Kolej po dekarbonizacji

Oczywiście emisje innych gazów cieplarnianych oraz „klasyczne” emisje szkodliwe dla zdrowia – zwłaszcza pyłów, tlenków azotu i siarki – powinny być także brane pod uwagę przy ustalaniu priorytetów. W Polsce duża emisja – aż 38% całkowitej emisji gazów cieplarnianych – pochodzi z elektroenergetyki oraz ciepłownictwa, co wynika z oparcia ich na węglu kamiennym i brunatnym. Drugie miejsce zajmuje przemył – 22%, przy czym w tej grupie istotna jest produkcja paliw (czyli pośrednio część transportu) – 8%. W tej grupie mieści się także hutnictwo (około 2% całości). Kolejna grupa to transport, który odpowiada – wprost – tylko za około 15% emisji, jednak to dla niego pracuje przemysł paliw ze swoimi 8%. W tej grupie udział lotnictwa, transportu morskiego i kolejowego to tylko 2% z tych 15%, a więc znacznie poniżej 1%, cała reszta przypada na osobowy i towarowy transport drogowy. Ogrzewanie pomieszczeń i wody w budynkach, wykorzystujące węgiel lub gaz, to kolejne 11%, podobnie jak kolejne 11% rolnictwa. Powyższe dane są zapewne specyficzne dla Polski, jednak dają pojęcie o proporcjach, z których jasno wynika stopień powiązania kolei z obszarami gospodarki, które będą się najbardziej zmieniać. Można wyróżnić trzy najważniejsze obszary, w których przyszłość kolei wiąże się z dekarbonizacją i generalnie polityką klimatyczną oraz ekologiczną.

• Elektroenergetyka i ciepłownictwo są podstawowym klientem przewoźników kolejowych, którzy dostarczają węgiel z kopalń krajowych i z zagranicy – wprost lub z portów. Koleje wożą także surowce i paliwa, głównie węglowodory, dla przemysłu i transportu. UTK klasyfikuje towary wedle innych kryteriów, ale węgiel, ropa, gaz ziemny, koks, brykiety, produkty rafinacji ropy naftowej to 38% masy lub 41% pracy przewozowej kolei. Tak więc 2/5 kolejowych przewozów towarowych dotyczy surowców i produktów, których przyszłość jest wątpliwa.
• Transport drogowy jest głównym konkurentem kolei. Jest to konkurencja na rynku o towary i o pasażerów z transportem indywidualnym i zbiorowym, ale także w obszarze planowania i dotowania publicznego transportu zbiorowego. Czynnikami porównywania transportu kolejowego z drogowym są koszty finansowe (kolej, często droższa, w wielu przypadkach przegrywa) oraz koszty zewnętrzne, społeczno-ekonomiczne (w tym wypadku kolej wygrywa właśnie dzięki efektom klimatycznym i ekologicznym, wykazując przewagę nad – dotychczas z zasady spalinowym – transportem drogowym). W oparciu o podobne kryteria analizowane jest wparcie inwestycji. Zmniejszenie tej przewagi na skutek elektryfikacji transportu drogowego zwiększa ryzyko dla wsparcia kolei jako operatora publicznego transportu zbiorowego.
  
• Sam transport kolejowy jest działem gospodarki, którego wpływ na środowisko jest znikomy: w Polsce odpowiada on za mniej niż 1% emisji. Z zasady przesuniecie przewozów z innych działów transportu na kolej uważane jest za działanie proekologiczne i wpisujące się w politykę klimatyczną. Nie zwalnia to władz publicznych i przedsiębiorstw od włączenia sektora kolejowego do polityki klimatycznej i ekologicznej, chociażby dla neutralizacji zmian, o których mowa w pkt 2.

