Technologie kosmiczne dla sektora energetycznego

Charakterystyka ogólna sektora

Do polskiego systemu energetycznego należą: energetyka elektryczna, odnawialne źródła energii, energetyka cieplna i gazownictwo. Sektor energetyczny w Polsce w 2023 roku był zdominowany przez paliwa kopalne, które pokrywały 86,8% zapotrzebowania na energię pierwotną. Węgiel stanowił 45% zużycia energii pierwotnej (w 2021 roku Polska wyprodukowała około 54 miliony ton węgla kamiennego i 42 miliony ton węgla brunatnego), co odpowiadało około 1 158 PJ, a gaz ziemny – 14,6% (około 629,9 PJ). W 2022 roku Polska zużyła około 20 miliardów metrów sześciennych (mld m³) gazu ziemnego, z czego 80% pochodziło z importu, a 60% importu pochodziło z Rosji przed inwazją na Ukrainę. Od tego czasu Polska dywersyfikuje swoje źródła dostaw. Pomimo wzrostu znaczenia odnawialnych źródeł energii (OZE), które w 2022 stanowiły 27,1% produkcji energii elektrycznej, węgiel pozostaje głównym surowcem energetycznym, odpowiadając za 60,5% krajowej produkcji energii elektrycznej.

Na uwagę zasługuje jednak fakt, że w ostatnich latach szczególnie wzrosła produkcja energii z OZE, w szczególności z energii wiatrowej i słonecznej. W 2023 roku energia z wiatru wyniosła 23,2 TWh, co stanowiło 14% całkowitej produkcji energii elektrycznej, a fotowoltaika osiągnęła poziom 11,4 TWh (6,8% produkcji). Produkcja energii z gazu ziemnego również wzrosła o 41% w porównaniu do 2022 roku, osiągając 16,5 TWh, głównie dzięki niższym cenom gazu.

Dla zobrazowania dywersyfikacji produkcji, w sierpniu 2024 miks energetyczny wyglądał następująco: produkcja energii elektrycznej z węgla kamiennego i brunatnego 60,15%, z gazu ziemnego 10,59%, z wiatru 9,55%, z innych źródeł odnawialnych 17,65%.

Pomimo postępującej transformacji energetycznej, Polska wciąż jest silnie uzależniona od importu surowców energetycznych. W 2023 roku import energii netto wyniósł 3,74 TWh, a zależność kraju od importu energii pierwotnej wynosiła 43%, co jest wzrostem o 15 punktów procentowych w porównaniu do 2013 roku. Znaczną część tego importu stanowiła ropa naftowa (97% zapotrzebowania), podczas gdy całkowite uniezależnienie od rosyjskiego węgla i gazu zostało osiągnięte w 2023 roku.

Zużycie energii

W 2022 roku całkowite zużycie pierwotnej energii w Polsce wyniosło około 96 milionów ton ekwiwalentu ropy naftowej, co czyniło Polskę szóstym co do wielkości konsumentem energii w Unii Europejskiej. Na podstawie danych z 2022 roku zużycie energii według sektorów wyglądało następująco:

Przemysł: Sektor przemysłowy odpowiadał za około 35% całkowitego zużycia energii, szczególnie w energochłonnych branżach, takich jak chemia, metalurgia czy produkcja cementu.

Gospodarstwa domowe: Zużycie energii w sektorze mieszkaniowym stanowi około 27% całości, z głównymi źródłami energii w postaci węgla, gazu ziemnego i energii elektrycznej. Około 25% polskich gospodarstw domowych wciąż korzystało z węgla do ogrzewania.

Transport: Sektor transportu odpowiadał za ok. 20% zużycia energii, przy czym ponad 95% energii zużywanej pochodziło z produktów ropopochodnych.

Potrzeby i wyzwania

Sektor energetyczny w Polsce stoi przed kilkoma kluczowymi wyzwaniami i potrzebami związanymi z transformacją energetyczną. Jednym z najważniejszych problemów jest niski poziom rezerw mocy w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym (KSE), który w 2023 roku wyniósł jedynie 1,4 GW, co nie poprawiło się w porównaniu do rekordowo niskiego poziomu z 2022 roku. Kraj potrzebuje inwestycji w nowe, bardziej elastyczne źródła mocy, aby zwiększyć bezpieczeństwo energetyczne i zmniejszyć zależność od tradycyjnych elektrowni węglowych, które tracą na efektywności. Rozwój źródeł odnawialnych oraz poprawa możliwości magazynowania energii są kluczowe dla stabilizacji systemu energetycznego.

