Rezerwa transformatorowa dla Polski. Cztery lata oczekiwania na kluczowe urządzenie

Autotransformator pracujący w polskiej sieci przesyłowej może ważyć ponad 300 ton. Natomiast w przypadku jego awarii zamówienie nowego urządzenia to stanowczo za mało. Potrzebna będzie wolna linia produkcyjna, a trasa przejazdu – odpowiednio przygotowana. Trzeba będzie sprawdzić nośność mostów, wylać fundamenty i przeprowadzić stosowne próby przed uruchomieniem. W razie zniszczenia ważnej stacji elektroenergetycznej dostęp do prądu może zależeć nie od zapasów węgla czy gazu, lecz od tego, czy państwo dysponuje kompatybilnym transformatorem i personelem zdolnym, by go zainstalować.

Czas oczekiwania na duży transformator to cztery lata. Sama rezerwa paliw nie zapewni dostaw energii

Bezpieczeństwo energetyczne przez wiele lat rozumiane było jako gromadzenie zapasów. Było to uzasadnione, w końcu państwo musi z czegoś czerpać, jeśli nastąpi przerwa w dostawie ropy, gazu lub węgla. Realizacja tak pojętej polityki bezpieczeństwa energetycznego wymagała w pierwszej kolejności obliczenia potrzebnych rezerw i przeliczenia ich na liczbę dni, przez które gospodarka może samodzielnie funkcjonować.

Dzisiaj jest to zbyt wąska perspektywa. Owszem, paliwo pozwala wyprodukować energię, ale nie odpowiada na potrzebę wysłania prądu do szpitali, zakładów przemysłowych, jednostek wojskowych, systemów łączności czy gospodarstw domowych. W tym aspekcie potrzebne są linie, stacje elektroenergetyczne, transformatory, rozdzielnice, wyłączniki, zabezpieczenia i systemy sterowania.

Międzynarodowa Agencja Energetyczna opublikowała 25 lutego 2025 r. raport „Building the Future Transmission Grid”, który pokazuję skalę omawianego problemu. Wnioski z opracowania popiera badanie z 2024 r., przeprowadzone wśród przedstawicieli przemysłu elektroenergetycznego. Wg Agencji zakup dużego transformatora mocy może obecnie wymagać nawet czterech lat, a standardowy termin dostawy kabli wysokiego napięcia wynosi od dwóch do trzech lat. Natomiast w przypadku specjalistycznych kabli prądu stałego oczekiwanie może przekroczyć nawet pięć lat. To prawie dwa razy dłużej niż czas oczekiwania szacowany w 2021 r.

Oznacza to, że nawet przy odpowiednim budżecie państwo nie jest w stanie rozwiązać problemu od ręki. Dlatego zarówno Europa, Stany Zjednoczone, jaki i Bliski Wschód i daleka Azja muszą ustawić się w tej samej kolejce.

O tym, które elementy łańcucha dostaw stanowią dziś największe ograniczenie opowiedział Hubert Krukowski, wiceprezes zarządu Hitachi Energy w Polsce:

– Największym wyzwaniem łańcucha dostaw pozostaje bezprecedensowy wzrost globalnego popytu na urządzenia dla elektroenergetyki. Rosnące inwestycje w sieci, odnawialne źródła energii, centra danych czy elektryfikacja przemysłu powodują presję zarówno na moce produkcyjne, jak i dostępność specjalistycznych komponentów oraz wykwalifikowanych kadr. O odporności systemu coraz częściej decyduje nie pojedyncze ogniwo, ale sprawność całego ekosystemu dostawców, producentów, operatorów i instytucji publicznych.  

Naprawa jednego transformatora to co innego niż odbudowa całej stacji

Nie każda awaria transformatora wywołuje długotrwałą przerwę w dostawach energii. Sieć przesyłowa jest projektowana tak, aby w określonym zakresie znosiła wyłączenie pojedynczych elementów. Operator może zmienić rozpływ mocy, wykorzystać inne linie albo przejąć obciążenie za pomocą drugiej jednostki pracującej w tej samej stacji.

