Przejdź do treści

Energetyka rozproszona

Wodór daje olbrzymie szanse na rozwój energetyki rozproszonej. To jest jedno zdanie, które ma olbrzymie konsekwencje. Najważniejszym elementem jest oddzielenie miejsca produkcji energii od docelowego miejsca jej wykorzystania. Co więcej, uniezależnia miejsca produkcji od infrastruktury. Prześledźmy zatem jak ewoluować będzie system energetyczny.

Dzisiaj mamy centralny system zarządzania energią, w sercu którego znajdują się elektrownie o dużych mocach. Wokół istnieje rozbudowana infrastruktura do przesyłu energii w postaci sieci wysokiego i średniego napięcia. Infrastruktura to także transport surowców energetycznych, czy to w postaci gazociągów, ropociągów, torów kolejowych przystosowanych do przewozu węgla itp. Tak rozbudowana sieć to doskonałe miejsce do budowy fabryk czy przemysłu ciężkiego, który z jednej strony ma wysokie zapotrzebowanie na energię, ale także sprzyja mu rozbudowana sieć węzłów komunikacyjnych. Ilość powiązań sprawia, że system ten jest bardzo mało elastyczny.

Wszystkie te elementy sprawiają, że istnieje duże obciążenie środowiska oraz sprawiają pogorszenie warunków do życia – czy to z powodu jakości powietrza, nadmiernego hałasu, zanieczyszczenia wód, czy dużych połaci przestrzeni przeznaczonych na odpady poprzemysłowe.

Alternatywnym rozwiązaniem jest energetyka rozproszona bazująca na OZE. Źródła wytwórcze są oczywiście uzależnione o warunków wietrznych/nasłonecznienia, ale też w dużej mierze od możliwości przyłączeniowych. Dopiero infrastruktura przesyłowa umożliwia zbudowanie farmy energetycznej, a to oznacza, że budujemy energetykę w tych miejscach, gdzie istnieją techniczne możliwości, a niekoniecznie w miejscach optymalnych pod kątem OZE.

Inną kwestią jest, że infrastruktura istnieje tam, gdzie są odbiorcy energii, więc warto wykorzystać przestrzeń wokół miast. Z jednej strony taka urbanizacja szpeci krajobraz, a z drugiej strony musiałoby to się odbywać kosztem gruntów rolniczych. I faktycznie istnieje konkurencja między rolnictwem a energetyką, co dodatkowo spowalnia rozwój OZE.

Wodór umożliwia jednak odseparowanie miejsca wytwarzania i używania energii. Możemy budować nowe instalacje wytwórcze całkowicie odseparowane od sieci, magazynować energię w postaci zielonego wodoru, a następnie transportować wodór. To otwiera możliwości produkcji energii na nieużytkach rolnych, miejscach słabo zurbanizowanych. Takimi obszarami mogą być pustynie (duże nasłonecznienie) lub obszary morskie (duża wietrzność). Ciężko oczekiwać, że znajdziemy tam odbiorców energii elektryczne, ale przy produkcji zielonego wodoru nie jest to konieczne.

Przykładowo pustynie kamieniste to 2 mln km2 i stanowią około 1% powierzchni lądów na Ziemi. Potencjalnie mogą służyć do produkcji energii elektrycznej rzędu 100.000 TWh/rok. Światowe zużycie energii eklektycznej (w roku 2022) to 28.660 TWh/rok. Plany wykorzystania pustyni do produkcji wodoru ma Maroko, Chiny, Mongolia a także kraje arabskie.

Polska ma zamiar rozwijać Morską Energetykę Wiatrową na Bałtyku, która zintegrowana będzie z produkcją zielonego wodoru. Pozwoli to na pełne wykorzystanie energii produkowanej z wiatru również w sytuacjach, gdy podaż energii będzie przekraczała bieżące zapotrzebowanie.

Alternatywne możliwości energetyki rozproszonej

Energetyka rozproszona może oznaczać zupełnie coś przeciwnego niż wskazano w poprzednim paragrafie. Mianowicie bezpośrednie korzystanie z energii wytwarzanej na miejscu z OZE. Wodór w tym przypadku może zagwarantować stabilny dostęp do energii elektrycznej i cieplnej tworząc zupełną niezależność energetyczną. Oznacza to, że produkujemy miejscowo energię elektryczną z OZE i nadmiar magazynujemy w baterii (krótko okresowe magazyny energii) na potrzeby bilansowania dzień/noc oraz magazynujemy w postaci wodoru na dłuższe okresy – lato/zima. Takie projekty są już realizowane w Polsce na skalę pojedynczego domu – przykładowo projekt H2ouse – (h2ouse.pl). W większej skali na poziomie osiedla przeznaczonego dla 300 mieszkańców prowadzony jest projekt w Śremie. Nadwyżki energii zbierane latem, wykorzystywane będą do ogrzewania osiedla zimą, za pomocą kotła wodorowo-tlenowego. Instalacja ma korzystać z wody z oczyszczalni ścieków i być off-grid, tzn. niezależna od zewnętrznej sieci elektrycznej. Podobny plan, ale na jeszcze większą skalę ma Piła, gdzie projektowane jest „Zielone Wzgórze” czyli osiedla na 7.000 mieszkańców.

