PROBLEMY ROZWOJU ENERGETYKI Z

PROBLEMY ROZWOJU ENERGETYKI
ZWIĘKSZONEJ PODAŻY GAZU
Z
UWZGLĘDNIENIEM
OPCJI
Autor: Waldemar Kamrat
Słowa kluczowe: energetyka, planowanie rozwoju, technologie energetyczne
Streszczenie. Przedstawiono zasadnicze problemy rozwoju polskiej energetyki z
uwzględnieniem opcji zwiększonej podaży gazu. Opisano zapotrzebowanie na energię oraz
kierunki rozwoju energetyki w Polsce. Wymieniono przewidywane technologie energetyczne
jakie mogą być wdrożone w polskiej energetyce.
1. WSTĘP
Wstąpienie Polski do Unii Europejskiej, które miało miejsce z dniem l maja 2004 roku
stworzyło nową sytuację i postawiło nowe wyzwania w zakresie rozwoju krajowej energetyki.
W nawiązaniu do prognoz rozwoju energetyki światowej do 2050 roku (opracowanych przez
Światową Radę Energetyczną -World Energy Council), przewiduje się w najbardziej
prawdopodobnym wariancie, że (przy założeniu umiarkowanego wzrostu gospodarczego,
znacznego zmniejszenia energochłonności gospodarki oraz realnej - możliwej do osiągnięcia ochrony środowiska) nastąpi [6]:
• umiarkowany wzrost zużycia paliw stałych, tj. węgla kamiennego i brunatnego,
• stosunkowo niski wzrost zużycia ropy naftowej,
• wysoki (prawie 3-krotny) wzrost zużycia gazu ziemnego,
• bardzo wysoki wzrost energetyki jądrowej, oparty na reaktorach nowej generacji,
•
ponad 3-krotny wzrost energii odnawialnych, których udział w globalnym
zużyciu energii wzrośnie do kilkunastu procent.
Ponadto, w nawiązaniu do ogólnego przeglądu sytuacji, poszerzenie Unii Europejskiej
zaowocuje (po uprzednim dopasowaniu ustawodawstwa nowych krajów do prawa Unii
Europejskiej) pełnym uczestnictwem w realizowanej już od 10 lat polityce Jednolitego
unijnego wewnętrznego rynku energii".
Kluczowe działania polityki energetycznej Unii Europejskiej oraz dotychczasowe zdobycze
znane powszechnie jako „acquis communantaire" opierają się o trzy główne cele [3,5]:
•
zapewnienie bezpieczeństwa dostaw energii i stworzenie dobrych perspektyw dla
użytkowania gazu ziemnego na scenie energetycznej jako paliwa przyjaznego środowisku,
•
utworzenie wspólnego, jednolitego rynku energii, będącego odpowiedzią na rosnącą
konkurencję międzynarodową,
•
ochrona
środowiska
poprzez
zmniejszenie szkodliwego oddziaływania sfery
wytwarzania i użytkowania różnych nośników energii.
Powyższym celom odpowiadają zapisy Dyrektyw Elektrycznej i Gazowej, które stanowią
znaczący krok w kierunku liberalizacji unijnego rynku energii, prowadzący do osiągnięcia
dwóch zasadniczych celów:
• stworzenia realnych możliwości obniżenia cen energii dla odbiorców,
• zmniejszenia kosztów własnych funkcjonowania przedsiębiorstw energetycznych.
W świetle powyżej przedstawionych uwarunkowań w dalszej części artykułu syntetycznie
przedstawiono przewidywania co do bazy paliwowej(z opcją zwiększonej podaży gazu),
prognozę zapotrzebowania na energię, perspektywy rozwoju potencjału wytwórczego z
uwzględnieniem spodziewanych technologii energetycznych, jak również barier, wynikających z wymagań ochrony środowiska [4].
2.
OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA BAZY PALIWOWEJ DLA KRAJOWEJ
ENERGETYKI
Krajowa energetyka charakteryzuje się specyficzną, w porównaniu z krajami Unii
Europejskiej, strukturą użytkowanych paliw z dominacją bloków spalających węgiel
kamienny i brunatny. Wywiera to ujemny wpływ na wskaźniki ekologiczne oraz na
elastyczność i bezpieczeństwo pracy krajowego systemu energetycznego. Według zaleceń
Unii Europejskiej, udział jednego paliwa dostarczanego z jednego kierunku nie powinien
przekraczać 30 %. Jednakże, ze względu na dominację paliw stałych ze źródeł krajowych,
założono tylko stopniową dywersyfikację, polegającą na zwiększaniu udziału gazu ziemnego
w strukturze paliw zużywanych przez energetykę. Jest to ogólnie zbieżne z przyjętą zasadą
zmniejszenia udziału paliw stałych na rzecz paliw gazowych, co bezpośrednio
prowadzi do opcji zwiększonej podaży gazu dla celów energetycznych [3].
Ponadto, zgodnie z ekspertyzą, opracowaną przez zespół rzeczoznawców KPE PAN [3],
należy przewidywać, szczególnie po 2010 roku, konieczność spełnienia wymagań z Kioto, a
zatem rozważyć wprowadzenie paliwa jądrowego bądź innej (trudnej aktualnie do
zdefiniowania) alternatywy.
W ogólności, korzystając z cytowanego powyżej opracowania [3], można dokonać
oszacowania prognozy paliw, potrzebnych do wytworzenia przewidywanych ilości energii
elektrycznej i ciepła dla perspektywy 2020 roku w wariantach, zróżnicowanych ze względu
na tempo wzrostu gospodarczego.
Zgodnie z pracą [3], wariant pierwszy dotyczy założenia powolnego tempa rozwoju
gospodarczego przy trudnej koniunkturze światowej w handlu zagranicznym (recesja w
Europie Zachodniej i trudności w handlu ze Wschodem) oraz małej dynamiki zmian
strukturalnych w kraju ze względu na opory społeczne. Natomiast wariant drugi przewiduje,
że Polska osiągnie w 2020 roku poziom zużycia paliw ciekłych podobny jak obecnie na
Węgrzech, w Czechach i niektórych krajach Unii Europejskiej (ok. l toe/c), poziom zużycia
energii elektrycznej netto na mieszkańca podobny jak w Czechach i Europie Zachodniej (ok.
4500 - 6000 kWh/c) — por. tabl. l -- i niższy niż w Europie Zachodniej poziom zużycia gazu
ziemnego na mieszkańca (ok. 950 m/c wobec 1500 -2050 mVc w krajach
zachodnioeuropejskich). Oznacza to między innymi konieczność:
zmniejszenia wydobycia węgla kamiennego z poziomu 117 mln ton węgla rzeczywistego w
1998 roku do ok. 87 mln ton w 2010 roku i ok. 80 mln ton w 2020 roku,
utrzymania wydobycia węgla brunatnego na zbliżonym do obecnego poziomie ok. 61 mln
ton,
wzrostu importu ropy naftowej i paliw ciekłych (mimo obecnego okresowego spadku) z ok.
19,7 mln ton w 2000 roku do ok. 30 mln ton w 2010 roku oraz ok. 35 mln ton w 2020 roku,
wysokiego wzrostu importu gazu ziemnego wysokometanowego z 11 mld m3 w 2001 roku do
18 mld m3 w 2010 roku oraz 28 mld m3 w 2020 roku.
W Tabelach 2 i 3 zestawiono prognozy zapotrzebowania na energię pierwotną paliw
niezbędnych do wytworzenia energii elektrycznej i ciepła w obu wariantach [3], przy czym
liczby podane w nawiasach oznaczają udziały procentowe łącznego zapotrzebowania na
energię.
Łatwo zauważyć, że dalszy wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną może być
pokrywany przez elektrownie gazowo-parowe, a od 2010 roku także elektrownie jądrowe.
Wprowadzenie energetyki jądrowej w tym wariancie jest jedną z szans dotrzymania wymagań ograniczenia emisji CO2 wynikających z protokołu z Kioto [3].
Graficzną ilustrację struktury paliw do wytworzenia przewidywanej ilości energii elektrycznej
i ciepła dla obu wariantów pokazano na rys. l i 2.