Dobrze obrazuje to zdarzenie sprzed kilkunastu laty, które miało miejsce w Płocku. W marcu 2007 r. w tamtejszej stacji elektroenergetycznej pożar uszkodził transformator 400/100 kV, jednak nie doszło do przerw w dostawach energii. Był to przykład skutecznego wykorzystania rezerw systemowych, a nie dowód, że utrata każdego transformatora jest łatwa do opanowania. Informowały o tym Polskie Sieci Elektroenergetyczne.

Czas odbudowy zależy od skali zdarzenia. Można wyróżnić trzy zasadnicze warianty:

1. Uszkodzone jest pojedyncze urządzenie, ale pozostała część stacji i sąsiednia sieć są sprawne. Zasilnie może zostać przełączone w krótkim czasie, natomiast naprawa albo wymiana transformatora będzie trwała znacznie dłużej.
2. Transformator jest zniszczony, ale fundament, rozdzielnie, system zabezpieczeń i wyprowadzenia liniowe nadają się do dalszego wykorzystania. Wówczas możliwe jest dostarczenie urządzenia zapasowego albo ustawienie rozwiązania mobilnego. Nadal jednak trzeba przygotować transport, przeprowadzić montaż, podłączyć instalacje pomocnicze i wykonać próby.
3. Cały węzeł jest zniszczony, np. wskutek sabotażu, eksplozji, większego pożaru, ataku rakietowego albo powodzi. Jest to zdecydowanie najtrudniejszy scenariusz. Jeżeli uszkodzone są jednocześnie transformatory, szyby zbiorcze, rozdzielnie, sterownia, fundamenty i drogi dojazdowe, odbudowa staje się pełnowymiarowym przedsięwzięciem budowlanym. W takim przypadku nawet dostępny transformator nie wystarczy, dopóki nie zostanie odtworzona pozostała infrastuktura.

Dlatego nie można z całą pewnością określić czasu naprawy dla każdej stacji. Przywrócenie podstawowego zasilania może zająć dni lub tygodnie. Zastosowanie rozwiązania tymczasowego – tygodnie albo miesiące, a pełna odbudowa silnie zniszczonego obiektu bez dostępnych zapasów – kilka lat. Czteroletni termin produkcji transformatora jest tyko jednym z etapów całego procesu.

Transformator ważący ponad 300 ton wymaga wcześniej przygotowanej trasy transportowej

Duży transformator nie jest urządzeniem, które można przewieźć zwykłym samochodem ciężarowym. PSE informowały, że wykorzystywane autotransformatory najwyższych napięć mogą ważyć przeszło 300 ton, a ich rozmiary są porównywalne z niewielkim domem.

Transport takiego ładunku wymaga specjalnej platformy drogowej albo wagonu kolejowego, analizy zakrętów i prześwitów, sprawdzenia nośności mostów oraz czasowego usunięcia znaków, barier czy przewodów. Niezbędne są także zezwolenia, eskorta, ciężkie dźwigi i zespoły przygotowane do rozładunku.

Amerykański Departament Energii opisał te problemy w raporcie „Large Power Transformer Resillence”, przekazanym Kongresowi i podpisanym przez ówczesną sekretarz energii, Jennifer Granholm w lipcu 2024 r. Dokument mówił m.in. o tym, że przewóz transformatorów wymaga rezerwowania nielicznych pojazdów specjalistycznych, sprawdzania tras kolejowych i drogowych oraz oceny obiektów, takich jak mosty. W kosztach całkowitych dużego transformatora udział transportu i logistyki może wynieść od 3 do 20 proc. Raport zawierał również przykład ze Stanów, gdzie sama procedura dopuszczenia wyjątkowo ciężkiego ładunku do przewozu koleją trwała do dziewięciu miesięcy. Wprawdzie dane te oddają realia USA, więc nie mają bezpośredniego przełożenia na Polskę, niemniej dobrze odzwierciedlają złożoność operacji.

Rezerwa transformatorowa to zatem nie tyko hala z zapasowym urządzeniem. To także gotowy plan logistyczny. Zarówno państwo jak i operatorzy powinni wiedzieć, z którego magazynu urządzenie zostanie wysłane, jaką trasą dotrze do celu, gdzie znajdą się dźwigi i kto wyda zezwolenia w trybie kryzysowym.

