Samochody elektryczne obniżą koszty transformacji energetycznej?

Zdjęcie: Electric truck batteries are charged from the charging station. Concept

Czy Polska powinna przesiadać się już na elektryki?

W internetowych komentarzach co jakiś czas można spotkać się z opinią, iż wymiana aut spalinowych na elektryczne nie ma dziś w Polsce sensu, bo produkujemy znaczną część energii elektrycznej z węgla, więc efekt ekologiczny takiej wymiany jest niewielki lub wręcz odwrotnie – elektrownie emitują więcej zanieczyszczeń niż wydobywa się z rur wydechowych.

Być może kluczową ¬ ze względu na nasze zdrowie, życie i koszty opieki medycznej - kwestią są spaliny z rur wydechowych: trujące i rakotwórcze. Pojazdy elektryczne eliminują ten problem niemal całkowicie, bowiem układy oczyszczania spalin elektrowni węglowych są bardziej wydajne niż w samochodach, a same spaliny wyrzucane są daleko od miast na wysokości 100-300 metrów. Jednocześnie elektryki niemal nie korzystają z klocków hamulcowych, a emisje pyłu z opon są porównywalne do ciężkich SUVów z silnikami diesla. Natomiast spaliny samochodowe w miastach trafiają praktycznie wprost do naszych płuc.

Czy samochód elektryczny emituje w Polsce mniej CO2 niż spalinowy?

Jednak choćby gdy pominiemy smog i spojrzymy na sam dwutlenek węgla, samochody elektryczne ładowane z polskiej sieci energetycznej już od niemal dekady emitują mniej od diesli, o samochodach benzynowych nie wspominając. W 2023 roku średnia bezpośrednia emisja CO2 na przejechany kilometr wynosiła w Polsce 118 g dla elektrycznego kompaktu pokroju Volkswagena ID.3, podczas gdy dla VW Golfa z silnikiem Diesla byłoby to 159 g, a z silnikiem benzynowym 192 g CO2.

Dokładne dane przytaczaliśmy tu: Po co nam auta elektryczne na węgiel?

Ślad węglowy wyprodukowanej baterii takiego auta (2,9 tony CO2 dla baterii 57 kWh) zwracał się więc w 2023 roku już po 70 tys. km, podczas gdy sama bateria powinna pokonać ok. 300-400 tys. km zanim jej pojemność spadnie o 30% (po czym przez cały czas może być jeszcze użytkowana w aucie, a następnie służyć jako stacjonarny magazyn energii).

Jeżeli jednak auto było chociaż w połowie ładowane z domowej fotowoltaiki, co dotyczy ogromnej części elektryków na polskich drogach, jego ślad węglowy spłaca się już po 37 tys. km względem diesla i po 27 tys. km względem benzynowego odpowiednika. Dla niektórych kierowców to mniej niż rok użytkowania samochodu. choćby wymiana baterii po 400 tys. km nie zmieni faktu, iż elektryk w polskich warunkach po 20 latach użytkowania będzie dwukrotnie mniej emisyjny od spalinówki.

Tymczasem udział „zielonej” energii w Polsce cały czas rośnie. W 2023 roku był najniższy od XIX wieku i wynosił 63%, podczas gdy jeszcze dekadę temu sięgał 90%. Z każdym rokiem użytkowane w Polsce auta na baterie stają się więc coraz mniej emisyjne.

Udział energetyki węglowej w Polsce spadł w 2023 roku do 63%

Im więcej wiatru i słońca, tym wyższe koszty integracji

Wzrosty produkcji „zielonej” energii w Polsce przypadają przede wszystkim na technologie zależne od pogody i pory dnia – turbiny wiatrowe i instalacje fotowoltaiczne. O ile pierwsze wiatraki i panele niemal nie generowały kosztów dla systemu elektroenergetycznego, a wręcz obniżały koszty jego funkcjonowania (fotowoltaika ratuje polski system energetyczny latem), o tyle wraz ze wzrostem ich udziału, rosną koszty związane z integracją kolejnych turbin i paneli w systemie (nadprodukcja „zielonej” energii w niektórych godzinach itp.).

