Spis treści
Kluczowe wyzwanie
Kluczowe wyzwanie, z którym się dziś borykamy to nie jest magazynowanie energii samo w sobie, ale logiczne wykorzystanie narzędzi magazynujących energię lub jej nośniki, aby dopasować strumienie produkowanej energii do oczekiwanego czasu i profilu odbioru. Nie ma bowiem możliwości zmagazynowania wiatru ani promieniowania słonecznego, które w efekcie kontynuacji procesów dekarbonizacji będą kluczowymi źródłami energii pierwotnej.
Skąd wzięła się ta potrzeba?
Duża i wciąż dynamicznie wzrastająca moc zielonej energii, produkowanej w segmencie OZE wpływa z jednej strony na redukcję emisji CO2, z drugiej jednak strony, zwiększa niestabilność pracy całego systemu elektroenergetycznego. Przyczyna tego stanu rzeczy jest prozaiczna. Profil produkcji energii elektrycznej z farmy fotowoltaicznej w ciągu dnia zbliżony jest do krzywej Gaussa, czyli odwróconego dzwonu. Szczyt produkcji przypada na godziny południowe, noc jest zerowo, zaś świt i zmierzch generują nieporównywalnie mniej energii.
Zapotrzebowanie na energię, czyli oczekiwany profil popytu na energię, nie pokrywa się z profilem dziennym produkcji z farm fotowoltaicznych, a skala rozbieżności narasta w miarę coraz większych mocy energii generowanych kanałem farm słonecznych. Podobnie rzecz się ma w porach roku. Znacząca większość produkcji energii z farmy PV przypada na 2 i 3 kwartał, zaś w kwartałach 4 i 1, farma dostarczy jedynie około 25% rocznej produkcji energii elektrycznej.
Aby dostarczyć strumień energii w oczekiwanym przez odbiorców wolumenie i okresie, należy zmodyfikować profil produkcji poprzez przetrzymanie części wytworzonej energii przez pewien czas, aby następnie udostępnić ją odbiorcom w pożądanym czasie i w oczekiwanym wolumenie.
Jak zabrać się do oceny skali niedopasowania popytu i podaży?
Kluczowe w procesie szukania optymalnego doboru narzędzi do zabezpieczenia energetycznego, tak w zakresie wolumenów, jak i cen energii, jest dogłębne zrozumienie profilu konsumpcji energii elektrycznej i cieplnej. Wyraźnie trzeba zaznaczyć, że ograniczenie się w analizach efektywności wyłącznie do konsumpcji energii elektrycznej z pominięciem zapotrzebowania na ciepło to duży błąd. W procesach wytwórczych energii elektrycznej, ciepło często traktuje się jako produkt uboczny o charakterze odpadowym. Natomiast sprawność instalacji, zwłaszcza wodorowych uzyskuje najwyższe rezultaty właśnie w scenariuszach zarządzania całościową gospodarką energetyczną, czyli elektryczną i cieplną.
Dzięki zrozumieniu rozkładu w czasie wolumenów zużywanej energii, najlepiej w sekwencjach dziennych, a nawet godzinowych, jesteśmy w stanie wycenić (według bieżących cen giełdowych) strumienie naszego zapotrzebowania energetycznego. Taka dana jest punktem startu do szukania optymalnego kształtu ekosystemu energetycznego. Przyjmijmy na potrzeby tego artykułu, że proces wyceny rynkowej strumieni konsumowanej energii nazwiemy wyceną bieżąca, czyli Mark to Market.
Jeśli nie posiadamy własnego źródła wytwarzania energii, ocenimy przydatność bateryjnego magazynu energii, która zapewni nam większe bezpieczeństwo funkcjonowania, ale także pozwoli na zakup do magazynu energii w najtańszych pasmach cenowych, aby konsumować energię z magazynu, o godzinach szczytu cenowego. Powstaje w ten sposób dochód, określany jako arbitraż cenowy, który pozwoli nam ocenić zasadność ekonomiczną zakupu magazynu energii.
