Energetyka w okresie transformacji

Energetyka w okresie transformacji

rok wydania: 2023, wydanie pierwsze
ISBN: 978-83-01-23006-7
ilość stron: 300
format: 16,5x23,5 cm
oprawa: miękka

Opis

Transformacja w społeczeństwie i gospodarce jest procesem ciągłym, prowadzonym od setek lat. Również energetyka zmieniała się ewolucyjnie. Korzystając z dobrodziejstw nowych technologii, inżynierowie stworzyli system elektroenergetyczny, który dostarcza czystej i łatwej w użytkowaniu energii elektrycznej o uniwersalnych zastosowaniach. Dzięki tym stopniowym zmianom w ostatnich dekadach mogliśmy cieszyć się niemal nieprzerywanymi dostawami stosunkowo taniej energii, a bezpieczeństwo energetyczne stało się niekwestionowaną normą. Współpraca naukowców i inżynierów w sposób ewolucyjny zapewniła ciągłe dostawy paliw oraz energii dla społeczeństwa i gospodarki, co pozwoliło osiągnąć ludzkości niespotykany dotąd w historii, wysoki poziom życia. Książka „Energetyka w okresie transformacji” wyjaśnia zachodzące w energetyce zmiany oraz opisuje aspekty techniczne, ekonomiczne i społeczne procesu transformacji energetycznej. Aspekty techniczne zostały przedstawione w czterech pierwszych rozdziałach, traktujących m.in. o wytwarzaniu energii elektrycznej, bezpieczeństwie energetycznym oraz o problemach magazynowania energii. Kolejne trzy rozdziały prezentują aspekty ekonomiczne omawiając koszty energii elektrycznej,funkcjonowanie rynków energii, a także koszty funkcjonowania systemu elektroenergetycznego. Ostatnia część książki skupia się na aspektach społecznych, środowiskowych i regulacyjnych i opisuje zagadnienia związane z ochroną klimatu i relacją energetyki ze społeczeństwem i środowiskiem. Publikacja jest przeznaczona do energetyków, polityków, dziennikarzy, działaczy klimatycznych, studentów i tysięcy ludzi zajmujących się energetyką, którzy niekoniecznie muszą mieć formalne wykształcenie w tej dziedzinie. Książka skierowana jest również do wszystkich odbiorców energii elektrycznej, a podane w niej informacje pomogą im poznać działanie systemów elektroenergetycznych i lepiej zrozumieć zmiany, które również ich dotyczą.

"Transformacja elektroenergetyczna, a szerzej transformacja energetyczna, jakiej jesteśmy świadkami w ostatnim czasie, to proces bardzo skomplikowany, często przy tym słabo zrozumiały dla większości osób. Na rynku brak jest dobrych, rzetelnych opracowań dotyczących tego tematu, z drugiej strony, nie jest łatwo w prosty i nieskomplikowany sposób dotrzeć do szerokiego grona odbiorców z tak trudnym i obszernym tematem. Recenzowana publikacja wchodzi w tę lukę, zaś jej autorzy, osoby z niezwykle bogatym doświadczeniem zarówno od strony naukowo-badawczej, jak i praktycznej, gwarantują rzetelność opracowania i szerokie spojrzenie na tematykę. Autorzy w głównej mierze koncentrują się na zagadnieniach związanych z energią elektryczną, zarówno ze względu na jej uniwersalizm, ale też specyfikę działania systemu elektroenergetycznego, gdzie zapotrzebowanie i produkcja w każdym memencie muszą się równoważyć, z powodu braku możliwości magazynowania tej postaci energii na dużą skalę. (…) Publikacja powinna trafić i zainteresować bardzo szerokie grono odbiorców, zarówno z bezpośredniej branży energetycznej, gdyż przedstawia bardzo aktualne dane i problemy związane z elektroenergetyką i trendami jej zmian, oraz przystosowywania jej strony technicznej do tych zmian, a także dla odbiorców z grupy nie-inżynieryjno-technicznej, ale będących w temacie. W tej drugiej grupie na pewno powinni znaleźć się zarówno publicyści, dziennikarze zajmujący się tematyką energetyczną, a także politycy, samorządowcy mający wpływ na szeroko pojętą energetykę zarówno na szczeblu krajowym, jak i lokalnym. Grono odbiorów z pewnością może i powinno być jeszcze szersze, gdyż zrozumienie zmian zachodzących w energetyce ma bezpośrednio wpływ na funkcjonowanie i zmiany w całej gospodarce. Książka może być także przydatna dla studentów i pracowników wyższych uczelni szczególnie na kierunkach związanych z energetyką (elektrotechnika, energetyka, ochrona środowiska), ale też może być przydatna dla kierunków ekonomicznych, czy związanych z naukami społecznymi (politologia, socjologia) (…)".
dr hab. inż. Henryk Kocot, profesor uczelni; Katedra Elektroenergetyki i Sterowania Układów Wydział Elektryczny Politechniki Śląskiej

