W roku 2023 na funkcjonowanie systemu elektroenergetycznego miały wpływ zmiany regulacyjne, oddziałowujące na ramy prawne, w których funkcjonuje PSE. Kluczowym ich elementem stała się polityka klimatyczna i przemysłowa UE realizowana w ramach Zielonego Ładu. W marcu 2023 r. rozpoczął się także proces krótkoterminowej reformy modelu rynku energii elektrycznej w UE, która weszła w życie w lipcu 2024 r.

Wiadomo już, że w średnim i długim okresie podstawową rolę w ewolucji systemu elektroenergetycznego i jego otoczenia będą odgrywały trendy technologiczne związane przede wszystkim z dekarbonizacją sektora – wyjście z węgla (coal exit) i ograniczanie roli gazu ziemnego (phase out), rozwój energetyki jądrowej. Nadal intensywnie rozwijał się sektor energetyki odnawialnej, magazynowania energii i elektromobilności, a także trwa proces wprowadzania nowych technologii pomiarowych, otwierających szanse do wykorzystania danych o zapotrzebowaniu o dużej częstotliwości (HFD – ang. high frequency data) i dokładności. W 2023 r. w Polsce zostało zarejestrowanych ponad 19,6 tys. nowych, osobowych i użytkowych samochodów całkowicie elektrycznych (BEV). Oznacza to, że liczba nowych rejestracji BEV w 2023 r. była większa niż cały park takich pojazdów w 2021 roku¹.

_{¹Źródło: Polskie Stowarzyszenie Paliw Alternatywnych, „Rok 2023 w polskiej elektromobilności”, Warszawa 2024, za: https://pspa.com.pl/wp-content/uploads/2024/01/PSPA_Rok_2023_w_polskiej_elektromobilnosci_Raport.pdf.}

• Postęp technologiczny w obszarze zbierania i przetwarzania danych będzie miał wpływ na znaczenie OSP jako dysponentów HFD (High Frequency Data)

We współczesnej gospodarce coraz większą rolę odgrywają pozyskiwane z wysoką częstotliwością dane pokazujące aktywność gospodarczą. Wykorzystanie takich danych staje się coraz łatwiejsze dzięki rozwojowi technologii przetwarzania danych oraz wykorzystania potencjału analitycznego dużych modeli językowych (tzw. AI). PSE pełni rolę Operatora Informacji Rynku Energii i nadzoruje powstawanie i rozwój Centralnego Systemu Informacji o Rynku Energii, który odpowiada za rozwój platformy służącej do zbierania, dystrybucji i analizy danych o rynku energii w Polsce. Rozwój CSIRE będzie wspierający dla sektora prosumentów czy uczestników rynku energii elektrycznej.

• Przemiany technologiczne w obszarze magazynowania i wytwarzania energii wpływają na zmianę struktury generacji oraz charakteru sieci przesyłowej i roli OSP 

W Polsce trwa dynamiczny rozwój energetyki prosumenckiej opartej na fotowoltaice, która zaczęła w roku 2020 odgrywać zauważalną rolę w krajowym miksie energetycznym i której znaczenie stale wzrasta. Rozwój sektora wielkoskalowej fotowoltaiki nabiera tempa. Powstają kolejne elektrownie wiatrowe on-shore. Firmy wytwórcze przygotowują się do realizacji projektów elektrowni wiatrowych off-shore. Nowy model generacji stanowi coraz poważniejsze wyzwanie w zakresie zarządzania siecią, zwłaszcza w okresach nadwyżek i niedoborów generacji OZE. 

Barierą na drodze rozwoju energetyki odnawialnej jest problem magazynowania energii w okresach jej nadmiernego wytwarzania, aby dało się ją wykorzystać w czasie, kiedy generacja ze źródeł OZE jest niemożliwa (nie wieje wiatr, jest noc itp.). W ostatnich latach coraz powszechniejsze staje się komercyjne wykorzystanie magazynów energii (chemicznych, mechanicznych, szczytowo-pompowych). Rozwojowi technologii sprzyjają spadek kosztów podzespołów oraz rozwój komercyjnych instalacji magazynujących energię na potrzeby systemów energetycznych.