Należy również zauważyć, że w ostatnich latach zarówno w kraju jak i zagranicą, rośnie
zainteresowanie możliwościami wykorzystania lokalnych i przyjaznych dla środowiska źródeł
energii, tj. energii wnętrza ziemi (wód geotermalnych), energii z odpadów komunalnych oraz
energii wiatru. W Polsce występują bogate zasoby wód geotermalnych na znacznej części
obszaru, jednak ich średnia temperatura jest niezbyt wysoka i zawiera się w przedziale 45 °C 47 °C. Z uwagi na dominującą rolę węgla w bilansie energetycznym Polski zasoby
energetyczne w wodach geotermalnych powinno się oceniać za pomocą równoważnej ilości
węgla lub oleju, jaką można by zaoszczędzić, wykorzystując lokalne wody geotermalne.
Jednakże z uwagi na lokalne znaczenie geotermiki (w dodatku w warunkach polskich jedynie
do wytwarzania ciepła) w bilansie paliwowym krajowej gospodarki energetycznej wody
geotermalne nie powinny odegrać poważniejszej roli.
W ogólności, Polska posiada (w porównaniu do innych krajów) raczej niewielkie zasoby
energii ze źródeł odnawialnych. Potencjał techniczny to ok. 14 % obecnego zużycia energii
pierwotnej, przy czym aktualnie wkład energii odnawialnej wynosi tylko ok. 4% [8].
Do produkcji ciepła (poza geotermiką oraz odpadami przemysłowymi i komunalnymi) istotne
znaczenie mają odpady rolnicze (biogaz, słoma). W tym przypadku, wzrost zużycia związany
będzie jednak z powiększaniem areału uprawy lub pogłowia zwierząt hodowlanych w dużych
gospodarstwach rolnych, gdyż tylko takie zapewnią opłacalność inwestycji (np. w
brykieciarki słomy) i niskie koszty transportu [8],
Być może spodziewany postęp technologiczny spowoduje, że paliwa „przyszłości" zostaną
skutecznie wdrożone do procesów wytwarzania energii.
3. ZAPOTRZEBOWANIE NA ENERGIĘ ELEKTRYCZNĄ
Przy prognozowaniu zapotrzebowania na energię elektryczną do 2020 roku oparto się na
pracy [3], uwzględniając przewidywane scenariusze wzrostu gospodarczego oraz porównania
międzynarodowe. Uwzględniono także ograniczenia emisji CO2, wynikające z protokołu
Konferencji Klimatycznej w Kioto (zmniejszenie w latach 2008 - 2012 emisji z roku 1988 o 6
%). Dla polskiej energetyki oznacza to konkretnie zmniejszenie emisji CO2 ze 160 mln ton w
1988 roku do 150,4 mln ton w 2012 roku [6].
W zakresie demografii, przyjęto prognozę wzrostu liczby ludności w Polsce w 2020 roku do
ok. 40 mln, nieco niższą od prognoz GUS (40,3 mln), z uwagi na ostatnie korekty w dół.
Nawet przy tak niskiej prognozie demograficznej otrzymuje się zużycie netto energii
elektrycznej zaledwie 4775 kWh/c w wariancie pierwszym i 4102 kWh/c w drugim [3],
Prognozę zapotrzebowania na energię elektryczną dla obu wariantów przedstawiono w tabeli
4.
Biorąc pod uwagę malejący trend elektrochłonności PKB szacuje się, że zapotrzebowanie na
energię elektryczną w wyniku mechanizmów „nasycenia" może być niższe od
prognozowanych.
Niezależnie od poszczególnych prognoz, należy się zatem liczyć ze znacznym spadkiem tego
zapotrzebowania ze względu na racjonalizację użytkowania energii, a także
termomodernizację budynków i rosnącą konkurencję ze strony innych nośników , głównie
gazu.
4. PRZEWIDYWANE TECHNOLOGIE ENERGETYCZNE
W warunkach znacznej dynamiki dokonującego się postępu technicznego i technologicznego,
prognozowanie rozwoju energetyki (w oparciu o dotychczasowe poglądy dotyczące zużycia
paliw oraz sieciowych nośników energii) może w perspektywie 20 lat okazać się całkowicie
nietrafne .
