Europejski system elektroenergetyczny

1. UCTE.

Obszar funkcjonowania rynku energii elektrycznej jest z przyczyn oczywistych ograniczony możliwościami przesyłu energii. W skali międzynarodowej w rynku tym uczestniczyć mogą kraje, których systemy elektroenergetyczne są wzajemnie połączone i w praktyce tworzą jeden wspólny system.

Uczestnicy tego połączonego systemu muszą spełniać określone wymagania techniczne gwarantujące jego sprawne funkcjonowanie. W skrajnych przypadkach, awaria powstała w jednym z systemów krajowych przenosi się na systemy krajów sąsiednich. Przykładem tego była awaria mająca miejsce w północnych Niemczech w dniu 4 listopada 2006 roku, której skutkiem była przerwa w dostawie energii do 10 milionów klientów z Austrii, Belgii, Francji, Niemiec, Włoch, Portugalii i Hiszpanii [1].

Kraje europejskie, których systemy narodowe tworzą jeden wspólny europejski system elektroenergetyczny należą do organizacji o nazwie UCTE.

Rys.1.1 Państwa zrzeszone w UCTE.

UCTE jako organizacja koordynuje interesy operatorów systemów przesyłowych z 20 europejskich krajów, których wspólnym celem jest zagwarantowanie bezpieczeństwa działania międzynarodowego systemu elektroenergetycznego. Członkami są firmy przesyłowe z krajów UE (Austrii, Belgii, Francji, Grecji, Hiszpanii, Holandii, Luksemburga, Niemiec, Portugalii, Włoch) oraz z Bośni-Hercegowiny, Chorwacji, Czech, Federalnej Republiki Jugosławii, Macedonii, Polski, Słowacji, Słowenii, Szwajcarii i Węgier [2].

Polski system elektroenergetyczny połączony został z systemem krajów należących do UCTE w dniu 18 października 1995 r. [1].

Chęć przyłączenia do sieci UCTE w 2007 roku zadeklarowały Litwa, Łotwa i Estonia. Proces ich przyłączenia nie będzie jednak łatwy, gdyż ich systemy są zaprojektowane do współpracy z systemem Rosyjskim, więc wymagają bardzo wielu zmian [5].

Odrębną część europejskiego rynku energii tworzy rynek skandynawski obejmujący Szwecję, Norwegię, Finlandię i Danię. Połączone systemy tych krajów tworzą grupę o nazwie NORDEL [1].

2. Rozwój europejskiego rynku energii.

Uwzględniając wspomniane już wcześniej strategiczne znaczenie elektroenergetyki dla funkcjonowania każdego państwa, poszczególne kraje rozwijały własne systemy, których celem było zapewnienie zaopatrzenia ich odbiorców w energię elektryczną.

Z czasem, mający miejsce po wojnie proces liberalizacji wspólnego rynku europejskiego objął również rynek energii elektrycznej. W poszczególnych krajach w różnym stopniu i zakresie przebiegają procesy konsolidacji przedsiębiorstw energetycznych, a powstałe już w ich wyniku firmy stały się uczestnikami rynku energii w skali całego kontynentu.

Do najważniejszych uczestników europejskiego rynku energii należą: szwedzki Vattenfall, francuski EdF, belgijski Electrabel, niemieckie E.ON i RWE, hiszpańska Endesa, włoski Enel oraz czeski CEZ [3].

Mający obecnie miejsce w Polsce proces konsolidacji poszczególnych przedsiębiorstw energetycznych (przede wszystkim wytwórców i dystrybutorów energii) ma na celu przygotowanie naszego kraju do udziału w międzynarodowym rynku energii oraz sprostaniu przyszłej konkurencji firm zagranicznych na rynku krajowym.

Należy mieć jednocześnie świadomość, że jednolity rynek energii elektrycznej w Europie znajduje się obecnie w przejściowej fazie tworzenia − nie są to już wyłącznie oddzielne rynki narodowe, ale jeszcze nie jest to jeden rynek europejski. Coraz większą rolę zaczynają odgrywać rynki regionalne (np. rynek skandynawski), które często postrzegane są jako krok pośredni przed jednolitym rynkiem europejskim [1].

3. Handel na rynku międzynarodowym.

Handel na międzynarodowym rynku energią odbywa się w formie transakcji zawieranych pomiędzy poszczególnymi firmami lub na giełdach energii. Do największych europejskich giełd energii należą EEX (European Energy Exchange) oraz Nord Pool. Uczestnikami EEX jest ponad 130 firm z 16 krajów. Nord Pool jest natomiast giełdą rynku skandynawskiego, uczestniczy w niej ponad 120 firm [3].

