Magazyny energii elektrycznej – „pieśń przyszłości” czy „teraźniejsza konieczność”?

Jeszcze do niedawna (4-5 lat temu) magazyny energii w Polsce były dla systemu elektroenergetycznego elementem obcym. W systemie energetycznym, składającym się z wytwarzania, dystrybucji oraz konsumpcji, magazyn energii nie istniał. Był jak magiczne urządzenie, które posiadało dwie funkcje: w momencie wprowadzania do niego energii elektrycznej był traktowany jak odbiór końcowy i w związku z tym naliczano wszystkie należne opłaty dystrybucyjne, a w momencie pobierania (wprowadzania) tej energii z magazynu do sieci, magazyn stawał się generatorem i traktowany był jak elektrownia (wytwórca), czyli ponownie naliczano wszystkie opłaty dystrybucyjne.

Takie podejście do magazynów energii elektrycznej, od strony ekonomicznej, skutecznie zabijało jakiekolwiek uzasadnienie biznesowego stosowania magazynów energii. Dlatego też, w tym okresie magazyny energii, zwane również zasobnikami energii, były stosowane w pilotażowych projektach dystrybutorów energii.

Co spowodowało, że nastąpiła zmiana? Przełomowym momentem dla magazynów energii stała się nowelizacja Prawa Energetycznego, która weszła w życie 3 lipca 2021 roku.

Było to zielone światło do rozwoju magazynów energii w Polsce. Zostały określone definicje magazynu energii, zlikwidowano podwójne naliczanie opłat dystrybucyjnych, a co najważniejsze zaczęto kwalifikować koszt budowy stacjonarnych magazynów energii jako koszt uzasadniony, co stało się alternatywą dla inwestycji w infrastrukturę kablową i sieciową. Inwestycje tego typu mogą być uwzględnione w planach rozwoju przez operatora i realizowane na tych samych zasadach jak inne inwestycje.

Możemy śmiało powiedzieć, że po nowelizacji Prawa Energetycznego magazyn energii stał się niejako czwartym elementem systemu energetycznego. Warto zwrócić uwagę na wielozadaniowość magazynu energii.

Czym są konkretnie magazyny energii i jak działają?

W polskim prawie możemy znaleźć trzy definicje tego, czym jest magazyn energii.

Ustawa Prawo energetyczne – opisuje magazyn energii jako instalację służącą do przechowywania energii, przyłączoną do sieci, mającą zdolność do dostawy energii elektrycznej do sieci.

Ustawa o rynku mocy – definiuje takie urządzenie jako magazyn energii, o którym mowa w art.2 pkt 17 ustawy z dnia 20 lutego 2015 r. o odnawialnych źródłach energii, posiadający zdolność do dostawy mocy elektrycznej do systemu.

Ustawa o OZE: wyodrębnione urządzenie lub zespół urządzeń służących do przechowywania energii w dowolnej postaci, niepowodujących emisji będących obciążeniem dla środowiska, w sposób pozwalający co najmniej na jej częściowe odzyskanie.

Wyróżnia się kilka różnych technologii magazynowania energii. Najbardziej rozpowszechnionym sposobem magazynowania energii wytworzonej dzięki OZE jest wykorzystanie akumulatorów. Stanowią je ogniwa galwaniczne, które mogą być wielokrotnie użytkowane i ładowane prądem elektrycznym. Wszystkie akumulatory gromadzą, a następnie uwalniają energię elektryczną dzięki odwracalnym reakcjom chemicznym. Największą zaletą akumulatorów litowo-jonowych jest ich mała waga, przy równocześnie dużej gęstości mocy, co oznacza, że urządzenie o małej pojemności może być ładowane i rozładowywane dużymi prądami.

Stacjonarny magazyn energii może być częścią źródła wytwórczego, może być używany przez operatorów systemów dystrybucyjnych i operatora przesyłowego na potrzeby zapewnienia bezpieczeństwa pracy w sieci, może być również częścią instalacji odbiorczej, a oprócz tego magazyn energii i magazynowanie energii może być odrębnym przedmiotem działalności gospodarczej przedsiębiorstwa energetycznego. Pojawia się zatem w systemie elektroenergetycznym nowe pojęcie „operator magazynowania” – nowy podmiot, który będzie mógł świadczyć usługi magazynowania.

Dlaczego pojawiła się konieczność stosowania magazynów energii?

Dynamiczny rozwój fotowoltaiki w ostatnich siedmiu latach – wzrost liczby prosumentów z 5 tysięcy do 900 tysięcy – bez wątpienia pokazuje, że bez magazynów energii system elektroenergetyczny nie będzie w stanie przyjąć wytworzonej energii. Z danych pokazywanych przez jednego z operatorów dystrybucyjnych (PGE) wynika, że do roku 2030 planuje wybudować magazyny energii elektrycznej o łącznej mocy zainstalowanej około 80 MW.

