Produkcja energii pierwotnej w Polsce oparta jest w większości o paliwa kopalne. Stanowią one dziewiąte co do wielkości największe złoża na świecie. Najważniejszym źródłem, które od lat jest na pierwszym miejscu w wykorzystaniu jest węgiel kamienny i brunatny, odpowiadający za bez mała 56% zapotrzebowania. Udział ropy naftowej również jest istotny – wynosi bowiem blisko 25%. W Polsce intensywnie rozwija się również sektor odnawialnych źródeł energii. Jak wynika z danych określonych w celach polityki energetycznej Polski, udział OZE w finalnym zużyciu energii ma wzrosnąć w 2020 roku do poziomu 15,5 pp, tj. dla energii elektrycznej poziom ma plasować się na 19,3 %, z kolei sektor ciepłownictwa i chłodnictwa to 17%, a dla paliw transportowych 10,2%. Według danych podanych przez rząd Rzeczypospolitej Polskiej zużycie energii pierwotnej w latach 2010–2020 będzie rosło w średnim tempie 1,5% rocznie, z kolei wykorzystanie źródeł odnawialnych energii w tych samych latach powinno osiągnąć 12%.
Zgodnie z Dyrektywą 2009/28/WE państwa członkowskie UE mają obowiązek zwiększać udział energii ze źródeł odnawialnych w całkowitym zużyciu energii oraz co ważne w sektorze transportowym, który defacto generuje większą część emisji szkodliwych związków. Dlatego też dla większości krajów UE, w tym również Polski, ogólny bilans zużycia energii i emisji CO2 do atmosfery, stał się priorytetem do zmian w nadchodzących latach. Dynamiczny wzrost gospodarczy w ostatnich 10 latach, rosnąca liczba podmiotów gospodarczych oraz rynek wewnętrzny liczący ponad 38 milionów mieszkańców, jasno obrazują wzrost zapotrzebowania na energię.
Wykres 6. Wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną w Polsce.
Jak wynika z raportu przygotowanego przez Agencję Rynku Energii zrealizowanego na zlecenie Ministerstwa Gospodarki, zapotrzebowanie na energię elektryczną w Polsce wzrośnie w 2030 r. do 217,4 TWh. Zestawiając to z latami ubiegłymi widać znaczący wzrost, co oznacza konieczność inwestowania w nowe moce wytwórcze.
Energetyka wiatrowa
Na czołowym miejscu wśród odnawialnych źródeł energii w Polsce plasuje się energetyka wiatrowa. Według danych Urzędu Regulacji Energetyki na koniec września 2012 roku, elektrownie wiatrowe wytwarzały łącznie 2 496,748 MW mocy, jednak na koniec 2015 roku moc generowana z elektrowni wiatrowych wzrosła niemal dwukrotnie do 4 582,036 MW.
Energetyka wiatrowa stanowi obecnie 57,6% wszystkich źródeł energii elektrycznej o pochodzeniu odnawialnym. Na pierwszym miejscu wśród odnawialnych źródeł energii znalazła się już w 2009 roku. Najwięcej farm wiatrowych zlokalizowanych jest w północno-zachodnich obszarach Polski. Liderem jest województwo zachodniopomorskie, kolejne miejsca zajmują województwa wielkopolskie i pomorskie. Całościowe zestawienie ilości elektrowni wiatrowych w województwach zostało zaprezentowane w tabeli poniżej.
Tabela 5. Moc elektrowni wiatrowych w Polsce.
Warto zauważyć, że Polska to kraj o sprzyjających warunkach klimatycznych, poziom wietrzności praktycznie na terenie całego kraju jest korzystny. Jak widać na mapie wietrzności, większa część kraju jest zaznaczona kolorem niebieskim, co oznacza, iż poziom wietrzności jest bardzo korzystny lub korzystny.
Rysunek 1. Mapa wietrzności Polski.
Potencjał techniczny energii wiatru wiąże się przede wszystkim z przestrzennym rozmieszczeniem terenów otwartych (o niskiej szorstkości podłoża i bez obiektów zaburzających przepływ powietrza). Takie tereny to w przeważającej mierze obszary użytków rolnych, które stanowią obecnie ok. 59% powierzchni kraju (ok. 18 mln ha). Zgodnie z prognozami zmian w strukturze użytkowania terenu do 2020 r. nie przewiduje się znaczących modyfikacji ograniczających tę powierzchnię (możliwe ograniczenia stanowią ok. 1%). Przy obecnych możliwościach technologii energetyki wiatrowej przyjmuje się, że możliwe jest efektywne technicznie zagospodarowanie obszarów o prędkościach wiatru powyżej 5 m/s oraz gęstości energii powyżej 200 W/m2 (na wysokości 50 m nad poziomem gruntu). Jak wskazują dostępne źródła informacji o warunkach klimatycznych na terenie Polski oraz przeprowadzone analizy przestrzenne, warunki takie występują nawet na 80% użytków rolnych.
Zgodnie z raportem „Energetyka wiatrowa – stan aktualny i perspektywy” opracowanym przez Instytut Energetyki Odnawialnej (IEO) realny potencjał rynkowy energetyki wiatrowej w Polsce do roku 2020 wynosi obecnie ok. 11,5 GW lądowej energetyki wiatrowej, oraz 1,5 GW morskiej energetyki wiatrowej.
