Problemy optymalizacji prosumenckiej mikrosieci OZE dla małych i średnich przedsiębiorstw

Miks OZE – źródło wiatrowe i fotowoltaiczne

Rys. 1a dotyczy „miksu”, w którym jest zarówno źródło wiatrowe, jak i fotowoltaiczne. Są dobrane, że każde z nich daje średniodobową moc wynoszącą 50 kW. Razem więc dają one średniodobową moc 100 kW. Zatem dokładnie tyle, ile wynosi średniodobowa moc odbiorników przedsiębiorstwa, przy zmienności pokazanej zieloną linią. Średniodobowa moc sumaryczna dla zielonej linii wynosi 100 kW.

Miks OZE – źródło pojedyncze (wiatrowe lub fotowoltaiczne)

Na rys. 1b jest przypadek, gdy energia wytwarzana jest tylko przez źródło fotowoltaiczne, a na 1c – tylko przez źródło wiatrowe. Przy tym moce tych źródeł są dwukrotnie większe niż na rys. 1a, tak że każde z nich ma średniodobową moc równą średniodobowej mocy obciążenia (100 kW). Przebiegi mocy obydwu źródeł są identyczne jak na rys. 1a, ale poziom stosownie do dwukrotnie większej mocy jest też odpowiednio wyższy.

Różnice mocy OZE i zapotrzebowanej

Na rys. dolnych 1a-c pokazano przebieg mocy niezbilansowania (linie niebieskie), czyli różnicy mocy OZE i zapotrzebowanej. Średniodobowa moc niezbilansowania we wszystkich przypadkach jest równa zeru. Jednak – jak widać – są przedziały czasu, w których jest nadmiar mocy wytworzonej, a także przedziały, w których jest deficyt. Energia równa całce z mocy jest proporcjonalna do powierzchni zakreskowanych: poziomo dla nadmiaru i pionowo dla deficytu.

Wobec pełnego zbilansowania wartości średnich za dobę powierzchnie zakreskowane pionowo są takie same jak powierzchnie zakreskowane poziomo. Zatem nadmiary i deficyty energii są takie same. Obliczono, że wynoszą one: 600 kWh dla przypadku z rys. 1a, 1400 kWh – dla 1b oraz 200 kWh – dla 1c. W ciągu każdej doby takie energie musiałyby być na zmianę oddawane do sieci i z niej pobierane albo ładowane do zasobnika i z niego wyprowadzane, ze wszystkimi skutkami ekonomicznymi wynikającymi z dużej różnicy cen pomiędzy energią oddawaną do sieci i z niej pobieraną, a w przypadku zasobnika energii – z kosztów magazynowania energii.

Dobór właściwego „miksu” OZE

Widać więc wyraźnie duże różnice ekonomiczne spowodowane różnym „miksem”. Najwłaściwszym rozwiązaniem w rozpatrywanym przypadku jest OZE w postaci źródła wyłącznie wiatrowego (rys. 1c). Jest ono najlepiej dopasowane pod względem przebiegu mocy do profilu obciążenia i daje najmniejsze niezbilansowanie. Ogólnie zresztą wiadomo, że źródło wiatrowe ma stosunkowo korzystną korelację pod względem przebiegu mocy z typowym obciążeniem. Najgorszym rozwiązaniem, przynoszącym z całą pewnością inwestorowi straty, byłoby źródło jedynie fotowoltaiczne (rys. 1b). Uniknięcie wymiany energii z siecią elektroenergetyczną wymagałoby kuriozalnie dużego magazynu energii, którego koszt wynosiłby co najmniej kilka milionów zł. Wynika to z faktu, że korelacja źródła fotowoltaicznego z typowym przebiegiem obciążenia jest wyraźnie niekorzystna.

Bariera rozwoju fotowoltaiki

Niekorzystna korelacja fotowoltaicznych źródeł energii z odbiornikami bytowymi stwarza duże problemy operatorom systemu elektroenergetycznego i jest barierą rozwoju fotowoltaiki. Ma to swój wyraz w godzinowych cenach rynkowych skupu energii od prosumentów w tzw. net-bilingu. Może on być uważany jako mechanizm zniechęcania do fotowoltaiki. Przykładowo w lipcu 2022 r. w godzinach południowych największej produkcji (patrz niezbilansowanie na rys. 1b) cena skupu energii wynosząca poniżej 500 zł/MWh była trzykrotnie niższa niż o godz. 21.00, kiedy był największy deficyt (widoczny także na rys. 1b), a cena wynosiła 1480 zł/MWh.

Właściwy „miks” OZE

Przytoczone okoliczności stanowią dodatkowy powód, aby przy planowaniu inwestycji w OZE zadbać o właściwy „miks”. Bez tego inwestycja może okazać się całkowicie nieopłacalna.

W przykładzie z rys. 1 operowano średniorocznymi dobowymi przebiegami mocy wytwarzanej przez OZE i zapotrzebowanej w zakładzie. Ponieważ – zwłaszcza w przypadku fotowoltaicznego źródła – przebiegi te wyraźnie są inne latem i zimą, analizę niezbilansowania należałoby przeprowadzić co najmniej dla tych dwóch przypadków. Wynik analizy i pożądany „miks” mogą być zdecydowanie inne także wtedy, gdy profil obciążenia w przedsiębiorstwie będzie inny niż założony w przykładzie przebieg mocy na potrzeby komunalne. Pokazana analiza ma duże znaczenie dla trafności inwestycji.

Galeria

Zobacz więcej