Fakty i mity: Elektrownie, a susza i „zużycie” wody.

W życiu powszednim stosujemy różne terminy i określenia, które często mijają się z prawdą. Część to białe kruki, które umiemy rozpoznawać dzięki nauce o związkach frazeologicznych. Inne weszły do codzienności tak bardzo, że pomidor i ogórek leżą na dziale warzywnym i nikt nie zwraca uwagi sprzedawcy, że powinien je przełożyć do działu owoców. W świecie wody terminem takim jest „zużycie” wody zarówno stosowane zamiennie do terminu śladu wodnego, co jest błędem, a wyjaśnienie znajdziecie we wcześniejszym wpisie Co to jest ślad wodny? Kiedy woda jest zużywana?– jeśli go nie znacie to zalecam przeczytać przed dalszą lekturą poniższego wpisu. Przyczyną powstania tego tekstu była medialna obawa, że przez susze wyłączą nam prąd, bo zabraknie wody do ich chłodzenia, która się „zużywa” w tym procesie, jak podaje wiele organizacji i osób, które dały się wkręcić w pętlę przepisów.

Najczęściej powtarzane hasła:
1. Susza zagraża funkcjonowaniu elektrowni.
2. Elektrownie zużywają wodę.
3. 70 proc. wody w Polsce zużywane jest na potrzeby energetyki.

FAKTY:

1. Wysokie temperatury są większym zagrożeniem funkcjonowania elektrowni niż niedobory wody spowodowane suszą. W poprzednich latach susza występowała często wraz w falami upałów, przez co wielu błędnie traktowało to jako jedną wspólną przyczynę. Niedobór wody zagraża obecnie tylko kilku % zainstalowanej mocy elektrycznej.

2. Elektrownie nie zużywają wody w powszechnym rozumieniu słowa zużywać. Straty na parowanie w procesie chłodzenia są niewielkie. Większość wody pobieranej do w otwartych systemach chłodzenia wraca do rzeki.

3. Przemysł jako całość odpowiada za około 72% „zużycia” wody w Polsce. W tym około 64% to pobór wody w sekcji 35 PKD „Wytwarzanie i zaopatrywanie w energię elektryczną, gaz, parę wodną, gorącą wodę i powietrze do układów klimatyzacyjnych”. W dodatku za tak dużą wartość odpowiada głównie 5 elektrowni. 

4. Z wody „zużywanej” przez elektrownie odparowuje około 0,2-2%, czyli około 90hm3 – to jest woda, która „znika” z rzek i zbiorników.

Źródłem tego wszystkiego są statystyki Głównego Urzędu Statystycznego. Większość osób zajmujących się ochroną środowiska sięga po coroczne opracowania, głównie po rocznik Ochrona Środowiska. A w nim czarno na białym mamy tabelę, w której podane są ilości wody pobieranej i „zużycia” wody. Problem w tym wszystkim jest taki, że to nie jest jak w przypadku zużycia paliwa, którego po spaleniu w silniku nie mamy i trzeba wyprodukować i dolać nowego. Generalnie w przyrodzie nic się nie zużywa – zmienia ewentualnie swój stan skupienia, skład i właściwości i nazywa się to łącznie obiegiem materii, która w rozbiciu na poszczególne elementy pokazywana jest często w uproszczeniu w postaci prostych obiegów, np. węgla, wody, azotu czy fosforu.

Jednakże, gdy sięgniemy do rocznika Przemył, również opracowanego przez GUS to w tabeli mamy podany przychód i rozchód wody – przy czym wartość rozchodu w przypadku pozycji „Wytwarzanie i zaopatrywanie w energię elektryczną, gaz, parę wodną, gorącą wodą” z opracowania dotyczącego przemysłu jest równa wartości „zużycia” z powyższej tabeli. Zatem w ramach opracowań jednej instytucji brak już jest jednorodności w nazewnictwie. Zaintrygowany tematem napisałem maila z pytaniami do GUS.