Zdaniem J. Popczyka „...jedynym rozwiązaniem jest zastąpienie w polityce energetycznej
prognoz ilościowych zużycia paliw oraz sieciowych nośników energii prognozami
technologicznymi i pozostawienie rynkowi dostosowania podaży do popytu. Oczywiście
prognozy technologiczne są niezwykle trudne i poza USA praktycznie żaden kraj
samodzielnie nie jest w stanie ich tworzyć (no. prognozy brytyjskie i japońskie raczej
weryfikują i uzupełniają prognozy amerykańskie, nie są natomiast na pewno prognozami niezależnymi)" [10].
Należy jednakże podkreślić, że w nadchodzącym dwudziestoleciu, oprócz „dożywających
ostatnich swoich dni" funkcjonujących źródeł wytwórczych, alternatywnie będą mogły być
zastosowane następujące technologie energetyczne :
• nowy blok na węgiel kamienny,
• nowy blok na węgiel brunatny,
•
węglowy blok energetyczny z ciśnieniowym kotłem fluidalnym (PFBC - Pressurized
Fluidized Bed Combustion),
•
blok energetyczny ze zintegrowanym zgazowaniem węgla (IGCC - Integrated
Gasification Coal Combustion) w atmosferze tlenu i recyklingiem spalin oraz kompresją i
utylizacją CO2,
• nowy blok na węgiel kamienny z instalacją usuwania dwutlenku węgla ze spalin
kotłowych wykorzystujących monoetanolaminę jako adsorbent,
•
nowy blok na węgiel brunatny z instalacją usuwania dwutlenku węgla ze spalin
kotłowych wykorzystującą monoetanolaminę,
•
blok
kombinowany
gazowo-parowy
na
gaz ziemny (GTCC - Gaś Turbinę
Combined Cycle),
•
źródła rozproszone i rozsiane ze skojarzoną produkcją energii elektrycznej i ciepła
na gaz ziemny,
• elektrownia jądrowa,
• elektrownia opalana biomasą,
• nowoczesna elektrownia wodna,
• elektrownia wiatrowa,
• ogniwo paliwowe.
Rzecz oczywista, że istniejące obecnie niektóre źródła wytwórcze mogą być odtwarzane na
drodze modernizacji, a mianowicie:
• modernizacji odtworzeniowej bloku na węgiel kamienny,
• modernizacji odtworzeniowej bloku na węgiel brunatny,
• modernizacji odtworzeniowej bloku na węgiel kamienny z instalacją monoetanolaminy
jako adsorbentem,
• modernizacji odtworzeniowej bloku na węgiel brunatny z instalacją monoetanolaminy.
W analizach rozwoju można rozważać możliwość budowy elektrowni jądrowych w Polsce, a
także wariant z zablokowaną opcją energetyki jądrowej, ponieważ nie ma pewności, iż
społeczna niechęć do energetyki jądrowej zaniknie w wyniku prowadzonej akcji edukacyjnej.
W zakresie technologii wykorzystujących zasoby odnawialne dążenie do stosowania zasady
„rozwoju zrównoważonego" może spowodować istotne zainteresowania ich wdrożeniem, a w
szczególności zasobów energii solarnej, wiatrowej, geotermalnej, wodnej i biomasy. W skali
systemowej jedynie hydroenergetyka od wielu lat jest technologią liczącą się w bilansie
wytwarzanej energii elektrycznej. Szersza lista wykorzystywanych i rozważanych technologii
obejmuje zatem w możliwych zastosowaniach następujące technologie do produkcji energii
elektrycznej:
• małe elektrownie wodne,
• fotowoltaika,
• solarne technologie wysokotemperaturowe,
• elektrownie wiatrowe,
• technologie wykorzystujące biomasę,
• elektrownie geotermalne,
• technologie wykorzystujące pływy i falowanie mórz.
Z opracowań wykonanych w PSE S.A. wynika, że przy wyborze potencjalnych technologii
dla źródeł wytwórczych, które w przyszłości mogłyby zostać wprowadzane do eksploatacji
kierowano się możliwościami realizacji rozpatrywanych technologii w skali przemysłowej
[2].