4. Struktura wytwarzania energii w krajach europejskich.

Struktura wytwarzania energii elektrycznej w poszczególnych krajach uzależniona jest przede wszystkim od posiadanych przez nie zasobów paliw lub naturalnych możliwości wytwarzania energii. W większości krajów podstawowym paliwem, z którego wytwarzania jest energia elektryczna jest węgiel (kamienny i brunatny). Kraje posiadające odpowiednie warunki wynikające z położenia geograficznego, wytwarzają znaczącą część energii w elektrowniach wodnych (przede wszystkim Austria i Szwecja) [1].

Kraje takie jak Francja, Belgia i Szwecja ponad połowę zużywanej energii elektrycznej produkują w elektrowniach jądrowych. Paliwem, z którego produkowana jest energia elektryczna jest również gaz ziemny.

We wszystkich krajach europejskich rośnie natomiast systematycznie ilość energii wytwarzanej w Odnawialnych Źródłach Energii (OZE).

Tab.1. Procentowy udział poszczególnych źródeł energii w strukturze jej wytwarzania w krajach europejskich (2004) [4].

Państwa	Elektrownie wodne	OZE	Elektrownie gazowe	Elektrownie węglowe	Elektrownie nuklearne	El. na ropę naftową
Austria	60	1	18	18	-	3
Belgia	2	-	26	16	55	1
Dania	-	12	21	62	-	5
Finlandia	11	-	17	44	27	1
Francja	12	-	3	6	77	1
Niemcy	4	-	10	54	28	2
Holandia	-	1	60	32	4	3
Polska	2	-	2	94	-	2
Szwecja	39	-	-	7	51	3
Wielka Brytania	1	-	38	37	22	2

5. Polska jako uczestnik europejskiego rynku energii.

Jednym z podstawowych ograniczeń w funkcjonowaniu europejskiego rynku energii jest niedostateczna przepustowość linii elektroenergetycznych łączących poszczególne systemy krajowe. Wynika to oczywiście ze wspomnianego już narodowego charakteru systemów krajowych.

Problem ten dotyczy oczywiście również Polski. Brak dostatecznej przepustowości linii łączących polski system elektroenergetyczny z systemami krajów sąsiednich ogranicza możliwości zarówno eksportu, jak i importu energii przez nasz kraj. W chwili obecnej polski eksport energii elektrycznej przeszło trzykrotnie przewyższa jej import z zagranicy.

Jednym z elementów rozwoju połączeń transgranicznych polskiego systemu jest budowa tzw. mostu energetycznego Polska-Litwa. W perspektywie zamknięcia do 2009 r. litewskiej elektrowni atomowej w Ingalinie, do czasu wybudowania nowego źródła energii, Litwa chce zaopatrywać się w energię między innymi z Polski [3].

Rys.5.1 Połączenia polskiego systemu elektroenergetycznego z systemami krajów sąsiednich.

PSE S.A. dysponuje w Walnym Zgromadzeniu UCTE siłą głosu 5,37%, co stawia nas na piątym miejscu - za Niemcami, Francją, Włochami i Hiszpanią. W Walnym Zgromadzeniu PSE S.A. ma trzech przedstawicieli, jeden przedstawiciel PSE SA zasiada w Komitecie Sterującym. Kolejnym sukcesem jest objęcie przez przedstawiciela PSE SA funkcji przewodniczącego grupy statystycznej UCTE, a także udział przedstawiciela PSE SA w pracach grupy zajmującej się analizami możliwości rozszerzenia strefy synchronicznej.

Synchroniczna praca w ramach dużego połączonego systemu elektroenergetycznego (moc zainstalowana 516 000 MW, obciążenie szczytowe 340 000 MW) daje Polsce wyższe bezpieczeństwo prowadzenia systemu elektroenergetycznego w stanach awaryjnych i możliwość uzyskania pomocy zgodnie z zasadami UCTE [6].

6. „Blackout” jako negatywny aspekt połączenia systemów krajowych.

