Transformacja sektora energetycznego Polski i pozostałych krajów UE do 2050 r.

Komisja Europejska 14 lipca 2021 r. ogłosiła pakiet reform „Fit for 55”³, zawierających propozycje szczegółowych przepisów prawnych umożliwiających osiągnięcie ogólnego celu redukcji unijnych emisji CO₂ o co najmniej 55% w 2030 r. (w porównaniu z 1990 r.). Jest to kluczowy krok na drodze do neutralności klimatycznej Unii w 2050 r.

Nowe cele zostały oparte o pewne założenia dotyczące zarówno dostępności technologii OZE, możliwości produkcji zielonego wodoru, wykorzystania technologii CCS (ang. Carbon Capture and Storage), jak i potencjału spadku kosztów technologii.

Każde z założeń dotyczących nisko i zeroemisyjnych technologii wymaga jednak szczegółowych analiz pod kątem możliwości ich zastosowania, potencjału i kosztów. Tego rodzaju analizy mają bowiem kluczowe znaczenie w procesie podejmowania decyzji i stanowią ważne wsparcie w określaniu długoterminowych kierunków działania na drodze do neutralnej klimatycznie gospodarki.

Wykonana w CAKE/KOBiZE praca podejmuje próbę weryfikacji możliwości spełnienia zobowiązań redukcyjnych GHG w UE zgodnie z założeniami Europejskiego Zielonego Ładu i projektu aktów prawnych zawartych w pakiecie „Fit for 55”, jak również ocenę wpływu na system energetyczny i gospodarkę.

Wyzwania stojące przed Polską i pozostałymi krajami Unii Europejskiej – wnioski płynące z raportu

W niniejszym opracowaniu przeanalizowano możliwe kierunki transformacji w sektorze elektroenergetyki i ciepłownictwa systemowego w Polsce oraz w pozostałych krajach UE, a także scenariusze istotne z punktu widzenia wyzwań, jakie stoją przed Polską i krajami UE, uwzględniając ryzyka związane z zawirowaniami na rynkach paliw w obecnej sytuacji geopolitycznej:

• Scenariusz odniesienia (BASE) zakładający 60% redukcji emisji w 2050 r. vs. 1990 r. z wyłączeniem sektora użytkowania gruntów i leśnictwa (LULUCF).
• Scenariusz neutralności (NEU) – zakładający 90% redukcji emisji w 2050 r. vs. 1990 r. i zerowy poziom emisji netto z uwzględnieniem sektora użytkowania gruntów i leśnictwa (LULUCF).
• Scenariusz neutralności z wysokimi cenami paliw kopalnych (NEU_HPRICE) – zakładający te same cele redukcyjne GHG i potencjały technologii energetycznych, które zostały zawarte w scenariuszu NEU, ale bazujący na wyższych projekcjach cen paliw kopalnych.
• Scenariusz neutralności z niższym potencjałem rozwoju morskich farm wiatrowych (NEU_LWIND) – zakładający niższy od przyjętego w scenariuszu NEU potencjał w zakresie budowy elektrowni wiatrowych na morzu, ale zakładający te same cele redukcyjne GHG co w scenariuszu NEU.

Elektroenergetyka będzie miała ogromny wpływ na praktycznie wszystkie dziedziny gospodarki, w tym transport, ciepłownictwo, a także zaopatrzenie w energię zakładów przemysłowych. Z kolei proces dekarbonizacji, mający miejsce w tych sektorach, będzie miał wpływ na funkcjonowanie systemu elektroenergetycznego poprzez wygenerowanie dodatkowych wielkości zużycia energii elektrycznej, które pociągać będą za sobą konieczność zwiększenia produkcji w jednostkach wytwórczych.

Realizacja ambitnych celów polityki klimatycznej i dekarbonizacja gospodarki prowadzić będzie do bardzo głębokiej przebudowy polskiego sektora elektroenergetycznego. Modernizacja sektora stymulowana będzie szybko rosnącymi kosztami redukcji emisji. W podstawowym z rozpatrywanych scenariuszy, zakładającym wdrożenie pakietu „Fit for 55” oraz realizację celu net-zero w 2050 r. (scenariusz NEU), koszt marginalny redukcji emisji rośnie do poziomu ok. 145 EUR’2015/tCO₂ w 2030 r. i ok. 575 EUR’2015/tCO₂ w 2050 r.

Także pozostałe scenariusze przewidujące realizację celu net-zero cechują się bardzo wysokimi kosztami marginalnymi emisji. Jedynie w scenariuszu BASE, charakteryzującym się znacznie niższymi celami redukcyjnymi, koszty marginalne redukcji emisji na 2050 r. są wyraźnie niższe – ok. 105 EUR’2015/tCO₂.