Odnośnie danych dla Przemysłu dostałem odpowiedź:

Przychód w bilansie gospodarowania wodą  w przemyśle rozumiany jest jako pobór wody z ujęć zakładu oraz zakup wody od innych jednostek, natomiast rozchód jako zużycie wody na potrzeby zakładu oraz sprzedaż wody i straty wody w sieci.

Jeśli chodzi o dane zawarte w Ochrona środowiska to:

Pobór wody ogółem (przychód)  to suma wody pobranej z ujęć własnych zakładu oraz wody zakupionej od innych jednostek.

Zużycie wody na potrzeby zakładu stanowi różnicę pomiędzy poborem wody ogółem a sumą ilości wody odsprzedanej i stratami sieciowymi wody.

Zużycie wody jest rozumiane jako całość wody wykorzystanej w procesie produkcji, więc będzie się w nim zawierać zarówno woda zrzucana w postaci ścieków lub wód chłodniczych nie wymagających oczyszczenia, jak i wbudowana w produkt, czy odparowana w chłodniach kominowych elektrowni.

Przy okazji zgłębiania sprawy spotkałem się jeszcze w roczniku Ochrona środowiska z terminem „wody użytej”, którą jak mi odpowiedzieli pracownicy GUS to:

Termin „wody użytej” pojawia się w publikacji w kontekście wielokrotnego wykorzystania wody w obiegu zamkniętym. Woda użyta nie oznacza więc wody „zużytej”. W kontekście obiegu zamkniętego pojęcie wody „zużytej” należy rozważać biorąc pod uwagę takie pojęcia jak: woda pobrana na uzupełnianie obiegów zamkniętych (z powodu strat wody, odświeżania obiegu, obniżenie temperatury itp.).

Ponadto w odpowiedzi dostałem jeszcze informacje, że dane dotyczące poboru i „zużycia” wody do tych opracować zbierane są:

Na formularzu OS-3 „Sprawozdanie o gospodarowaniu wodą, ściekach i ładunkach zanieczyszczeń”.

Badaniem objęte są podmioty pobierające z ujęć własnych rocznie 5000 m³ i więcej wody podziemnej albo 20000 m³ wody powierzchniowej lub odprowadziły 20000 m³ ścieków z wyjątkiem:

• przedsiębiorstw wodociągowych i kanalizacyjnych lub innych podmiotów powołanych przez organy administracji samorządowej i rządowej, których rodzaj działalności obejmuje prowadzenie wodociągów i kanalizacji w gospodarce komunalnej.
• jednostek organizacyjnych zużywających wyłącznie wodę zakupioną od wodociągów komunalnych i jednocześnie odprowadzających ścieki wyłącznie do kanalizacji,
• gospodarstw rolnych, zużywających wodę wyłącznie na potrzeby produkcji zwierzęcej i roślinnej, niebędących fermami przemysłowego chowu zwierząt.

Jak widzimy dane te są zbierane przede wszystkim od dużych podmiotów. I tu nawiążę trochę do innego opracowania Projektu Planu Przeciwdziałania Skutkom Suszy, bo w nim mamy tabelę 14 i 15 dotyczące maksymalnej ilości wody, która może być pobierana w ciągu roku (dane na podstawie bazy pozwoleń wodnoprawnych stan na 2016 rok). Jak popatrzymy na te dane to widać, że przemysł to niecałe 8% wody powierzchniowej i trochę ponad 8% wód podziemnych. Najwięcej wody powierzchniowej może pobierać akwakultura 76,1%, a wody podziemne to Ludność – rozumiana jako ujęcia komunalne, czyli wodociągowe. Biorąc pod uwagę liczbę użytkowników i powyższe informacje od GUSu oraz ogólną problematykę w kontrolowaniu wielu małych rozproszonych podmiotów, nie trudno dojść do wniosku, że wyniki prezentowane w opracowaniu GUS mają wadę i mogą być niedoszacowane dla rolnictwa (akwakultura też jest w tej grupie).

