Wiek elektryczności dopiero się zaczyna

Przez pół wieku najbogatsze państwa uczyły się, jak zużywać energię oszczędniej. Teraz mogą stanąć przed odwrotnym zadaniem, jak wytwarzać i dostarczać jej znacznie więcej. Samochody elektryczne, centra danych, sztuczna inteligencja, pompy ciepła, robotyka i elektryfikacja przemysłu mogą zapoczątkować największą od pokoleń rozbudowę systemu elektroenergetycznego. Dla inwestora oznacza to coś więcej. Może rozpoczynać się wielki cykl inwestycyjny obejmujący elektrownie, sieci, magazyny, urządzenia elektroenergetyczne i innowacyjne rozwiązania informatyczne.

Epoka oszczędzania może się kończyć

Przez ostatnie kilkadziesiąt lat w rozwiniętych gospodarkach można było odnieść wrażenie, że wzrost gospodarczy stopniowo uniezależnia się od wzrostu zużycia energii. Budynki stawały się lepiej izolowane, silniki sprawniejsze, przemysł mniej energochłonny, a coraz większa część wartości powstawała w sektorach usługowych. Energetykę zaczęto postrzegać jako dojrzałą dziedzinę gospodarki, którą należy przede wszystkim modernizować i czynić bardziej oszczędną.

Ten okres dobiega końca. Nie dlatego, że przestaliśmy poprawiać efektywność, lecz dlatego, że coraz większa część gospodarki korzysta z elektryczności. Samochody elektryczne, pompy ciepła czy piece przemysłowe pomagają zużywać coraz mniej paliw kopalnych. Jednocześnie rośnie zapotrzebowanie na prąd w innych dziedzinach gospodarki. Centra danych potrzebują ogromnych ilości energii. Rozwiązania oparte na AI zwiększą ten popyt jeszcze bardziej, cały czas przed nami jest rewolucja w robotyce, do tego dojdzie wzrost zamożności społeczeństw. Zużycie energii na mieszkańca będzie cały czas rosło.

Przez lata uczyliśmy się zużywać mniej energii. Teraz musimy nauczyć się produkować znacznie więcej.

Problemem nie jest brak energii

Na pierwszy rzut oka problem wydaje się prosty. Jeżeli będziemy potrzebowali więcej elektryczności, musimy znaleźć źródła, z których ją uzyskamy. Sama energia nie jest jednak szczególnie rzadka. Dociera do nas ze Słońca, jest zawarta w paliwie jądrowym i kopalnym, znajduje się w wodzie, wietrze oraz cieple wnętrza Ziemi. Sprawa się komplikuje gdy weźmiemy pod uwagę urządzenia, materiały, grunty, pracę, kapitał i czas potrzebne do przekształcenia tych zasobów w elektryczność dostępną w określonym miejscu i chwili. Energia istniejąca w przyrodzie oraz energia dostępna dla odbiorcy o dziewiętnastej w Warszawie są z ekonomicznego punktu widzenia czymś zupełnie innym.

Nie chodzi więc o to czy mamy wystarczająco dużo energii. Chodzi o to jakim kosztem potrafimy ją pozyskać, przekształcić, przesłać i dostarczyć wtedy, kiedy ktoś chce jej użyć. Ile wymaga to stali, miedzi, betonu, pracy i kapitału? Ile czasu zajmuje budowa? Jak intensywnie będzie wykorzystywana powstała infrastruktura?

Z tej perspektywy spór o jedno idealne źródło energii traci znaczenie. Elektrownia jądrowa, instalacja słoneczna, turbina gazowa, wiatrak, elektrownia wodna i magazyn rozwiązują różne problemy. Jedne można budować szybko, inne dostarczają stabilnej mocy. Jedne wymagają wielkich nakładów na początku, inne ponoszą większe koszty podczas eksploatacji. Jedne zależą od pogody, inne od ceny paliwa. Nie musimy dzisiaj wiedzieć, jaka będzie właściwa proporcja pomiędzy tymi rozwiązaniami za dwadzieścia lat. Powinniśmy natomiast stworzyć warunki, w których można porównywać ich rzeczywiste koszty i pozwalać kapitałowi płynąć tam, gdzie najskuteczniej odpowiada na potrzeby odbiorców.

Liczy się nie tylko koszt

Energetyka jądrowa dobrze pokazuje znaczenie czasu. Wielkie centrum danych potrzebujące setek megawatów niemal bez przerwy jest odbiorcą dobrze dopasowanym do źródła zdolnego przez wiele lat produkować dużą ilość stabilnej energii. Długoterminowa umowa z takim odbiorcą może dodatkowo zmniejszyć niepewność dotyczącą przyszłych przychodów elektrowni i ułatwić finansowanie inwestycji.

