Dlaczego sieci elektroenergetyczne będą tak ważne w Nowym Świecie Energii?

Sposób, w jaki wytwarzamy i zużywamy energię, szybko ewoluuje, co zaburza tradycyjne modele zarządzania i dystrybucji energii elektrycznej.

Te gwałtowne zmiany stymulowane są poprzez naciski polityczne, konsumenckie i ekonomicznie w celu zmniejszenia zanieczyszczenia powietrza w miastach oraz zajęcia się zmianiami klimatu. Ponadto dochodzi do znacznego spadku kosztów energii odnawialnej i magazynowania. Klienci sektora użyteczności społecznej coraz częściej korzystają z pojazdów elektrycznych (EV), elektrycznego ogrzewania i inteligentnych technologii. W wyniku szybkiego przyjęcia tych nowych technologii rośnie potrzeba ponownego przemyślenia sposobu działania naszych sieci elektrycznych i kompensacji nowych technologii.

Oczekiwany wzrost energii odnawialnej Według modelu Bloomberg New Energy Finance (BNEF) ponad połowa energii elektrycznej z sieci dla dużych gospodarek europejskich, w tym Wielkiej Brytanii i Niemiec, będzie do 2030 roku pochodzić z odnawialnych źródeł. Po stronie popytu zbliża się równie znacząca zmiana, ponieważ konsumenci wdrażają nowe technologie i stają się aktywnymi uczestnikami bilansowania dostaw energii elektrycznej.

Znaczenie sieci elektroenergetycznej dla transportu energii W odpowiedzi na te zmiany istnieje realne ryzyko, że zakłady energetyczne stracą przychody, a nawet klientów, przez panele fotowoltaiczne na dachu i inne rozproszone zasoby energii (DER). Jeśli nic sie nie zmieni, sieć może działać tylko jako okazjonalne zabezpieczenie dla wielu wcześniejszych płatników jak przewiduje raport Accenture. Sieci będące podmiotami regulowanymi słusznie obawiają się tych zmian i możliwości, że ich wartość w przyszłości spadnie. Jeśli jednak przedsiębiorstwa użyteczności publicznej dostosują się do zmian, stanie się odwrotnie: sieci elektroenergetyczne będą potrzebne bardziej niż kiedykolwiek dla

zapewnienia, że energia elektryczna dostarczana i odbierana z wielu źródeł jest dobrze zarządzana. Jesteśmy zależni od wydajnego i niezawodnego spodobu dostawy energii elektrycznej. W związku z łatwym przenoszeniem elektronów przez przewody, sieci pomagają zapewnić niezawodną energię elektryczną. Pozwalają one również na szybkie i efektywne wykorzystanie rozproszonych zasobów i nowych możliwości w zakresie bilansowania. Sieci elektroenergetyczne pomogą zaspokoić popyt z nowych źródeł, takich jak pojazdy elektryczne. W rzeczywistości sieci elektroenergetyczne pomogą rozwiązać jedno z głównych wyzwań związanych z rozwojem energii odnawialnej: zmienność energii słonecznej, wiatrowej i innych źródeł. Źródła te nie zawsze dają elektrony, gdy są najbardziej potrzebne i czasami produkują za dużo energii, gdy nie ma takiej potrzeby. Według BNEF przejście do nowego świata energii będzie szybsze i tańsze, jeśli elastyczne technologie staną się podstawą sieci. Zamiast inwestować w drogie modernizacje sieci i nową generację zapasowych źródeł, system musi zachęcić do wszelkich form elastyczności, aby mógł wyrównać wzrosty i spadki popytu i podaży w krótkich okresach czasu. Jednak, aby stworzyć ten nowy sytem, potrzebne są istotne zmiany. Organy regulacyjne, z pomocą mediów, muszą przyjąć nowe modele regulacyjne. A sieci muszą przyjąć nowe modele biznesowe. Sieci elektroenergetyczne odegrają znaczącą rolę w tym nowym świecie energii. Staną się rdzeniem łączącym wszystko w całość, poruszając elektronami w obie strony – z sieci do klienta i od klienta do sieci – w celu maksymalizacji wartości aktywów sieciowych i utrzymania energii bezpiecznej i niezawodnej. Generacja będzie pochodziła od wielu rozproszonych źródeł energii, ale firmy przesyłowe i dystrybucyjne będą odgrywać kluczową rolę w łączeniu generacji z zapotrzebowaniem.