Czytaj także: REPowerUE wzmacnia Doliny Wodorowe
Jeśli natomiast nasz ekosystem energetyczny posiada już produkcję zielonej energii z OZE, analiza potwierdzi nam brak pełnego pokrycia strumieni odbioru i produkcji energii, czyli innymi słowy rozbieżność czasu i wolumenów produkcji energii z farmy w stosunku do oczekiwanego profilu odbioru energii.
Modyfikacja profilu produkcji energii pod katem oczekiwanego profilu odbioru, czyli inne wolumeny w innym czasie niż uzyskujemy z farmy, odbywać się będzie poprzez złożenie magazynu litowo-jonowego (BESS) odpowiednio dobranej mocy oraz instalacji wodorowej (H2 All-in-ONE). Tylko ekosystem z połączonym BESS oraz instalacją H2 All-in-ONE pokryje nam zapotrzebowania na magazynowanie śród-dzienne oraz sezonowe.
Dlaczego potrzebujemy aż dwóch systemów magazynowania?
Magazyn BESS jest dobrym narzędziem do zmagazynowania energii na krótkie okresu. Aby wydatek na ten magazyn stał się opłacalny konieczne jest codzienne jego wykorzystanie, czyli ładowanie i rozładowywanie, wtedy wewnętrzna stopa zwrotu a inwestycji BESS znajdzie logiczny próg rentowności, dzięki korzystaniu z arbitrażu cenowego przechowywanych wolumenów energii.
Nieco inaczej jest z wodorem. W instalacji wodorowej bazującej na OZE, chodzi o przesunięcie tzw. nadmiarowej energii OZE do produkcji wodoru. Wodór jest gazem, więc proces jego produkcji nie prowadzi do magazynowania energii elektrycznej jako takiej, tylko magazynowania nośnika energetycznego. Wodór ponadto nie musi być „zawrócony” do sieci energetycznej w miejscu wytworzenia, jak to się ma w przypadku energii składowanej w BESS. Może natomiast być przekazany do dalszej zewnętrznej dystrybucji albo zgromadzony w zewnętrznych zbiornikach na dłuższy czas, np. na zimę.
Czytaj także: Przyszłość OZE wiąże się ściśle z transformacją wodorową
Ważna jest również wspomniana powyżej gospodarka ciepłem. Sam proces produkcji wodoru w elektrolizerze oraz następnie przetworzenie wodoru na energię elektrycznę wiążę się z generacją ciepła, które może być wykorzysta w procesach technologicznych oraz ogrzewnictwie. Możliwość przekazania tak wytworzonego wodoru do zewnętrznej dystrybucji oraz przetworzenie go w energię elektryczną w innej lokalizacji stwarza możliwość odzyskania ciepła w miejscu, w którym jego wykorzystanie jest najbardziej rentowne. Patrząc z poziomu pełnej instalacji, posiadanie ekosystemu BESS + H2 All-in-ONE stwarza nam podstawy do przewymiarowania farmy słonecznej w stosunku do ograniczeń przyłącza GPZ oraz rozszerza perspektywę wykorzystania zgromadzonej energii na konsumpcję wewnętrzną i zewnętrzną, a także krótko i długoterminową.
Jak w IMPACT podchodzimy do oceny ekonomicznej ekososytemu?
W analizach ekonomicznych oceniających zasadność rozszerzania elektrowni o tradycyjny magazyn stacjonarny oraz element wodorowy, modelujemy i wyceniamy konieczną zmianą profilu strumieni produkowanej energii służącą do:
- bilansowania intraday oraz overnight – z wykorzystaniem BESS,
- sezonowego bilansowania rocznego oraz dystrybucji zewnętrznej – w wykorzystaniem H2 All-in_ONE
oraz uwzględniamy ochronę producenta OZE przed wymuszonymi włączeniami, dzięki kierowaniu szczytowej produkcji energii do magazynu, a także dodatkowo szacujemy dochody na innych dostępnych usługach magazynu.
