Pierwszego lutego o godz. 6.15 farmy wiatrowe pracowały z chwilową mocą 7 677 MW. Był to rekord. Będzie coraz więcej rekordów Odnawialnych Źródeł Energii, a Polskie Sieci Elektroenergetyczne przewidują, że razem z nimi redukcji na wezwanie operatora, dopóki sieć nie będzie w stanie przyjąć więcej OZE – pisze Wojciech Jakóbik, redaktor naczelny BiznesAlert.pl.

Kłopotliwy rekord OZE

W styczniu tego roku PSE już dwukrotnie musiały dokonać redukcji generacji farm wiatrowych z powodu nadmiaru generacji w systemie. BiznesAlert.pl informował o nocy sylwestrowej zeszłego roku, kiedy energetyka wiatrowa w Polsce miała zapewnić tyle energii, że operator Polskie Sieci Elektroenergetyczne musiał wystąpić wyprzedzająco do wytwórców z tego sektora o ograniczenie mocy. Było to koniecznie ze względów bezpieczeństwa. Zapotrzebowanie na energię 31 grudnia 2022 roku było rekordowo niskie, a jednostki konwencjonalne pracowały na minimum blisko 5 GW, doszło do awaryjnego eksportu energii. To nie wystarczyło. PSE poleciły redukcję pracy farm wiatrowych o 1200 MWh 31 grudnia i 23400 MWh pierwszego stycznia. PSE potwierdziły, że pierwszego lutego o godz. 6.15 farmy wiatrowe pracowały z chwilową mocą 7 677 MW, poprzedni rekord padł 4 stycznia tego roku i wynosił 7600 MW. Pierwszego lutego padł także rekord godzinowej produkcji. Między godz. 6 a 7 wiatraki wyprodukowały 7603 MWh energii elektrycznej. Poprzedni rekord zarejestrowano 4 stycznia i wyniósł 7 576 MWh.

Uwzględniając obserwowany w ostatnich latach dynamiczny przyrost mocy farm wiatrowych i źródeł fotowoltaicznych, ta sytuacja będzie się powtarzać. Nadmiar OZE i okresowe potrzeby ich redukcji wiążą się jednak z kosztami rekompensat, które są pokrywane przez wszystkich krajowych odbiorców energii elektrycznej. Sam fakt redukcji generacji, na którą nie ma zbytu to nic złego, ale trzeba mieć świadomość, że takie działania powiększają koszty integracji OZE i będą one rosnąć. Rozwiązaniem może być zwiększenie elastyczności elektrowni oraz odbiorców, a także inwestycje w magazyny energii lub inne formy zagospodarowania nadwyżek. PSE wyliczyły, że generacja dobowa OZE przebijała okresowo 40 procent zapotrzebowania krajowego, czyli 174 tysiące MW w ciągu doby. Według danych PSE będzie coraz więcej OZE. Moc lądowej energetyki wiatrowej ma wzrosnąć z 7302 do 14 936 MW, morskie farmy wiatrowe mają zapewniać 8389 MW w 2030 roku, a obecnie jest to zero. Fotowoltaika ma zwiększyć moc z 7780 do aż 22123 MW w 2030 roku. Potencjał OZE ma sięgnąć według PSE 100 TWh w 2030 roku, czyli 50 procent zużycia rocznego w Polsce.

– Obecnie nie ma jak zagospodarować nadwyżek generacji OZE w systemie. Jeśli odbiorcy w kraju lub za granicą nie są zainteresowani odebraniem tej energii i nie ma żadnej innej technicznej możliwości jej wykorzystywania, nie ma innego wyjścia jak redukować generację odnawialną. Głównie dotyczy to farm wiatrowych, które są w przeciwieństwie do prosumenckiej rozproszonej fotowoltaiki znacznie większymi, lepiej opomiarowanymi i sterowalnymi instalacjami. Wraz z postępem technologii, zwłaszcza w obszarze magazynowania energii elektrycznej i jej konwersji na inne nośniki energetyczne,  sytuacja ta może ulec zmianie. Ta sytuacja będzie się z czasem zmieniać. Inwestycje w magazyny energii i gospodarkę wodorową będą otwierać nowy potencjał, pozwalający rozwijać dalej OZE i zmieniając zasady. Należy znaleźć określone optimum – podkreślają przedstawiciele PSE. – Przenoszenie ryzyka na odbiorców w ramach rozwoju OZE ma gdzieś swoje granice. Musimy być też oparci na dwóch nogach, czyli OZE i stabilnej generacji, zastępującej te źródła w odpowiednim momencie – dodają. W tym miejscu należy przypomnieć, że OZE są zależne od pogody, a elektrownie konwencjonalne muszą dostosować pracę do ich zmienności. O ile w Sylwestra został zanotowany rekord wytwarzania z wiatraków w Polsce to w styczniu 2022 roku nastąpiła Dunkelflaute i nie wiało, przez co generacja była rekordowo niska. Elektrownie węglowe nie są przygotowane na takie wahania.