Biorąc pod uwagę wydane już do tej pory warunki przyłączeniowe oraz rozpoczęty ostatnio proces budowy morskich farm wiatrowych, do roku 2030 będziemy mieli w systemie zainstalowane niemal 50 GW mocy w źródłach odnawialnych, z czego około 6 GW z farm morskich, a do roku 2040 moc z farm morskich wzrośnie do 11 GW.

Rozwój OZE spowodował też wiele problemów oraz zidentyfikował wiele barier w systemie elektroenergetycznym. Samoistne wyłączanie się instalacji fotowoltaicznych, brak możliwości odbioru energii elektrycznej produkowanej przez OZE, przestarzała sieć niskiego napięcia, trudności techniczne utrzymania bezpieczeństwa pracy sieci przy dużym nasyceniu instalacjami prosumenckimi czy wreszcie odmowa wydania warunków przyłączeniowych dla nowych instalacji OZE stały się przyczyną poszukiwania rozwiązań, które mogłyby tym wszystkim problemom zapobiegać.

Przeczytaj także Nowoczesne magazyny energii fotowoltaicznej – czy firma może być samowystarczalna energetycznie?

Jakie zalety niosą ze sobą magazyny energii elektrycznej i dlaczego są opłacalne?

1. Przesunięcie konsumpcji w czasie – dzięki magazynom energii prosumenci i wszyscy użytkownicy mogą czekać i wykorzystywać zmagazynowaną energię w czasie, kiedy potrzebujemy tej energii.
2. Stabilizacja parametrów sieci – operatorzy systemów dystrybucyjnych dzięki magazynom energii elektrycznej mogą wygładzić krzywą obciążenia sieci ze względu na generację mocy, która jest największa w godzinach popołudniowych, a zużycie jest w tych godzinach najmniejsze.
3. Regulacja napięcia – największy aktualnie problem, z którym borykają się prosumenci, gdyż napięcie w najbliższej sieci jest zbyt wysokie w momencie, kiedy jest największa generacja.
4. Ograniczenie mocy zamówionej – w ten sposób zakłady przemysłowe oraz inni odbiorcy energii mogą obniżyć koszty finansowe, zwiększyć swoją funkcjonalność, a także zapewnić sobie bezpieczeństwo i ciągłość zasilania.
5. Poprawa niezawodności zasilania – w miejscach o słabo rozwiniętej infrastrukturze dystrybucyjnej.
6. Usuwanie problemów z mocą przyłączeniową – operatorzy sieci ładowania pojazdów elektrycznych przy drogach szybkiego ruchu, w centrach miast itp.
7. Możliwość przyłączenia większej ilości OZE bez inwestycji w infrastrukturę przesyłową.
8. Optymalizacja struktur zasilających – możemy zbudować magazyn energii elektrycznej zamiast przebudowywać dany odcinek sieci przesyłowej (bilans opłacalności).
9. Redukcja współczynnika mocy (kompensacja mocy biernej).
10. Świadczenie usług systemowych, bilansowanie mocy, rezerwa mocy, wyrównywanie obciążeń.

Jest to tylko przykładowa lista zastosowania magazynów – przy odrobinie wyobraźni i chęci możemy znaleźć zastosowanie magazynów energii w każdej dziedzinie przemysłu.

Patrząc na szeroką gamę zastosowań i potrzebę wzmocnienia systemu elektroenergetycznego oraz konieczność magazynowania energii musimy przyspieszyć tempo inwestycji w magazyny energii. Wynika to również z konieczności modernizacji naszych sieci dystrybucyjnych i przesyłowych w kontekście rozwoju oraz możliwości integracji źródeł OZE w systemie elektroenergetycznym.

Jednym z rozwiązań na rynku w zakresie magazynów energii wspomagających zasilanie odbiorów rozdzielni potrzeb własnych stacji elektroenergetycznych jest technologia 3S – SunSmartStore proponowana przez firmę Eltel Networks.

Jak dobrać magazyn energii elektrycznej?

Możemy zadać sobie pytanie: ale jakich magazynów energii potrzebujemy – czy tych przydomowych prosumenckich magazynów energii, czy magazynów zbiorczych, które obsługują grupy prosumentów? A może magazynów, w które zainwestują operatorzy, i to zarówno na poziomie sieci dystrybucyjnych, jak i na poziomie sieci przesyłowych?

Odpowiedź na tak postawione pytanie jest bardzo prosta – nie chodzi o to „czy”, tylko o „ile”.

Zdecydowanie potrzebne są zarówno przydomowe magazyny energii prosumenckie (np. technologia 3S), jak i przemysłowe magazyny zbiorcze, których operatorem może być np. wspólnota energetyczna, ale potrzebne również są magazyny energii na poziomie operatorów sieci. W tym przypadku koniecznym jest stosowanie dużych magazynów kontenerowych uznanych producentów, takich jak Tesla, Hengtong, dla których firma Eltel Networks proponuje opracowanie oraz skonfigurowanie rozwiązań dedykowanych dla danego klienta zgodnie z jego oczekiwaniami oraz potrzebami.

