PEWNOŚĆ CZY NIEPEWNOŚĆ ZASILANIA W ENERGIĘ … · 2012-12-28 · Kolejne zmiany w strukturze...
Transcript of PEWNOŚĆ CZY NIEPEWNOŚĆ ZASILANIA W ENERGIĘ … · 2012-12-28 · Kolejne zmiany w strukturze...
*) Wykład zaprezentowany przez prof. Aleksandrę Rakowską w trakcie inauguracji roku akademickiego
2010/2011 w Politechniczne poznańskiej
PEWNOŚĆ CZY NIEPEWNOŚĆ ZASILANIA W ENERGIĘ ELEKTRYCZNĄ?*)
Prof. dr hab. inż. Aleksandra Rakowska
Katedra Elektroenergetyki
Politechnika Poznańska
1. Wprowadzenie
Pierwotnie tytuł wykładu miał brzmieć: „Czy grożą nam komunikaty o stopniach zasilania w
energię elektryczną?”, ale należało się obawiać, że osoby, które dziś rozpoczynają swoją wielką przy-
godę z uczelnią wyższą nie wiedziałyby, co kryje się w tym pytaniu. No – może skojarzyliby jakieś
sceny z filmów komediowych, których akcja rozgrywa się w latach sześćdziesiątych i siedemdziesią-
tych. Na szczęście młodzi ludzie nie muszą słuchać rano komunikatu radiowego o stopniu zasilania.
Informacja ta wówczas mogła świadczyć o tym, że duża część miasta będzie miała długie przerwy w
dostawie, jak to się mówi potocznie „prądu”, a niektóre zakłady przemysłowe będą musiały w danym
dniu … zrezygnować z produkcji, bo (zgodnie z określonym stopniem zasilania) obowiązywać je bę-
dzie całkowity lub częściowy zakaz użytkowania energii elektrycznej.
Dzisiaj bez energii elektrycznej nie można wyobrazić sobie życia normalnego i na poziomie od-
powiadającym naszym czasom! Chcemy zachować optymizm i wiedzieć, że możemy być pewni, iż
energia elektryczna będzie zawsze, gdy zechcemy oświetlić pomieszczenie, naładować telefon komór-
kowy, włączyć komputer, obejrzeć program telewizyjny, ale także, gdy zechcemy uruchomić maszynę
produkującą takie lub inne elementy. W ostatnich miesiącach, gdy wysokie temperatury towarzyszyły
nam w domu i w pracy – to bez energii elektrycznej – a więc uruchomionych klimatyzatorów czy po
prostu wentylatorów trudne było przeżycie jednego dnia. W takich chwilach szczególnie doceniamy
wartość i rolę energii elektrycznej.
Pomimo, że jako przeciętnego odbiorcę energii najbardziej interesuje nas to, co jest teraz, co doty-
czy nas bezpośrednio to, jako społeczność świadoma i odpowiedzialna za to, co będzie, musimy stra-
tegicznie przygotować się do wymagań stawianych w przyszłości. Należy przecież przewidzieć i za-
planować działania pozwalające na zachowanie pełnego optymizmu.
Czy jest prosta odpowiedź na pytanie zawarte w tytule wykładu? Czy powinniśmy być pesymi-
stami czy optymistami zastanawiając się nad pewnością zasilania w energię elektryczną? Aby zacho-
wać optymizm, myśląc o stanie krajowego systemu elektroenergetycznego, muszą być spełnione trzy
warunki:
wzrost zainstalowanej mocy wytwórczej energii elektrycznej,
dynamiczny rozwój i modernizacja sieci elektroenergetycznej na wszystkich poziomach napięcia,
uzyskanie społecznego poparcia lub chociażby akceptacji dla nowych inwestycji energetycznych.
Ze względu na fakt, że dotychczas nie opracowano skutecznej metody magazynowania energii
elektrycznej, ilość energii zużytej przez wszystkich odbiorców w danym systemie elektroenergetycz-
nym musi w każdej chwili odpowiadać energii wytworzonej we wszystkich źródłach przyłączonych
do tego systemu. Istnieje bowiem tylko bardzo ograniczona możliwość akumulacji tej energii w wod-
nych elektrowniach szczytowo-pompowych. Dlatego najważniejszym elementem w planowaniu pro-
dukcji energii elektrycznej jest analiza obciążeń dobowych. Wykresy obciążeń są zamieszczane na
bieżąco oraz archiwizowane na stronach PSE Operator S.A., co pozwala na zaplanowanie generowa-
nie odpowiedniej ilości energii elektrycznej. Na rysunku 1 pokazano krzywe obciążenia dobowego dla
dwóch dni w roku 2010. Maksymalne obciążenie zanotowano w dniu 26 stycznia 2010 roku (wtorek)
przy temperaturze -200C, a wynosiło ono 25448,90 MW. Natomiast druga krzywa obrazuje obciążenie
w dniu 25 lipca 2010 roku (niedziela) przy temperaturze około 200C, gdy maksymalne obciążenie
doszło do wartości 15406,10 MW. W tym miejscu warto dodać, że moc zainstalowana we wszystkich
polskich elektrowniach wynosi około 35 660 MW.
2
a) b)
Rys. 1. Przykładowe krzywe obciążenia dobowego: a) w dniu 26.01.2010,
b) w dniu 25.07.2010 [1]
Obowiązujące Prawo Energetyczne nakłada na przedsiębiorstwa zajmujące się przesyłaniem i dys-
trybucją energii elektrycznej, obowiązek utrzymywania zdolności urządzeń i sieci do realizacji dostaw
energii w sposób ciągły i niezawodny, przy zachowaniu obowiązujących wymagań jakościowych.