Jak już wspomniano, przewozy węgla są ważnym składnikiem pracy realizowanej przez przewoźników kolejowych i co istotne – jest to obszar działania, na którym zagrożenie konkurencyjne ze strony transportu drogowego jest niewielkie. Wpływowi wahań, a w praktyce zmniejszenia wydobycia i wykorzystania węgla na przewozy poświęcony, był raport w RK nr 3/2021. Już po jego przekazaniu redakcji opublikowano zatwierdzoną Politykę Energetyczna Polski do roku 2040. W części prognostycznej przewiduje ona, że wydobycie zmniejszy się z 59,6 mln ton w 2015 roku, poprzez 41,6 mln ton w 2030, do 29,8 mln ton w roku 2040. Wydobycie krajowe w przeciwieństwie do pierwszych dekad po transformacji bywa uzupełniane importem, natomiast znaczenie eksportu stopniowo malało i w ostatniej dekadzie Polska jest importerem netto. Jest oczywiste, że zmiana struktury energetyki oraz likwidacja niskiej emisji będą prowadziły do prawie całkowitej redukcji zużycia i wydobycia około 2050 roku, aczkolwiek oficjalne prognozy tego nie określają, za to niektóre prognozy spoza kręgu urzędowego przewidują nawet rok 2040 jako ostatni rok górnictwa, dowodząc, że dotychczas większość prognoz oficjalnych okazywała się zawyżona.

Tempo zamykania elektrowni węglowych, a więc i transportu węgla z kraju lub z zagranicy, jest jednak silnie uzależnione od czynników trudno przewidywalnych: postępu technologicznego w magazynowaniu energii oraz polityki w zakresie atomu i gazu zmiennego.

Z jednej strony jest bowiem oczywiste, że konieczna jest budowa nowych źródeł. Problem jednak nie polega tylko na zbilansowaniu energii w skali rocznej. Nowe moce w postaci odnawialnych źródeł energii – turbin wiatrowych i ogniw fotowoltaicznych, nawet gdyby osiągnęły moc na poziomie maksymalnego zużycia (zapotrzebowania na moc chwilową w krajowym systemie energetycznym: dotychczasowy rekord padł 19 lutego 2021 około godz. 10:45 i wynosi 27 617 MW = 27,617 GW), zwiększonego o rezerwę na czas awarii i konserwacji, zaspokoją najwyżej około 30-40% popytu na energię elektryczną. Jest to proste następstwo faktu, że ogniwa fotowoltaiczne w Polsce pracują około 1000 godzin w roku, a turbiny wiatrowe w najlepszych warunkach – na morzu – około 4000 godzin w roku, który liczy średnio 8766 godzin. Ruchy słońca są przewidywalne i regularne, a w cyklu dobowym wzrost produkcji ogniw pokrywa się z porannym wzrostem zapotrzebowania; dopiero pod koniec dnia i w nocy produkcja nie zaspokaja zapotrzebowania, a więc zwiększenie mocy i magazynowanie energii na drugą część doby wymaga magazynu energii, ale o realistycznej pojemności. Gorzej z cyklem rocznym, kiedy słońce jest na niebie niżej i krócej, a więc produkcja jest wyraźnie mniejsza, co staje się poważniejszym problemem. W przypadku turbin wiatrowych, niezalenie od wahań dobowych, okresy ciszy mogą trwać nawet do 3 tygodni, a w dodatku podaż mocy poszczególnych farm jest silnie skorelowana – zwyżkuje i zniżkuje generalnie w tym samym czasie w całym kraju, jak też u sąsiadów.

Zainstalowanie mocy istotnie większej od maksymalnego lub średniego zapotrzebowania niewiele więc zmienia, gdyż w czasie dobrego wiatru powstanie trudna do wykorzystania nadwyżka, a w ciszy luka, którą trzeba wypełnić z innych źródeł. Pouczająca jest sytuacja w Niemiec, które dysponują OZE o mocy 105 GW, więcej od maksymalnego zapotrzebowania, które wynosi 81 GW, a udział OZE w produkcji energii wynosi 30-40%. Moce konwencjonalne oraz atomowe – zainstalowane ponad 100 GW, więc łącznie z OZE 207 GW, czyli 2,5 raza więcej niż maksimum zapotrzebowania. Źródła sterowalne muszą zapewnić pokrycie zapotrzebowania maksymalnego bez OZE. Prowadzone analizy pokazują , że osiągnięcie chociaż 25-30% energii z OZE bez magazynów energii i/lub eksportu (niestety w takich chwilach bardzo taniego) jest dużym wyzwaniem.

---