Tutaj istotnym jest, aby wykorzystać ten potencjał i te funkcjonalności, które mają magazyny energii u różnych inwestorów oraz w różnych miejscach systemu.

Ile kosztuje magazyn energii? Czy można uzyskać na niego dofinansowanie?

W przypadku pojawiania się nowych technologii nasuwa się odwieczne pytanie „ile to kosztuje i dlaczego tak drogo”?

Trudno jednoznacznie odpowiedzieć ile kosztuje magazyn energii. Wpływ na cenę ma wiele czynników. Pierwszym i najważniejszym jest pojemność akumulatora, kolejnym czynnikiem jest rodzaj akumulatorów, które zostaną zastosowane, ilość miejsca, którym dysponujemy do zabudowy baterii akumulatorów – i wiele innych.

Widzimy więc, że cena będzie wahała się w dość dużych widełkach. Na podstawie danych znalezionych w internecie możemy przyjąć, że ceny domowych magazynów energii o pojemności od około 3 kWh zaczynają się od około 20 000 zł, a przydomowy magazyn energii o mocy 5 kWh to koszt w granicach 30 000 -35 000 zł. Należy jednak zwrócić uwagę na niezwykle ważny parametr charakteryzujący magazyny energii, a mianowicie na tzw. żywotność. Waha się ona od 5 do 20 lat przy około 10000 cykli ładowania.

Dlatego bardzo ostrożnie należy podchodzić do cen magazynów energii, ponieważ zmiana każdego parametru może zdecydowanie wpłynąć na jego cenę.

Pomimo ciągłego rozwoju technologii i mimo zmniejszających się cen na magazyny energii, ceny ich wykraczają poza możliwości wielu gospodarstw domowych.

W odpowiedzi na zwiększone zainteresowanie instalacjami fotowoltaicznymi, Ministerstwo Klimatu i Środowiska, w ramach programu rządowego Mój Prąd 4.0, objęło dofinansowaniem nie tylko instalacje PV, ale także magazyny energii. W programie Mój Prąd 4.0 priorytetem będą rozwiązania zwiększające autokonsumpcję w miejscu wytwarzania energii poprzez jej magazynowanie.

Maksymalna kwota dofinansowania jaką można uzyskać w ramach tego programu na instalację w formie bezzwrotnej dotacji to 7500 zł do magazynu energii o mocy od 2 do 10 kW.

Dlaczego warto rozwijać i wspierać powstawanie magazynów energii w różnych miejscach systemu?

Dlatego, że najlepiej rozwiązywać problem tam, gdzie on powstaje. Instalacje prosumenckie stanowią pewne wyzwanie techniczne dla funkcjonowania sieci dystrybucyjnych. Większość sieci dystrybucyjnych była projektowana wiele lat temu i nikt nie projektował ich, jako sieci z przepływami dwukierunkowymi. W momencie budowy sieci nie przypuszczano, że na końcówkach sieci pojawi się prawie milion mikro elektrowni, bo przecież każda instalacja fotowoltaiczna jest swego rodzaju elektrownią. Cały proces projektowania oraz realizacji domowych instalacji fotowoltaicznych odbywa się w większości przypadków na zgłoszenie. Z tego wynika, że operatorzy sieci przesyłowych dowiadują się o takiej instalacji już po fakcie i nie są w stanie z wyprzedzeniem przygotować (zmodernizować) danego odcinka instalacji na przyjęcie energii elektrycznej z tych instalacji. Pojawiają się więc problemy z wprowadzeniem i odbiorem energii wytworzonej przez instalacje przydomowe. Tak więc, domowe magazyny energii mają sens i uzasadnienie techniczne, ponieważ dzięki temu operator systemu dystrybucyjnego ponosić będzie mniejsze nakłady na modernizację sieci.

Wracając więc do pytania zawartego w tytule możemy śmiało powiedzieć, że to co jeszcze kilka lat temu było „pieśnią przyszłości”, stało się „teraźniejszą koniecznością”.

Na podstawie ostatnio podejmowanych działań zarówno przez nasz kraj (18 maja 2022 roku na posiedzeniu senackiej Komisji Gospodarki Narodowej i Innowacyjności odbyła się debata „Magazyny energii elementem budowy bezpieczeństwa energetycznego w Polsce”), jak i również przez Komisję Europejską (przedstawiając plan działań związanych z budowaniem niezależności energetycznej w całej Unii Europejskiej podkreślano rolę magazynów energii), widzimy, że nie ma rozwoju OZE oraz energetyki bez magazynów energii elektrycznej.

Sprawdź również Elektroenergetyka w obliczu kryzysu klimatycznego

Autor: Zbigniew Styczeń