Transformacja energetyczna stała się już stałym punktem wszystkich spotkań, kongresów i konferencji gospodarczych – szczególnie w kontekście Zielonego Ładu i globalnych działań na rzecz dekarbonizacji gospodarki. Niezależnie, czy jest to Europejski Kongres Gospodarczy w Katowicach, Forum Ekonomiczne w Karpaczu, czy też Kongres Energetyki Rozproszonej w Krakowie, wszędzie eksperci zwracają uwagę, że nie tylko nowe moce OZE, ale przede wszystkim innowacyjne rozwiązania, takie jak wirtualne elektrownie, będą podstawą nowego modelu europejskiej i polskiej energetyki.
„Najbliższe kilka lat to okres zielonej transformacji od energetyki klasycznej do tej bardziej nowoczesnej, czyli cyfrowej z wirtualnymi elektrowniami w tle. Absorbcja zielonej energii, obniżanie śladu węglowego przekładają się na zwiększanie konkurencyjności gospodarczej każdego aktywnego uczestnika transformacji. Przedsiębiorstwa, które nie wejdą na zieloną ścieżkę spadają w rankingach instytucji i banków finansujących rozwój. Wdrożenie systemów wirtualnych elektrowni ułatwia codzienną eksploatację i przyspiesza zieloną transformację, gdyż tworzy potrzebne nowe logiczne połączenia między infrastrukturą budynków a systemami energetycznymi, w tym również ciepłowniczymi” – uważa Tomasz Drzał, dyrektor zarządzający Krajowej Izby Klastrów Energii i OZE
Wirtualne elektrownie – przyszłość energetyki czy mit?
Wirtualna elektrownia to bezpieczny system nowych cyfrowych połączeń i algorytmy tworzące nową logiczną warstwę zarządzania infrastrukturą techniczną, która nas otacza. Wirtualna elektrownia synchronizuje konsumpcję energii z jej generacją z rozproszonych źródeł, takich jak panele fotowoltaiczne, turbiny wiatrowe, generatory wytwarzające energię z biogazu, optymalizuje cykle pracy magazynów energii. Dzięki zaawansowanym technologiom informatycznym, wirtualne elektrownie monitorują zmienną produkcję z odnawialnych źródeł energii optymalizują jej zużycie na bieżąco. W ten sposób pomagają bilansować na bieżąco sieć energetyczną.
Zmieniają się warunki techniczne dystrybucji energii. Tradycyjne dziesiątki dużych elektrowni napędzanych paliwami kopalnymi są zastępowane setkami tysięcy mniejszych farm fotowoltaicznych, wiatraków uzupełnianych przez magazyny energii. Wyzwaniem staje się zarządzanie szybko-zmiennym łańcuchem wytwarzania (w oparciu o źródła rozproszone), dystrybucji i zmiennej konsumpcji energii.
Prawidłowo zaprogramowane nowe algorytmy wirtualnych elektrowni automatyzują zarządzanie wspomnianym łańcuchem, wtedy staje się możliwa efektywne absorbcja nadwyżek energii w słoneczne lub wietrzne dni lub szybka reakcja na jej chwilowe niedobory. Takie podejście stabilizuje krajowy system elektroenergetyczny, gdyż maksymalizuje wykorzystywanie zielonej energii. Co przekłada się na minimalizacje śladu węglowego i realizacje strategii ESG.
– Wirtualne elektrownie (VPP) to przykład przełomowej innowacji w energetyce, która może znacząco wpłynąć na transformację energetyczną i przyszłość systemów energetycznych. Tradycyjne podejście opiera się na dużych, scentralizowanych jednostkach produkcji energii, natomiast VPP wykorzystują nowoczesne technologie cyfrowe, takie jak sztuczna inteligencja i zaawansowana analiza danych, aby połączyć wiele rozproszonych źródeł energii w jeden inteligentny system. Dzięki temu możliwe jest lepsze zarządzanie produkcją, dystrybucją i zużyciem energii. – mówi Patryk Białas, ekspert ds. transformacji energetycznej.
Zarządzanie energią w budynkach – logika wirtualnych elektrowni.
