Mobilne magazyny energii w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym model rynku energii

Mobilne magazyny energii w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym model rynku energii Przede wszystkim pytanie dotyczy tego, co należy rozumieć przez model rynku energii? Do tej pory podnoszona na świecie jest kwestia braku jednolitego kompletnego modelu rynku energii na potrzeby ładowania pojazdów elektrycznych (EV) i hybrydowych (PHEV). Niezależnie rozwijają się koncepcje: od nieodpłatnego ładowania, np. Tesla, - do modelu, w którym w stacjach ładowania pojazdów sprzedawana jest tzw. usługa ładowania; od modelu, w którym konkretne stacje ładowania dedykowane są konkretnym pojazdom, - do modelu, w którym operatorzy stacji ładowania umożliwiają ładowanie dowolnym pojazdom. Brak kompletnego modelu rynku energii sprawia, że do tej pory nie wiadomo, np. jaki status powinien posiadać podmiot eksploatujący stacje ładowania pojazdów: czy powinien mieć status odbiorcy?, czy może status dystrybutora?, czy powinien mieć koncesję na obrót energią? Czy podmiot posiadający koncesję na dystrybucję energii może również zajmować się magazynowaniem energii? Póki co przeważa pogląd (nie tylko w Polsce), że podmiot eksploatujący stacje ładowania pojazdów powinien mieć status odbiorcy, tym samym nie musi mieć koncesji ani na dystrybucję energii, ani na obrót energią, zaś podmiot zajmujący się dystrybucją energii nie może zajmować się magazynowaniem energii. Przedstawiany wzorcowy model rynku energii identyfikuje wszystkie procesy związane z ładowaniem i z rozładowaniem pojazdów. W ramach każdego procesu wydzieliłem poszczególne działania, wszystkich interesariuszy uczestniczących w procesie oraz interakcje w nich występujące. Zidentyfikowałem nowe podmioty: operatora stacji ładowania/rozładowania pojazdów, operatora mobilnej sieci dystrybucyjnej, operatora magazynów energii, podmiot obracający energią gromadzoną w zasobnikach energii, mobilnego wytwórcę energii elektrycznej, odbiorcę energii zużywanej do celów jezdnych, operatora rozliczeń. Wszystkim tym podmiotom przypisałem role. Przedstawiłem i uzasadniłem, jakie działania powinny podlegać koncesjonowaniu oraz przedstawiłem i uzasadniłem, z których działań produkty powinny mieć ceny (stawki) zatwierdzane przez krajowe Urzędy ds. Regulacji Energetyki. Zdefiniowałem tzw. mobilną umowę kompleksową. Model znamienny jest między innymi tym, że: operatorzy stacji ładowania/rozładowania pojazdów umożliwiają podłączenie się dowolnemu pojazdowi, operator magazynów energii bądź podmiot obracający energią gromadzoną w zasobnikach energii ma możliwość zakupu i sprzedaży energii od/do dowolnego sprzedawcy, w tym sprzedaży na rzecz str. 1

podmiotu odpowiedzialnego za stabilną prace systemu elektroenergetycznego (w Polsce PSE) usługi interwencyjnej generacji mocy, istnieje możliwość rozliczania energii (i usługi dystrybucyjnej) pomiędzy wszystkimi działaniami, tym samym jest możliwym obciążanie energii zużywanej do celów jezdnych inną (dowolną) stawką akcyzy, podobnie istnieje możliwość rozliczania opłaty paliwowej zawartej w cenie energii elektrycznej zużywanej do celów jezdnych, również możliwym jest niestandardowe rozliczanie opłaty tzw. jakościowej, przejściowej, od systemów wsparcia energii odnawialnej i wytwarzanej w kogeneracji itd. Co ma być rezultatem działania tego nowego rynku? Model umożliwia wykorzystanie zasobników energii zainstalowanych w pojazdach EV i PHEV do świadczenia usług na potrzeby KSE tym samym rozwiązuje wiele problemów, np.: 1. Koszty generacji energii elektrycznej w szczytach jej zapotrzebowania z wykorzystaniem zasobników energii zabudowanych w pojazdach mogą być nie tylko niższe od kosztów generacji energii z wykorzystaniem stacjonarnych zasobników energii, ale również mogą być niższe od kosztów generacji z wykorzystaniem elektrowni gazowych, które do tej pory okazywały się najbardziej opłacalne. 