Plany muszą uwzględniać też taką sytuację, w której atak lub klęska żywiołowa uszkodzi drogi, mosty lub linie kolejowe. Może wydawać się to dzisiaj kuriozalne, ale jeśli w takich warunkach rezerwowy transformator znajdzie się, przykładowo, po niewłaściwej stronie Wisły, to stanie się on praktycznie bezużyteczny.

Kluczowa jest standaryzacja urządzeń

Największą różnicą między rezerwą paliwową a transformatorową jest brak pełnej zamienności zapasów.

Różnice mogą dotyczyć na przykład:

• napięcia znamionowego i mocy,
• impedencji,
• układu połączeń uzwojeń,
• zakresu i sposobu regulacji napięcia,
• konstrukcji przepustów,
• wymiarów urządzenia oraz rozmieszczenia przyłączy,
• metody chłodzenia, współpracy z zabezpieczeniami i systemami sterowania,
• wymiarów fundamentu oraz sposobu przeładowania.

Szczególnie trudna jest impedencja transformatora, która wpływa m.in. na rozpływ mocy i poziomy prądów zwarciowych. Jest to jeden z najtrudniejszych parametrów do ujednolicenia.

Wobec tego nie można tworzyć sztucznej rezerwy za pomocą kupna kilku przypadkowych urządzeń. Na dobry początek warto pogrupować polskie stacje wg parametrów. Drugi krok to określenie zakresu wzajemności. W końcu trzeba sprawdzić, ile typów transformatorów trzeba utrzymywać.

Standaryzacja powinna objąć także nowe inwestycje. Stacje można projektować tak, by posiadały przygotowane miejsca przyłączenia urządzeń rezerwowych, odpowiednie fundamenty, przestrzeń manewrową oraz możliwie ujednolicone interfejsy techniczne.

Nie chodzi o to, aby wszystkie transformatory były identyczne. W praktyce byłoby to niemożliwe. Celem powinno być ograniczenie liczby niekompatybilnych wariantów oraz stworzenie kilku rodzin urządzeń, które można zastosować w większej przestrzeni.

– To kierunek, który warto analizować. W przypadku części urządzeń można rozważać pewien poziom standaryzacji i budowę strategicznych rezerw zwiększających odporność infrastruktury krytycznej. Należy jednak pamiętać, że duże transformatory są często projektowane pod konkretne warunki pracy i parametry stacji elektroenergetycznych. Dlatego skuteczność takiego rozwiązania zależałaby od odpowiedniego poziomu harmonizacji wymagań technicznych pomiędzy operatorami oraz współpracy na poziomie krajowym i europejskim. – ocenia Hubert Krukowski.

Mobilny transformator nie zastąpi każdej stacji

Jednym z rozwiązań pomostowych są transformatory odzyskowe i mobilne stacje elektroenergetyczne. Ich zadaniem nie musi być pełne odtworzenie mocy zniszczonego węzła. Ważniejsze jest szybkie zasilenie odbiorców krytycznych, zmniejszenie przeciążenia pozostałej sieci i kupienie casu na odbudowę docelowej infrastruktury.

W raporcie amerykańskiego Departamentu Energii z lipca 2024 r. opisano projekt RecX, opracowany przez zespół kierowany przez Electric Power Research Institute we współpracy z Departamentem Bezpieczeństwa Wewnętrznego. Trójmodułowy transformator odzyskowy o napięciu 345 kV w ramach demonstracji został zainstalowany i załączony w czasie krótszym niż sześć dni. Eksperyment miał miejsce w 2012 r. Był to wcześniej przygotowany pilotaż, tak więc odnotowany okres nie jest uniwersalny dla każdej stacji i po każdym rodzaju zniszczenia.

Mobilna stacja może obejmować nie tylko transformator, ale także rozdzielnię, aparaturę sterowniczą, zabezpieczenia, telekomunikację i zasilanie potrzeb własnych. Jej skuteczność zależy wszakże od wcześniejszego przygotowania miejsca instalacji.

