Andrzej Grzybowski: Czy magazyny energii przyspieszą dekarbonizację?

Rozmowa dr inż. Andrzejem Grzybowskim o zmianach klimatycznych oraz roli OZE i magazynów energii w dekarbonizacji.

W ostatnich latach dużo słyszymy o wpływie ludzkiej działalności na zmiany klimatyczne, szczególnie globalne ocieplenie. Jak poważny jest ten problem? 

Nauka, meteorologia i statystyka nie mają nic wspólnego z polityką. Dane zbierane przez meteorologów są nieubłagalne. Od czasów rewolucji przemysłowej średnia globalna temperatura wzrosła o ok. 1°C. Między rokiem 1880 a 1980 wzrastała ona średnio o 0,07°C na dekadę, natomiast w ostatnich 40 latach tempo tego wzrostu diametralnie się zwiększyło, aż do 0,18°C na dziesięciolecie. W ostatnich latach rekord najgorętszego roku od czasu rozpoczęcia monitorowania globalnej temperatury został kilkukrotnie pobity. Szacowane jest, że między rokiem 2030 a 2052 średnia roczna temperatura na świecie wyniesie o 1,5°C więcej niż w erze preindustrialnej.

Nauka, meteorologia i statystyka nie mają nic wspólnego z polityką. Dane zbierane przez meteorologów są nieubłagalne.

Jakie są główne przyczyny globalnego wzrostu temperatury?

Jeszcze niedawno naukowcy nie byli pewni czy główną przyczyną wzrostu temperatury jest działalność człowieka, gdyż istnieją naturalne przyczyny, takie jak zmiany aktywności słońca czy też spontaniczne pożary lasów. Interdyscyplinarne badania naukowe prowadzone w ostatnich latach, wykazały jednak, że te wymienione zjawiska są odpowiedzialne za bardzo niewielki ułamek występujących cały czas zmian. Największym problemem są emitowane przez spalanie paliw kopalnych gazy cieplarniane, szczególnie dwutlenek węgla, które mocno zwiększają intensywność naturalnie występującego efektu cieplarnianego. Dodatkowo wylesianie odpowiada za ok. 20 % światowych emisji CO₂. Hodowla zwierząt wiąże się z dużymi emisjami innego gazu cieplarnianego, metanu, natomiast stosowanie sztucznych nawozów w rolnictwie z uwalnianiem do atmosfery związków azotu.

Jakie są skutki globalnego ocieplenia?

Globalne ocieplenie niesie ze sobą szereg negatywnych skutków. Najbardziej oczywistym z nich jest ocieplenie wielu obszarów na kuli ziemskiej. Wzrost temperatur jest obecnie uznawany za największe zagrożenie dla naszej planety. Fale upałów skutkują śmiercią wielu osób, szczególnie gdy wysokie temperatury utrzymują się przez dłuższy czas oraz występują w miejscach, gdzie mieszkańcy nie są do nich przyzwyczajeni. Dziś chyba już nikt nie ma wątpliwości, że globalne ocieplenie opowiada za zwiększenie intensywności występowania innych ekstremalnych zjawisk pogodowych, takich jak susze, deszcze nawalne powodujące powodzie, czy też cyklony występujące już nie tylko w tropikach. Kolejnym skutkiem globalnego ocieplenia jest wzrost poziomu mórz i oceanów spowodowany topnieniem lodowców. Zagraża on przyszłości wielu położonych, głównie na Pacyfiku, wysp. Zagrożonych jest także wiele miast położonych na wybrzeżach mórz i oceanów, wśród nich Nowy Jork, Sydney czy Rio de Janeiro. Wzrost temperatury zagraża też uprawie niektórych gatunków roślin jak też istnieniu wielu gatunków zwierząt, które obecnie migrują, by uciec przed ociepleniem klimatu.

Wzrost temperatur jest obecnie uznawany za największe zagrożenie dla naszej planety. (…) Dziś chyba już nikt nie ma wątpliwości, że globalne ocieplenie opowiada za zwiększenie intensywności występowania innych ekstremalnych zjawisk pogodowych, takich jak susze, deszcze nawalne powodujące powodzie, czy też cyklony występujące już nie tylko w tropikach

Co obecnie robi świat w celu zatrzymania zmian klimatu?

