Modelowanie systemów energetycznych wytwarzania energii elektrycznej i ciepła do celów planowania. Monografia 187

Modelowanie systemów energetycznych wytwarzania energii elektrycznej i ciepła do celów planowania. Monografia 187

rok wydania: 2023, wydanie pierwsze
ISBN: 978-83-7348-883-0
ilość stron: 138

Opis

Tematyka monografii jest poświęcona modelowaniu rozwoju systemów energetycznych w zakresie struktury wytwarzania energii elektrycznej i ciepła sieciowego. Problematyka monografii wpisuje się w ideę zrównoważonego rozwoju i pomaga wyznaczyć cele krajowej strategii energetyczno-klimatycznej. Konieczność redukcji emisji gazów cieplarnianych i emisji przemysłowych w celu poprawy jakości powietrza i zahamowania zmian klimatu została odzwierciedlona w dokumentach prawnych i strategicznych Unii Europejskiej. Jest ona stymulowana m.in. poprzez funkcjonowanie unijnego systemu handlu uprawnieniami do emisji (EU ETS). Wymusza to zastosowanie źródeł wykorzystujących technologie nisko- i zeroemisyjne, w tym oparte na odnawialnych zasobach energii, których zmienność mocy wytwarzanej charakteryzuje się intermitencją (zachowaniem polegającym na przełączaniu trybu pracy złożonego układu pomiędzy dwoma typami – prawie periodycznym i prawie chaotycznym). Implementacja nowoczesnych technologii jest zatem sporym wyzwaniem, ponieważ odnawialne źródła energii często nie zapewniają dostawy nośników energetycznych przy stałym poziomie mocy, tak jak są w stanie robić elektrownie podstawowe. Aby było możliwe zbilansowanie systemów elektroenergetycznych w każdej chwili czasowej, muszą funkcjonować źródła energii o różnym charakterze pracy. Przewidywany wzrost liczby i mocy zainstalowanej źródeł intermitentnych wymaga poszukiwania sposobów efektywnego magazynowania energii elektrycznej. Rynek bateryjnych zasobników energii obecnie rozwija się dynamicznie, choć i to może nie zagwarantować stabilnej pracy systemu elektroenergetycznego, w którym przeważać będą pogodozależne źródła wytwarzania.

Wzrastające zainteresowanie bezemisyjnymi środkami transportu, w szczególności pojazdami elektrycznymi, z pewnością przyczyni się do znaczącego wzrostu zapotrzebowania na energię elektryczną. Jednocześnie wzrośnie zapotrzebowanie na baterie, co może ograniczyć ich dostępność dla elektroenergetyki.

Metody i analizy przedstawione w niniejszej monografii stanowią nowe, ulepszone ujęcie problematyki rozwoju sektora elektroenergetycznego w horyzoncie długoterminowym w stosunku do analiz zaprezentowanych zarówno w projektach polityki energetycznej Polski, jak i aktualnie obowiązującym dokumencie. Perspektywa planowania jest dłuższa niż w przyjętej polityce energetycznej, przede wszystkim z uwagi na uwzględnienie technologii jądrowych, charakteryzujących się długimi okresami budowy i eksploatacji.

Spis treści

Spis ważniejszych oznaczeń/ 5

1. Wstęp / 9
1.1. Znaczenie modelowania w planowaniu rozwoju systemów energetycznych / 9
1.2. Transformacja i planowanie rozwoju systemów energetycznych / 10
1.3. Pytania badawcze / 11
1.4. Hipotezy badawcze / 12

2. Polityka energetyczna / 14
2.1. Polityka energetyczna Unii Europejskiej / 14
2.2. Program „Czysta energia dla wszystkich Europejczyków” / 15
2.3. Promowanie stosowania energii ze źródeł odnawialnych i wysokosprawnej kogeneracji / 16
2.4. Unijny system handlu uprawnieniami do emisji / 18
2.5. Kontrola i ograniczanie emisji przemysłowych / 20
2.6. „Energetyczna Mapa Drogowa do roku 2050” / 21
2.7. Europejski Zielony Ład / 21
2.8. Pakiet „Gotowi na 55” / 21
2.9. Polityka energetyczna Polski do roku 2040 / 22
2.10. Podsumowanie / 23

3. Ogólna charakterystyka procesów modelowania rozwoju systemów energetycznych / 24
3.1. Rozwój metod i narzędzi do planowania rozwoju systemów energetycznych / 24
3.2. Klasyfikacja modeli rozwoju systemów energetycznych / 26
3.3. Wybrane narzędzia modelowania rozwoju systemów energetycznych / 29
3.3.1. Market Allocation (MARKAL) / 29
3.3.2. Model for Energy Supply System Alternatives and their General Environmental Impacts (MESSAGE) / 34
3.3.3. Wien Automatic System Planning Package (WASP) / 35
3.3.4. The Integrated MARKAL-EFOM System (TIMES) / 36
3.3.5. Price-Induced Market Equilibrium System (PRIMES) / 38
3.3.6. Open Source Energy Modelling System (OSeMOSYS) / 40
3.3.7. A Model for Long-term Energy Demand Evaluation (MEDEE) / 42
3.3.8. Model for Analysis of Energy Demand (MAED) / 44
3.4. Analiza mocnych i słabych stron metod i narzędzi / 45
3.5. Wybrane prace badawcze w zakresie tematyki monografii / 46
3.6. Podsumowanie / 47

4. Metoda i modle rozwoju systemów energetycznych / 48
4.1. Metodyka / 48
4.1.1. Wprowadzenie / 48
4.2. Struktura modelu systemów energetycznych / 48
4.2.1. Referencyjny System Energetyczny / 48
4.2.2. Modelowanie systemu handlu uprawnieniami do emisji / 54
4.2.3. Modelowanie układów wychwytu i składowania CO₂ / 61
4.2.4. Uwzględnienie celów w zakresie odnawialnych źródeł energii i wysokosprawnej kogeneracji / 61
4.3. Ogólne dane wejściowe / 64
4.4. Prognozy finalnego zapotrzebowania na energię elektryczną i ciepło / 72
4.5. Scenariusze i warianty obliczeniowe / 79
4.5.1. Scenariusze / 79
4.5.2. Warianty obliczeniowe / 80
4.5.3. Modyfikacje modelu dla potrzeb scenariusza dekarbonizacji / 80
4.6. Podsumowanie / 83

5. Wyniki badań i analizy rozwoju systemów energetycznych / 84
5.1. Wytwarzanie energii elektrycznej 84
5.2. Wytwarzanie ciepła / 87
5.3. Emisje zanieczyszczeń / 88
5.4. Zużycie paliw do produkcji energii elektrycznej i ciepła / 90
5.5. Wskaźniki ekonomiczne / 90
5.6. Omówienie wyników / 94

Podsumowanie / 96
Bibliografia / 98
Załącznik 1 / 112
Załącznik 2 / 117
Streszczenie w j. angielskim / 137
Streszczenie w j. polskim / 137