Klastry Energii – nowa odsłona energetyki bazującej na zasobach lokalnych
42
Do dodatkowych wartości przez nie wnoszonych należą m.in.:
• bilansowanie podaży z popytem dla każdej z form energii w obszarze
lub zakresie działania klastra,
• redukcja strat związanych z przesyłaniem energii ze względu na bli-
skość źródła energii i odbiorcy,
• poprawa wskaźników jakościowych sieci (redukcja przerw w dostarcza-
niu energii),
• redukcja zanieczyszczeń, w szczególności emisji z pieców grzewczych
w indywidualnych domach,
• wykorzystanie lokalnych zasobów energetycznych,
• zużycie części lokalnych odpadów nienadających się do recyklingu, ale
mających wartość energetyczną,
• impuls do wzrostu ekonomicznego danego obszaru, tworzenia atrak-
cyjnych miejsc pracy i pobudzanie przedsiębiorczości.
x x x
Techniczne uwarunkowania OZE
Z założenia klastry energii są formą mającą pomóc w niwelowaniu
utrudnień, jakie wywołuje w systemie energetycznym szerokie upo-
wszechnienie OZE. Problemy te wynikają głównie z niedostosowa-
nia charakterystyki wytwórczej OZE do struktury potrzeb konsumentów
energii. Łącząc w ramach klastra różne systemy wytwórcze i wykorzy-
stując możliwość przekształcania energii na różne formy, można uzy-
skać lepsze efekty zarówno w sensie ekonomicznym, jak i technicznym.
W rezultacie w ten sposób pojawia się szansa na stworzenie większych
możliwości uczestnictwa OZE w obsłudze zapotrzebowania na ener-
gię. W przypadku użytkowników domowych energia wykorzystywana jest
zasadniczo do zaspokajania czterech potrzeb:
• oświetlenia,
• zasilania urządzeń (komputery, telefony, telewizory i in. AGD),
• przemieszczania się lub transportu przedmiotów,
• ogrzewania (pomieszczeń i wody użytkowej) lub chłodzenia.
Zaspokojenie potrzeb energetycznych przemysłu wygląda podobnie,
choć punkt drugi należy rozszerzyć o obsługę przebiegu procesów
wytwórczych. Tu może być potrzebna zarówno energia elektryczna, jak
i cieplna do celów technologicznych.
W bilansie rocznym przeciętna polska rodzina zużywa znacznie więcej
energii na ogrzewanie niż na oświetlenie i zasilanie urządzeń. To spo-
strzeżenie jest istotne o tyle, że pokazuje, iż źródła energii OZE niege-
nerujące użytkowej energii cieplnej niewiele wnoszą jako antidotum na
emisje związane z zaspokojeniem potrzeb grzewczych.
Dużym wyzwaniem jest dziś integracja źródeł OZE z systemem energe-
tycznym, czyli zapewnienie w każdym okresie zrównoważenia popytu na
energię z podażą. Turbiny wiatrowe i panele fotowoltaiczne generują
energię zależnie od warunków atmosferycznych. Biogazowniami i kot-
łami na biomasę można w pewnym zakresie sterować w celu dostoso-
wania wytwarzania energii do popytu. Są one jednak droższe i dodat-
kowo uzależnione od oferty dostaw biosubstratów. Kwestia konkurencji
z produkcją żywności, sezonowość i szereg czynników wpływających na
fluktuacje w dostawach i trudności w utrzymaniu reżimów technolo-
gicznych przy zmianie rodzaju używanego surowca sprawiają, że źródła
energii wykorzystujące biomasę zapewne nie staną się dominującym
elementem systemu OZE.
Elektrownie wodne również cechuje duży poziom sterowalności, jednak
mogą one nie spełnić swojej roli, szczególnie w suche lata. Ponadto, małe
elektrownie wodne są wrażliwe na warunki atmosferyczne panujące zimą,
które (przy dużych mrozach) mogą zatrzymać mniejsze strumienie wody.