We wszystkich scenariuszach, w perspektywie 2050 r., technologiami dominującymi będą źródła odnawialne. Przede wszystkim farmy wiatrowe na lądzie, na morzu oraz fotowoltaika.

W scenariuszach zakładających wdrożenie pakietu „Fit for 55” wyniki modelowania wskazują, że z punktu widzenia optymalizacji kosztów systemu energetycznego, udział źródeł OZE w produkcji energii elektrycznej powinien zostać zwiększony nawet do ok. 50% już w 2030 r. i do 70% lub więcej w perspektywie 2050 r. (przy czym trzeba mieć świadomość, że realizacja takiego scenariusza wymagałaby olbrzymiego wysiłku inwestycyjnego, znacząco przewyższającego dotychczasowe tempo modernizacji).

Spośród rozpatrywanych scenariuszy jedynie scenariusz BASE cechuje wyraźnie wolniejsze tempo rozwoju OZE w najbliższej dekadzie – do ok. 30% udziału OZE w 2030 r. – wskutek braku presji związanej z „Fit for 55”. Ale nawet w tym scenariuszu w dalszej perspektywie tempo rozwoju OZE rośnie i w 2050 r. udział OZE w produkcji energii elektrycznej osiąga ponad 65%, niewiele mniej niż w scenariuszach neutralności klimatycznej. Pokazuje to, że nawet przy umiarkowanych kosztach CO₂ technologie OZE w latach 2040–2050 będą konkurencyjne.

Zmiany struktury wytwarzania nie będą ograniczać się do rozwoju wyłącznie źródeł OZE o niestabilnym charakterze pracy.

W nowym systemie energetycznym olbrzymia będzie rola elektrowni jądrowych, które są jednym z niewielu źródeł, zapewniających stabilne dostawy energii elektrycznej, bez emisji gazów cieplarnianych, po umiarkowanych kosztach. Ponadto, dostarczając dużej ilości energii w podstawie obciążenia, elektrownie jądrowe będą stwarzały warunki do wykorzystania nadwyżek produkcji OZE do produkcji wodoru, istotnie wpływając na stabilizację cen energii elektrycznej, jak i zwiększając potencjał zielonego wodoru.

Znacząca będzie rola technologii opartych na biomasie z możliwością wychwytu i składowania CO₂ (BECCS), przede wszystkim ze względu na fakt, że usuwając CO₂ z atmosfery ograniczają one konieczność redukcji emisji w tych sektorach, w których koszty krańcowe redukcji są bardzo wysokie.

W systemie energetycznym o znacznym nasyceniu niesterowalnymi jednostkami OZE wzrośnie rola magazynów energii oraz systemów umożliwiających dynamiczne reagowanie na zmiany podaży. W okresach znacznej nadprodukcji energii z OZE zastosowanie elektrolizerów umożliwi produkcję wodoru na potrzeby innych gałęzi gospodarki, pełniąc przy okazji rolę długoterminowego magazynu energii.

Samochody elektryczne stanowić będą dodatkowe obciążenie dla systemu elektroenergetycznego, ale mogą także odegrać pozytywną rolę w wygładzaniu krzywej obciążenia, przy czym aby to było możliwe, konieczne będzie wdrożenie systemów inteligentnego sterowania ładowarkami i zarządzania potencjałem baterii samochodowych, dla unikania kumulacji obciążenia oraz wykorzystania okresów nadpodaży energii elektrycznej na rynku.

Realizacja przez Polskę ambitnych celów redukcji emisji CO₂ w całej gospodarce będzie wiązała się z istotnym wzrostem kosztów wytwarzania energii elektrycznej. W scenariuszach zakładających wdrożenie pakietu „Fit for 55”, ze względu na zaostrzenie celu na 2030 r., może to oznaczać ponad dwukrotny wzrost kosztów wytwarzania już w okresie 2020–2030.

W tym okresie szybki wzrost kosztów emisji przełoży się bezpośrednio na wzrost kosztów wytwarzania, gdyż źródła węglowe wciąż będą miały istotny udział w produkcji energii. Realia techniczne budowy nowych jednostek, dostępność finansowania i inne ograniczenia sprawiają, że przebudowa krajowego systemu energetycznego jest i będzie procesem długotrwałym. Podjęcie tego wysiłku inwestycyjnego powinno spowodować, że po 2035 r. koszty wytwarzania zaczną spadać. Niestety oznacza to także, że największe wyzwania dla polskiej gospodarki pojawią się nie w odleglejszej przyszłości, ale już w najbliższej dekadzie.

