Logotyp

Społeczności energetyczne: decentralizacja systemu

data publikacji: 25 września 2022

Ocena

0
(0)

Autor: Jakub Wójcik

Streszczenie

Systemowe zwiększanie ilości źródeł energii mających chaotyczny charakter stwarza ogromny problem w zarządzaniu przepływem energii. Sytuacja ta stworzyła warunki do ewolucji otoczenia prawnego w kierunku umożliwiającym istnienie rozproszonego systemu, którego uczestnicy z czystych konsumentów energii elektrycznej zamieniają się w grupy prosumentów. W takiej strukturze predykcja produkcji w połączeniu z lokalnym bilansowaniem staje się aspektem krytycznym stanowiącym o wydajnym zarządzaniu systemem energetycznym.

Wejście

Teza: poprzez rozproszenie źródeł energii powstało zapotrzebowanie na klastry.

Decentralizacja energetyki w Polsce jak i na świecie niesie ze sobą szereg niespotykanych dotąd problemów. Struktura sieci energetycznej projektowana i budowana w oparciu o scentralizowaną strukturę staje przed pytaniami, na które nie zna jeszcze odpowiedzi.

Jednym z istotnych zagadnień jest bilansowanie energii elektrycznej w otoczeniu odnawialnych źródeł energii. Źródła te mając chaotyczny charakter nie pozwalają na proste przewidywanie ilości wyprodukowanej energii zwiększając niepewność systemu energetycznego zarazem obniżając jego stabilność. Bardzo popularnym problemem w miejscach o wysokim stosunku prosumentów do konsumentów są częste wyłączenia się falowników powodowane wzrostem napięcia sieciowego ponad dopuszczalną wartość 253V.

Generacja Rozproszona

Generacja rozproszona to pojęcie odnoszące się głównie do sytemu lub zespołu wytwarzającego energię elektryczną. Musimy pamiętać, że model taki nie podlega centralnemu planowaniu rozmieszczenia ani centralnemu dysponowaniu. Właścicielami struktur generujących energię są klienci indywidualni, którzy jedynie mogą być zachęcani do inwestycji bezpośrednimi (np. Mój Prąd, Czyste Powietrze1, Tauron – raty 0% na PV2) lub pośrednimi (np. Ulga termomodernizacyjna) programami. Uczestnicy generacji rozproszonej nie biorą aktywnego udziału w regulacji częstotliwości i napięcia a limit mocy generowanej przez poszczególne jednostki jest określany przez operatora poprzez określenie warunków przyłączeniowych.

W literaturze można spotkać wiele podziałów generacji rozproszonej pod względem mocy, natomiast dla warunków Polskich najczęściej przyjmowany jest następujący podział:

  • mikrogeneracja rozproszona 1W – 50 kW – zmiana w ustawie o OZE,
  • mała generacja rozproszona 1 kW – 5 MW,
  • średnia generacja rozproszona 5 MW – 50 MW,
  • duża generacja rozproszona 50 MW – 150 MW,

Spotykane są również podziały gdzie maksymalna moc GR wynosi 300 MW.

W ramach tak zdefiniowanej zdecentralizowanej struktury możemy wyszczególnić dwie podstawowe jednostki składowe:

