Opinia Komitetu Elektrotechniki PAN w sprawie zrównoważonej transformacji energetycznej w polskiej elektroenergetyce

Streszczenie

We wprowadzeniu do opracowania przedstawiono istotę wyzwania, jakie stanęło przed światową gospodarką, wymagającego przeprowadzenia w globalnej skali transformacji energetycznej, które jest motywowane troską o ochronę Ziemi. Na tym tle scharakteryzowano zadania stojące przed polską elektroenergetyką, aby było możliwe uzyskanie przez Polskę około 2050 roku neutralności klimatycznej. Najważniejszym z tych zadań jest przejście na wyłącznie zeroemisyjne źródła wytwórcze w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym (KSE). Oznacza to konieczność zbudowania w tej perspektywie czasowej zeroemisyjnego KSE, ale posiadającego źródła wytwórcze, które zapewnią mu bezpieczeństwo pracy, niezbędne dla zapewnienia bezpieczeństwa dostawy energii elektrycznej odbiorcom.

W rozdziale drugim, trzecim i czwartym przedstawiono strukturę mocy źródeł wytwórczych i strukturę wytwarzania energii elektrycznej w Polsce na tle sytuacji w tym zakresie w 26 krajach o największej produkcji energii elektrycznej (Polska zajęła w tym rankingu w 2023 roku 26 miejsce na świecie) i w państwach członkowskich Unii Europejskiej (UE). Z analizy tej wynika, że Polska w 2023 roku uzyskała udział 27,79% zeroemisyjnego wytwarzania energii elektrycznej, przy średniej wartości tego udziału na świecie 39,19%, a w państwach członkowskich Unii Europejskiej 61,40%. Wśród państw członkowskich UE Polska zajęła w tym rankingu dalekie 25 miejsce. Sytuacja ta wskazuje na zakres i pilność zadań stojących przed polską gospodarką w dziedzinie transformacji energetycznej w elektroenergetyce, aby uzyskanie neutralności klimatycznej około 2050 roku w naszym kraju było możliwe, do czego zobowiązuje nas podpisanie i ratyfikowanie w 2016 roku Porozumienia klimatycznego (paryskiego).

W podrozdziale 5.1 przedstawiono szczegółowe wyniki wykonanych analiz bilansowania prognozowanego zużycia energii elektrycznej brutto w Polsce (wymaganej produkcji energii elektrycznej) i prognozowanego zapotrzebowania na moc w KSE oraz prognozowanej, wymaganej dla bezpieczeństwa pracy KSE, mocy jednostek wytwórczych centralnie dysponowanych (JWCD), z uwzględnieniem planu wycofywania z ruchu i planu budowy nowych JWCD (Tabela 5.1). Wyniki wykonanych analiz wskazują jednoznacznie, że ok. 2035 roku będzie konieczne włączenie do KSE, dla zapewnienia bezpieczeństwa jego pracy, pierwszych energetycznych bloków jądrowych.

Przeprowadzona w podrozdziale 5.2 analiza stanu rozwoju jądrowych bloków energetycznych wskazuje, że pełną dojrzałość konstrukcyjną, eksploatacyjną i komercyjną oraz najwyższe bezpieczeństwo pracy uzyskały jedynie jądrowe bloki energetyczne dużej mocy z reaktorami wodno-ciśnieniowymi (Pressured Water Reactor, PWR) generacji III+. 29 energetycznych bloków jądrowych z tego rodzaju reaktorami pracuje już w systemach elektroenergetycznych 8 krajów (Tabela 5.4). Są wśród nich jądrowe bloki energetyczne z 5 następującymi rodzajami reaktorów PWR generacji III+: AP 1000 firmy Westinghouse Electric Company (USA), które obecnie są budowane również w Chinach jako reaktory CAP 1000, EPR 1600 firmy EdF (Francja), Hualong 1 (Chiny), APR 1400 firmy Korea Hydro and Nuclear Power (KHNP, Korea Płd.) i VVER 1200 firmy Rosatom (Rosja). Poza tym 41 jądrowych bloków energetycznych z reakto- rami tego rodzaju jest w budowie (Tabela 5.5). Wybór energetycznego bloku jądrowego z reaktorem AP 1000 firmy Westighouse dla pierwszej elektrowni jądrowej w Polsce na Pomorzu należy uznać dlatego za w pełni uzasadniony. Natomiast omówiony stan rozwoju jądrowych bloków energetycznych z reaktorami modułowymi małej mocy (Small Modular Reactor, SMR) pozwala na stwierdzenie, że są one obecnie na początkowym etapie rozwoju i ich budowę w Polsce należałoby przesunąć do czasu, w którym niektóre z bardzo wielu obecnie rozwijanych projektów uzyskają dojrzałość konstrukcyjną, eksploatacyjną i komercyjną.

