Słońca i wiatru nie da się kontrolować. Jeśli mają one stać się filarami nowego świata energii, system elektroenergetyczny wymaga sporej elastyczności. Dostawców zapewniających taką elastyczność jest wielu – trudno jednak czasem rozróżnić, kto co oferuje.

EM-Power Europe

Gdy świeci słońce, stacja ładująca automatycznie rozpoczyna ładowanie samochodu elektrycznego. Gdy wieje silny wiatr, uruchamia się pompa ciepła, by korzystać z taniej energii elektrycznej. W ten sposób elastyczni mali konsumenci powinni pomagać w stałym utrzymaniu równowagi między produkcją a zużyciem energii elektrycznej. Spełnienie tego warunku gwarantuje stabilne dostawy prądu. Ale w jaki sposób prywatni i komercyjni odbiorcy energii elektrycznej mogą naprawdę przyczynić się do utrzymania ogólnej stabilności systemu? Na jakich polach już dzisiaj to robią? A w końcu – czy taka dobrze przemyślana regulacja też może wywołać niepożądane efekty?

Potrzeba elastyczności wzrośnie

"Jak wynika z kalkulacji UE, zapotrzebowanie na elastyczność wzrośnie do 2030 roku o 133%, a w latach 2030–2050 o kolejne 25%” – mówi Michael Villa, dyrektor zarządzający europejskiego stowarzyszenia branżowego smartEn. Jego członkowie pracują nad wykorzystaniem elastyczności po stronie konsumenta na potrzeby systemu elektroenergetycznego. Wymaga to rozwiązań technicznych umożliwiających zarządzanie elastycznymi odbiorcami, dostawców usług skupiających różne podmioty, jak i korzyści finansowych związanych ze zmianą zużycia energii. Villa widzi konsumentów w centrum racjonalnej pod względem kosztów transformacji energetycznej, gdyż to właśnie oni w szczególności są w stanie zapewnić wymaganą elastyczność przez cały dzień. „System energetyczny przyszłości oparty na odnawialnych źródłach energii będzie wymagał bardzo dużej elastyczności na co dzień, znacznie większej niż w skali tygodnia czy sezonu” – mówi.

Optymalizacja zużycia energii na potrzeby własne: dostępne rozwiązania techniczne

W kontekście elastyczności zwykle używa się również określenia „przyjazny dla sieci”, ale jak dotąd rzadko znajduje ono odzwierciedlenie w praktyce. Z wyjątkiem kilku projektów pilotażowych elastyczni konsumenci obecnie na ogół nic nie wiedzą o stanie sieci. Optymalizują zupełnie inne wartości docelowe. Z tego względu w badaniu VDE „Uelastycznienie systemu energetycznego” wskazano trzy różne funkcje elastyczności.

Pierwszym i najprostszym sposobem skorzystania z elastyczności jest optymalizacja pod kątem własnych potrzeb. Jest to rozwiązanie stosowane od lat w domowych systemach energetycznych. Odbiorcy, którzy łączą instalację fotowoltaiczną z akumulatorem, pompą ciepła i samochodem elektrycznym, zwykle korzystają również z domowego systemu zarządzania energią, w skrócie HEMS. System ten powinien przede wszystkim ograniczać ilość energii elektrycznej pobieranej z sieci, w miarę możliwości wykorzystując w pierwszej kolejności własne jej zasoby nagromadzone dzięki energii słonecznej. Przykładowo kompletny system E-SMART firmy M-TEC zawiera akumulator, pompę ciepła, stację ładowania oraz dodatkowy element grzewczy do produkcji ciepłej wody. Wizualizacja pokazuje, skąd pochodzi energia i dokąd trafia. Centralę energetyczną E-Smart można obsługiwać za pomocą smartfona, na przykład w celu ustawienia preferencji.

Do kategorii samooptymalizacji zaliczają się również rozwiązania ładowania, które łączą kilka stacji ładowania w ramach tego samego połączenia sieciowego. Ich zadaniem jest koordynacja procesów ładowania w sposób, który pozwala utrzymać dostępną przepustowość przyłącza sieciowego – w końcu położenie nowego kabla jest kosztowne.

Rynek energii elektrycznej i taryfy dynamiczne: podaż odpowiada popytowi

Jak na każdym innym rynku, tak też na rynku energii elektrycznej podaż i popyt w sieci elektroenergetycznej automatycznie wzajemnie na siebie oddziałują. Ten dodatkowy rodzaj elastyczności określany jest w badaniu VDE mianem „zorientowanego na system”. Gdy słońca i wiatru jest dużo, cena energii elektrycznej na Europejskiej Giełdzie Energii EEX spada – tak to działa. Zwykle klienci końcowi tego nie zauważają, ponieważ większość dostawców oferuje energię elektryczną w stałej cenie. Jednym z pionierów dynamicznych taryf energii elektrycznej jest Tibber. Spółka ta uzależnia cenę za jednostkę zużytej energii elektrycznej bezpośrednio od jej wartości rynkowej. Taki model cenowy jest dla konsumentów korzystny, pod warunkiem, że mogą oni odpowiednio reagować na sygnały cenowe. W zależności od taryfy energetycznej HEMS dostosowuje czas grzania pompy ciepła lub ładowania samochodu elektrycznego.

