Spis treści
Globalna transformacja energetyczna pilnie potrzebuje magazynów energii. Są one brakującym ogniwem na drodze do zeroemisyjności także w polskiej energetyce. Pod znakiem zapytania stoi jednak zarówno tempo ich rozwoju w krajowym systemie, jak i opłacalność. Czy magazynowanie energii ma szansę w niedalekiej przyszłości wpłynąć na kształt polskiego miksu energetycznego?
Boom na magazyny
W marcu 2024 roku Polskie Sieci Elektroenergetyczne (PSE) opublikowały plan rozwoju sieci do 2034 roku. Operator wskazuje w nim na wzrost przyłączeń OZE do sieci w przyszłości. Jednocześnie podkreśla istotną rolę magazynów energii, bez których rosnąca liczba instalacji OZE w ograniczonym stopniu wpłynie na poprawę bilansu mocy. Jednym z głównych celów operatora w opisywanej perspektywie czasowej jest zatem wzrost przyłączeń nowych magazynów energii do sieci.
To rosnące znaczenie technologii magazynowania dostrzegane jest przez szereg przedstawicieli branży energetycznej na całym świecie. Międzynarodowa Agencja Energii w opublikowanym w tym roku raporcie Batteries and Secure Energy Transitions wskazała, że około 60 proc. osiągniętej redukcji emisji do 2030 roku może być związanych z zastosowaniem magazynów energii.
To właśnie magazyny energii mogą stanowić przyszłość branży energetycznej jako istotny element systemu dający szansę na zapewnienie zgodności z kierunkiem globalnych ambicji klimatycznych. Ich potencjał dostrzegany jest przez licznych uczestników rynku, na czele z operatorami sieci elektroenergetycznych, którzy mierzą się z niestabilnością sieci wynikającą m.in. z coraz częściej występującą nadprodukcją energii z OZE.
Zarówno przedsiębiorstwa energochłonne, jak i podmioty związane z energetyką rozproszoną mogą dostrzec w zastosowaniu magazynów szansę na osiągnięcie korzyści finansowych oraz zapewnienie bezpieczeństwa dostaw. Zatem, w zależności od zastosowania, magazyny energii mogą odpowiedzieć na szereg potrzeb występujących w obszarze zarządzania energią.
Usprawnienie pracy sieci
Niestabilny charakter produkcji energii w OZE wiąże się z okresowym występowaniem nadwyżek energii w sieci. Zwiększona produkcja w słoneczne i wietrzne dni oraz jednoczesny spadek popytu (np. w dni wolne od pracy), skutkuje koniecznością nierynkowego redysponowania mocy przez PSE. W 2024 roku takie sytuacje miały miejsce już od marca.
Wówczas wybrane jednostki wytwórcze tracą możliwość wyprowadzenia energii do sieci, a tym samym możliwość osiągnięcia zysku z jej sprzedaży. Oczywiście alternatywą jest eksport nadwyżek energii do sąsiednich krajów w takiej skali, na ile powalają zdolności przesyłowe oferowane przez operatorów sieci przesyłowych na granicach. W pierwszym półroczu 2024 r. Polska wyeksportowała ponad 5 TWh. Głównymi kierunkami eksportu są Słowacja, Niemcy i Litwa.
Pamiętajmy jednak, że warunki pogodowe w sąsiednich krajach są jednak zbliżone do polskich, więc zysk z eksportowania energii co do zasady przyniesie mniej korzyści niż efektywne wykorzystanie jej w polskim systemie elektroenergetycznym. W takich sytuacjach magazyny energii mogłyby odgrywać rolę stabilizatora sieci elektroenergetycznej poprzez magazynowanie nadwyżek energii w okresach nadprodukcji oraz uwalnianie jej do sieci w okresach obniżonej generacji z OZE. Ich szerokie zastosowanie może stanowić rozwiązanie pozwalające na uniezależnienie dostawy czystej i taniej energii do odbiorców od warunków pogodowych i czynników geopolitycznych.