W podrozdziale 5.3 została przedstawiona analiza możliwych do rozwoju dojrzałych komercyjnie technologii wytwarzania energii elektrycznej, wykorzystujących Odnawialne Źródła Energii (OZE). Wskazuje ona, że w Polsce mogą być budowane elektrownie wykorzystujące wszystkie rodzaje OZE, jednak w różnym zakresie uwarunkowanym zasobami danego rodzaju OZE oraz efektywnością ekonomiczną.

Przeprowadzona w podrozdziale 5.4 analiza efektywności ekonomicznej zarówno energetycznych bloków jądrowych generacji III+, jak i elektrowni wykorzystujących OZE, wskazuje, że jednostkowe, zdyskontowane na 2024 rok, koszty wytwarzania energii elektrycznej są na poziomie 500 zł/MWh, zarówno wytwarzanej w grupie elektrowni jądrowych, jak i elektrowni wykorzystujących OZE, jednak dla części energii elektrycznej wytwarzanej w elektrowniach wykorzystujących OZE, która w czasie jej wytwarzania nie będzie mogła być zużywana, a będzie musiała być magazynowana, koszty jej wytwarzania będą powiększone o prawdopodobnie znaczne koszty magazynowania.

W rozdziale 6 przedstawiono propozycję programu (mapy drogowej) zrównoważonej trans- formacji energetycznej źródeł wytwórczych w KSE w perspektywie do 2050 roku (Tabela 6.1), która pozwoliłaby na uzyskanie udziału zeroemisyjnego wytwarzania energii elektrycznej w wysokości: około 38,9% w 2030 roku, około 75,7% w 2040 roku i 100% w 2050 roku, przy zapewnieniu bezpieczeństwa pracy KSE i umiarkowanych (akceptowalnych) kosztach wytwarzania energii elektrycznej. Wyniki wykonanych analiz wskazują jednoznacznie, że całkowicie zero- emisyjne wytwarzanie energii elektrycznej, przy konieczności spełnienia wymagania zapewnienia bezpieczeństwa pracy KSE, jest możliwe jedynie w przypadku harmonijnego rozwoju źródeł wytwórczych wykorzystujących OZE, których praca w przeważającym zakresie jest jednak zależna od warunków pogodowych, i sterowalnych, mających właściwości jednostek wytwórczych centralnie dysponowanych (JWCD) energetycznych bloków jądrowych. Analiza techniczna uzupełniona analizą ekonomiczną pokazuje, że udział wytwarzania energii elektrycznej w źródłach wykorzystujących OZE w 2050 roku mógłby wynosić ok. 56,9%, a jądrowych bloków energetycznych ok. 43,1%, przy udziale mocy jądrowych bloków energetycznych tylko ok. 15,6% (ok. 15 GW) i udziale mocy źródeł wytwórczych wykorzystujących OZE ok. 84,4% (ok. 81 GW). W rozdziale 7 przedstawiono wyzwania stojące przed sieciami elektroenergetycznymi, wskazując na konieczność istotnego funkcjonalnie rozwoju systemów sterowania i zarządzania energią elektryczną, szczególnie w sieciach SN i nN.

W rozdziale 8 przedstawiono zasadnicze aspekty roli magazynowania energii elektrycznej w transformacji Krajowego Systemu Elektroenergetycznego. Magazyny energii elektrycznej (MEE) są niezbędne w sytuacji rosnącego udziału OZE w wytwarzaniu energii elektrycznej, odchodzenia od źródeł wytwórczych wykorzystujących paliwa kopalne i spadku elastyczności wytwarzania oraz trudności realizacji inwestycji sieciowych. Następuje ciągły rozwój technologii i poprawa efektywności ekonomicznej magazynowania. Magazyny energii elektrycznej mogą przyczynić się do usprawnienia funkcjonowania każdego z podsektorów KSE: wytwarzania, przesyłu i rozdziału, zasilania odbiorców końcowych; zapewniając moc dyspozycyjną, energię (w tym energię bilansującą), usługi systemowe, usługi elastyczności, poprawę pewności zasilania, racjonalne gospodarowanie energią elektryczną itp.

