Scenariuszowa analiza salda wytwórczo-odbiorczego w granulacji dobowo-godzinowej dla klastra energii opartego o farmę wiatrową Wykonano przez na zlecenie Polskiego Towarzystwa Energetyki Wiatrowej
O nas Krajowy Instytut Energetyki Rozproszonej (KIER) sp. z o.o. zajmuje się kompleksowym doradztwem biznesowym dla sektora energetycznego. Dla naszych klientów tworzymy m.in. zaawansowane modele finansowe, analizy prawne, służymy przy pozyskiwaniu finansowania czy wejściu na aukcję OZE. KIER to również niekwestionowany lider w tematyce klastrów energii. Jesteśmy współautorem ekspertyzy pt. Koncepcja Funkcjonowania Klastrów Energii w Polsce, która stworzona została na zamówienie Ministerstwa Energii w celu wyznaczenia podstawowych kierunków rozwoju idei klasteringu energetycznego. Jesteśmy również doradcą wielu czołowych klastrów energii w Polsce, a także koordynatorem Gorzowskiego Klastra Energii. Analiza dla klastrów energii Analiza salda wytwórczo-odbiorczego to pierwszy i najważniejszy krok przy rozważaniu powołania do życia klastra energii. Podstawowym zadaniem klastrów energii, zgodnie z ustawą o OZE, jest bowiem równoważenie zapotrzebowania na energię. Godzinowa analiza salda wytwórczo-odbiorczego pozwala określić z dużą dozą dokładności, w jakim stopniu projektowany klaster osiąga niezależność energetyczną oraz jakiego rodzaju działania można podjąć w celu jego lepszej organizacji. Źle zbilansowany klaster energii nie będzie prawdopodobnie zapewniał oczekiwanych efektów ekonomicznych, a także nie będzie miał szansy przejścia procedury certyfikacyjnej. Analiza salda wytwórczo-odbiorczego wykonana przez KIER to przede wszystkim: Pełna optymalizacja godzinowych profili; Wiarygodna informacja o potencjale samobilansowania klastra; Godzinowe profile zużycia wszystkich najważniejszych grup taryfowych z dowolnego obszaru kraju; Realne, godzinowe profile generacji wszystkich rodzajów OZE; Symulacja profilowa przy zastosowaniu magazynu energii; Dokładne omówienie z klientem wyników analizy; Możliwość podstawienia własnych profili godzinowych dostarczonych przez klienta; Pakiet rekomendacji; ul. Puławska / - Warszawa tel.
Niniejsza analiza salda wytwórczo-odbiorczego stanowi jedynie przykładową symulację bazującą na założeniu, iż klaster dysponuje jedynie odbiorcami z taryfy G. Pełna optymalizacja profilowa zawierać może szersze spektrum źródeł wytwórczych oraz odbiorców z pozotałych grup taryfowych. ul. Puławska / - Warszawa tel.
Scenariusz Wyniki analizy bilansu energetycznego klastra Tabela. Parametry źródeł wytwórczych w klastrze. Parametry scenariusza funkcjonowania klastra Typ instalacji Moc zainstalowana Roczna produkcja energii [MW] [] Farma wiatrowa, Farma fotowoltaiczna, Biogazownia rolnicza, Mała elektrownia wodna, Tabela. Parametry grup odbiorczych w klastrze. Taryfa G C B, B Grupy odbiorcze Ilość odbiorców Zapotrzebowanie, /rok, /rok, /rok Tabela. Bilans energetyczny klastra. Wynikowy bilans energetyczny klastra Niedobór energii (D) Nadwyżka energii (N) Zbilansowana energia (Zb) Niezbilansowana energia (Nzb=D+N) Sprzedana wyprodukowana energia Współczynnik opłacalności (Nzb/Zb),%,%,%,%,%, BILANS ENERGETYCZNY KLASTRA W SKALI MIESIĘCZNEJ [] Produkcja energii Zapotrzebowanie Wykres.Porównanie całkowitej produkcji oraz zapotrzebowania na energię elektrycznej w klastrze. ul. Puławska / - Warszawa tel.