Tradycyjnym rozwiązaniem, stosowanym od lat w Polsce, są elektrownie szczytowo-pompowe, które wykorzystują energię potencjalną wody zgromadzonej w zbiorniku szczytowym. Pomimo zalet takich jak: nieskomplikowana zasada działania oraz możliwość długotrwałego przechowywania energii, w obecnym kształcie nie są technologią rozwijaną na szeroką skalę.
Spowodowane jest to wysokimi kosztami budowy, ograniczeniami lokalizacyjnymi wynikającymi z potrzeby wykorzystania konkretnego ukształtowania terenu oraz w większości przypadków, koniecznością ingerencji w środowisko.
Ze względu na swoją uniwersalność, rozwiązanie mogą stanowić bateryjne magazyny energii. Ich instalacja wyróżnia się krótszym czasem budowy oraz możliwością realizacji inwestycji w formule plug&play. Dodatkowo charakteryzują się one niskim czasem reakcji i umożliwiają natychmiastową poprawę parametrów sieciowych.
Jak to robią w Australii
Ten potencjał został wykorzystany np. przy realizacji inwestycji Hornsdale Power Reserve w południowej Australii. Wybudowana w 2017 roku instalacja o mocy 150 MW regularnie świadczy usługi na rzecz zapewnienia stabilności sieci pozwalając na integrację niestabilnych OZE w lokalnym systemie elektroenergetycznym. Oznacza to możliwość większego wykorzystania ich potencjału poprzez redukcję czasu, w którym ich praca jest ograniczana przez operatora, a tym samym wzrost udziału energii z OZE w sieci.
Inwestycja może wiązać się również z wymiernymi korzyściami ekonomicznymi – szacunki wskazują, że już w pierwszym roku funkcjonowania osiągnięto przychody na poziomie ok. 13,8 mln dolarów (całkowity koszt budowy wyniósł niecałe 70 mln dol.). Główne źródło dochodów (96% w 2020 roku) stanowi świadczenie usług systemowych (Frequency Control Ancillary Services, FCAS).
W zgodnie treścią najnowszego raportu Prezesa URE dotyczącego stanu branży magazynowania energii, w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym zgłoszono już 12 funkcjonujących magazynów o łącznej mocy 1 464,5 MW (zgłoszeniu do rejestru podlegają magazyny o mocy zainstalowanej powyżej 50 kW). Ich liczba oraz wpływ na sieć ma jednak rosnąć.
Pomimo tego, że operator sytemu elektroenergetycznego nie może budować, posiadać, obsługiwać, ani zarządzać magazynami energii to istnieje wyjątek od tej reguły w przypadku, gdy operator udowodni, że magazyny energii stanowią w pełni zintegrowane elementy sieci. Do tej pory w tej sprawie wpłynęło 41 wniosków do URE, a 5 z nich już otrzymało decyzję pozytywną – weryfikacji poddawane jest jeszcze 35 wniosków.
Na czym jeszcze magazyny zarobią
Inną zachętą do inwestycji w magazyny energii jest możliwość realizowania arbitrażu cenowego. W tym kontekście oznacza on zakup energii z sieci po cenie niższej niż średnia rynkowa w danym okresie, a następnie odsprzedaż jej w momencie wystąpienia wyższych cen. Mechanizm może polegać również na magazynowaniu energii pochodzącej z własnych źródeł w celu jej odsprzedaży w szczycie cenowym. Taka współpraca z własnymi źródłami pozwala wówczas na maksymalizację korzyści z ich posiadania.