Pionowe siłownie wiatrowe
W Polsce, podobnie jak w całej Europie, występują turbiny wiatrowe o pionowej i poziomej osi obrotu pozwalające na pracę w zakresie prędkości wiatru od 3 do 20 m/s. Ze względu na duże amplitudy prędkości wiatru istnieje zapotrzebowanie na technologie umożliwiające rozpoczęcie pracy siłowni wiatrowej (generowania energii elektrycznej) już przy prędkości wiatru na poziomie 2 m/s oraz jej kontynuowanie nawet przy prędkości wiatru ponad 50 m/s. Z tego względu w Polsce powstał pierwszy na świecie i wysoce innowacyjny projekt pionowych turbin wiatrowych. Te nowatorskie siłownie zostały zaprojektowane przez wybitnych polskich inżynierów we współpracy z krajowymi ekspertami firmy Green Vertical Turbin Sp. z o.o., która jest właścicielem technologii. Co więcej, projekt ten jest nieustannie rozwijany we współpracy z firmami zrzeszonymi w Klastrze Green Energy, co daje możliwość ciągłego rozwoju projektu przez ekspertów z całej Europy.
Wspominane siłownie charakteryzują się wysoką wydajnością – do 70%, co zapewnia korzystną relację ceny do efektów pracy siłowni i znacząco zmniejsza koszty energii elektrycznej. Jednocześnie, ze względu na modularność konstrukcji, siłownie zapewniają elastyczne dostosowanie mocy do potrzeb użytkowników – segmenty turbiny można konfigurować w jedno lub wielomodułowe kolumny oraz trójkolumnowe wieże, otrzymując siłownie odpowiednie zarówno do zastosowań prosumenckich, jak i dla energetyki przemysłowej. Co więcej, dzięki unikalnej konstrukcji, siłownie mogą być lokalizowane blisko siebie bez występowania zjawiska wzajemnego pozbawiania się energii przez turbiny. Ma to szczególnie duże znaczenie dla budowy farm wiatrowych, gdyż pozwala zwiększyć gęstość rozmieszczenia siłowni i dzięki temu obniżyć koszt gruntu oraz niezbędnej infrastruktury towarzyszącej.
Pojedynczy segment może generować z kinetycznej energii wiatru 200W przy wietrze 1.5m/s i 20000W przy wietrze 30m/s. Oczywiście są to wyniki chwilowe, gdyż moc zmienia się zależnie od prędkości wiatru, która nie jest stała. Waga takiego segmentu, o wymiarach około 3,2 metry szerokości na 3 metry wysokości, wynosi 5,2 tony. Segmenty mogą być łączone w wieże i umieszczane w dowolnym miejscu. Są bezszelestne i przyjazne środowisku naturalnemu oraz ludziom.
Mocną stroną tych nowatorskich siłowni jest również ich odporność na niekorzystne warunki wietrzności oraz stabilność pracy przy niestabilnych warunkach wietrzności. Szeroki zakres produkcyjnej prędkości wiatru (od 0,5 do 60 m/s), niezależność od kierunku wiatru i odporność na zakłócenia przepływu powietrza zapewniają możliwość instalacji siłowni na obszarach, gdzie wykorzystywanie tradycyjnych turbin wiatrowych jest niemożliwe lub utrudnione ze względu na zbyt słabe lub zbyt silne porywy wiatru. Ponadto, zastosowanie w pionowej siłowni inteligentnego systemu zarządzania energią zintegrowanego z magazynem energii pozwala na gromadzenie nadwyżek energii i jej automatyczne wykorzystywanie do podtrzymywania i stabilizowania pracy turbin w niekorzystnych warunkach wietrzności.
Modułowe pionowe siłownie wiatrowe, dzięki swoim walorom konstrukcyjnym, są w pełni neutralne dla środowiska naturalnego: bezemisyjne (nie generują drgań i hałasu) oraz bezpieczne dla ptaków i nietoperzy. W efekcie gwarantuje to możliwość lokalizacji tych siłowni wszędzie tam, gdzie nie mogą być zastosowane zwykłe poziome i pionowe turbiny wiatrowe, czyli zarówno na terenach zabudowanych, osiedlach mieszkaniowych, obszarach przemysłowych, jak i na obszarach wrażliwych środowiskowo. Jednocześnie, dzięki tym zaletom, instalacja siłowni prowadzona jest według uproszczonej procedury uzyskiwania pozwoleń środowiskowych, co powoduje znaczne skrócenie procesu inwestycyjnego oraz zmniejszenie związanych z nim kosztów.
Siłownie wiatrowe są dostępne w dwóch wersjach konstrukcyjnych – stalowej i aluminiowej, dzięki czemu zapewniają możliwość instalacji turbiny w sąsiedztwie lub na istniejących obiektach budowlanych (dachach budynków, słupach, istniejących konstrukcjach masztów), a także offshore i na statkach morskich, co w przypadku turbin tradycyjnych jest bardzo ograniczone. Dotychczas turbiny wiatrowe o pionowej osi obrotu były wykorzystywane jedynie w zastosowaniach prosumenckich. Dzięki zaletom tej technologii ta sytuacja nie tylko szybko ulegnie zmianie, ale wręcz może spowodować rewolucję energetyki przemysłowej. Inwestując i wykorzystując technologię pionowych turbin wiatrowych polskich inżynierów, w niedalekiej przyszłości możemy spodziewać się znacznego zwiększenia udziału energii uzyskiwanej z OZE w ogólnym bilansie energetycznym kraju.