Przedsiębiorstwa energetyczne zapewniają ciągłość dostaw energii poprzez utrzymywanie odpowied-
nich rezerw mocy oraz odpowiedniej struktury i stanu sieci elektroenergetycznej.
2. Organizacja sektora elektroenergetycznego
Na temat historii rozwoju i przeobrażeń organizacji oraz firm odpowiedzialnych za wytworzenie i
doprowadzenie do odbiorcy energii elektrycznej można byłoby napisać obszerną rozprawę. Jednakże
sięgając do ostatnich lat należałoby chociaż przypomnieć, że poprzednio obowiązywała centralizacja i
zarządzanie elektroenergetyką przez 5 okręgów energetycznych. Przykładowo Zachodni Okręg Ener-
getyczny miał swoją siedzibę w Poznaniu na ul. Marcelińskiej 71. W roku 1989 w wyniku likwidacji
Okręgów Energetycznych powołano 33 samodzielne przedsiębiorstwa państwowe. W naszym regionie
był to Zakład Energetyczny Poznań, przekształcony nieco później w Energetykę Poznańską, a obecnie
jest częścią koncernu ENEA SA.
Bardzo ważnym momentem w organizacji elektroenergetyki polskiej było podzielenie jej w 1990
roku na trzy sektory: wytwarzania, przesyłu i dystrybucji, a także powołanie Polskich Sieci Elektroe-
nergetycznych SA, którym przekazano z zakładów energetycznych sieć przesyłową [2]. Rok 1990 był ważny dla polskiej elektroenergetyki także z innego powodu. W sierpniu tego roku
powołano Polskie Towarzystwo Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej. Głównym inicjatorem
powołania tego Towarzystwa był ówczesny prezes Zakładu Energetycznego Poznań, co ogólnopolskie
środowisko doceniło poprzez Jego wybór na pierwszego prezesa PTPiREE i zlokalizowanie biura
Towarzystwa w Poznaniu. Początkową rolą tej organizacji było konsolidowanie działania wszystkich
33 zakładów energetycznych. Obecnie Towarzystwo nadal zajmuje się szerokim spektrum zagadnień i
rozwiązuje problemy na rzecz energetyki zawodowej. W tym roku Towarzystwo świętowało dwudzie-
stolecie swej bogatej i bardzo użytecznej dla energetyki zawodowej działalności. Powstanie PTPiREE zainspirowało powołanie kolejnych stowarzyszeń. Tak więc nieco później
powstają: Towarzystwo Gospodarcze Polskie Elektrownie, Polskie Towarzystwo Elektrociepłowni
Zawodowych oraz Towarzystwo Elektrowni Wodnych.
Kolejne zmiany w strukturze polskiej elektroenergetyki przyniósł rok 1993, kiedy to w lipcu i
sierpniu na podstawie Zarządzenia Ministra Przemysłu i Handlu, zakłady energetyczne zostają prze-
kształcone w jednoosobowe spółki akcyjne Skarbu Państwa i wpisane do Rejestru Handlowego.
Przełom działania elektroenergetyki w naszym kraju związany jest z przyjęciem ustawy – Prawo
Energetyczne w dniu 10 kwietnia 1997 roku. Wśród wielu postanowień tej ustawy istotne było doko-
nanie rozdziału funkcji i przyznanie uprawnień:
właścicielskich – Ministrowi Skarbu Państwa (MSP);
strategicznych – Ministrowi Gospodarki (MG);
regulacyjnych – Urzędowi Regulacji Energetyki (URE).
3
Obecnie trwa proces prywatyzacji Spółek Dystrybucyjnych. Historycznie pierwsze sprywatyzowane
spółki to Górnośląski Zakład Elektroenergetyczny i STOEN (dawniej Stołeczny Zakład Energetycz-
ny).
Przygotowaniem do prywatyzacji elektroenergetyki stała się konsolidacja poszczególnych spółek
dystrybucyjnych. Największym koncernem w elektroenergetyce jest Polska Grupa Energetyczna PGE,
która obsługuje 5 milionów klientów, zatrudnia ponad 46 tysięcy pracowników i posiada 12,4 GW
zainstalowanej mocy wytwórczej. Koncern ten zgodnie z danymi Polskiej Agencji Informacji i Inwe-
stycji Zagranicznych opublikowanymi przez Rzeczpospolitą 9 września 2010 roku zajmuje 6 miejsce
w rankingu najlepszych firm Europy Środkowo-Wschodniej.
Rys.2. Obszary działania poszczególnych spółek i koncernów energetycznych [3]
W roku 2006 rozpoczęto realizację rządowego przedsięwzięcia pod nazwą „Program dla elektroe-
nergetyki”. Program ten obligował do wywiązania się z obowiązku rozdzielenia działalności dystrybu-
cji energii od jej sprzedaży, nałożonego na przedsiębiorstwa energetyczne przepisami Dyrektywy
2003/54/WE Parlamentu Europejskiego i Rady Europy z dnia 26 czerwca 2003 roku dotyczącej
wspólnych zasad rynku wewnętrznego, co doprowadziło do wydzielenia działalności operatorskiej od
działalności handlowej. Na obszarze Polski ustanowiony jest jeden operator przesyłowy (OSP) – PSE
Operator SA (który został wydzielony 1 lipca 2004 roku) i od połowy 2007 roku czternastu operato-
rów sieci dystrybucyjnej – OSD [2].