Dobrym przykładem środowiska, w którym mogą powstawać inwestycje w oparciu powyższe założenia jest Teksas. Tamtejszy operator sieci dystrybucyjnej (ERCOT) stworzył mechanizmy, które umożliwiają operatorom magazynów czerpanie korzyści ze zmienności cen na rynku oraz świadczenie usług systemowych. W ten sposób wspierają oni stabilną pracę sieci i zapewniają bezpieczeństwo dostaw energii elektrycznej do odbiorców, dywersyfikując jednocześnie źródła swoich przychodów.
Przykładowo, magazyn Swoose II o mocy 100MW, osiągnął w 2023 roku powyżej 10 mln dol. przychodów tylko na realizacji arbitrażu, uwzględniając w swojej strategii również świadczenie usług systemowych.
Analizy Deloitte wskazują, że już w 2022 roku niemal 80 proc. magazynów energii w sieci ERCOT realizowało przychód z arbitrażu cenowego. Dla porównania, 90 proc. magazynów świadczyło usługi częstotliwości. Obydwie te wartości znacząco wzrastały od 2020 r., co może świadczyć m.in. o rosnącej dywersyfikacji źródeł przychodów operatorów magazynów na tym obszarze.
Bezpieczeństwo energetyczne
Potencjał do wykorzystania magazynów energii dostrzegany jest również przez podmioty, dla których kluczowy jest nieprzerwany dostęp do energii elektrycznej. Należą do nich między innymi serwerownie, dla których problemy z zasilaniem wiążą się ze znaczącymi stratami oraz szpitale, w których nawet chwilowe przerwy w dostawach mogą stanowić zagrożenie dla pacjentów.
Wykorzystanie magazynów energii może pozwolić na rozwiązanie tych problemów. W przypadkach, w których odbiorca posiada własny generator szczytowy, magazyny mogą pozwolić na ograniczenie jego emisyjności przy jednoczesnym zachowaniu bezpieczeństwa zasilania. Jest to o tyle istotne, że szacuje się, że w przyszłości skala wyłączeń energii elektrycznej może rosnąć.
Badania Deloitte oszacowały rosnący trend wynikający z zakłóceń w dostawach energii wywołanych jedynie czynnikami związanymi ze zmianami pogodowymi. W latach 2019-2023, odnotowany wzrost zakłóceń wynosił 36 proc. w stosunku do lat 2014-2018.
W szerszej perspektywie, wraz z wycofywaniem jednostek węglowych, rośnie zapotrzebowanie na nowe (sterowalne) moce w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym. Rosnącą lukę w rezerwie powinny uzupełnić źródła charakteryzujące się krótkim czasem reakcji i techniczną odpornością na częste zmiany obciążenia. Częściowo tę rolę mogłyby pełnić jednostki gazowe, ale w perspektywie długoterminowej, rozwiązaniem mogą być właśnie magazyny energii, których sposób funkcjonowania bardzo dobrze wpisuje się w role interwencyjną dla systemu.
Rozproszenie tych jednostek w systemie pod kątem ich lokalizacji polepszyłoby możliwości bilansowania poszczególnych jego obszarów. W związku z tym, dodatkowym źródłem przychodów dla magazynów może być świadczenie usług w ramach rynku mocy. W 2023 roku, w aukcji głównej na rok 2028 PSE zakontraktowało przy ich udziale około 1,7 GW. Wskazuje to na rosnące zainteresowanie inwestycjami w magazyny, ale również potwierdza ich potencjał do pełnienia roli technologii zabezpieczającej pracę systemu pomimo ograniczeń związanych z ich pojemnością.
W ostatnich tygodniach spore kontrowersje wywołał projekt rozporządzenia w sprawie parametrów aukcji głównej rynku mocy, w którym obniżono poziom korekcyjnego współczynnika dyspozycyjności (KWD) dla magazynów energii na rok 2029 o ponad 37 proc. (z 95 proc. na 57,58 proc.). Liczne organizacje branżowe wskazały, że ta decyzja może wpłynąć negatywnie na opłacalność inwestycji w oparciu o mechanizm rynku mocy.
