Możliwości wprowadzenia do KSE mocy z MFW na Bałtyku Autor: Sławomir Parys, Remigiusz Joeck - Polskie Sieci Morskie ( Czysta Energia nr 9/2011) Ostatni okres rozwoju energetyki wiatrowej cechuje zwiększona dynamika. 1,3 GW zainstalowanej dotychczas mocy dotyczy jednak wyłącznie lądowych farm wiatrowych. Duże nadzieje na wywiązanie się z unijnego celu 3x20 związane są również z rozwojem morskich farm wiatrowych. Morskie farmy wiatrowe (MFW), tzw. offshore, z racji ich lokalizacji charakteryzują się większym współczynnikiem wykorzystania mocy zainstalowanej, który wynosi ok. 0,35 0,40 (0,2 0,25 na lądzie). Oznacza to, iż farma wiatrowa offshore wyprodukuje ok. 60 70% więcej energii elektrycznej niż farma o takiej samej mocy na lądzie. Niezbędny rozwój sieci Polskie Towarzystwo Energetyki Wiatrowej w Gdańsku (PTEW) szacuje potencjał energetyki wiatrowej w polskiej części Bałtyku na ok. 8 GW 1. Potencjał rynkowy oceniany jest na 0,5-1 GW w 2020 r. oraz do ok. 7,5 GW w 2030 r. W Krajowym Planie Działań (KPD) w scenariuszu najbardziej prawdopodobnym przyjęto, iż do końca 2020 r. na Morzu Bałtyckim zostanie zainstalowanych w morskich farmach wiatrowych ok. 500 MW. Budowa i przyłączenie wystarczającej liczby OZE nie są jedynymi wyzwaniami, przed jakimi stoi polska elektroenergetyka. Musi ona także zmierzyć się z problemami tzw. energetyki konwencjonalnej. Wiele bloków energetycznych w KSE charakteryzuje się już znacznym wyeksploatowaniem. Sytuacja taka prowadzić będzie do stopniowego wycofywania starszych jednostek z eksploatacji lub też ich modernizacji i wyposażenia w instalacje zmniejszające poziom emisji co będzie skutkowało pracą tych jednostek w ograniczonym zakresie (efekt derogacji zawartej w dyrektywie IED), a więc zmniejszy się dyspozycyjność tych źródeł. Zgodnie z wynikami ankiety PSE Operator z marca tego roku 2, wiele elektrowni zmieniło swoje plany odnośnie wycofania starych bloków na rzecz derogacji opisanej w dyrektywie IED.
Operator Systemu Przesyłowego (OSP) w swoich scenariuszach oceny zdolności źródeł do zaspokojenia prognozowanego zapotrzebowania na moc i energię 2 przyjął wielkość mocy w nowych źródłach konwencjonalnych na poziomie ok. 6940 MW (włączając w to nowy blok w elektrowni Bełchatów II). Odpowiada to przyłączeniu praktycznie wyłącznie jednostek, z którymi OSP zawarł umowy o przyłączenie. Z punktu widzenia wprowadzenia mocy z morskich farm wiatrowych do KSE kluczowe znaczenie mają jednostki planowane do przyłączenia w północnej części Krajowej Sieci Przesyłowej (KSP). Z danych PSE zawartych w zestawieniu dotyczącym podmiotów ubiegających się o przyłączenie do KSE 3 wynika, że w tym obszarze planuje się przyłączyć ok. 7846 MW, z czego 5560 MW stanowić mają jednostki opalane węglem. Mają one mniejsze zdolności regulacyjne niż np. jednostki gazowe.
Oprócz planów budowy nowych źródeł konwencjonalnych, zakłada się także, zgodnie z przyjętym przez rząd dokumentem Polityka energetyczna Polski do 2030 roku, rozwój w Polsce energetyki jądrowej. Według projektu Programu Polskiej Energetyki Jądrowej 4, pierwsza siłownia atomowa o mocy 1600 MW weszłaby do eksploatacji pod koniec 2020 r. Następna elektrownia o takiej samej mocy powstałaby ok. 2030 r. Lokalizacja elektrowni jądrowej będzie miała duże znaczenie dla możliwości przesyłu energii elektrycznej z morskich farm wiatrowych. Najwięcej punktów w rankingu otrzymał Żarnowiec, a następnie Warta -Klempicz oraz Kopań. Dwie spośród trzech najwyżej ocenianych lokalizacji znajdują się w północnej części kraju w pasie nadmorskim. Słabo rozwinięta struktura sieci przesyłowej w tej części KSE oraz planowana koncentracja generacji konwencjonalnej, wiatrowej (lądowej i morskiej), jak również budowa elektrowni jądrowej wymagają znacznego wzmocnienia sieci przesyłowej, zwłaszcza poprzez budowę linii 400 kv relacji północ południe.