2. Zasobniki energii korzystnie wpływają na poziom absorpcji energii elektrycznej w dolinach jej zapotrzebowania, umożliwiając tym samym nie tylko lepsze wykorzystanie źródeł odnawialnych, zwłaszcza wiatrowych, ale również ich dalszy rozwój. 3. Zdecydowanie poprawia opłacalność zakupu pojazdu EV, PHEV. Skumulowane koszty zakupu i eksploatacji pojazdu elektrycznego mogą być niższe od skumulowanych kosztów zakupu i eksploatacji pojazdu tradycyjnego. Zdecydowana część kosztów od zasobnika energii zabudowanego w pojeździe będzie mogła być przenoszona na KSE. 4. Opłacalnym przedsięwzięciem mogą okazać się inwestycje w stacje ładowania/rozładowania pojazdów. Zdecydowana część kosztów od stacji ładowania/rozładowania pojazdów będzie mogła być przenoszona na KSE, co również korzystnie wpływa na poziom kosztów eksploatacji pojazdu elektrycznego. 5. Zdemontowane z pojazdu zasobniki energii, już jako stacjonarne, będą mogły dalej służyć do świadczenia tych samych usług na potrzeby KSE, co również wpływa korzystnie na ekonomikę eksploatacji pojazdu elektrycznego, bowiem wartość rezydualna zdemontowanego zasobnika energii może przyjmować większe wartości. str. 2

Model przewiduje agregację rozproszonych mobilnych zasobów, w tym agregację mobilnych zasobników energii. Do obsługi modelu potrzebni są nowi gracze, w tym podmiot(-y), który operowałby na rynku z produktami stworzonym na bazie mobilnych zasobników energii. Czy nie występują przypadkiem problemy z odbiorem mikroporcji energii od dużej liczby dostawców tej energii? Z odbiorem mikroporcji faktycznie mogłyby być problemy. I nie chodzi tu oczywiście o problemy natury technicznej, ale o problemy z kontraktowaniem tej mikroporcji. Ale problem ten wystąpi, gdyby chcieć korzystać z modelu biznesowego nr 2, o którym mowa w załączonej prezentacji. W tym modelu użytkownik pojazdu kupuje energię elektryczną na potrzeby ładowania jednego zasobnika i po jakimś czasie jej przechowywania ją sprzedaje, a czyni to w imieniu własnym i na rzecz własną. Nie jest to model biznesowy przeze mnie preferowany, a przedstawiłem go tylko dlatego, aby model rynku na potrzeby e-mobility był kompletny i żeby nie można mu było zarzucić tendencyjnych ograniczeń. Z problemem mikroporcji doskonale zaś sobie radzi model biznesowy nr 1, o którym mowa również w załączonej prezentacji. W tym modelu energią obraca wyspecjalizowany podmiot operator magazynów energii, który dokonuje zakupu energii na potrzeby ładowania zasobników energii dla całej grupy pojazdów. Operator rozproszonych mobilnych zasobników energii pełni funkcję agregatora, dzięki czemu będzie mógł stworzyć odpowiednio dużą porcję produktu, która z łatwością powinna się poddawać kontraktacji. Czy sieci elektroenergetyczne są na to przygotowane? Stan przygotowania sieci elektroenergetycznych do przyłączenia rozproszonych zasobników energii jest różny w różnych państwach. W państwach, gdzie energetyka prosumencka jest rozwinięta (występuje dużo mikroźródeł), można powiedzieć, że system elektroenergetyczny jest przygotowany do współpracy