Okazuje się, iż samochody elektryczne mogą znacząco obniżyć koszty tej integracji, obniżając jednocześnie ceny prądu dla odbiorców. Jak? Na dwa sposoby. Po pierwsze, przesuwając ładowanie części aut na godziny, gdy udział OZE w systemie jest wysoki (zwykle to środek dnia latem lub środek nocy zimą). Po drugie, dostarczając chwilowych, ale gigantycznych mocy magazynowych w sytuacjach, gdy będzie mało wiatru i słońca, a inne technologie (elektrownie na biomasę, biogaz, wodór, wodę czy magazyny stacjonarne) nie wystarczą do zbilansowania systemu.

Brytyjczycy wygrzebali dane pogodowe z 1985 i przyłożyli do 2050

Brytyjski operator sieci przesyłowych przeprowadził symulację jak może wyglądać brytyjski system elektroenergetyczny w 2050 roku, gdy będzie już całkowicie bezemisyjny, gdyby powtórzyła się najgorsza dla wiatraków i fotowoltaiki pogoda, z jaką Brytyjczycy musieli się zmierzyć na przełomie lutego i marca 1985 roku – wielodniowe mrozy z niewielką ilością wiatru i sporym zachmurzeniem.

Zdaniem brytyjskich energetyków system poradzi sobie w takich warunkach m.in. dzięki zapasom wodoru, magazynom stacjonarnym oraz bateriom samochodów elektrycznych, które przez 3-4 godziny dziennie będą pokrywać szczyty zapotrzebowania odbiorców, ładując ponownie swoje baterie w nocy i przy większej produkcji OZE.

Brytyjski operator zwraca jednocześnie uwagę, iż bez inteligentnego ładowania elektryków, już w okolicy 2040 roku zapotrzebowanie na moc ze strony ładowarek w zimowe wieczory, a więc najtrudniejszym czasie dla obecnego systemu elektroenergetycznego, będzie przekraczać 20 GW. Zapewnienie dostaw tak dużych mocy do samych aut elektrycznych w samym szczycie poboru, byłoby niepotrzebnie drogie, a czasami wręcz trudne do osiągnięcia.

Już samo przesunięcie popytu zmniejszy to zapotrzebowanie poniżej 10 GW. Gdy dodamy do tego technologię vehicle-to-grid, elektryki w takich godzinach mogłyby wspierać bezpieczeństwo energetyczne kraju, poprzez oddawanie do systemu ponad 5 GW mocy, o ile zachodziłaby taka potrzeba.

Potrzebujemy zachęt rynkowych i narzędzi interwencyjnych

Według Polskich Sieci Elektroenergetycznych zapotrzebowanie na moc niezbędną do ładowania elektryków w naszym kraju jeszcze długo nie będzie specjalnie widoczne w systemie elektroenergetycznym. Jeszcze w 2032 roku, zdaniem PSE, nie przekroczy kilkuset megawatów, ale operator także liczy na to, iż ładowanie odbywać się będzie w znacznej mierze poza szczytem zapotrzebowania. Aby tak się działo, potrzebne będą rozwiązania rynkowe, które zachęcą do tego posiadaczy samochodów elektrycznych.