Wyniki analizy bilansu energetycznego klastra Tabela. Parametry energetyczne klastra. Miesiąc Produkcja energii [-] [] Styczeń, Luty, Marzec, Kwiecień, Maj, Czerwiec, Lipiec, Sierpień, Wrzesień, Październik, Listopad, Grudzień, Rocznie, Zapotrzebowanie,,,,,, Nadwyżka (wynikająca z profilu godzinowego),,,,,, Niedobór (wynikający z profilu godzinowego) [] [] [],,,,,,,,,,,,,, -, -, -, -, -, -, -, -, -, -, -, -, -, Tabela. Wskaźniki energetyczne klastra. Miesiąc [-] Styczeń Luty Marzec Kwiecień Maj Czerwiec Lipiec Sierpień Wrzesień Październik Listopad Grudzień Rocznie Wartość bezwzględna niezbilansowania [],,,,,,,,,,,,, Wyprodukowana energia sprzedana w klastrze [%],%,%,%,%,%,%,%,%,%,%,%,%,% Pokrycie zapotrzebowania wynikająca z profili godzinowych [%],%,%,%,%,%,%,%,%,%,%,%,%,% ul. Puławska / - Warszawa tel.
Wyniki analizy bilansu energetycznego klastra Tabela. Wskaźniki zbilansowania energetycznego klastra. Miesiąc Zbilansowa na energia w klastrze Niezbilansowana energia w klastrze Niedobór energii w klastrze Nadwyżka energii w klastrze [-] [%] Styczeń,% [%],% [%],% [%],% Luty,%,%,%,% Marzec,%,%,%,% Kwiecień,%,%,%,% Maj,%,%,%,% Czerwiec,%,%,%,% Lipiec,%,%,%,% Sierpień,%,%,%,% Wrzesień,%,%,%,% Październik,%,%,%,% Listopad,%,%,%,% Grudzień,%,%,%,% Rocznie,%,%,%,% Wykres. Bilans energetyczny klastra. Bilans energetyczny klastra,% Zbilansowana energia Nadwyżka energii,% Niedobór energii,% ul. Puławska / - Warszawa tel.
Wyniki analizy bilansu energetycznego klastra Wykres. Niezbilansowana energia odniesiona do zapotrzebowania. Bilans miesięczny klastra w odniesieniu do zapotrzebowania w skali miesięcznej [] - - - - - - - - - - - - - - - - Styczeń Luty Marzec Kwiecień Maj Czerwiec Lipiec Sierpień Wrzesień Październik Listopad Grudzień - Nadwyżka produkcji energii Niedobór produkcji energii Wykres. Wartości bezwzgędne niezbilasowanej energii w klastrze. Wartość bezwzględna niezbilansowanej energii w skali miesięcznej [] Styczeń Luty Marzec Kwiecień Maj Czerwiec Lipiec Sierpień Wrzesień Październik Listopad Grudzień ul. Puławska / - Warszawa tel.
Profile produkcji energii w klastrze w ujęciu godzinowym Styczeń Marzec Kwiecień Luty Maj Czerwiec Sierpień Wrzesień Październik Mwh Listopad Grudzień Lipiec ul. Puławska / - Warszawa tel.
Profile zapotrzebowania na energię w klastrze w ujęciu godzinowym Marzec Maj Lipiec Mwh Wrzesień Mwh Styczeń Listopad ul. Puławska / - Warszawa tel. Luty Kwiecień Czerwiec Sierpień Październik Grudzień
Profile salda wytwórczo-odbiorczego w ujęciu godzinowym Styczeń - - Kwiecień Marzec - Luty - Maj Czerwiec - Lipiec - Sierpień - - Wrzesień Październik - - Listopad - ul. Puławska / - Warszawa tel. - Grudzień
Scenariusz Wyniki analizy bilansu energetycznego klastra Tabela. Parametry źródeł wytwórczych w klastrze. Parametry scenariusza funkcjonowania klastra Typ instalacji Moc zainstalowana Roczna produkcja energii [MW] [] Farma wiatrowa, Biomasa, Tabela. Parametry grup odbiorczych w klastrze. Taryfa G C B, B Grupy odbiorcze Ilość odbiorców Zapotrzebowanie, /rok, /rok, /rok Tabela. Bilans energetyczny klastra. Wynikowy bilans energetyczny klastra Niedobór energii (D) Nadwyżka energii (N) Zbilansowana energia (Zb) Niezbilansowana energia (Nzb=D+N) Sprzedana wyprodukowana energia Współczynnik opłacalności (Nzb/Zb),%,%,%,%,%, BILANS ENERGETYCZNY KLASTRA W SKALI MIESIĘCZNEJ [] Produkcja energii Zapotrzebowanie Wykres.Porównanie całkowitej produkcji oraz zapotrzebowania na energię elektrycznej w klastrze. ul. Puławska / - Warszawa tel.