Zgodnie z zapisami Prawa wodnego „Podmiot korzystający z usług wodnych dokonujący poboru wód powierzchniowych lub podziemnych w ramach usług wodnych jest obowiązany do stosowania przyrządów pomiarowych umożliwiających pomiar ilości pobranych wód.” (Art. 36. Pkt.1.). Mnogość rolnych podmiotów korzystających z wód oraz metodyka zbierania danych przez GUS powodują, że jest przestrzeń to zaburzenia rzeczywistego obrazu sytuacji. Ma to szczególnie duże znaczenie, bo za wartość „zużycia” wody przez przemysł odpowiada kilka gmin. Są to gminy, których znajdują się elektrownie lub elektrociepłownie posiadające otwarty system chłodzenia. Pierwsze cztery na liście to elektrownie Kozienice (2 miejsce pod względem zainstalowanej mocy elektrycznej), Połaniec (4 miejsce), Konin (9 i 15 miejsce) i Gryfino (7 miejsce) dają łącznie 70% całkowitego „zużycia” wody w przemyśle w 2018 r. A wszystkie pokazana w tabeli 9 gmin daje łącznie 86% „zużycia” wody w przemyśle.

Powyższa tabela pokazuje jeszcze jedną rzecz, którą lubią straszyć media. Tzw. blackout spowodowany suszą. Jednakże wiele z tych doniesień nie bierze pod uwagę drugiego czynnika, który latem zbiega się z okresem suszy, czyli wysokich temperatur. I gdy w tym roku susza hydrologiczna pojawiła się na rzekach już na wiosnę, to wielu z Was może się dziwić, czemu nie media znów nie straszą blackout`em, a jeśli już temat się pojawia to poza krzykliwym nagłówkiem w stylu „Susza – grozi nam wielki blackout”, w większości mamy informacje, że to wysokie temperatury są problemem, a nie brak wody z powodu suszy. W celu wyjaśnienia tej sprawy napisałem do Polskich Sieci Elektroenergetyczne S.A., której celem jest świadczenie usług przesyłania energii elektrycznej, przy zachowaniu wymaganych kryteriów bezpieczeństwa pracy Krajowego Systemu Elektroenergetycznego, zatem na bieżąco monitorują wszelkie zagrożenia w celu zapobieganiu blackout`owi. Poniżej odpowiedź:

Problem niskiego stanu wód w rzekach dotyczy elektrowni o otwartym obiegu chłodzenia. W Polsce mamy pięć takich jednostek: stare bloki elektrowni w Kozienicach, a także elektrownie Połaniec, Ostrołęka, Dolna Odra i Stalowa Wola. Należy dodać, że w El. Dolna Odra nie zdarzają się takie problemy, bowiem jest on położona w dolnym biegu Odry i dotychczas nie notowaliśmy tam niskich poziomów rzeki. Ponadto, w Elektrowni Stalowa Wola wkrótce zostanie uruchomiony blok gazowo-parowy, więc 2 stare jednostki (2x125MW) chłodzone Sanem przestaną mieć większe znaczenie w tej kwestii. Zatem, nie wyliczając bloków Dolnej Odry (6x200MW) oraz Stalowej Woli, łączna moc jednostek, na które wpływ ma poziom rzek to ok. 3550 MW. Dla porównania łączna moc wszystkich elektrowni konwencjonalnych w Polsce to ok. 34 000 MW.

W związku z pojawiającym się od lat problemem niskiego poziomu wody w rzekach, właściciele jednostek przeprowadzili inwestycje, które pozwalają na np. spiętrzenie wody. Dzięki temu udaje się utrzymać produkcję nawet, gdy poziom wody w rzekach jest niski. Sugeruję, by o szczegóły tych inwestycji pytać wytwórców.