Wsparcie regulacyjne dla rozwoju technologii magazynowania ma jednak znacznie mniejszy zakres niż wsparcie technologii generacji, a tempo inwestycji w nowe instalacje służące magazynowaniu jest niższe niż w przypadku technologii generacji, co istotne ogranicza dalsze włączanie technologii OZE w systemy elektroenergetyczne. 

W Polsce działają pierwsze magazyny energii o komercyjnej skali, takie jak magazyn BESS na Pomorzu.

• Rozwój elektromobilności

Rok 2023 był kolejnym okresem rozwoju elektromobilności. W wielu państwach europejskich rozwój ten był wspierany dotacjami dla nabywców samochodów BEV. Wycofanie części dotacji spowodowało jednak znaczące osłabienie popytu na przełomie 2023 i 2024 roku. Trwa dyskusja na temat kierunków rozwoju przemysłu samochodowego. Jednocześnie rozwój infrastruktury zapewniającej efektywne wykorzystanie BEV jest relatywnie powolny, a w każdym razie odbiegający znacząco od planów elektryfikacji transportu drogowego.

• Wojna cenowa na rynku technologii elektroenergetycznych (OZE i magazynowanie)

Rywalizacja ze strony firm chińskich, w coraz większym stopniu dominujących w sektorze OZE, przybrała charakter wojny cenowej. Produkcja sektorów wytwarzających komponenty oraz rozwiązania końcowe (panele fotowoltaiczne, akumulatory/magazyny energii, turbiny wiatrowe, samochody EV) jest w chińskiej gospodarce skalowana często do rozmiarów dorównujących lub przekraczających globalny popyt, przy jednoczesnej polityce niskich cen. To utrudnia lub uniemożliwia budowanie tych sektorów poza Chinami (na co wskazują m.in. ostatnie decyzje europejskich wytwórców o ograniczeniu inwestycji związanych z produkcją akumulatorów/magazynów energii). Skutkiem tego jest pogłębiająca się monopolizacja wielu sektorów (z udziałami chińskich producentów między 60 a ponad 90 proc. globalnych dostaw) i rosnąca zależność UE od dostaw z Chin. Może to sprawić, że jeden z głównych celów zielonej transformacji, czyli autonomia energetyczna, będzie trudny do osiągnięcia – nie ze względu na zależność od importu surowców energetycznych, ale ze względu na zależność od technologii.

Jednocześnie chińska polityka przemysłowa w tym obszarze doprowadziła do długookresowych spadków cen wielu technologii OZE, w szczególności obniżyła koszty inwestycji w instalacje fotowoltaiczne i magazyny energii. W dłuższym okresie możliwe są jednak znaczące wahania cen wynikające z okresowych ograniczeń produkcji lub dostaw z Chin.

• Problemy europejskich firm sektora OZE

W roku 2023 wiele europejskich firm z sektora OZE, a zwłaszcza energetyki wiatrowej, przeżywało głębokie problemy finansowe. Problemy dotknęły m.in. firmy zaangażowane w rozwój energetyki wiatrowej w Polsce, w tym Orsted A/S i Siemens Energy. W I kwartale 2024 r. sytuacja tych spółek uległa okresowej stabilizacji (w wypadku Siemens Energy wspartej pomocą publiczną), jednak źródła ryzyk, w tym narastająca konkurencja z Chin i niepewność inwestycyjna w USA oraz innych regionach świata, nie zostały usunięte.

• Rządowa polityka budowy energetyki jądrowej w Polsce

W Polsce realizowany jest program budowy elektrowni jądrowych. Przygotowywany jest teren inwestycji, jak też trwają prace regulacyjne. Planowane terminy oddania pierwszych bloków jądrowych w Polsce (pierwsza połowa następnej dekady) są kluczowe również dla procesu dekarbonizacji energetyki i dla wyzwania, jakie stanowią starzejące się bloki węglowe, wciąż stanowiące rdzeń KSE. W związku z raportowanymi opóźnieniami w stosunku do pierwotnych planów inwestycyjnych rosną ryzyka związane z zachowaniem bezpieczeństwa dostaw w okresie przejściowym.