Wyniki analizy bilansu energetycznego klastra Tabela. Parametry energetyczne klastra. Miesiąc Produkcja energii [-] [] Styczeń, Luty, Marzec, Kwiecień, Maj, Czerwiec, Lipiec, Sierpień, Wrzesień, Październik, Listopad, Grudzień, Rocznie, Zapotrzebowanie,,,,, Nadwyżka (wynikająca z profilu godzinowego) Niedobór (wynikający z profilu godzinowego) [] [] [],,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, -, -, -, -, -, -, -, -, -, -, -, -, -, Tabela. Wskaźniki energetyczne klastra. Miesiąc [-] Styczeń Luty Marzec Kwiecień Maj Czerwiec Lipiec Sierpień Wrzesień Październik Listopad Grudzień Rocznie Wartość bezwzględna niezbilansowania [],,,,,,,,,,,,, Wyprodukowana energia sprzedana w klastrze [%],%,%,%,%,%,%,%,%,%,%,%,%,% Pokrycie zapotrzebowania wynikająca z profili godzinowych [%],%,%,%,%,%,%,%,%,%,%,%,%,% ul. Puławska / - Warszawa tel.
Wyniki analizy bilansu energetycznego klastra Tabela. Wskaźniki zbilansowania energetycznego klastra. Miesiąc Zbilansowa na energia w klastrze Niezbilansowana energia w klastrze Niedobór energii w klastrze Nadwyżka energii w klastrze [-] [%] Styczeń,% [%],% [%],% [%],% Luty,%,%,%,% Marzec,%,%,%,% Kwiecień,%,%,%,% Maj,%,%,%,% Czerwiec,%,%,%,% Lipiec,%,%,%,% Sierpień,%,%,%,% Wrzesień,%,%,%,% Październik,%,%,%,% Listopad,%,%,%,% Grudzień,%,%,%,% Rocznie,%,%,%,% Wykres. Bilans energetyczny klastra. Bilans energetyczny klastra,% Zbilansowana energia,% Nadwyżka energii Niedobór energii,% ul. Puławska / - Warszawa tel.
Wyniki analizy bilansu energetycznego klastra Wykres. Niezbilansowana energia odniesiona do zapotrzebowania. Bilans miesięczny klastra w odniesieniu do zapotrzebowania w skali miesięcznej [] - - - - - - - - - - - - - - - - Styczeń Luty Marzec Kwiecień Maj Czerwiec Lipiec Sierpień Wrzesień Październik Listopad Grudzień - Nadwyżka produkcji energii Niedobór produkcji energii Wykres. Wartości bezwzgędne niezbilasowanej energii w klastrze. Wartość bezwzględna niezbilansowanej energii w skali miesięcznej [] Styczeń Luty Marzec Kwiecień Maj Czerwiec Lipiec Sierpień Wrzesień Październik Listopad Grudzień ul. Puławska / - Warszawa tel.
Profile produkcji energii w klastrze w ujęciu godzinowym Styczeń Marzec Kwiecień Maj Czerwiec Lipiec Sierpień Wrzesień Październik Mwh Listopad Grudzień Luty ul. Puławska / - Warszawa tel.
Profile zapotrzebowania na energię w klastrze w ujęciu godzinowym Styczeń Luty Marzec Kwiecień Maj Czerwiec Lipiec Mwh Sierpień Wrzesień Mwh Październik Listopad Grudzień ul. Puławska / - Warszawa tel.