Transformacja energetyczna będzie zachodzić w dużej mierze dzięki postępującej elektryfikacji różnych gałęzi gospodarki. Udział energii elektrycznej w Polsce w finalnym zużyciu energii wzrośnie w okresie 2020–2050 z niecałych 20% do ponad 40% w scenariuszu BASE i ponad 60% w scenariuszu NEU (trzykrotny wzrost w stosunku do obecnego udziału). Wiąże się to ze wzrostem zapotrzebowania na energię elektryczną z poziomu ok. 140 TWh w 2020 r. do 330–360 TWh w 2050 r. (w zależności od scenariusza).

W rozpatrywanym okresie średnioroczny wzrost zapotrzebowania w Polsce wynosi 3,1% w scenariuszu NEU i 2,9% w BASE, natomiast dla całej UE 2,5% w NEU i 2,3% w BASE. Wyższe tempo wzrostu zapotrzebowania w Polsce niż w całej UE wynika z tego, że średnie zużycie energii elektrycznej na mieszkańca jest niższe od średniej unijnej w punkcie startowym.

Polska na tle całej UE ma do wykonania jedno z najtrudniejszych zadań i proces transformacji całej gospodarki i sektora energetycznego jest ogromnym wyzwaniem, ze względu na duży udział paliw kopalnych, szczególnie węgla, w obecnym punkcie startowym. W skali UE, jak i samej Polski w scenariuszu neutralności (NEU) oznacza to spadek emisji o ok. połowę do 2030 r. w porównaniu do 2020 r. i osiągnięcie emisji bliskich zeru już w okolicach 2040 r., a w dalszym okresie, dzięki wykorzystaniu technologii BECCS, nawet przejście na ujemne emisje netto.

Biorąc pod uwagę wspólny cel redukcji emisji w scenariuszach neutralności oraz połączony rynek energii elektrycznej, Polska do zachowania konkurencyjności będzie musiała zrównać się wskaźnikiem emisyjności ze średnią UE, obniżając wskaźnik emisji z poziomu ok. 0,65 tCO₂/MWh (czyli ok. dwuipółkrotnie wyższego niż średnia UE) do wartości bliskich zeru.

Osiągnięcie ambitnych celów redukcyjnych, polegających na ograniczeniu emisji netto w całej gospodarce do zera utrudnia fakt, że nie wszystkie procesy przemysłowe będzie można całkowicie zdekarbonizować – zatem konieczne jest uzyskanie największych możliwych redukcji, a nawet ujemnych emisji, w tych obszarach, w których jest to możliwe po racjonalnym koszcie.

Wyniki symulacji na połączonych modelach pokazały, że energetyka jest jedną z tych gałęzi gospodarki, gdzie głęboka redukcja, a nawet uzyskanie ujemnych emisji jest możliwe. Dla osiągnięcia celu net-zero w skali UE, obok działań proefektywnościowych, potrzebny jest rozwój szerokiego wachlarza technologii energetycznych pozwalających zredukować emisje – zarówno OZE i BECCS, jak i elektrowni jądrowych.

W scenariuszach neutralności w 2050 r. bilans emisji w energetyce w całej UE osiąga poziom między –120 a –145 Mt CO₂. W samej polskiej energetyce ujemne saldo wynosi ok. –15 Mt CO₂ w 2050 r. (z różnicami pomiędzy scenariuszami na poziomie 2–3 Mt CO₂).

Transformacja sektora ciepłownictwa sieciowego w Polsce będzie stanowiła ogromne wyzwanie, między innymi ze względu na ograniczone możliwości techniczne i finansowe przedsiębiorstw ciepłowniczych. Spośród technologii możliwych do zastosowania na szeroką skalę w ciepłownictwie, zapewniających stabilne dostawy ciepła bez emisji CO₂ istotną rolę powinny odegrać jednostki na biomasę, biogaz oraz pompy ciepła.

W dalszej perspektywie możliwe jest także wykorzystanie wodoru, choć wydaje się, że ze względu na koszty, to rozwiązanie będzie stosowane na ograniczoną skalę. Biorąc pod uwagę zarówno potencjał, jak i koszty poszczególnych technologii, wydaje się, że dekarbonizacja sektora ciepłowniczego w znacznej mierze bazować będzie na rozwoju pomp ciepła, zarówno w indywidualnych, jak i scentralizowanych systemach ogrzewania.

Realizacja ambitnych celów polityki klimatycznej oznacza niewielkie spowolnienie wzrostu konsumpcji gospodarstw domowych w latach 2020–2030. W tym okresie wzrost ten będzie mniejszy o 0,3 p.p. w scenariuszu NEU w porównaniu do scenariusza BASE. Natomiast w kolejnych dziesięcioleciach wzrost konsumpcji w scenariuszach NEU i BASE jest podobny, a różnica w poziomie konsumpcji między tymi dwoma scenariuszami utrzymuje się na stałym poziomie.