Tegoroczne lato będzie wyjątkowe – to pierwszy rok, gdy moc zainstalowana w fotowoltaice zbliży się do 2000 MW. Z gromadzonych przez PSE danych wynika, że 1 maja 2020 r. w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym było 1832,7 MW mocy zainstalowanej w fotowoltaice. To przyrost o ponad 180 proc. rok do roku, a do lata z pewnością przybędzie nowych instalacji. Fotowoltaika jest bardzo „wygodna” dla systemu elektroenergetycznego, bo energia elektryczna jest produkowana wtedy, gdy jest najbardziej potrzebna, czyli w ciągu dnia. To wtedy jest najgoręcej, a klimatyzatory pracują z pełną mocą.

Mamy także do dyspozycji środki zaradcze pozwalające na łagodzenie problemów bilansowych, m.in. zakontraktowane usługi DSR (usługa polegająca na redukcji poboru energii na polecenie OSP).

Zatem jak widać z powyższej informacji niedobór wody jest zagrożeniem dla trzech elektrowni, a nie pięciu jako podają niektóre media. A łączna moc zagrożona niedoborami to około 10,5%. Ponadto przy rozważaniach o blackout`cie zapomina się, że sieci energetyczne są międzynarodowe, więc przy problemach z jedną elektrownią można częściowo wesprzeć się sąsiadami. Dodatkowo elektrownia Kozienice w 2017 roku, po problemach w trakcie suszy w 2015 r., wybudowała tymczasowy prób piętrzący, który zabezpiecza przed niedoborem wody. Inna sprawa, że próg miał być tymczasowy, a istnieje dłużej niż zamierzano stanowiąc barierę dla migracji ryb – więcej w linku na końcu.

Wracają jeszcze to tematu „zużycia” wody przez elektrownie. Biorąc pod uwagę informacje z wpisu o śladzie wodnym, jeśli już musimy stosować termin „zużycie” to w przypadku wyparowania wody w procesie chłodzenia. Można też ewentualnie do zanieczyszczenia wód, w tym termicznego, jako zmiana jakościowa wody pobieranej w stosunku do oddawanej. Niektórzy tam mocno zabrnęli w „zużycie” wody, że nawet ostatnio trafiłem na błędnie stworzoną grafikę. Poprawiłem ją dodając odpowiednią strzałkę. Innych treści tej grafiki nie weryfikowałem, ale każdy taki rażący błąd powoduje problemy w przekazie i powielanie dalej tego błędu. Na pewno problemem w kontekście ilości wody są kopalnie odkrywkowe, które poprzez odwodnienie ściągają wody podziemne ze znacznej okolicy, co pogłębia skutki suszy w okolicy tak powstałego leja. O tym pisałem w O pojezierzu gnieźnieńskim część II. Opad vs parowanie. Lej depresyjny. Takie odwadnianie kopalni też mogłoby się załapać do terminu „zużycia” wody, bo odpompowane wody podziemne oddajemy do wód powierzchniowych, co zgodnie z definicjami w niebieskim śladzie wodnym jest traktowane jako konsumpcja wody, najbliższy odpowiednik „zużycia” wody.

W celu zweryfikowania ile wody może wyparować w procesie chłodzenia poprosiłem o pomoc Przemka z Eko-logicznie.com. Więc poniższa część we współpracy z nim.

