimatu na Ziemi, spowodowanym podniesieniem się stężenia dwutlenku węgla w atmosferze?
A swoją drogą, całą tę bzdurną hipotezę o wpływie antropogenicznej emisji dwutlenku węgla na wzrost temperatury na Ziemi można raz na zawsze w definitywny sposób obalić zaledwie jednym błyskotliwym spostrzeżeniem, sprowadzającym się w zasadzie do tego, że natura zjawisk fizycznych leżących u podstawy efektu cieplarnianego jest taka, iż wzrost temperatury na Ziemi wywołany efektem cieplarnianym jest proporcjonalny do logarytmu wyznaczonego ze stężenia w atmosferze czynnika ten efekt wywołujący. Tymczasem sprawa jest powszechnie przedstawiana w taki sposób, jakby to była jakaś prosta zależność liniowa!
Tymczasem wystarczy przypomnieć sobie z lekcji matematyki w szkole średniej, jak wygląda wykres funkcji logarytmicznej, żeby można było już dalej „spać spokojnie”, ponieważ funkcja logarytmiczna rośnie niezwykle powoli i bardzo szybko ulega praktycznie całkowitemu spłaszczeniu (przykładowo logarytm dziesiętny z 10 wynosi 1, ze 100 wynosi 2, z 1000 wynosi 3, z 10.000 wynosi 4, ze 100.000 wynosi 5 itd.) – zatem jakakolwiek katastrofa termiczna z powodu obserwowanego obecnie stosunkowo niewielkiego wzrostu stężenia dwutlenku węgla w atmosferze ziemskiej nam w żadnym wypadku nie grozi, bo po wyciagnięciu logarytmu z wartości jego stężenia ewentualny efekt będzie wręcz niezauważalny!
Ujemne ceny energii
W rozważanym dniu 11 kwietnia 2024 roku PSE wydały w sumie aż trzy komunikaty zwiększające sukcesywnie poziom redukcji mocy generowanej przez OZE, a jeden z nich dotyczył również farm wiatrowych. Warto także spojrzeć na rys. 3, na którym pokazano, jak w rozważanym dniu zmieniały się w poszczególnych godzinach doby ceny na rynku energii. Jak widać, przez wiele kolejnych godzin cenny energii oscylowały wokół zera, a przez pięć godzin z rzędu były wręcz ujemne, co w gruncie rzeczy jest potworną patologią, wypaczającą cały krajowy rynek energii, gdyż praca w owym czasie elektrowni cieplnych staje się po prostu nieopłacalna, a z drugiej strony muszą one bezwzględnie pracować na pewnym minimalnym poziomie mocy, bo taka jest właśnie natura działania systemu elektroenergetycznego, której zmienić w żadnym wypadku nie sposób.
Zakładając, że w miesiącach wiosennych czy letnich przeciętne zapotrzebowanie na moc w krajowym systemie elektroenergetycznym wynosi ok. 20 GW, elektrownie cieplne muszą pracować z pewną minimalną mocą (bloki energetyczne tych elektrowni są wręcz „duszone” do ich technicznego minimum, zejście poniżej którego groziłoby już eksplozją kotła), wynoszącą łącznie ok. 8 GW (mniej po prostu już się nie da). Ponadto, zakładając, że elektrownie wiatrowe i elektrownie wodne przepływowe (ich też nie można wyłączyć, bo nie mają zbiornika do gromadzenia napływającej z rzeki wody) generują przeciętnie ok. 2 GW, zostaje w sumie ok. 10 GW mocy, która może zostać pokryta w godzinach okołopołudniowych przez źródła fotowoltaiczne, co pokazano na rys. 4.