3. Wytwarzanie energii elektrycznej
Wytwarzanie energii elektrycznej jest efektem pracy różnych źródeł. Może to być:
elektrownia cieplna z kotłami opalanymi węglem, olejem lub gazem,
elektrownia z obiegiem gazowo-parowym,
elektrownia z turbiną gazową w cyklu otwartym,
elektrownia z obiegiem gazowo-parowym i zintegrowanym zgazowaniem węgla
elektrownia z silnikiem tłokowym zasilanym olejem lub gazem,
elektrownia z reaktorem jądrowym,
elektrownia zasilana biomasą,
elektrownia geotermalna,
4
elektrownia wiatrowa w lokalizacji lądowej,
elektrownia wiatrowa w lokalizacji morskiej,
elektrownia wodna,
elektrownia wodna pompowa,
elektrownia solarna (fotowoltaiczna),
elektrownia solarna (cieplna),
elektrownia pływowa/wykorzystująca energię falowania,
ogniwo paliwowe [4].
Zgodnie z danymi [5] za rok 2009 moc zainstalowana w polskich elektrowniach i produkcja ener-
gii elektrycznej była na poziomie przedstawionym w Tablicy 1. Bardzo trudne jest określenie aktual-
nie zainstalowanej mocy w źródłach odnawialnych, głównie w siłowniach wiatrowych. Ten sektor
wytwarzania rozwija się bardzo dynamicznie, jednakże należy pamiętać, że tylko w 25% zainstalowa-
ne możliwości wytwarzania mogą być wliczane do ogólnej mocy dostępnej w systemie elektroenerge-
tycznym [6]. Przykładowe wartości mocy zainstalowanej i prognozowanej dla źródeł odnawialnych
można przytoczyć na podstawie opracowania [7] – Tablica 2.
Tablica 1. Moc i produkcja energii elektrycznej w elektrowniach – dane na dzień 31.12.2009 [5]
Rodzaj elektrowni Moc zainstalowana
[MW]
Produkcja energii
[TWh]
zawodowe na węgiel kamienny 20 823,3 85 154,0
zawodowe na węgiel brunatny 8 985,0 50 953,0
zawodowe na inne paliwo (gaz) 904,3 4 683,0
zawodowe wodne 2 185,6 2 672,0
przemysłowe 1 888,8 6 679,0
małe elektrownie wodne
i źródła odnawialne 873,2 1 617,0
Razem 35 660,2 151 758,0
Tablica 2. Moc zainstalowana w wybranych, odnawialnych źródłach energii elektrycznej [7]
Źródła odnawialne
Moc zainstalowana w roku
[MW]
2008 2020 2030
biogaz 60,8 450 850
biomasa 231,9 800 1250
wiatr na lądzie 463 6 500 11 500
wiatr na morzu 0 3 000 5 500
Aktualnie przedsiębiorstwa energetyczne obowiązują zasady rynkowe i każdy nawet najmniejszy
odbiorca może kupić energię elektryczną od dowolnego wytwórcy, płacąc za usługę przesyłową. Jed-
nakże właśnie ze względu na gospodarkę rynkową żaden z operatorów nie ma wpływu na realizację i
podjęcie inicjatywy o budowie nowych inwestycji dla generacji energii.
Jak powiedziała Minister Hanna Trojanowska, podczas swojej wizyty w listopadzie 2009 roku na
Politechnice Poznańskiej: „Rozwój gospodarczy Polski będzie wymagał wzrostu zużycia energii elek-
trycznej. Zgodnie z projektem „Polityki energetycznej Polski do 2030 roku” produkcja energii elek-
trycznej netto powinna wzrosnąć z poziomu 128,7 TWh w 2010 do 201,8 TWh w 2030 roku, tj. o 57%.
Uzyskanie produkcji energii elektrycznej w ilości 201,8 TWh w 2030 roku po racjonalnych kosztach i
przy zachowaniu wymagań ochrony środowiska, w tym ochrony klimatu, będzie więc wymagało, obok
wysokosprawnych elektrowni węglowych, budowy również innych źródeł: odnawialnych, gazowych i
jądrowych. Aby taki wzrost mógł nastąpić, niezbędne jest współdziałanie wszystkich podsektorów wy-
twarzania. Realizacja tego ambitnego zadania nie będzie łatwa. Pytanie „Czy energetyka atomowa
stanowi zagrożenie dla energetyki węglowej w Polsce?” sugeruje występowanie relacji konkurencyj-
nych między energetyką atomową a węglową. Tymczasem konflikt taki faktycznie nie istnieje, a wręcz
konieczne jest współdziałanie wszystkich podsektorów wytwarzania”.
5
Zgodnie z prezentacją Pani Minister, na całym świecie w chwili obecnej pracuje 436 reaktorów
jądrowych – Tablica 3. Kolejne są w budowie. W Polsce zakłada się, że uruchomiony program rozwo-
ju energetyki jądrowej przyniesie w najbliższych latach pozytywne efekty i nastąpi uruchomienie
pierwszej elektrowni jądrowej.
Tablica 3. Reaktory jądrowe na świecie [8]
Region
Reaktory
działające
Reaktory
w budowie
moc
[GW]
liczba moc
[GW]
liczba
Europa 148 165 7 6
Azja 81 110 24 28
Rosja 22 31 6 8
Ameryka Płn. 114 124 1 1
Ameryka Płd. 3 4 1 1
Afryka 2 2 -
Razem 370 436 39 44
Analizując całkowite zużycie energii elektrycznej przypadające na jednego mieszkańca Polski w
roku 2007 na tle innych krajów Unii Europejskiej trzeba stwierdzić, że istnieje realna konieczność
wzrostu mocy zainstalowanej w źródłach wytwarzania energii elektrycznej. Obraz naszego kraju nie
jest optymistyczny, ponieważ wskaźnik zużycia energii bardzo często stosowany jest do porównania
stanu gospodarki poszczególnych państw. Z rysunku 3 wynika, że na mieszkańca Portugalii (kraju o
najmniejszym wskaźniku zużycia energii elektrycznej na mieszkańca „starej” UE) przypada ok. 35%
więcej energii elektrycznej niż na mieszkańca Polski. Także porównanie z państwami „nowych” kra-
jów członkowskich nie jest dla nas korzystne, ponieważ w takim zestawieniu zajmujemy trzecie miej-
sce od końca [9].