Wg literatury na każdy kilogram pary użytej do wytworzenia energii potrzeba (żeby było to ekonomicznie uzasadnione) od 40 do 90 kilogramów wody, której temperatura po przejściu wzrośnie o 6-12 stopni Celsjusza. Taka woda następnie:

• Trafia z powrotem do rzeki (układ otwarty)
• Trafia z powrotem do zbiornika (układ zamknięty – zbiornik)
• Jest ochładzana przy użyciu chłodni kominowej (układ zamknięty – chłodnia kominowa)

W przypadku rzek – zakładając, że elektrownia może wykorzystywać maksymalnie 1/3-1/2 wody przepływającej przez rzekę  – doprowadzi to do maksymalnego wzrostu temperatury wody odprowadzanej do rzeki o 2-6 stopni (zakładając skrajne wartości) [1]. W przypadku rzek, woda będzie ulegała stopniowemu ochłodzeniu kiedy do głównego koryta będą napływały wody ze zlewni. Na takim odcinku parowanie wody z rzeki wzrośnie w zakresie 40-80%. W przypadku wody stojącej będzie to nieco większy problem – gdyż tam średnioroczna temperatura wody będzie o 4-6 stopni wyższa aniżeli w przypadku układu otwartego (rzeki).

W przypadku układów zamkniętych straty wody spowodowane parowaniem to 0,4-0,8% wody używanej, a dla chłodni kominowych 2%.

Całkowita moc wszystkich elektrowni węglowych w Polsce wynosi ok. 26 GW – zakładając 90% obciążenia oraz odpowiednie sprawności będziemy produkować ok. 15 ton pary na sekundę. Zakładając powyższe – wszystkie elektrownie do skraplania pary będą „zużywały” 75 ton wody na sekundę, czyli ok. 1700 megaton wody na rok. Jest to woda, która ulegnie podgrzaniu o wspomnianą wartość w ciągu roku. Jest to ok. 2,5 razy tyle ile ma jezioro Śniardwy. Należy oczywiście pamiętać, że prócz zwiększonego parowania, ta woda nie znika, a większości wraca do rzek.

Biorąc pod uwagę dostępne dane z wody „zużywanej” przez elektrownie odparowuje w przedziale 0,2-2%. Załóżmy 1,5%, bo 60% energii pochodzi z chłodni kominowych [2], dla których parowanie wody wynosi 2% [3]. Jak odniesiemy to wartości z tabel GUS daje to nam 90,4 hm3 – i to jest wartość, która weszłaby w niebieski ślad wodny i można by rzec, że znika nam z rzek lub zbiorników, więc się „zużywa”.

Metodologa wyliczeń i więcej szczegółów na blogu Przemka – Eko-logicznie.com

Szukając źródła stosowania terminu zużycia wróciłem ponownie do GUSu i dostałem następującą odpowiedź:

Taki kontekst występowania pojęcia zużycia wody nie koliduje z powszechnie obowiązującym postrzeganiem zjawiska zużycia wody (patrz np. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 14 stycznia 2002 r. w sprawie określenia przeciętnych norm zużycia wody). Ewentualna rewizja terminologii krajowej (nie tylko statystycznej) z zakresu zużycia wody może w przyszłości wynikać z potrzeb związanych z planowanym wdrażaniem rachunku wody do podstawy prawnej UE w zakresie Europejskich Rachunkach Ekonomicznych Środowiska i koniecznością stosowania specyficznych rozgraniczeń pojęciowych.

Zatem czas chyba na rewizję terminologii krajowej, bo jest ona mylna i często błędnie odbierana.

A wszystko zaczęło się od wypowiedzi ministra Pod koniec kwietnia w sprawie suszy głos zabrał minister Woś:

Pojawiły się interesujące apele o oszczędzanie wody na potrzeby komunalne, ale trzeba powiedzieć, że 70 proc. zużycia wody w Polsce, to zużycie na potrzeby energetyki, na potrzeby przemysłu, z czego najwięcej na potrzeby energetyki.