z rozproszonymi zasobnikami energii. Rozproszony zasobnik energii, jaki jest zabudowany w pojeździe, w procesie generacji energii elektrycznej może i powinien być traktowany przez system elektroenergetyczny jako mikroźródło (nie jako OZE), a z mikroźródłami te systemy elektroenergetyczne już sobie doskonale radzą. Natomiast w procesie ładowania zasobnik należy traktować jako odbiór energii elektrycznej. Nie należy się obawiać tego, że systemy elektroenergetyczne nie są przygotowane do zwiększonego z tego tytułu poboru energii. Co do zasady, ładowanie pojazdów elektrycznych powinno się odbywać nocą w trybie powolnego ładowania prądem przemiennym. str. 3

Oczywiście model przewiduje możliwość ładowania pojazdu w trybie szybkiego ładowania prądem stałym. Do szybkiego ładowania prądem stałym należy natomiast podchodzić tak jak do dużego odbiorcy. Nie przewiduję w przyszłej praktyce generacji energii elektrycznej z wykorzystaniem tego typu stacji ładowania. Oczywiście model z takim sposobem generacji również sobie radzi. Również w Polsce należy się spodziewać szybkiego rozwoju mikroźródeł. Jeśli nawet obecnie duża energetyka jest niechętna względem tych źródeł, to w krótkiej perspektywie będzie musiała je zaakceptować i odpowiednio się dostosować do współpracy z nimi. Patrząc na liczbę wydawanych koncesji i wpisów do rejestrów wynika, że z procesem dostosowawczym polskiego systemu elektroenergetyczne do absorpcji mikroźródeł już obecnie mamy do czynienia. Jakie byłyby koszty ewentualnego dostosowania sieci do takiego rozwiązania? Patrząc od strony generacji energii elektrycznej przez rozproszone mobilne zasobniki energii, koszty dostosowania sieci do współpracy z rozproszonymi mobilnymi zasobnikami energii będą porównywalne do kosztów dostosowania sieci do współpracy z mikroźródłami. Patrząc zaś od strony ładowania zasobnika energii - ponieważ co do zasady ładowanie pojazdów będzie się odbywało w miejscu nocnego parkowania np. w garażu przydomowym, czy przydomowym parkingu, dodatkowo jeśli założymy, że moc ładowania zasobnika nie będzie większa od mocy przyłączeniowej (mocy umownej) tego obiektu - to dodatkowe koszty praktycznie nie wystąpią. Zaprojektowany w ramach modelu system sterowniczo-pomiarowo-rozliczeniowy wymaga tylko, aby gniazdo do podłączenia pojazdu było wyposażone w specjalny chip umożliwiający identyfikację tego miejsca podłączenia. System sterowniczo-pomiarowo-rozliczeniowy znamienny jest tym, że umożliwia daleko idące uproszczenia konstrukcji stacji ładowania ładowania/rozładowania pojazdów. Czy w ramach planowanego rozwiązania niezbędne będą inwestycje w integrację dwukierunkową (inwertery DC/AC)? W początkowym etapie - Tak. Obecnie pojazdy EV i PHEV są wyposażone co najwyżej w przetwornik AC/DC wykorzystywany w procesie ładowania prądem przemiennym, nie są natomiast wyposażane w przetwornik DC/AC umożliwiający wymianę energii z systemem elektroenergetycznym w procesie rozładowania zasobnika. Obecnie, nawet jeśli pojazdy elektryczne, np. Mitsubishi i-miew V2H czy Mitsubishi Outlander PHEV V2H umożliwiają oddawanie energii do systemu elektroenergetycznego, to do tego procesu wykorzystują zewnętrzy przetwornik DC/AC. str. 4