 Obecnie wszelkie działania sprowadzają się do prób spowolnienie tempa wzrostu globalnych temperatur. Na dłuższą metę ważne jest, żeby globalny wzrost temperatury w stosunku do poziomów sprzed rewolucji przemysłowej nie osiągnął 2°C. Porozumienie paryskie, które zaakceptowało 195 państw, zakłada dążenie do utrzymania średniej temperatury na poziomie o 1,5 stopnia wyższym, niż w epoce preindustrialnej. W skali świata polega to na podjęciu przez państwa różnych wysiłków w celu ograniczenia emisji i wspomagania w tym krajów rozwijających się. Obecnie coraz więcej państw, regionów i firm określa cele osiągnięcia zerowej emisyjności do danego roku. Państwa powinny wprowadzać różnego rodzaju zachęty finansowe dla obywateli, żeby brali udział w rozwoju rozproszonej generacji energii z OZE. Samorządy terytorialne powinny planować i wprowadzać w życie szersze przechodzenie na odnawialne źródła energii, poprzez umiejętne dotowanie wybranych inwestycji.

W jakim tempie wzrasta wykorzystanie źródeł odnawialnych?

Energia ze źródeł odnawialnych staje się coraz tańsza, co czyni jej wykorzystanie zamiast paliw kopalnych opłacalnym ekonomicznie. Technologie OZE nie są jeszcze w stanie zastąpić każdej formy zasilania, niemniej jednak obserwujemy coraz bardziej dynamiczny wzrost ich wykorzystania. W 2019 roku udział OZE w światowej produkcji energii wynosił 27%, natomiast w 2020 wzrósł do 29%. Prognozy mówią, że w bieżącym roku generacja energii z OZE wzrośnie o 8%, co będzie stanowiło największy roczny postęp od roku 1970. Najbardziej rozpowszechnione odnawialne źródła energii to słońce i wiatr i też one rozwijają się najszybciej, ich wykorzystanie ma odpowiadać za 2/3 tego wzrostu.

Energia ze źródeł odnawialnych staje się coraz tańsza, co czyni jej wykorzystanie zamiast paliw kopalnych opłacalnym ekonomicznie.

Jak wiadomo, generacja energii z OZE nie jest idealna. Jakie problemy niesie ze sobą?

Odnawialne źródła energii mają to do siebie, że nie pracują przez cały czas, ale wtedy, kiedy panują sprzyjające warunki. Elektrownie słoneczne nie produkują energii w nocy, a uzyskiwana z nich energia w ciągu dnia jest często znacznie mniejsza od nominalnej. Podobnie jest z wiatrowymi, gdzie wytwarzana energia zależy od siły wiatru. Czas i intensywność działania źródeł odnawialnych tylko w niewielkim stopniu pokrywa się z charakterystyką zapotrzebowania na energię.

Przyłączenie źródeł generacji rozproszonej ma wpływ na funkcjonowanie systemu elektroenergetycznego, powodując lokalne wzrosty napięcia, a po przekroczeniu określonych wartości, odłączane takich źródeł. Dodatkowo sieci średnich i niskich napięć w Polsce są niedoinwestowane, co powoduje brak możliwości przyłączania nowopowstających źródeł. Dalszy rozwój OZE jest więc związany z koniecznością rozbudowy i modernizacji sieci dystrybucyjnej.

W jaki sposób można wykorzystać magazyny energii do ustabilizowania źródeł odnawialnych?