W scenariuszach NEU_HPRICE oraz NEU_LWIND wzrost konsumpcji w latach 2020–2030 będzie mniejszy od wzrostu w scenariuszu NEU o 0,1 p.p. W kolejnych latach różnice te są marginalne.

Podsumowanie

1. Postępująca dekarbonizacja polskiego sektora elektroenergetycznego, w perspektywie 2050 r., prowadzić będzie do jego kompletnego przemodelowania. Całkowitej zmianie ulegnie struktura mocy i produkcji energii elektrycznej. Dominującymi technologiami staną się elektrownie wiatrowe i słoneczne.
   
   W scenariuszach zakładających wdrożenie pakietu „Fit for 55” optymalne byłoby zwiększenie udziału źródeł OZE w produkcji energii elektrycznej nawet do ok. 50% już w 2030 r. i do 70% lub więcej w perspektywie 2050 r.
2. Nie wszystkie procesy przemysłowe będzie można całkowicie zdekarbonizować. Energetyka jest jedną z tych gałęzi gospodarki, gdzie głęboka redukcja, a nawet uzyskanie ujemnych emisji jest możliwe. W scenariuszach neutralności w 2050 r. bilans emisji w energetyce w całej UE osiąga poziom między –120 a –145 Mt CO₂. W samej polskiej energetyce ujemne saldo wynosi ok. –15 Mt CO₂ w 2050 r. (z różnicami pomiędzy scenariuszami na poziomie 2–3 Mt CO₂).
3. Transformacja energetyczna będzie zachodzić w dużej mierze dzięki postępującej elektryfikacji różnych gałęzi gospodarki. Wiąże się to ze wzrostem zapotrzebowania na energię elektryczną w Polsce z poziomu ok. 140 TWh w 2020 do 330–360 TWh w 2050 r. (w zależności od scenariusza).
4. W podstawowym z rozpatrywanych scenariuszy, zakładającym wdrożenie pakietu „Fit for 55” oraz realizację celu net-zero w 2050 r. (scenariusz NEU), koszt marginalny redukcji emisji rośnie do poziomu ok. 145 EUR’2015/tCO₂ w 2030 r. i ok. 575 EUR’2015/tCO₂ w 2050 r.
5. Polska na tle całej UE ma do wykonania jedno z najtrudniejszych zadań i cały proces jest ogromnym wyzwaniem, ze względu na duży udział paliw kopalnych, szczególnie węgla, w punkcie startowym procesu transformacji. Polska musi obniżyć wskaźnik emisji z poziomu ok. 0,65 tCO₂/MWh (czyli ok. dwuipółkrotnie wyższego niż średnia UE) do wartości bliskich zeru.
6. Wyniki wszystkich scenariuszy pokazują także, że najszybszego wzrostu kosztów wytwarzania energii elektrycznej należy spodziewać się w najbliższej dekadzie. W scenariuszach zakładających wdrożenie pakietu „Fit for 55”, ze względu na zaostrzenie celu na 2030 r., może to oznaczać ponad dwukrotny wzrost kosztów wytwarzania już w okresie 2020–2030.
   
   Największy wzrost kosztów ma miejsce w scenariuszu zakładającym wysokie ceny paliw i ograniczenia w dostępności gazu ziemnego – w obliczu obecnego kryzysu ten scenariusz wydaje się jednocześnie bardzo prawdopodobny.
7. Realizacja ambitnych celów polityki klimatycznej oznacza spowolnienie wzrostu konsumpcji gospodarstw domowych w latach 2020–2030 o ok. 0,3 p.p. Natomiast w kolejnych dziesięcioleciach wzrost konsumpcji w scenariuszach NEU i BASE jest podobny, a różnica w poziomie konsumpcji między tym dwoma scenariuszami utrzymuje się na stałym poziomie.

________

¹ Tatarewicz, I., Lewarski, M., Skwierz, S., Pyrka, M., Boratyński, J., Jeszke, R., Witajewski-Baltvilks, J., Sekuła, M., „Polska net-zero 2050: Transformacja sektora energetycznego Polski i UE do 2050 r.”, Instytut Ochrony Środowiska – Państwowy Instytut Badawczy/Krajowy Ośrodek Bilansowania i Zarządzania Emisjami (KOBiZE), Warszawa 2022.

² Komunikat Komisji do Parlamentu Europejskiego, Rady Europejskiej, Rady, Komitetu Ekonomiczno-Społecznego i Komitetu Regionów; Europejski Zielony Ład. Bruksela, 11.12.2019 r. (COM(2019) 640 final)

³ Komisja Europejska, 2021. (www.ec.europa.eu/info/strategy/priorities--2019-2024/european-green-deal/delivering-european-green-deal_pl, dostęp.: 9.03.2022 r.)

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!