Profile salda wytwórczo-odbiorczego w ujęciu godzinowym Styczeń - - - Luty - Kwiecień Marzec - - - Maj - Lipiec - Sierpień Czerwiec - - Wrzesień Październik - - - Listopad - - ul. Puławska / - Warszawa tel. - - Grudzień
Analiza salda wytwórczo-odbiorczego w granulacji dobowo-godzinowej dla klastra opartego o farmę wiatrową Analiza wyników dla zaproponowanych scenariuszy Podstawowym zadaniem klastra energii jest równoważenie zapotrzebowania na energię na danym obszarze tj. Maksymalnie gmin lub jednego powiatu. Oznacza, to że obszar klastra powinien w miarę rozsądnych możliwości dążyć do pełnego samobilansowania, poprzez dopasowanie profilowe jednostek wytwórczych i odbiorców. Wiarygodna analiza salda wytwórczo-odbiorczego pozwala w tym przypadku zmniejszyć ryzyko profilowe, istotne przy ocenie zasadności realizacji inwestycji w formule klastra energii lub w oparciu o umowy PPA. W obry przypadkach bardzo ważne jest bowiem możliwe najlepsze dopasowanie godzinowych profili wytwórczych do profili zużycia odbiorców. Niniejsza analiza przygotowana została w oparciu o przykładowe, realne profile jednostek wytwórczych różnego typu oraz rzeczywiste profile zużycia odbiorców z taryfy G zlokalizowanych na obszarze funkcjonowania spółki Enea Operator. Produkcja energii w źródłach wytwórczych opartych na OZE, takich jak farmy wiatrowe, farmy fotowoltaiczne, czy małe elektrownie wodne uzależniona jest przede wszystkim od warunków atmosferycznych, które cechują się ciągłymi zmianami. Dla idealnego zbilansowania klastra należałoby wytworzoną energię na bieżąco dostarczać do odbiorców wewnątrz klastra, niwelując zarazem dostawy energii pochodzącej z poza obszaru klastra. Odbiorcy energii zazwyczaj charakteryzują się jednak innym profilem obciążenia niż profile wytwórcze elektrowni z OZE. Najlepszym znanym obecnie rozwiązaniem tego problemu byłoby wprowadzenie magazynów energii wewnątrz klastra, które byłyby ładowane podczas nadwyżek produkcji energii i rozładowywane w chwilach niedoboru wytwarzanej energii wewnątrz klastra. Technologia magazynowania energii elektrycznej w celu regulacji systemów elektroenergetycznych jest obecnie w stadium badań i w związku z tym na rynku brakuje pewnych, stosowanych komercyjnie układów. Dla zobrazowania przykładowego dobowego bilansu klastra energetycznego na Wykresie w uproszczeniu przedstawiono rozkład poszczególnych obszarów składających się na całkowity przepływ energii w klastrze. Całkowita wartość energii przepływającej przez klaster jest sumą energii zbilansowanej, nadwyżki produkcji energii oraz wartości niedoboru energii. Energią zbilansowaną nazywana jest energia wytworzona w klastrze, która w analizowanym czasie pokryła zapotrzebowanie odbiorców. Suma wartości nadwyżki i niedoboru produkcji energii elektrycznej stanowii energię niezbilansowaną w klastrze. Analizując poniższy wykres można dostrzec, że w pierwszej godzinie doby zapotrzebowanie na energię elektryczną u odbiorców wynosiło. W tym samym czasie źródła wytwórcze wewnątrz klastra wytworzyły energii. Podumowując, podczas pierwszej godziny doby zbilansowana energia jest równa, a pozostałe wytworzone to energia niezbilansowana (w tym wypadku nadwyżka). Całkowicie zbilansowana energia wewnątrz klastra w tym przypadku występuje tylko w godzinie. Poniższe profile przedstawione są jako przykładowe i nie odzwierciedlają rzeczywistych przebiegów profili wytwórczo - odbiorczych. ul. Puławska / - Warszawa tel.
