Badania modelowe rozwoju krajowego systemu energetycznego przy użyciu narzędzia optymalizacyjnego MARKAL

W artykule opisano możliwości, jakie daje program komputerowy ­MARKAL. Jest to narzędzie służące do budowy i optymalizacji systemu energetycznego, którego struktura oparta jest na programowaniu liniowym. Efektem pracy jest „Modelowe rozwiązanie wykorzystania potencjału energetycznego biomasy w Polsce przy użyciu narzędzia optymalizacyjnego technologii energetycznych MARKAL”. Przedstawiono charakterystykę programu MARKAL, opis struktury krajowego systemu energetycznego w programie MARKAL, propozycję rozwiązań technologicznych nowych elektrowni, elektrociepłowni oraz ciepłowni, a także uzyskane rezultaty modelowania. Wyniki te przedstawiają optymalną ścieżkę technologiczną pozyskania energii elektrycznej i ciepła do roku 2030 oraz pozyskania paliw do ich produkcji. Optymalizacja systemu energetycznego w horyzoncie długookresowym jest procesem złożonym, zależnym od szeregu czynników. Podstawowym zadaniem krajowych systemów energetycznych jest pokrycie prognozowanego zapotrzebowania na nośniki energii. Konieczność zapewnienia bezpieczeństwa energetycznego kraju nakłada obowiązek zróżnicowania źródeł wytwarzania energii. Dodatkowo należy pamiętać o wypełnieniu zobowiązań Polski w kwestii redukcji emisji zanieczyszczeń gazowych. Długoterminowy horyzont czasowy modelu zobowiązuje do uwzględnienia wszystkich możliwych, co nie znaczy obecnie dostępnych, technologii wytwórczych i sposobów pokrycia popytu energetycznego. Autorzy mają głównie na myśli uwzględnienie odnawialnych źródeł energii, paliwa jądrowego, technologii zgazowania węgla. Uwarunkowania te sprzyjają zasadności stosowania programów komputerowych jako narzędzi prognozujących, symulacyjnych czy optymalizujących stan sektora energetycznego. Podstawowym paliwem do produkcji energii elektrycznej i ciepła do roku 2030 będzie węgiel kamienny, po roku 2015 zmniejszy się zużycie gazu ziemnego. Zauważono wyraźny, systematyczny wzrost zastosowania biomasy i biogazu, którego udział w 2030 roku będzie stanowić blisko 15% wszystkich paliw wykorzystywanych do produkcji energii elektrycznej i ciepła. Produkcja energii elektrycznej z elektrowni wodnych i szczytowo-pompowych będzie na stałym poziomie w całym okresie, podobnie dla elektrowni wiatrowych. Otrzymane wyniki modelowania potwierdzają, że struktura programu MARKAL oparta jest na programowaniu liniowym. Model wybrał jako technologie priorytetowe w krajowej strukturze systemu energetycznego nowe elektrownie cieplne i elektrociepłownie oparte na węglu kamiennym i brunatnym oraz nowe elektrociepłownie biogazowe. Są to opcje technologiczne zapewniające uzyskanie najniższego kosztu całego systemu energetycznego, a jednocześnie pozwalające na osiągnięcie celów strategicznych w zakresie minimalnego udziału energii elektrycznej wytworzonej w źródłach odnawialnych i w wysokosprawnej kogeneracji w końcowym zużyciu energii elektrycznej w Polsce

---

Described are possibilities which gives you the MARKAL computer program. It is a tool, serving for building and optimization of a power system, which structure is based on linear programming. The effect of its work is “Model solution of biomass energy potential utilization in Poland with the application of the energy technology systems optimization tool MARKAL”. Presented is the MARKAL program characteristics, the description of the Polish power system in the MARKAL program, a proposal of new technological solutions for power plants, CHP plants and heating stations, and also the obtained modelling results. The effects present the optimum technology path to obtain electric energy and heat until the year 2030 and fuels for their generation. Power system optimization in a long-range time horizon is a complex process dependent on many factors. The basic task of national power systems is to cover the prognozed demand for energy carriers. The need to ensure the national energy security imposes an obligation to diversify the energy generation sources. Additionally we must remember to meet Polish obligations concerning the emission reduction of gaseous pollution. The long-range time horizon of the model obliges to take into consideration all possible, that does not necessarily mean the at present available ones, generation technologies and methods to cover the energy demand. The authors here have mainly in mind the taking into consideration renewable energy sources, nuclear fuel and coal gasification technology. These conditionings are favouring the legitimacy of computer programs application as the tool for prognozing, simulating or optimizing the condition of the energy sector. The basic fuel for electric energy and heat generation will be, until the year 2030, the hard coal – after 2015 the natural gas consumption will be reduced. Observed is a visible, systematic increase of biomass and biogas utilization, which share in the year 2030 will amount to almost 15% of all fuels used for electric energy and heat generation. Electric energy production from hydropower and pumped storage plants will be on a steady level for the whole time, as well as from wind power plants. The obtained model results confirm that the MARKAL program structure is based on linear programming. The model has selected, as the priority technologies in the national power system structure, the new thermal power and the CHP plants fired with hard and brown coal and the new biogas CHP stations. These are the technological options ensuring achieving of the lowest cost of the whole power system, allowing at the same time to reach strategic goals in the range of minimum share of electric energy generated from renewables and from highly efficient cogeneration in the electric energy end-use in Poland.