Rys.3. Całkowite zużycie energii elektrycznej przypadające na jednego mieszkańca
w roku 2007 na tle innych krajów Unii Europejskiej [9]
Zgodnie z „Polityką energetyczną Polski do 2030 roku” bezpieczeństwo energetyczne państwa
wymaga zapewnienia dostaw odpowiedniej ilości energii elektrycznej po rozsądnych cenach, przy
równoczesnym zachowaniu wymagań ochrony środowiska.
Co to jest bezpieczeństwo energetyczne kraju? Zgodnie z definicją – bezpieczeństwo elektroener-
getyczne kraju jest to taki stan jego gospodarki, który umożliwia pokrycie bieżącego i perspektywicz-
nego zapotrzebowania odbiorców na energię elektryczną w sposób technicznie i ekonomicznie uza-
sadniony, przy zachowaniu wymagań ochrony środowiska.
Ochrona klimatu, wraz z przyjętym przez Unię Europejską pakietem klimatyczno-energetycznym,
powoduje konieczność dokonania zmian w strukturze produkcji energii, to jest ograniczenia pracy
źródeł o wysokiej emisji CO2 na rzecz źródeł o niskiej emisji. Przyszłe zadania wymusiły sformuło-
6
wanie podstawowych kierunków polityki energetycznej Polski do 2030 roku. Postawione główne za-
dania to: poprawa efektywności energetycznej, wzrost bezpieczeństwa dostaw paliw i energii, dywer-
syfikacja struktury wytwarzania energii elektrycznej poprzez wprowadzenie energetyki jądrowej, roz-
wój wykorzystania odnawialnych źródeł energii, w tym biopaliw, rozwój konkurencyjnych rynków
paliw i energii oraz ograniczenie oddziaływania energetyki na środowisko.
Zgodnie z unijnym Pakietem Energetyczno-Ekologicznym ogłoszonym 23 stycznia 2008 roku,
skrótowo nazwanym „3x20”, należy doprowadzić do:
zredukowania emisji gazów cieplarnianych o co najmniej 20% w odniesieniu do poziomu z 1990
roku;
osiągnięcia 20% udziału energii odnawialnej oraz co najmniej 10% udziału biopaliw w całkowitym
zużyciu energii;
zmniejszenia zużycia energii pierwotnej o 20% w stosunku do poziomu zużycia bez działań osz-
czędnościowych [10].
W opinii większości ekspertów spełnienie tych wymagań może być zrealizowane tylko wtedy, gdy
w Polsce zdecydujemy się na budowę elektrowni jądrowej w możliwie jak najszybszym czasie. Bu-
dowa elektrowni jądrowych staje się więc dla polskiej elektroenergetyki koniecznością. W sektorze
wytwarzania energii elektrycznej, aby zapewnić wymaganą redukcję emisji CO2 najkorzystniejsze jest
zainwestowanie w energetykę jądrową, bo wykonane dla Polski analizy wskazują, że nie uda się za-
pewnić pokrycia wzrastającego zapotrzebowania na energię elektryczną w Polsce w sposób racjonalny
bez uruchomienia elektrowni jądrowych.
Nie jesteśmy odosobnieni w planowaniu rozwoju energetyki jądrowej. Sektor energetyczny w
wielu państwach planuje rozwój tej dziedziny, a w niektórych przypadkach powrót do tego rodzaju
generacji energii – pomimo wcześniejszych deklaracji ograniczania produkcji nuklearnej. W Polsce
zakłada się, że uruchomiony program rozwoju energetyki jądrowej przyniesie w najbliższych latach
pozytywne efekty i nastąpi uruchomienie pierwszej tego typu elektrowni po roku 2020.
W ramach programu Polskiej Energetyki Jądrowej obecne działania skierowane są na opracowa-
nie regulacji prawnych, stworzenie struktury organizacyjnej i kompetencyjnej, budowę systemu szko-
lenia kadr dla potrzeb energetyki jądrowej, a także rozwój współpracy międzynarodowej. Realizacją
tych zadań jest zapewnienie wykwalifikowanych kadr poprzez kształcenie studentów w polskich
uczelniach technicznych na kierunkach lub specjalnościach związanych z energetyką jądrową, a także
dokształcanie kadry akademickiej. W działaniu tym bierze udział również Politechnika Poznańska.
Dzięki zastosowanym w elektrowniach jądrowych rozwiązaniom technicznym, podczas normalnej
eksploatacji elektrownia jądrowa nie powoduje zagrożenia promieniowaniem dla jej personelu, a tym
bardziej dla ludności i środowiska. Rolą państwa jest stworzenie ram prawnych i organizacyjnych dla
skutecznego wdrożenia zasad bezpieczeństwa, w tym utworzenie niezależnego organu państwowego
dozoru bezpieczeństwa jądrowego i zapewnienie trwałości jego działania [11]. W celu podniesienia
bezpieczeństwa przewiduje się wykształcenie odpowiednich i wyspecjalizowanych kadr dla potrzeb
energetyki jądrowej odpowiedzialnej za produkcję. Ponadto, zakłada się przygotowanie rozwiązań
cyklu paliwowego, zapewniających Polsce trwały i bezpieczny dostęp do paliwa jądrowego, jak rów-
nież recyklingu wypalonego paliwa [12].