Analiza salda wytwórczo-odbiorczego w granulacji dobowo-godzinowej dla klastra opartego o farmę wiatrową Nadwyżka produkcji [/h] Nadwyżka produkcji Energia zbilansowana [h] Zapotrzebowanie Produkcja Wykres. Przykładowe uproszczone porównanie dobowego profilu wytwórczo odbiorczego wewnątrz klastra energii wraz z wyznaczeniem charakterystycznych obszarów związanych z bilansem energetycznym klastra. Podczas analizy przeprowadzono obliczenia obejmujące miesięczne i roczne bilanse energetyczne klastra dla zaproponowanych scenariuszy uwzględniające zmienność godzinową rzeczywistych profili wytwórczo odbiorczych. Podczas obliczeń kryterium głównym był optymalny dobór ilości odbiorców z taryfy G tak, aby profile wytwórczo odbiorcze w danym scenariuszu pokryły się w jak największym stopniu. Innymi słowy parametrem optymalizowanym była wartość zbilansowanej energii w stosunku do całkowitego przepływu energii w klastrze. Współczynnikiem porównawczym dla każdego analizowanego scenariusza jest stosunek energii niezbilansowanej do energii zbilansowanej (Nzb/Zb). Jeżeli wartość współczynnika jest większa od oznacza to, że w całkowitym bilansie klastra większą część energii stanowi energia niezbilansowana, co świadczy o nieodpowiednim dopasowaniu profilowym. Wartość mniejsza od jest wynikiem korzystnym, a to ze względu na to, że w takim wypadku wartość energii zbilansowanej jest większa od ilości energii niezbilansowanej, czyli stanowi ponad % przepływu energii w klastrze. Podsumowując im współczynnik porównawczy jest mniejszy tym klaster jest bardziej zbilansowany energetycznie. Współczynnik porównawczy odnosi się do rocznego bilansu klastra. Energia zbilansowana sprzedawana jest bezpośrednio w klastrze, co w założeniu ma przynosić największe przychody. Energia niezbilansowana wewnątrz klastra wiąże się z dodatkowymi kosztami ul. Puławska / - Warszawa tel.
Analiza salda wytwórczo-odbiorczego w granulacji dobowo-godzinowej dla klastra opartego o farmę wiatrową (rozliczenia na rynku bilansującym) i w związku z tym w całkowitym bilansie energetycznym klastra powinno być jej jak najmniej. Dla każdego scenariusza przygotowano zestaw wykresów obrazujących poziom zbilansowania klastra. Wykres pt. BILANS ENERGETYCZNY KLASTRA W SKALI MIESIĘCZNEJ przedstawia porównanie profili wytwórczo - odbiorczych wewnątrz klastra, jednak nie uwzględnia dobowych i godzinowych zmian bilansu energetycznego. Wykres stanowiłby podstawę, gdyby rozliczenia za energię elektryczną odbywały się w cyklach miesięcznych, a sieć elektroenergetyczna traktowana była jak magazyn energii. Na wykresie pt. Bilans miesięczny klastra w odniesieniu do zapotrzebowania w skali miesięcznej przedstawiono konkretne wartości niezbilansowanej energii z podziałem na nadwyżkę oraz niedobór produkcji energii elektrycznej w klastrze. Analizując ten wykres można dostrzec jak układa się profil klastra energii widziany ze strony zewnętrznego systemu elektroenergetycznego nadwyżki produkcji powodują, że klaster jako zamknięty system działa jak źródło wytwórcze, od którego zewnętrzny SEE pobiera energię i jego zadaniem jest rozprowadzenie jej wśród zewnętrznych odbiorców - SEE zostaje w tym momencie dociążony dodatkową mocą, która musi znaleźć ujście. Niedobory energii stanowią z kolei potrzebę dodatkowego obciążenia źródeł wytwórczych znajdujących się poza klastrem. Profile salda wytwórczo odbiorczego w ujęciu godzinowym przedstawiają profile godzinowe odniesione do zapotrzebowania wewnątrz klastra. Wartości energii większe od stanowią nadwyżkę produkcji energii w danej godzinie. Natomiast wartości mniejsze od to niedobory. Analizując te wykresy można dokładnie prześledzić wpływ klastra na zewnętrzny system elektroenergetyczny. Scenariusz Scenariusz zakłada, że w klastrze grupę odbiorczą będą stanowili wyłącznie odbiorcy z taryfy G. Źródła wytwórcze przewidziane w klastrze: Farma wiatrowa o mocy zainstalowane, MW, Farma fotowoltaiczna o mocy zainstalowanej, MW, Biogazownia rolnicza o mocy zainstalowanej, MW, Mała elektrownia wodna o mocy zainstalowanej, MW. Zgodnie z obliczeniami dla zadanych warunków początkowych optymalne dopasowanie profilowe występuje dla odbiorców z taryfy G. Energia zbilansowana w klastrze dla tego przypadku stanowi niemal % całkowitego rocznego przepływu energii. Roczny przepływ energii w analizowanym klastrze wynosi,. Całkowite zapotrzebowanie odbiorców jest równe,. Różnica pomiędzy całkowitym przepływem energii oraz zapotrzebowaniem stanowi wartość nadwyżki produkcji energii i jest równa, taki wolumen wyprodukowanej energii należałoby sprzedać na rynku bilansującym. Wartość rocznej produkcji energii pomniejszona o wartość nadwyżki energii stanowi ilość energii wyprodukowanej i sprzedanej wewnątrz klastra w tym wypadku wynosi ul. Puławska / - Warszawa tel.
