Zimowe niedobory energii z OZE wymagają kosztownych rezerw

Europejski system elektroenergetyczny oparty na OZE będzie najbardziej narażony na niedobory energii zimą, gdy słaby wiatr i niewielkie nasłonecznienie połączą się z wysokim zapotrzebowaniem. Analiza 80 lat danych pogodowych pokazuje, że baterie nie wystarczą do pokrycia wielodniowych deficytów. Konieczne mogą być kosztowne rezerwy mocy, uruchamiane zaledwie przez kilkadziesiąt godzin w roku.

Najtrudniejsze okresy przypadają na zimę

Autorzy wykorzystali otwarty model PyPSA-Eur, obejmujący 90 węzłów europejskiej sieci w rozdzielczości godzinowej. Dla każdego z 80 lat pogody z okresu 1941–2021 model osobno dobierał moce wytwórcze, magazyny i sposób pracy systemu.

Zidentyfikowano 41 zdarzeń szczególnie mocno wpływających na niezbędne inwestycje. Obejmowały około 1 proc. analizowanych godzin, występowały średnio co drugi rok i przypadały wyłącznie na okres od listopada do lutego. Podczas tego rodzaju zdarzeń udział wiatru w europejskiej produkcji spadał z sezonowego poziomu około 50 proc. do 15–30 proc., a niskie temperatury zwiększały popyt.

Badacze wykrywali gorsze okresy za pomocą cen dualnych, nazywanych również cenami cienia. Nie są one prognozą cen na giełdzie energii, lecz wskaźnikiem pokazującym, gdzie dodatkowa jednostka mocy, magazynowania lub przesyłu ma w modelu największą wartość.

Baterie nie rozwiązują wielodniowego deficytu

W przyjętej konfiguracji magazyny bateryjne służyły przede wszystkim do dobowego bilansowania produkcji słonecznej. Ze względu na koszt pojemności energetycznej nie były optymalnym rozwiązaniem dla kilkudniowych zimowych niedoborów. Najtrudniejszych 100–150 godzin roku nie pokrywały łącznie istniejące źródła sterowalne i baterie.

W scenariuszu podstawowym rolę dodatkowej rezerwy pełniły ogniwa paliwowe korzystające z magazynowanego wodoru. Autorzy zaznaczają, że podobną funkcję mogłyby pełnić turbiny wodorowe lub metanolowe, elektrownie gazowe z wychwytywaniem CO₂ albo – w scenariuszu dopuszczającym niewielkie emisje – istniejące elektrownie gazowe.

Rezerwy pracowały z pełną mocą przez mniej niż około 50-100 godzin rocznie, a ich średni współczynnik wykorzystania wynosił 4 proc. Wymagana moc zmieniała się zależnie od roku pogodowego: od niemal zera do 77 GW.

Rezerwa mocy działa jak kosztowne ubezpieczenie

Tak niskie wykorzystanie utrudnia odzyskanie kosztów inwestycji. Jednocześnie na zdarzenia krytyczne przypadała w modelu około jedna trzecia rocznych kosztów systemu elektroenergetycznego. Bezpieczeństwo przez niewielką część roku może więc generować nieproporcjonalnie wysokie koszty.

Badanie nie podważa potrzeby dalszej rozbudowy OZE. Większa i odpowiednio dobrana moc odnawialna wzmacnia odporność w skali wielu lat, natomiast rezerwy odpowiadają za godziny i dni największego deficytu. W obu przypadkach chodzi o bezpieczeństwo infrastruktury energetycznej.

Wyniki nie wskazują dokładnie, ile rezerw powinna zbudować dzisiejsza Europa. Model obejmował wyłącznie elektroenergetykę, zakładał doskonałą znajomość pogody, nie uwzględniał zarządzania popytem ani pełnego łączenia sektorów. Dane historyczne mogą także nie obejmować wszystkich ekstremów przyszłego, cieplejszego klimatu.

Szymon Ślubowski