Atom ma jednak słabość, której nie da się usunąć rachunkiem fizycznym, długi okres budowy. Elektrownia może być bardzo konkurencyjna w rachunku obejmującym sześćdziesiąt lat pracy, a mimo to przegrać z droższym źródłem, jeżeli zacznie produkować po piętnastu latach zamiast po trzech. Kapitał zamrożony podczas budowy ma swoją cenę, a fabryki potrzebują energii przed zakończeniem następnej dekady.

Dlatego najważniejszą innowacją w energetyce jądrowej może być technologia umożliwiająca budowanie znanych urządzeń szybciej i taniej. Stąd zainteresowanie reaktorami modułowymi, ich przewaga polega przesunięciu części procesu z placu budowy do fabryki.

Energetyka słoneczna rozwija się według niemal przeciwnej logiki. Panel jest z natury produktem przemysłowym. Można wytwarzać miliony podobnych urządzeń, przewozić je i łączyć w instalacje o różnej skali. Inwestycję można dzielić na etapy, a doświadczenie zdobyte przy jednej instalacji wykorzystywać przy następnej. Ta przewaga nie usuwa problemu czasu, lecz nadaje mu inne znaczenie. Energia słoneczna powstaje wtedy, kiedy świeci Słońce, a niekoniecznie wtedy, kiedy jej wartość jest najwyższa. Im więcej podobnych instalacji działa w jednym regionie, tym więcej energii pojawia się w tych samych godzinach. Sukces technologii może więc obniżać wartość kolejnej jednostki jej produkcji.

Potrzebne stają się wówczas magazyny, źródła dyspozycyjne, nowe połączenia oraz odbiorcy zdolni zmieniać godziny zużycia. Nie ma jednego zwycięzcy. Jest system różnych technologii odpowiadających na różne rodzaje niedoboru.

Elektrownia nie wystarczy

Nawet szybka budowa nowych źródeł nie rozwiązuje całego problemu. Elektrownia produkuje energię w jednym miejscu, podczas gdy odbiorca może potrzebować jej setki kilometrów dalej. Następnym ograniczeniem staje się więc sieć.

Istniejąca infrastruktura powstawała dla świata dużych elektrowni, stosunkowo przewidywalnych odbiorców i przepływu energii w jednym kierunku. Powstający obecnie system jest bardziej złożony. Na dachach pojawiają się źródła, w garażach samochody z dużymi bateriami, przy sieci magazyny, a obok nich centra danych i zakłady przemysłowe potrzebujące mocy.

Dostęp do sieci sam staje się więc rzadkim zasobem. Inwestor może mieć ziemię, kapitał, technologię i klienta, a mimo to nie zrealizować projektu, ponieważ nie może przyłączyć inwestycji do sieci. To, co przedstawiamy jako niedobór energii, może w wielu miejscach okazać się niedoborem sieci. Trzeba będzie budować linie, stacje, transformatory i połączenia pomiędzy regionami. Nie oznacza to jednak, że jedyną odpowiedzią jest powiększanie infrastruktury do rozmiarów odpowiadających jednoczesnemu maksymalnemu zapotrzebowaniu wszystkich odbiorców.

Milion samochodów ładowanych zaraz po powrocie właścicieli z pracy stanowi dla systemu zupełnie inne obciążenie niż ten sam milion samochodów ładowanych stopniowo przez noc. Ilość zużytej energii może być identyczna, podczas gdy koszt infrastruktury potrzebnej do jej dostarczenia będzie inny. Ta sama zasada dotyczy pomp ciepła, chłodnictwa, części procesów przemysłowych i centrów danych. Nie każde zadanie musi zostać wykonane natychmiast. Czasami tańsze od budowy kolejnej elektrowni albo linii może być przesunięcie zużycia o kilka godzin.

Energia ma wartość w określonym miejscu i czasie

Energia elektryczna nie ma jednej wartości. Megawatogodzina dostępna w południe nie jest tym samym dobrem co megawatogodzina dostępna wieczorem. Energia po jednej stronie przeciążonej sieci nie ma tej samej wartości co energia po drugiej stronie. Stąd znaczenie magazynów. Pozwalają kupić energię wtedy, kiedy jest jej dużo, i udostępnić ją wtedy, kiedy jej brakuje. Jednak magazynowanie energii to problem bardzo skomplikowany. Magazynowanie energii przez godzinę, dzień czy kilka miesięcy to zupełnie odmienne zadania. Baterie mogą dobrze odpowiadać na jedno z nich, elektrownie szczytowo-pompowe na inne, a magazynowanie ciepła, wodór czy paliwa syntetyczne jeszcze na inne.

