Rola klastrów i magazynów energii w systemie elektroenergetycznym 27 października 2016
CO TO JEST PIME PIME wspiera i promuje rozwój technologii magazynowania energii PIME zabiega o tworzenie korzystnych warunków inwestowania w magazyny energii w Polsce i systematyczny wzrost wykorzystania energii z magazynów jako innowacyjnego źródła przechowywania energii PIME działa w układzie klastrowym i tworzy warunki do badania i rozwoju nowych technologii magazynowania energii oraz do wdrażania wypracowanych modeli biznesowych PIME działa na rzecz poprawy istniejących i tworzenia nowych zapisów prawnych oraz zwiększenia politycznej i społecznej świadomości w zakresie stosowania magazynów energii PIME to platforma za pomocą której wskazuje się bariery rozwoju technologii magazynowania energii oraz promuje krajowe rozwiązania naukowe i technologiczne w tym obszarze PIME rekomenduje najlepsze technologie magazynowania energii znakiem:
Z jakimi problemami boryka się polska energetyka konwencjonalna i odnawialna?
R e g u l a c j e k r a j o w e Jedyny akt prawny traktujący o magazynach energii: Ustawa o odnawialnych źródłach energii z 20 lutego 2015 roku (Dz.U. 2015 poz. 478) oraz jej projekt nowelizacji z 23 lutego 2016 r. Zgodnie z definicją zawartą w art. 2 pkt 13 ustawy, pod pojęciem instalacji odnawialnego źródła energii, rozumieć należy instalację stanowiącą wyodrębniony zespół: a) urządzeń służących do wytwarzania energii i wyprowadzania mocy, przyłączonych w jednym miejscu przyłączenia, w których energia elektryczna lub ciepło są wytwarzane z jednego rodzaju odnawialnych źródeł energii, a także magazyn energii elektrycznej przechowujący wytworzoną energię elektryczną, połączony z tym zespołem urządzeń b) obiektów budowlanych i urządzeń stanowiących całość techniczno-użytkową służący do wytwarzania biogazu rolniczego, a także połączony z nimi magazyn biogazu rolniczego.
R e g u l a c j e k r a j o w e Ustawa Prawo Energetyczne tzw. mały trójpak (Dz. U. z 2013 r. poz.984) określa odnawialne źródło energii Ustawa antysmogowa (poprawka art. 96 w ustawie Prawo Ochrony środowiska) Ustawa o efektywności energetycznej (Dz. U. z 2011 r. Nr 94, poz. 551) oraz jej projekt nowelizacji z 27 czerwca 2014 r. nie mówi się w tym akcie prawnym o magazynach energii, ale definiuje on m.in. rolę Prosumenta, dla którego dedykowana jest ta technologia. Prawna definicja prosumenta została zawarta w art. 9 obecnie obowiązującej ustawy Prawo energetyczne, a także w art. 4 nowej ustawy o odnawialnych źródłach energii. nie mówi się w tym akcie prawnym o magazynach energii, ale definiuje on minimalne wymagania dla rodzajów paliw dozwolonych lub zakazanych na danym terenie oraz minimalnego standardu emisji kotłów, co w efekcie pośrednio promuje technologię magazynowania energii. podobnie jak w ustawie smogowej promuje pośrednio technologię magazynów energii, jako technologię działającą na rzecz wzrostu efektywności energetycznej gospodarki.
R e g u l a c j e u n i j n e Do tej pory, różne wersje regulacji dla rynku energii w żaden sposób nie zajmowały się magazynowaniem energii. Termin ten nawet nie pojawiał się w różnych wersjach ustaw. Tymczasem magazynowanie energii jest postrzegane jako niezbędne do zniwelowania luki w dostawach energii. Dyrekcja Generalna ds. Energii KE tak przedstawiła znaczenie i rolę magazynowania energii: Magazynowanie energii zapewnia większą elastyczność i balans w sieci zasilającej, zapewniając wsparcie dla nieciągłych źródeł odnawialnych. Lokalnie może to zapewnić redukcję kosztów, poprawę efektywności i poprawić zarządzanie siecią dystrybucji. W ten sposób można złagodzić wprowadzanie na rynek odnawialnych źródeł energii, przyspieszyć dekarbonizację sieci elektrycznej, poprawę bezpieczeństwa i efektywności przesyłu energii elektrycznej (przez zmniejszenie nieplanowanych przepływów pętlowych, przeciążeń sieci, wahań napięcia i częstotliwości), stabilizację ceny energii elektrycznej, przy jednoczesnym zapewnieniu wysokiego bezpieczeństwa dostaw energii.