Mając na uwadze te uwarunkowania, a także szereg innych aspektów pracy krajowego systemu elektroenergetycznego, PSE, jako operator systemu przesyłowego, opracował Plan Rozwoju Sieci Przesyłowej (PRSP) 2, 5. Oprócz przyłączania nowych źródeł, uwzględniono w nim także prognozowany wzrost zapotrzebowania na moc i energię w systemie elektroenergetycznym, co w perspektywie do 2025 r. zaprezentowano w tabeli. Główne kierunki rozwoju sieci przesyłowej do 2015 r. zostały przez OSP nakreślone w planie rozwoju sieci przesyłowej. Schemat sieci przesyłowej wraz z planowaną do 2020 r. rozbudową przedstawia rysunek 1. Schemat ten prezentuje zamierzenia inwestycyjne, których motorem napędowym są: inwestycje w nowe moce wytwórcze konwencjonalne, przyłączenie nowych źródeł OZE, zwłaszcza farm wiatrowych, poprawa bezpieczeństwa pracy systemu oraz rozbudowa połączeń transgranicznych. Realizacja programu jądrowego wraz ze wzrostem inwestycji w energetykę konwencjonalną i odnawialną wymaga dalszej rozbudowy systemu przesyłowego. Planowaną po 2020 r. modernizację systemu w tym zakresie przedstawia rysunek 2. Uruchomienie na Bałtyku morskich farm wiatrowych o sumarycznej mocy 500 MW w perspektywie 2020 r., przyjęte w jednym ze scenariuszy KPD, jak również w Polityce Energetycznej do 2030 roku, zostało uwzględnione w PRSP opracowanym przez PSE. Lokalizacja MFW Dotychczas przeprowadzone analizy możliwości rozwoju morskich farm wiatrowych w polskich obszarach morskich, jako najdogodniejsze do lokalizacji MFW wskazywały obszary położone w rejonie Ławicy Słupskiej, wzdłuż zachodniego i południowego stoku Ławicy Środkowej oraz na wysokości miasta Kołobrzeg. Na rysunku 3 przedstawiono opublikowaną na stronach PTEW wstępną koncepcję sieci morskich do 2030 r. (autorzy: B. Gutkowski, J. Sawicki), zakładającą bezpośrednie synchroniczne przyłączenie farm wiatrowych na morzu do sieci przesyłowej na lądzie 6. Moc z MFW a rozbudowa KSE Możliwość przyjęcia mocy i energii wyprodukowanych w morskich farmach wiatrowych na Bałtyku zależy bezpośrednio od rozwoju sieci przesyłowej na północy Polski. Z racji spodziewanej znacznej generacji wiatrowej na lądzie w tej części kraju wraz z planowaną budową źródeł konwencjonalnych oraz elektrowni jądrowych, a także przy jednoczesnym dość niskim planowanym zapotrzebowaniu na moc w tej części KSE, konieczne jest wzmocnienie układu sieci przesyłowej poprzez budowę nowych linii w kierunku północ -południe. Przyłączenie morskich farm wiatrowych na tle sieci przesyłowej po 2020 r. przedstawia rysunek 4, na którym uwzględniono także planowane lokalizacje elektrowni konwencjonalnych (węglowych oraz gazowych) oraz rekomendowane miejsca budowy elektrowni jądrowych. Należy zauważyć, iż najwięcej elektrowni zawodowych w północnej części kraju planuje przyłączyć się do stacji 400 kv w rejonie Grudziądza, Pelplina oraz Gdańska (źródła o łącznej mocy ok. 5500 MW). Także lokalizacja elektrowni jądrowej w rejonie Żarnowca spowoduje dodatkową koncentrację dużej mocy właśnie w tym obszarze KSP.