Do napędu pojazdu EV, PHEV najczęściej wykorzystuje się silniki elektryczne prądu przemiennego, a każdy taki napęd wymaga przetwornicy energoelektroniczej typu DC/AC. Zatem w pojazdach elektrycznych występują już: przetworniki AC/DC do ładowania pojazdu i DC/AC do napędu pojazdu. Nic nie stoi na przeszkodzie, aby w pojeździe był zainstalowany jeden przetwornik typu AC/DC/AC umożliwiający również oddawanie energii elektrycznej do systemu elektroenergetycznego. Takie rozwiązanie widzę jako docelowe. Czy pomysł opiera się o wprowadzenie taryf dynamicznych i dynamicznej zmiany cen za energię pobieraną z sieci? Wówczas zasobnik energii mógłby być ładowany w okresie, kiedy jest najniższa taryfa. System taryf dynamicznych mógłby mieć ewentualnie zastosowanie do modelu biznesowego nr 2, o którym już wspominałem. To właśnie w tym modelu istnieje problem mikroporcji. Przypomnę, że to w tym modelu użytkownik pojazdu kupuje energię elektryczną na potrzeby ładowania jednego zasobnika i po jakimś czasie jej przechowywania ją sprzedaje, a czyni to w imieniu własnym i na rzecz własną. Jeśli nawet taryfy dynamiczne umożliwiłyby obrót energię elektryczną, to na pewno na tym mechanizmie, właśnie ze względu na problem mikroporcji, nie udałoby się zbudować, a następnie sprzedać magazynową usługę rezerwy interwencyjnej. Inaczej wygląda sytuacja w modelu biznesowym nr 1. W tym modelu energią obraca wyspecjalizowany podmiot operator magazynów energii, który dokonuje zakupu energii na potrzeby ładowania zasobników energii dla całej grupy pojazdów. Ten sam wyspecjalizowany podmiot operator magazynów energii - wcześniej zgromadzoną energię będzie sprzedawał raz użytkownikom pojazdów do celów jezdnych, innym razem będzie ją sprzedawał do systemu elektroenergetycznego. Przy czym skala sprzedaży energii elektrycznej do systemu elektroenergetycznego może być duża, to zależy od wielkości grupy pojazdów, a konkretnie od wielkości sumy pojemności zasobników energii zabudowanych we wszystkich pojazdach tej grupy i oczywiście od mocy upraszczając inwerterów. Taki podmiot będzie mógł operować na rynku bilansującym, tym samym będzie mógł dokonywać zakupu i sprzedaży energii elektrycznej na hurtowym rynku energii. Podmiot ten będzie również mógł zafunkcjonować na rynku usług systemowych, oferując między innymi usługę wytwórczej rezerwy interwencyjnej. Rola użytkownika pojazdu jest zgoła odmienna użytkownik pojazdu co najwyżej dokonuje zakupu energii elektrycznej w imieniu i na rzecz operatora magazynów, co obrazowo rzecz przedstawiając, ogranicza się do podłączenia i odłączenia pojazdu do gniazda w punkcie ładowania/rozładowania. str. 5

Jak zostaną rozwiązane problemy legislacyjne z wdrożeniem proponowanego rozwiązania? Wdrożenie przedstawianego modelu rynku energii nie wymaga zmian przepisów prawa. Póki co (na gruncie obowiązującego prawa) zasobniki energii należy traktować jako źródła energii na wzór jednostek pompowo-szczytowych. Docelowo jednak magazyny energii należy potraktować w sposób szczególny, mianowicie ładowanie zasobnika energii nie powinno być obciążane kosztami dystrybucji. Takie rozwiązanie znalazło się już w prawie niemieckim. W prawie polskim wymagałoby to zmian w rozporządzeniu tzw. taryfowym. W załączonej prezentacji przedstawiłem i uzasadniłem nowy sposób rozliczania usługi dystrybucyjnej w procesach ładowania i rozładowania zasobników, również tych o charakterze stacjonarnym. Docelowo, ale już na poziomie ustaw, należałoby zmienić przepisy w zakresie rozliczania energii elektrycznej (i usługi dystrybucji) zużywanej do napędu pojazdów w zakresie obciążania tej energii kolorami, akcyzą, składnikiem jakościowym, opłatą paliwową. Wcześniej czy później trzeba będzie się z tymi problemami zmierzyć. Przykładowo, problem rozliczania tzw. podatku