Jak widać na rys. 4, wykres mocy generowanej przez źródła fotowoltaiczne przybiera kształt odwróconej paraboli, której wierzchołek występuje w okolicach dwunastej godziny doby. Wysokość tego wierzchołka zależy od wartości mocy zainstalowanej w polskiej fotowoltaice, co na rys. 4 zaznaczono różnymi kolorami (im ciemniejszy kolor, tym poziom mocy zainstalowanej w fotowoltaice jest większy). W dwunastej godzinie doby fotowoltaika może generować łącznie ok. 10 GW – więcej się już nie da, ponieważ krajowy system elektroenergetyczny jest wtedy dosłownie „zamurowany” przez elektrownie cieplne, generujące łącznie ok. 8 GW, a także i przez elektrownie wiatrowe i wodne przepływowe, które wnoszą w sumie kolejne 2 GW. Gdyby farmy fotowoltaiczne miały w godzinach okołopołudniowych generować więcej mocy, jest to absolutnie niemożliwe, ponieważ system elektroenergetyczny musi być w każdej chwili czasu zbilansowany, czyli moc generowana przez wszystkie źródła musi być równa całkowitemu zapotrzebowaniu odbiorców, bo jeśli nie, to przepis na blackout mamy gotowy.
Mocy w instalacjach fotowoltaicznych możemy sobie zainstalować w zasadzie tyle, ile chcemy, tylko co z tego, gdy po osiągnięciu łącznej wartości generacji mocy na poziomie 10 GW kolejne farmy będą i tak musiały zostać odłączone od sieci przesyłowych. Na rys. 4 każda kolejna parabola (w coraz ciemniejszym kolorze) ma w coraz to większym stopniu obcięty wierzchołek, a pole powierzchni figury ograniczonej tą parabolą i osią odciętych stanowi miarę wyprodukowanej przez fotowoltaikę energii, a zatem od pewnego momentu dalsze zwiększanie wartości mocy zainstalowanej w fotowoltaice nie prowadzi już do istotnego wzrostu wartości wyprodukowanej energii.
Niemożność wyłączenia elektrowni cieplnych
Jak już wspomniano, elektrowni cieplnych na okres zaledwie kilku godzin okołopołudniowych nie można całkowicie wyłączyć, i nie tylko dlatego – jak powszechnie jest to głoszone – że jest to postępowanie całkowicie nieekonomiczne, ponieważ ich ponowny rozruch jest kosztowny i trwa nawet do ośmiu godzin, ale przede wszystkim dlatego, że żaden system elektroenergetyczny nie może pracować bez tzw. inercji, czyli jego bezwładności spowodowanej przez wirujące z częstotliwością sieci elektroenergetycznej (50 Hz) turbiny parowe i generatory elektrowni cieplnych. To właśnie obracające się 50 razy na sekundę turbogeneratory bloków cieplnych gromadzą wręcz gigantyczne ilości energii kinetycznej ruchu obrotowego, w związku z czym ich nagłe zatrzymanie nie jest w ogóle możliwe. Jeśli obciążenie w systemie elektroenergetycznym gwałtownie wzrasta, wówczas prędkość kątowa wirujących turbogeneratorów bardzo powoli maleje, i właśnie to jest bezpośrednim efektem owej bezwładności, czyli – inaczej mówiąc – inercja systemu elektroenergetycznego stabilizuje częstotliwość jego pracy. Co istotne, inercja systemu elektroenergetycznego nie może spaść poniżej pewnej dopuszczalnej wartości, gdyż grozi to niebezpieczeństwem utraty stabilności pracy całego systemu i w efekcie powszechnym blackoutem.
Jeśli w sytuacji takiej, jak przedstawiono na rys. 4, w godzinach okołopołudniowych nad terytorium naszego kraju będzie przechodził front atmosferyczny, to moc generowana przez elektrownie wiatrowe będzie znacznie większa, i właśnie do takiej sytuacji doszło w rozważanym dniu 11 kwietnia 2024 roku. Wówczas konieczne stało się wyłączenie nie tylko farm fotowoltaicznych, ale także i wiatraków.
Niesterowalność prosumentów
Z polską fotowoltaiką jest jeszcze ten problem, że gros mocy w niej zainstalowanej ulokowany jest w instalacjach prosumenckich, które ze swej natury są całkowicie niesterowalne, ponieważ PSE mogą nakazać wyłączenie dużych farm fotowoltaicznych, ale w żadnym wypadku nie prosumentów. Taki stan rzeczy powoduje, że w godzinach okołopołudniowych system elektroenergetyczny jest wręcz „zabetonowany” na poziomie kilku kolejnych gigawatów i odbiór większej mocy z farm wiatrowych jest w tym okresie po prostu niemożliwy. Farmy wiatrowe muszą w takim wypadku również zostać odłączone przez PSE od sieci przesyłowych.
