Robert Świerzyński: Żyjemy w czasach dwóch rewolucji

Na naszych oczach odbywa się nowa rewolucja przemysłowa. Rozpoczęła się wraz z postępującą cyfryzacją, ale dopiero w ostatniej dekadzie nabrała tempa. Zmiany klimatyczne przyspieszyły dekarbonizację przemysłu, pandemia uruchomiła procesy deglobalizacyjne, a wojna w Ukrainie zmusiła państwa do wzmacniana bezpieczeństwa energetycznego i jeszcze szybszej rezygnacji z paliw kopalnych. Wszystkie te zjawiska stawiają nowe wyzwania nie tylko przed europejskimi przedsiębiorstwami, ale całą branżą energetyczną. Bo rewolucji przemysłowej towarzyszy rewolucja energetyczna.

Jej istotą jest z jednej strony rosnące zapotrzebowanie na energię (od 2000 do 2023 r. w skali świata wzrosło o 49 proc.), z drugiej wymuszona globalnym ociepleniem redukcja gazów cieplarnianych. Potrzebujemy więcej energii, ale nie możemy jej już pozyskiwać w takiej skali z węgla, ropy i gazu.

Święty Graal cywilizacji cyfrowej

Cele, jakie wyznaczyła sobie Unia Europejska, a którym Polska powinna stawić czoła, są niezwykle ambitne. Zgodnie z dyrektywą RED III do 2030 r. co najmniej 42,5 proc. energii wykorzystywanej w UE ma pochodzić ze źródeł odnawialnych. Z ostatnich oficjalnych danych Eurostatu wynika, że w Polsce w 2022 r. było to zaledwie 16,9 proc., a w całej UE 23 proc. Europejska czołówka – Dania, Łotwa, Finlandia – mogły pochwalić się wskaźnikiem na poziomie ponad 40 proc., a lider – Szwecja – aż 66 proc.

Co prawda już dziś niemal 38 proc. energii wytwarzanej jest w Polsce dzięki wodzie, słońcu, biomasie i z wiatru, ale w ciepłownictwie i transporcie wciąż jesteśmy uzależnieni od źródeł tradycyjnych. Nawet uwzględniając biopaliwa, OZE stanowią dziś ok. 6 proc. energii zużywanej w transporcie. Ich udział rośnie corocznie o ułamki procent. Unijny cel minimum na 2030 r. to co najmniej 14 proc.

Nie zapominajmy jednak o tym, co nam się udało. Jeszcze w 2016 r. aż 83 proc. energii wytwarzaliśmy z węgla, a zaledwie 12 proc. z OZE.

Dyrektywa RED III wpisuje się w szerszy kontekst – strategię Fit for 55. W skrócie jej celem jest redukcja emisji gazów cieplarnianych o 55 proc. w stosunku do poziomu z 1990 r. Ma to być najważniejszy krok na drodze do tzw. neutralności klimatycznej. Zakłada ona, że do 2050 r. emisje szkodliwych gazów do atmosfery spadną do poziomu, który pozwoli zrównoważyć je z możliwościami ich wychwytywania przez istniejące ekosystemy – lasy czy oceany. Na pomoc ma przyjść technologia, choć rozwiązania pozwalające na wychwytywanie i składowanie CO2 są na razie w powijakach.

Neutralność klimatyczną można śmiało nazwać św. Graalem rewolucji energetycznej. Cel ten jest niezwykle trudnym wyzwaniem, możliwe, że nieosiągalnym, lecz nawet zbliżenie się do niego może mieć dla klimatu zbawienne skutki. Przeszkód na tej drodze jest wiele. Nie tylko te dotyczące tego, skąd pochodzi energia, którą produkujemy, ale też inwestowanie w naturę, którą jako ludzkość zwykliśmy zaniedbywać. I na dodatek musimy pokładać wiarę w technologiach, których nie mamy jeszcze wystarczająco rozwiniętych.

Dzisiejsze wyzwania nie muszą być tymi przyszłymi. Na horyzoncie pojawiły się nie tylko technologie optymalizujące zużycie energii, ale i takie, które będą prowadzić do wzrostu zapotrzebowania na nią. I tak jedno zapytanie do ChataGPT zużywa 10x więcej energii niż wyszukiwanie w Google. Z tegorocznych szacunków Międzynarodowej Agencji Energii (IEA) wynika, że w 2022 r centra danych, kryptowaluty oraz raczkujące jeszcze wówczas AI odpowiadały za ok. 2 proc. globalnego zużycia energii. Agencja prognozuje, że w 2026 r. będą zużywały już dwukrotnie więcej prądu.