drogowego ukrytego dotychczas w paliwie został dostrzeżony już w Stanach Zjednoczonych. W niektórych stanach, np. Georgia, Kalifornia użytkownicy pojazdów elektrycznych obciążani są zryczałtowanym podatkiem drogowym w wysokości 200 dolarów/rok. Nigdzie na świecie nie ma modelu, który poradziłby sobie z doliczaniem podatku drogowego czy akcyzy do energii elektrycznej zużywanej do napędu pojazdu, tak jak doliczany jest ten podatek do paliw płynnych i który to model umożliwiałby dwukierunkową wymianę energii elektrycznej: z sieci do pojazdu i z pojazdu do sieci. Przedstawiany wzorcowy model rynku energii z tymi problemami sobie radzi. Sposób rozliczania kolorów, akcyzy, składnika jakościowego, opłaty paliwowej wpływa oczywiście na ekonomikę projektu. Obecnie w Polsce energia elektryczna obciążana jest stawką akcyzy 20 zł/mwh. Aby budżet państwa nie ucierpiał (przy rozwoju rynku pojazdów elektrycznych należy się liczyć ze spadkiem sprzedaży paliw płynnych), energia elektryczna zużywana do napędu pojazdu powinna być obciążona stawką akcyzy około 600 zł/mwh. Na ile przedstawiana koncepcja różni się od wprowadzonego niedawno przez firmę Tesla zasobnika Powerwall? Tesla buduje gigafabrykę, która będzie wytwarzała zasobniki energii. Zdolności produkcyjne fabryki będą dużo większe niż zapotrzebowanie na zasobniki energii na potrzeby produkcji przez Teslę samochodów elektrycznych. Niewątpliwie Tesla wolałaby, aby te zasobniki energii w większej ilości trafiały do samochodów. Coś z nimi musi zrobić. Myśli też już teraz, co zrobić z zasobnikami energii, które będą wymontowane z pojazdów elektrycznych, przecież ciągle będzie je cechował duży procent pierwotnej pojemności (ocenia się, że zasobnik powinien być wymieniony, gdy jego pojemność spadnie str. 6

do 80% pierwotnej pojemności znamionowej). Tesla jednak wie, że systemy elektroenergetyczne potrzebują magazynów energii. Podobnie już teraz myślą inni. Montaż zasobników energii od początku instalowanych jako stacjonarne przy obecnej cenach tych zasobników jest nieopłacalny. Problem opłacalności montażu zasobników leży jednak nie tylko w cenie zasobników. Bilansowanie lokalne lansowane obecnie na świecie, ograniczone tylko do jednej instalacji prosumenckiej wyposażonej w, np. źródło fotowoltaiczne nie ma sensu. Proszę sobie wyobrazić sytuację, w której przez kolejnych kilka dni słońce nie wychodzi zza chmur. Prawdopodobnie już w pierwszym dniu pochmurnym energia wcześniej zgromadzona w zasobniku, a pochodząca ze źródła fotowoltaicznego zostanie zużyta przez tego prosumenta. Przez kolejne następne pochmurne dni taki prosument, chcąc zaspokoić swoje potrzeby energetyczne, będzie musiał skorzystać z energii elektrycznej pochodzącej z systemu elektroenergetycznego. Jeśli dodatkowo założymy, że w tych pochmurnych dniach nie wieje wiatr, to cała energia elektryczna zużywana przez odbiorców musi pochodzić ze źródeł w pełni sterowalnych. Bilansowanie, w których uczestniczą zasobniki energii, musi mieć charakter globalny na poziomie całego systemu elektroenergetycznego coś na wzór JWCD. System z zasobnikami energii powinien umożliwiać ładowanie zasobników energią nawet wtedy, kiedy energia elektryczna potrzebna do naładowania zasobników miałaby w całości pochodzić ze źródeł konwencjonalnych. Energia z tych zasobników centralnie dysponowanych powinna być uwalniania w szczytach jej zapotrzebowania. W ten sposób dałoby się ograniczyć zapotrzebowanie na moc z elektrowni szczytowych. Oczywistym jest, że