Znienawidzony węgiel. W mroźną zimę i tak wciąż nas ratuje

Zapotrzebowanie na energię elektryczną w krajowym systemie elektroenergetycznym zmienia się przeważnie w charakterystycznym cyklu dobowym, przy czym największe wartości przyjmuje w tzw. wieczornym szczycie obciążenia. Jest to okres ze wszech miar najbardziej krytyczny podczas całej doby i związku z tym stanowi jednocześnie największe wyzwanie dla operatorów systemów elektroenergetycznych, którzy starają się wówczas za wszelką cenę utrzymać stan zbilansowania mocy, tak aby całkowita moc generowana przez różnego typu źródła była w każdej chwili równa sumarycznej mocy zapotrzebowanej przez odbiorców.

Gdy moc zapotrzebowania zaczyna wzrastać, wówczas operator systemu elektroenergetycznego musi podjąć stosowane działania, sprowadzające się w swej istocie do odpowiedniego podniesienia wartości sumarycznej mocy generowanej, tak aby utrzymać stan zbilansowania mocy, co jest zarazem warunkiem sine qua non w ogóle jego prawidłowego funkcjonowania.

- Reklama -

Przykładowy zapis przebiegu procesu bilansowania mocy, mającego miejsce w przypadku sąsiedniego systemu elektroenergetycznego Republiki Czeskiej, został przedstawiony na rys. 1.

Procedury awaryjne

W sytuacji gdy w systemie elektroenergetycznym pojawia się ujemna odchyłka bilansu mocy, wówczas operator może nakazać podniesienie poziomu generowanej mocy przez wybrane jednostki wytwórczej. Może także nakazać uruchomienie elektrowni wodnych, elektrowni szczytowo-pompowych bądź akumulatorowych magazynów energii, których w naszym kraju mamy stosunkowo jeszcze niewiele, a i tak są to przeważnie instalacje o relatywnie niewielkiej mocy i pojemności energetycznej. Gdy tego rodzaju środki okażą się mimo wszystko nieskuteczne, a zapotrzebowanie mocy w systemie wciąż w sposób nieubłagany monotonicznie wzrasta, wówczas operator może sięgnąć po tzw. mechanizm DSR (ang. Demand Side Respons), który sprowadza się w swej istocie do tego, że wybrane zakłady przemysłowe (duzi odbiorcy energii elektrycznej) dobrowolnie zobowiązują się w jego ramach ograniczyć własny pobór mocy elektrycznej – oczywiście nie czynią tego w żadnym wypadku za darmo, lecz za przystąpienie do mechanizmu DSR otrzymują odpowiednie wynagrodzenie. W przypadku krajowego systemu elektroenergetycznego mechanizm DSR pozwala na każdorazowe wezwanie operatora zredukować poziom poboru mocy maksymalnie o około 1 GW.

Kiedy jednak nawet sięgnięcie po wspomniany mechanizm DSR okaże się w praktyce niewystarczające, a zapotrzebowanie mocy wciąż uparcie wzrasta, wówczas operator sytemu elektroenergetycznego ogłasza tzw. stopnie zasilania, a wszyscy odbiorcy o mocy przyłączeniowej powyżej 300 kW mają obowiązek bezwzględnie się do nich zastosować (pod groźbą poważnych kar finansowych) i dokonać stosownej do podanego stopnia zasilania redukcji poboru mocy elektrycznej. W ostateczności (jest to zarazem ostatnia już deska ratunku) operator systemu elektroenergetycznego ogłasza najwyższy, czyli dwudziesty stopień zasilania i wówczas już bez żadnego ostrzeżenia ma prawo wyłączyć dosłownie każdego. Tego rodzaju tzw. wyłączenia rotacyjne były w naszym kraju na porządku dziennym na przełomie lat siedemdziesiątych i osiemdziesiątych, a sam autor doskonale pamięta, jak będąc wówczas jeszcze uczniem młodszych klas szkoły podstawowej, odrabiał zadania domowe przy świeczkach, a także i przedwojennej lampie naftowej, wyszukanej niegdyś przez ojca na strychu u dziadków.

Gdy jednak i tego rodzaju wyłączenia wybranych grup odbiorców okażą się niewystarczające, to cała sprawa kończy się nieuchronnie tzw. blackoutem, czyli potężną katastrofą obejmującą terytorium całego kraju, polegającą na wypadnięciu poszczególnych źródeł energii elektrycznej z ich trybu pracy synchronicznej, co ostatecznie skutkuje rozpadem całego systemu elektroenergetycznego, a jego ponowne uruchomienie może zająć nawet i kilkadziesiąt godzin.