Energetyka słoneczna
Pozyskiwanie energii z promieniowania słonecznego również znacznie rozwinęło się przez ostatnie lata w Polsce, w tym obszarze dokonano największego skoku procentowego na przełomie lat 2013 i 2015.
Źródło: opracowanie własne na podstawie danych URE
Elektrownie fotowoltaiczne w Polsce w roku 2015 wytwarzały 71,031 MW. Należy zwrócić uwagę na fakt, iż w roku 2009 poziom wytwarzanej energii wynosił jedynie 0,001 MW, a w roku 2010 wzrósł do 0,033 MW. Następne lata również dawały nieznaczną poprawę, bowiem w 2011 to zaledwie 1,125 MW, w 2012 r. 1,290 MW, a w roku 2013 1,901 MW. Znaczący wzrost można zauważyć dopiero w roku 2014, gdzie wskutek wzmożonych inwestycji istotnie wzrosła liczba i moc zainstalowanych farm fotowoltaicznych osiągając na koniec roku skok do bez mała 20 000 MW. Rok 2015 to kolosalny rozwój inwestycyjny. W stosunku do roku ubiegłego zanotowano prawie 4-krotny wzrost zainstalowanej mocy, bowiem aż do 71,031 MW. Bardzo istotną rolę odegrały programy wsparcia na instalacje prosumenckie.
Bilans nasłonecznienia Polski wypada korzystnie. Mapa nasłonecznienia pokazuje, że Polska na tle innych państw Europy centralnej i północnej ma najwyższe współczynniki. Mniejsza ilość energii słonecznej notowana jest w Niemczech, Wielkiej Brytanii i krajach północnych. Poziom nasłonecznienia w Polsce jest równomierny i średnio wynosi około 1000 kW/m2. Nieco większe wartości to województwo lubelskie – max 1050 kW/m2. Najmniejsze nasłonecznienie przypada na województwo śląskie. Lokalnie lekko poniżej 1000 k W/m2.
Rysunek 2. Mapa nasłonecznienia Polski.
Pozytywnie wyglądają również statystki promieniowania słonecznego w skali roku, około 80% całkowitej rocznej sumy nasłonecznienia przypada na 6-7 miesięcy sezonu wiosenno-letniego. Te dane w ostatnich latach zostały dostrzeżone przez inwestorów, ale również przez osoby fizyczne, stąd taki kolosalny wzrost inwestycji w tym sektorze energetyki.
Elektrownie szytowo-pompowe
Obecnie jedyną stosowaną na szeroką skalę metodą magazynowania ogromnych ilości energii są elektrownie szczytowo-pompowe. Dzieje się tak ponieważ więcej energii pobierają z sieci niż do niej wprowadzają. W czasie, kiedy dostępna jest tania energia elektryczna, za pomocą pomp, woda ze zbiornika położonego niżej przepompowywana jest do zbiornika górnego. Energia elektryczna zamieniana jest wtedy na przyszłą energię kinetyczną do napędzania turbin elektrycznych. W czasach szczytowego zapotrzebowania na energię, woda ze zbiornika górnego spuszczana jest do dolnego, wtedy turbozespoły z trybu pracy silnik–pompa przechodzą w tryb turbina–generator.
Moc elektrowni szczytowo-pompowej zależy od wielkości zbiorników wodnych oraz różnicy poziomów między nimi. Zbiorniki mogą być naturalne lub sztuczne. Sprawność magazynowania energii elektrowni szczytowo-pompowych waha się w granicach od 65 do 85%. Oznacza to, że z każdych 10 kWh pobranych z systemu na pompowanie wody do góry odzyskuje się od 6,5 do 8,5 kWh w czasie, kiedy ta energia jest potrzebna. Jest to bardzo dobry wynik na tle innych technologii magazynowania energii. Koszty inwestycji budowy elektrowni szczytowo-pompowej są wprawdzie ogromne, jednak przy odpowiedniej różnicy cen energii elektrycznej między szczytem a najniższym poziomem zapotrzebowania na nią, inwestycja ma szansę być rentowna. Dla elektrowni cieplnych i atomowych to z kolei szansa na pracę ze stałym, najbardziej ekonomicznym obciążeniem. Największe straty w produkcji energii występują podczas przełączenia z trybu dużego zapotrzebowania na energię w dzień i małego zapotrzebowania w nocy
Ogromną zaletą tego rodzaju elektrowni jest szybkość jej uruchomienia – pełną moc osiąga już w ciągu kilku minut. Niewielkie są również koszty eksploatacyjne. Hydroenergetyka nie wydziela żadnych gazów cieplarnianych, zatem używanie elektrowni szczytowo – pompowych w niewielkim stopniu degraduje środowisko naturalne.
W Polsce istnieje kilka elektrowni szczytowo pompowych.
Do tych o największej mocy zaliczamy:
• Elektrownia Żarnowiec -716MW
• Elektrownia Porąbka-Żar -500MW
• Elektrownia Solina -172MW
• Elektrownia Żydowo -150MW
• Elektrownia Czorsztyn-Sromowce Wyżne -94,6MW
• Elektrownia Dychów – 9,3 MW
Wykorzystanie energetyki wiatrowej w energetyce szczytowo-pompowej
Odnawialne Źródła Energii w skutek niestabilnych warunków atmosferycznych, nie są w stanie dopasować się do chwilowego zapotrzebowania energetycznego sieci. Wydaje się, że ważniejszą sprawą od samej produkcji energii byłoby magazynowanie jej w czasach nadprodukcji i dystrybucja w momentach kiedy zapotrzebowanie jest zbyt duże lub produkcja zbyt mała.