R e g u l a c j e u n i j n e Dyrektywa Nr 2009/28/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r. w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych Dyrektywa 2004/8/UE z dnia 11 lutego 2004 r. w sprawie promowania kogeneracji w oparciu o zapotrzebowanie na ciepło użytkowe na wewnętrznym rynku. Dyrektywa zobowiązuje kraje członkowskie do osiągnięcia 20 % udziału energii ze źródeł odnawialnych we Wspólnocie Europejskiej w 2020 r. Dyrektywa 2009/28/WE, powoduje konieczność przeprowadzenia w Polsce zmian legislacyjnych, w ustawie Prawo energetyczne (Dz. U. z 2012 r. poz.1059) dotyczących warunków przyłączenia OZE (i innych źródeł) do sieci elektrycznej oraz przystosowania przepisów unijnych z zakresu OZE poprzez uchwale nowej ustawy o odnawialnych źródłach energii (projekt z 2014 r.) Jej celem jest zwiększenie efektywności energetycznej i poprawy bezpieczeństwa dostaw ciepła i energii elektrycznej w układzie kogeneracji o wysokiej wydajności opartej na zapotrzebowaniu na ciepło użytkowe i oszczędności energii pierwotnej w warunkach krajowych z uwzględnieniem czynników ekonomicznych. Dyrektywa 2006/36/WE z dnia 5 kwietnia 2006 r. w sprawie efektywności końcowego wykorzystania energii i usług energetycznych, Dyrektywa 2010/31/UE z dnia 19 maja 2010 r. w sprawie charakterystyki energetycznej budynków określa cele i kierunki zmian prawnych w dziedzinie efektywności energetycznej i racjonalizacji działań w ograniczeniu zużycia energii i zmniejszenia emisji CO2 przez wypełnienie zobowiązań z Kioto. Komisja Europejska określiła w Dyrektywie 2006/36/WE oszczędność energii w granicach do 20 % do 2020 r. w wyniku realizacji planowanych celów obniżenia zużycia energii w krajach Unii Europejskiej. jest podstawą prawną działań zmierzających do zwiększenia efektywności energetycznej w budownictwie.
I n n e d o k u m e n t y Strategia państwa Polityka energetyczna Polski do 2030 roku przyjęta przez RM w dniu 10 listopada 2009 r. (M.P. z 2010 r. Nr 2, poz.11) [4] zakłada udział odnawialnych źródeł energii w Polsce w całkowitym zużyciu ma wzrosnąć do 15% w 2020 r. i 20% w roku 2030. Krajowy Plan Działań w zakresie energii ze źródeł odnawialnych do 2020 r. przyjęty w dniu 7 grudnia 2010 r. przez Radę Ministrów, [5] przewiduje w zakresie rozwoju OZE w obszarze ciepła i chłodu utrzymanie dotychczasowej struktury rynku, przy uwzględnieniu rozwoju geotermii oraz energii słonecznej. 3) Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne (mały trój pakt) (tekst jedn. Dz.U. z 2012 r. poz. 1059 i zmiany z 2013 r. poz.984) [6], 4) Ustawa z 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane (jedn. tekst z 2013 r. poz.1409) [7]. 5) Ustawa z 29 sierpnia 2014 r. o charakterystyce energetycznej budynków (Dz. U. z 2014 r. poz.888) [12] System krajowy oceny energetycznej budynków wynikający z postanowień Dyrektywy Nr 2002/91/WE w sprawie charakterystyki energetycznej budynków, wprowadzony przez zmiany ustawy Prawo budowlane, przy kolejnej nowelizacji ustawy (Dz. U. z 2007 r. Nr 191, poz. 1373) i ustawa z dnia 27 sierpnia 2009 r. o zmianie ustawy Prawo budowlane (Dz. U. z 2009 Nr161, poz.1279)
O Z E j a k i e k o r z y ś c i? Niska przewidywalność i dostępność większości OZE, przede wszystkim wiatru i słońca. Trudności w planowaniu i prowadzeniu ruchu systemu a zwłaszcza poszczególnych jednostek wytwórczych dla zapewnienia odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa w bilansowaniu systemu elektroenergetycznego, w tym zapewnieniu odpowiedniej wielkości rezerwy operacyjnej oraz zdolności regulacyjnych. Konieczność zwiększenia rezerwy operacyjnej i odtworzeniowej, a tym samym zwiększenia zdolności regulacyjnych zlokalizowanych w innych jednostkach wytwórczych.