Warto jeszcze wspomnieć o energii generowanej z odpadów. Na już ist-
niejących składowiskach rozkładające się resztki wydzielają metan – gaz,
którego wpływ na efekt cieplarniany jest około 20-krotnie większy niż
dwutlenku węgla. Dla powstrzymania zmian klimatycznych najlepiej więc
jest go spalić. Niestety metan na wysypiskach powstaje w sposób rozpro-
szony i nie ma możliwości zapewnienia jego opłacalnego ekonomicz-
nie zagospodarowania do celów energetycznych. Warto jednak zwrócić
uwagę na „świeże” odpady komunalne – blisko 30% z nich nadaje się do
separacji i następnie przetworzenia drogą fermentacji (na metan) lub, po
osuszeniu, na tzw. paliwo alternatywne RDF (z ang.
Refuse Derived Fuel
).
Zarówno metan z fermentacji odpadów, jak i RDF można stosunkowo
łatwo magazynować, a następnie wykorzystywać do bieżącej generacji
energii w ilości odpowiadającej ujawnionemu popytowi. Ponadto, ilości
odpadów komunalnych podlegają stosunkowo niewielkim zmianom, co
wykorzystano w Szwecji, zyskując w ten sposób istotną część potrzebnej
gospodarce i społeczeństwu energii cieplnej i elektrycznej.
x x x
Nierozwiązany problem magazynowania energii
Problemy związane z integracją źródeł OZE w systemie elektroenerge-
tycznym rozwiązywane są poprzez redukcję czasu pracy konwencjonal-
nych źródeł jej wytwarzania, a więc elektrowni termicznych opalanych
węglem lub gazem. Jeśli w systemie energetycznym istotna część ener-
gii pochodzi ze źródeł uzależnionych od warunków atmosferycznych,
to zapewnienie ciągłości jej dostaw wymaga utrzymywania w syste-
mie podwojonych mocy. Niezbędni są dublerzy (elektrownie na paliwa
kopalne) lub możliwość zmagazynowania wystarczająco dużych ilości
energii przez długi czas.
Dosyć powszechny jest pogląd, że kłopoty systemu energetycznego,
wynikające z upowszechniania się OZE i braku możliwości odpowiedzi
na popyt, rozwiązane zostaną przez wprowadzenie systemów magazy-
nowania energii elektrycznej. Systemy takie już istnieją od dziesiątków
lat i nazywają się elektrowniami szczytowo-pompowymi (ESP). Niestety
są to instalacje bardzo silnie uwarunkowane możliwościami geograficz-
nymi danego krajowego systemu energetycznego. Polska w tym zakre-
sie ma dosyć ograniczone, choć ciągle jeszcze nie do końca wykorzy-
stane zasoby naturalne. ESP pracują jako tzw. źródła szczytowe: mogą
funkcjonować z mocą nominalną przez ok. 4 godziny lub z połową
mocy przez 8 godzin. Takie rozwiązanie było bardzo praktyczne w kon-
wencjonalnym systemie i pozwalało ograniczyć niepotrzebną rozbudowę
mocy systemu energetycznego, która byłaby wykorzystywana wyłącznie
w szczycie zapotrzebowania. Jednak źródła OZE mają inną charakte-
rystykę generacji: wiatr wieje przez wiele dni i potem wymaga substytu-
cji, także przez kilka dni. Z kolei systemy fotowoltaiczne na cykle dni sło-
necznych oraz pochmurnych lub deszczowych nakładają jeszcze okresy
braku generacji w nocy. W tym przypadku kompensacja zaniku wytwa-
rzania energii może wymagać bardzo dużej funkcjonalności ze strony
magazynu energii i reagowania na zmiany w cyklu minutowym i wielo-
tygodniowym. O ile ESP może reagować na zapotrzebowanie w cyklu
minutowym, to jednak praca przez wiele tygodni w zastępstwie źródła
PV lub wiatrowego oznacza wykorzystanie pojemności zbiornika przy
jedynie ułamkowym użyciu dostępnej mocy turbin.
Magazyny bazujące na innych zjawiskach niż zamiana energii poten-
cjalnej na kinetyczną, napędzającą turbiny, nadal nie mogą osiągnąć
ani pojemności istotnych dla systemów energetycznych, ani cen, które
znajdowałyby się w zasięgu ekonomicznym nabywców. Rozbieżności te są
na tyle duże, że bez przełomu technologicznego nie można ich rozwiązać.