  1. Odnawialne źródła energii rozumiane jako naturalne, niewyczerpalne lub odnawialne w relatywnie krótkim okresie czasu źródła energii takie jak wiatr czy słońce. OZE najczęściej używane jest do określenia źródła energii elektrycznej. Nie możemy zapominać, że dotyczy także energii cieplnej czego przykładem są kolektory słoneczne oraz energia geotermalne.
    Do źródeł energii odnawialnej zaliczamy:
  • Biomasę w postaci stałej oraz biopaliwa
  • Biogaz z uwzględnieniem gazów wysypiskowych oraz pochodzących z oczyszczalni ścieków
  • Wodę
  • Wiatr
  • Promieniowanie słoneczne (elektrownie cieplne oraz ogniwa fotowoltaiczne)
  • Energię geotermalną
  • Odpady biodegradowalne
  • Energię pływów morskich i falowania
  1. Magazyny energii
    Piętą achillesową dzisiejszych realów energetycznych jest problem przechowywania energii. Technologie dostępne na rynku konsumenckim pomimo aktywnego wsparcia ministerialnego (np. program Czyste powietrze na 2022 rok) wymagają inwestycji, dla których stopa zwrotu stawia pod znakiem zapytania sens takiego przedsięwzięcia. Należy tutaj wziąć pod uwagę znaczne zmiany cen energii odnotowywane na Towarowej Giełdzie Energii3 (TGE). Jeżeli Urząd Regulacji Energetyki4 (URE) zaakceptuje przeniesienie tego trendu na taryfy konsumenckie G/C sytuacja może ulec drastycznej zmianie stymulując rozwiązania pozwalające na magazynowanie energii elektrycznej.

W tym miejscu należy dokładniej przyglądnąć się sposobom magazynowania energii. Pod względem technologii bezpośrednio związanej z procesem magazynowania możemy wydzielić:

  • Termiczne
    • Termoelektryczne zasobniki
  • Chemiczne
    • Wodór
    • Paliwa syntetyczne, metanol
    • Elektrochemiczne
      • Akumulatory
      • Akumulatory wysokotemperaturowe
      • Ogniwa paliwowe
  • Mechaniczne
    • Elektrownie szczytowo-pompowe
    • Magazyny na sprężone powietrze
    • Kinetyczne zasobniki energii
  • Elektryczne
    • Kondensatory
    • Superkondensatory
    • Magazyny nadprzewodnikowe
Rysunek 1. Podział magazynów w zależności od technologii[4]

Bardzo często w opinii publicznej pojęcia generacji rozproszonej oraz odnawialnych źródeł energii są używane zamienne. Należy zaznaczyć, że nie każde źródło rozproszone będzie odnawialnym tak samo jak nie każde źródło odnawialne można uznać za część struktury generacji rozproszonej. Przykładem źródła odnawialnego, którego nie możemy uznać za rozproszone jest 300MW farma fotowoltaiczna podczas gdy w poczet źródeł rozproszonych z całą pewnością możemy zaliczyć 800kW elektrociepłownię zasilaną paliwem kopalnianym w postaci gazu ziemnego.

Społeczność energetyczna. Korzystny bilans ekonomiczny

Pierwszy pytaniem zadawanym przez potencjalnych członków społeczności energetycznych w każdej możliwej prawnie formie jest poważenie zasadności ekonomicznej. Bilans ekonomiczny jest w takim samym stopniu silnikiem napędowym wprowadzającym wszelkie innowacje jak i zaporą nie do przejścia w tych samych przypadkach. Jedynym czynnikiem determinującym fakt, że stał się on siłą napędową zmian jest pozytywna ocena bilansu związanych z nim kosztów, zysków i ryzyka. Po stronie kosztów widzimy wysokie nakłady konieczne w inwestycji początkowej oraz koszty utrzymania technologii i eksploatacji energii. Natomiast po stronie zysków widzimy znaczne obniżenie stałych kosztów energii oraz inne usługi publiczne z nią związane.

Kapitał społeczny

Czynnikiem ułatwiającym powstanie efektywnych wspólnot energetycznych jest wysoki kapitał społeczny przejawiający się w zaufaniu, które możemy rozpatrywać na trzech płaszczyznach. Pierwszą jest zaufanie względem technologii. Jest ona uznawana za bezpieczną oraz ekologiczną co wpisuje się bezpośrednio w panują trend dbania o środowisko. Drugim aspektem jest zaufanie do lokalnych władz oraz instytucji, trzecim natomiast do członków danej społeczności.