• Rozwój rynku europejskiego i wzrost wymiany międzynarodowej wpływają na długookresowy proces konwergencji cen w Europie

Rozwój rynku europejskiego, wspierany kolejnymi regulacjami, skutkuje wzrostem skali wymiany transgranicznej. Budowa wspólnego rynku opartego na strefach cenowych wpływa na proces rozwoju krajowej sieci przesyłowej i wymusza jej dostosowanie do nowej skali i kierunków przepływów transgranicznych. W średniej perspektywie może być także źródłem dodatkowych kosztów dla operatorów sieci przesyłowych, ze względu na konieczność częstszego stosowania działań zaradczych podejmowanych poza rynkiem. 

• Zmiana bilansu wymiany handlowej Niemiec

Wskutek wyłączenia elektrowni jądrowych w 2023 roku oraz realizacji polityki Energiewende, Niemcy stały się po raz pierwszy od co najmniej 20 lat importerem energii netto. Jest to efektem zarówno załamania eksportu po roku 2022, jak i dłuższego trendu wzrostu importu, który trwa od 2019 roku. Dane z pierwszej połowy roku 2024 wskazują na utrzymywanie się obu tych zjawisk, a w szczególności na przyspieszenie dynamiki wzrostu importu.

• Dyskusja nad reformą modelu rynku (market design) elektroenergetycznego

W 2023 r. KE przedłożyła pod dyskusję projekt zmian mających na celu ułatwienie penetracji rynku przez OZE i jednoczesne przyspieszenie phase-out gazu ziemnego jako paliwa przejściowego a także obniżenie wrażliwości cen energii dla odbiorców końcowych  –  zwłaszcza konsumentów indywidualnych na zmienność cen paliw kopalnych. Zmiany te, w założeniu, mają uzupełnić Europejski Zielony Ład i program REPowerEU.

• System ETS a koszty generacji ze źródeł emisyjnych

Na sytuację krajowego systemu elektroenergetycznego, a zwłaszcza na kondycję wytwórców wykorzystujących konwencjonalne źródła generacji, wpływa także w coraz większym stopniu polityka klimatyczna UE i rosnąca presja ─ zarówno regulacyjna jak i cen ETS ─ na przyspieszoną dekarbonizację energetyki. Podstawowym narzędziem tej polityki są tzw. ETS-y ─ uprawnienia do emisji, których ceny są ustalane rynkowo. Wzrost cen ETS-ów obserwowany jest od kilku lat. W roku 2023 cena jednostki, po wzrostach do rekordowego poziomu przeszło 100 euro, spadła do około 70 euro pod koniec roku i ustabilizowała się na tym poziomie w I połowie roku 2024. System ETS obejmuje coraz więcej sektorów gospodarki, co ma przyspieszyć proces dekarbonizacji.

Dla części krajów europejskich, w tym w szczególności dla Polski, coal-exit będzie poważnym wyzwaniem technologicznym ze względu na udział technologii węglowych w krajowej generacji i czas potrzebny na wprowadzenie innych technologii, które mogłyby zastąpić te stosowane obecnie.

• Europejska polityka klimatyczna wymusi szybkie dostosowanie sieci do nowej struktury generacji

W efekcie upowszechniania się nowych technologii rozproszonej generacji OZE i magazynowania konieczne staną się dostosowania zarówno sieci dystrybucyjnych zarządzanych przez firmy dystrybucyjne, jak i sieci przesyłowych, którymi zarządzają PSE do nowego modelu i przestrzennej alokacji generacji.

Wymusi to głęboką przebudowę sieci przesyłowych i dystrybucyjnych. W wielu krajach europejskich, w których inwestycje w przebudowę struktury sieci trwają już dłuższy okres, obserwować można, że stanowią one poważne wyzwanie kosztowe i organizacyjno-techniczne. Koszty są często istotnie wyższe od planowanych, a opóźnienia w realizacji – znaczące.

• Powrót do równowagi na rynkach surowców energetycznych

Rynkowe ceny węgla, ropy naftowej i gazu ziemnego pozostawały stabilne. W I kwartale 2023 r. można było obserwować spadki cen, a następnie do końca roku, długookresową stabilizację.

PSE prowadzi szeroko zakrojone działania w celu dostosowania się do nowego kształtu rynków i nowych technologii zarówno w krótkim, jak i długim horyzoncie czasowym.

