Raport Instytutu Jagiellońskiego: Łączenie sektorów zielonej energii. Co to oznacza dla Polski?

Europejski zielony ład ma na celu przyspieszenie tempa transformacji Wspólnoty m.in. w kierunku gospodarki zeroemisyjnej, rozwijającej się bez wykorzystania paliw kopalnych. Jedną z prawdopodobnych implikacji europejskiego zielonego ładu jest m.in. wzrost celu redukcji emisji gazów cieplarnianych na rok 2030 z obecnego poziomu 40 proc. do ok. 55 proc. względem roku 1990. W kontekście powyższych dążeń, kluczową koncepcją wydaje się tzw. „łączenie sektorów energii”. Kierunek ten zakłada znaczny wzrost wykorzystania energii elektrycznej, pochodzącej z najtańszej formy jej pozyskiwania, tj. elektrowni wiatrowych i instalacji fotowoltaicznych, zasilania określonych sektorów gospodarki takich jak sektor transportowy, różne gałęzie przemysłu oraz ciepłownictwo systemowe i indywidualne ogrzewanie budynków, w celu minimalizacji zależności od paliw kopalnych. W przypadku wdrożenia koncepcji łączenia sektorów, tj. energetyki, transportu, przemysłu, ciepłownictwa systemowego i ogrzewania budynków, potencjał redukcji emisji w roku 2050 względem roku 2020 wynosi ok. 68 proc. – co odpowiada ok. 83 proc. względem roku 1990. Na skutek wdrożenia koncepcji łączenia sektorów raport wskazuje na wzrost popytu na energię elektryczną o 65% do 2050 roku pomimo działań na rzecz efektywności energetycznej, które powodują spadek zużycia energii elektrycznej o 15%. Domniemać można, że dominującymi źródłami wytwarzania energii elektrycznej będą źródła wykorzystujące energię słońca oraz lądowe i morskie elektrownie wiatrowe. Według prognoz raportu już w 2030 roku ponad połowy energii elektrycznej zużywanej w Polsce może zostać wytwarzana z tych źródeł.

Zasadniczą cechą i jednocześnie wyzwaniem systemu, w którym dostawa energii elektrycznej oparta jest na energetyce wiatrowej i słonecznej, jest z jednej strony rozproszenie przestrzenne (decentralizacja), a z drugiej strony zmienność i nieregularność wytwarzania warunkowana czynnikami pogodowymi. Rozwiązaniem są odpowiednie technologie wytwarzania i magazynowania – np. turbiny gazowe, wykorzystujące biogaz lub wodór w cyklu prostym, czy magazynowanie energii w bateriach, ale również odpowiednich technologii cyfrowych umożliwiających komunikację urządzeń i agregację – np. internet rzeczy czy sztuczna inteligencja oraz rozwiązań rynkowych – np. zarządzanie popytem (DSM) w celu chwilowej redukcji zapotrzebowania, czy odpowiednia konstrukcja tzw. usług systemowych, zapewniających utrzymanie częstotliwości i napięcia.

Jednym z kluczowych koncepcji łączenia sektorów jest sektor transportowy. Zgodnie z prognozą bezpośrednia elektryfikacja może pochłonąć ponad połowę zużycia energii w transporcie do 2050 r., głównie dzięki pojazdom drogowym i pojazdom szynowym. Samochody osobowe i transportery elektryczne staną się w pełni konkurencyjne w pierwszej już połowie tej dekady. Technologia V2g (ang. vehicle-to-grid) zakłada wykorzystanie pojazdów elektrycznych jako rozproszonych magazynów energii elektrycznej z dwukierunkowym przepływem energii między pojazdem a siecią elektroenergetyczną. W tym kontekście, pojazdy elektryczne mogą stać się bardzo ważnym czynnikiem wpływającym na zrównoważenie systemu elektroenergetycznego.

Ale największy wkład do koncepcji łączenia sektorów ma sektor ciepłownictwa i ogrzewnictwa. W przypadku budownictwa mieszkalnego, główną opcją będą pompy ciepła. Koszty początkowe zostaną obniżone za pomocą programów wsparcia, a koszty operacyjne będą bardziej konkurencyjne niż dla kotłów gazowych. Z technologicznego punktu widzenia, aktualnie pompy ciepła potrafią dostarczyć znacznie większy niż dotychczas zakres temperatur. to umożliwia ich zastosowanie w znacznie szerszym zakresie niż dekadę temu – choćby dla celu renowacji budynków. Również sieci grzewcze będą zasilane przez większe pompy ciepła, choć wymaga to nieuniknionej głębokiej modernizacji wysokotemperaturowego ciepłownictwa sieciowego opartego o paliwa kopalne. Dla rozproszonych systemów ciepłowniczych piątej generacji, przy zastosowaniu pomp ciepła o dużej mocy, mogą być przydatne również lokalne źródła szczytowe (na gaz, biogaz lub docelowo zielony wodór), dla niektórych odbiorców przemysłowych lub alternatywnie większe bufory energii cieplnej.