Wskazuje się, iż aktywacja współdzielonych norm społecznych bezpośrednio sprzyja rozwojowi energetyki rozproszonej we wszelkiego rodzaju społecznościach.

Czynnikiem wspierającym kapitał oraz zaufanie społeczne jest partycypacyjny proces podejmowania decyzji. Lokalne partnerstwa, grupy interesariuszy, tworzenie strategii i planów zarówna na poziomie regionalnym jak i państwowym to tylko niektóre z możliwości aktywizacji uczestników społeczności. Wszelkie działania mające charakter aktywizacyjny podnoszą świadomość społeczną oraz zwiększają zaangażowanie. Wpisanie celów związanych z energetyką rozproszoną do dalekosiężnych strategii pozwala na planowanie spójnych inicjatyw oraz wspomaga osiąganie zakładanych rezultatów.

Szybkie testowanie rozwiązań i ich skalowanie: W ramach programu Horyzont 2020 realizowany jest projekt Consumer Stock Ovnership Plans, który wykorzystuje narzędzia piaskownicy legislacyjnej. Nie tylko włącza on w proces inwestycyjny grupy wykluczone ale tworzy i testuje nowy model biznesowy, który może być wykorzystany przez klastry energetyczne [3]

Wykluczenie społeczne

Zmiany w sposobie wytwarzania oraz zarządzania przepływem energii są kluczowe. Skutków tak znaczących zmian możemy dopatrywać się nie tylko w aspektach technologicznych czy ekologicznych ale też, a może i przede wszystkim, społecznych. Należy pamiętać, że zmiany, które powiązane są z nowymi technologiami szerzą się znacznie szybciej wśród ludzi o wyższym wykształceniu, lepszej sytuacji majątkowej czy wyższej pozycji społecznej. Ludzie z tych grup najczęściej stają się aktywnymi inicjatorami oraz ich głównymi użytkownikami. Nie można zapominać o konieczności zapewnienia równego udziału w procesie wszystkim obywatelom. Zwłaszcza tym, którzy są zagrożeni ubóstwem energrtycznym.

Spółdzielnia energetyczna jako model społeczności energetycznej

Model spółdzielni energetycznej funkcjonuje w prawie polskim od 2019 roku. Nie jest to rozwiązanie zarezerwowane tylko dla naszego kraju. Podobny model możemy znaleźć we Francji, USA, Niemczech i Dani. Główną zasadą funkcjonowania spółdzielni jest zasadzie non-profit. Spółdzielcy (współwłaściciele spółdzielni) dokonują wewnętrznego rozliczenia pomiędzy sobą nie generując przy tym zysku.

Podmioty wchodzące w skład spółdzielni nie mogą posiadać w zakresie swojej podstawowej działalności wytwarzania energii elektrycznej. Ta zasada wyklucza możliwość realizacji zadań sprzedawcy energii w oparciu o regulacje spółdzielni energetycznej. Głównym celem dla, którego powstaje spółdzielnia jest przede wszystkim wytwarzanie na potrzeby własne. Zasady te polegają na możliwości wprowadzenia energii elektrycznej na zasadach wirtualnego wytwórcy energii. Kluczową formułą jest możliwość zrzeszenia wielu odbiorców wokół np. jednej inwestycji wytwórczej OZE. Z perspektywy obrotu energią, w modelu europejskim spółdzielnia energetyczna stanowi głównie o modelu właścicielskim. Energia generowana przez źródła spółdzielcze wprowadzana jest do systemu energetycznego i sprzedawana na warunkach konkurencyjnych. W ostatnich latach preferencyjne warunki inwestycyjne zostały ograniczone.