Jednocześnie nowe przepisy w ramach reformy rynku bilansującego, mają wpłynąć pozytywnie na opłacalność magazynów, umożliwiając na wycenę energii w krótszych, 15-minutowych okresach. Dzięki temu wzrost ich roli wynikający m.in. z uczestnictwa w rynku bilansującym lub wsparcia OZE może w większym stopniu wpłynąć na opłacalność inwestycji.
Energetyka rozproszona
Warto pamiętać także o potencjalnej kluczowej roli magazynów energii w systemie klastrów energii, a także o fakcie, że przyczynią się one do wsparcia rozwoju energetyki rozproszonej. Ich szerokie zastosowanie może pozwolić na magazynowanie nadwyżek energii generowanych w ramach klastra przez niesterowalne źródła OZE, takie jak fotowoltaika lub farmy wiatrowe. Energię magazynowaną w klastrze można wykorzystać m.in. w okresie podwyższonego zapotrzebowania i ograniczyć częściowo koszt zakupu energii elektrycznej spoza klastra.
Badania przeprowadzone przez Deloitte w 2023 roku wskazują, że uczestnicy rynku, pytani o najważniejszy obszar zastosowania magazynów energii wskazywali zarządzanie ograniczeniami przesyłowymi (93 proc.) oraz usługi częstotliwości i bilansujące (93 proc.). Jest to szczególnie istotne z uwagi na wzrost udziału produkcji energii w źródłach OZE, które cechują się niestabilnym profilem generacji, który może być szczególne odczuwalny w przypadku rozwoju systemów rozproszonych.
Różnorodna charakterystyka poszczególnych klastrów i wynikające z tego indywidualne potrzeby mogą spowodować, że odpowiedzią na nie mogą być inne technologie niż magazynowanie energii w technologiach bateryjnych. Klastry skupione na niskoemisyjnym transporcie lub wytwarzaniu energii mogą wykorzystywać również technologie wodorowe (lub szerzej, Power-to-X) wykorzystując wyprodukowane paliwo w transporcie, produkcji energii lub sprzedawać je z zyskiem do innych podmiotów.
W ostatnich dniach lipca, na stronach rządowych opublikowano projekt programu priorytetowego mającego na celu wsparcie w rozbudowie sieci magazynów energii o mocy powyżej 2 MW. Budżet na realizację projektu do końca 2028 roku ma wynieść 4 mld zł i zagwarantować budowę co najmniej 2,5 GW mocy w tych źródłach. Pojawienie się tego oraz innych programów wsparcia może w pozytywny sposób wpłynąć na opłacalność inwestycji w magazyny w najbliższych latach.
Magazyny to narzędzie transformacji
Magazyny energii, zarówno w Europie, jak i na świecie uważane są za jedną z kluczowych technologii, które mogą pozwolić na rozwój zrównoważonego i niskoemisyjnego systemu elektroenergetycznego. Unia Europejska na przestrzeni ostatnich lat podjęła liczne inicjatywy regulacyjne mające na celu rozwój magazynów energii. Jako istotny element transformacji energetycznej mają stanowić rozwiązanie szeregu problemów i umożliwić sprostanie wyzwaniom związanym z transformacją energetyczną pozwalając m.in. na realizację obecnych trendów związanych z decentralizacją, obniżeniem emisyjności wybranych sektorów gospodarki oraz wsparciem źródeł odnawialnych oraz stabilności systemu elektroenergetycznego.
Magazyn energii to narzędzie, dzięki któremu na aktualne wyzwania transformacji energetycznej spoglądamy jak na szanse do wykorzystania. Przemyślane zastosowanie magazynu energii jako elementu strategii energetycznej może wprowadzić elastyczność w działalności w obszarze energii, pozwalając na osiągnięcie korzyści tam, gdzie inni uczestnicy rynku narażają się na straty.
Maciej Pietras jest konsultantem w dziale Corporate Risk & Energy Transformation, Deloitte.