rozproszone zasobniki w tym samym czasie mogą uczestniczyć zarówno w bilansowaniu centralnym, jak i w bilansowaniu lokalnym (czy bilansowaniu obszarowym). Wymaga to tylko odpowiedniego sterowania odpalaniem tych rozproszonych zasobników energii. Przedstawiany model to umożliwia. Ale zasobniki energii centralnie dysponowane mogą nie tylko generować energię elektryczną, np. w szczytach jej zapotrzebowania, mogę również absorbować energię elektryczną, kiedy jest jej nadmiar w systemie elektroenergetycznym, a występuje on w systemach elektroenergetycznych mocno nasyconych elektrowniami wiatrowymi, w dolinie nocnej, kiedy mocno wieje wiatr. Problem z absorpcją energii już występuje w niektórych państwach (stąd np. ujemne ceny na energię elektryczną w Niemczech). Problem ten również dotknął już Polskę ze względu na przewidywane niezbilansowanie się systemu elektroenergetycznego zaprzestano wydawania warunków przyłączenia dla kolejnych elektrowni wiatrowych. Tylko centralne (systemowe) dysponowanie zasobnikami energii z problemem absorpcji energii może sobie poradzić. Sygnały cenowe skierowane do rozproszonych użytkowników zasobników energii tego problemu nie rozwiążą. str. 7

Reasumując: Mobilne zasobniki energii mogą pełnić te same funkcje co stacjonarne zasobniki energii. Ale te same mobilne zasobniki energii mogą pełnić jeszcze jedną funkcję mogą służyć do napędu pojazdu. Rozłożenie kosztów od zasobnika energii, przetwornika AC/DC/AC, stacji ładowania/rozładowania z jednej strony na użytkownika pojazdu, z drugiej strony na system elektroenergetyczny (w konsekwencji na odbiorców przyłączonych do systemu elektroenergetycznego) sprawia, że korzystanie z mobilnych zasobników energii i świadczenie usług na rzecz systemu energetycznego może być zajęciem opłacalnym. Opłacalnym może stać się również zakup samochodu elektrycznego czy hybrydowego do celów jezdnych. Zapraszam do zapoznania się z prezentacją. i i Aby zapoznać się z prezentacją należy pobrać Mobilne magazyny energii w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym - model rynku energii. Prezentacja jest w PowerPoint w formacie.ppsx i zajmuje około 404 MB pamięci. Marek Miśkiewicz mgr inż. elektryk Politechnika Wrocławska 1986; studia podyplomowe: Zarządzanie systemami przemysłowyni, Controlling i rachunek kosztów, Prawo cywilne i gospodarcze; posiada uprawnienia budowlane w specjalności instalacyjnej w zakresie sieci, instalacji i urządzeń elektrycznych do projektowania i kierowania robotami budowlanymi bez ograniczeń, posiada uprawnienia do zasiadania w radach nadzorczych i zarządach spółek Skarbu Państwa; 15 lat pracy w energetyce zawodowej; obecnie pełni funkcję dyrektora w Urzędzie Regulacji Energetyki; autor opracowań (nie wszystkie publikowane): Zasobniki energii w mobilno-stacjonarnym i w mobilnym systemie elektroenergetycznym ekonomika synergii na przykładzie Polski, Zasobniki energii w mobilno-stacjonarnych i w mobilnych systemach elektroenergetycznych modele biznesowe, Sankcjonowanie prawa dostępu do sieci elektroenergetycznej jako waloru zbywalnego i jego wpływ na zintegrowane planowanie zasobów w energetyce, TPA w systemach ciepłowniczych, Standard rachunkowości regulacyjnej - rozliczenie zwrotu z kapitału w działalności regulowanej, Obliczanie energii elektrycznej z OZE w układzie hybrydowym; autor międzynarodowego zgłoszenia patentowego układ pomiarowy energii elektrycznej dla mobilnego systemu elektroenergetycznego. Kontakt: marek.miskiewicz2007@gmail.com str. 8