Stworzenie systemu magazynowania energii zasilanego metodami OZE tworzyłoby łańcuch produkcji i dystrybucji mogący skutecznie konkurować z energetyką tradycyjną. Techniki produkcji energii ze źródeł odnawialnych są już na tyle rozwinięte, że zastosowanie ich w odpowiedniej skali mogłoby wyeliminować z rynku ropę i węgiel, a nawet energię atomową. Jest to wiec kwestia czasu, gdy zielona energia stanie się podstawowym źródłem energii na świecie. Można zauważyć postęp w magazynowaniu małych ilości energii elektrycznej. Rozwój i miniaturyzacja różnego rodzaju akumulatorów i baterii postępuje wprost wykładniczo. Niewiele jest jednak metod magazynowania i dystrybucji przemysłowych ilości energii.
Jedną z istniejących i sprawdzonych metod są elektrownie szczytowo-pompowe. Takie elektrownie składają się z dwóch zbiorników wodnych, górnego i dolnego, które są połączone potężnym systemem orurowania o dużym przekroju. Przy dolnym zbiorniku zamontowane są turbiny które działają też jako pompy. Sama produkcja energii polega w zasadzie na odzyskiwaniu grawitacyjnej energii spadającej rurami wody, za pomocą turbin elektrycznych. Te same turbiny kiedy nie produkują energii, tłoczą wodę z dolnego do górnego zbiornika korzystając z energii pobranej z sieci lub instalacji OZE. Jest to bardzo korzystne rozwiązanie ze względu na wydajność – elektrownia szczytowo-pompowa jest w stanie generować maksymalną moc już w kilka minut po włączeniu.
Elektrownie tego typu nie wymagają powolnego procesu zwiększania mocy przy dużym zapotrzebowaniu i wygaszania przy tak zwanej nizinie energetycznej. Proces podnoszenia i zmniejszania ilości energii w tradycyjnej energetyce jest bardzo kosztowny i zużywa duże ilości paliwa. Sam proces dostosowania ilości produkowanej energii do zapotrzebowania, generuje straty paliwa już na etapie produkcji. Elektrownie szczytowo-pompowe są w stanie wyrównywać dobową krzywą zapotrzebowania na energię elektryczną, działając jako wsparcie dla innych źródeł energii lub jako ich zastępstwo na wypadek awarii.
Budowa systemu energetycznego powinna zawierać plan przewidujący scenariusze nadwyżki i braku energii. Dlatego ważna jest dywersyfikacja źródeł energii tak by system mógł poradzić sobie nawet w ekstremalnych warunkach. Połączenie produkcji energii za pomocą ekologicznych metod i magazynowania wyprodukowanej energii jest receptą na sukces.
Istniejące w Polsce elektrownie szczytowo-pompowe można w łatwy sposób przekształcić w elektrownie zasilane przez Pionowe Siłownie Wiatrowe. Największą elektrownią tego typu jest elektrownia w Żarnowcu czyli obiekt mający pełnić rolę wparcia dla nigdy nie powstałej elektrowni jądrowej. Przy podwyższeniu górnego zbiornika o 15 metrów, możliwe jest uzyskanie mocy dziennej od 400 do 500 MW. Po modernizacji systemu pompowego napełnienie nowego górnego zbiornika pochłaniało by około 300 MW. Modernizacja tego obiektu jest wskazana do poprawnego funkcjonowania i zwiększenia wydajności energetycznej. Nowy obiekt byłby zasilany za pomocą źródeł OZE przez Pionowe Siłownie Wiatrowe. Elektrownia Żarnowiecka umieszczona jest przy długiej wąskiej zatoce Bałtyku. Jest to teren o wysokiej i stałej wietrzności, idealnej dla energetyki wiatrowej. Jako że siłownie GVT mogą być lokowane w dowolnym zagęszczeniu a ich moc jest konfigurowana, możliwe jest generowanie za ich pomocą energii, która byłaby zużywana do napełniania nowego górnego zbiornika elektrowni. Najskuteczniejszym miejscem do ulokowania wież wiatrowych byłby teren elektrowni jądrowej w Żarnowcu. Pionowe Siłownie Wiatrowe są obiektami bardzo wydajnymi i w pełni skalowalnymi. Z tej przyczyny, że charakteryzuje je budowa segmentowa, możliwe jest zbudowanie obiektów o wysokości nawet 60 m. Takie źródło czystej energii generowało by około 200 MW dla elektrowni szczytowo-pompowej oraz około 200 MW mocy ciągłej dla lokalizacji przy elektrowni. Stworzyłoby to stabilny i bezpieczny system zaopatrywania w energie okolicznych mieszkańców i rozwiązało problemy energetyczne regionu.
Energetyka geotermalna
Warunki geotermalne w Polsce, mimo iż kraj nie leży w typowych obszarach wulkanicznych czy też podziału tektonicznego, są wyjątkowo dobre. Fakt ten wynika z tego, iż Polska leży na terenach naturalnych basenów sedymentacyjno – strukturalnych wypełnionych wodami o wysokiej temperaturze. W skutek czego bez mała 80% terenów w Polsce jest pokryte przez 3 prowincje geotermalne: karpacką, podkarpacką oraz centralnoeuropejską. Jak podają różne źródła w Polsce, najwyższy poziom potencjału technicznego z odnawialnych źródeł energii jest właśnie w energii geotermalnej.
