Dotychczas tj. do końca roku 2020 r. zainteresowanie magazynami energii dla prosumentów czy firm było niewielkie, przede wszystkim z uwagi na znaczne nakłady inwestycyjne na nabycie magazynów energii.
Wprowadzenie od 1 stycznia 2021 r. nowego składnika kosztów dystrybucji tzw. „Opłaty mocowej” spowodowało znaczne zwiększenie zainteresowania magazynowaniem energii i poprawiło efektywność inwestycji z udziałem tego elementu instalacji OZE.
Co to jest ta opłata mocowa i z czego ona wynika – otóż opłata mocowa wynika z tzw. Rynku Mocy który został usankcjonowany „Ustawą z dnia 8 grudnia 2017 r. o rynku mocy”, najlepiej jej istotę wyjaśnił Prezes URE cytat „– Wysokość opłaty mocowej odzwierciedla wprost płatności dla dostawców mocy, które wynikają z aukcji rynku mocy. Środki pozyskane z tej opłaty przeznaczone będą na budowę nowych, modernizację i utrzymanie istniejących jednostek wytwórczych. Celem jest wzmocnienie bezpieczeństwa dostaw energii elektrycznej i zmniejszenie ryzyka tzw. blackoutu – komentuje Rafał Gawin, prezes URE”.
Natomiast czy dla konsumentów energii i szeroko rozumianego „Energetycznego Dobra Wspólnego rozumianego jako niedyskryminowany dostęp do energii elektrycznej po najniższych kosztach” opłata mocowa z pewnością ma inne uzasadnienie.
Ustawodawca koszty opłaty mocowej podzielił inaczej dla odbiorców grupy G przysłowiowego Kowalskiego, a inaczej dla firm czyli odbiorców z grup taryfowych C, B, A.
Opłata mocowa dla odbiorców grupy taryfowej G11 – pobierana będzie ryczałtowo tj. w okresach miesięcznych w zależności o zużycie energii elektrycznej dla całego roku kalendarzowego i wyniesie;
Opłata mocowa dla pozostałych konsumentów energii elektrycznej tj. firm – grup taryfowych C, B, A – wyniesie 0,0762 zł. za 1 kWh co daje 76,2 zł. za 1 MWh dla każdej zużytej jednostki energii pobranej w dni robocze (bez dni ustawowo wolnych od pracy) w godzinach o 7:00 do 21:59
W rozważaniach i analizach dotyczących Magazynów Energii skupimy się w przeważającej mierze na aspektach opłacalności magazynów energii jako elementu infrastruktury energetycznej służącej zmniejszeniu kosztów energii dla firm lub zarabiania na jej przechowywaniu i odsprzedawaniu do sieci.
W niniejszym artykule omówimy następujące zagadnienia;
Ad 1) Rodzaje magazynów energii i główne ich charakterystyki
W szeroko rozumianej branży energii elektrycznej magazynowanie energii może następować przy użyciu następujących technologii, które należy traktować jako swoiste magazyny energii;
– elektrownie szczytowo-pompowe – w Polsce największa to Żarnowiec
– superkondesatory
– baterie przepływowe, litowo-jonowe, kwasowo-ołowiowe
– nadprzewodnikowe zasobniki energii
– magazyny sprężonego powietrza
– wodór i syntetyczny metan
– technologie spalania żelaza (tak to nie pomyła – wdrażane są już przemysłowo)
– inne technologie wykorzystujące energię kinetyczną czy cieplną
W naszych analizach skupimy się na najbardziej nas interesujących rodzajach magazynów energii, a mianowicie na bateryjnych magazynach energii;
Baterie – litowo-jonowe charakteryzują się wysoką mocą wejściową w stosunku do pojemności i zdecydowanie wyższą ceną niż baterie kwasowo-ołowiowe
Baterie kwasowo-ołowiowe charakteryzują się niską mocą wejściową w stosunku do pojemności i niższą zdecydowanie ceną w stosunku do baterii litowo-jonowych
Dlaczego skupimy się wyłącznie na tych dwóch rodzajach magazynów energii ? Nasza uwaga dotycząca tych dwóch różnych technologii magazynowania energii wynika z dwóch głównych cech magazynów energii, które nas najbardziej interesują, a mianowicie
– maksymalnej mocy ładowania – wyrażonej w np. w kW
– maksymalnej pojemności – wyrażonej w kWh
– koszt jednostkowy za 1 jednostkę pojemności – wyrażonego w PLN/USD za 1 kWh pojemności
Jako przykład niech posłuży najnowsze rozwiązania dotyczące współpracy tych dwóch różnych technologii w Polsce, które zostało zastosowane w hybrydowym magazynie energii Bystra w 2020 r. W niniejszym projekcie uczestniczyli : Japońska organizacja rządowa NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization) wraz z partnerami – Hitachi, Ltd., Showa Denko Materials Co. Ltd. (“Showa Denko Materials”) oraz Sumitomo Mitsui Banking Corporation (SMBC). Projekt ten jest wspierany przez Ministerstwo Klimatu i Środowiska RP i realizowany we współpracy z Polskimi Sieciami Elektroenergetycznymi S.A. (PSE), Energą Operator S.A. (EOP) oraz Energą OZE S.A. (EOZE).