Drugą istotną potrzebą jest modernizacja sieci energetycznych, zarówno przesyłowych, jak i dystrybucyjnych. Wzrost liczby instalacji odnawialnych źródeł energii (OZE), zwłaszcza fotowoltaicznych i wiatrowych, powoduje przeciążenie istniejących sieci, co skutkuje odmowami przyłączeń nowych źródeł OZE. Polska potrzebuje inwestycji w infrastrukturę przesyłową, aby umożliwić efektywne zarządzanie zmiennymi dostawami energii z OZE oraz rozwój technologii magazynowania energii, co pozwoli lepiej balansować system energetyczny i unikać przerw w dostawach.

W dłuższej perspektywie Polska musi zwiększyć poziom elektryfikacji w gospodarce, co wymagać będzie wzrostu produkcji energii elektrycznej opartej na źródłach niskoemisyjnych. Oczekuje się, że do 2040 roku zapotrzebowanie na energię elektryczną wzrośnie z 156 TWh w 2023 roku do około 215 TWh[Energia-transformacja-2022] . Kluczowym elementem tej transformacji będzie gaz ziemny jako paliwo przejściowe w procesie dekarbonizacji, zanim kraj będzie mógł w pełni przejść na odnawialne źródła energii i energetykę jądrową. 

Technologie kosmiczne dla energetyki

Sektor energetyczny staje przed wieloma wyzwaniami, które można rozwiązać dzięki wykorzystaniu zasobów kosmicznych, takich jak nawigacja satelitarna, telekomunikacja i dane z obserwacji Ziemi. Wyzwania te obejmują poprawę efektywności operacyjnej, kwestie środowiskowe, bezpieczeństwo oraz zarządzanie katastrofami.

Monitorowanie i konserwacja infrastruktury. Sektor energetyczny opiera się na rozległych sieciach infrastruktury, takich jak rurociągi, linie przesyłowe, farmy wiatrowe, instalacje słoneczne oraz morskie platformy wiertnicze. Monitorowanie i utrzymanie tej infrastruktury, zwłaszcza w trudno dostępnych lub odległych miejscach, jest trudne i kosztowne. Nawigacja satelitarna (GNSS) i dane z obserwacji Ziemi (EO) zapewniają monitorowanie aktywów w czasie rzeczywistym, co pozwala na wczesne wykrywanie problemów, takich jak korozja, wycieki czy uszkodzenia. Przykładowo, dane teledetekcyjne z satelitów EO mogą wykrywać emisję ciepła z uszkodzonych linii energetycznych lub wycieki ropy. GNSS umożliwia natomiast precyzyjne śledzenie pojazdów serwisowych oraz dronów kontrolujących infrastrukturę.

Optymalizacja lokalizacji źródeł energii odnawialnej. Zasoby odnawialne, takie jak energia słoneczna, wiatrowa i hydroelektryczna, zależą w dużym stopniu od warunków środowiskowych, które mogą być nieprzewidywalne i zmieniać się w zależności od lokalizacji. Satelity obserwacji Ziemi mogą dostarczać danych dotyczących wzorców wiatru, poziomów promieniowania słonecznego, zachmurzenia i dostępności wody, co pozwala firmom energetycznym optymalizować lokalizację paneli słonecznych, turbin wiatrowych oraz elektrowni wodnych. Poprawia to wydajność i rentowność projektów odnawialnych.

Prognozowanie zapotrzebowania na energię. Dokładne prognozowanie zapotrzebowania na energię jest kluczowe dla zrównoważenia podaży i popytu, redukcji strat energii oraz unikania awarii zasilania. Wahania pogody i klimatu wpływają na generowanie energii, zwłaszcza w sektorze odnawialnym. Dane z satelitów pogodowych, które obserwują Ziemię, mogą być wykorzystywane do monitorowania wzorców pogodowych i prognozowania zapotrzebowania na energię na podstawie zmian temperatury, zachmurzenia i prędkości wiatru. Pomaga to przedsiębiorstwom energetycznym przewidywać potrzeby energetyczne i alokować zasoby.