Planowane jest powołanie Narodowego Centrum Badań Jądrowych (w oparciu o Instytut Proble-
mów Jądrowych w Świerku), które będzie stanowiło zaplecze techniczne i naukowo-badawcze pol-
skiej energetyki jądrowej.
Natomiast do zadań przyszłego inwestora, którym prawdopodobnie będzie PGE SA, należy anali-
za raportów opracowanych przez wyłonione wcześniej grupy robocze oraz wykonanie analizy długo-
terminowych prognoz rozwoju źródeł wytwórczych, a także wybór lokalizacji elektrowni i zaplano-
wanie koniecznych inwestycji towarzyszących. Warunkiem koniecznym jest zapewnienie bezpieczne-
go wykorzystania energii atomowej, ochrona środowiska, a także przygotowanie i dokonanie rozbu-
dowy krajowego systemu przesyłowego. Obecnie zgłoszono aż 27 propozycji lokalizacji [12]. Na
liście tej poza Żarnowcem są także lokalizacje w Wielkopolsce.
Bardzo ważnym elementem pomyślnego rozwoju polskiej energetyki jądrowej są konsultacje spo-
łeczne i proces informowania społeczeństwa o przygotowaniach i realizacji programu. Obowiązki
informacyjne obecnie przejęła Polska Agencja Atomistyki, a w przyszłości – powołana Komisja Ba-
dań Jądrowych i Ochrony Radiologicznej. Przyjęto następujący harmonogram realizacji budowy elektrowni jądrowej:
7
etap I – do 3 grudnia 2010 roku – przyjęcie przez Radę Ministrów Programu Polskiej Energetyki
Jądrowej oraz wejście w życie niezbędnych uwarunkowań prawnych;
etap II – od 1 lipca 2011roku do 31 grudnia 2013 roku – ustalenie lokalizacji i zawarcie kontraktu
na budowę pierwszej elektrowni jądrowej;
etap III – od początku roku 2014 do 31 grudnia 2015 roku – wykonanie projektu technicznego oraz
uzyskanie wymaganych prawem uzgodnień [12].
Pierwsza elektrownia jądrowa o mocy 1600 MW może być oddana do eksploatacji dopiero po
2021 roku. W 2030 roku optymalny poziom mocy jądrowej w wariancie bazowym wyniesie ok. 7500
MW, a w wariancie efektywnościowym (alternatywnym) o niższym zapotrzebowaniu na energię ok.
4500 MW netto [8].
4. System elektroenergetyczny
Większość elektroenergetyków pamięta o dacie 18 października 1995 roku. W tym dniu bowiem
polski system elektroenergetyczny został zsynchronizowany z zachodnim systemem UCPTE, nazwa-
nym później UCTE – Unią ds. Koordynacji Przesyłu Energii Elektrycznej (Union for the Coordination
of Transmission of Electricity). Poprzednio system nasz łączony był w ramach organizacji CENTREL,
czyli powołanej w 1992 roku regionalnej grupy operatorów systemów przesyłowych z Polski, Czech,
Słowacji i Węgier po odłączeniu z systemu MIR.
Obecnie Krajowy System Elektroenergetyczny (KSE) pracuje w systemie europejskim z krajami
stowarzyszonymi w organizacji, która po wydzieleniu – zgodnie z dyrektywami unijnymi operatorów
sieci od 1 lipca 2009 roku nazywa się ENTSO-E (European Network of Transmission System Opera-
tors for Electricity) w miejsce poprzedniej UCTE.
System elektroenergetyczny stanowią stacje i linie. Stacje mogą być stacjami systemowymi, Głów-
nymi Punktami Zasilania (GPZ) lub stacjami SN/nn.
Z kolei linie elektroenergetyczne mogą być liniami napowietrznymi lub liniami kablowymi.
Wśród nich rozróżnia się dwa rodzaje linii w zależności od poziomu napięcia: linie transmisyjne
(przesyłowe) i dystrybucyjne (rozdzielcze). Konieczność ograniczenia strat oraz możliwości technicz-
ne przesyłu energii wymuszają projektowanie i budowę linii o zróżnicowanych napięciach:
do 1 kV (niskie napięcia – nn),
6 kV, 10 kV, 15 kV, 20 kV i rzadziej 30 kV (średnie napięcia – SN),
110 kV, 220 kV (wysokie napięcia – WN),
400 i 750 kV (najwyższe napięcia – NN).
W Polsce istnieje linia 750 kV o długości 114 km, która od wielu lat nie jest eksploatowana, jednakże
powracają co jakiś czas plany jej modernizacji i ponownego uruchomienia.
Linie najwyższych napięć pozwalają na przesył energii elektrycznej przy najmniejszych stratach i
stosowane są do przesyłu energii na duże odległości. Linie 110 kV służą natomiast do przesyłu energii
na odległości nie przekraczające kilkudziesięciu kilometrów, a linie średniego oraz niskiego napięcia
są liniami rozdzielczymi i eksploatowane są w sieci przy przesyle energii na stosunkowo niewielkie
odległości. Osobną grupę stanowią tzw. przyłącza, czyli odgałęzienia od linii magistralnych (główny
ciąg linii), doprowadzające energię bezpośrednio do odbiorcy.
W Tablicy 4 przedstawiono dane dotyczące długości eksploatowanych linii elektroenergetycznych
na różnych poziomach napięć. Należy jednak dodać, że dotyczy to jedynie sieci, których właścicielem
jest tzw. energetyka zawodowa. Jak dotychczas nie udało się zebrać kompletnych danych dotyczą-
cych sieci tzw. przemysłowej, czyli znajdującej się na terenie zakładów przemysłowych, elektrowni i
w sieci zarządzanej przez PKP Energetyka lub wojsko.