Podejrzewam, że chodziło o moją bazę apeli. Ale to na czym chciałbym się skupić to te nieszczęsne 70%. Jak widać w samej wypowiedzi nie wiadomo o co chodzi, bo końcówka to istne masło maślane. A co nam podaje raport GUS? W Ochrona środowiska 2019, czytamy, że 72% to „zużycie” wody w przemyśle, z czego 89% to sekcja 35 Polskiej Klasyfikacji Działalności (PKD) o nazwie: „Wytwarzanie i zaopatrywanie w energię elektryczną, gaz, parę wodną, gorącą wodę i powietrze do układów klimatyzacyjnych”. Zatem jak przeliczymy te wartości to mamy 64% wody w Polsce jest „zużytej” przez tą sekcję. Która energetyka za to odpowiada, to już wiecie z powyższej treści. Szkoda, że minister oraz wszyscy powtarzający za nim te wartości nie zrobili prostej weryfikacji tych danych, a wystarczyło przeczytać dwa akapity z opracowania GUS. Ponadto w sekcji tej mamy nie tylko energetykę. Wśród sektorów, które w tej grupie „zużywają” wodę są m.in.:

• 35.11.Z Wytwarzanie energii elektrycznej
  • Podklasa ta obejmuje: wytwarzanie energii elektrycznej w elektrowniach, elektrociepłowniach, elektrowniach atomowych lub hydroelektrowniach, za pomocą turbin gazowych, generatorów wysokoprężnych i ze źródeł odnawialnych.
  • Podklasa ta nie obejmuje: wytwarzania energii elektrycznej przez spalanie odpadów, sklasyfikowanego w 38.21.Z.
• 35.21.Z Wytwarzanie paliw gazowych
  • Podklasa ta obejmuje:
    • górnictwa gazu ziemnego, sklasyfikowanego w 06.20.Z,
    • działalności koksowni, sklasyfikowanej w 19.10.Z,
    • wytwarzania produktów rafinacji ropy naftowej, sklasyfikowanego w 19.20.Z,
    • wytwarzania gazów technicznych, sklasyfikowanego w 20.11.Z.
  • Podklasa ta nie obejmuje:
    • górnictwa gazu ziemnego, sklasyfikowanego w 06.20.Z,
    • działalności koksowni, sklasyfikowanej w 19.10.Z,
    • wytwarzania produktów rafinacji ropy naftowej, sklasyfikowanego w 19.20.Z,
    • wytwarzania gazów technicznych, sklasyfikowanego w 20.11.Z
• 35.30.Z Wytwarzanie i zaopatrywanie w parę wodną, gorącą wodę i powietrze do układów klimatyzacyjnych
  • Podklasa ta obejmuje:
    • produkcję, gromadzenie i dystrybucję pary wodnej oraz gorącej wody dla celów grzewczych, energetycznych i innych,
    • produkcję oraz dystrybucję schłodzonego powietrza,
    • produkcję oraz dystrybucję wody schłodzonej dla celów chłodniczych,
    • produkcję lodu dla celów żywnościowych lub nie (np. dla celów chłodniczych).

Jak widać na sumę wody pobieranej w tej sekcji PKD składa się nie tylko woda używana do chłodzenia elektrowni.

Dziękuję wszystkim, którzy wspierają moją pracę, a szczególnie Patronom, którzy poprzez darowizny wspierają dalszy rozwój mojej wodnej pasji. Możesz do nich dołączyć zostając moim Patronem lub Mecenasem
tutaj więcej informacji

Możesz też zarejestrować się poprzez poniższy formularz, aby otrzymywać powiadomienia o nowych artykułach. Nie ujawnię nikomu Twojego adresu!

Materiały uzupełniające i źródła:

• Energetyka polska nie boi się suszy – bardzo dobrze przygotowany rzetelny tekst, bez alarmistycznych tonów i nagłówków.
• O progu piętrzącym w Kozienicach.
• Polska Klasyfikacja Działalności – szczegółowy opis podklas sekcji.
• [1] Damazy Laudyn, Maciej Pawlik, Franciszek Strzelczyk, Elektrownie, WNT, Warszawa 2000
• [2] https://pl.wikipedia.org/wiki/Lista_elektrowni_w_Polsce
• [3] https://uniserv.pl/oferta/uklady-chlodzenia/