Spis treści

Od autorów / 11
Podziękowania / 12
Wprowadzenie. Dokąd zmierzamy? / 13

A. Aspekty techniczne/ 17

1. Wytwarzanie energii elektrycznej / 18
1.1. Konwencjonalne źródła energii / 20
1.1.1. Węgiel brunatny i kamienny / 20
1.1.2. Gaz ziemny / 24
1.1.3. Elektrownie jądrowe / 26
1.1.4. Małe reaktory modułowe / 29
1.2. Odnawialne źródła energii / 31
1.2.1. Biomasa i biogaz / 31
1.2.2. Elektrownie wodne / 32
1.2.3. Elektrownie słoneczne / 34
1.2.4. Elektrownie wiatrowe / 35
1.3. Wykorzystanie wodoru / 36
1.4. Najlepsze źródło energii / 40

2. Bezpieczeństwo energetyczne / 41
2.1. Energia elektryczna jako towar / 41
2.2. Konieczność ciągłych dostaw / 42
2.3. Jakość i niezawodność energii elektrycznej / 42
2.4. Sektor elektroenergetyczny w Europie / 43
2.5. Sektor elektroenergetyczny w Polsce / 44
2.5.1. Wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną / 44
2.5.2. Wytwarzanie energii elektrycznej w Polsce / 46
2.6. Rola odnawialnych źródeł energii / 47
2.7. Bezpieczeństwo energetyczne / 49
2.8. Dyspozycyjność i sterowalność / 50
2.9. Ciągłość zasilania i adekwatność / 51
2.10. Bilanse mocy i energii elektrycznej / 52
2.10.1. Bilans mocy / 52
2.10.2. Bilans energii elektrycznej / 54
2.11. Samobilansowanie się źródeł odnawialnych / 55
2.12. OZE w transformacji energetycznej / 56
2.13. Wymuszone wyłączenia OZE / 57
2.14. Nieefektywne wykorzystanie źródeł odnawialnych / 60
2.15. Kiedy przychodzi flauta / 61
2.16. Magazynowanie energii z OZE / 63
2.17. Możliwe braki energii elektrycznej / 64
2.18. Prognozy dla polskiego systemu elektroenergetycznego / 65
2.19. Braki energii i stopnie zasilania / 68
2.20. Możliwy udział OZE w produkcji energii elektrycznej / 70
2.20.1. Przykłady godzinowych profili mocy / 71
2.20.2. Założenia prowadzonych analiz / 73
2.20.3. Wypełnianie celów OZE / 74
2.20.4. Wymagane moce źródeł odnawialnych / 75
2.20.5. Konieczne inwestycje / 76
2.20.6. OZE w bilansowaniu zapotrzebowania na energię / 77
2.20.7. Magazynowanie energii odnawialnej / 78

