Zwrot inwestycji w magazyn energii to obecnie wyzwanie

O wpływie zastosowania magazynów energii na wyrównanie profilu przepływu energii między prosumentem a siecią zewnętrzną oraz o zasadności inwestycji w domowe magazyny energii w rozmowie z Gramwzielone.pl opowiada dr hab. inż. Piotr Olczak z Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN.

Barbara Blaczkowska, Gramwzielone.pl: Przeprowadził Pan badanie dotyczące wpływu zastosowania magazynów energii elektrycznej na wyrównanie profilu przepływu energii na linii: gospodarstwo domowe (prosument) – zewnętrzna sieć elektroenergetyczna. Jakie podstawowe wnioski wyniknęły z tej analizy?

Piotr Olczak: Zastosowanie stosunkowo małego magazynu energii elektrycznej o pojemności poniżej 6 kWh tylko w szczególnych przypadkach wpływa na ograniczenie nadwyżek energii wysyłanych do sieci w okresie ich największej intensyfikacji. Ogranicza on natomiast wieczorny pobór energii. Maksymalne nadwyżki nie są ograniczane, ponieważ taki magazyn może zostać naładowany np. w dwie godziny podczas występowania nadwyżek energii z PV nad bieżącą konsumpcją energii przed południem. W takim przypadku, gdy wystąpią maksymalne wartości produkcji energii z PV (np. między godziną 12 a 14), magazyn jest pełny.

REKLAMA

Zastosowanie magazynu o większej pojemności często nie sprawdza się w tym aspekcie, ponieważ przez okres wieczorny i nocny nie zostanie on odpowiednio rozładowany.

Jak się okazało, są różnice w korzyściach uzyskiwanych z magazynu energii przy wdrożeniu strategii ładowania urządzenia i bez stosowania takiej strategii. Jak duże są to rozbieżności?

Wprowadzenie strategii ładowania może spowodować co najmniej dwa pozytywne aspekty. Pierwszym z nich jest ograniczenie nadwyżek energii wysyłanych do sieci w okresie maksymalnej produkcji energii. Drugim jest ograniczenie ładowania magazynów energii w godz. 7-10, czyli podczas porannego szczytu poboru energii przy występowaniu pierwszych nadwyżek energii z PV. Wtedy w skali Krajowego Systemu Elektroenergetycznego występuje potrzeba zwiększonej generacji energii, w tym generacji energii w elektrowniach szczytowo-pompowych.

Natomiast minusem stosowania strategii ładowania jest ograniczenie wykorzystania magazynu energii w skali rocznej, co przedkłada się na ekonomię stosowania magazynu. Odnosząc się do rozbieżności w przypadku stosowania magazynu energii ze strategią ładowania lub bez takiej strategii – różnice mogą sięgać w danym dniu kilku kilowatogodzin energii dostarczonej do magazynu energii w momencie największej produkcji energii z paneli PV.

Czy zatem magazyny energii współpracujące z mikroinstalacjami sprawdzają się jako urządzenia stabilizujące sieć elektroenergetyczną?

Jako centralnie zarządzane – tak. Jednak na razie takich rozwiązań nie ma.

Czy coraz większa liczba instalacji PV zwiększyła popularność magazynów energii?

Popularność zastosowania magazynów energii rośnie od czasu zmiany systemu rozliczania energii z mikroinstalacji PV. Dodatkowo znaczenie dla ich popularności ma wzrost współczynnika autokonsumpcji energii produkowanej w instalacji PV.

Magazynowanie energii oprócz korzyści dla prosumentów może też wpłynąć na dalszy rozwój fotowoltaiki – dlaczego? Jakie bariery zlikwiduje?

Magazynowanie energii zwiększa tzw. pojemność sieci w zakresie możliwości pracy PV w sieci elektroenergetycznej. Jednak, jak wcześniej nadmieniłem, bez centralnego zarządzania lub strategii ładowania wpływ magazynowania energii na zmniejszenie najwyższych wartości nadwyżek energii z PV nie jest obecnie duży.

REKLAMA

Czy prosumencki magazyn energii to w Polsce inwestycja opłacalna, jeśli wziąć pod uwagę całościowy jej koszt (urządzenie, montaż, serwis itd.) przy oferowanej sprawności i liczbie cykli, ale także w ramach dostępnych zasad rozliczeń?