Analiza salda wytwórczo-odbiorczego w granulacji dobowo-godzinowej dla klastra opartego o farmę wiatrową ona,. Oznacza to, że rocznie w klastrze sprzedane zostało ponad % całkowitej wyprodukowanej energii. Współczynnik porównawczy w tym wypadku jest równy,. Na Wykresie w powiększeniu przedstawiono przebieg salda wytwórczo odbiorczego odniesionego do zapotrzebowania w styczniu dla analizowanego scenariusza., Prafil salda wytwórczo - odbiorczego w ujęciu godzinowym,,, -, -, Wykres. Profil salda wytwórczo odbiorczego w ujęciu godzinowym dla stycznia. Na powyższym wykresie widać, że w styczniu niedobory energii występują głównie w godzinach przedpołudniowych oraz w okresach szczytów obciążenia wieczornego. Godziny nocne charakteryzują się natomiast zwiększoną nadprodukcją energii elektrycznej w klastrze. Scenariusz Scenariusz zakłada, że w klastrze grupę odbiorczą będą stanowili wyłącznie odbiorcy z taryfy G. Źródła wytwórcze przewidziane w klastrze: Farma wiatrowa o mocy zainstalowane, MW, Elektrownia na biomasę o mocy zainstalowanej, MW Zgodnie z obliczeniami dla zadanych warunków początkowych optymalne dopasowanie profilowe występuje dla odbiorców z taryfy G. Energia zbilansowana w klastrze dla tego przypadku stanowi niemal % całkowitego rocznego przepływu energii. Roczny przepływ energii w analizowanym klastrze wynosi,. Całkowite zapotrzebowanie odbiorców jest równe,. Różnica pomiędzy całkowitym przepływem energii oraz zapotrzebowaniem stanowi wartość nadwyżki ul. Puławska / - Warszawa tel.
Analiza salda wytwórczo-odbiorczego w granulacji dobowo-godzinowej dla klastra opartego o farmę wiatrową produkcji energii i jest równa, taki wolumen wyprodukowanej energii należałoby sprzedać na rynku bilansującym. Wartość rocznej produkcji energii pomniejszona o wartość nadwyżki energii stanowi ilość energii wyprodukowanej i sprzedanej wewnątrz klastra w tym wypadku wynosi ona,. Oznacza to, że rocznie w klastrze sprzedane zostało ponad % całkowitej wyprodukowanej energii. Współczynnik porównawczy dla tego scenariusza jest równy,. Podsumowanie Analizowane scenariusze klastrów energii oparte są na źródłach wytwórczych o znacznych mocach, co w połączeniu z odbiorcami z taryfy G sprawia, że ilość tych drugich musi być na tyle duża, aby odebrać wytworzoną energię. Źródła wytwórcze w scenariuszu nr to głównie niestabilne elektrownie. Dodatkowo niedopasowanie profilowe źródeł z profilami odbiorców skutkuje osiągnięciem % zbilansowania energii w klastrze. Zastosowanie stabilnego źródła energii o większej mocy w scenariuszu pozytywnie wpływa bilans wytwórczo odbiorczy. W analizie nie uwzględniono możliwości regulacyjnych elektrowni. Gdyby podczas obliczeń uwzględnić możliwość regulacji produkcji elektrowni wynik zbilansowania prezentowałby się jeszcze lepiej. W scenariuszu osiągnięto poziom % wyprodukowanej energii sprzedanej w klastrze, a całkowita niezbilansowana energia stanowi ponad %. W scenariuszu nr wytworzona i sprzedana energia wynosi ponad %. Dodatkowo niezbilansowana energia stanowi tylko %, co wpływa na znacznie lepszy wynik w porównaniu obu scenariuszy na korzyść scenariusza nr. ul. Puławska / - Warszawa tel.