Obecnie coraz więcej dostawców energii elektrycznej idzie w ich ślady. Najpóźniej do 2025 roku w Niemczech każdy z nich będzie musiał zaoferować co najmniej jedną taryfę dynamiczną będącą odpowiedzią na bieżącą sytuację rynkową. Warunkiem jest jednak z reguły posiadanie inteligentnego licznika, który w różnym czasie rejestruje i rozlicza zużycie. To, ile pieniędzy uda się dzięki temu zaoszczędzić, jest kwestią indywidualną. Zgodnie z badaniami r2b Energyconsulting w idealnych warunkach zimą można o 88% ograniczyć koszty ładowania samochodu elektrycznego. Latem są one jednak znacznie niższe, gdyż samochód zwykle nie jest podłączony do stacji ładowania w południe, gdy panele fotowoltaiczne osiągają szczyt swojej mocy. Aby przenieść płynące z tego korzyści kosztowe na swoich klientów, niektórzy producenci systemów, tacy jak M-TEC, oferują również elastyczną taryfę energii elektrycznej.

Razem osiągamy więcej

Za sprawą połączenia wielu domowych systemów energetycznych w tak zwaną pulę, a tym samym osiągnięcia imponującego wyniku pod względem ogólnej wydajności, systemy te mogą aktywnie handlować energią elektryczną – czyli nie tylko kupować ją taniej, ale też ją odsprzedawać. Kwestią rozliczeń zajmują się tak zwane agregatory, jak na przykład Next Kraftwerke. Z kolei wsparciem przy połączeniu zdecentralizowanych systemów z rynkiem energii elektrycznej służy dostawca usług B2B ISON. „Oferujemy dostawcom domowych rozwiązań energetycznych, dostawcom energii, a także tzw. hiperskalerom możliwość aktualizacji ich ofert poprzez połączenie ich z rynkiem energii” – mówi Sebastian Mahlow, dyrektor zarządzający ISON. Hiperskalerzy to dostawcy szybko skalowalnych usług w chmurze o dużej mocy obliczeniowej, którzy stają się coraz bardziej aktywni również w branży energetycznej.

Usługa ISON obejmuje z jednej strony lokalnie zainstalowany sprzęt do pomiaru i sterowania, ale przede wszystkim prognozy produkcji i zużycia energii elektrycznej w domu, a także zarządzanie popytem. „Kontrolujemy HEMS lub interfejs w chmurze producenta, ale też bezpośrednio urządzenia, takie jak stacja ładowania czy pompa ciepła” – wyjaśnia Mahlow. Odbiorcy końcowi należą do puli, która uczestniczy w rynku energii elektrycznej. „W ten sposób przyspieszamy amortyzację systemów średnio o około cztery lata” – mówi Mahlow, wskazując na jedną z zalet. Klient końcowy zwykle nie jest świadomy istnienia tych wszystkich powiązanych ze sobą interfejsów, ponieważ ISON działa jako dostawca white-label, zza kulis. Od zakupu domowego systemu energetycznego po rozliczenia za energię elektryczną – wszystko odbywa się za pośrednictwem zwykłych dostawców.

W połączeniu sprzętu z rynkiem energii elektrycznej ma pomóc również platforma oprogramowania typu open source OpenEMS. Jest to rodzaj Linuxa dla HEMS, który dzięki swoim otwartym interfejsom jest kompatybilny z urządzeniami wszystkich producentów. Dzięki temu można łatwo zintegrować ze sobą niemal wszystkie stacje ładowania, pompy ciepła i akumulatory, tworząc jeden, kompleksowy system. „Tylko wtedy, gdy samemu faktycznie dokonuje się wyboru, można stworzyć naprawdę konkurencyjny rynek” – wyjaśnia Christof Wiedmann, członek zarządu OpenEMS Association. Zgodne z koncepcją open source, nie jest to firma, lecz stowarzyszenie. W ramach OpenEMS współpracują różni programiści i firmy, w tym między innymi producent akumulatorów Fenecon, który wykorzystuje platformę między innymi w swoich domowych systemach magazynowania. W połączeniu ze sprzętem, usługami i marką Fenecon OpenEMS staje się Fenecon-Energiemanagement FEMS. OpenEMS może również reagować na taryfy dynamiczne energii elektrycznej lub opłaty sieciowe – jeśli takowe istnieją.