IEA szacuje, że 9 mld zapytań do ChataGPT zużywa tyle energii elektrycznej, co 1,5 mln unijnych gospodarstw domowych. Nieporównywalnie więcej pochłania ich szkolenie. To dlatego Google i Amazon ogłosiły niedawno umowy na bezpośredni zakup energii (PPA) z elektrowni jądrowych.

Nie ma transformacji bez inteligentnych sieci

Dwa wyzwania, o których wspomniałem na początku, zaspokajanie większego zapotrzebowanie na energię i konieczność wymiany jej źródeł na bardziej ekologiczne, siłą rzeczy muszą odbywać się równocześnie. To tym trudniejsze, że OZE są źródłem niestabilnym, zależnym w dużej mierze od warunków pogodowych, ich wydajność jest zatem niższa niż tradycyjnych elektrowni – z 1 MW mocy zainstalowanej uzyskuje się mniej energii niż w elektrowniach węglowych. Zrównoważenie każdego wyłączenia tradycyjnego bloku wymaga więc dużo większej mocy po stronie nowych OZE. Co więcej, elektrownie węglowe mogą wytwarzać energię w sposób ciągły, a farmy fotowoltaiczne czy wiatrowe nie.

Z niedawnego raportu Polskich Sieci Elektroenergetycznych (PSE) wynika, że obecny przebieg procesu zastępowania tradycyjnych siłowni przez OZE może nawet zagrażać bezpieczeństwu energetycznemu kraju.

Do problemów ze stabilnością sieci dochodzą coraz bardziej skomplikowane zachowania producentów i odbiorców energii. Sytuacja sieciowa staje się coraz bardziej zmienna, wymagając dokładniejszego planowania i wykorzystania coraz bardziej zaawansowanych algorytmów, w tym predykcyjnych.

Oznacza to, że transformacja energetyczna wymusza nie tylko inwestycje w produkcję energii, ale też rewolucyjne zmiany w działaniu istniejącej sieci energetycznej. Zapewnienie stabilności systemu wymaga zwiększenia możliwości magazynowania energii, wprowadzenia bardziej elastycznych usług, ale przede wszystkim rozwoju tzw. inteligentnej sieci – smart grid. Można je porównać do mocy niezbędnej do odkrycia św. Graala neutralności klimatycznej.

Smart grid to ogólne określenie sieci energetycznych, które optymalizują produkcję i dostawę energii elektrycznej. Przy czym robią to automatycznie. Pomagają dopasować podaż i popyt na energię elektryczną, rozwiązać pojawiające się problemy z napięciem w sieci, zmniejszyć ryzyko awarii i ograniczyć ich skutki oraz czas trwania. Docelowo inteligenta sieć ma sama „podejmować” w czasie rzeczywistym właściwe decyzje na podstawie analizy czynników zewnętrznych (np. pogodowych) oraz wewnętrznych (np. zmiany zapotrzebowania na energię czy napięcia w sieci). Jest to możliwe dzięki zastosowaniu nowoczesnych rozwiązań IT oraz urządzeń monitorujących stan określonych części sieci i potrafiących nią zarządzać. Wdrożenie tego typu rozwiązań jest korzystne dla wszystkich – wytwórców, dystrybutorów, sprzedawców i odbiorców energii. Pozwala bowiem na sprawniejszą integrację źródeł OZE, poprawę efektywności energetycznej, wzmocnienie pozycji konsumentów energii i ogólną optymalizację systemu elektroenergetycznego.

Co to oznacza w praktyce? Zmniejszenie emisji CO2, szybszą lokalizację miejsc uszkodzenia sieci czy skrócenie czasu usuwania awarii. Dzięki inwestycji w rozwój smart grid czas trwania przerw w dostawie energii w Enerdze Operator został skrócony aż o jedną trzecią w porównaniu z 2015 r.

Niezbędne megainwestycje

Sieci to kręgosłup systemu energetycznego. Od tego, czy udźwigną ciężar całego systemu, zależy sukces transformacji. Nie będzie ona łatwa. Z opublikowanego w listopadzie 2023 r. unijnego dokumentu European Grid Action Plan wynika, że do 2030 r. konsumpcja prądu w krajach UE ma wzrosnąć aż o 60 proc.

Równocześnie 40 proc. sieci energetycznych w krajach Wspólnoty ma ponad 40 lat. Bruksela szacuje, że do 2030 r. wydatki na modernizację i rozbudowę sieci, w tym wdrożenie rozwiązań smart grid – w całej Wspólnocie mogą pochłonąć 584 mld euro. To mniej więcej kwota, za którą można zbudować ok. 20 elektrowni atomowych, podobnych do planowanej w pomorskim Lubiatowie. Dlatego tak ważne jest poszukiwanie i wdrażanie rozwiązań, które zastąpią tradycyjne podejście do energetyki np. smart grid.