6.1. Definicja „blackoutu”.

"Blackout" - tak nazywamy przerwę w pracy systemu elektroenergetycznego lub jego znacznej części, powodującą zanik napięcia w sieci elektroenergetycznej na dużym obszarze. Przyczyny i przebieg tego zjawiska są w każdym przypadku inne, natomiast można mówić o podobnym generalnym schemacie rozwoju awarii systemowej typu "blackout". W wyniku nałożenia się kilku losowych zdarzeń (awarie sieciowe, planowe bądź awaryjne odstawienia bloków elektrowni, gwałtowne zjawiska atmosferyczne) dochodzi do przekroczenia krytycznych wartości podstawowych parametrów technicznych pracy systemu (częstotliwości i napięcia), a następnie do automatycznego odłączania od sieci jednostek wytwórczych i utraty napięcia na całym obszarze objętym zakłóceniem. Charakterystyczną cechą awarii systemowych jest ich kaskadowość, niekiedy używa się pojęcia "efekt domina". Po ustabilizowaniu się sytuacji operator systemu przesyłowego przystępuje do odbudowy systemu, która może trwać nawet kilka dni [8].

6.2. „Blackout” z 4 listopada 2006.

Jak można zauważyć, oprócz zdecydowanych korzyści połączenia europejskich systemów energetycznych są też minusy. Najważniejszym z nich jest możliwość wystąpienia „blackoutu” w jednym z państw i kaskadowe przejście do państw kolejnych. Warto w tym miejscu przeanalizować wspomniany na wstępie `blackout” z 4 listopada 2006 roku.

Przyczyny awarii.

Ze stoczni Meyer w Papenburgu miał wypłynąć nowy statek wycieczkowy "Norwegian Pearl”, dlatego nad rzeką Ems odłączone zostało zasilanie linii wysokiego napięcia. „Dla dużych statków zbyt ryzykowne jest przepływanie pod linią będącą pod prądem” - wyjaśnił rzecznik stoczni w Papenburgu. Przyczyną było odcięcie zasilania w sieci niemieckiego dostawcy energii E.ON. Zasilanie należało przekierować na inne przewody, co doprowadziło do ich późniejszego przeciążenia [7,8].

Ministerstwo gospodarki w Nadrenii Północnej-Westfalii poinformowało, że równocześnie doszło do zakłóceń przy wykorzystaniu prądu wytwarzanego z energii wiatru [8].

Efekt domina w UCTE.

Rys.6.1 Energetyczny podział Europy wywołany przez „blackout” (4.11.2006).

O godzinie 22:10 miało miejsce poważne zakłócenie w połączonych systemach UCTE, które było zainicjowane w północnej części systemu niemieckiego (w obszarze regulacyjnym E.ON Netz). Zakłócenie to doprowadziło do podziału systemu niemieckiego, a w dalszej kolejności podziału systemów UCTE na trzy części, jak przedstawia rysunek.

W poszczególnych częściach wystąpiło niezbilansowanie mocy, i tak:

• w części północno-wschodniej, w której znalazł się system polski wystąpiła znaczna nadwyżka mocy powodująca wzrost częstotliwości powyżej 50,69 Hz ( na rysunku kolor zielony) i wypadnięcie części wrażliwych na wzrost częstotliwości źródeł wytwórczych,

• w części południowo-wschodniej ( na rysunku kolor niebieski) wystąpił umiarkowany deficyt mocy powodujący spadek częstotliwości do ok. 49,70 Hz,

• w części zachodniej wystąpił znaczny deficyt mocy powodujący spadek częstotliwości do ok. 49,00 Hz (na rysunku kolor pomarańczowy) i aktywizację automatyki SCO powodującej samoczynne wyłączenia odbiorców (wg informacji sekretariatu UCTE ograniczenia objęły ok. 13000 MW).

System polski, będąc największym systemem w wydzielonej części UCTE, miał decydujące znaczenie dla opanowania wzrostu częstotliwości w pierwszym okresie po wystąpieniu zakłócenia, przejmując na siebie zbilansowanie znacznej części pozostałej w tym obszarze nadwyżki mocy.

Dzięki natychmiastowym działaniom podjętym przez Kierownictwo PSE Operatora S.A. i służby dyspozytorskie sytuacja w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym (KSE) była w pełni kontrolowana i nie dopuszczono do dalszego podziału systemu. Przywracanie normalnej częstotliwości w tej części systemu i powtórna synchronizacja z pozostałymi częściami systemu UCTE zakończyła się powodzeniem.

7. Strategia energetyczna Unii Europejskiej.

Cały świat - a Europa w szczególności - stoi dziś w obliczu takiego wyzwania energetycznego i ekologicznego, które dotyczy w równej mierze każdego z państw członkowskich. Rzecz w tym, jak zapewnić Europie dostawy czystej, a przy tym konkurencyjnej energii w warunkach zmian klimatycznych, globalnego wzrostu zapotrzebowania energetycznego i niepewności przyszłych dostaw. Wystarczy, że jedno z państw członkowskich uchyli się przed tym wyzwaniem, a skutki zaniechania dotkną wszystkich pozostałych. Nawet problemy wywołane poza Unią Europejską mogą wywierać wpływ na sytuację całej UE. Europie trzeba zatem zdecydowanej polityki energetycznej. Podjęty przez Komisję przegląd strategii energetycznej UE stanowi istotny krok ku skutecznej polityce energetycznej na miarę Europy [10].