Bezpieczeństwo i zarządzanie katastrofami. Sektor energetyczny jest szczególnie narażony na klęski żywiołowe, takie jak huragany, powodzie, trzęsienia ziemi i pożary, które mogą uszkodzić infrastrukturę i zakłócić operacje. Zapewnienie bezpieczeństwa pracowników i infrastruktury w takich sytuacjach jest kluczowe. Satelitarne systemy wczesnego ostrzegania mogą wykrywać i prognozować katastrofy naturalne, umożliwiając firmom energetycznym przygotowanie się i podjęcie działań zapobiegawczych. Dane z obserwacji Ziemi mogą być wykorzystywane do oceny zniszczeń po katastrofie, identyfikacji niebezpiecznych obszarów i koordynowania działań ratunkowych. Telekomunikacja satelitarna zapewnia również łączność, gdy sieci naziemne zostaną uszkodzone.

Wpływ na środowisko i zrównoważony rozwój. Sektor energetyczny jest pod coraz większą presją, aby zmniejszyć swój wpływ na środowisko, minimalizować emisje dwutlenku węgla i przestrzegać rygorystycznych przepisów ochrony środowiska. Monitorowanie wpływu na środowisko, takiego jak wylesianie, wycieki ropy i emisje gazów cieplarnianych, jest trudne na dużych obszarach geograficznych. Satelity EO dostarczają cennych danych do monitorowania środowiska. Mogą śledzić wylesianie, degradację gruntów, jakość wody i zanieczyszczenie atmosfery. Satelity mogą również wykrywać wycieki ropy i monitorować emisje, pomagając firmom szybko reagować na incydenty środowiskowe i przestrzegać przepisów. 

Mapowanie zasobów energetycznych. Identyfikacja i eksploatacja nowych zasobów energetycznych, takich jak ropa, gaz czy minerały, wymaga szczegółowych informacji geologicznych i środowiskowych. Eksploracja w odległych lub nieprzyjaznych środowiskach, takich jak głębokie oceany czy regiony arktyczne, jest szczególnie trudna. Satelity teledetekcyjne mogą dostarczać szczegółowych map geologicznych i środowiskowych, pomagając w identyfikacji potencjalnych złóż surowców oraz ocenie opłacalności projektów eksploracyjnych. Technologia GNSS umożliwia precyzyjne pozycjonowanie sprzętu i maszyn do eksploracji, co skraca czas i koszty związane z poszukiwaniami.

Łączność w odległych lokalizacjach. Infrastruktura energetyczna często znajduje się w odległych regionach, takich jak morskie platformy wiertnicze, farmy słoneczne na pustyni czy hydroelektrownie w górach, gdzie sieci komunikacyjne naziemne są słabe lub ich brak. Telekomunikacja satelitarna zapewnia niezawodną łączność w odległych lub słabo obsługiwanych obszarach, umożliwiając komunikację i przesyłanie danych w czasie rzeczywistym. Jest to kluczowe dla koordynacji operacji, zarządzania urządzeniami IoT oraz zapewnienia bezpieczeństwa pracownikom w tych odległych miejscach.

Zgodność z przepisami i zarządzanie ryzykiem. Sektor energetyczny działa w ramach ścisłych przepisów, szczególnie dotyczących ochrony środowiska, bezpieczeństwa i efektywności operacyjnej. Zapewnienie zgodności z przepisami oraz zarządzanie ryzykiem, zwłaszcza na arenie międzynarodowej i w odległych rejonach, może być trudne. Dane z obserwacji Ziemi mogą pomóc firmom energetycznym monitorować i dokumentować zgodność z przepisami dotyczącymi ochrony środowiska i bezpieczeństwa. Dane satelitarne zapewniają obiektywny, aktualny zapis wpływu na środowisko, stanu infrastruktury oraz ryzyk geograficznych, co pozwala firmom skuteczniej zarządzać ryzykiem i spełniać wymagania regulacyjne.