Magazyny energii dają możliwość odbierania energii ze źródła, kiedy jest produkowana w nadmiarze i następnie wykorzystywania jej, kiedy jest zapotrzebowanie na energię w systemie elektroenergetycznym. Taką rolę spełniają w systemie elektrownie szczytowo-pompowe. W Polsce w przypadku prosumentów, wg dotychczas obowiązujących zasad, magazynem energii jest sieć. Oczywiście technicznie najlepszym rozwiązaniem byłyby rozproszone magazyny energii.  Obecnie najpopularniejszą formą magazynowania energii są akumulatory litowo-jonowe, ale rozwijają się inne technologie, które w przyszłości mogą stać się podstawą w tej dziedzinie. Aktualnie bardzo poważnie myśli się o wytwarzaniu energii w OZE a następnie produkowaniu i magazynowaniu wodoru. Pierwsze takie instalacje zostaną w Polsce niebawem uruchomione.

Magazyny energii pomogą wykorzystać OZE w optymalny sposób. Zapewniają ciągłość zasilania, umożliwiając korzystanie z energii poza czasem generacji.

Jakie korzyści techniczne uzyskamy stosując magazyny energii ze współpracy z OZE?

Magazyny energii pomogą wykorzystać OZE w optymalny sposób. Zapewniają ciągłość zasilania, umożliwiając korzystanie z energii poza czasem generacji. Dają możliwość regulacji współczynnika mocy. Natomiast usługa DSR, czyli czasowe obniżenie przez odbiorców zużycia energii lub przesunięcie go w czasie, pozwala na dalszą stabilizację systemu. Magazyny energii pomagają też w integracji generacji rozproszonej z systemem elektroenergetycznym. Dzięki nim można przyłączyć większą liczbę OZE bez ingerencji w infrastrukturę przesyłową i dystrybucyjną, stąd magazyny energii są niezbędne do działania stacji szybkiego ładowania pojazdów z napędem elektrycznym.

Podsumowując, stosowanie magazynów energii może znacznie się przyczynić do zwiększenia udziału OZE w generacji energii, co przyspieszy dekarbonizację, bardzo ważną dla zatrzymania zmian klimatycznych. Dziękuję bardzo za rozmowę.

Również dziękuję.

W 1968 ukończyłem studia na kierunku elektroenergetyka na Wydziale Elektrycznym Politechniki Poznańskiej z którą następnie związałem się na długie lata. Wykładałem głównie przedmioty związane z budową i eksploatacją sieci elektroenergetycznych. Pracę naukową związałem początkowo z problematyką niekonwencjonalnych źródeł energii elektrycznej. Pracę doktorską nt. Współpracy generatora magnetohydrodynamicznego z siecią elektroenergetyczną obroniłem w 1976 roku. Późniejsze moje prace naukowe dotyczyły zagadnień związanych z pracą i sterowaniem systemów elektroenergetycznych w ramach których uczestniczyłem w wieloletnim programie dotyczącym bezpieczeństwa energetycznego kraju.  Wyniki naszych prac teoretycznych i eksperymentów, prowadzonych na zlecenie i przy współpracy z PSE, pozwoliły na przyłączenie w październiku 1995 roku krajowego systemu do sytemu europejskiego. Od dwudziestu lat tak w Politechnice jak na Wydziale Biologii UAM, wykładam przedmioty związane z problematyką sieci dystrybucyjnej i roli w tej sieci odnawialnych źródeł Energii (OZE). 

Na Politechnice pełniłem przez wiele lat funkcję zastępcy dyrektora Instytutu Elektroenergetyki a przez jedną kadencję funkcję prodziekana Wydziału Elektrycznego. Przez dwie kolejne edycje, współpracowałem z Ministerstwem Szkolnictwa Wyższego przy ocenie zgłaszanych projektów. 

Współpracuje od wielu lat z Polskim Towarzystwem Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej z ramienia, którego przez blisko 20 lat pełniłem funkcję jurora w konkursie na najlepszy wyrób prezentowany na kolejnych Targach Energetycznych Energetab Bielsko Biała.

Współpracując z Energetyką Poznańską a później z Eneą współorganizowałem wiele seminariów i szkoleń przeznaczonych dla pracowników energetyki.  Jestem autorem wielu skryptów, artykułów naukowych i publikacji popularno naukowych.  Pracuję także w Komisji Historycznej przy oddziale Poznańskim SEP.

Dr inż. Andrzej Grzybowski