Problemy optymalizacji prosumenckiej mikrosieci OZE dla małych i średnich przedsiębiorstw

W dobie kryzysów energetycznych, grożących ograniczeniami w dostawach energii i rosnącymi jej cenami, wiele małych i średnich przedsiębiorstw rozważa zainwestowanie w mikrosieć prosumencką OZE. Czym jest mikrosieć i jakie problemy należy mieć na uwadze, aby rozwiązanie to było korzystne?

Mikrosieć prosumencka OZE to mała sieć elektroenergetyczna przeznaczona do zasilania odbiorów przedsiębiorstwa. Zawiera OZE różnego rodzaju oraz zasobnik energii. Pracuje autonomicznie lub w połączeniu z ogólnym systemem elektroenergetycznym, który umożliwia wymianę z nim energii. Inwestycja taka musi być dobrze przemyślana, aby przyniosła oczekiwane efekty w postaci zwiększenia niezawodności zasilania (ważne z punktu widzenia utrzymania ruchu) i obniżenia kosztów energii. Jest wiele czynników, które muszą być wzięte pod uwagę, aby mikrosieć rzeczywiście spełniła swoje zadanie.

Problemy – inwestycje OZE

Celem niniejszej publikacji jest uświadomienie potencjalnym inwestorom problemów decydujących o powodzeniu przedsięwzięcia.

Autorzy badają te problemy w ramach Centrum Badawczo-Rozwojowego OZE stworzonego w Spółce GWDA w Pile. Jednym z badanych tematów jest „Optymalizacja mikrosieci prosumenckiej OZE dla małych i średnich przedsiębiorstw”.

Publikacja „obala” niektóre obiegowe twierdzenia i mity dotyczące korzyści dla inwestorów z OZE.

Dane wyjściowe

Analiza celowości tworzenia mikrosieci OZE wymaga zgromadzenia wielu danych wyjściowych, z których najważniejsze to:

• przebiegi mocy zapotrzebowanej zakładu: dobowy (dzień roboczy, sobota, dzień świąteczny), tygodniowy, dla poszczególnych pór roku,
• dane statystyczne odnośnie do nasłonecznienia i wietrzności w miejscu planowanej inwestycji,
• ceny energii,
• koszty poszczególnych urządzeń tworzących mikrosieć oraz elementów integrujących te urządzenia w mikrosieć,
• regulacje prawne w zakresie oddawania energii do sieci i jej pobierania z sieci. W tym: ceny i ustalenia dotyczące „przymusowych” wyłączeń oddawania energii do sieci,
• zgoda operatora miejscowej sieci na przyłączenie instalacji OZE do sieci. Od tego trzeba zacząć, bo sieć może być „niewydolna” i zgody nie będzie.

Statystyka a wybór OZE

Dane statystyczne odnośnie do nasłonecznienia i wietrzności można zaczerpnąć z bogatych materiałów, udostępnianych przez służby meteorologiczne. Skoro dla nasłonecznienia wystarczy dodatkowo uwzględnić ewentualne zadymianie terenu, cienie z elementów terenowych oraz nachylenie i orientację względem stron świata powierzchni, na których przewiduje się montowanie paneli fotowoltaicznych, to w przypadku zespołów wiatrowych dane statystyczne służb meteorologicznych nie są wystarczające. Z uwagi na „fizykę” wiatrów, zależną bardzo od ukształtowania terenu i wszystkiego, co znajduje się w otoczeniu, wietrzność w konkretnym miejscu może różnić się znacznie od tej, która wynika z ogólnych danych statystycznych. Aby uniknąć przykrych „niespodzianek”, należy dysponować danymi statystycznymi (obejmującymi minimum rok), uzyskanymi z pomiarów prędkości wiatru w konkretnym miejscu posadowienia zespołu wiatrowego.

Stan prognozowany

Większość z wyliczonych czynników, jak np. ceny energii i regulacje prawne, z czasem się zmienia. Należy zatem brać pod uwagę nie tyle stan aktualny, co prognozowany, w tych przypadkach, w których są przesłanki do jego określenia. Horyzont czasowy działania tworzonej mikrosieci obejmuje zwykle 20 lat.

Kryterium optymalizacji

Ważne jest określenie kryterium optymalizacji i wskaźnika je wyrażającego. Przedsiębiorcy najczęściej będzie zależało na tym, aby koszt zużywanej energii był minimalny. Dodatkowo mogą dochodzić inne kryteria cząstkowe, związane np. z niezależnością od ogólnego systemu elektroenergetycznego, niezawodnością zasilania czy nowoczesnością przedsiębiorstwa, przekładającą się na pozycję na rynku czy dobrą „markę” i przyczyniającą się do ogólnie rozumianego sukcesu.

Kryterium minimalnego kosztu zużywanej energii można wyrazić wzorem:

k = Ʃ (k_iE_i) / Ʃ E_i = min, (1)

w którym k [zł/kWh] jest średnim ważonym kosztem jednostkowym energii zużytej w przedsiębiorstwie. Indeks i oznacza poszczególne źródła, z których pochodzi energia. Tak więc E_i [kWh] oznacza energię dostarczaną przez i-te źródło, a k_i [zł/kWh] – koszt jednostkowy energii z i-tego źródła. Sumowanie we wzorze (1) dotyczy wszystkich składników energii. Oczywiście, suma energii Ʃ E_i w mianowniku wzoru jest równa energii całkowitej E zużytej w przedsiębiorstwie. Natomiast w liczniku wzoru poszczególne składniki k_iE_i obejmują koszty energii wytworzonej w poszczególnych źródłach, koszty energii pobranej z sieci i koszty akumulowania energii w ewentualnym zasobniku, a także – ze znakiem minus – uzyski za energię oddaną do sieci.

Ustalenie wskaźnika k wg wzoru (1) nie jest łatwym zadaniem. Jednak możliwym do zrealizowania już na etapie projektowania poprzez odpowiednią analizę. Wskaźnik ten należałoby obliczyć najlepiej za okres jednego roku, analizując – w sposób pokazany dalej – bilans energii dla różnych miksów OZE i wybierając najlepszy. Ustalenie kosztów jednostkowych k_i [zł/kWh] dla różnych źródeł polega na podzieleniu wszystkich kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych tych źródeł za okres ich żywotności przez całkowitą energię z nich pochodzącą.

Galeria

Zobacz więcej