Ryzyko blackoutu

Na szczęście tego rodzaju scenariusza w powojennej historii krajowej elektroenergetyki jeszcze nie przerabialiśmy, ale ostatnio ryzyko jego pojawiania się niepokojąco wzrasta wraz z planami likwidacji krajowych elektrowni węglowych. Bowiem do końca roku 2028 mają zostać wyłączone z eksploatacji wszystkie bloki o mocy 200 MW, z których najstarsze pamiętają jeszcze epokę towarzysza Wiesława. Z kolei już w roku 2026 ma zakończyć pracę jeszcze stosunkowo nowy blok elektrowni Pątnów o mocy 474 MW. A co najgorsze, począwszy od roku 2030, ma ruszyć likwidacja największej polskiej elektrowni cieplnej na węgiel brunatny w Bełchatowie, a ostatni z jej bloków (wybudowany w 2011 roku blok nadkrytyczny o mocy 858 MW i sprawności netto ponad 42 proc.) ma zakończyć ostatecznie swą pracę do roku 2036. Obecnie ważą się także losy elektrowni Turów, której niedawno cofnięto decyzję środowiskową i jeśli nic się w tej materii nie zmieni, to będzie musiała zostać zamknięta z końcem roku 2026, a warto jeszcze nadmienić, że w takiej sytuacji swą pracę musiałby także zakończyć uruchomiony zaledwie w 2021 roku nowoczesny blok nadkrytyczny rozważanej elektrowni o mocy 496 MW (tzw. blok nr 7).

Wyłączenie z eksploatacji polskich elektrowni węglowych, z których większość była budowana jeszcze w epoce Edwarda Gierka, musi wywołać powstanie potężnego deficytu mocy dyspozycyjnej, co będzie miało oczywiście niebagatelny wpływ na obniżenie zdolności regulacyjnych krajowego systemu elektroenergetycznego.

Udział OZE w krajowym miksie energetycznym

W tym kontekście warto przyjrzeć się nieco bliżej, skąd w okresie jesienno-zimowym czerpiemy potrzebną nam wszystkim do codziennego funkcjonowania energię elektryczną. Na rys. 2. przedstawiono zaczerpnięte z strony internetowej Polskich Sieci Elektroenergetycznych S.A. dane dotyczące zapotrzebowania mocy oraz aktualnego poziomu generacji mocy z różnego typu źródeł w dniu 23 listopada 2025 roku o godz. 16.19.

Jak wynika z rys. 2, źródła fotowoltaiczne generowały w rozpatrywanym czasie dokładnie zero watów, ponieważ w listopadzie po godzinie szesnastej jest już niestety całkowicie ciemno. Co więcej, tego typu urządzenia, gdy nie pracują, to wówczas same z sieci elektroenergetycznej pobierają pewną moc elektryczną, ponieważ ich falowniki przez cały czas pozostają zsynchronizowane z częstotliwością pracy systemu elektroenergetycznego, działają także ich sterowniki komputerowe, świecą się tam zawsze jakieś kolorowe diody elektroluminescencyjne itp. Nie jest to wprawdzie zbyt wiele, zapewne zaledwie kilka watów, ale jeśli przemnożymy to przez ponad półtora miliona polskich prosumentów, to te wszystkie ich instalacje fotowoltaiczne, w okresie gdy nie pracują, pobierają z sieci elektroenergetycznej łącznie nawet i kilka megawatów mocy.

Średni udział fotowoltaiki w krajowym miksie energetycznym wyniósł w roku 2024 zaledwie około 9 proc., co wyraźnie kontrastuje z ogromną wręcz wartością mocy zainstalowanej w tego rodzaju źródłach energii elektrycznej w naszym kraju, która sięga już 25 GW. Jest to tyle, ile wynosi łączna moc pięciu potężnych elektrowni węglowych tej wielkości, co Bełchatów. Jednak i tak relatywnie niewielka wspomniana tutaj wartość wynosząca zaledwie 9 proc. jest jedynie wartością średnią liczoną za cały rok, natomiast jak wygląda udział fotowoltaiki w krajowym miksie energetycznym w grudniu, można zobaczyć na rys. 3.