W systemie net-meteringu, czyli już niedostępnym dla nowych mikroinstalacji PV, jest to opłacalne tylko w przypadku pracy w mikrosieci z wieloma wyłączeniami inwerterów w skali dobowej. W nowym systemie net-billingu to zależy od aktualnych i przyszłych cen. Obecnie osiągnięcie czasu zwrotu dla magazynu energii niższego od przewidywanego czasu żywotności magazynu energii stanowi wyzwanie.

Czy wahania ilości energii przepływającej pomiędzy wewnętrzną instalacją elektryczną obejmującą mikroinstalację fotowoltaiczną do/z zewnętrznej sieci to duży problem w polskim systemie elektroenergetycznym?

W Polsce średnia moc mikroinstalacji fotowoltaicznych przekracza 7 kWp. W skali takiej instalacji maksymalne różnice w godzinowym przepływie energii w ciągu jednego dnia mogą sięgać ponad 9 kWh: najwyższa wartość nadwyżki energii wysyłanej do sieci może sięgać 7 kWh, a w godzinach wieczornych maksymalna ilość energii pobranej w ciągu godziny może przekroczyć 2 kWh. Te wartości dotyczą domów nieogrzewanych za pomocą energii elektrycznej.

Przedstawione różnice odpowiadają za potencjalne problemy sieciowe w skali mikrosieci. Następnie biorąc pod uwagę ponad 1,3 mln instalacji prosumenckich problem się multiplikuje na skalę krajową. Multiplikacja nie następuje wprost, ponieważ mikroinstalacje różnią się od siebie także ustawieniami kątowymi paneli PV, różną konsumpcją energii w domach, wpływającą na stopień autokonsumpcji energii wyprodukowanej w instalacji PV, warunkami pogodowymi (w tym chwilowym zachmurzeniem). Także występowanie maksymalnej wartości energii pobranej w mikroinstalacjach nie występuje jednocześnie we wszystkich gospodarstwach domowych, tylko rozkłada się na wiele godzin wieczornych.

W jaki sposób wahania te można obniżyć – poza wdrożeniem magazynu energii (sterowaniem pracą sprzętów AGD, wdrożeniem systemu Vehicle to Grid)?

Ustawianie pracy urządzeń domowych, jak zmywarka czy pralka, jest jak najbardziej wskazane i doradzam to wszystkim gospodarstwom domowym, aby zwiększać poziom autokonsumpcji energii. Doradzam to także tym, którzy nie mają własnej instalacji PV, ponieważ przyczyniają się także do większego udziału energii z PV. Niemniej jednak przy mocy instalacji 7 kWp i produkcji w letni słoneczny dzień na poziomie ponad 30 kWh przesunięcie konsumpcji energii w ilościach 1-2 kWh jest ważne, ale nie ma dużego znaczenia dla nadwyżek energii z PV.

Ładowanie pojazdów elektrycznych jest dobrym rozwiązaniem, trudnym jednak w zastosowaniu dla domów jednorodzinnych: samochody elektryczne obecnie są najczęściej kupowane przez osoby aktywnie z nich korzystające (codziennie gdzieś dojeżdżające), więc jedynie pracując w systemie zmianowym, można taki pojazd ładować w godzinach dziennych. Jeszcze trudniej jest uzależniać ładowanie pojazdów elektrycznych od względów pogodowych, chyba że jest możliwość pracy zdalnej np. tylko w słoneczne dni…

W zakresie V2G prowadzone są projekty wykorzystania magazynu energii z samochodów elektrycznych. Niemniej jednak żywotność baterii w samochodach z napędem elektrycznym jest jednym z głównych ograniczeń korzystania z tego typu pojazdów, dlatego wykorzystanie ich baterii na inne cele nie zawsze jest racjonalne. Pod względem ekonomicznym warto porównać efekty używania energii z paneli PV (różnice wartości pieniężnej energii w różnych porach, w tym traconej energii) w przeliczeniu na 1 kWh do kosztów amortyzacji baterii w samochodzie przeliczonej na 1 kWh w jednym cyklu ładowania i rozładowania.

Dodatkowymi ograniczeniami w takim modelu pracy jest konieczność ładowania pojazdu w dzień, a także ryzyko rozładowania baterii w samochodzie, gdy będzie potrzebny do nieplanowanej wcześniej podróży (np. nad ranem). Nie twierdzę jednak, że nie jest to przyszłość dla zastosowań domowych, ale obecnie dostrzegane korzyści mogą przekraczać koszty.

Z wynikami badań dotyczących magazynowania energii elektrycznej w prosumenckich mikroinstalacjach fotowoltaicznych można się zapoznać w publikacji pod tym linkiem.