Tablica 4. Długość linii elektroenergetycznych eksploatowanych przez energetykę zawodową
– stan na koniec 2009 roku [5]
Poziom napięcia
Długość linii
napowietrznych
[km]
Długość linii
kablowych
[km]
linie wysokiego napięcia 45 578 116
linie średniego napięcia 234 202 66 309
linie niskiego napięcia 289 723 134 163
8
Razem 569 503 200 588
przyłącza 120 227 28 141
Rozmieszczenie linii, a szczególnie linii WN i NN nie jest równomierne na obszarze całego kraju.
Na rysunku 4 pokazano sieć linii przesyłowych 400 i 220 kV. Natomiast na Rysunku 5 zaznaczono
tereny szczególnie wymagające natychmiastowych inwestycji w rozbudowę sieci elektroenergetycz-
nej, a na rysunku 6 planowany rozwój krajowej sieci przesyłowej wraz z połączeniami z państwami
sąsiednimi.
Rys.4. Krajowa sieć przesyłowa – stan na 2009 r. [13]
Rys.5. Obszary szczególnie wymagające natychmiastowych inwestycji w rozbudowę sieci elektroener-
getycznej wg stanu na rok 2008 [14]
9
Rys.6. Planowany kształt krajowej sieci przesyłowej w roku 2030 [13]
W Polsce olbrzymia większość linii przesyłowych i dystrybucyjnych to linie napowietrzne. Alter-
natywą są linie kablowe, na których instalowanie zdecydowanie łatwiej nożna uzyskać społeczną ak-
ceptację. Na rysunku 7 pokazano pierwszą polską linię napowietrzną 400 kV oraz przekrój kabla z
pierwszej w Polsce linii kablowej 400 kV i dla porównania przekrój kabla 110 kV.
Rys. 7. Pierwsza polska linia napowietrzna 400 kV (rok bud.1962) oraz próbka kabla z pierwszej w Polsce linii
kablowej 400 kV z linii Pątnów II (producent Brugg Kabel AG); na zdjęciu dodatkowo próbka kabla 110 kV z
linii Jeżyce-Bema Poznań (producent TeleFonika Kable Zakład w Bydgoszczy)
Koszt budowy linii kablowej w porównaniu z kosztem budowy równoważnej linii napowietrznej
jest wyższy według aktualnych cen. Jednakże inwestor decydując się, na linię kablową zapewnia
przedsiębiorstwu eksploatującemu tę linię mniejszy koszt jej eksploatacji, a także znacząco wyższą
odporność linii na działanie czynników klimatycznych.
Pewne zjawiska i wynikające z nich zagrożenia dla linii elektroenergetycznych są określone w od-
powiednich normach (zarówno krajowych jak i europejskich), jednak niektóre z nich są nieprzewidy-
walne np. wiosenna awaria w okolicach Szczecina [15] (2008 rok) lub zimowa awaria na południu
10
Polski (2010 rok). Na rysunku 8 pokazano przykłady oblodzenia przewodów linii średniego napięcia i
uszkodzenia słupów podczas ataku zimy w styczniu 2010 roku.
Rys. 8. Oblodzenie przewodów linii napowietrznej 15 kV – Małopolska styczeń 2010 rok [16]
W wyniku nadmiernego obciążenia elementów sieci elektroenergetycznej osadami śniegowo – lo-
dowymi z reguły następuje zerwanie przewodów i łamanie fragmentów lub całych konstrukcji wspor-
czych czyli słupów. Także w okresie letnim, w przypadku wystąpienia upałów, może nastąpić nad-
mierne wydłużenie się przewodów i np. dotknięcie do obiektów znajdujących się w pobliżu linii na-
powietrznej. Warto dodać, że długotrwałe upały ograniczają dodatkowo rezerwy wytwórcze. Zaczyna
bowiem brakować wody do chłodzenia bloków energetycznych i elektrownie są zmuszone ograniczać
jej wytwarzanie. Tak więc podczas upałów problemem są nie tylko wydłużające się przewody w li-
niach napowietrznych, na których trzeba zmniejszać moc by ograniczyć to zjawisko. Awarie mogą
być także spowodowane huraganami lub powodziami. Uszkodzenia linii prowadzą do zakłóceń w
przesyle i rozdziale energii elektrycznej, a w dalszej konsekwencji do awarii systemowych lokalnych
lub na większym obszarze.
Aby zapewnić niezawodność zasilania w energię elektryczną konieczny jest rozwój sieci elektroe-
nergetycznej na wszystkich poziomach napięcia. Często jednak lokalne społeczności, chociaż same
11
wymagają dostarczenia coraz znaczniejszych mocy energii, ostro i gwałtownie protestują przeciwko
budowaniu nowych lub rozbudowywaniu istniejących linii napowietrznych w pobliżu osiedli miesz-
kaniowych.
Presja społeczna przeciwko budowaniu nowych napowietrznych linii energetycznych, poza wzra-
stającą znacznie ceną koniecznych do ich montażu gruntów, będzie coraz ważniejszym czynnikiem
wpływającym na decyzję inwestora i projektanta nowych linii elektroenergetycznych. W coraz więk-
szej liczbie rozwiązań nowych linii elektroenergetycznych wysokich i najwyższych napięć jedyne
akceptowalne rozwiązanie to linia kablowa.
Przykładem linii, której oddanie do eksploatacji zostało opóźnione o lat kilkanaście przez protesty
społeczne, jest wielotorowa linia napowietrzna 400 i 220 kV Ostrów Wlkp. – Plewiska, gdzie między
innymi w okolicach miejscowości Kamionki pod Poznaniem [17] do dzisiaj nie zakończono niektó-
rych postępowań cywilno-prawnych.