Przeprofilowanie strumieni energii to innymi słowy zgromadzenie na pewien czas uzyskanej energii z farmy fotowoltaicznej, aby przekazać ją do użycia później lub wyprowadzić do zewnętrznej dystrybucji w innym czasie, tzn. takim w którym popyt na energię jest wysoki i wycena zgromadzonej energii jest wyższa.
Ja dobrać parametry magazynu BESS do naszej elektrowni?
Kluczowym parametrem wpływającym na koszt a tym samym rentowność inwestycji w bateryjny magazyn energii jest jego pojemność, czyli ilość energii jaką jest w stanie zmagazynować. Z przeprowadzonych dotychczas analiz wynika, że wrażliwość tego parametru na przewymiarowanie może w znaczący sposób opóźnić moment zwrotu z inwestycji. Dotyczy to w szczególności magazynów energii współpracujących z farmą fotowoltaiczną.
Parametrem, który najczęściej występuje w parze z pojemnością jest moc magazynu energii jednak to nie moc jest realnym parametrem, którym ma znaczenie w modelowaniu stopy zwrotu z inwestycji. Czynnikiem, który jest często pomijany a ma znaczenie jest elastyczność technologiczna. Elastyczność tą rozumiemy jako możliwość adaptacji obecnych rozwiązań do przyszłych potrzeb.
Czytaj także: Jaki magazyn energii dla prosumenta?
Dzisiejsze modelowanie rentowności magazynów energii często sprowadzane jest do wariantu 4-godzinnego, podczas gdy jest to model optymalny wyłącznie w kontekście jednego strumienia przychodów i to wyłącznie na początku cyklu życia technologii. Tempo degradacji pojemności magazynu litowo-jonowego jest zgoła inne niż degradacja mocy. Innymi słowy, jeśli magazyn jest zaprojektowany na 4-godzinny czas rozładowania to już po kilkuset cyklach jego pracy czas ten ulegnie skróceniu. Umiejętność zarządzania procesami degradacji oraz elastyczność technologiczna stwarza zupełnie nowe podejście do określenia początkowych parametrów magazynu energii, oraz zaplanowania możliwych scenariuszy jego wykorzystania w przyszłości. Warto o tym pamiętać już na samym początku, bowiem koszty adaptacji rozwiązań “sztywnych” mogą w przyszłości zburzyć pierwotny modle biznesu.
Co składa się na H2 All in-ONE Solution?
Rozszerzenie elektrowni OZE o infrastrukturą wodorową oznacza podłączenie elektrolizera do produkcji wodoru z energii elektrycznej i wody oraz przygotowanie magazynów wodorowych w postaci specjalnych zbiorników lub ewentualnie w formie stacji tankowania wodoru, która będzie pełnić role magazynu. Taka stacja może stać się kanałem zewnętrznej dystrybucji nadwyżek wyprodukowanego wodoru. Pełen ekosystem H2 All-in-ONE musi przewidywać implementację wodorowego ogniwa paliwowego typu H2MAX – oferowanego przez Impact – które służy do produkcji energii elektrycznej i cieplnej ze zmagazynowanego wodoru.
Czytaj także: Baterie Impactu na Górze Żar
Optymalizacja gospodarki energetycznej w zdekarbonizowanym otoczeniu wymaga całościowego podejścia i łączenia komplementarnych elementów w spójną logiczną całość, obejmującą cały łańcuch wartości energetycznej, od produkcji energii lub wodoru do finalnej ich konsumpcji.
—
Autorzy:
Krzysztof Dresler – Dyrektor Projektów Wodorowych ICPT
Krzysztof Szymański – Manager ESS ICPT
Dominika Bauer