13 listopada 2008 Komisja Europejska upubliczniła obszerny pakiet energetyczny, który obejmuje nową strategię na rzecz stworzenia mechanizmu solidarności między państwami członkowskimi oraz w zakresie sieci energetycznych, która ma zachęcić do inwestycji w sieci o wyższej wydajności, przystosowane do przesyłu energii ze źródeł niskoemisyjnych. Częścią pakietu jest nowy plan działań na rzecz solidarności i bezpieczeństwa energetycznego UE, w którym określono pięć obszarów wymagających podjęcia dodatkowych działań służących trwałemu zabezpieczeniu dostaw energii [9].

Pierwszym priorytetem określonym w drugim przeglądzie strategicznym jest przyjęcie i szybkie wdrożenie środków umożliwiających osiągnięcie wyznaczonych przez Radę Europejską celów polityki energetycznej, czyli 3 x 20. Ten pakiet według KE musi zostać w nadchodzących tygodniach ostatecznie zaakceptowany przez Radę i Parlament - uważa Komisja.

Według KE energia z ekologicznych i bardziej zdywersyfikowanych źródeł w połączeniu z racjonalizacją zużycia oferuje korzyści dla europejskiej gospodarki, a także z punktu widzenia zaopatrzenia w energię. Nowe przepisy przyczynią się również do stworzenia bardziej stabilnych, spójnych i przejrzystych ram dla nowych inwestycji w sektorze energetycznym.

Drugi priorytet sformułowany przez Komisję to uwzględnienie rosnącej niepewności co do bezpieczeństwa dostaw energii dla Europy. KE zwraca uwagę, że nawet jeśli cele w odniesieniu do energii ze źródeł odnawialnych zostaną osiągnięte, uzależnienie Europy od importu będzie prawdopodobnie wzrastać. Unia musi również ulepszyć obecne ramy polityczne, jeśli chce osiągnąć wyznaczone cele w zakresie racjonalizacji zużycia energii. Należy także wzmocnić europejskie możliwości wspólnego reagowania w sytuacjach kryzysowych.

W nowym planie działań na rzecz solidarności i bezpieczeństwa energetycznego UE Komisja określiła pięć obszarów, w których konieczne są dodatkowe działania, umożliwiające Unii wkroczenie na właściwą ścieżkę prowadzącą do zwiększenia długoterminowego bezpieczeństwa dostaw energii w przyszłości oraz do oddalenia ryzyka kryzysu dla całej UE. Zdaniem KE konieczne jest bardziej skuteczne wsparcie dla projektów budowy potrzebnej infrastruktury. Unia musi lepiej wykorzystywać własne źródła energii, zarówno odnawialne, jak i kopalne. Więcej uwagi należy poświęcić kwestii solidarności, w tym unijnym mechanizmom na wypadek sytuacji kryzysowych, rezerwom ropy naftowej oraz różnorodnym mechanizmom reagowania na ewentualne zaburzenia dostaw gazu. Należy szybko podjąć dodatkowe wysiłki na rzecz polepszenia efektywności energetycznej.

Do osiągnięcia celów polityki energetycznej, a także do zwiększenia w tym zakresie wpływu UE na arenie międzynarodowej, przyczyni się według KE również zwrócenie większej uwagi na kwestie energii w stosunkach zewnętrznych Unii, w tym poprzez oparcie na zasadzie wzajemnej zależności stosunków z krajami będącymi dostawcami i odbiorcami energii oraz krajami tranzytu.

Szczególnie istotna będzie w tym względzie ściślejsza koordynacja między państwami członkowskimi oraz między państwami członkowskimi a Komisją jeśli chodzi o stosunki zewnętrzne w dziedzinie energii uważa Komisja.

W ramach pakietu Komisja przedstawiła szereg dokumentów uzupełniających, w których rozwijane są powyższe kierunki działań. Na pierwszy plan wysuwa się kwestia racjonalizacji zużycia energii. Przedstawiony zestaw wniosków dotyczących racjonalizacji zużycia służy osiągnięciu oszczędności w kluczowych obszarach, takich jak budynki oraz produkty zużywające energię, a także zwiększeniu wagi świadectw charakterystyki energetycznej i sprawozdań z inspekcji systemów ogrzewania i klimatyzacji. Celem poprawy wydajności zaopatrzenia w energię Komisja przyjęła wytyczne umożliwiające upowszechnienie wytwarzania energii elektrycznej w wysokowydajnych instalacjach kogeneracji. W roku 2009 Komisja planuje dogłębną ocenę przedstawionego w 2006 r. europejskiego planu działania na rzecz racjonalizacji zużycia energii.