Elastyczność obciążenia wykracza poza zapotrzebowanie Firmy przesyłowe i dystrybucyjne będą musiały przyjąć elastyczność obciążenia, która jest formą odpowiedzi na zapotrzebowanie, i która wykorzystuje kontrolę zużycia energii elektrycznej w czasie rzeczywistym, czasami ze zwykłymi urządzeniami gospodarstwa domowego, takimi jak inteligentne termostaty i podgrzewacze wody. Elastyczność obciążenia jest pomocna, ponieważ może szybko obniżyć zapotrzebowanie na zrównoważenie sieci. Elastyczność obciążnenia może zwiększyć to, co już zapewnia odpowiedź na zapotrzebowanie, tworząc wyższe wartości przy niższych kosztach. Może zapewnić regulację częstotliwości, przepustowość na poziomie dystrybucji i inne usługi sieciowe. Jest w stanie pomóc sieci w sposób ukierunkowany geograficznie i obniżyć popyt, aby uniknąć konieczności budowy nowej infrastruktury. Ponieważ elektrownie nie działają tak często, gdy w grę wchodzi elastyczność obciążenia, pomaga to również ograniczyć zużycie paliw kopalnych i stanowi ogromna szansę na dekarbonizację.

Opcje elastyczności obciążenia będą się wahać – od lepszej reakcji po stronie popytu, poprzez magazynowanie energii, po inteligentne urządzania i lepszy handel za pośrednictwem wzajemnych połączeń. Reakcja popytowa jest od wielu lat najczęstszą formą elastyczności obciążenia na niektórych rynkach. W ramach tego programu zachęca się dużych odbiorców energii do zmniej

szenia zapotrzebowania w okresach szczytu. Można tego dokonać poprzez generowanie na miejscu (czasem za pomocą generatorów diesla) lub zmniejszenie zużycia poprzez odcięcie dużych obciążeń elektrycznych. W przyszłości, zamiast skupiać się na szczytowym zapotrzebowaniu, odbiorcy energii elektrycznej mogą korzystać z lokalnego akumulatora do przechowywania taniej energii odnawialnej, gdy jest jej zbyt dużo i oddawać ją z powrotem do sieci, gdy potrzebna jest energia elektryczna. Akumulatory do przechowywania energii mogą szybko przełączać się pomiędzy ładowaniem i rozładowywaniem i w związku z tym, mogą szybko odpowiadać na różne zapotrzebowania. Mogą one pomóc w reagowaniu na zmiany częstotliwości zgodnie z przepisami dotyczącymi rezerwy pierwotnej. Krótkoterminowe przesunięcie obciążenia jest inną opcją; wyrównuje zmienność godzinową i dzienną energii odnawialnej. Jest to szczególnie pomocne w zmniejszaniu ograniczenia energii odnawialnej, gdy w systemie jest jej za dużo. Inteligentne urządzenia, takie jak podgrzewacze wody mogą również zapewnić elastyczność. Na przykład, kontrolowanie oporności elektrycznej podgrzewania wody może dostarczyć usługi sieciowe podobne do tych zapewnianych przez akumulatory. Programy podgrzewania wody połączone z siecią są już dostępne w wielu regionach USA, ponieważ są one w stanie pomóc w integracji energii odnawialnej. W miarę pojawiania się coraz większej ilości pojazdów elektrycznych na rynku, ich akumulatory mogą być również używane jako elastyczne ładunki za pomocą “inteligentych ładowarek”, które zmieniają szybkość ładowadania pojazdów elektrycznych w zależności od potrzeb systemu. Ładowanie może być już traktowane priorytetowo poza godzinami szczytu. W przyszłości moglibyśmy również ładować więcej, gdy produkcja energii odnawialnej jest nadmierna, zmniejszając w ten sposób ograniczenie tych czystych źródeł energii i zwiększając ich wartość. Pojazdy elektryczne zostaną nawet wezwane do uwolnienia energii z powrotem do sieci w tak zwanych połączeniach pojazdu z siecią, działając w ten sposób jak systemy przechowywania energii. To z kolei obniży koszty pojazdów elektrycznych, przyczyniając się do przyspieszenia wzrostu rynku i ogólnego zmniejszenia zużycia paliw kopalnych. Aby tak się stało, organy regulacyjne i przedsiębiorstwa użyteczności publicznej muszą zapewnić bardziej przejrzysty system motywujący i miejsca do ładowania pojazdów elektrycznych niezależnie od tego, gdzie znajduje się na sieci. Połącznia międzysystemowe lub kable transgraniczne łączące różne rynki energii elektrycznej i kraje są kolejnym ważnym źródłem elastyczności. Jeden operator systemu może importować lub eksportować energię do innego. Jest to szczególnie pomocne, jeśli różne systemy mają różne okresy szczytowego zapotrzebowania. Na przykład wietrzna pogoda na jednym rynku może pozwolić innemu rynkowi na importowanie nadwyżki energii wiatru. Wieczorne zapotrzebowanie szczytowe w jednym regionie może zostać zaspokojone z nadwyżką z regionu o różnych profilach zapotrzebowania. Taka elastyczność obciążenia może być sezonowa, dzienna lub godzinowa. Dobry przykład takich praktyk można zaobserwować w krajach nordyckich, gdzie energia odnawialana jest łatwo dzielona między regiony i kraje Europy Północnej.

