Informacje z ostatnich dni dotyczące problemów ze zbilansowaniem mocy w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym (KSE), potwierdzają od kilku lat pojawiające się tezy, że w niedalekiej przyszłości czekają nas częste wyłączenia dla dużych grup odbiorców energii – tzw. black-outy.

Szybko rosnąca moc źródeł OZE (głównie fotowoltaika) oferuje prawie darmową energię, jednak powoduje konieczność posiadania rezerwowych sterowalnych jednostek wytwórczych energii o zwiększonej dynamice – gazowych, węglowych lub innych. Chodzi o to, aby w przypadku dynamicznie zmieniających się warunków atmosferycznych, a co za tym idzie zwiększania się lub zmniejszania generacji energii z OZE, jednostki wytwórcze sterowalne mogły nadążać za zmianami w KSE.

Mówiąc o dynamicznych jednostkach wytwórczych mamy na myśli bloki charakteryzujące się bardzo krótkimi czasami rozruchu, niskim minimum technicznym, dużymi szybkościami naboru i zrzutu mocy. Tego rodzaju sposób eksploatacji bloków powoduje zwiększenie naprężeń elementów bloku pracujących w warunkach wysokich temperatur i ciśnień, a co za tym idzie zwiększone ich zużycie.

Należy podkreślić, że bloki gazowo-parowe cechują się większą dynamiką, w porównaniu do bloków węglowych. Przykładowe zestawienie parametrów określających dynamikę / regulacyjność bloków podano w tabeli poniżej:

Parametr regulacyjny	Blok węglowy	Blok parowo-gazowy
Czas rozruchu ze stanu gorącego (postój do 8 godzin)	ok. 3 godzin	ok. 1 godzina
Minimum techniczne bloku (% mocy znamionowej)	60%	30 – 50 %
Szybkość zmian obciążenia bloku (dla zakresu obciążeń: minimum – moc znamionowa)	1 – 2%	4 – 9%

zobacz także

Jak widać w poniższej tabeli, bloki gazowo-parowe cechują się znacznie wyższą dynamiką pracy w porównaniu do klasycznych bloków węglowych, które były projektowane do pracy w podstawie systemu KSE. Dodatkowo porównując sprawność, bloki gazowo-parowe osiągają sprawności na poziomie 60% (netto), podczas gdy klasyczne bloki węglowe osiągają sprawności na poziomie 33 – 35% (netto).

Biorąc pod uwagę emisyjność bloków, a szczególnie emisję CO₂, bloki gazowo-parowe również są bezkonkurencyjne w porównaniu do bloków węglowych – osiągają emisję CO₂poniżej wymaganego poziomu 550 g CO₂/kwh wyprodukowanej energii, podczas gdy emisyjność bloków węglowych klasy 200 MWe kształtuje się na poziomie ok. 1100 g CO₂/kwh wyprodukowanej energii.

Należy jednak podkreślić, że w pewnych kwestiach klasyczne bloki węglowe mają przewagę porównując je z blokami gazowo-parowymi. Chodzi głównie o dostępność i cenę paliwa, oraz koszty inwestycyjne. Ostatni kryzys paliwowy związany z agresją Rosji na Ukrainę uwidocznił problem dostępności paliwa gazowego oraz ogromnej niestabilności cen tego paliwa na światowych giełdach. Nawet kraje Europy zachodniej w których bloki węglowe są odstawione lub planowane do odstawienia w niedalekiej przyszłości, postanowiły je uruchomić i eksploatować w celu zabezpieczania stabilności pracy systemu elektro-energetycznego.

Druga kwestia, którą należy przeanalizować to nakłady inwestycyjne. Budowa nowego bloku parowo-gazowych to wydatek rzędu kilku miliardów złotych, w zależności od mocy bloku. Tymczasem modernizacja bloku węglowego klasy 200 MWe pozwalająca eksploatować blok przez najbliższe kilka/kilkanaście lat, a jednocześnie zwiększająca jego dynamikę to wydatek rzędu 50 – 150 mln PLN.

Zorganizowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju i zrealizowany przez RAFAKO projekt badawczo-rozwojowy o nazwie „Program Bloki 200+” pokazał że jest możliwe uzyskanie parametrów dynamicznych dla bloku węglowego klasy 200 MWe, zbliżonych do parametrów uzyskiwanych przez bloki gazowo-parowe. Jednocześnie nakłady inwestycyjne poniesione w latach 2020-2022 (czas trwania fazy wdrożeniowej projektu) wyniosły ok 80 mln PLN. Należy podkreślić, że projekt był realizowany w formule opracowania rozwiązań służących zwiększeniu elastyczności bloku, a następnie wdrożenia ich na dedykowanym bloku klasy 200 MWe. Partnerem RAFAKO był Tauron Wytwarzanie. To właśnie na bloku nr 6 w należącej do Tauron Wytwarzanie Elektrowni Jaworzno III RAFAKO implementowało rozwiązania Projektu. Projekt został zakończony z sukcesem – wymagane przez NCBiR parametry techniczne zostały osiągnięte, co zostało potwierdzone pomiarami odbiorowymi.

Dodatkowo należy podkreślić, że RAFAKO w ramach prowadzonych analiz opracowało koncepcję konwersji istniejących bloków węglowych na paliwo gazowe, co w połączeniu z częścią rozwiązań wypracowanych w ramach projektu „Program Bloki 200+”pozwoli na uzyskanie dynamicznego bloku o emisyjności CO₂ poniżej 550 g CO₂/kwh a więc mogącego uczestniczyć w rynku mocy. Tego typu bloki nie pracowały by w postawie (ze względu na osiągane niskie sprawności w porównaniu do bloków gazowo-parowych) lecz były by uruchamiane w sytuacjach niedoboru mocy w systemie.

REKLAMA

Problemem wydaje się być opóźnienie w zaimplementowaniu rozwiązań opracowanych w ramach projektu 200+ na istniejących blokach. Operator KSE – Polskie Sieci Elektroenergetyczne są zainteresowane jak najszybszym uelastycznieniem pracy bloków węglowych, jednak przedłużający się proces tworzenia Narodowej Agencji Bezpieczeństwa Energetycznego, która będzie właścicielem bloków węglowych (będzie decydowała które bloki modernizować) oraz przedłużające się negocjacje z UE mogą spowodować, że black-outy dotkną nas szybciej niż się spodziewamy.

Czy bloki węglowe w Polsce uzyskają „drugie życie”?