W ogólności, dla zapewnienia rozwoju krajowej energetyki należałoby rozważyć następujące
technologie jako spełniające warunki konkurencyjności:
1) technologie oparte na węglu kamiennym:
• blok 800 MW pracujący na parametrach nad-krytycznych, wyposażony w instalację mokrego odsiarczania spalin,
• blok 300 MW pracujący w technologii gazowo-parowej ze zgazowaniem węgla,
• blok 200 MW wykorzystujący technologię spalania w złożu fluidalnym ciśnieniowym,
2) technologie oparte na węglu brunatnym:
• blok 800 MW na parametry nadkrytyczne z instalacją mokrego odsiarczania spalin,
3) technologie oparte na gazie ziemnym:
• turbina gazowa o mocy elektrycznej 165 MW,
• blok parowo-gazowy 480 MW,
4) technologie jądrowe z reaktorami nowej generacji:
• blok 630 MW wodny ciśnieniowy z pasywnym systemem bezpieczeństwa,
• blok 1400 MW z reaktorem wodnym wrzącym,
5) technologie wykorzystujące energię wodną:
• elektrownia szczytowo-pompowa,
• elektrownie na przepływie naturalnym.
Wprowadzenie powyższych technologii wymagać będzie znaczących nakładów finansowych,
warunkujących rozwój krajowej energetyki.
5. PODSUMOWANIE
Perspektywy rozwoju sektora energii, z powodów oczywistych jedynie zasygnalizowane w
niniejszym artykule, mogą stanowić przesłankę do merytorycznej dyskusji na temat
kształtowania, a następnie sposobów realizacji krajowej polityki energetycznej, prowadzącej
w niedalekiej przyszłości do jednolitego rynku energii w zjednoczonej Europie. Rozległy zakres tematyki dotyczącej polityki energetycznej, a w szczególności zagadnienia rozwoju jest
również istotny z punktu widzenia programowania rozwoju gospodarczego krajów Unii
Europejskiej. Z powyższych względów należy zatem dążyć do sukcesywnego wzbogacania i
uszczegóławiania prognoz i założeń kierunkowych rozwoju energetyki z uwzględnieniem
doświadczeń wszystkich krajów UE. Może to zaowocować opracowaniem racjonalnych oraz
przyjaznych dla środowiska koncepcji rozwoju energetyki do 2020 roku i w dalszej
perspektywie czasowej.
LITERATURA
[1] Bućko P.: Gaz ziemny w światowych prognozach energetycznych. Rynek Energii 2002, nr 2.
[2] Elektroenergetyka do roku 2020. Kierunki rozwoju krajowego systemu.
[3] Jaczewski M., Marecki J., Sikora Wł.: Program zapotrzebowania na węgiel kamienny i energię elektryczną
do roku 2020.
[4] Kamrat W.: Dylematy rozwoju energetyki w Polsce. Wokół Energetyki 2003, nr l.
[5] Konwencja Klimatyczna - rok po Kioto. Biuletyn PSE 1999, nr l.
[6] Marecki J.: Rozwój energetyki na przełomie XX i XXI wieku. Praca nr 407 (niepublikowana).
[7] Paska J.: Możliwości wykorzystania ogniw Paliwowych w generacji rozproszonej. Rynek Energii 2002, nr 6.
[8] Pierzak A., Kerner A.. Dołowy J.: Perspektywy rozwoju polskiego ciepłownictwa. I Kongres Ciepłowników
Polskich, Gdańsk, 11-12 kwietnia 2000 r.
[9] Piwowarski A.J.: Europejska Dyrektywa Gazowa. Działania dostosowawcze do wymogów Unii Europejskiej .
[10] Popczyk J.: Założenia polityki energetycznej Polski. CIRE, 2000.
[l1] Prognozy Instytutu Energetyki (materiały robocze).
PROBLEMS OF ENERGY POWER SECTOR DEYELOPMENT
INCREASED GAŚ SUPPLY OPTION
Key words: power engineering, development planning, energy technologies
DUE
TO
Summary. General problems of energy power sector development in Poland due to increased
gas supply option arę presented. Energy demand and trends of energy sector development in
Poland are described.
Waldemar Kamrat, dr hab. inż., profesor nadzwyczajny PG. Kierownik Zespołu Elektrowni
i Gospodarki Energetycznej w Katedrze Elektroenergetyki Politechniki Gdańskiej. Członek
Komitetu Problemów Energetyki przy Prezydium Polskiej Akademii Nauk. Ekspert
Parlamentarnego Zespołu ds. Restrukturyzacji Energetyki, ul. G. Narutowicza 11/12, 80-952
Gdańsk, e-mail: [email protected]