Zrozumieć transformację energetyczną: dyskusja

Zrozumieć transformację energetyczną: dyskusja

Scenariusz Biznes-jak-zwykle dla Polski mógłby rekomendować tylko socjopata, idiota, lobbysta związany z przemysłem paliw kopalnych albo agent Kremla. A w najłagodniejszej wersji – osoba, która kompletnie nie czai tematu. 

W poprzednich scenariuszach przedstawiłem, jak można stworzyć bezemisyjny system energetyczny w Polsce.

Być może nie możesz się nadziwić, że pogodozależne źródła energii pozwalają zbudować stabilny, tani i odporny system energetyczny, zasilający całą gospodarkę naszego kraju. Widać jednak, że jest to możliwe w oparciu o obecne i będące w zasięgu ręki technologie.  

Symulator w Twoich rękach

Nie da się pokazać tu wszystkich możliwych scenariuszy, które mogą Cię interesować. Nie da się też zaadresować wszystkich Twoich pytań. Przekazujemy więc w Twoje ręce symulator. Korci Cię, żeby dalej poeksperymentować ze źródłami energii – dołożyć (albo zabrać) trochę wiatraków, reaktorów, magazynów lub czegoś innego? A może nie cierpisz fotowoltaiki i chcesz zobaczyć, jak spisze się system bez niej, za to z rozbudowanym atomem i wiatrem? Albo atom z PV? Albo chcesz zmienić ceny źródeł energii lub magazynów? A może chcesz zmodyfikować skalę działań na rzecz poprawy efektywności, bo uważasz je za zbyt mało ambitne (lub wręcz przeciwnie – za zbyt daleko idące)? Sprawdź sobie co chcesz, godzina po godzinie śledź produkcję energii i zapotrzebowanie, stan magazynów i co tam jeszcze sobie życzysz. A może chcesz przeprowadzić własne stress-testy lub sprawdzić, czy w Twoim scenariuszu potrzebne są źródła dyspozycyjne, na jak dużą produkcję wodoru wystarczy nadwyżek prądu itd.? 

Każda decyzja ma swoje implikacje. Jeśli nie podobają Ci się zmiany systemowe w budynkach i transporcie, pozwalające znacząco zmniejszyć zużycie energii, trzeba będzie pogodzić się z koniecznością zbudowania większych mocy źródeł energii, przyjmując przy tym do wiadomości nie tylko konieczność zajmowania pod nie dużych terenów, ale też masowego otwierania nowych, uciążliwych środowiskowo kopalń minerałów (pomyśl przy tym, że nie gdzieś-tam-daleko w Chinach czy Afryce, tylko w Twoim powiecie). 

Baw się dobrze! Przypomnę – kalkulator jest dostępny na stronie zarówno w wersji aplikacji internetowej jak i odpowiadającego jej arkusza Excela, gdzie możesz prześledzić komórka po komórce i godzina po godzinie, jak i co się liczy. Możesz też wprowadzić własne zmiany w algorytmach i parametrach nie udostępnionych bezpośrednio w aplikacji. A jak masz jakieś uwagi lub pomysły na usprawnienie (miej tylko proszę na uwadze, że symulator jest narzędziem edukacyjnym, w zamierzeniu dostępnym dla normalnych ludzi, a nie najlepszym na świecie narzędziem do symulacji systemów energetycznych), możesz je przekazać przez stronę internetową.  

Scenariusz 100% OZE

Przyjrzyjmy się teraz zestawieniu źródeł energii w scenariuszu 100% OZE (70 GW wiatr na lądzie, 25 GW wiatr na morzu oraz 125 GW PV) oraz jej wykorzystaniu w różnych sektorach (przy uwzględnieniu efektywności). 

Uwaga: choć w scenariuszu 100% OZE nie potrzebowaliśmy (prawie) wykorzystania biomasy, to tutaj dodamy ją w ilości odpowiadającej wykorzystaniu 85% z 8 mld m3 biometanu ze strumienia biomasy odpadowej. To działanie korzystne zarówno ze względu na pozyskiwanie energii, jak i potrzebę zamykania cyklu obiegu biogenów – daje nawozy, poprawia strukturę gleby i eliminuje emisje metanu z odpadów. Upraw energetycznych nie robimy, drewna nie spalamy. (Miejmy przy tym na uwadze, że znaczące zredukowanie skali hodowli zwierząt zmniejszy ilość biomasy odpadowej. Jeśli uznamy, że potrzebujemy biomasy, to mając do dyspozycji olbrzymi areał terenów uwolnionych spod produkcji paszy dla zwierząt, możemy pozyskiwać ją dużo efektywniej niż za pośrednictwem zwierząt hodowlanych, co z energetycznego punktu widzenia jest mocno nieoptymalne).  