Jednym z kluczowych zastosowań systemów wirtualnych elektrowni jest zarządzanie energią w budynkach. Algorytmy wirtualnej elektrowni są programowane indywidualnie dla każdego obiektu w taki sposób, aby spełniać normy eksploatacyjne przy jednoczesnym najniższym możliwym zużyciu energii elektrycznej, ciepła ze źródeł innych niż odnawialne. Wirtualne elektrownie wykorzystują sztuczną inteligencje przetwarzając dostępne dane cyfrowe o obciążeniu optymalizowanych obiektów, warunkach pogodowych, cenach energii (na rynku hurtowym).
Przykładowo, w biurowcu zintegrowanym z wirtualną elektrownią system dynamicznie optymalizuje intensywność pracy mechanicznej wentylacji, klimatyzacji i ogrzewania, redukując krótkoterminowo zużycie drogiej energii w minutach o najniższej generacji ze źródeł odnawialnych, przeciwne zwiększając intensywność energochłonnych procesów (zużycie energii) w minutach o wyższej dostępności tańszej energii z OZE. Przetwarzanie danych i optymalizacja procesów energochłonnych lub magazynowania energii i autokonsumpcji – będą docelowo dotyczyć jednocześnie wielu obiektów – również zlokalizowanych w swoim sąsiedztwie.
Co ciekawe coraz więcej budynków jest poddawanych termomodernizacji z uwzględnieniem instalacji pomp ciepła, fotowoltaiki, magazynów energii oraz systemów zarządzania energią. Dla uzyskania zwrotu z inwestycji, redukcji śladu węglowego – kluczowe jest wprowadzenie nowych zasad eksploatacyjnych, ich dopasowanie do warunków rozliczeń z dostawcami energii elektrycznej, ciepła systemowego, gazu – w czym pomaga wdrażanie systemów wirtualnych elektrowni.
Wirtualne elektrownie, zielona energia i AI.
Nie zdajemy sobie sprawy jak mocno nasze codzienne aktywności, bezpieczeństwo i komfort zależą od dostępności prądu w gniazdku. Wspomniana dostępność ma jednak delikatną naturę. Potrzebna jest utrzymywania równowagi, czyli bilansowanie zmiennego zapotrzebowania urządzeń elektrycznych oraz infrastruktury energię dostarczającą do tych urządzeń.
Zaawansowane technologicznie urządzenia w budynkach już dzisiaj wzajemnie oddziałują na siebie energetycznie. Potrafimy zarządzać tymi interakcjami – co jest dobrą wiadomością. W przyszłości zdecydowana większość budynków będzie aktywna na technologicznych platformach wirtualnych elektrowni. Wirtualne elektrownie stanowią cyfrowy fundament budynków i ekologicznych miast przyszłości.
Rosnący udział odnawialnych źródeł energii, takich jak fotowoltaika czy energia wiatrowa, dekarbonizacja ciepłownictwa stawiają przed energetyką, ciepłownictwem nowe wyzwania. Produkcja energii z odnawialnych źródeł jest zależna od warunków pogodowych przez co zmienna. Wirtualne elektrownie rozwiązują ten problem, integrując różnorodne źródła i magazyny energii. aktywując tzw. elastyczność energetyczną po stronie odbiorców energii łącząc wszystkie składowe w jeden bezpiecznie zarządzany system teleinformatyczny wspierany przez AI..
„Intensywne konsumowanie energii w okresach jej wysokiej generacji ze źródeł odnawialnych nie jest łatwe bez jej buforowania poprzez stosowanie innowacyjnych technologii. Naszą wiedzę i rozwiązania technologiczne zbudowaliśmy aktywnie uczestnicząc w projektach badawczo-rozwojowych współfinansowanych przez NCBiR. Zrealizowaliśmy pilotażowe projekty z przedsiębiorstwami energetycznymi. Obecnie dysponujemy przykładami wzorcowych wdrożeń gotowych do skalowania. Stworzyliśmy rozwiązania technologiczne adresowane do różnych kategorii użytkowych obiektów – między innymi zakładów produkcyjnych, szkół, basenów, hoteli, biurowców” – podkreśla Grzegorz Nowaczewski z Virtual Power Plant
Jak aktywować budynek w systemie wirtualnej elektrowni?