W tym kontekście warto spojrzeć jeszcze raz na rys. 2, gdzie zamieszczono prognozy, według których już za 10 lat, w przypadku tzw. swobodnej transformacji energetycznej, moc zainstalowana w wiatrakach lądowych ma osiągnąć wartość prawie 17 GW (obecnie zainstalowane jest tam ok. 10 GW) i na dodatek mamy mieć jeszcze ok. 11 GW w farmach morskich, czyli łącznie w wiatrakach będziemy mieli jakieś 28 GW. Podczas przechodzenia frontów atmosferycznych farmy te mogą generować grubo ponad 20 GW mocy, czyli mniej więcej tyle, ile wynosi zapotrzebowanie na moc w całym krajowym systemie elektroenergetycznym. Tego po prostu nie będzie można w żaden sposób odebrać i praktycznie wszystkie te farmy w godzinach okołopołudniowych będą musiały zostać odłączone od sieci. Zatem pytanie, po co inwestować w nie kolejne miliardy złotych, skoro przez spory okres będą i tak stały bezużytecznie, jest pytaniem wyłącznie retorycznym…
W tym miejscu nasuwa się także nieuchronna refleksja, że rozwój OZE w Polsce przebiega w sposób chaotyczny w zasadzie na wszystkich możliwych kierunkach. W przeszłości zainwestowano miliardy złotych w fotowoltaiczne instalacje prosumenckie tylko po to, aby w przyszłości zablokowały one wiatraki morskie, które posiadają ponad czterokrotnie wyższy współczynnik wykorzystania mocy zainstalowanej, są zatem ponad cztery razy bardziej opłacalne niż fotowoltaika.
Tymczasem instalacje prosumenckie to swego rodzaju średniowieczne „dymarki”, które w żaden sposób nie są w stanie zastąpić nowoczesnych kombinatów hutniczych. Tak samo instalacje prosumenckie nie są w stanie zastąpić elektroenergetyki zawodowej. Ponadto po dotychczasowym zainstalowaniu w prosumenckiej fotowoltaice kilkunastu gigawatów mocy zgłaszane są ostatnio nowe „pomysły”, aby prosumenci montowali na dachach swoich domów, a także i w przydomowych ogródkach niewielkiej wielkości wiatraczki, co zapewne przyczyniłoby się do jeszcze większej destabilizacji systemu elektroenergetycznego, niż ma to miejsce w przypadku fotowoltaiki, ponieważ moc siłowni wiatrowych zależy aż od trzeciej potęgi prędkości wiatru i w związku z tym w krótkich okresach może podlegać znacznym wahaniom.
Skromy udział fotowoltaiki w miksie energetycznym
Warto spojrzeć jeszcze na rys. 5, na którym przedstawiono tzw. miks energetyczny wyliczony dla Polski w 2023 roku.
Jeśli podzielimy udział fotowoltaiki w polskim miksie energetycznym, który wynosi 6,9%, przez wartość mocy w niej zainstalowanej (przyjmijmy średnio, że w 2023 roku było to 15 GW), to otrzymamy w wyniku wartość wynoszącą ok. 0,46. Z kolei jeśli podzielimy udział w polskim miksie energetyki wiatrowej, szacowany na poziomie 14,1%, przez moc zainstalowaną w polskich siłowniach wiatrowych, wynoszącą ok. 10 GW, to otrzymamy ok. 1,41, czyli ponad trzy razy więcej niż w przypadku fotowoltaiki (w przypadku wiatraków morskich wynik ten byłby zapewne jeszcze nieco wyższy).