K o n s e k w e n c j e Wzrost kosztów prowadzenia ruchu systemu i pogorszenie efektu ekologicznego wynikającego z wykorzystania OZE do produkcji energii elektrycznej. Operatorzy sieci energetycznych mają coraz większą trudność ze stabilnością parametrów sieci elektrycznych (napięcie, częstotliwość).
R o z w i ą z a n i e INTELIGENTNE SIECI ENERGETYCZNE (SMART GRIDS) ZDALNY MONITORING STEROWANIE
R o z w i ą z a n i e Początki na rynku amerykańskim Obecnie znaczny wzrost zainteresowania na rynku europejskim
Powstanie inteligentnych sieci energetycznych - odpowiedzią na zdecentralizowane wytwarzanie energii oparte na łączeniu rozproszonych OZE w mikrosieci (rozproszone grupy bilansujące). Klaster jako szczególny przypadek sieci dystrybucyjnej niskiego napięcia, powstaje w wyniku zgrupowania kilku niewielkich źródeł energii, dzięki czemu można traktować je jako pojedyncze duże źródło sterowalne. Dzięki temu da się zadawać im pożądane wartości. Z punktu widzenia OSD klaster może być traktowany jako grupa zagregowanych odbiorów i/lub źródeł wytwórczych z zasobnikami energii, które mogą świadczyć usługi systemowe oraz infrastrukturalne, wspierając sieć dystrybucyjną.
Struktura typowej mikrosieci (klastra energii) CMS centralny sterownik mikrosieci, MZ mikroźródło, SM sterownik mikroźródła, ZE zasobnik energii, SZ sterownik zasobnika energii, OS odbiór sterowalny, SO sterownik odbioru sterowalnego, ON odbiór niesterowalny, WO wyłącznik oddzielający, OSD operator systemu dystrybucyjnego Źródło: Przegląd Elektrotechniczny, Prognozy zapotrzebowania na energię elektryczną o horyzoncie 15 minut na potrzeby sterowania w sieciach niskich napięć ze źródła i generacji rozproszonej Parol, M. Piotrowski, P.)
W a d y Brak prostego odzwierciedlenia kosztów ograniczeń przesyłowych, które likwidowane są w ramach rynku bilansującego. Problem w wypracowaniu efektywnych zasad agregacji źródeł i ich rozliczania na rynku bilansującym. Rynek niemiecki - wielkość mocy zainstalowanej w siłowniach wiatrowych przekroczyła poziom 40 GW, a w panelach fotowoltaicznych ok. 39 GW. Właściciele OZE napotykają ograniczenia przesyłowe, a w efekcie brak możliwości sprzedaży całej zainstalowanej i dostępnej mocy jednostek wytwórczych. Rynek polski - w dłuższej perspektywie udział OZE będzie dynamicznie wzrastał i napotka podobne problemy.
R o z w i ą z a n i e a l t e r n a t y w n e Zwiększenie przewidywalności i sterowalności OZE poprzez zastosowanie magazynów energii jako bufor pomiędzy niestabilnymi źródłami i resztą systemu elektroenergetycznego.
R o l a m a g a z y n u e n e r g i i : Bilansowanie podaży i popytu, Dodatkowa oferta usług systemowych regulacji i rezerwy energii, Likwidacja lub minimalizacja ograniczeń i strat przesyłowych, Zarządzanie popytem odbiorców końcowych, Zwiększanie przewidywalności i sterowalności OZE.