Protesty przeciwko budowaniu linii napowietrznych mają swoje źródło nie tylko w odczuciach es-
tetycznych, czyli nieakceptowaniu widoku linii w najbliższym otoczeniu miejsca zamieszkania, ale
przede wszystkim ze względu na wyolbrzymione, spodziewane zagrożenie działaniem pola elektrycz-
nego i magnetycznego wokół linii. Oddziaływanie na środowisko minimalizuje się poprzez odpowied-
nią konfigurację przewodów roboczych stosując odpowiednie konstrukcje wsporcze czyli słupy [17].
Należy zwrócić uwagę, że polskie przepisy są bardzo restrykcyjne i ustanowione dopuszczalne po-
ziomy są ostre, a wszystkie budowane linie elektroenergetyczne muszą te wymagania spełniać.
W 2009 roku w Instytucie Elektroenergetyki na zlecenie Urzędu Miasta przeprowadzono wyryw-
kowe badania pola magnetycznego i elektrycznego pod wysokonapięciowymi liniami napowietrznymi
na terenie miasta. We wszystkich przypadkach zmierzone wartości były zdecydowanie poniżej warto-
ści dopuszczalnych dla danych warunków.
Warunkiem rozwoju sieci elektroenergetycznej konieczne jest nie tylko uzyskanie akceptacji spo-
łecznej, ale dla inwestorów wskazana byłaby także zmiana obowiązującego prawa miedzy innymi w
zakresie: prawa budowlanego, planowania przestrzennego oraz ustawy o gospodarowaniu nierucho-
mościami. Przykładowo, w świetle obowiązujących przepisów, przejście z linią napowietrzną przez
tereny leśne stwarza bardzo poważne problemy.
5. Podsumowanie
Obecnie poziom bezpieczeństwa elektroenergetycznego w naszym kraju jest jeszcze wystarczają-
cy, ale w przyszłości w związku z prognozowanym wzrostem zapotrzebowania na energię elektryczną,
nieuchronnie starzejącym się majątkiem trwałym w sektorze elektroenergetycznym oraz surowymi
wymogami ochrony środowiska może on ulec znacznemu obniżeniu. Aby zapewnić bezpieczeństwo
elektroenergetyczne w latach następnych koniczne jest podjęcie wielu działań. Działania te powinny
między innymi obejmować: budowę nowych źródeł wytwarzania, rozbudowę i modernizację sieci
przesyłowej oraz sieci dystrybucyjnej, a także przyjęcie rozwiązań prawnych dotyczących inwestycji
infrastrukturalnych mających na celu likwidację barier ich rozwoju – wymaganego przez wzrost zapo-
trzebowania na energię elektryczną [6].
Prognozy bilansu energetycznego są:
optymistyczne, jeżeli wszystkie zawarte w programach rozwoju z roku 2006 i 2009 projektowane
inwestycje w źródła konwencjonalne i odnawialne zostaną zrealizowane;
pesymistyczne, jeżeli zostaną zrealizowane tylko inwestycje energetyczne już rozpoczęte (blok 858
MW w Elektrowni Bełchatów i 3 bloki konwencjonalne w innych elektrowniach) [6].
PSE Operator nie ma narzędzi pozwalających zweryfikować deklaracje inwestorów w zakresie
budowy nowych źródeł wytwarzania energii elektrycznej i to zarówno pod względem realności pla-
nowanych inwestycji, jak i terminów realizacji. Należy obawiać się, że wiele deklarowanych inwesty-
cji ma opóźnienia, a inne nie będą w ogóle realizowane.
Dodatkowo trudno potencjalnym inwestorom podejmować decyzje inwestycyjne na podstawie
analizy ekonomicznej, ponieważ należy uwzględnić także pokrywanie kosztów związanych z emisją
CO2, a w tym zakresie nadal nie są znane szczegóły.
Należy także pamiętać, że inwestycja w źródła odnawialne (głównie wiatrowe), nie przekłada się
na faktyczny wzrost mocy dostępnej dla Operatora Sieci Przesyłowej, ponieważ przyjmuje się że tylko
25% mocy zainstalowanej może być uwzględniane w planowaniu strategicznym.
12
Działania OSP w przypadku zagrożenia brakiem mocy dyspozycyjnej przewidują postępowanie
prewencyjne czyli ograniczenia w dostarczaniu i poborze energii elektrycznej wg opracowanego i
ciągle aktualizowanego planu ograniczeń. Plan ten jest uzgodniony z Urzędem Regulacji Energii i
przewiduje stopnie zasilania 11-20. Ograniczenia w tym trybie są określone w odpowiednim Rozpo-
rządzeniu Rady Ministrów [6].
W latach 2010 – 2012 zakłada się brak zagrożenia pracy systemu elektroenergetycznego, przy wy-
starczalności maksymalnego wykorzystania elektrowni szczytowo-pompowych. Natomiast już w la-
tach 2015 – 2016 jako wynik dyrektyw ograniczających dopuszczalne poziomy emisji siarki i azotu
może wystąpić już zagrożenie bezpieczeństwa energetycznego systemu. Niektóre źródła wytwórcze
mogą, bowiem emitować CO2 znacznie powyżej normy, co spowoduje wyraźny wzrost kosztów ener-
gii [6].
Rozwiązaniem jest import z państw sąsiednich przy pomocy połączeń synchronicznych z Niemca-
mi, Czechami, Słowacją lub połączeń asynchronicznych, korzystających z połączenia prądem stałym –
przykładem jest linia kablowa prądu stałego SwePol Link pomiędzy Polską i Szwecją – rysunek 9.
Planowana możliwość importu energii elektrycznej w roku 2016 to ok. 3 000 MW [6].