Co więcej, magazyn konkuruje nie tylko z innym magazynem. Może konkurować z elektrownią, linią przesyłową albo odbiorcą gotowym zmienić godzinę zużycia. Jeżeli w południe występuje nadmiar taniej energii, można przechować ją do wieczora. Można jednak również wykonać właśnie wtedy pracę, która w przeciwnym razie zostałaby wykonana wieczorem. W gospodarce cyfrowej prowadzi to do interesującej zmiany. Nie zawsze energia musi podążać za obliczeniami. Część obliczeń może podążać za energią. Przemysł energochłonny od dawna lokował się w pobliżu tanich źródeł. Podobna logika może zacząć obejmować część infrastruktury cyfrowej.

Cena jest informacją

Im bardziej złożony staje się system, tym trudniej zarządzać nim za pomocą administracyjnych decyzji. Miliony źródeł, magazynów i odbiorców podejmują decyzje zależne od informacji, której nie posiada żaden centralny ośrodek.

Operator nie wie, ile konkretną fabrykę kosztuje przesunięcie produkcji o dwie godziny. Nie wie, czy właściciel samochodu zamierza rano przejechać dwadzieścia czy czterysta kilometrów. Nie zna kosztu degradacji każdej baterii ani wartości pilnego obliczenia wykonywanego przez centrum danych.

Ceny pozwalają wykorzystywać tę rozproszoną wiedzę bez konieczności jej gromadzenia w jednym miejscu. Wysoka cena w określonej godzinie informuje o rzadkości energii. Dla jednego odbiorcy będzie sygnałem do ograniczenia zużycia, dla innego pozostanie nieistotna wobec wartości wykonywanej pracy. Magazyn może rozpocząć rozładowanie, a elektrownia zwiększyć produkcję. Trwała różnica cen pomiędzy dwoma regionami może uzasadnić budowę połączenia, nowego źródła po stronie niedoboru albo lokalizację nowego odbiorcy tam, gdzie występuje nadwyżka.

Nie oznacza to, że przyszły konsument będzie spędzał dzień, obserwując ceny elektryczności. W coraz większym stopniu będą reagowały na nie urządzenia. Właściciel określi rezultat, samochód ma być rano naładowany, dom ciepły, a zadanie obliczeniowe wykonane do określonej godziny, natomiast oprogramowanie wybierze dogodny moment. Ceny pozwalają odkryć czego brakuje, gdzie tego brakuje i ile warte jest usunięcie niedoboru.

Jaka jest przyszłość regulacji

Rynek energii wymaga reguł. Sieci posiadają cechy naturalnego monopolu, stabilność systemu wymaga koordynacji, a błędy jednego uczestnika mogą wpływać na innych. Problem nie sprowadza się więc do wyboru pomiędzy regulacją i jej brakiem. Ważniejsze jest pytanie, jakie przepisy są potrzebne systemowi, który zmienia się znacznie szybciej niż ten, dla którego stworzono obecne instytucje. W świecie szybkiej rozbudowy czas administracyjny staje się kosztem gospodarczym. Jeżeli instalację można zbudować w kilkanaście miesięcy, lecz na przyłączenie trzeba czekać kilka lat, ograniczeniem przestaje być technologia. Staje się nim porządek instytucjonalny.

Potrzebne są więc rozwiązania pozwalające lepiej wykorzystywać istniejącą infrastrukturę, współdzielenie przyłączy, elastyczne warunki korzystania z sieci, agregacja niewielkich zasobów, długoterminowe umowy pomiędzy producentami i odbiorcami. Centrum danych może zaakceptować ograniczenie poboru przez kilka najbardziej napiętych godzin w roku, jeżeli dzięki temu zostanie przyłączone kilka lat wcześniej. Elektrownia słoneczna może zgodzić się na sporadyczne ograniczenie produkcji zamiast czekać na linię zdolną przyjąć jej pełną moc w każdej chwili.

Prawo powinno chronić własność i umowy, określać zasady korzystania z infrastruktury monopolistycznej, zapewniać bezpieczeństwo techniczne oraz przypisywać odpowiedzialność. Nie powinno natomiast próbować rozstrzygać, jaka dokładnie struktura źródeł, magazynów i odbiorców okaże się najlepsza za dwadzieścia lat. Przyszłość trzeba dopiero odkryć.

Efektywność nie oznacza zużywania mniej

Przez lata efektywność energetyczną utożsamiano ze spadkiem zużycia. Lepszy samochód potrzebuje mniej energii na kilometr, lepszy budynek mniej energii do ogrzania, a lepszy procesor mniej energii do wykonania obliczenia. Na poziomie pojedynczego urządzenia jest to prawda. Nie wynika z niej jednak, że cała gospodarka będzie potrzebowała mniej energii.