Wody termalne w Polsce występują na głębokości od jednego do dziesięciu kilometrów, a ich temperatura zawiera się w przedziale od 30 °C do 130 °C – są również miejsca gdzie wysokość temperatury dochodzi nawet aż do 200 °C. Poziom optymalny, przy którym wydobycie i wykorzystanie wód termalnych staję się opłacalne zależne jest od ich głębokości, zasolenia oraz temperatury. Według ekspertów taki poziom plasuje się na głębokości 2 km, gdzie temperatura sięga 65 °C, a poziom zasolenia nie powinien przekraczać 30 g/l. Ponadto istotna w takiej inwestycji jest wydajność źródła. Inwestorzy planujący ewentualne inwestycje muszą zwrócić szczególną uwagę na czas jego funkcjonowania.
Wykres 9. Roczny potencjał energii geotermalnej w poszczególnych rejonach świata.
W Polsce występuje również kilka naturalnych wypływów wód termalnych, które znaleźć można w Sudetach – Cieplicach oraz w Lądku Zdroju. Obiekty są również wyjątkowo interesujące pod względem turystycznym. Co ważne, energia geotermalna w Polsce ze wszystkich źródeł energii odnawialnej posiada najwyższy potencjał techniczny. Jest on określany średnio na poziomie 1512 PJ/rok, co stanowi w całościowym krajowym bilansie zapotrzebowania na ciepło blisko 30%. Nie bez znaczenia jest fakt, iż według wielu ekspertów krajowych i zagranicznych znaczącą przewagą geotermii w konkurencyjności pomiędzy wszystkimi odnawialnymi źródłami energii jest ekologia i ekonomia wydobycia geotermalnych źródeł. Warto nadmienić, iż w przypadku złóż geotermalnych ich umiejscowienie bardzo często nachodzi na obszary o dużym zagęszczeniu ludności, miejskich czy też wiejskich. Złoża występują m.in.: w Warszawie, Szczecinie, Łódzi, Toruniu, Poznaniu oraz Płocku. Taka lokalizacja wywiera pozytywny wpływ na ograniczenie kosztów inwestycji dotyczących m.in.: odpowiedniego przygotowania, infrastruktury przesyłowej oraz kosztów wynikających z budowy instalacji do transferu wody na dalsze odległości.
Rysunek 3. Rozmieszczenie ciepłowni geotermalnych na terenie Polski
Perspektywy rozwoju pozyskiwania energii z tego źródła, według większości analiz są bardzo obiecujące. Aktualnie w trakcie realizacji znajdują się projekty badawcze oraz badawczo – rozwojowe mające na celu wsparcie oraz zdeterminowanie rozwoju pozyskiwania energii z geotermalnych źródeł. W różnych stadiach realizacji znajduje się kilka projektów inwestycyjnych, m.in. w Gostyninie, Kleszczowie, Poddębicach, Poznaniu, Toruniu, gdzie wykonano już odwierty geotermalne i oczekuje się, że wkrótce rozpocznie się ich eksploatacja dla celów ciepłowniczych, leczniczych i rekreacyjnych. Funkcjonujące już instalacje i wynikające z nich korzyści ekologiczne, gospodarcze, społeczne oraz zainteresowanie kolejnymi projektami przekonują, że geotermia jest perspektywiczna także w Polsce.
Jako szczególnie perspektywiczne dla wykorzystania energii geotermalnej w Polsce należy wskazać szeroko pojęte ciepłownictwo, rolnictwo, rekreację i lecznictwo. W wybranych lokalizacjach możliwe jest także prowadzenie prac zmierzających do uruchomienia instalacji binarnych do kogeneracji prądu elektrycznego i ciepła (z zastosowaniem wód o temperaturach rzędu 80 – 100ºC). Duże możliwości rozwoju związane są z pompami ciepła.
W Polsce istnieją okoliczności sprzyjające inwestycjom w rozwój geotermii, począwszy od odpowiedniej ilości zasobów na terenie kraju, zapotrzebowania, czyli dużej ilości potencjalnych odbiorców energii geotermalnej, wysokiego poziomu zaangażowania środowisk naukowych, a także ich współpracy z doświadczonymi projektantami, firmami wiertniczymi oraz wykonawcami instalacji, a skończywszy na konieczność realizacji zobowiązań międzynarodowych i krajowych dot. OZE i zrównoważonego rozwoju energetycznego. Te wszystkie czynniki niejako determinują zainteresowanie i rozwój tego sektora energetyki, który według prognoz w nadchodzących latach znacząco się rozwinie.
Smart Grids
Polska jak wszystkie kraje Europy również musi sprostać zagrożeniom wynikającym zarówno z zakresu deficytu zasobów energii, jak i zbyt niskiej efektywności jej wytwarzania, transferu, rozdziału i użytkowania. Rzeczywistość wymusza niejako na rynku potrzebę wprowadzenia nowej jakości do sieci elektroenergetycznych. Wiele elementów infrastruktury sieciowej w Polsce przekroczyło już 40 lat. Stąd operatorzy od lat inwestują w modernizację i rozbudowę sieci w celu zapewnienia coraz wyższych wskaźników niezawodności pracy sieci i bezpieczeństwa dostaw. Tradycyjnymi kierunkami inwestycji operatorów systemów dystrybucyjnych są przyłączenia nowych odbiorców do sieci oraz budowa i modernizacja istniejącej infrastruktury sieciowej.