Ilustracja 1. Po lewej: potencjał produkcji energii przez różne źródła bezemisyjne, w sumie ok. 60 kWh oraz ich wykorzystanie w scenariuszu 100% OZE. Po prawej: zużycie energii (czyli ilość energii ze źródeł pobierana do naszych celów) oraz ich wykorzystanie (czyli ilość energii zaspokajającej nasze potrzeby). Skala po lewej stronie w kWh/o/d (kilowatogodziny na osobę dziennie), po prawej w TWh (1 kWh/o/d ≈ 14 TWh rocznie). Uwaga: słupek produkcji energii dotyczy warunków pogodowych w 2021 roku. Produkcja energii z wiatru, ze względu na słabszy wiatr, była trochę mniejsza od normy; z kolei produkcja energii z fotowoltaiki w związku z nasłonecznieniem o ok. 2% większym od typowego, była o tyle większa.

Zwróćmy uwagę na kilka rzeczy: 

1. Wszystkie scenariusze bazowały na elektryfikacji ciepła i transportu oraz daleko posuniętej termomodernizacji budynków i zmianach systemowych w transporcie. Wprowadziliśmy też magazyny prądu (elektrownie szczytowo-pompowe i baterie) i ciepła oraz wpływ taryf dynamicznych.
2. Można poradzić sobie nie tylko bez paliw kopalnych, ale też bez upraw energetycznych i cięcia drzew na opał, bez gazu ziemnego, atomu i zapór na rzekach – jednocześnie.
3. W naszych szacunkach prawie nie wykorzystaliśmy biometanu do celów energetycznych (poza 0,6 mld m3, czyli 0,4 kWh/o/d, które wykorzystaliśmy jako wygodne w magazynowaniu dyspozycyjne źródło energii w systemie). Dysponując potencjałem 8 mld m3 z samej biomasy odpadowej (bez konieczności robienia upraw energetycznych, cięcia drzew na opał i zabierania martwego drewna z lasów) można wykorzystać biometan jako paliwo dla maszyn rolniczych (2 mld m3), statków dalekomorskich (1,3 mld m3), cementowni (0,9 mld m3) czy innych zastosowań. Nie zrobiliśmy tego, żeby pokazać, że system spina się nawet bez tego wygodnego dyspozycyjnego źródła energii. A poza tym biometan można wykorzystać nie do spalenia, lecz jako surowiec dla zielonej chemii, procesów rafineryjnych oraz w innych sektorach o większej wartości dodanej dla gospodarki (i inną biomasę też: w szczególności przestańmy patrzeć na drewno jak na coś do spalenia w piecu!).
4. Nie wykorzystaliśmy też kolektorów słonecznych i geotermii, które mogą „uwolnić” źródła wytwarzające prąd do innych celów, w szczególności zasilania produkujących wodór elektrolizerów. Podobnie jak w przypadku biometanu, skorzystanie z tej opcji może tylko poprawić bilans i ułatwić nam sprawę.
5. Wykorzystaliśmy ok. 60% potencjału bezemisyjnych źródeł energii, a i tak mamy nadprodukcję energii. Jednak ponieważ te nadwyżki występują jedynie przez krótki czas w roku, ich wykorzystanie nie będzie szczególnie praktyczne.
6. Słupki zużycia i wykorzystania energii mają bardzo podobną wysokość. Z jednej strony mamy pewne straty energii związane z produkcją i wykorzystaniem wodoru (sprawność procesu poniżej 40%, a dla e-paliw nawet 20%), z drugiej strony zaś w ogrzewaniu w podobnym stopniu kompensują nam to ogrzewanie głównie pompami ciepła, dzięki czemu zużywając 3 kWh/d/o prądu mamy ponad 6 kWh/o/d ciepła. 