Na hybrydowy magazyn Bystra BESS składają się;
Ad) 2 Prosument – magazyny energii dedykowane prosumentom – magazyny o mocy do 10 kWh
W naszych rozważaniach skupimy się na systemach magazynowania energii pochodzącej z instalacji fotowoltaich dedykowanych prosumentom indywidualnym oraz firmom. W przypadku prosumentów systemy magazynowania energii magazynują energie w okresie kiedy produkcja przewyższa zużycie i oddają energię kiedy nie ma produkcji z systemu fotowoltaicznego lub zużycie jest większe niż produkcja.
Prosumenci czyli zazwyczaj gospodarstwa domowe mogą magazynować energię w dwóch rodzajach instalacji;
Z uwagi na atrakcyjny obecnie tj. 2021 r. system opustów dla prosumentów trudno będzie znaleźć taką formułę funkcjonowania magazynu energii (pomimo wprowadzenia opłaty mocowej dla gospodarstw domowych (grupy G11) aby inwestycja była opłacalna z ekonomicznego punktu widzenia jeżeli instalacja PV będzie właściwie dobrana.
Inną kwestią jest zabezpieczenie źródła energii w przypadku wyłączenia dostaw energii dla instalacji on-grid. Jest to indywidualna decyzja właściciela instalacji.
Ad 3) Firma – magazyny energii dedykowane dla firm – magazyny o pojemności od 100 kWh do 5 MWh
Magazyny energii dedykowane rozwiązaniom przemysłowym muszą charakteryzować się przed wszystkim;
Według przeprowadzonych badań dotyczących różnych parametrów użytkowych magazynów energii ustalono, że najbardziej optymalne finansowo są takie magazyny energii w których proces rozładowaniu przy pełnej mocy trwa 4 godziny.
Ad 4) Funkcje magazynu energii w firmach produkcyjnych
W rozważaniach dotyczących magazynów energii dla firm, przeanalizujemy przypadek gdzie firma posiada własne źródło energii, a źródłem tym jest fotowoltaika, podłączona „za licznikiem” tzw. podłączenie on-site. Innym ważnym założeniem jakie przyjmujemy jest założenie iż instalacja fotowoltaiczna wytwarza energię na poziomie 30 % rocznego zużycia energii elektrycznej firmy.
Jaką funkcje powinien spełniać magazyn energii elektrycznej w firmie ? Odpowiedź wydaje się oczywista, na pewno nie ma za zadania wypłaszczania krajowej krzywej zużycia chociaż będzie to czynić po wprowadzeniu opłaty mocowej od 1.01.2021 r. w wysokości 76,2 PLN za 1 MWh.
Magazyn energii w firmie zużywającej energię elektryczna ma za zadanie optymalizować proces produkcji, zużycia i magazynowania energii elektrycznej – obniżać koszty.
Podfunkcją głównej funkcji magazynu energii związanej z obniżaniem kosztów zarządzania energią elektryczną w firmie jest dopasowanie profilu produkcji i dostarczania energii elektrycznej produkowanej z własnej instalacji fotowoltaicznej do profilu własnego zużycia.
Dwa aspekty dopasowania dostarczania i zużycia energii elektrycznej w firmie;
Dopasowanie mocy magazynu energii związane z profilem miesięcznym produkcji i zużycia przedstawia poniższy wykres, który pokazuje duże dysproporcja pomiędzy poszczególnymi miesiącami roku. W omawianym przypadku produkcja z instalacji fotowoltaicznej pokrywa zużycie miesięczne firmy w następujących proporcjach;
– styczeń produkcja z PV pokrywa 8,2 % zużycia miesiąca
– czerwiec produkcja z PV pokrywa 50,4 % zużycia miesiąca
Innego rodzaju problem jaki musi rozwiązać magazyn energii to dopasowanie produkcji z PV w danej godzinie danego miesiąca do zużycia godzinowego w danym miesiącu.
Ad 5) Modele biznesowe dla firm tworzone na bazie magazynów energii
Optymalizacja procesu zarządzania energią rozumiana jako obniżanie kosztów produkcji, zużycia i magazynowania wymusza tworzenie takich koncepcji biznesowych z wykorzystaniem magazynu energii, które generują zyski.