W podsumowaniu opracowania (rozdział 9), stwierdza się, że międzynarodowe zobowiązania Polski związane z dążeniem świata do neutralności klimatycznej, wynikające z podpisania i ratyfikowania przez nasz Kraj Porozumienia klimatycznego oraz decyzji Rady Europejskiej, a także obecna struktura źródeł wytwórczych w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym (KSE), oparta w przeważającym stopniu na paliwach kopalnych, i poważny wzrost w ostatnim czasie kosztów wytwarzania energii elektrycznej w elektrowniach opalanych paliwami kopalnymi, wymagają istotnej transformacji energetycznej źródeł wytwórczych w KSE. Głównym celem transformacji energetycznej źródeł wytwórczych w KSE musi być odejście od stosowania paliw kopalnych. Transformacja ta powinna opierać się na zasadzie zrównoważonego rozwoju. Najważniejsze kryteria zrównoważonej transformacji energetycznej źródeł wytwórczych w KSE zostały sformułowane w celu opracowania. Oznacza to, że konieczna zrównoważona transformacja energetyczna źródeł wytwórczych w KSE wymaga zbudowania w okresie najbliższych 25. lat zeroemisyjnego, bezpiecznego i efektywnego ekonomicznie systemu elektroenergetycznego. Długoterminowa strategia budowy zeroemisyjnego, bezpiecznego i efektywnego ekonomicznie systemu elektroenergetycznego w takim kraju jak Polska, który nie posiada dużych zasobów hydroenergetycznych, pozwalających na budowę elektrowni wodnych dużej mocy, zapewniających ciągłą i bezpieczną jego pracę, musi opierać się na łączeniu rozwoju budowy źródeł wykorzystujących OZE i elektrowni jądrowych. Ważnym problemem w procesie transformacji energetycznej jest zsynchronizowanie wyłączania z ruchu w KSE wyeksploatowanych bloków parowych opalanych węglem z włączaniem do eksploatacji jako JWCD elektrowni jądrowych. Opracowana w opinii propozycja programu zrównoważonej transformacji energetycznej źródeł wytwórczych w KSE, jak podkreślano już w rozdziale 6, pozwala na osiągnięcie udziału zeroemisyjnej produkcji energii elektrycznej: ok. 38,9% w 2030 roku, ok. 75,7% w 2040 roku i 100% w 2050 roku, w tym w 2050 roku: 56,9% w źródłach OZE i 43,1% w elektrowniach jądrowych. Rozwój sieci elektroenergetycznych – przesyłowych i dystrybucyjnych oraz magazynowania energii elektrycznej w KSE, powinien być, podobnie jak dotychczas, wynikiem potrzeb wynikających ze struktury bazy wytwórczej zapewniającej realizację założonego celu, tj. osiągnięcie zeroemisyjnej produkcji energii elektrycznej przy zapewnieniu bezpieczeństwa elektroenergetycznego i akceptowalnych dla gospodarki i społeczeństwa cen energii elektrycznej.

W opinii wskazano pilne do realizacji problemy, m.in. takie jak:

1. Wydanie przez Organy Państwa aktów prawnych, niezbędnych do efektywnej realizacji procesu zrównoważonej transformacji energetycznej.
2. Ustanowienie Funduszu transformacji energetycznej, przede wszystkim z wpływów budżetowych za pozwolenia do emisji CO₂.
3. Ustalenie lokalizacji drugiej i trzeciej elektrowni jądrowej, aby mógł rozpocząć się długotrwały proces prac przygotowawczych do tych inwestycji.
4. Modyfikacja wymagań operatorów sieci dystrybucyjnych dla inwerterów OZE i magazynów energii przyłączanych do sieci nN i SN, jak wskazano w rozdziale 7.