System ma minimum techniczne pod względem ilości elektrowni i mocy dostarczanej w celu utrzymania parametrów technicznych, jak częstotliwość. Według PSE to minimum jest szacowane na od 9000 MW zimą do 7000 MW latem. To minimum wytwarzania w dużych źródłach systemowych (Jednostki Wytwórcze Centralnie Dysponowane) i rozproszonych elektrociepłowniach oraz jednostkach przemysłowych (NJWCD – niedysponowane). Te drugie nie podlegają poleceniom operatora, więc nie są brane pod uwagę jako pewne w zabiegach o utrzymanie niezbędnego minimum mocy. Jeśli generacja jest wysoka, a zapotrzebowanie niskie, jak na Sylwestra 2022 roku, ceny energii zaczynają spadać aż do poziomu ujemnego. To sygnał ze źródeł konwencjonalnych, że nie mogą się wyłączyć z obawy o ich żywotność. Przykładowo, PSE wyliczają, że bloki 200 MW na węgiel wymagają 7-10 godzin rozruchu i mają minimum techniczne w wysokości 20-40 procent mocy. Zmieniają też obciążenie powoli więc nie są elastyczne w odróżnieniu do OZE. Program Bloki 200+ wydłużający ich żywot ma odpowiedzieć między innymi na to wyzwanie pod warunkiem, że będzie dostępny ich wykonawca Rafako znajdujący się na progu bankructwa. Nie jest także możliwy eksport na inne rynki, jeżeli tam także są nadwyżki, a one często są ze sobą skorelowane przez podobne warunki pogodowe, na przykład w Polsce i Niemczech. Wówczas elektrownie zaczynają dopłacać za odbiór jej energii. Nadwyżka musi zatem zostać zredukowana przez operatora na koszt odbiorców energii w taryfach PSE. Im więcej będzie OZE, tym większa będzie skala tych wyzwań.

– Zbliżamy się do 20 procent udziału odnawialnych źródeł energii w produkcji energii. Do tego wzrostu przykładają się zwłaszcza farmy fotowoltaiczne, których moc z każdym miesiącem jest coraz wyższa. Obecnie w systemie mamy zainstalowanych już ok. 12 000 MW jeśli chodzi
o fotowoltaikę i ponad 9 000 MW w przypadku farm wiatrowych – wyliczał Konrad Purchała, dyrektor Departamentu Zarządzania Systemem w Polskich Sieciach Elektroenergetycznych.

Maksymalna generacja PV kwadransowa przekroczyła 6700 MW. Maksymalna kwadransowa generacja z wiatru przebiła 7600 MW. Taka moc jest zazwyczaj dużym wsparciem dla systemu, uzupełniając bardzo skutecznie bilans mocy. Niemniej wyzwaniem są okresy o niskim zapotrzebowaniu odbiorców, np. weekendy i dni świąteczne, oraz godziny nocne. Elektrownie systemowe nie mogą być całkowicie wyłączone, ponieważ ich praca jest niezbędna dla zapewnienia stabilnej pracy systemu i dotrzymania jego technicznych parametrów.

Wyzwaniem są zatem okresy niskiego zapotrzebowania i wysokiej generacji wiatrowej. Generacja wiatrowa często pracuje intensywnie w nocy, kiedy zapotrzebowanie jest najniższe, a także w święta i dni wolne od pracy. – W nocy z 31 stycznia na 1 lutego, pomimo odnotowania rekordowej generacji farm wiatrowych, nie musieliśmy ograniczać ich pracy, ale konieczne było podjęcie innych działań na rzecz bilansowania systemu – przyznał Konrad Purchała z PSE w odniesieniu do rekordowej produkcji energetyki wiatrowej przekraczającej 7,6 GWh. Produkcja farm wiatrowych stanowiła wtedy jedną trzecią krajowej produkcji energii elektrycznej w owym czasie.