Rys. 9. Połączenia transgraniczne Polski z krajami sąsiednimi [18]
W Polsce nie ma warunków na budowę nowych elektrowni wodnych o znaczących mocach zain-
stalowanych, gdyż moc elektrowni wodnej jest wprost proporcjonalna do różnicy poziomów wody i
ilości przepływającej wody przez turbiny. Także polskie warunki słoneczne nie pozwalają na budowę
znaczących źródeł wytwórczych. Jak pokazały szczegółowe analizy nie należy spodziewać się dyna-
micznego rozwoju energetyki geotermalnej. Przyszłością w rozwoju sektora wytwórczego mogą być
elektrownie biogazowe i oparte na biomasie, ale przede wszystkim należy skierować zainteresowanie
na energetykę jądrową.
13
Pod patronatem Ministerstwa Gospodarki uruchomiono portal http://elektrownia-jadrowa.pl, na
którym zgromadzono szerokie informacje dotyczące planowanego rozwoju polskiej energetyki jądro-
wej. Zanotowano, że społeczna akceptacja energetyki jądrowej silnie wzrosła w ostatnich latach, w
porównaniu do lat poprzednich [19]. Jednakże awaria w Japonii po trzęsieniu ziemi elektrowni ato-
mowej Fukushima i skażenie środowiska mocno to poparcie może zachwiać. Dramatyczną sytuację
energetyki japońskiej autorka odczuła szczególnie mocno, ponieważ 4 dni przed trzęsieniem ziemi w
bieżącym roku opuściła Tokio, a podczas pobytu w stolicy Japonii poznawała między innymi zalety i
rozwój energetyki jądrowej w tym kraju…
Po spadku w latach dziewięćdziesiątych zużycia energii elektrycznej w Polsce, następuje powolny
wzrost i należy się spodziewać, że może doprowadzić to po roku 2015 do zagrożenia bezpieczeństwa
energetycznego w kraju i niestety realne może być wówczas wprowadzenie wspomnianych we wstę-
pie … stopni zasilania [6].
Literatura
[1] www.pse-operator.pl
[2] Begier P., Pomorska B., Zmiany struktury organizacyjnej polskiej elektroenergetyki w
ostatnich 20 latach, Energia Elektryczna, Nr 8/2010, Wydawnictwo PTPiREE, ISSN
1897-3833
[3] Materiały informacyjne PTPiREE, 2010 r.
[4] Malko J., Racjonalne przesłanki dywersyfikacji źródeł energii elektrycznej, Konf. Po-
trzeby i uwarunkowania budowy elektrowni jądrowych w Polsce, PTPiREE, Poznań, 13
maja 2008 r.
[5] 2010 Energetyka, Fakty i liczby, PTPiREE, sierpień 2010 r.
[6] Andruszkiewicz J., Jeżyński Ł. Ocena wystarczalności generacji energii elektrycznej w
Krajowym Systemie Elektroenergetycznym, Konf. Blackout a krajowy system elektroe-
nergetyczny, Politechnika Poznańska, Instytut Elektroenergetyki, Poznań, czerwiec 2010
r., Miesięcznik Energetyka, Zeszyt tematyczny nr XX, czerwiec 2010 r.
[7] Stryjecki M., Prognoza rozwoju rynku energetyki odnawialnej do roku 2020, Elektroe-
nergetyka, współczesność i rozwój, Wydawnictwo PSE Operator SA, Nr 1 (3), 2010 r.
[8] Trojanowska H., Energetyka jądrowa, listopad 2009, seminarium, Politechnika Poznań-
ska
[9] Kuczyński Sz., Jako stoimy energetycznie?, „Energia Gigawat” - marzec 2010 r.
[10] Duda M., Potrzeba rozwoju energetyki jądrowej w Polsce, Konferencja Potrzeba i uwa-
runkowania budowy elektrowni jądrowych w Polsce, PTPiREE, Poznań, 19 maja 2008 r.
[11] Hajdrowski K., W Polsce potrzeba elektrowni jądrowej, Podsumowanie Konferencji Po-
trzeba i uwarunkowania budowy elektrowni jądrowych w Polsce, www.iea.cyf.gov.pl, 2010
[12] Materiały Światowego Zjazdu Inżynierów Polskich, Sesja Energetyka Jądrowa, Warszawa
8.wrzesień 2010 r.,
[13] Węgliński J., Tarwacki T., Planowanie rozwoju sieci przesyłowej i dystrybucyjnej 110
kV, Elektroenergetyka, współczesność i rozwój, Wydawnictwo PSE Operator SA, Nr 2,
2009 r.
[14] Skomudek W., Potrzeby inwestycyjne infrastruktury sieciowej, Konf. Potrzeba rozwoju
elektroenergetycznej infrastruktury sieciowej, uwarunkowania prawne i środowiskowe,
PTPiREE, Poznań, 19 maja 2008 r.
[15] Rakowska A., Grzybowski A., Stiller J., Ekspertyza dotycząca awarii systemowej 8
kwietnia 2008 r. w rejonie Szczecina, dla ENEA Operator, Opracowanie Instytutu Elek-
troenergetyki PP, wrzesień 2008 r.
[16] Rogóż M., Prezentacja: Zima 2010, RD Krowodrza, PE Skała Wola Kalinowska, w
dniach 16-17 stycznia 2010 r.
[17] Rakowska A., Grzybowski A., Siodła K., Stiller J., Opracowania Instytutu Elektroenerge-
tyki PP na zlecenie Polskie Sieci Elektroenergetyczne S.A., 2005, 2007, 2008
[18] http://www.cire.pl
[19] http://elektrownia-jadrowa.pl
14