10 KLUCZOWYCH WYZWAŃ TRANSFORMACJI SEKTORÓW ENERGII W POLSCE

1. Sektor energetyczny może zapewnić dostawy tylko wtedy, kiedy rynek hurtowy zapewni długoterminowe perspektywy dla inwestycji. Kontynuacja systemu wsparcia aukcyjnego dla instalacji OZE przyłączonych do sieci publicznej wydaje się niezbędna.
2. Rosnący udział generacji zmiennej z OZE utrudnia operatorowi operacyjne bilansowanie systemu elektroenergetycznego, co zwiększa potrzebę dostępu do krótko- i długoterminowej mocy dyspozycyjnej. Koncepcja łączenia sektorów może stabilizować system np. przez konwersję nadmiarowej energii elektrycznej z OZE w energię cieplną, włącznie z jej efektywnym długoterminowym magazynowaniem.
3. Nie wszystkie źródła dyspozycyjne (wielkoskalowe lub rozproszone) są odpowiednio wyceniane i wynagradzane na rynku hurtowym czy bilansującym. Digitalizacja, agregacja i sztuczna inteligencja mogą umożliwić godną wycenę dyspozycyjnych źródeł rozproszonych
4. Rynek energii musi zachęcać do innowacji technologicznych. Pozytywne efekty lokalnych i regionalnych klastrów mogą być wykorzystywane dla rozwoju technologii – instytucje państwowe jak ARP, NCBR lub PFR powinny współpracować w celu maksymalizacji efektu.
5. Łączenie sektorów zmieni profil popytu poprzez zwiększenie i przesunięcie szczytów dziennych i sezonowych. Skala tego wyzwania będzie zależeć od elastyczności po stronie popytu (DSM) w systemie. Niezbędne jest znalezienie stabilnego systemu wsparcia dla usług systemowych.
6. Wzrost rozproszonych zasobów energii, w tym głównie udział generacji zmiennej z OZE, zarówno po stronie popytu, jak i podaży, stwarza wyzwania dla zarządzania siecią dystrybucyjną. Smart grids i smart meters stanowią rozwiązanie, aby lepiej planować rozkład energii, ale również jej magazynowanie w optymalnym momencie.
7. Krajowy system elektroenergetyczny stoi w obliczu wyzwań związanych z niedopasowaniem geograficznym między (przyszłą) lokalizacją mocy wytwórczych, a centrami zapotrzebowania. Wyzwania te będą się nasilać na poziomie lokalnym wraz ze wzrostem zmiennej energii odnawialnej.
8. Łączenie sektorów znacznie zwiększy całkowite zapotrzebowanie na energię elektryczną. Będzie to wymagało inwestycji i planowania, szczególnie dla rozbudowy sieci. Od samego początku powinna być wdrażana technologia big data
9. Elektryfikacja sektora ciepłownictwa wymaga głębokiej modernizacji wysokotemperaturowych sieci, ale również skoordynowanych działań w zakresie efektywności energetycznej.
10. Ogromne inwestycje w rozbudowę sieci przesyłowej związanej z rozwojem farm wiatrowych na morzu mogą okazać się zbędne, jeżeli wytwarzana energia elektryczna przy głównych punktach odbioru na lądzie będzie konwertowana w zielony wodór, a przesył i dystrybucja wodoru nastąpi przy wykorzystaniu istniejącej infrastruktury sieci gazowej.

Cytat Jadwigi Emilewicz, Wicepremier i Minister Rozwoju

„Zaprezentowane przez autorów tezy obrazują możliwość zastosowania w Polsce modelu, który cieszy się dużą popularnością w Europie. Modelu opartego na zwiększaniu efektywności systemu energetycznego poprzez łączenie sektorów. Jest to kierunek ambitny, wymagający zaangażowania oraz współpracy wytwórców i odbiorców energii.”

Cytat Piotra Woźnego, doradca Ministra Klimatu ds. programu Czyste Powietrze

„Polska nie może i nie będzie rozwijać się w oderwaniu od polityk gospodarczych Unii Europejskiej i trendów rozwojowych gospodarek poszczególnych państw członkowskich, będących ważnymi partnerami handlowymi Polski. Jeśli chcemy w pełni skorzystać z możliwości jakie daje budżet przyszłej perspektywy finansowej UE na lata 2021 – 2027 oraz Recovery Plan ogłoszony przez przewodniczącą Komisji Europejskiej Ursulę von der Leyen, to polscy politycy muszą podjąć dojrzałe i adekwatne decyzje dotyczące przebudowy systemu energetycznego w Polsce.”

Cytat Marcina Roszkowskiego, prezes Instytutu Jagiellońskiego

„Zielone inwestycje mogą rozwinąć potencjał sektora badań i rozwoju. Jest to ogromna szansa dla innowacyjnych technologii magazynowania energii, ale również na zbudowanie własnego łańcucha dostaw. W przyszłości technologie z Polski mogą wspomóc wysiłki podejmowane na rzecz transformacji gospodarczej, ale również umożliwić wzmacnianie pozycji rodzimych przedsiębiorstw na rynkach międzynarodowych. Energetyka odnawialna to inwestycje w tańszą energię, ale również w niezależność energetyczną i budowanie bezpieczeństwa energetycznego poprzez źródła rozproszone.”

Pełny raport: Łączenie sektorów zielonej energii. Co to oznacza dla Polski – RAPORT IJ 2020

Skrócona wersja raportu.

Źródło: Informacja prasowa