Zagrożenia cyberbezpieczeństwa i odporność systemów na negatywne skutki nieprzewidzianych zdarzeń. Sektor energetyczny coraz bardziej polega na połączonych sieciach i systemach cyfrowych, co sprawia, że jest bardziej podatny na ataki cybernetyczne, które mogą zakłócać operacje, uszkadzać infrastrukturę lub prowadzić do naruszenia danych. Satelitarne systemy komunikacyjne mogą zapewnić dodatkową warstwę bezpieczeństwa, oferując niezależny kanał komunikacji, który jest mniej podatny na cyberataki z lądu. W sytuacjach kryzysowych lub cyberatakach, systemy satelitarne mogą pełnić rolę zabezpieczenia dla sieci naziemnych, zapewniając ciągłość operacyjną.

Wsparcie Europejskiej Agencji Kosmicznej

Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) odgrywa kluczową rolę we wspieraniu firm, zapewniając im dostęp do najnowocześniejszych technologii kosmicznych i pomagając w komercjalizacji produktów opartych na zasobach kosmicznych, takich jak dane satelitarne, telekomunikacja i systemy nawigacyjne. Poprzez programy takie jak ESA Business Applications and Space Solutions (ESA BASS), ESA umożliwia firmom wykorzystanie technologii pochodzących z sektora kosmicznego do tworzenia innowacyjnych produktów i usług w branżach “niekosmicznych”, takich jak opieka zdrowotna, rolnictwo, transport i planowanie urbanistyczne. Dzięki oferowaniu finansowania, wsparcia technicznego i tworzeniu partnerstw, ESA wspiera przedsiębiorstwa w integracji technologii kosmicznych z sektorami niezwiązanymi z kosmosem, przyczyniając się do wzrostu gospodarczego i wspierania innowacji technologicznych w Europie i poza nią.

W 2022 roku ESA podpisała kontrakt z ABGi-Poland na pełnienie przez przedstawicieli ABGi-Poland roli Brokera Technologii ESA oraz Ambasadora programu ESA BASS w Polsce. Zadaniem Brokera i Ambasadora jest wspieranie polskich przedsiębiorstw w ich rozwoju oraz tworzeniu produktów z wykorzystaniem technologii kosmicznych i funduszy ESA. Rolą Brokera jest ułatwianie transferu technologii kosmicznych do sektorów niezwiązanych z kosmosem, takich jak opieka zdrowotna, energetyka, motoryzacja czy rolnictwo. Brokerzy poszukują obiecujących technologii w portfolio ESA lub polskich i zagranicznych firm kosmicznych, a następnie dopasowują je do potrzeb firm poszukujących innowacyjnych rozwiązań. Zapewniają wsparcie dostosowane do potrzeb przedsiębiorstw, prowadząc je przez cały proces transferu technologii – od wstępnej oceny aż do komercjalizacji. Firmy spoza sektora kosmicznego mogą również zgłaszać swoje potrzeby technologiczne, które mogą zostać spełnione za pomocą potencjalnych technologii kosmicznych. Od początku 2024 roku brokerzy ESA z ABGi-Poland realizują program „ESA Spark Funding” (https://esabroker.pl/spark-funding), mający na celu wsparcie transferu i komercjalizacji technologii kosmicznych w sektorach niezwiązanych z kosmosem, w tym ICT. Program zapewnia pomoc finansową w wysokości 75 000 EUR dla małych i średnich przedsiębiorstw (MŚP), dojrzałych startupów oraz przedsiębiorców poszukujących sposobów na adaptację i wykorzystanie technologii kosmicznych w celu opracowania innowacyjnych produktów i usług. 

Rolą Ambasadora (https://esaambasador.pl) jest wspieranie udziału polskich podmiotów (głównie firm) w programie ESA BASS. Program ten finansuje rozwój innowacyjnych produktów i usług opartych na danych satelitarnych, takich jak dane obrazowe, nawigacja lub telekomunikacja. Ambasador pełni rolę pierwszego krajowego punktu kontaktowego dla firm potencjalnie zainteresowanych udziałem w programie. Ambasadorzy konsultują pomysły na projekty oraz wspierają proces przygotowywania wniosków, często będąc pośrednikiem między wnioskodawcą a ESA. 