Jeśli dopiero po awarii trzeba projektować sposób podłączenia, przebudowywać fundamenty i kompletować aparaturę, przewaga czasowa rozwiązania mobilnego szybko maleje. Dlatego gotowość powinna być sprawdzania podczas ćwiczeń, a nie jedynie figurować w dokumentacji.

Europa może zostać bez urządzeń

Problem dostępności transformatorów nie wynika wyłącznie z zakłóceń produkcyjnych. Popyt rośnie, ponieważ państwa na całym świecie równocześnie modernizują stare sieci i budują nowe połączenia potrzebne do obsługi OZE, energetyki jądrowej, przemysłu, pomp ciepła, transportu elektrycznego oraz centrów danych.

Raport IEA z 25 lutego 2025 r. pokazuje, że od 2019 r. ceny transformatorów mocy wzrosły o 75 proc., natomiast ceny kabli niemal się podwoiły. Agencja zaznacza, że koszt poszczególnych zamówień silnie zależy od ich parametrów, jednak kierunek zmiany jest jednoznaczny – urządzenia są droższe, a ich pozyskiwanie trwa dłużej.

W warunkach globalnego kryzysu kilka państw może jednocześnie potrzebować tych samych klas transformatorów, przepustów, wyłączników i kabli. Producenci nie uruchomią z dnia na dzień dodatkowych linii, ponieważ wytwarzanie najwyższych napięć wymaga wyspecjalizowanych zakładów, stanowisk, prób, materiałów i doświadczonej kadry.

Po zniszczeniu kilku stacji Polska po prostu kupi potrzebny sprzęt na europejskim rynku – to założenie jest niebezpieczne. Owszem, w normalnych warunkach jest to możliwe, choć powolne. W sytuacji jednoczesnego zapotrzebowania wielu państw dostępność może zostać ograniczona również przez aspekty polityczne oraz krajowe interesy producentów.

Szybka dostawa zależy od mocy fabryk i importowanych komponentów

Polska posiada zakłady produkujące transformatory, aparaturę elektroenergetyczną i elementy stacji. Jest to istotny aspekt, bowiem kompetencje projektowe, montażowe, serwisowe oraz diagnostyczne znajdują się w kraju.

Jednak to, że mamy fabryki wcale nie oznacza, że dowolne urządzenie może powstać natychmiast. Duże transformatory są wytwarzane w niewielkich seriach, a zakłady realizują kontrakty zawarte z kilkuletnim wyprzedzeniem. Ograniczenia to nie tylko hale montażowe, ale też stanowiska prób, dostępności stali elektrotechnicznej, miedzi, izolacji, przełączników zaczepów i przepustów.

30 września 2024 r. PSE poinformowały o podpisaniu z Hitachi Energy Poland oraz EthosEnergy Poland umów na osiem autotransformatorów o łącznej wartości prawie 46 mln euro. Pierwsze urządzenia miały zostać dostarczone w 2026 r. Operator zapowiedział również zakup kolejnych kilkudziesięciu jednostek w następnych latach.

Pokazuje to dwie rzeczy. Po pierwsze, Polska ma dostęp do producentów zdolnych dostarczyć urządzenia dla sieci najwyższych napięć. Po drugie, również planowane zamówienia wymagają wieloletniego harmonogramu.

Ocena krajowych zdolności powinna więc zależeć od takich aspektów jak:

• klasa napięcia i mocy, którą można wytwarzać w Polsce,
• liczba największych jednostek, które można produkować jednocześnie,
• zakres importowanych komponentów,
• dostępność zapasowych stanowisk prób,
• elastyczność fabryki w razie konieczności zmiany kolejności realizacji kontraktów,
• odpowiedzialność za koszty przerwania produkcji komercyjnej na rzecz zamówienia kryzysowego,
• liczba specjalistów, którzy mogą jednocześnie prowadzić montaż i uruchomienia w terenie.

Ważne są także przepusty, wyłączniki, kable i cyfrowe systemy zabezpieczeń

Strategiczna rezerwa transformatorowa nie powinna ograniczać się do najdroższych i największych urządzeń. Stacja elektroenergetyczna jest systemem naczyń połączonych. Brak jednego mniejszego, lecz nietypowego komponentu może uniemożliwić uruchomienie sprawnego transformatora.