3. Przesyłanie energii elektrycznej / 80
3.1. Systemy przesyłowe / 80
3.1.1. Sterowania przepływami energii elektrycznej / 82
3.1.2. Praca linii w stanach normalnych / 83
3.1.3. Wpływ generacji rozproszonej na system przesyłowy / 84
3.2. Systemy dystrybucyjne / 86
3.2.1. Schematy zastępcze linii niskiego i średniego napięcia / 86
3.2.2. Straty napięcia, mocy i energii / 87
3.3. Odziaływanie OZE na rozpływy energii / 88
3.3.1. Wojny prosumenckich falowników / 88
3.3.2. Nowe warunki pracy sieci dystrybucyjnej / 89
3.3.3. Przyłączanie nowych źródeł / 92
3.3.4. Zasady przyłączania źródeł energii elektrycznej / 93
3.3.5. Moce przyłączeniowe w systemie przesyłowym / 93
3.3.6. Moce przyłączeniowe w systemach dystrybucyjnych / 94
3.3.7. Odmowy przyłączeń / 95
3.3.8. Przyłączanie prosumentów / 96
3.3.9. Możliwości działania operatorów sieci / 97
3.4. Jakość i niezawodność energii elektrycznej / 98
3.4.1. Kategorie odbiorników / 99
3.4.2. Wpływ jakości energii na odbiorców / 99
3.5. Linie prądu stałego / 101
3.6. Elektryczne sprzęgła back-to-back / 103
3.7. Wielotorowe, wielonapięciowe linie napowietrzne / 104
3.8. Linie bezpośrednie / 105
3.9. Klastry energii / 106
3.10. Energetyka rozproszona w systemie elektroenergetycznym / 109
3.11. Połączenie z sąsiednimi systemami / 111
3.12. Przepływy kołowe / 113

4. Magazyny energii / 114
4.1. Kategorie magazynów energii / 115
4.2. Magazyny wodorowe / 116
4.3. Przyszłość magazynów energii / 117
4.4. Wykorzystanie magazynów energii / 117
4.5. Magazyny energii w systemie przesyłowym / 119
4.6. Magazyny energii w systemie dystrybucyjnym / 124
4.6.1. Magazyny energii przy farmach wiatrowych / 124
4.6.2. Magazyny energii w przemyśle / 125
4.7. Prosumenckie magazyny energii / 126

B. Aspekty ekonomiczne / 133

5. Koszt energii elektrycznej / 134
5.1. Taryfowanie energii elektrycznej / 134
5.2. Składniki opłat za energię elektryczną / 136
5.2.1. Koszty produkcji energii elektrycznej / 136
5.2.2. Opłaty przesyłowe / 137
5.3. Składowe kosztów wytwarzania energii elektrycznej / 138
5.3.1. Koszty stałe / 139
5.3.2. Wpływ czasu pracy na koszty energii elektrycznej / 141
5.3.3. Koszty operacyjne w elektrowniach konwencjonalnych / 142
5.3.4. Koszty energii jądrowej / 146
5.3.5. Koszt odnawialnych źródeł energii / 146
5.3.6. Koszty magazynów energii / 148
5.4. Koszty przesyłania energii elektrycznej / 152
5.4.1. Składniki G i L w taryfach / 152
5.4.2. Struktura kosztów przesyłania energii elektrycznej / 153
5.4.3. Zniekształcenie stawek przesyłowych / 153
5.4.4. Opłata przejściowa / 154
5.5. Odnawialne źródła energii / 155
5.5.1. Zielone certyfikaty / 155
5.5.2. System taryfowy dla źródeł odnawialnych – aukcje OZE / 157
5.5.3. Inne subsydia / 159
5.6. Rynki mocy / 160
5.7. Podatki i akcyza / 163
5.7.1. Podatek VAT / 163
5.7.2. Akcyza na energię elektryczną / 164
5.8. Koszty zakupu pozwoleń na emisje dwutlenku węgla / 165
5.9. Wartość rynkowa energii z OZE / 168
5.10. OZE na Rynku Dnia Następnego / 172
5.11. Błędy prognoz OZE / 174
5.12. Koszty rezerw mocy / 175
5.13. Rezerwy mocy dla OZE / 177
5.13.1. Kontraktowanie rezerw mocy / 177
5.13.2. Płatności za kontrakty mocy / 178
5.13.3. Działanie OZE z kontraktami na rezerwy mocy / 179