Nawet za 10 lat zapotrzebowanie na moc samochodów elektrycznych będzie mało zauważalne

Równolegle Polska już powinna jednak przygotowywać się na czarne scenariusze kolejnych kryzysów energetycznych, których wykluczyć się przecież nie da, i wprowadzić także rozwiązania pozarynkowe, jako jeden z mechanizmów interwencyjnego bilansowania systemu – znacznie bardziej wyrafinowane niż obecne stopnie zasilania. Więcej pisaliśmy o nich tutaj: Szwajcaria „zakaże jazdy autami elektrycznymi”? Też tak powinniśmy

Coraz więcej prądu z wiatru i słońca w Polsce też wymusza zmiany

Polski system elektroenergetyczny (a równolegle sektory ciepłownictwa i transportu) także staje się coraz bardziej związany z porą dnia i pogodą. Dziś udział wiatru i słońca w produkcji prądu pozostało na tyle niski (w 2023 roku było to średniorocznie 23% energii), iż wciąż bez problemu bilansujemy jeszcze system dzięki handlu energią z sąsiadami i zarządzaniem produkcją w elektrowniach węglowych.

Jednak już zdarzają się w Polsce godziny, w których odnawialne źródła energii mogłyby pokryć ponad 100% krajowego zapotrzebowania odbiorców, ale operator musi interwencyjnie ograniczać produkcję z wiatraków lub fotowoltaiki, aby zbilansować system. Po stronie odbiorców energii brakuje dziś bowiem urządzeń takich jak magazyny energii, grzałki elektryczne lub auta elektryczne, które odbierałyby nadwyżki mocy w zależności od produkcji „zielonej” energii, a raczej cen prądu spadających przy dużym udziale OZE w systemie.

W 2032 roku wyzwaniem będzie zarówno zapewnienie dyspozycyjnych mocy jak i poradzenie sobie z nadwyżkami energii z OZE. Część z nich prawdopodobnie nie uda się wykorzystać choćby przy zerowych cenach za prąd w danej godzinie

Polskie Sieci Elektroenergetyczne prognozują, iż takich godzin, gdy ceny prądu mogą być zerowe lub choćby ujemne, a pomimo tego nie znajdzie się wystarczająco dużo odbiorców mogących odebrać takie ilości energii, będzie coraz więcej.

Według PSE już w 2032 roku będziemy musieli ograniczyć generację OZE o 9 TWh (4% całej potencjalnej produkcji prądu w Polsce), bo nie znajdą się na nią chętni. Taka ilość energii mogłaby zasilić na cały rok jazdy 3 mln samochodów elektrycznych.

Rosnąca liczba aut elektrycznych na drogach, w połączeniu z taryfami dynamicznymi na prąd, inteligentnym ładowaniem i technologię V2G, mogłaby obniżyć ilość „zielonej” energii, której nie wyprodukujemy przez brak odbioru. Jednocześnie mogłaby wesprzeć system w tych godzinach, gdy „zielonej” energii będzie za mało.

Tymczasem rząd, choćby w scenariuszu braku dodatkowych zachęt, przewiduje, iż już za kilka lat, w 2030 roku, aż 43% energii w Polsce dostarczać będą elektrownie wiatrowe i słoneczne, o czym więcej pisaliśmy niedawno tutaj: Plan transformacji energetycznej Polski trafił do Brukseli

1 mln elektryków to 100 GW?

Teoretyczne moce ładowania i rozładowywania aut elektrycznych są gigantyczne. W ciągu kilku lat liczba samochodów elektrycznych na polskich drogach osiągnie pierwszy milion (wbrew zapowiedziom byłego premiera na pewno nie stanie się to jednak w 2025 roku). o ile ich średnia moc ładowania wyniesie 100 kW, to czysto teoretycznie podłączenie wszystkich na raz do sieci mogłoby skutkować poborem (lub oddawaniem do sieci) łącznie 100 GW mocy.

Dla porównania maksymalny pobór mocy w Polsce nigdy jeszcze nie przekroczył 29 GW. Oczywiście takie liczenie „potencjału” elektryków jest błędne, co tłumaczyliśmy już w tym tekście: Czy sieci i elektrownie wytrzymają ładowanie aut elektrycznych? Podobnie błędne są często założenia co do potencjału mocy jaką elektryki mogłyby oddawać do sieci dzięki technologii V2G. Ile zatem może ona wynieść realnie?