Konsekwencje energetyki rozproszonej

W świecie opartym na energetyce konwencjonalnej, prąd w gniazdku mamy z elektrowni znajdującej się kilkadziesiąt/kilkaset kilometrów dalej połączonej skomplikowaną siecią elektryczną/gazową/logistyczną. Do tego cały sektor osób zajmujących się wydobyciem, przesyłem surowców, administracją, zarządzaniem sieci itd. Energetyka rozproszona zdecydowanie ułatwia sytuację, przede wszystkim umożliwia tworzenie klastrów energii. To znaczy kilkanaście podmiotów na terenie powiatu czy gminy tworzy „wspólnotę energetyczną” i rozlicza się między sobą. W wachlarzu możliwości jest produkcja ciepła i energii elektrycznej ze słońca, wiatru, biogazowni, spalarni odpadów czy innych źródeł energii. Nie ma potrzeby budowania ogólnokrajowej sieci powiązań i monopolu dużych koncernów energetycznych, całość może odbywać się lokalnie – produkcja i użycie energii. Zarządzanie przy wykorzystaniu EMS (Energy Management System) pozwoli na zoptymalizowanie produkcji, zużycia i kosztów energii upraszczając cały system. Pozostają do rozwiązania dwie kwestie. Pierwsza kto za to zapłaci? Oraz jak zadbać o bezpieczeństwo i niezawodność? Odpowiedź na pierwsze pytanie jest całkiem prosta i stosują ją nasi zachodni sąsiedzi. Każdy mieszkaniec ma możliwość kupić udziały w danym przedsięwzięciu. Oznacza, że dokłada swoje środki do inwestycji i zarabia na nich przez kolejne lata.  To mocno zmienia optykę – mieszkańcy chętniej zgadzają się na nowe (własne) instalacje OZE, a także świadomie podchodzą do tematu energetyki. A bezpieczeństwo i niezawodność? Wodór. Wodór pozwala zmagazynować energię i bilansować klaster energetyczny. W przypadku większych niedoborów można po prostu importować wodór.

Dlaczego energetyka rozproszona jest ważna i jak ją wdrożyć?

Niezwykle ważną rolą wodoru jest magazynowanie energii z nadwyżek energii, co jest kluczowe do uelastycznienia systemu energetycznego. Pozwala to na projektowanie nowych instalacji, bez konieczności budowy infrastruktury przesyłowej i stopniowe dążenie do energetyki rozproszonej. Zdecydowanie jest to działanie proklimatyczne, ale także zwiększające niezależność energetyczną na poziomie domu/przedsiębiorstwa/regionu/kraju czy kontynentu. A to duża wartość dodana.

Jest jeszcze jedna ważna sprawa przy decentralizacji energetyki/przemysłu – bezpieczeństwo narodowe. Agresja Rosji na Ukrainę oraz stosowane metody ataku na systemy energetyczne jednoznacznie pokazały, że zagrożenie jest realne. Zdobycie regionu mocno uprzemysłowionego może być kluczowe w przypadku inwazji z zewnątrz. Dużo łatwiej zaatakować kilka elektrowni i przemysł ciężki skoncentrowany wokół nich, niż system energetyki rozproszonej obejmujący kilkaset farm energetycznych. Tak samo kilkaset/kila tysięcy magazynów energii jest zdecydowanie bezpieczniejszym rozwiązaniem niż jeden duży magazyn. Wodór idealnie wpisuje się w plan rozproszenia kluczowych dla kraju przedsięwzięć.

Podsumowując wodór pod kątem energetyki rozproszonej:

  • pozwala na dalszy rozwój energetyki rozproszonej,
  • pozwala oddzielić miejsca produkcji i wykorzystania energii
  • pozwala wykorzystać nieużytki rolne do produkcji energii
  • uelastycznia system energetyczny
  • budowanie jednostek wytwórczych w miejscach optymalnych dla OZE, niezależnie od infrastruktury
  • pozwala wykorzystać nadwyżki energii
  • optymalizuje pracę OZE
  • zwiększa niezależność energetyczną
  • zwiększa bezpieczeństwo