Unikanie wąskich gardeł w sieci: operatorzy mogą interweniować w nagłych wypadkach

Miejscami o pewnych porach przepustowość sieci przesyłowej lub dystrybucyjnej może okazać się niewystarczająca. Wówczas interweniuje odpowiedni operator sieci. Sprawdzonym rozwiązaniem, korzystnym dla obu stron, jest zastosowanie w sieci dystrybucyjnej specjalnych taryf dla pomp ciepła. W takim przypadku operatorzy systemów dystrybucyjnych udzielają rabatu na opłaty sieciowe. W zamian za to w razie ryzyka wystąpienia wąskiego gardła w sieci mogą co godzinę wyłączać urządzenia. Niemniej w domu jest nadal ciepło – systemy są bowiem wyposażone w akumulatory ciepła.

Zupełną nowością w Niemczech jest póki co kolejna, bardziej dalekosiężna regulacja: znowelizowany § 14 a niemieckiej ustawy o gospodarce energetycznej (EnWG) umożliwia operatorom sieci celowe ograniczenie dopływu prądu do stacji ładowania i pomp ciepła w przypadku ryzyka przeciążenia sieci w danym punkcie. W tym celu urządzenia muszą jednak być wyposażone w odpowiedni interfejs. W takiej sytuacji operatorzy sieci nie mogą już odmówić podłączenia takich odbiorców, wskazując na możliwe przeciążenia sieci. Federalne Stowarzyszenie Nowa Gospodarka Energetyczna (BNE) określa tę nowelizację mianem „wyważonego kompromisu”. Aczkolwiek, zdaniem stowarzyszenia, trochę potrwa, zanim zaczniemy ją stosować w praktyce. Zarówno niezbędne urządzenia sterujące u odbiorców, jak i technologia pomiarowa w sieciach były jak dotąd wyjątkiem.

Od 2025 roku w Niemczech będą również obowiązywały zmienne opłaty sieciowe w stałych oknach czasowych. Oznacza to, że w okresach wysokiego obłożenia sieci będą one wyższe, zaś przy niskim jej wykorzystaniu – niższe. Jeśli zatem zaraz po pracy koniecznie chcesz – lub musisz – naładować swój samochód, prawdopodobnie zapłacisz za to więcej. Jeśli możesz poczekać kilka godzin, oszczędzisz. „Wraz ze zmiennymi w czasie opłatami za użytkowanie sieci obowiązującymi od 2025 roku po raz pierwszy wprowadzone zostaną zachęty mające na celu zapobieganie wąskim gardłom w sieci niskiego napięcia. Ten na razie bardzo prosty model ma istotne znaczenie dla rozpoczęcia korzystania z dostępnej elastyczności i zdobycia doświadczenia. Niemniej w przyszłości trzeba będzie usunąć wszelkie dalsze przeszkody w korzystaniu z elastyczności” – wyjaśnia bne. Opłaty sieciowe w dłuższej perspektywie się do tego nie nadają, ponieważ nie uwzględniają chociażby generatorów i akumulatorów. Wymaga to gruntownej reformy struktury opłat sieciowych. Kwestii tego, jak sygnały cenowe opłat sieciowych i rynku energii elektrycznej można przekształcić w znaczący sygnał ogólny, poświęcony został kolejny artykuł autorstwa EM-Power Europe.

EM-Power Europe 2024

Elastyczność zużycia i jej integracja z systemem energetycznym to ważny temat, który zostanie poruszony na międzynarodowych targach zarządzania energią i sieciowych rozwiązań energetycznych EM-Power Europe w dniach 19–21 czerwca 2024 roku w Monachium. Więcej informacji można uzyskać na miejscu, odwiedzając stoiska M-TEC, ISON, Next Kraftwerke, OpenEMS Association, stowarzyszeń bne i smartEn oraz wielu innych innowacyjnych firm. Inne kluczowe zagadnienia, o których będzie mowa na targach, dotyczą modernizacji i cyfryzacji sieci energetycznych w kierunku sieci smart, integracji systemów zdecentralizowanych, zaawansowanej infrastruktury pomiarowej, monitorowania energii i zarządzania nią, a także energii jako usługi. Ważną rolę podczas towarzyszącej konferencji EM-Power Europe Conference w dniach 18 i 19 czerwca 2024 roku odegra również kwestia elastyczności.

EM-Power Europe jest częścią The smarter E Europe, największego w Europie stowarzyszenia targowego w branży energetycznej. Na czterech równoległych targach Intersolar, ees, Power2Drive i EM-Power Europe, które odbędą się w Monachium w dniach 19–21 czerwca 2024 roku, planowane jest przyjęcie 2800 wystawców i ponad 115 000 ekspertów z branży energetyki.

Więcej informacji: www.EM-Power.eu

fot.: freeimage / Debbie Mous