W zasobie kryzysowym należałoby rozważyć utrzymywanie:

• transformatorów i autotransformatorów wybranych klas,
• mobilnych stacji elektroenergetycznych,
• transformatorów odzyskowych o modułoej konstrukcji,
• przepustów transformatorowych,
• wyłączników oraz modułów rozdzielnic,
• przekładników prądowych i napięciowych,
• głowic i muf kablowych,
• odcinków kabli wysokiego napięcia,
• cyfrowych zabezpieczeń i sterowników,
• systemów zasilania potrzeb własnych,
• wyposażenia diagnostycznego,
• oleju transformatorowego i urządzeń do jego obróbki,
• prefabrykowanych modułów sterowni.

Tego typu lista nie powinna być ustalana wyłącznie wg ceny urządzeń. Znacznie ważniejsze są skutki niedostępności, przewidywany czas dostawy oraz możliwości zastosowania komponentu w wielu lokalizacjach.

Rezerwa wymaga też konserwacji. Transformator, przepust albo aparat przechowywany bez odpowiednich warunków i okresowych badań może nie nadawać się do użycia. Część urządzeń cyfrowych starzeje się dodatkowo technologicznie – po latach mogą pojawić się problemy z oprogramowaniem, komunikacją lub dostępnością kompatybilnych części.

Czego jeszcze wymaga rezerwa transformatorowa?

Umieszczenie całego zapasu w jednym magazynie byłoby ryzykowne. Pojedynczy atak rakietowy, pożar albo powódź mogłyby pozbawić państwo znacznej części rezerwy. Urządzenia powinny być rozmieszczone w co najmniej kilku chronionych lokalizacjach, dobranych zarówno pod kątem bezpieczeństwa, jak i dostępu do głównych tras transportowych.

Ponadto rezerwa transformatorowa potrzebuje projektantów, monterów, specjalistów od zabezpieczeń, diagnostyków, operatorów dźwigów, firm transportowych oraz personelu zdolnego do wykonywania prób wysokonapięciowych. Departament Energii USA w raporcie z lipca 2024 r. zwrócił uwagę, że podczas katastrofy regionalnej kilka przedsiębiorstw może korzystać jednocześnie z usług tych samych ekip naprawczych. W efekcie liczba dostępnych specjalistów może okazać się mniejsza, niż zakładają indywidualne plany awaryjne operatorów.

Polska rezerwa powinna zatem obejmować nie tylko zapas materiałowy, ale też umowy ramowe i wykaz zasobów wykonawczych. Państwo musi wiedzieć, ile ekip można uruchomić w tym samym momencie, jakie posiadają kwalifikacje i czy dysponują sprzętem potrzebnym do pracy w kilku zniszczonych stacjach.

Niezbędne są także ćwiczenia. Przynajmniej część procedury powinna zostać sprawdzona w praktyce – wydanie urządzenia z magazynu, uzyskanie zezwoleń, transport, ustawienie jednostki mobilnej, wykonane połączeń i próby przed załączniemi.

Plan na papierze może obejmować kilka dni. Jednakże dopiero ćwiczenie pokaże, czy na trasie nie ma nieprzejezdnego mostu, czy złącza faktycznie pasują, a ekipa potrafi uruchomić urządzenie bez brakujących narzędzi.

Wiceprezes Hitachi Energy określa następujące problemy techniczne i organizacyjne z przechowywaniem oraz szybkim uruchomieniem tych urządzeń:

– Samo posiadanie transformatora nie gwarantuje jeszcze możliwości jego natychmiastowego wykorzystania. Takie urządzenia wymagają odpowiednich warunków magazynowania, regularnych kontroli technicznych i serwisowania, zaplecza logistycznego oraz przygotowanych procedur transportu i montażu oraz uruchomienia. W przypadku największych jednostek znaczenie ma również dostępność specjalistycznego transportu i infrastruktury umożliwiającej bezpieczne przemieszczenie urządzenia. Dlatego odporność systemu elektroenergetycznego należy postrzegać szerzej niż tylko przez pryzmat rezerw sprzętowych. To również kwestia gotowości organizacyjnej, procesowej i kompetencyjnej całego sektora. 

