Oblicza Energiewende: obfitość prądu

Niemcy od dawna byli szczególnie aktywni w obserwowaniu funkcjonowania Ziemi i zaprzęganiu zaobserwowanych prawidłowości do działań praktycznych. Zwykle umieli oni także zręcznie łączyć wiele dziedzin wiedzy. Obecnie przedmiotem tych naukowych i praktycznych dociekań są duże ilości prądu z naturalnych źródeł błądzące w sieciach energetycznych – zagadnienie łączące energetykę, geografię, zarządzanie, ekologię i wiele innych dziedzin wiedzy. Niemcy są bliscy poznania, jak ta obfitość prądu naprawdę działa.

Od nauki o Ziemi...

Aleksander von Humboldt (1769-1859), jako jeden z ostatnich tak wszechstronnych naukowców, zebrał w opracowaniu pt. Kosmos całą XIX-wieczną wiedzę z zakresu nauk o Ziemi, a prowadząc liczne badania praktyczne dał podstawy metodyczne do dalszego rozwoju geografii, najbardziej interdyscyplinarnej z nauk. Alfred Wegener (1880-1930) odkrył, że kontynenty na ziemskim globie poruszają się, ale dał także podstawy praktyczne dla współczesnej meteorologii. Johann Heinrich von Thünen (1783-1850), Walter Christaller (1893-1969) i August Losch (1906-1945) łącząc wiedzę geograficzną i ekonomiczną z obserwacjami terenowymi dali podwaliny dla gospodarki przestrzennej. Ernst Haeckel (1834-1919), biolog, wprowadził do nauki pojęcie ekologii. Ludwig von Bertalanfy (1901-1942) uogólnił niektóre badania biologiczne dając podstawy ogólnej teorii systemów wykorzystywanej obecnie w wielu innych dziedzinach. To tylko najważniejsze nazwiska niemieckich naukowców badających Ziemię i jej przyrodę oraz wykorzystujących często wiedzę z kilku dziedzin wiedzy.

...do nauki o prądzie

Obecni niemieccy naukowcy - praktycy prowadzą dalsze obserwacje, czego przykładem jest energetyka odnawialna. Odnawialne źródła energii dostarczają prąd za darmo, trzeba tylko wybudować odpowiednią instalację. Wśród nich są jednak takie, które dostarczają prąd tylko w okresach, kiedy sprzyja temu pogoda – wieje wiatr lub świeci słońce. Akurat z tych źródeł możemy uzyskać najwięcej odnawialnej energii, więc to prąd z nich może w przyszłości dominować w sieci energetycznej. Dlatego też o nich powinniśmy zgromadzić najwięcej informacji.

Z niemieckich obserwacji, przeprowadzonych przy 20% udziale odnawialnych źródeł energii w ogólnej produkcji prądu, wynika że:

- są okresy, kiedy praktycznie całą potrzebną nam energię możemy mieć z wiatru, np. w lutym.

- są okresy, kiedy większość potrzebnej nam energii możemy mieć z wiatru i słońca, np. w kwietniu i sierpniu.

- są okresy, kiedy ani wiatr, ani słońce nie zapewniają nam większości potrzebnej energii, np. w listopadzie.

Wiemy już także, że nawet niewielka ilość odnawialnych źródeł energii w sieci energetycznej może szybko i tanio wypełnić lukę w podaży prądu w okresie zwiększonego zapotrzebowania, tzw. szczytu. Tak stało się 8 maja 2011 r.

Ale to zjawisko było obserwowane również w inne dni roku, np. 25 i 26 maja 2012 r.

Wnioski dla systemu

Wnioskując na podstawie tych obserwacji Niemcy stwierdzili, że odnawialne źródła energii całkowicie zmieniają system energetyczny. W przypadku zwiększenia ich udziału w produkcji prądu potrzebne będą zarówno zmiany techniczne, jak i w zakresie organizacji rynku energii.

Najważniejsze wnioskowane zmiany techniczne w sieci energetycznej to:

- Wyłączenie elektrowni produkujących prąd dla zapewnienia podstawowego napięcia w sieci (base-load);

- Zapewnienie elektrowni gazowych lub węglowych pracujących jedynie w systemie czasowym (peak-load);

- Rozbudowa sieci energetycznych na potrzeby akumulacji prądu z odnawialnych źródeł w okresach intensywnej jego produkcji jest tańsza, niż budowa magazynów energii. Oceniono, że takie magazyny będą potrzebne dopiero przy 60-70% udziale energii wiatrowej i słonecznej w całkowitej produkcji;

- Rozsądnym rozwiązaniem będzie wykorzystanie prądu ze źródeł odnawialnych w celach ciepłowniczych.

