Polska potrzebuje czystych technologii energetycznych, gotowych do szybkiego wdrożenia. Jeszcze przed dużym atomem

Technologie, na których oparte jest działanie biogazowni i SMR-ów (modułowe reaktory jądrowe), dzieli bardzo dużo. Obydwie mają jednak kilka cech wspólnych, które sprawiają, że warto zestawić je obok siebie. Ich wdrożenie w skali ogólnopolskiej wiązałoby się ze zmianą charakteru energetyki krajowej – z centralnej na rozproszoną. Kolejny wspólny element obu technologii, to możliwość ich stosunkowo szybkiej rozbudowy, w porównaniu z realizacją programu energetyki jądrowej lub z produkcją zielonego wodoru. Czy zatem dawna idea środowisk rolniczych, by niemal w każdej polskiej wsi była jedna biogazownia, jest słuszna? A może lepiej skupić się na małych reaktorach, które są w stanie zagwarantować dostawy prądu, a nie tylko ogrzewanie czy gaz w palnikach kuchenek?

Wydobycie węgla kamiennego w Polsce spadło ostatnio do poziomu sprzed I wojny światowej, czyli do około 50 mln ton i było czterokrotnie mniejsze niż pod koniec lat 70. XX wieku. Na skutek ograniczenia wydobycia węgla krajowego wzrósł jednocześnie import tego surowca – tylko między 2021 r. a 2022 r. był on większy o osiem milionów ton, czyli o 140 proc. W 2022 roku, jedna piąta węgla zużytego w Polsce pochodziła już z zagranicy. W kolejnych latach odsetek surowca sprowadzanego z zagranicy może być jeszcze wyższy, bo po polski węgiel trzeba sięgać coraz głębiej, a to generuje wyższe koszty.

Spadek opłacalności wydobycia polskiego węgla związany jest też z polityką klimatyczną Unii Europejskiej. Wygaszanie bloków w Elektrowni Bełchatów zaplanowane na lata 2030-2036 r. uczyni także bezsensownym import tego surowca. Tym bardziej że już teraz uprawnienia do emisji CO2 przekraczają 100 euro/t, czyniąc coraz mniej konkurencyjną produkcję z wykorzystaniem prądu uzyskanego wskutek spalania węgla.

Problemem są też kwestie wizerunkowe związane z gospodarką węglową: nie tak dawno na niechlubnej liście dziesięciu największych emitentów gazów cieplarnianych w Europie za rok 2022 znalazły się Bełchatów, Kozienice i Turów. Takie rankingi nie sprzyjają pozostałym gałęziom gospodarki, w tym najbardziej szkodzą turystyce. Zastąpienie elektrowni węglowych siłowniami bardziej przyjaznymi środowisku, staje się zatem sprawą niezwykle istotną. Wiadomo przy tym jednak, że szczególnie w polskiej specyfice klimatycznej nie można liczyć na uważane za kapryśne – tj. słońce i wiatr – fotowoltaika, jak i turbiny wiatrowe nie pozwalają nawet w bardziej sprzyjającym im klimacie na osiągnięcie bezpieczeństwa energetycznego.

Wydaje się, że program polskiej energetyki jądrowej to obecnie jedyna sensowna alternatywa dla dalszego funkcjonowania elektrowni węglowych. Kłopot w tym, że już teraz Polska notuje w jego realizacji spore opóźnienia.

Każda kolejna zmiana bądź zachwianie decydentów może spowodować kolejne przesunięcia w terminach, i tak bardzo dalekich, ponieważ budowa jednej elektrowni atomowej trwa dziesięć, czasem nawet kilkanaście lat. Problemem są też wysokie koszty takich inwestycji, zapewnienie stałych dostaw wydajnego paliwa jądrowego i bezpieczeństwo.

Może warto więc wziąć przykład z innych państw? Kłopot w tym, że ciężko wskazać kraje o zbliżonej charakterystyce ukształtowania terenu i dostępności źródeł do tych, jakimi dysponuje Polska. W światowej energetyce nie występuje też jedno podejście do transformacji energetycznej. Na przykład teoretycznie bliskie Polsce Niemcy zamykają elektrownie atomowe i wracają do węgla, nie bacząc na koszty, a braki prądu nadrabiają jego importem z Francji. Polski jednak na to nie stać.

Z Francją też do końca nie wiadomo, jak będzie. Jeszcze niedawno, bo dekadę temu, Marcin Popkiewicz w książce: „Rewolucja energetyczna. Ale po co?,” zwracał uwagę na to, że Francuzi do 2025 r. planowali zmniejszyć udział w produkcji prądu pochodzącego z atomu z 75 proc. do 50 proc. To jest już jednak nieaktualne.

