PROBLEMY ROZWOJU ENERGETYKI Z UWZGLĘDNIENIEM OPCJI ZWIĘKSZONEJ PODAŻY GAZU. Słowa kluczowe: energetyka, planowanie rozwoju, technologie energetyczne

Transkrypt

1 PROBLEMY ROZWOJU ENERGETYKI Z UWZGLĘDNIENIEM OPCJI ZWIĘKSZONEJ PODAŻY GAZU 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 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 kwh/c) por. tabl. l -- i niższy niż w Europie Zachodniej poziom zużycia gazu ziemnego na mieszkańca (ok. 950 m/c wobec 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 m 3 w 2001 roku do 18 mld m 3 w 2010 roku oraz 28 mld m 3 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 CO 2 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.

3

4 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 CO 2, wynikające z protokołu Konferencji Klimatycznej w Kioto (zmniejszenie w latach emisji z roku 1988 o 6 %). Dla polskiej energetyki oznacza to konkretnie zmniejszenie emisji CO 2 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.

5 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 CO 2, 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

6 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

7 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 Kierunki rozwoju krajowego systemu. [3] Jaczewski M., Marecki J., Sikora Wł.: Program zapotrzebowania na węgiel kamienny i energię elektryczną do roku [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, kwietnia 2000 r. [9] Piwowarski A.J.: Europejska Dyrektywa Gazowa. Działania dostosowawcze do wymogów Unii Europejskiej. [10] Popczyk J.: Założenia polityki energetycznej Polski. CIRE, [l1] Prognozy Instytutu Energetyki (materiały robocze). PROBLEMS OF ENERGY POWER SECTOR DEYELOPMENT DUE TO INCREASED GAŚ SUPPLY OPTION Key words: power engineering, development planning, energy technologies 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, Gdańsk, wkam@ely.pg.gda.pl