Inteligentne sieci elektroenergetyczne (Smart Grid), wykorzystując najnowsze technologie informatyczne, umożliwiają zdecydowaną poprawę efektywności, niezawodności i bezpieczeństwa łańcucha dostaw energii elektrycznej. Smart Grids są w stanie efektywnie integrować zachowanie i działanie wszystkich podłączonych do nich użytkowników – wytwórców, konsumentów w celu stworzenia oszczędnego pod względem gospodarczym i zgodnego z zasadami zrównoważonego rozwoju systemu energetycznego, charakteryzującego się niskim poziomem strat oraz wysoką jakością i bezpieczeństwem dostaw.
W Europie w ostatnim dziesięcioleciu zainwestowano ponad 5,5 mld EUR w ok. 300 projektów dotyczących inteligentnych sieci energetycznych. W samym 2012 roku w obecnych państwach UE oraz w Szwajcarii i Norwegii prowadzonych było w tym zakresie około 280 projektów – badawczych, demonstracyjnych i wdrożeniowych – oraz około 90 związanych z inteligentnym opomiarowaniem. Jak podaje raport Smart Grids Projects in Europe, łączna wartość inwestycji w te projekty szacowana jest na około 1,8 mld EUR.
W Polsce tych projektów jest nie więcej niż kilka, zaś ich wartość nie przekroczyła jak dotąd 150 mln USD. Jednak z roku na rok wzrasta świadomość uczestników rynku energii, a inwestycje w budowanie sieci Smart Grid są coraz wyższe. Jak wynika z ocen IBM inwestycje w inteligentne sieci energetyczne (Smart Grid) w Polsce zdecydowanie przyśpieszą w ciągu najbliższych dwóch lat. Spowodowane jest to ogromnym popytem wymuszonym przez Inteligentne liczniki (Smart Metering), które stosowane będą m.in. przy rozliczeniach z potencjalnymi Prosumentami.
Smart Metering
Inteligentne sieci elektroenergetyczne, gdzie istnieje komunikacja między wszystkimi uczestnikami rynku, wymagają również Inteligentnych systemów pomiarowych (ang. Smart Metering – SM). Są to systemy elektroniczne, za pomocą których można zmierzyć zużycie energii, uzyskując więcej informacji niż w przypadku konwencjonalnego licznika, a także przesyłać i otrzymywać dane przy wykorzystaniu łączności elektronicznej. Systemy te obejmują inteligentne liczniki energii elektrycznej odbiorców energii, infrastrukturę telekomunikacyjną, centralną bazę danych oraz system zarządzający. Inteligentne systemy pomiarowe są częścią inteligentnej sieci elektroenergetycznej i nie powinny być rozpatrywane w oderwaniu od niej.
Instalację liczników inteligentnych energii elektrycznej przewiduje Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/72/WE z dnia 13 lipca 2009 r. dotycząca wspólnych zasad rynku wewnętrznego energii elektrycznej i uchylająca dyrektywę 2003/54/WE. Do 2020 r. w inteligentne systemy pomiarowe ma zostać wyposażonych przynajmniej 80 proc. konsumentów. Licznik inteligentny różni się tym od standardowego tym, że nie jest już jednostkowym urządzeniem, z którego dane odczytuje inkasent, ale jest to cały zespół urządzeń służących do pomiaru energii elektrycznej oraz do przekazywania informacji pomiarowych za pomocą systemu teleinformatycznego.
Urząd Regulacji Energetyki (URE) ocenia, że same inwestycje w sprzęt związany z projektem budowy inteligentnych sieci przesyłowych w Polsce (głównie inteligentne liczniki energii) wymagają 7-8 mld zł do 2020 r. Popyt na tego typu rozwiązania wskazuje choćby fakty, że liczniki takie w połączeniu z infrastrukturą zarządzającą urządzeniami domowymi w niedalekiej przyszłości będą w stanie umożliwić producentom na bieżąco monitorowanie pracy sprzętów takich jak pralka, czy lodówka, a przez to optymalizowanie ich produkcji. W przypadku telewizorów można będzie w ten sposób zbierać informacje kluczowe dla nadawców, np. dotyczące oglądalności.
Sieci przesyłowe
Prognozowany krajowy wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną oraz brak wolnych mocy przyłączeniowych definitywnie obrazują konieczność wzmożonych nakładów inwestycyjnych w ten sektor. Kluczowa jest modernizacja krajowego systemu przesyłowego 400 kV oraz powiązań trans granicznych. Nowe linie 400 kV, wyprowadzające moc z dużych elektrowni, wymagają przystosowania do przesyłów dużych mocy.
W Polsce północnej wymagane jest zmodernizowanie istniejących i wybudowanie nowych nowoczesnych linii przesyłowych najwyższych napięć. Dotyczy to istniejących linii w relacji: Poznań – Gorzów – Szczecin, Poznań – Piła – Żydowo – Koszalin, Żydowo – Gdańsk, Pątnów – Bydgoszcz – Gdańsk oraz prawdopodobnie budowanie nowych linii: Gorzów – Piła, Żydowo – Słupsk, Płock – Olsztyn, Bydgoszcz – Grudziądz.