Z punktu widzenia przyłączenia MFW wydaje się, że korzystniejsze będzie ulokowanie pierwszego przyłącza NN do stacji Słupsk lub Dunowo, co spowoduje pewne rozproszenie generacji w północnej części sieci przesyłowej. Także budowa elektrowni jądrowej w rejonie Klempicza stworzy większe możliwości przyłączeniowe w północnym fragmencie KSP. Należy jednakże zaznaczyć, iż przyłączenie poszczególnych generacji (konwencjonalnej, jądrowej czy też wiatrowej na morzu) musi zostać poprzedzone dokładnymi analizami technicznymi (m.in. rozpływowymi, zwarciowymi, równowagi dynamicznej), uwzględniającymi realność ich powstania i rozbudowy KSE. Zrealizowanie tych inwestycji prawdopodobnie wymagałoby znacznie większej rozbudowy sieci przesyłowej niż zakłada PRSP 2, i to nie tylko w północnej części kraju, ale także i w centralnej. Rozwój morskiej energetyki wiatrowej w Polsce może naturalnie wkomponować się w planowane w przyszłości nowe połączenia transgraniczne. W przypadku budowy nowego połączenia stałoprądowego ze Szwecją można w tej linii zainstalować pierwsze przyłącze dla MFW. Budowa takiego połączenia wraz z instalacją MFW byłaby ułatwiona ze względu na lokalizację tej linii jako równoległej do istniejącego połączenia SWE-POL, co zobrazowano na rysunku 5.
Rozbudowa sieci przesyłowej na północy KSE ma fundamentalne znaczenie nie tylko dla rozwoju energetyki wiatrowej, ale także konwencjonalnej i jądrowej. W sytuacji niedostatecznego rozwoju sieci przesyłowej należy rozważyć możliwość wyprowadzenie mocy ze zgrupowania MFW w głąb KSP (np. do stacji Plewiska lub Rogowca) linią wysokiego napięcia prądu stałego HVDC. Linia ta w przyszłości wraz ze znaczącym rozwojem MFW na Bałtyku mogłaby stanowić jeden z elementów ogólnoeuropejskiej sieci przesyłowej, tzw. SuperGrid.
Analiza wzrostu zapotrzebowania na moc i energię oraz scenariusza budowy nowych mocy wskazuje, że planowana przez OSP rozbudowa sieci przesyłowej w ciągu najbliższych 10-15 lat 2 może być niewystarczająca. Rozwój energetyki wiatrowej na polskich wodach Bałtyku może na tym tle napotykać na poważne trudności związane z przyłączeniem do KSP, zwłaszcza w sytuacji budowy morskich farm wiatrowych o znacznych mocach. Postuluje się prowadzenie prac badawczo-rozwojowych uwzględniających budowę MFW, a w dalszej kolejności uwzględnienie powiązań tych źródeł z KSE w planach PSE. Powiązanie MFW z rozwojem połączeń transgranicznych na morzu (SWE-POL II) lub też z wprowadzeniem tej generacji w głąb KSE (wstawka HVDC) może być sposobem na pokonanie barier związanych z niedostatecznym rozwojem sieci przesyłowej na północy Polski i stanowić część tzw. SuperGrid. Źródła 1. Gutkowski B., Witoński M.: Polskie Sieci Morskie - infrastruktura przesyłowa niezbędna dla rozwoju farm wiatrowych w polskich obszarach morskich. Przyszłe wykorzystanie polskiej przestrzeni morskiej dla celów gospodarczych i ekologicznych. Instytut Morski w Gdańsku. Gdańsk 2009. 2. Majchrzak H., Szwed C, Tarwacki T.: Zamierzenia inwestycyjne PSE Operator planowane do roku 2025 w celu zaspokojenia szczytowego zapotrzebowania na moc czynną. Elektroenergetyka Współczesność i Rozwój 2(8)/2011. 3. Polskie Sieci Elektroenergetyczne Operator SA: Podmioty ubiegające się o przyłączenie do Krajowej Sieci Przesyłowej (stan na 30 czerwca 2011r). www.pse-ope-rator.pl. 4. Ministerstwo Gospodarki: Program Polskiej Energetyki Jądrowej - projekt. 16 grudnia 2010. http://bip.mg.gov.pl/node/12331. 5. Polskie Sieci Elektroenergetyczne Operator SA: Plan rozwoju w zakresie zaspokojenia obecnego i przyszłego zapotrzebowania na energię elektryczną na lata 2010-2025 WYCIĄG. Konstancin-Jeziorna 2010. 6. Gutkowski B., Sawicki J.: Koncepcja Polskich Sieci Morskich. Konsorcjum Polskie Sieci Morskie. Gdańsk 2010.