W istocie fotowoltaika w polskich warunkach to najmniej wydajne źródło energii elektrycznej. Większość terytorium Polski leży na północ od pięćdziesiątego równoleżnika, w związku z czym mamy silne zróżnicowanie pór roku i fotowoltaika pracuje u nas w miarę efektywnie w zasadzie jedynie przez pół roku (od marca do września). Jeśli mamy już rozwijać OZE, to wydaje się rzeczą ze wszech miar rozsądną, aby wybrać tutaj najbardziej obiecujący kierunek, którym są właśnie wiatrowe farmy morskie, i przede wszystkim tam kierować nakłady finansowe. Tymczasem mamy w kraju rozbuchaną do granic absurdu fotowoltaikę prosumencką, która nie dość, że jest całkowicie niesterowalna, to dodatkowo będzie w znacznym stopniu blokować w przyszłości możliwość pracy morskich farm wiatrowych w godzinach okołopołudniowych, za co trzeba będzie właścicielom tych farm wiatrowych wypłacać sowite odszkodowania, czyli będzie dokładnie tak jak w filmie „Rejs”: „Pan płaci, pani płaci, społeczeństwo…”.
Nie należy żywić także złudzeń, że dwukrotne zwiększenie mocy zainstalowanej w polskiej fotowoltaice doprowadzi automatycznie również do dwukrotnego zwiększenia jej udziału w polskim miksie energetycznym, czyli do wartości wynoszącej 13,8%. Tak z pewnością się nie stanie, ponieważ w godzinach okołopołudniowych większość farm fotowoltaicznych trzeba będzie odłączać od sieci przesyłowych. Jest rzeczą wysoce wątpliwą, czy przekroczenie przez fotowoltaikę poziomu 10% udziału w polskim miksie energetycznym jest w ogóle możliwe, a jeśli nawet tak, to będzie się to musiało i tak odbywać kosztem redukcji mocy odbieranej z farm wiatrowych – lądowych, a w przyszłości również tych budowanych za grube miliardy złotych na otwartym morzu.
Bajki o magazynowaniu energii
Na zakończenie pozostaje jeszcze kwestia magazynów energii. Obecnie w tego rodzaju magazynach mamy zainstalowane prawie 2 GW mocy, głównie w elektrowniach szczytowo-pompowych. Zgodnie z przedstawionym na rys. 2 scenariuszem „swobodnej” transformacji energetycznej za 10 lat mamy mieć w magazynach energii zainstalowane prawie dwa razy tyle mocy, czyli 3,75 GW. Planowane jest z pewnością powstanie nowych akumulatorowych magazynów energii, ponieważ w tak krótkim czasie wybudowanie w Polsce i oddanie do eksploatacji nowej elektrowni szczytowo-pompowej jest absolutnie niemożliwe.
Warto w tym miejscu przypomnieć, że budowa elektrowni szczytowo-pompowej Porąbka-Żar trwała ponad 10 lat, a było to przecież w epoce Edwarda Gierka, gdy nie przejmowano się zbytnio jakimikolwiek wymogami i uzgodnieniami w sprawach związanych z ochroną środowiska, ponieważ wszystko odbywało się na zasadzie: „wicie, rozumicie…”, oczywiście zgodnie z hasłem: „pomożecie?, pomożemy!” Żadnymi współczesnymi nam „fanaberiami” się wtedy bynajmniej nie przejmowano, ale za to prace budowlane posuwały się szybko do przodu (elektryfikacja kraju i rozwój przemysłu były w owym czasie absolutnym priorytetem!).
Jak wspomniano, zapewne planowane jest, że w nadchodzącej dekadzie powstaną kolejne małe akumulatorowe magazyny energii, tylko że zwykle instalacje takie pozwalają maksymalnie na dwie godziny pracy z ich pełną mocą. W związku z tym w sumie w 2034 roku będzie można zmagazynować maksymalnie ok. 8 GWh energii. Tymczasem dobowe zapotrzebowanie na energię elektryczną w Polsce przekracza nawet 500 GWh, czyli będziemy mogli zmagazynować jedynie ok. półtora procent naszego dobowego zapotrzebowania, a jest to przecież wielkość, która w zasadzie nie posiada żadnego istotnego znaczenia w bilansie energetycznym naszego kraju.