Pierwszym krokiem jest przeprowadzenie analizy potencjału optymalizacji energetycznych samodzielnie lub we współpracy z partnerami: przedsiębiorstwa energetyczne lub firmy takie jak Virtual Power Plant.
„W rezultacie analizy potencjału optymalizacji energetycznych dla wybudowanego kilkunaście lat temu obiektu wielkokubaturowego w Małopolsce inwestor wybrał scenariusz modernizacji redukujący ślad węglowy obiektu o połowę, zużycie energii końcowej o ponad 60% – oczywiście przy założeniu racjonalnych wydatków. W zakres modernizacji weszły nowe powietrzne pompy ciepła, rozbudowa instalacji fotowoltaicznej, uruchomienie magazynu energii. Kluczową rolę przypisano nowym algorytmom sterowania pompami ciepła, mechaniczną wentylacją, ładowania i rozładowywania magazynu energii – definiowanym transparentnie w nowym systemie zarządzania energią.
W celu ograniczenia zapotrzebowania na energię końcową w związku z instalacją pomp ciepła wybrano zwiększenie mocy instalacji PV o dodatkowe 60 kWp oraz uruchomienie przemysłowego magazynu energii elektrycznej o mocy 50 kW oraz pojemności 100 kWh. Będzie on buforował energię elektryczną wytwarzaną przez lokalną fotowoltaikę lub ładował się w godzinach o niskich na rynku hurtowym cenach energii, aby pokrywać zapotrzebowania obiektu na moc czynną w okresach, kiedy zmienna cena energii w kontrakcie na energię osiągnie swoje najwyższe wartości.
Duża fotowoltaika oraz magazyn energii ułatwią tańsze ładowanie samochodów elektrycznych. Modernizacje sprzętowe obiektu w Skawinie zostaną uzupełnione nowymi ekologicznymi procedurami codziennej eksploatacji. Większość ulepszeń będzie zautomatyzowana poprzez implementację nowych algorytmów sterujących automatyką budynkową, w tym wydajnymi pompami ciepła Panasonic oraz magazynem energii KAC wyprodukowanym przez firmę KStar” – wyjaśnia Grzegorz Nowaczewski
Eksperci nie mają wątpliwości, że wirtualne elektrownie są kluczowym komponentem transformacji energetycznej. W obliczu rosnących cen energii, napięć związanych z przyszłością węgla, rosnącego udziału zielonej energii w miksie energetycznym, ich rola będzie rosła. Wirtualne elektrownie oferują coś więcej niż efektywne zarządzanie energią – są krokiem w kierunku bezpiecznie zrównoważonej przyszłości, w której technologia i środowisko harmonijnie współistnieją. Wirtualne elektrownie są cyfrowym kluczem do przyszłości.
Jednym z kluczowych innowacyjnych aspektów VPP jest zdolność do dynamicznego dostosowywania się do zmieniających się warunków w czasie rzeczywistym. Systemy te analizują dane dotyczące prognoz pogodowych, zużycia energii i dostępności źródeł odnawialnych, aby w sposób automatyczny optymalizować przepływy energii. To sprawia, że sieć energetyczna staje się bardziej elastyczna i odporna na wahania, co jest szczególnie ważne w kontekście niestabilnych źródeł, takich jak energia słoneczna czy wiatrowa.
Innowacyjność VPP przejawia się także w zaangażowaniu odbiorców końcowych. Dzięki technologiom smart grid i systemom zarządzania popytem, konsumenci mogą aktywnie uczestniczyć w rynku energii, np. dostarczając nadwyżki z własnych instalacji fotowoltaicznych. To tworzy nowy model energetyki obywatelskiej, gdzie każdy może być częścią zdecentralizowanego i zrównoważonego systemu.
Podsumowując, wirtualne elektrownie to innowacyjne rozwiązanie, które łączy nowoczesne technologie informatyczne z odnawialnymi źródłami energii. Przyczyniają się one do bardziej inteligentnego, wydajnego i elastycznego systemu energetycznego, stanowiąc fundament nowej, zrównoważonej gospodarki energetycznej przyszłości. – kończy Patryk Białas.