Zasadnicze znaczenie dla całego pakietu ma również kwestia inwestycji. Według KE niezbędne są idące w miliardy euro nakłady na europejskie sieci energetyczne celem wymiany przestarzałej infrastruktury i przystosowania ich do przesyłu energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych i niskoemisyjnych.

W zielonej księdze poświęconej sieciom energetycznym określono sześć strategicznych inicjatyw o kluczowym znaczeniu dla bezpieczeństwa energetycznego UE: plan połączeń międzysieciowych w basenie Morza Bałtyckiego, śródziemnomorski pierścień energetyczny, odpowiednie połączenia sieci gazowych i elektroenergetycznych z Europą Środkową i Południowo-Wschodnią na osi północ-południe, sieć przybrzeżną na Morzu Północnym, południowy korytarz gazowy oraz skuteczny system dostaw skroplonego gazu ziemnego (LNG) dla Europy [9].

8. Podsumowanie.

W obecnej chwili europejski system energetyczny jest bardzo sprawnie zarządzany i ciągle rozwija się technologicznie. Nie mniej jednak dzięki zarządzeniom Unii Europejskiej staje się również coraz bardziej przyjazna środowisku.

Na koniec warto wspomnieć o uruchomionym w 2007 roku projekcie ITER, który mógłby zakończyć europejskie (i nie tylko) problemy energetyczne. W projekcie tym oprócz UE uczestniczą Rosja, Korea Południowa, Chiny, Japonia, USA oraz Indie. Zakłada on w ciągu 30 lat zbudowanie reaktora termojądrowego, który dałby ludzkości nieograniczony dostęp do energii, bez żadnych skutków ubocznych dla środowiska. Pozostaje jedynie trzymać kciuki za powodzenie realizacji projektu.

Bibliografia:

[1] http://www.vattenfall.pl „Europejski system energetyczny” 4.08.2008

[2] http://www.ure.gov.pl Urząd regulacji energetyki

[3] http://www.cire.pl Centrum informacji o rynku energii

[4] „Vattenfall's views on the electricity market 2006”, Vatenfall, 2006

[5] http://www.mg.gov.pl Ministerstwo Gospodarki „Synchronizacja systemu elektroenergetycznego Państw Bałtyckich z systemem UCTE” 28.09.2007

[6] http://www.geoland.pl Energia XXVII „Członkostwo w UCTE” 19.06.2001

[7] http://www.money.pl „Sobotni blackout uderza w koncerny” 6.11.2006

[8] http://www.ellaz.pl Elektrownia Łaziska „Czy to był blackout?”

[9] http://www.dsvpoznan.eu „KE ogłosiła drugą strategię energetyczną” 13.11.2008

[10] http://www.cire.pl „Strategia energetyczna dla Europy” 13.02.2007

[11] http://www.rynekinstalacyjny.com.pl „Europejski plan działania na rzecz racjonalizacji zużycia energii” kwiecień 2007

Odnawialne źródła energii

Polskie Sieci Elektroenergetyczne S.A.

SCO - układ automatyki samoczynnego częstotliwościowego odciążenia, wyłączający odbiorców od sieci w przypadku zbyt dużego odchylenia częstotliwości od wartości znamionowej (w Europie 50Hz).

3 x 20 - strategia Unii Europejskiej zakładająca 20% udziału OZE w strukturze wytwarzania energii do 2020 roku.

W październiku 2006 r. Komisja Europejska przedstawiła „Plan działania na rzecz racjonalizacji zużycia energii”. Zawiera on pakiet priorytetowych środków obejmujących uzasadnione ekonomicznie inicjatywy. Wśród nich znajdują się m.in. działania mające na celu zwiększenie sprawności energetycznej urządzeń, budynków, sektora transportu i produkcji energii. Proponowane są nowe rygorystyczne normy dotyczące racjonalnego zużycia energii, usług energetycznych oraz określone mechanizmy finansowania zachęcające do stosowania bardziej energooszczędnych produktów. Ponadto Komisja planuje stworzenie „Porozumienia między burmistrzami” 20-30 pionierskich miast Europy oraz przewiduje opracowanie międzynarodowej umowy ws. efektywności energetycznej [11].

---