Politycy i opinia publiczna, a także wiele osób związanych z tradycyjną energetyką błędnie myślą, że fotowoltaika i energia wiatrowa nie mogą dostarczyć 100% energii elektrycznej (a nawet całości energii) bez długoterminowego, wielkoskalowego przechowywania energii w bateriach. Jest tak, ponieważ konwencjonalne myślenie ignoruje to, że przyszła moc wytwarzania energii słonecznej i wiatrowej znacznie przekroczy całkowitą zainstalowaną obecnie moc wytwarzania energii elektrycznej, w rezultacie czego przez większość czasu występować będzie nadprodukcja energii, a okresy jej niedostatecznej produkcji będą krótkotrwałe. 

Nie stać nas, by transformacji nie robić

Koszty transformacji energetycznej „Polska 2050” to nie tylko inwestycje w źródła energii, magazyny i elektrolizery, które oszacowaliśmy na 1200 mld zł. Same koszty głębokiej termomodernizacji w Długoterminowej strategii renowacji budynków szacowane są na 1540 mld zł. A dochodzą do tego: 

• inwestycje w sieci przesyłowe i dystrybucyjne związane ze wzrostem popytu na energię elektryczną oraz instalacją dodatkowych mocy wytwórczych (zależnie od scenariusza rzędu 100-150 mld zł); 
• dodatkowe magazyny gazu (pojemność 4 mld m3 za kilkanaście mld zł); 
• biogazownie i biometanownie (dla 5 mld m3 ok. 100 mld zł); 

• elektryfikacja transportu z ładowarkami (ok. 10 mld zł); 
• rozbudowa kolei, produkcja e-paliw, zmiany procesów przemysłowych itd.  

…w sumie jakieś dodatkowe 2000 mld zł względem scenariusza Biznes-jak-zwykle. 

Zestawmy te wydatki ze scenariuszem Biznes-jak-zwykle w 25-letnim horyzoncie czasowym. Założenia celowo są łagodne dla tego drugiego scenariusza: wliczamy tylko koszty paliwa z importu (po cenach z czasów przed inwazją Rosji na Ukrainę – według cen z 2022 roku pomarańczowy słupek byłby 2,5-krotnie wyższy!; no i udajemy tu, że polski węgiel jest za darmo…), koszt emisji CO2 przyjmujemy raczej zachowawczo na 100 euro/tonę, a koszty zanieczyszczeń powietrza jako 50 mld zł rocznie (co też jest kwotą z dolnego przedziału oszacowań).

Ilustracja 2. Koszty w scenariuszach transformacji energetycznej i Biznes-jak-zwykle w najbliższych 25 latach. W scenariuszu transformacji energetycznej na początku też wciąż importowalibyśmy paliwa, emitowali CO2 i robili smog, jednak szybko redukując je do zera – powiedzmy w sumie ponosząc tu ich koszty na poziomie 1/3 scenariusza Biznes-jak-zwykle. To, jak sytuacja wygląda „po zmianach”, pokazuje następna ilustracja.

Ktoś mógłby pomyśleć, że skoro słupki wydatków/kosztów, które ponosimy w obu scenariuszach są podobnej wysokości, więc może to wszystko jedno? Absolutnie nie.  

Przebudowa znaczącej części infrastruktury – energetycznej, transportowej, przemysłowej, mieszkalnej i innych, będzie wymagać znaczących nakładów. Należy je jednak postrzegać nie jako wydatki, lecz inwestycje o atrakcyjnej stopie zwrotu. Nie tylko pod kątem finansowym, lecz także gospodarczym, społecznym i geopolitycznym. 

Koszty w lewej kolumnie to inwestycje: dzięki termomodernizacji mamy budynki nie tylko prawie nie zużywające energii, ale też dużo zdrowsze i wygodniejsze dla mieszkańców; inwestycje w kopenhagizację miast, kolej czy gospodarkę cyrkularną też podniosą naszą jakość życia. Pieniądze te w większości wydane zostaną na miejscu (termomodernizacja będzie robiona u nas, przez lokalnych pracowników, podobnie budowa metrobusów czy kolei itd.), tworząc lokalne miejsca pracy. Patrzyłbym więc na słupek po lewej stronie jak na wielki program infrastrukturalny nakręcający koniunkturę i zapewniający trwałe miejsca pracy oraz rynek dla innowacyjnych firm (a także zapewniający duże wpływy podatkowe z VAT, PIT i CIT, w dużym stopniu kompensujące wydatki!). 