Rozwój mechanizmów rynkowych

PSE na bieżąco rozwijają mechanizmy rynkowe w celu dostosowania ich do zmieniającej się sytuacji. W 2023 r. prowadzone były intensywne prace nad przygotowaniem gruntownej reformy rynku bilansującego, mającej na celu m.in. dostosowanie rynku do zmieniającej się struktury generacji oraz umożliwienie integracji z europejskimi platformami wymiany energii bilansującej. Reforma została wdrożona 14 czerwca 2024 roku.

W celu przygotowania się do zmian zachodzących w dłuższym horyzoncie czasu, PSE biorą udział w pracach analitycznych prowadzonych zarówno indywidualnie, jak i w ramach różnych grup i konsorcjów międzynarodowych. Prace prowadzone w 2023 r. w dużej mierze koncentrowały się na integracji morskiej energetyki wiatrowej oraz pozyskiwaniu i wykorzystaniu usług elastyczności, które ze względu na rosnący udział źródeł odnawialnych stają się niezwykle ważne w sytuacji dużego udziału generacji niesterowalnej w miksie energetycznym.

Prace badawcze i rozwojowe

PSE realizują szereg działań, które są ukierunkowane na przystosowanie systemu przesyłowego do nowych technologii i regulacji oraz dynamicznie zmieniającej się struktury rynku, szczególnie rosnącego udziału generacji rozproszonej.
Są to m.in.:

• Rozwój opomiarowania KSE oraz zwiększenie możliwości oceny stanu KSE w czasie rzeczywistym, uzyskanie informacji o stanie przepływów w każdym węźle sieci przesyłowej oraz pozyskanie szczegółowych danych (w tym generacja źródeł lokalnych) od OSD (zgodnie z kodeksem SOGL);
• Rozpoznanie możliwości budowy połączeń HVDC, w tym porównanie różnych konfiguracji takich połączeń (point to point, multi-terminal) oraz ich ocena pod kątem technicznym oraz ekonomicznym;
• Rozwój metod i narzędzi do prognozowania krótko- i średnioterminowego, w szczególności wdrożenia narzędzi i procesu prognozowania generacji źródeł fotowoltaicznych i wiatrowych;
• Optymalizacja wdrożenia europejskich regulacji rynkowych: CEP, kodeksów sieciowych;
• Realizacja funkcji OIRE – budowa centrum danych pomiarowych (CSIRE);
• Opracowanie systemu informacyjnego do przetwarzania informacji rynku energii na potrzeby realizacji procesów rynku energii elektrycznej oraz wymiany informacji pomiędzy użytkownikami systemu (CSIRE);
• Prace w grupach międzynarodowych związane z wypracowaniem i uzgodnieniem metodyk, narzędzi oraz sposobu realizacji procesów regionalnych (międzynarodowych) wdrażanych z mocy prawa UE, mające na celu ochronę interesu PSE i polskich uczestników rynku;
• Wdrożenie zmian w sposobie funkcjonowania rynku bilansującego, w tym zmian sposobu pozyskiwania usług systemowych.

Wymienione działania wychodzą naprzeciw zapotrzebowaniu i obejmują praktycznie wszystkie obszary działalności PSE. Skuteczna odpowiedź naszej organizacji na nowe wyzwania wymaga podjęcia działań właściwie w każdej jednostce organizacyjnej spółki zaangażowanej w działalność operacyjną i planowanie rozwoju KSE.

W obszarze badawczo-rozwojowym identyfikowane są nowe rozwiązania techniczne oraz technologiczne, a także testowane są metody i narzędzia pojawiające się na rynku, w tym możliwość zastosowania ich na potrzeby prowadzenia działalności przez OSP.

Konfigurator stacji elektroenergetycznych

Przedmiotem pracy było opracowanie metodyki i stworzenie narzędzia obiektywnej oceny konfiguracji nowych rozdzielni stacji elektroenergetycznych względem postawionych zadań funkcjonalnych. Stworzone narzędzie ma za zadanie ułatwić i przyspieszyć przebieg doboru odpowiedniego układu rozdzielni stacji w procesach inwestycyjnych PSE.
Narzędzie stawia na wykorzystanie – w drodze oceny punktowej – kryteriów konfiguracji rozdzielni stacji, z uwzględnieniem czynników: technicznych, ruchowych, eksploatacyjnych, niezawodnościowych, ekonomicznych i środowiskowych. Praca zakończyła się w marcu 2023 roku.