Polska potrzebuje wspólnej rezerwy operatorów, państwa i partnerów europejskich

Racjonalny system nie powinien opierać się na jednym magazynie zarządzanym centralnie. Lepszy byłby model wielopoziomowy.

W takim modelu pierwszy poziom stanowiłyby zapasy utrzymywane przez operatorów sieci przesyłowej i dystrybucyjnej. Powinny odpowiadać typowym awariom oraz specyfice urządzeń pracujących w ich własnych stacjach.

Drugi poziom mogłaby tworzyć krajowa rezerwa strategiczna przeznaczona na zdarzenia przekraczające możliwości jednego operatora. Obejmowałaby najbardziej uniwersalne klasy transformatorów i komponenty o najdłuższych terminach dostaw.

Trzeci poziom to umowy z producentami. Państwo mogłoby płacić nie tylko za gotowe urządzenia, lecz również za utrzymywanie zdolności produkcyjnych, zapasu materiałów i możliwości priorytetowej realizacji zamówień awaryjnych.

Czwartym poziomem powinna być współpraca regionalna. Przykładowo – między operatorami Europy Środkowej. Wspólna rezerwa pozwoliłaby podzielić koszty najdroższych urządzeń, jednak wymagałaby wcześniejszego uzgodnienia parametrów technicznych i zasad pierwszeństwa.

Współpraca międzynarodowa nie może być jedynym zabezpieczeniem. Gdyby kilka państw zostało dotkniętych kryzysem mniej więcej w tym samym czasie, każde z nich potrzebowałoby zapasowych urządzeń jednocześnie.

O skuteczności rezerwy zdecyduje czas

Najważniejszym wskaźnikiem bezpieczeństwa nie powinna być liczba transformatorów stojących w magazynie. Sama liczba niewiele mówi, jeżeli urządzenia nie pasują do sieci, nie może ich przewieźć albo brakuje personelu do montażu.

Natomiast znacznie większą wartość ma informacja o tym, ile czasu potrzeba od utraty konkretnego węzła do przywrócenia minimalnej zdolności przesyłowej.

Kluczowe jest, by dla każdej stacji o strategicznym znaczeniu określić:

• możliwe drogi awaryjnego zasilania,
• dopuszczalny czas wyłączniea
• dostępne urządzenie zastępcze,
• miejsce jego przechowywania,
• trasę transportu i trasę alternatywną,
• wymagane prace budowlane,
• skład zespołu uruchomieniowego,
• termin przywrócenia częściowej oraz pełnej funkcjonalności.

Dopiero taka analiza pozwoli ocenić, ile urządzeń Polska rzeczywiście potrzebuje i gdzie powinny się znajdować.

Rezerwa transformatorowa może stać się równie ważna co zapasy paliw

Rezerwy paliw są potrzebne, by elektrownie miały z czego produkować energię. Rezerwa transformatorowa jest potrzebna, gdyż wytworzony prąd trzeba przesłać do odbiorców.

Nie są to zabezpieczenia przeciwstawne, czy dwie konkurujące ze sobą polityki energetyczne. Polska potrzebuje obydwu. W systemie coraz bardziej zależnym od energii elektrycznej brak kluczowego urządzenia sieciowego może być równie dotkliwy co brak paliwa.

Czteroletni termin dostawy to pouczenie, że rynku nie można traktować jako magazynu dostępnego na żądanie. Państwo powinno przeprowadzić przynajmniej audyt kompatybilności urządzeń, krajowych mocy produkcyjnych, tras transportowych i zdolności szybkiej odbudowy stacji.

Jeśli z takiej analizy wyniknie, że po utracie ważnego węzła pełna odbudowa trwałaby kilka lat, utworzenie rezerwy przestanie być pytaniem o dodatkowy koszty. Stanie się pytaniem o to, ile państwo jest gotowe zapłacić za skrócenie wieloletniego kryzysu do tygodni lub miesięcy.

Jeśli interesuje Cię temat bezpieczeństwa energetycznego państwa, zwłaszcza w sytuacji wojny, to koniecznie przeczytaj także ten artykuł: Infrastruktura energetyczna a wojna. Czy system rozproszony jest bezpieczniejszy?