S p o s o b y m a g a z y n o w a n i a Podstawowe sposoby magazynowania wg. metod: Termodynamiczna (stopiona sól) Mechaniczna (koło zamachowe) Elektryczna (superkondensatory) Elektrochemiczna (baterie, ogniwa paliwowe)
S p o s o b y m a g a z y n o w a n i a Najczęściej stosowana metoda elektrochemiczna Wysoka sprawność Łatwość relokacji i instalacji Relatywnie niskie koszty
Z a s t o s o w a n i e Możliwość stosowania na różnych poziomach Systemu Energetycznego Wytwarzanie Rezerwa mocy na potrzeby energetyki konwencjonalnej i na potrzeby OZE Regulacja mocy biernej i napięcia Wyrównywanie obciążenia Decentralizacja jednostek wytwórczych Planowane przesuwanie produkcji energii w czasie Złagodzenie doboru jednostki wytwórczej do potrzeb systemu
Z a s t o s o w a n i e Możliwość stosowania na różnych poziomach Systemu Energetycznego Przesył i dystrybucja Kompensacja strat Regulacja napięcia Łagodzenie chwilowych przeciążeń linii przesyłowych Odraczanie konieczności modernizacji i rozbudowy sieci przesyłowej Obniżenie kosztów oraz redukcja ograniczeń sieciowych
Z a s t o s o w a n i e Możliwość stosowania na różnych poziomach Systemu Energetycznego Klient końcowy/wytwórca OZE Poprawa jakości energii Rezerwa energii w kontekście pewności zasilania Indywidualne kształtowanie profilu poboru energii w czasie Elastyczne zarządzanie taryfami Racjonalne użytkowanie i zarządzanie energią
Duże magazyny energii realna szansa produkowania alternatywnych urządzeń Dobra jakość na bazie polskiej innowacyjności Konkurencyjna cena Dobry, szybki serwis
Mikro i małe instalacje OZE - szczególna rola magazynów energii Większość instalacji na terenach wiejskich o słabszej infrastrukturze energetycznej (rozproszone, często stare, przeciążone linie przesyłowe i stacje transformatorowe) Problem szczególnie ważny na słabo uprzemysłowionych terenach kraju z mocno rozproszoną infrastrukturą energetyczną, gdzie należy dążyć do promowania systemów które mogą odciążyć te sieci, a nawet poprawić jej jakość Wskazanie na produkcję energii z OZE na własny użytek. Tylko magazyn energii pozwoli na skonsumowanie większości wyprodukowanej energii.
Możliwości produkcji magazynów energii w oparciu o polska myśl techniczną Nie wszystko co pochodzi z zagranicy jest nowoczesne i warte stosowania! Przestarzałe technologie Wyprzedaże niesprzedanych zapasów z magazynów fabrycznych Wysoka cena Częsty brak akceptowalnej opieki serwisowej
Polak potrafi trzeba tylko stworzyć dogodne warunki Dostępność funduszy na rozwój i badania Rosnący udział i zaangażowanie krajowych ośrodków naukowych Możliwość elastycznego dostosowywania krajowej produkcji do zapotrzebowania rynku i wymogów programów pomocowych w kontekście poprawiania parametrów technicznych i niepowielania błędów popełnianych przez innych w przeszłości.
Kluczowe kierunki rozwoju polskich magazynów Opracowanie i wdrożenie do produkcji własnej innowacyjnej technologii elektrochemicznego źródła energii Opracowanie i wdrożenie Interfejsu/ systemu. komunikacyjnego umożliwiającego świadczenie zagregowanych usług sieciowych.
Podsumowując: każdy klaster energetyczny powinien być systemowo wyposażony w magazyn energii elektrycznej, bo Pierwszą zasadniczą cechą magazynowania rozproszonego jest decentralizacja, która ogranicza m.in. potencjalne skutki awarii dużych jednostek Umieszczenie magazynów w pobliżu odbiorców może zwiększać ich świadomość dotyczącą użytkowania energii Każdy prosument, to element struktury klastra a ich suma to skala niezależnych podmiotów magazynujących energię elektryczną Stosowanie technologii magazynowania energii kształtuje podejście energooszczędne i proekologiczne wśród prosumentów
MANAGE YOUR POWER WITH