6. Rynki energii elektrycznej / 182
6.1. Rynek hurtowy / 183
6.2. Rynek detaliczny / 184
6.3. Zasięg rynków / 184
6.4. Reakcje rynków na zmienność podaży i popytu / 185
6.4.1. Ceny gazu ziemnego w Europie / 185
6.4.2. Ceny węgla kamiennego w Europie / 186
6.4.3. Ceny energii elektrycznej w Polsce / 188
6.5. Główne struktury rynków energii elektrycznej / 190
6.5.1. Rynek energii elektrycznej typu pool / 190
6.5.2. Rynek bilateralny / 192
6.6. Zasady handlu energią elektryczną / 192
6.6.1. Miedziana płyta / 192
6.6.2. Cechy energii jako towaru / 193
6.6.3. Rynki tylko energii / 195
6.6.4. Cena krańcowa czy cena ofertowa? / 196
6.7. Giełdy energii / 197
6.7.1. Rynki dnia następnego i bieżącego / 198
6.7.2. Rynki kontraktowe / 199
6.7.3. Kontrakty hedgingowe / 200
6.7.4. Obligo giełdowe / 202
6.7.5. Mechanizm tworzenia się wysokich cen / 202
6.8. Rynki bilansujące / 203
6.8.1. Zasady działania rynku bilansującego / 203
6.8.2. Struktura rynku bilansującego / 205
6.8.3. Bilansowanie handlowe / 206
6.8.4. Oferty bilansujące / 208
6.8.5. Równoważenie rzeczywistego zapotrzebowania z produkcją / 210
6.8.6. Ograniczenia w przesyłaniu i ich usuwanie / 211
6.9. Rynek detaliczny / 212
6.9.1. Uprzywilejowana pozycja odbiorcy – TPA / 212
6.9.2. Podmiot bilansujący / 213
6.9.3. Sprzedawca zobowiązany / 214
6.9.4. Umowy na energię elektryczną / 215

7. Koszty funkcjonowania systemu elektroenergetycznego / 217
7.1. Podstawy ekonomicznej efektywności inwestycji / 217
7.1.1. Prosty okres zwrotu / 217
7.1.2. Net Present Value – NPV / 218
7.1.3. Metody zdyskontowane obliczania czasu zwrotu z inwestycji / 218
7.2. Koszty niedostarczonej energii elektrycznej / 221
7.2.1. Ceny maksymalne i minimalne / 221
7.2.2. Koszty niedostarczonej energii / 221
7.2.3. Opłacalność stosowania magazynów energii / 225
7.3. Koszty transformacji energetycznej / 227
7.3.1. Wyniki analiz / 228
7.3.2. Główne składniki kosztów / 228
7.3.3. Nakłady skumulowane / 229
7.3.4. Podsumowanie kosztów transformacji energetycznej / 229

C. Aspekty społeczne, środowiskowe i regulacyjne / 231

8. Energetyka a klimat / 232
8.1. Zmiany klimatu / 232
8.2. Czynniki wpływające na zmianę klimatu / 234
8.3. Antropogeniczne źródła emisji / 236
8.4. Polityka klimatyczno-energetyczna na świecie / 240
8.5. Polityka klimatyczno-energetyczna w Unii Europejskiej / 242
8.6. Normy emisji / 244

9. Energetyka a społeczeństwo / 246
9.1. Zatrudnienie w energetyce / 246
9.1.1. Zatrudnienie w branży OZE / 247
9.1.2. Sprawiedliwa transformacja / 248
9.2. Społeczna odpowiedzialność energetyki (CSR i ESG) / 252
9.3. Wpływ społeczeństwa na energetykę / 253
9.4. Niezależność energetyczna państw / 257
9.4.1. Zależność od wiedzy i technologii / 258
9.4.2. Zależność od paliw / 261
9.4.3. Zależność od importu energii elektrycznej / 265

10. Energetyka a środowisko / 267
10.1. Energetyka konwencjonalna / 267
10.2. Energetyka wiatrowa / 269
10.2.1. Rozwój energetyki wiatrowej / 269
10.2.2. Protesty i ustawa 10H / 270
10.2.3. Hałas farm wiatrowych / 270
10.2.4. Stanowisko Narodowego Instytutu Zdrowia Publicznego – Państwowego Zakładu Higieny / 271
10.2.5. Migotanie cienia / 272
10.2.6. Propozycje regulacji prawnych / 272
10.2.7. Wiatraki morskie / 273
10.3. Panele PV / 274
10.4. Biogazownie / 274
10.5. Spalanie biomasy / 274
10.6. Elektrownie wodne / 275
10.7. Energetyka jądrowa / 276
10.7.1. Three Mile Island / 276
10.7.2. Czarnobyl / 276
10.7.3. Fukushima / 277
10.8. Rekultywacja i recykling / 277
10.8.1. Energetyka konwencjonalna / 278
10.8.2. Energetyka odnawialna / 280

Podsumowanie / 282
Bibliografia / 283
Spis rysunków / 291
Spis tabel / 294