W ramach etapu I wypracowano metodykę procesu konfiguracji rozdzielni stacji elektroenergetycznych w sieci przesyłowej wraz z uwzględnieniem organizacji procesu, obszaru oceny rozwiązania, procedury realizacji, niezbędnych danych i ich dostępności w PSE.

W ramach etapu II opracowano koncepcję narzędzia oceny scoringowej konfiguracji rozdzielni stacji elektroenergetycznych w postaci arkusza Excel wraz z arkuszami oceny i wykonano testy narzędzia.

Wypracowanie ramowych wymagań technicznych dla zespołu urządzeń służących do wyprowadzenia mocy z MFW w technologii HVDC

W ramach zadania zostały opracowane ramowe wymagania techniczne dla zespołu urządzeń służących do wyprowadzenia mocy z morskiej farmy wiatrowej (MFW) w technologii HVDC, obejmujące m.in. morską stację konwertorową, lądową stację konwertorową, linię kablową morską i lądową. Przedmiotowe ramowe wymagania techniczne będą stanowić dookreślenie istniejących wymagań technicznych obowiązujących dla ZU realizowanych w technologii HVAC, zdefiniowanych w Rozporządzeniu MKiŚ z dnia 25 maja 2022 r. w sprawie szczegółowych wymagań dla elementów zespołu urządzeń służących do wyprowadzenia mocy oraz dla elementów stacji elektroenergetycznych zlokalizowanych na morzu.

W ramach etapu I wypracowano raport uwzględniający przegląd rozwiązań światowych technologii HVDC stosowanych i planowanych do wykorzystania w układach wyprowadzenia mocy z MFW.

W ramach etapu II wypracowano raport zawierający ramowe wymagania techniczne dla układów wyprowadzenia mocy z MFW w technologii HVDC.

W celu ułatwienia integracji produktu pracy z obowiązującymi przepisami przygotowane wymagania zostały zaimplementowane jako propozycja aktualizacji Rozporządzenia MKiŚ z dnia 25 maja 2022 r. w sprawie szczegółowych wymagań dla elementów zespołu urządzeń służących do wyprowadzenia mocy oraz dla elementów stacji elektroenergetycznych zlokalizowanych na morzu. Praca zakończyła się w kwietniu 2023 roku. Opiniowanie wewnętrzne zostało zakończone 1 marca 2024 roku. Finalna wersja propozycji przepisów Rozporządzenia dla ZU MFW w technologii HVDC jest gotowa do dalszego wykorzystania. Wdrożenie produktu w PSE zostało zakończone.

Opracowanie i weryfikacja nowego algorytmu działania układu LRW w stacjach elektroenergetycznych z zainstalowanym dławikiem

Celem pracy było opracowanie nowego rozwiązania układu LRW dedykowanego stacjom elektroenergetycznym z zainstalowanym dławikiem (w formie nowego algorytmu działania i/lub nowego układu LRW dostępnego komercyjnie). Zdefiniowanie nowego rozwiązania układu LRW oraz symulacyjna i – ewentualnie – laboratoryjna weryfikacja poprawności jego działania pozwoli na ograniczenie przedstawionego ryzyka braku zadziałania układu LRW w sytuacji wystąpienia wtórnych zapłonów w wyłączniku w polu dławika podczas przerywania prądu roboczego dławika oraz minimalizację ryzyka niepożądanych trwałych uszkodzeń wyłącznika w polu dławika.

Praca zakończyła się w październiku 2023 roku. W ramach etapu I dokonano przeglądu wymagań i doświadczeń innych OSP oraz rozwiązań producentów. Udało się również zdefiniować koncepcje nowego rozwiązania LRW dla pól dławikowych, wstępną ocenę koncepcji oraz wybór koncepcji do badań symulacyjnych.

W ramach etapu II opracowano model EMT koncepcji nowego rozwiązania LRW oraz przeprowadzono badania symulacyjne koncepcji. Następnym krokiem było opracowanie matrycy wdrożeniowej koncepcji oraz ocena potencjału aplikacji w stacjach PSE.

W ramach etapu III zbudowano stanowisko laboratoryjne w Laboratorium Zabezpieczeń oraz przeprowadzono testy laboratoryjne nowego, dotychczas niestosowanego elementu rozwiązania LRW. Ostatnim krokiem było zdefiniowanie rekomendacji aplikacyjnych nowego rozwiązania LRW.