Rola prosumentów energetycznych Prosumenci, odbiorcy energii, którzy wytwarzają energię, mogą również przyczynić się do zwiększenia elastyczności obciążenia. Zazwyczaj wyposażając się w fotowoltaikę sło

neczną, energię geotermalną lub naziemną pompę ciepła, a także akumulatory i pojazdy elektryczne. W badaniu “Tipping Point” z listopada 2017 r., BNEF przewidział, że pojemność małej energii słonecznej pochodzącej od takich prosumentów zwiększy się czterokronie w Europie w ciągu najbliższych 30 lat, wraz ze zwiększeniem możliwości magazynowania energii w małych akumulatorach. Prosumenci nie tylko stanowią prywatne źródło inwestycji w infrastrukturę, ale mogą również zapewnić elastyczność poprzez magazynowanie energii odnawialnej w celu jej uwolnienia w okresach szczytowych. Podobnie jak pojazdy elektryczne, to źródło elastyczności będzie silniejsze, gdy przepisy rynkowe w zakresie regulacji i użyteczności publicznej zostaną doprecyzowane, aby umożliwić uczestnictwo w najbardziej opłacalnych opcjach. Wraz ze wzrostem liczby prosumentów sieć będzie musiała stać się inteligentniejsza, tak, aby ułatwić zarządzanie i równoważenie wytwarzania, magazynowania i zużycia z dwukierunkowym przepływem energii elektrycznej. Inteligentne wyłączniki automatyczne to technologia, która pomoże przyspieszyć rozwój inteligentnych sieci. Pozwala ona włączanie i wyłączanie większych obciążeń – takich jak pojazdy elektryczne i pompy ciepła – tak, aby przedsiębiorstwa energetyczne mogły zarządzać ograniczeniami lokalnego systemu. Wysiłki Good Energy, zielonego dostawcy energii elektrycznej w Wielkiej Brytanii, pokazują zalety elastyczności. Firma dostarcza swoim klientom wyłącznie energię odnawialną. Kontraktuje z ponad 1400 operatorami energii odnawialnej i równoważy popyt ze strony generatorów, wykorzystując różne krzywe produkcji energii słonecznej, wiatrowej i wodnej. Na przykład, gdy energia słoneczna zaczyna się zmniejszać pod koniec dnia, można wykorzystać energię wiatru.

Istotna potrzeba zmian regulacyjnych Aby maksymalnie wykorzystać czystą energię i elastyczność, przedsiębiorstwa użyteczności publicznej i organy regulacyjne muszą wprowadzić ważne zmiany regulacyjne. Na wielu rynkach, takich jak Wielka Brytania, Francja i Niemcy, uzasadnienie biznesowe dla tych nowych źródeł elastyczności nie jest jasne. Natomiast rynek skandynawski (Nord Pool) ma system, który zachęca do innowacji, a te wciąż ewoluują. W Finladnii inteligentne liczniki są powszechne. W Norwegii, gdzie wzrost ilości pojazdów elektrycznych jest szybki, w 2020r. zostaną wprowadzone nowe „taryfy szczytowe”, które zmotywują klientów do przyjmowania inteligentnych opłat w celu zoptymalizowania czasu ładowania w zależności od podaży. Wszystkie obszary potrzebują otwartych i przejrzystych rynków, aby wyeliminować niepewność oraz zachęcić do elastyczności, innowacji i inwestycji prywatnych. Takie środki pozwalają wszystkim dzielić się korzyściami płynącymi z elastyczności. Prosumenci, samodzielnie lub poprzez agregatory, powinni mieć możliwość zarabiania na swoich fotowoltaicznych ogniwach słonecznych, magazynowaniu energii i innych technologiach. Dystrybutorzy energii mogliby również zaoferować taki system motywujący elastycznym obiorcom.