– Źródła odnawialne są bardzo dobrym uzupełnieniem bilansu mocy, ale ich produkcja jest zależna od warunków pogodowych. Zapewnienie ciągłości dostaw energii elektrycznej do odbiorców na poziomie wymaganym przez nowoczesne społeczeństwo wymaga dyspozycyjnych i sterowalnych mocy wytwórczych, którymi są dziś czyli elektrownie moce rezerwowe, konwencjonalne – powiedział Konrad Purchała. – Zastępowalność jednych OZE przez drugie jest niestety zbyt niska dla zachowania ciągłości dostaw. Jeśli chcemy mieć pewność  na poziomie wymaganym dla dynamicznie rozwijającej się gospodarki, musimy mieć źródła rezerwowe, gwarantujące zdolność do pokrycia zapotrzebowania nawet w okresach suszy klimatycznej, tj. kiedy nie wieje wiatr i nie świeci słońce – dodał.

Podstawowe narzędzie bilansowania systemu to rynek hurtowy. Jeśli uczestnikom rynku nie uda się zapewnić równowagi między zapotrzebowaniem na energię elektryczną z jej produkcją z rynku, na operatorze spoczywa obowiązek dostosowania bilansu mocy. W przypadku nadmiaru energii w systemie i przy braku możliwości jej wykorzystania w inny sposób, operator musi podjąć dodatkowe działania. Wśród nich jest ingerowanie w podaż energii, jak to miało miejsce w przypadku redukcji generacji wiatraków w Nowy Rok i Sylwestra. –  Uczestnicy rynku nie zawsze podejmują decyzje zgodne z potrzebami systemu, przez co często w okresach wysokiej generacji źródeł odnawialnych i niskiego zapotrzebowania zostajemy z dużym niezbilansowaniem i nadpodażą energii  – przyznaje przedstawiciel PSE. W takich sytuacjach maksymalnie zaniżamy generację. Kiedy mamy za dużo niezagospodarowanej energii w systemie, pozostaje zaniżenie generacji jednostek konwencjonalnych. Uruchamiamy pompy gromadzące energię w wodnych elektrowniach szczytowo-pompowych oraz próbujemy uzgadniać pozarynkowy eksport międzyoperatorski. Działania te mogą jednak czasem okazać się niewystarczające, ponieważ zaniżenie lub wyłączenie elektrowni nie zawsze jest możliwe z przyczyn technicznych, a w momentach wysokiej generacji wiatrowej w Polsce sąsiedzi często także borykają się z problemami nadmiaru generacji i nie chcą energii z Polski. Wtedy jedynym dostępnym narzędziem jest eksport awaryjny i ograniczenie wytwarzania generacji OZE. Zgodnie z Rozporządzeniem PE i Rady UE w sprawie rynku wewnętrznego energii elektrycznej,  zastosowanie nierynkowej redukcji OZE z powodów bilansowych podlega rekompensacie finansowej – w praktyce PSE pokrywa zredukowanym wytwórcom OZE utracone przychody z tytułu niewytworzonej energii i praw majątkowych. Środki na ten cel pochodzą z wpływów z taryfy przesyłowej operatora, a więc są ponoszone przez wszystkich krajowych odbiorców energii elektrycznej.

Czekając na rezerwę

Dopóki zatem nie wzrośnie rezerwa konwencjonalna, rozwój OZE może być ograniczany barierami systemowymi. Węgiel pracujący w podstawie i mało elastyczny ma zostać zastąpiony przez energetykę jądrową, ale dopiero w latach trzydziestych. Energetyka gazowa z większą elastycznością musi być ograniczona ze względów bezpieczeństwa. To oznacza, że dni, w których będą stawać wiatraki, będą się powtarzać coraz częściej. Jak ograniczyć te zjawiska? Operator rozwiązanie widzi w zachętach dla odbiorców zmiany zapotrzebowania na energię w zależności od cen, a także rynkowych bodźców dla wytwórców, by sami ograniczali generację w sytuacjach nadmiaru energii w systemie. Pomogłyby także elastyczne źródła konwencjonalne, nowe lub modernizowane, a także magazyny energii lub elektrolizery.