*) 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