Potencjał V2G w Warszawie

Aby policzyć potencjał technologii vehicle-to-grid trzeba wziąć pod uwagę to: 1) jak liczna będzie flota aut elektrycznych, 2) ile będziemy mieć ładowarek, 3) o jakiej mocy będą to ładowarki, 4) ile z tych ładowarek będzie obsługiwać technologię V2G, 5) w jakich lokalizacjach będą te ładowarki, 6) z jaką mocą elektryki będą mogły oddawać energię w ramach V2G, 7) w jakich ilościach elektryki będą mogły oddawać energię do sieci w ramach gwarancji na baterię, 8) jak wielu kierowców będzie mieć aktywne kontrakty na oddawanie mocy do sieci w ramach V2G, 9) jak wielu z tych kierowców będzie mieć akurat podłączone auta do ładowarek V2G w domu, miejscu pracy lub w jeszcze innej lokalizacji, 10) ile z tych aut będzie akurat mieć taki poziom naładowania baterii, aby móc świadczyć usługę V2G w danej chwili oraz czy 11) cena energii w danym momencie będzie wystarczająco wysoka, aby oddawanie energii do sieci z akumulatora samochodu elektrycznego było opłacalne.

WysokieNapiecie.pl przeanalizowało potencjał dostępnej mocy jaka może być oddawana do systemu elektroenergetycznego w Warszawie w latach 2024-2050, przy założeniu tempa zmian wynikającego z samych czynników rynkowych, bez dodatkowej stymulacji rozwoju technologii V2G instrumentami wsparcia. Z naszej analizy wynika, iż znaczących mocy V2G możemy spodziewać się dopiero w latach 40., ale tempo zmian w tym okresie będzie bardzo znaczące. Do 2050 roku system elektroenergetyczny Warszawy może mieć już do dyspozycji 1,4 GW mocy w samej technologii V2G. To tyle ile wynosi dziś maksymalne zapotrzebowanie na moc całej stolicy.

V2G obniży ceny energii w najdroższych godzinach

Podobnie jak brytyjski operator sieci przesyłowych, spodziewamy się, iż V2G będzie w Polsce technologią droższą od usług magazynów stacjonarnych (które do tego czasu mogą stać się tak powszechne, jak dziś są lodówki). Możliwe, iż będzie też droższa od magazynowania energii w postaci wodoru, bowiem kierowcy i agregatorzy ich usług mogą oczekiwać relatywnie wysokich cen odsprzedaży energii, aby uruchomić taką wirtualną elektrownię złożoną z tysięcy akumulatorów aut elektrycznych.

Jednak pomimo tego, technologia vehicle-to-grid może znacząco ograniczyć koszty funkcjonowania systemu elektroenergetycznego i zwiększyć możliwości integracji farm wiatrowych i słonecznych w systemie. Będzie bowiem pokrywać najdroższe godziny dostaw energii, występujące 100, 200, a może choćby 500 godzin w roku. Bez wykorzystania akumulatorów aut elektrycznych w tych okresach, ceny prądu rosłyby znacznie bardziej, przekładając się ostatecznie na rachunki za prąd wszystkich odbiorców.

Jeżeli zatem ktoś wciąż zastanawia się, czy z rozwojem elektromobilności warto w Polsce czekać, aż będziemy mieć bardzo wysoki udział „zielonego” prądu w systemie, to musi zdawać sobie sprawę, iż za ten prąd przyjdzie mu zapłacić więcej, o ile elektryków z inteligentnym zarządzaniem ładowaniem i technologią V2G będzie mało.

Na koniec warto dodać, iż koszty transformacji energetycznej widoczne będą nie tylko w rachunkach za prąd, ale także w kurczących się wydatkach na paliwa na stacjach i ich import z państw takich jak Rosja czy Arabia Saudyjska, o czym szerzej pisaliśmy tutaj: Wydaliśmy 100 mld zł na import ropy i paliw samochodowych w 2022