Zrozumieć transformację energetyczną. Scenariusz 4: Źródła energii „na maksa”
Jak stworzyć w Polsce bezemisyjny system energetyczny? Oto kolejny element układanki: scenariusz 4.
W poprzednim scenariuszu zobaczyliśmy, że po zelektryfikowaniu transportu drogowego i ogrzewania budynków zużycie prądu w Polsce wzrosło z ok. 150 TWh do ok. 500 TWh. Oznacza to, że odnawialne źródła energii o mocach zbliżonych do obecnych niemieckich (50 GW w PV, 50 GW w wietrze na lądzie i 10 GW w wietrze na morzu) byłyby zdecydowanie niewystarczające. Do uzupełnienia ich produkcji prądu potrzebne byłyby elektrownie gazowe spalające 50 mld m3 gazu ziemnego.
A gdyby zwiększyć moc OZE i dodać elektrownie jądrowe? Zróbmy to. Do symulacji przyjmiemy:
Wiatr na lądzie – 90 GW mocy. To mniej więcej tyle mocy wiatrowych na km2, ile Niemcy planują mieć w 2030 roku (farmy wiatrowe zajmą prawie 2% powierzchni Polski)
Wiatr na morzu – 30 GW mocy. W ciągu dekady chcemy mieć kilka GW, w kolejnej kilkanaście; do 2050 r. 30 GW jest spokojnie do uruchomienia (McKinsey pisze nawet o 45 GW).
PV – 175 GWp. To mniej więcej tyle mocy na km2, ile Niemcy planują mieć w 2030 roku. Z jednej strony to sporo, ale z drugiej to tylko 4,6 kWp (mniej więcej kwadrat z paneli 5×5 m) na osobę. W świecie, w którym uważamy, że każdemu „należy się” półtorej tony żyjącego kilkanaście lat samochodu, to nie tak dużo.
Elektrownie jądrowe – 20 GW mocy. To odpowiednik 2,5-3 planowanych przez rząd programów jądrowych (6-9 GW).
Jako dyspozycyjne źródło energii można traktować biometan. W symulacji ograniczmy się do biometanu z odpadów w ilości do kilku mld m3. Przy dość agresywnym wykorzystaniu upraw energetycznych można myśleć o poziomie kilkunastu mld m3. Ilości powyżej 20 mld m3 wiązałby się ze zbyt dużą skalą upraw energetycznych.
Pomijane przez nas źródła energii to:
Energetyka wodna – w polskich warunkach ma i będzie mieć marginalne znaczenie w produkcji energii (choć w wydaniu elektrowni szczytowo-pompowych może grać rolę w magazynowaniu).
Geotermia i kolektory słoneczne – oba źródła energii dostarczają ciepła o temperaturze kilkudziesięciu stopni. To za mało do wytwarzania elektryczności, źródła te można więc wykorzystać jedynie do celów grzewczych, zasadniczo do ogrzewania wody.
Pływy i fale – na Bałtyku zasadniczo nie ma o czym mówić.
Reasumując: dysponujemy więc wiatrem, słońcem, atomem i biomasą (najchętniej w postaci biogazu/biometanu z odpadów). Cała reszta ma marginalne znaczenie.
Popatrzmy na sytuację najpierw z perspektywy zapotrzebowania na energię w różnych sektorach.
Zestawienie zapotrzebowania na energię w różnych sektorach polskiej gospodarki z produkcją prądu przez bezemisyjne źródła energii (OZE + atom) jak w tekście.
Widać, że latem jest nie najgorzej, bo zapotrzebowanie na ciepło jest niewielkie, możemy też liczyć na codzienny zastrzyk energii z fotowoltaiki (cały czas mamy magazyny prądu 200 GWh). Za to zimą, pomimo gigantycznej skali rozbudowy źródeł energii, wciąż mamy poważne problemy z zaspokojeniem potrzeb.
Zobaczmy teraz tę samą sytuację nie od strony popytu, lecz produkcji energii z różnych źródeł.
Zestawienie zapotrzebowania na energię (linia niebieska) oraz jej produkcji przez farmy wiatrowe na lądzie i morzu, fotowoltaikę oraz elektrownie jądrowe, uzupełnione o dyspozycyjną generację gazową (pracującą w kogeneracji, przeznaczającą 30% ciepła odpadowego na potrzeby grzewcze).
Pomimo olbrzymiej produkcji prądu przez wiatr, słońce, fotowoltaikę i atom dla uzupełnienia okresowych niedoborów elektrownie gazowe muszą dostarczyć w ciągu roku 44 TWh prądu, zużywając do tego 8,8 mld m3 metanu.
Podsumowanie zużycia energii w TWh rocznie (na górze) oraz jej produkcji (na dole) z podziałem na źródła.
Można powiedzieć, że jakoś się to spina, choć skala systemu elektroenergetycznego robi się bardzo duża. Produkcja prądu 750 TWh rocznie to więcej niż w wielokrotnie większych od naszej gospodarkach Francji czy Niemiec.
Przyjęte limity skali farm wiatrowych, fotowoltaiki czy elektrowni jądrowych nie są oczywiście twarde. Można też zmienić proporcje między tymi źródłami energii. W przybliżeniu 1 GW w elektrowniach jądrowych pod względem ilości dostarczanej energii jest ekwiwalentem zestawu 1,5 GW w wietrze + 2,3 GW w PV (takie proporcje między farmami wiatrowymi a PV zapewniają, że w każdym miesiącu mamy zbliżoną produkcję energii – zarówno w lecie, gdy dobrze świeci słońce, jak i zimą, gdy słońca jest mało, ale wiatr jest silniejszy).
W skrajnym przypadku systemu bez OZE, w pełni opartego na elektrowniach jądrowych, uzupełnianych szczytowo metanem (w ilości takiej samej jak w scenariuszu „mieszanym”, czyli 8,8 mld m3), potrzebowalibyśmy ich 73 GW. W rezultacie mielibyśmy w Polsce energetykę jądrową o połowę większą niż obecnie Chiny.
Jeśli nie podoba Ci się skala źródeł energii, którą zastosowaliśmy, wcale się nie dziwię. Wszystkie źródła energii mają swoje minusy, wymagają zasobów do ich budowy i wpływają negatywnie na środowisko. Zaznaczę też, że wciąż mamy „zamiecione pod dywan” sektory trudne w bezpośredniej elektryfikacji, takie jak hutnictwo, żegluga morska czy lotnictwo, którym też jakoś powinniśmy zapewnić energię.
Być może korci Cię, żeby dołożyć (albo zabrać) trochę wiatraków, reaktorów lub czegoś innego. Ale nie idźmy tą drogą, w każdym razie nie bez chwili zastanowienia.
Kluczową rolę odgrywa efektywne wykorzystanie energii. Zużywając dużo mniej energii, możemy budować mniej wiatraków, farm fotowoltaicznych czy reaktorów i utrzymywać mniej upraw energetycznych. Biorąc pod uwagę, w jak dużym stopniu marnujemy obecnie energię, to przy poważnym potraktowaniu poprawy efektywności możliwe jest daleko idące zmniejszenie jej zużycia.
Więcej materiałów na podstawie książki „Zrozumieć transformację energetyczną” wraz z symulatorem systemu energetycznego znajdziesz w tym miejscu.