Do roku 2020 należy liczyć się z koniecznością zmodernizowania i wybudowania około 2000 km nowoczesnych linii 400 kV oraz wybudowania około dziesięciu nowych stacji najwyższych napięć. Szacowany średni koszt inwestycji w rozbudowę 1 km nowej linii 400 kV, określany jest na poziomie 2,5-3,5 mln zł. Z kolei stacje najwyższych napięć pochłoną kwotę w przedziale od 20 mln zł do maksymalnie 50 mln zł.
Powyższe elementy stanowią plan rozwoju sieci przesyłowej na lata 2010 – 2025 realizowany przez Polskie Sieci Elektroenergetyczne.
Energetyka cieplna
Wolumen krajowej produkcji energii cieplnej wytworzonej przez koncesjonowane przedsiębiorstwa ciepłownicze w 2010 roku ukształtował się na poziomie 462,5 tys. TJ. Wolumen ciepła sprzedanego ogółem wyniósł 434 tys. TJ i wzrósł w stosunku do roku poprzedniego o 9%. Jak podaje Ministerstwo Energii w 2013 r. przedsiębiorstwa koncesjonowane wyprodukowały 395 PJ ciepła, a produkcja energii elektrycznej w wysokosprawnej kogeneracji wyniosła 24,7 TWh, co stanowiło 15,1% całkowitej krajowej produkcji energii elektrycznej.
Perspektywy rozwoju pozyskiwania energii z tego źródła, według większości analiz są bardzo obiecujące. Aktualnie w trakcie realizacji znajdują się projekty badawcze oraz badawczo – rozwojowe mające na celu wsparcie oraz zdeterminowanie rozwoju pozyskiwania energii z geotermalnych źródeł. W różnych stadiach realizacji znajduje się kilka projektów inwestycyjnych, m.in. w Gostyninie, Kleszczowie, Poddębicach, Poznaniu, Toruniu, gdzie wykonano już odwierty geotermalne i oczekuje się, że wkrótce rozpocznie się ich eksploatacja dla celów ciepłowniczych, leczniczych i rekreacyjnych. Funkcjonujące już instalacje i wynikające z nich korzyści ekologiczne, gospodarcze, społeczne oraz zainteresowanie kolejnymi projektami przekonują, że geotermia jest perspektywiczna także w Polsce.
Jako szczególnie perspektywiczne dla wykorzystania energii geotermalnej w Polsce należy wskazać szeroko pojęte ciepłownictwo, rolnictwo, rekreację i lecznictwo. W wybranych lokalizacjach możliwe jest także prowadzenie prac zmierzających do uruchomienia instalacji binarnych do kogeneracji prądu elektrycznego i ciepła (z zastosowaniem wód o temperaturach rzędu 80 – 100ºC). Duże możliwości rozwoju związane są z pompami ciepła.
W Polsce istnieją okoliczności sprzyjające inwestycjom w rozwój geotermii, począwszy od odpowiedniej ilości zasobów na terenie kraju, zapotrzebowania, czyli dużej ilości potencjalnych odbiorców energii geotermalnej, wysokiego poziomu zaangażowania środowisk naukowych, a także ich współpracy z doświadczonymi projektantami, firmami wiertniczymi oraz wykonawcami instalacji, a skończywszy na konieczność realizacji zobowiązań międzynarodowych i krajowych dot. OZE i zrównoważonego rozwoju energetycznego. Te wszystkie czynniki niejako determinują zainteresowanie i rozwój tego sektora energetyki, który według prognoz w nadchodzących latach znacząco się rozwinie.
Smart Grids
Polska jak wszystkie kraje Europy również musi sprostać zagrożeniom wynikającym zarówno z zakresu deficytu zasobów energii, jak i zbyt niskiej efektywności jej wytwarzania, transferu, rozdziału i użytkowania. Rzeczywistość wymusza niejako na rynku potrzebę wprowadzenia nowej jakości do sieci elektroenergetycznych. Wiele elementów infrastruktury sieciowej w Polsce przekroczyło już 40 lat. Stąd operatorzy od lat inwestują w modernizację i rozbudowę sieci w celu zapewnienia coraz wyższych wskaźników niezawodności pracy sieci i bezpieczeństwa dostaw. Tradycyjnymi kierunkami inwestycji operatorów systemów dystrybucyjnych są przyłączenia nowych odbiorców do sieci oraz budowa i modernizacja istniejącej infrastruktury sieciowej.
Inteligentne sieci elektroenergetyczne (Smart Grid), wykorzystując najnowsze technologie informatyczne, umożliwiają zdecydowaną poprawę efektywności, niezawodności i bezpieczeństwa łańcucha dostaw energii elektrycznej. Smart Grids są w stanie efektywnie integrować zachowanie i działanie wszystkich podłączonych do nich użytkowników – wytwórców, konsumentów w celu stworzenia oszczędnego pod względem gospodarczym i zgodnego z zasadami zrównoważonego rozwoju systemu energetycznego, charakteryzującego się niskim poziomem strat oraz wysoką jakością i bezpieczeństwem dostaw.
W Europie w ostatnim dziesięcioleciu zainwestowano ponad 5,5 mld EUR w ok. 300 projektów dotyczących inteligentnych sieci energetycznych. W samym 2012 roku w obecnych państwach UE oraz w Szwajcarii i Norwegii prowadzonych było w tym zakresie około 280 projektów – badawczych, demonstracyjnych i wdrożeniowych – oraz około 90 związanych z inteligentnym opomiarowaniem. Jak podaje raport Smart Grids Projects in Europe, łączna wartość inwestycji w te projekty szacowana jest na około 1,8 mld EUR.