Francuzi ogłosili właśnie chęć budowy ośmiu dodatkowych elektrowni, poza planowanymi nieco wcześniej sześcioma. Ze Skandynawią też nie ma co się porównywać z uwagi na panujące tam warunki faworyzujące OZE w postaci turbin wiatrowych i elektrowni wodnych. Są jeszcze Czechy, ale kraj ten zasługuje na oddzielne potraktowanie.

– W obliczu globalnych zmian w sektorze energetycznym stoimy przed wyzwaniem zdefiniowania własnej ścieżki transformacji. Choć spojrzenie na inne kraje może dostarczyć cennych wskazówek, nie ma uniwersalnego modelu, który można by bezpośrednio zastosować w każdym przypadku – komentuje Radosław Dudzik, ekspert firmy technologicznej ABB.

Na pewno warto też pamiętać o tym, że Polska ma rozwinięte rolnictwo, które notuje rekordy w eksporcie żywności i przymierza się powoli do zwiększenia produkcji biopaliw.

Zostawmy zatem duże elektrownie atomowe, które w Polsce prędzej czy później powstać muszą, i przejdźmy do teoretycznie mniej wymagających projektów, mających szansę wypełnić lukę po wygaszanych blokach elektrowni węglowych. Takimi źródłami stosunkowo czystej energii mogą być właśnie biogazownie, o których budowę co jakiś czas apelują środowiska wiejskie oraz SMR-y, czyli małe reaktory, które także można zbudować stosunkowo szybko i tanio. Choć na pewno nie w takim tempie jak biogazownie.

Modułowe reaktory jądrowe (SMR) są niewielkie, zdecydowanie łatwiejsze w transporcie i instalacji od klasycznych. Ale z SMR-ami wiążą się też wyzwania: potrzebują więcej jednostek do wytworzenia tej samej ilości energii co duże elektrownie, a kwestie bezpieczeństwa i odporności na awarie, zwłaszcza w zarządzaniu odpadami jądrowymi i ryzyko błędów ludzkich, muszą zostać dokładnie przebadane przed dopuszczeniem ich do użytku na masową skalę – zauważają eksperci firmy technologicznej ABB.

Wiadomo, że z inwestycji w SMR-y nie wycofują się Czesi. Nasi południowi sąsiedzi posiadają już jednak odpowiednią infrastrukturę. Co istotne, są także w przededniu uruchomienia pilotażowego projektu, który ma powstać w sąsiedztwie istniejącej elektrowni jądrowej Temelin. Czesi mają też lepiej wyszkolone kadry i doświadczenie w dużej energetyce jądrowej. Może zatem trzeba nieco odpuścić SMR-y, dopóki ta technologia nie przejdzie wszystkich chorób wieku dziecięcego i skupić się na biogazowniach, których budowa wydaje się dużo łatwiejsza?

Jak słusznie zauważa prof. Grzegorz Tchorek z Wydziału Zarządzania Uniwersytetu Warszawskiego oraz Instytutu Energetyki – Państwowego Instytutu Badawczego, produkcja energii jądrowej w technologii SMR przeznaczona jest do zupełnie innych zastosowań. Ma inne uwarunkowania użycia (niż energia pochodząca z biogazowni), choć również jest bardzo niskoemisyjna – dodaje. – Niemniej jest to rozwiązanie o bardzo długim cyklu dopuszczenia do użycia, za sprawą czynników bezpieczeństwa i środowiska – zauważa ekspert.

Jak przypomina dr hab. Tchorek, (SMR) obecnie nie funkcjonuje w formie komercyjnej. – Można jednak oczekiwać, że w okolicach 2030 r. pojawią się pierwsze jednostki funkcjonujące w tej formie – uważa profesor. Jego zdaniem, technologie produkcji energii jądrowej, przynajmniej w pierwszej fazie, będą droższe niż produkcja z biogazu. Ponadto SMR to oczekiwana, ciągła produkcja z reaktorów o mocy kilkuset MW, oznacza to konieczność porównywalnego popytu, a więc średniej i dużej wielkości miasta, bądź ze strony dużych zakładów przemysłowych.

– Można sobie wyobrazić miks energetyczny z istotną rolą SMR w postaci instalacji kilku, kilkunastu bądź kilkudziesięciu SMR w Polsce, ale ich rozkwitu nie można oczekiwać wcześniej niż w okolicach lat 2035-2050. Do tego czasu jesteśmy w stanie wykorzystać istotne ilości biomasy i odpadów, z którymi i tak na co dzień musimy sobie radzić – uzupełnia prof. Grzegorz Tchorek.