Jak widać, udział fotowoltaiki w krajowym miksie energetycznym w grudniu wynosi zaledwie około 2 proc. i w związku z tym jest mniej więcej dziesięciokrotnie mniejszy niż w maju, czerwcu bądź lipcu. Jednak gdybyśmy zainstalowali w krajowej fotowoltaice nawet i 10 razy więcej mocy, niż mamy jej obecnie, czyli ponad ćwierć terawata (jest to moc równoważna 50 elektrowniom Bełchatów), to i tak niewiele by to w sumie pomogło, ponieważ w grudniu Słońce świeci intensywnie zaledwie przez około cztery godziny (mniej więcej gdzieś od godziny dziesiątej do około czternastej), a co w takim razie z pozostałymi godzinami doby?

Z kolei siłownie wiatrowe generowały w rozważanym czasie jedynie 0,767 GW. Jeśli uwzględnimy, że w tego typu źródłach mamy zainstalowane już prawie 11 GW mocy, to wynika stąd, że siłownie te wykorzystywały jedynie około 7 proc. swego potencjału (mocy zainstalowanej). Jest to raczej typowa sytuacja, spowodowana tym, że energia kinetyczna wiatru zależy aż od trzeciej potęgi jego prędkości. W związku z tym przez około 300 dni w roku wiatraki, generalnie rzecz biorąc, raczej dość słabo się kręcą, generując przy tym zaledwie około 10 proc. mocy w nich zainstalowanej. Jedynie przez kilkadziesiąt dni w roku, podczas przechodzenia nad Polską frontów atmosferycznych, wnoszą one do krajowego systemu elektroenergetycznego istotnie większą wartość mocy, przekraczającą niekiedy nawet 7 GW.

Z powyższego wynika, że podczas trwania wieczornego szczytu obciążenia w okresie jesienno-zimowym fotowoltaika i siłownie wiatrowe nie są żadną realną alternatywą dla elektrowni cieplnych węglowych bądź gazowych (tych jednak mamy na razie stosunkowo niewiele – niecałe 5 GW mocy zainstalowanej).

Węgiel na ratunek!

Z rys. 2 możemy odczytać, że elektrownie cieplne (głównie te opalane węglem) generowały łącznie 17,859 GW mocy przy zapotrzebowaniu wynoszącym 20,443 GW, czyli pokrywały 87,4 proc. zapotrzebowania mocy w krajowym systemie elektroenergetycznym. Uwagę zwraca także relatywnie wysoki import, którego saldo wynosiło 1,211 GW, w związku z czym pokrywał on kolejne 5,9 proc. zapotrzebowania. Brakującą resztę pokrywały elektrownie wodne i przede wszystkim elektrownie szczytowo-pompowe, które generowały 0,669 GW, jednak tego rodzaju źródła mogą pracować przez stosunkowo krótki okres, ponieważ po zaledwie kilku godzinach ich zbiorniki górne po prostu się całkowicie opróżnią.

Jak widać, w sytuacji takiej jak przedstawiono na rys. 2, ratuje nas wciąż ten przeklęty węgiel, z którego w grudniu pozyskujemy ponad 61 proc. energii elektrycznej (ponad 13 proc. czerpiemy także ze spalania gazu ziemnego). Nie jest także z pewnością żadną przesadą stwierdzenie, że obecnie mroźną zimę jesteśmy w stanie przetrwać tylko dlatego, że elektrownie węglowe wybudował nam ponad czterdzieści lat temu Edward Gierek – to fakt, że był zadeklarowanym komunistą i zawzięcie walczył z Kościołem katolickim, ale równocześnie człowiek ten miał potężną wizję budowy i uprzemysłowienia całego kraju, a w swych działaniach opierał się głównie na dobrych i sprawdzonych w praktyce tradycjach pozytywistycznych.

Obecnie znajdujemy się w takiej sytuacji, że wybudowane w epoce Gierka węglowe bloki energetyczne o mocy 200 MW kończą już swój wyjątkowo długi i nader pracowity żywot. Zresztą prawodawstwo Unii Europejskiej wymusza ich likwidację maksymalnie do końca 2028 roku. W ich miejsce powinny powstać bezwzględnie nowoczesne bloki nadkrytyczne, takie jak przykładowo blok o mocy 1075 MW w elektrowni Kozinice, o ponad półtora razy większej od nich sprawności (rys. 4).

Czym zastąpić węgiel!?

Niestety do końca 2035 roku w krajowej elektroenergetyce mamy już raz na zawsze i to na wieki wieków odejść od spalania tego przeklętego węgla. Jednym słowem: piękna idea! Nie powiedziano nam tylko, czym w praktyce mamy ten niechciany u nas węgiel zastąpić, ponieważ jak już doskonale wiemy z przedstawionych powyżej rozważań ani fotowoltaika, ani siłownie wiatrowe nie są w praktyce dla niego żadną alternatywą, bo tylko zapewne pewnej pani wydaje się, że zawsze jest tak, iż przez cały czas albo słońce świeci, albo wiatry wieją (zwłaszcza po zjedzeniu większej porcji fasolki po bretońsku bądź grochu z kapustą).