Wszystkie technologie powinny móc uczestniczyć w rynkach elastyczności. Wymagania powinny zostać uproszczone dla odbiorców energii elektrycznej zainteresowanych uczestnictwem w dodatkowych usługach sieciowych. Kody powinny po prostu określać rodzaj potrzebnej technologii i prowadzenia dokumentacji, a nie wymagać czasochłonnej i kosztownej certyfikacji poszczególnych witryn dla poszczególnych przypadków. Inteligentne liczniki i dynamiczne ustalanie cen przyspieszyłyby również wykorzystanie elastycznych zasobów. Ceny mogą następnie przejść do inteligentnych taryf czasowych. Oddzielenie ładunków za licznikiem może pozwolić na wprowadzenie różnych cen za ładowanie pojazdów elektrycznych, ładowanie z wykorzystaniem energii słonecznej i inne ładowanie, w związku z tym, że przyczyniają się one do dobra publicznego. Takie rozdzielenie obciążeń pomogłoby również gospodarstwom domowym w uzyskaniu możliwej do zweryfikowania rekompensaty za programy reagowania na zapotrzebowanie. W przypadku pojazdów elektrycznych organy regulacyjne powinny wprowadzić obowiązek inteligentnej infrastruktury ładowania, która umożliwia ładowanie dwukierunkowe. Inteligentne ładowarki mają kluczowe znaczenie dla integracji różnych źródeł odnawialnych. Mogą one pomóc w przesunięciu szczytowego zapotrzebowania na ładowanie na okresy szczytowej podaży. Co więcej, inteligentne ładowarki mogą obniżyć koszty systemowe związane z dodawaniem pojazdów elektrycznych, pomagając uniknąć konieczności modernizacji sieci lokalnej i generacji nowej mocy. Jeśli nie będzie to możliwe, te aktualizacje podniosą koszty dla wszystkich, ponieważ będą one konieczne do zaspokojenia szybko rosnącego zapotrzebowania na energię elektryczną związaną z pojazdami elektrycznymi. Obecnie przepisy UE koncentrują się głównie na liczbie i dostępności ładowarek, a nie na ich wpływie na sieć i elastyczność. W dużej mierze ignoruje to powyższe impikacje dla sieci i należy zająć się tym priorytetowo.

Sieci elektroenergetyczne pozostaną trzonem przyszłego systemu energetycznego Podczas gdy zmiany te mają miejsce, sieci elektroenergetyczne będą jeszcze bardziej istotne, ponieważ mogą działąć nieco podobnie do platform obrotu akcjami. Sieci to złącza, które łączą kupujących i sprzedających. Jako podstawowa infrastruktura systemu energetycznego, sieci muszą umożliwiać nowym podmiotom, takim jak agregatory i prosumenci, uczestnictwo w rynkach energii. Dla przykładu, w przyszłości właściciel pojazdu elektrycznego będzie chciał naładować swój pojazd w ciągu dnia, ponieważ produkcja energii słonecznej jest wysoka, a koszty niskie. Jednak później, tego samego dnia, może on zacząć rozładowywać baterię, aby wesprzeć spadek produkcji energii słonecznej pod koniec dnia i zarabiać pieniądze, a następnie ładować pojazd w nocy, gdy wiatr jest silny, a zapotrzebowanie załadowania na poranne dojazdy do pracy niskie. Pojazdy elektryczne mogą być przeznaczone nie tylko do czystego transportu, ale i do czerpania korzyści finansowych. Nowy świat energii będzie wymagał dostawców usług do zarządzania takimi transakcjami. Potrzebne są również regulacje, które pozwolą właścicielom pojazdów elektrycznych, urządzeń magazynujących, fotowoltaicznych i innych uzyskać rekompensatę za stworzenie tak bardzo potrzebnej elastyczności. Technologicznie wszystko to jest już możliwe dzięki szybkiemu rozwojowi łączności cyfrowej. Nowe regulacje, wdrażane z pomocą firm przesyłowych i dystrybucyjnych, sprawią, że stanie się to możliwe, tworząc czystszy, bardziej wydajny system, który zapewnia korzyści wielu podmiotom. Kluczem do tego, aby wszystko działało, będzie silna sieć i operatorzy usług dażący do maksymalizacji wartości każdego elektronu. Więcej informacji dostępnych jest na stronie www.eaton.pl. Aktualności dostępne są na kanale (@ETN_EMEA) komunikatora Twitter oraz na stronie firmy (Eaton) w serwisie LinkedIn. Dirk Kaisers, Segment Leader EMEA - Distributed Energy Management, Eaton n