Projekty ESA BASS dla energetyki

GEOSTORAGE

Projekt realizowany przez firmę Astronika we współpracy z naukowcami z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. W projekcie dane satelitarne wykorzystywane są do badań formacji geologicznych takich jak kawerny solne czy wyeksploatowane złoża węglowodorów pod kątem ich zastosowania jako podziemne magazyny energii. Przedmiotem zainteresowania jest magazynowanie wodoru produkowanego ze źródeł odnawialnych. Wyniki prac prowadzonych na Ziemi mają być dalej wykorzystane do podobnych przedsięwzięć prowadzonych na powierzchni Księżyca.

Strona projektu: https://business.esa.int/projects/geostorage

SVI (SuperVision Infrastucture)

Projekt realizowany przez niemiecką firmę SuperVision Earth GmbH, która opracowuje zaawansowany system monitorowania infrastruktury krytycznej z wykorzystaniem sztucznej inteligencji oraz danych satelitarnych. Głównym celem projektu jest dostarczanie w czasie rzeczywistym informacji o zmianach, uszkodzeniach i zagrożeniach w obszarach o podwyższonym ryzyku, takich jak strefy konfliktu czy klęsk żywiołowych.

Strona projektu: https://business.esa.int/projects/svi

PowerEdge

Projekt zrealizowany przez norweską firmę EDInsights AS na opracowanie systemu umożliwiającego dokładne pomiary pokrywy śnieżnej dla producentów energii wodnej przy użyciu technologii radarowych i satelitarnych. Dzięki danym satelitarnym SAR, opracowane rozwiązanie umożliwia oznaczenie zawartości wody w śniegu z rozdzielczością 50×50 m. Głównymi odbiorcami są planiści produkcji i hydrolodzy zarządzający elektrowniami wodnymi. 

Strona projektu: https://business.esa.int/projects/poweredge

Wind Sat

Projekt realizowany przez włoską firmę Techbricks s.r.l ma na celu opracowanie rozwiązania do precyzyjnego prognozowania produkcji energii wiatrowej, która obejmie okres od 15 minut do 8 godzin, z możliwością rozszerzenia prognoz do 7 dni. Narzędzie integruje dane satelitarne, dane pogodowe i czujniki terenowe, tworząc zaawansowane modele oparte na sztucznej inteligencji. Rozwiązanie na celu wesprzeć producentów energii i operatorów sieci w optymalizacji zarządzania zasobami. 

Strona projektu: https://business.esa.int/projects/wind-sat

REGREEN

Projekt realizowany przez włoską firmę Deep Blue Srl wykorzystuje dane dane satelitarne do identyfikowania obszarów o największym potencjale do jednoczesnego wytwarzania energii z różnych źródeł odnawialnych, tzn. z energii słonecznej, wiatru i wody. Opracowywany system pozwala na tworzenie modeli przewidujących produkcję energii na podstawie cech geograficznych oraz warunków atmosferycznych.

Strona projektu: https://business.esa.int/projects/regreen

SEEDS

Projekt zrealizowany przez brytyjskie konsorcjum Rezatec Ltd, Scottish and Southern Electricity Networks i Sylva Foundation opracowało narzędzie do monitorowania drzewostanów w bezpośrednim sąsiedztwie linii energetycznych. Dzięki analizie danych satelitarnych i technologii uczenia maszynowego, narzędzie umożliwia szybką i precyzyjną identyfikację gatunków i rozmiaru drzew, jak również ich pożarów czy chorób. Rozwiązanie skierowane jest zarówno do właścicieli obszarów leśnych jak i podmiotów zarządzających liniami energetycznymi.

Strona projektu: https://business.esa.int/projects/seeds

Źródła

https://www.rynekelektryczny.pl/produkcja-energii-elektrycznej-w-polsce/
Międzynarodowa Agencja Energetyczna (IEA), „Polska: Raport Energetyczny 2023”
Ministerstwo Klimatu i Środowiska, „Polityka Energetyczna Polski do 2040 roku”  
Eurostat, „Energia w UE: Statystyki 2022”  
PSE (Polskie Sieci Elektroenergetyczne), „Raport Krajowego Systemu Elektroenergetycznego 2022” Polskie Stowarzyszenie Energetyki Wiatrowej, „Rozwój energetyki wiatrowej w Polsce: Raport 2023”