Oczywiście najkorzystniej byłoby wybudować w naszym kraju przynajmniej kilkanaście nowoczesnych bloków nadkrytycznych o sprawności netto przekraczającej 45 proc., ale po tym, jak budowa tego rodzaju bloku o mocy 1075 MW w elektrowni Ostrołęka została ostatecznie przerwana 13 marca 2021 roku, stało się jasne, że żaden tego rodzaju obiekt w naszym kraju już nigdy więcej nie powstanie. Tymczasem to, co zdołano wybudować w Ostrołęce, ostatecznie całkowicie wyburzono, marnując przy okazji około 2 miliardów złotych i oczywiście w żadnym wypadku absolutnie nikt z tego powodu w kryminale nie siedzi, w przeciwieństwie do choćby takiego Jaszczura, który swego czasu trafił na kilka miesięcy za kratki wyłącznie za siarczyste przeklinanie w Internecie, dosłownie jak jakiś szewc, ale ostatecznie i tak nikt nikogo przecież nie przymusza w jakikolwiek sposób, żeby jego wypowiedzi w ogóle słuchał – co więcej, na odpowiednią stronę internetową trzeba samemu i w dodatku całkowicie dobrowolnie trafić.

Teoretycznie węgiel w krajowej elektroenergetyce można oczywiście zastąpić gazem ziemnym, ale potrzebne do tego bloki gazowo-parowe trzeba byłoby dopiero wybudować, a jest to przedsięwzięcie wymagające nawet i dwóch dekad potężnych inwestycji. Tutaj problemem jest jednak ograniczona dostępność turbin gazowych, gdzie u takich ich producentów, jak choćby General Electric, Simens bądź Hitachi, trzeba zapisać się dopiero do długiej kolejki, a czas oczekiwania wynosi tam już ponad pięć lat.

Węgiel w elektroenergetyce można potencjalnie zastąpić także i energią jądrową, przykładowo nasz południowy sąsiad – niewielkich rozmiarów Słowacja – zaspokaja w ten sposób około 60 proc. własnego zapotrzebowania na energię elektryczną. Przeliczając to proporcjonalnie do liczby ludności, wychodzi na to, że aby Polska mogła znaleźć się w identycznym położeniu jak wspomniana Słowacja, to takich elektrowni atomowych jak choćby ta planowana na Pomorzu w gminie Choczewo trzeba byłoby wybudować w naszym kraju przynajmniej sześć – czego nie jesteśmy w stanie prawdopodobnie zrobić nawet i w przeciągu stu lat, wznosząc je jedna po drugiej, a równoległa budowa kilku tego rodzaju obiektów energetycznych zdecydowanie przekracza nasze możliwości finansowe i logistyczne.

Skutki blackoutu

Proszę się teraz zastanowić i spróbować wyobrazić sobie, co właściwie oznacza blackout w zimie na przełomie grudnia i stycznia przy dwudziestostopniowych mrozach. W takiej sytuacji przestaje działać przecież dosłownie wszystko. W blokach nie tylko nie ma energii elektrycznej, ale także brakuje wody w kranie, ponieważ hydrofory przestają ją pompować. Kaloryfery też staną się wkrótce dosłownie zimne jak lód, ponieważ przestaną pracować pompy cyrkulacyjne i wymiennikownie ciepła. W wielu nowych mieszkaniach nie ma już w ogóle instalacji gazowych, a w pozostałych gazu i tak nie będzie, gdyż jego ciśnienie natychmiast spadnie, jak tylko przestaną pracować tłoczące go sprężarki.

W sytuacji braku zasilania przez kolejne kilkadziesiąt godzin mieszkańcy bloków za mniejszą lub większą potrzebą będą chodzić albo w pobliskie krzaki na osiedlu (zresztą jak w zimie nie ma na nich liści, to i tak wszystko będzie widać…), albo w mieszkaniach będzie panował smród wręcz nie do wytrzymania, dosłownie jak w jakiejś stajni bądź chlewie. Tertium non datur!

Ale to wszystko nic, bo przecież „planeta za oknem się pali!”, a jak straszliwie się pali i do tego już w listopadzie, to można odczytać z prognozy pogody zamieszonej na rys. 5. Na szczęście zapowiadane w najbliższym czasie intensywne opady śniegu z pewnością płonącą planetę zdołają skutecznie ugasić…