Firma, która posiada własne źródło wytwórcze w postaci instalacji fotowoltaicznej oraz magazyn energii może budować modele biznesowe wychodząc z założenia iż;
– magazynowana powinna być maksymalna ilość energii wytworzonej z instalacji PV, a nie zużytej bezpośrednio na potrzeby własne
– zmagazynowana energii powinna być zużywana w dniach roboczych, w godzinach obowiązywania ustawy mocowej
Według obliczeń autorów niniejszego artykułu opieraniu koncepcji biznesowych na zasadzie tzw. gry na RDN (Rynek Dnia Następnego) Towarowej Giełdy Energii nie jest koncepcja opłacalną gdyż różnica pomiędzy notowaniami godziny – min. poza szczyt, a max. szczyt wynosi około 100 zł za 1 MWh, natomiast magazynując energię w naszym magazynie energii z sieci musimy zapłacić zmienne koszty dystrybucji plus ewentualną opłatę mocową 76,2 zł za 1 MWh. Tak więc spekulacja na RDN na pewno nie będzie koncepcją opłacalną.
Kierują się powyżej przedstawionymi założeniami powstają następujące koncepcje;
ad 6) Mapowanie produkcji (z instalacji fotowoltaicznej) i zużycia
Co to jest mapowanie produkcji energii z fotowoltaiki i zużycia produkcyjnego ?
Mapowanie produkcji i zużycia jest to proces polegający na obliczeniu ilości energii wytworzonej w danej godzinie doby np. godzinie 8-00 do 9-00 dla miesiąca kwietnia oraz dla pozostałych godzin doby i pozostałych miesięcy roku i nałożenie niniejszych wielkości na zużycie w takich samych przedziałach godzinowo – miesięcznych.
Co jest wynikiem mapowania produkcji i zużycia energii
Wynikiem procesu mapowania otrzymujemy dane o ilości energii w poszczególnych godzinach doby, która jest;
– niezużyta (nadwyżka energii) w danej godzinie doby i która będzie podlega magazynowaniu lub sprzedaży (za pośrednictwem sieci OSD)
– potrzebna (niedobór energii), który musi zostać pokryty poprzez zakup energii za pośrednictwem sieci OSD lub pokryta z magazynu energii
Poniżej przedstawimy jak wygląda mapowanie godzinowe na podstawie stycznia i czerwca biorąc pod uwagę wcześniej przyjęte założenie, iż instalacja fotowoltaiczna firmy pokrywa 30 % rocznego zużycia energii elektrycznej.
Dla 1 zmiany produkcyjnej w godzinach – 8-00 do 16-00 bez dni wolnych od pracy (sobót, niedziel i świąt)
Dla 2 zmiany produkcyjnych w godzinach – 8-00 do 24-00 bez dni wolnych od pracy (sobót, niedziel i świąt)
Dla 3 zmiany produkcyjnej po 8 godzin – 24 godziny w dobie bez dni wolnych od pracy (sobót, niedziel i świąt)
Ad 7) Dobór mocy magazynów energii – kalkulator mocy
Dobór właściwego magazynu energii może zostać dokonany po przeprowadzeniu poniżej podanych czynności planistycznych i analitycznych.
Planując zużycie energii elektrycznej musimy brać pod uwagę okres co najmniej 5 lat i dla takiego horyzontu czasowego powinniśmy planować zużycie w okresach rocznych.
Jeżeli mamy do rozważenia 1 wariant doboru magazynu to możemy uczynić to „na papierze”, ale jeżeli chcemy przeprowadzić analizę kilku wariantów magazynów z kilkoma scenariuszami zużycia to powinniśmy posiłkować się kalkulatorem doboru mocy przeliczającym automatycznie nasze opcje. Firma nasza wychodząc naprzeciwko potrzebom rynku opracowała takie narzędzie o nazwie „ Kalkulator mocy – Energy Storage”
ad 8) Farmy fotowoltaiczne – instalacje off-side – magazyny energii
Koncepcje biznesowe dla farm fotowoltaicznych sprzedających energię na wolnym rynku w powiązaniu z magazynami energii bazują na założeniu, iż energia sprzedawana jest wg. stawek godzinowych Rynku Dnia Następnego (RDN) na Towarowej Giełdzie Energii. Możliwość uzyskania dodatkowych zysków przy tego typu koncepcji biznesowej polega na wykorzystaniu magazynów energii w następujących przypadkach;
ad 9) Instalacje hybrydowe – aukcje OZE 2021
W systemie aukcyjnym 2021 znajdziemy opcję dla instalacji fotowoltaicznych, biogazowni i magazynów energii nazywanych instalacjami hybrydowymi. Z uwagi na niewielką ilość energii planowanej do zakupu w aukcji 2021 wykorzystanie niniejszej koncepcji w rozwoju systemów hybrydowych OZE na razie będzie niewielkie.
Poruszana powyżej tematyka magazynowania energii dla klientów biznesowych i prosumentów omawiana będzie na szkoleniu „Magazyny energii dla fotowoltaiki”. Na szkoleniu skupiać się będziemy na opłacalności instalacji fotowoltaicznej współpracującej z magazynami energii – poniżej szczegółowy program szkolenia i formularz zgłoszeniowy.