Rysunek 2. Schemat wymiany handlowej energii elektrycznej pomiędzy uczestnikami spółdzielni energetycznej [1]

Innym rozwiązaniem spółdzielni energetycznej jest model wprowadzony w 2019 roku w Polsce – gdzie spółdzielnia ma możliwość produkcji energii na cele wszystkich członków i rozliczenie jej w formule netto (w stosunku 0,6 megawatogodziny zakupu za każdą megawatogodzinę wprowadzoną do sieci). Taka formuła rozliczenia znacząco uatrakcyjnia ekonomiczny rachunek inwestycji w źródła odnawialne. Odbiorcy zrzeszeni wokół spółdzielni uzyskują istotny atut związany z możliwości kompensacji energii produkowanej z energią odbieraną na poziomie handlowym, a nie technicznym. Energia fizycznie zużyta z własnej produkcji w przypadku źródeł przyłączonych do sieci odbiorczych w naturalny sposób obniża zapotrzebowanie na energię z sieci (czyli wymiana na poziomie fizycznym następuje w udziale 1:1). Spółdzielnia w definicji polskiej ustawy o OZE jest ograniczona do mocy 10 MW mocy wytwórczej, maksymalnie 1 000 członków spółdzielni oraz – co niezwykle istotne – do pokrycia co najmniej 70% energii pobranej przez produkcję własną.

Podsumowanie

Odejście od paliw kopalniach na rzecz odnawialnych źródeł energii jest trendem światowym, który Polska jako członek Unii Europejskiej zobowiązana jest wprowadzać. Szereg programów rządowych promujących fotowoltaikę pokazuje, że trend ten jest istotną częścią działań rządzących. Programy takie jak „czyste powietrze” powracają w kolejnej odsłonie zachęcając obywateli do inwestycji w zieloną energię.

W perspektywie czasu nie możemy zapomnieć o zobowiązaniach unijnych wynikających z pakietu Fit for 55. Podpisany w lipcu 2021 roku pakiet regulacji znacząco wpływa na strukturę wytwórczą sieci energetycznej. Natomiast zmiana środka ciężkości promowanych programów rządowych na rzecz magazynów energii zwiększy realne zapotrzebowanie na narzędzia do zarządzania przepływem energii w ramach lokalnych społeczności energetycznych.

Artykuł powstał dzięki wsparciu firmy HUAWEI w ramach I edycji Programu Grantowego SOFIA.



BIBLIOGRAFIA

  1. „PRZEGLĄD I ANALIZA MODELI WSPÓŁPRACY OPERATORÓW SIECIOWYCH (OSD) Z KLASTRAMI/WSPÓLNOTAMI ENERGETYCZNYMI W WYBRANYCH KRAJACH” Tomasz Szamocki. Sierpień 2020, Kraków.
  2. „W JAKI SPOSÓB KRAJE USTANAWIAJĄ PRZEPISY PRAWNE WSPIERAJĄCE ROZWÓJ ENERGII ZE ŹRÓDEŁ ODNAWIALNYCH W CELU ZASPOKOJENIA POTRZEB KONSUMENTÓW I PRODUCENTÓW ENERGII ODNAWIALNEJ?” Michał Ramczykowski, Maciej Kościuk. Czerwiec 2020.
  3. „Droga do zmian. Społeczne uwarunkowania rozwoju wspólnot energetycznych. Przegląd literatury międzynarodowej” Przegląd literatury międzynarodowej. Katarzyna Lisek Centrum Ewaluacji i Analiz Polityk Publicznych. Kraków 2020.
  4. „Inteligentne narzędzia zarządzania rozproszonymi źródłami i magazynami energii elektrycznej”. Krzysztof Woźny, Kraków 2019.


PRZYPISY

1 https://www.gov.pl/web/polski-lad/czysta-energia-czyste-powietrze

2 https://www.tauron.pl/dla-domu/urzadzenia/fotowoltaika

3 https://tge.pl/

4 https://www.ure.gov.pl/

Komentarze

Zaloguj się, aby móc komentować

Brak komentarzy

Dodaj ocenę

Średnia ocena: 0 / 5. Ilość głosów: 0

No votes so far! Be the first to rate this post.

Podobne artykuły