Jednak najważniejszym wnioskiem dla funkcjonowania sieci energetycznych wydaje się ten, że istnieje bardzo duża elastyczność sieci energetycznych w stosunku do ilości wprowadzanego do nich prądu, tzn. mogą one zakumulować nawet bardzo duże nadwyżki produkcji w stosunku do aktualnego popytu.

Wnioski dla rynku

Problemem jest jednak to, że elastyczność ta nie ma żadnej wartości ekonomicznej, tzn. nie generuje przychodu operatorom sieci, dlatego pojawiają się wnioski dotyczące organizacji rynku energii:

- Potrzebna jest nowa konstrukcja rynku energetycznego, która powinna być rozważania w kontekście europejskim.

- Nowy rynek energetyczny powinien wyceniać nie tylko wartość kilowatogodziny prądu, ale także inne właściwości systemu, np. niezawodność czy elastyczność.

- Energetyka wiatrowa i słoneczna nie są w stanie się refinansować na obecnym rynku opartym o wycenę tylko kosztów marginalnych (chwilowych) produkcji prądu (właściwie żaden rodzaj energetyki nie jest się na rynku opartym jedynie o koszty marginalne refinansować, chyba że działa w systemie monopolistycznym lub oligopolistycznym), bo dostarczają prąd w często nieprzewidywalny sposób i w takich ilościach, że powoduje to natychmiastowy, radykalny spadek chwilowej ceny energii.

- Nowy rynek powinien włączać w mechanizm kształtowania cen także konsumentów energii, bo najczęściej najtańszą opcją dla rynku jest chwilowe obniżenie popytu.

Wizja obfitości prądu

Wnioski te wypływają z bezpośrednich obserwacji sposobu funkcjonowania prądu ze źródeł odnawialnych w sieci, jednak zbiegają się z wizją, jaka już w 2008 roku powstała w fundacji Heinricha Boella. Pod akronimem ERENE zaproponowano stworzenie Europejskiej Wspólnoty Energetyki Odnawialnej, czyli trzeciej wspólnoty europejskiej będącej kontynuacją dwóch poprzednich, dających początek Unii Europejskiej, także opartych o współpracę w zakresie energii:

- EWWIS – Europejskiej Wspólnoty Węgla i Stali oraz

- EURATOM – Europejskiej Wspólnoty Energii Atomowej.

W opracowaniu dr. Michaela Shreyera i dr. Lutza Mez stwierdzono, że ogólny potencjał produkcji energii z odnawialnych źródeł w Europie przewyższa europejskie zapotrzebowanie na energię zarówno teraz, jak i w przewidywalnej przyszłości. W 2050 roku kraje obecnej Unii Europejskiej potrzebowałyby 3300 Twh prądu, ale odnawialne źródła energii mogłyby taką obfitość zapewnić z prawie 50% naddatkiem – potencjał produkcyjny oceniono na ponad 4800 TWh prądu. Problemem jest jedynie fakt, że w jednych krajach energii odnawialnej jest znacznie więcej niż potrzeba, np. Hiszpanii, Portugalii, Norwegii, a w innych mniej niż potrzeba, np. Luksemburgu, Belgii, Holandii. Takie różnice otwierają pole do europejskiego rynku i współpracy w zakresie handlu i transmisji energii odnawialnej, czyli właśnie ERENE. Czy taka obłędna wizja i taki obłędny prąd jest osiągalny? Wielu twierdziło, że prace Wegenera czy Haeckla były błędne. Teraz pomysłodawcy ERENE twierdzą, że projekt ten też nie jest niemożliwy do zrealizowania.

Wykorzystane materiały

Prezentacja Marcusa Steinbergera z organizacji Agenda Energiewende z trójstronnego spotkania reprezentantów pozarządowych ekspertów z Czech, Niemiec i Polski nt. problemów energetycznych na granicach tych trzech krajów w Pradze 14 maja 2013 roku

Prezentacja dr. inż. Stanisława M. Pietruszko podczas konferencji Odnawialne źródła energii przyszłością nowoczesnej gospodarki, która odbyła się w Warszawie 22-23 września 2011 roku

Schreyer Michael, Mez Lutz, ERENE - European Community for Renewable Energy, Fundacja Heinricha Boella, Berlin, 2008:

www.erene.org/web/vision-en-study-european-community-renewable-energy-175.html

Uwagi

Jest to trzynasty z materiałów w opracowanym przez dr. Wojciecha Szymalskiego cyklu Oblicza Energiewende, w którym co tydzień prezentujemy inną twarz zmian w niemieckiej gospodarce i społeczeństwie związanych z przejściem na odnawialne źródła energii. Zapraszamy na energetyczną wycieczkę po Niemczech!

Cykl artykułów powstał w ramach projektu LIFE+ Dobry klimat dla powiatów, a jego źródłowym miejscem publikacji jest portal: www.chronmyklimat.pl . Wszystkie artykuły z cyklu są udostępnione na licencji Creative Commons CC-BY-SA 3.0 PL: creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/pl/