Spadek kosztu wykonywania określonej czynności często prowadzi do wzrostu jej wykorzystania. Postęp w technice obliczeniowej nie sprawił, że wykonujemy tyle samo obliczeń mniejszym kosztem. Sprawił, że wykonujemy ich nieporównanie więcej. Ze sztuczną inteligencją będzie podobnie. Procesory będą oszczędniejsze, modele sprawniejsze, a centra danych lepiej wykorzystywane. Jednocześnie liczba zastosowań może rosnąć szybciej niż efektywność. Modele mogą sterować robotami, analizować obraz, projektować materiały, prowadzić pojazdy i wykonywać miliardy drobnych zadań, których dzisiaj nie powierzamy komputerom.

Gospodarka nie istnieje po to, aby minimalizować zużycie energii. Jeżeli dzięki dwukrotnie większemu zużyciu elektryczności możemy wykonać dziesięciokrotnie więcej wartościowej pracy, staliśmy się bardziej produktywni. Przyszła gospodarka może więc być jednocześnie bardziej efektywna i bardziej energochłonna. Z każdej jednostki energii będzie otrzymywała więcej, ale znajdzie też znacznie więcej powodów, aby z tej energii korzystać.

Wielki cykl inwestycyjny

Jeżeli zapotrzebowanie na elektryczność rzeczywiście wejdzie w okres szybszego wzrostu, nie będziemy mieli do czynienia wyłącznie z zastępowaniem jednych elektrowni innymi. Trzeba będzie jednocześnie wymieniać starą infrastrukturę i powiększać cały system. Każda nowa elektrownia potrzebuje transformatorów, przewodów, rozdzielnic, elektroniki mocy, konstrukcji i urządzeń sterujących. Każdy magazyn potrzebuje ogniw, falowników i przyłączenia. Każde centrum danych wymaga nie tylko procesorów, lecz także zasilania, chłodzenia, transformatorów i urządzeń awaryjnych.

Najbardziej widowiskowe przedsiębiorstwa nie muszą okazać się największymi beneficjentami tego cyklu. Zyski będą pojawiały się tam, gdzie powstają trudne do usunięcia ograniczenia podaży. Jeżeli panele można produkować szybciej niż transformatory, przez pewien czas większą wartość może mieć zdolność produkcji transformatorów. Jeżeli urządzenia są dostępne, lecz brakuje przyłączeń, wartość przesuwa się w stronę sieci i lokalizacji posiadających dostęp do mocy. Jeżeli nową elektrownię można zbudować, lecz uzyskanie zgód trwa siedem lat, rzadkim zasobem staje się czas.

Ograniczenia będą się przy tym przesuwały. Wysokie ceny przyciągają kapitał, rośnie podaż, niedobór słabnie, a następne ograniczenie pojawia się w innym miejscu łańcucha produkcji. Dlatego inwestor powinien patrzeć nie tylko na wzrost rynku, ale również na możliwość zwiększenia podaży. Branża może rosnąć bardzo szybko i jednocześnie przynosić producentom niewielkie zyski, jeżeli konkurenci mogą bez większych przeszkód zwiększać produkcję. Technologia może zmienić świat, nie zapewniając nadzwyczajnych zysków większości jej producentów.

Najcenniejsze mogą więc okazać się przedsiębiorstwa kontrolujące coś trudnego do odtworzenia, technologię, specjalistyczną fabrykę, przyłączenie, sieć, lokalizację, know-how albo istniejącą infrastrukturę, której zbudowanie od początku wymaga wielu lat. W energetyce czas jest częścią ceny. Aktywo dostępne dzisiaj może być warte więcej niż technicznie doskonalsze aktywo, które zacznie pracować za osiem lat.

Energia znów może decydować o geografii przemysłu

Przez ostatnie dziesięciolecia wiele przedsiębiorstw mogło traktować dostęp do energii niemal jak oczywistość. Fabrykę lokalizowano ze względu na pracowników, transport, podatki, klientów i cenę ziemi, zakładając, że elektryczność uda się dostarczyć. Przy zapotrzebowaniu liczonym w setkach megawatów takie założenie przestaje być bezpieczne.

Region posiadający tanią energię, możliwość zwiększenia jej produkcji, odpowiednią sieć oraz przewidywalne warunki inwestowania może przyciągać działalność, która gdzie indziej nie będzie mogła powstać. Dotyczy to centrów danych, lecz również wielu innych rodzajów przemysłu. Konkurencja energetyczna ponownie staje się wówczas konkurencją przemysłową. Państwo lub region, który potrafi podłączyć dużą fabrykę w dwa lata zamiast siedmiu, oferuje inwestorowi nie tylko energię. Oferuje mu czas.