Jak również zauważa Aneta Więcka, kierownik projektu w Narodowym Centrum Badań i Rozwoju, technologia SMR stanowi nowe rozwiązanie, które wymaga jeszcze pełnego zrozumienia i rozwoju oraz testów w pełnej skali.

– Z zaciekawieniem obserwujemy proces badawczy i testowy tej technologii, widzimy, jak eksperci pracują nad jej doskonaleniem. Pojawiają się tam kwestie dotyczące bezpieczeństwa oraz potencjalnych ryzyk, które muszą być dokładnie zbadane i zrozumiane, zanim SMR-y zostaną powszechnie przyjęte. Dalsze badania, inwestycje i współpraca międzynarodowa są kluczowe dla pełnego zrozumienia potencjału oraz ewentualnej implementacji tej technologii jądrowej w skali globalnej. Istotnym pytaniem pozostaje, jaka będzie cena energii z tego rozwiązania – komentuje Więcka.

Czy sprawa jest zatem przesądzona? Zdaniem prof. Tchorka naturalnym wygranym tego zestawienia (SMR czy biogazownia) jest biogaz, który można wytworzyć lokalnie, w małej skali i w elastycznym trybie. Dodatkowo sam biogaz bądź substrat może być relatywnie łatwo magazynowany.

Jak podkreśla Ewa Krasuska, doradca strategiczny w Narodowym Centrum Badań i Rozwoju, technologie wytwarzania biogazu, w szczególności biometanu, odegrają ważną rolę w budowaniu bezemisyjnej gospodarki w Polsce.

– Biogaz powstaje w wyniku procesu fermentacji metanowej materiałów organicznych. Poddany oczyszczaniu i usunięciu balastu, jakim jest CO2, nazywany jest biometanem, tj. gazem odnawialnym o parametrach ekwiwalentnych do gazu ziemnego – wyjaśnia Krasuska.

Biogazownie i biometanownie są instalacjami gospodarki obiegu zamkniętego, które z przetworzonych odpadów produkują paliwo oraz cenny produkt nawozowy w postaci przefermentowanej masy, zapewniając zamykanie obiegu pierwiastków biogennych w przyrodzie.

Według szacunków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju (NCBR), Polska dysponuje potencjałem wdrożeniowym produkcji biogazu na poziomie 5 mld m3 rocznie, co odpowiada około 2,8 mld m3 biometanu. Część gmin nie posiada zasobów, by taka instalacja mogła powstać na ich terenie. – Na pewno jest miejsce na mikro- i małe instalacje biogazowe, które powinny być realizowane przy gospodarstwach hodowlanych jako lokalne źródło energii. Jednak kluczowe są większe instalacje, które będą wytwarzały biometan wprowadzany do sieci gazowej – podkreśla Krasuska z NCBR.

Biometan jest strategicznym paliwem dla transformacji energetycznej Polski. Jako chemiczny nośnik energii może być łatwo magazynowany i wykorzystywany w momentach szczytowego zapotrzebowania na energię lub w celu zbilansowania niedoboru energii ze źródeł wiatrowych i słonecznych w dni, kiedy wiatr nie wieje i nie świeci słońce.

Na stronie NCBR dostępny jest Symulator Polskiego Systemu Energetycznego.
Symulator PSE – to narzędzie edukacyjne, które może wspomagać kształtowanie kierunków rozwoju polskiej energetyki. – Docelowo, przy daleko posuniętej elektryfikacji polskiej gospodarki, w tym transportu i ogrzewnictwa, możliwy jest scenariusz 100 proc. OZE, w którym cały system energetyczny jest zdekarbonizowany i pracuje na źródłach wiatrowych i słońcu oraz na magazynach energii – przekonuje doradca strategiczny NCBR. Aby ten system zbilansować w cyklu rocznym, potrzebne będzie 1-2 mld m3 biometanu, czyli zaledwie kilka procent dzisiejszego zużycia gazu ziemnego – wyjaśnia Krasuska.

Źródła:

• Narodowe Centrum Badań i Rozwoju,
• Instytut Energetyki - Państwowy Instytut Badawczy
• Raport Capgemini „World Energy Markets Observatory”,
• Marcin Popkiewicz, „Rewolucja energetyczna. Ale po co?”, Wydawnictwo Sonia Draga, 2017