Koszty po prawej stronie to zaś w większości… koszty. W tym scenariuszu kupujemy od Putina paliwa kopalne, wysyłając mu bezpowrotnie nasze pieniądze, które w dużym stopniu zostaną przeznaczone na zbrojenia (może do nas wrócą – jako wystrzelone w nas rakiety i bomby zrzucone na nasze domy…), a zakupione paliwa puszczamy z dymem, robiąc przy tym zmianę klimatu i smog. 

Z drugiej strony, o ile koszty w słupku po lewej stronie musimy ponieść w formie bezpośrednich wydatków finansowych, to części kosztów w słupku po prawej stronie nie doświadczamy bezpośrednio – w aktach zgonu nie widzimy zanieczyszczeń powietrza jako przyczyny, koszty zmiany klimatu też w większości przerzucamy na nasze dzieci i mieszkańców Globalnego Południa (choć w tym przypadku opłaty za emisje CO2 powodują, że też zaczynamy przekładać je na nasze własne pieniądze). Z doświadczenia wiem, że ta perspektywa ignorowania kosztów środowiskowych i społecznych jest bardzo bliska wielu osobom, także decydentom. To podejście jest jednak na dłuższą metę skrajnie nieefektywne – także pod kątem czysto finansowo-gospodarczym. 

Zobaczymy, jak w obu scenariuszach będzie wyglądać sytuacja w kolejnych 25 latach. 

Ilustracja 3. Koszty inwestycji w scenariuszach transformacji energetycznej i Biznes-jak-zwykle w kolejnych 25 latach.

W scenariuszu transformacji energetycznej będziemy mieć już ocieplone domy, zelektryfikowany transport, miasta z mniejszą ilością dróg a większą parków oraz unowocześnione procesy przemysłowe i gospodarkę cyrkularną. Nie trzeba będzie utrzymywać sieci gazowej podłączonej do milionów domów i mieszkań, lecz tylko do biometanowni, elektrowni gazowych i innych relatywnie nielicznych instalacji. Koszty utrzymania takiej infrastruktury będą najprawdopodobniej dużo niższe od infrastruktury w scenariuszu Biznes-jak-zwykle. Tym niemniej przyjąłem tu brak różnicy pomiędzy scenariuszami, skrajnie łagodnie traktując scenariusz utrzymywania zależności od paliw kopalnych, żeby wyeksponować absurdalność takiego wyboru. 

A jak będą wyglądać inwestycje w systemie energetycznym w kolejnych 25 latach? Duża część infrastruktury, jak magazyny ciepła czy elektrownie szczytowo-pompowe, będą stać przez kolejne dekady (a nawet pokolenia), a to, co będzie wymagać wymiany, jak np. panele PV czy turbiny wiatrowe, będziemy wymieniać dużo taniej niż postawiliśmy (mamy już drogi, przyłącza, fundamenty, wieżę i resztę infrastruktury oraz „papierologię”). Przyjąłem, że koszty wymiany/utrzymania infrastruktury wyniosą 60% wydatków z najbliższej dwudziestolatki, co zresztą też uważam za przeszacowanie. 

Czy stać nas, żeby to zrobić? Nie stać nas na to, żeby tego NIE zrobić. 

Socjopata, idiota czy lobbysta?

A w scenariuszu Biznes-jak-zwykle? Koszty importu paliw dla krajów nadal od nich uzależnionych mogą być dużo wyższe – założenie, że w połowie stulecia ropa i inne paliwa będą dostępne w obecnej cenie jest co najmniej beztroskie. Koszty emisji w połowie stulecia są prognozowane nie na poziomie 100 EUR/tonę CO2, lecz raczej w okolicach 200-300 EUR. Przy okazji zostajemy skansenem technologiczno-gospodarczym. W tym scenariuszu pozostajemy też rozpaczliwie uzależnieni od importu paliw kopalnych, co w świetle ostatnich działań Rosji nie wymaga chyba dalszego komentarza… 

Dysproporcja między scenariuszami robi się przepaścią. 

Wybacz proszę dosadne słowa, ale w mojej opinii

scenariusz Biznes-jak-zwykle dla Polski mógłby rekomendować tylko socjopata, idiota, lobbysta związany z przemysłem paliw kopalnych albo agent Kremla. A w najłagodniejszej wersji – osoba, która kompletnie nie czai tematu.

Więcej materiałów na podstawie książki „Zrozumieć transformację energetyczną” wraz z symulatorem systemu energetycznego znajdziesz w tym miejscu.