W Polsce tych projektów jest nie więcej niż kilka, zaś ich wartość nie przekroczyła jak dotąd 150 mln USD. Jednak z roku na rok wzrasta świadomość uczestników rynku energii, a inwestycje w budowanie sieci Smart Grid są coraz wyższe. Jak wynika z ocen IBM inwestycje w inteligentne sieci energetyczne (Smart Grid) w Polsce zdecydowanie przyśpieszą w ciągu najbliższych dwóch lat. Spowodowane jest to ogromnym popytem wymuszonym przez Inteligentne liczniki (Smart Metering), które stosowane będą m.in. przy rozliczeniach z potencjalnymi Prosumentami.
Smart Metering
Inteligentne sieci elektroenergetyczne, gdzie istnieje komunikacja między wszystkimi uczestnikami rynku, wymagają również Inteligentnych systemów pomiarowych (ang. Smart Metering – SM). Są to systemy elektroniczne, za pomocą których można zmierzyć zużycie energii, uzyskując więcej informacji niż w przypadku konwencjonalnego licznika, a także przesyłać i otrzymywać dane przy wykorzystaniu łączności elektronicznej. Systemy te obejmują inteligentne liczniki energii elektrycznej odbiorców energii, infrastrukturę telekomunikacyjną, centralną bazę danych oraz system zarządzający. Inteligentne systemy pomiarowe są częścią inteligentnej sieci elektroenergetycznej i nie powinny być rozpatrywane w oderwaniu od niej.
Instalację liczników inteligentnych energii elektrycznej przewiduje Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/72/WE z dnia 13 lipca 2009 r. dotycząca wspólnych zasad rynku wewnętrznego energii elektrycznej i uchylająca dyrektywę 2003/54/WE. Do 2020 r. w inteligentne systemy pomiarowe ma zostać wyposażonych przynajmniej 80 proc. konsumentów. Licznik inteligentny różni się tym od standardowego tym, że nie jest już jednostkowym urządzeniem, z którego dane odczytuje inkasent, ale jest to cały zespół urządzeń służących do pomiaru energii elektrycznej oraz do przekazywania informacji pomiarowych za pomocą systemu teleinformatycznego.
Urząd Regulacji Energetyki (URE) ocenia, że same inwestycje w sprzęt związany z projektem budowy inteligentnych sieci przesyłowych w Polsce (głównie inteligentne liczniki energii) wymagają 7-8 mld zł do 2020 r. Popyt na tego typu rozwiązania wskazuje choćby fakty, że liczniki takie w połączeniu z infrastrukturą zarządzającą urządzeniami domowymi w niedalekiej przyszłości będą w stanie umożliwić producentom na bieżąco monitorowanie pracy sprzętów takich jak pralka, czy lodówka, a przez to optymalizowanie ich produkcji. W przypadku telewizorów można będzie w ten sposób zbierać informacje kluczowe dla nadawców, np. dotyczące oglądalności.
Sieci przesyłowe
Prognozowany krajowy wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną oraz brak wolnych mocy przyłączeniowych definitywnie obrazują konieczność wzmożonych nakładów inwestycyjnych w ten sektor. Kluczowa jest modernizacja krajowego systemu przesyłowego 400 kV oraz powiązań trans granicznych. Nowe linie 400 kV, wyprowadzające moc z dużych elektrowni, wymagają przystosowania do przesyłów dużych mocy.
W Polsce północnej wymagane jest zmodernizowanie istniejących i wybudowanie nowych nowoczesnych linii przesyłowych najwyższych napięć. Dotyczy to istniejących linii w relacji: Poznań – Gorzów – Szczecin, Poznań – Piła – Żydowo – Koszalin, Żydowo – Gdańsk, Pątnów – Bydgoszcz – Gdańsk oraz prawdopodobnie budowanie nowych linii: Gorzów – Piła, Żydowo – Słupsk, Płock – Olsztyn, Bydgoszcz – Grudziądz.
Do roku 2020 należy liczyć się z koniecznością zmodernizowania i wybudowania około 2000 km nowoczesnych linii 400 kV oraz wybudowania około dziesięciu nowych stacji najwyższych napięć. Szacowany średni koszt inwestycji w rozbudowę 1 km nowej linii 400 kV, określany jest na poziomie 2,5-3,5 mln zł. Z kolei stacje najwyższych napięć pochłoną kwotę w przedziale od 20 mln zł do maksymalnie 50 mln zł.
Powyższe elementy stanowią plan rozwoju sieci przesyłowej na lata 2010 – 2025 realizowany przez Polskie Sieci Elektroenergetyczne.
Energetyka cieplna
Wolumen krajowej produkcji energii cieplnej wytworzonej przez koncesjonowane przedsiębiorstwa ciepłownicze w 2010 roku ukształtował się na poziomie 462,5 tys. TJ. Wolumen ciepła sprzedanego ogółem wyniósł 434 tys. TJ i wzrósł w stosunku do roku poprzedniego o 9%. Jak podaje Ministerstwo Energii w 2013 r. przedsiębiorstwa koncesjonowane wyprodukowały 395 PJ ciepła, a produkcja energii elektrycznej w wysokosprawnej kogeneracji wyniosła 24,7 TWh, co stanowiło 15,1% całkowitej krajowej produkcji energii elektrycznej.