Rozwój energetyki odnawialnej to wyzwanie

Kolejnym sposobem na polepszenie bezpieczeństwa energetycznego jest dywersyfikacja źródeł energii. W związku z tym rośnie znaczenie energetyki odnawialnej. Według PSE w 2017 udział elektrowni wiatrowych i innych opartych na źródłach odnawialnych w krajowej produkcji energii elektrycznej przekroczył 8%, a w przypadku elektrowni wodnych 1,6%. W tych pierwszych łącznie wytworzono ponad 14 GWh energii elektrycznej, o 19% więcej niż rok wcześniej, a w wodnych 2,7 GWh, co oznacza wzrost rok do roku o ponad 15% (rys. 4).

Chociaż dalszy wzrost udziału energetyki odnawialnej jest wymuszany przepisami obowiązującymi w Unii Europejskiej, branża ta w ostatnich latach przeżywała w Polsce kryzys. Dodatkowo występują tu liczne wyzwania natury technicznej, z którymi muszą liczyć się przedsiębiorstwa.

Przede wszystkim źródła odnawialne nie są stale dostępne w jednakowej ilości, na podstawie czego można by być pewnym gwarantowanej przez nie wydajności produkcji. Na przykład elektrownie wiatrowe nie dostarczają energii elektrycznej w dni bezwietrzne, a panele słoneczne produkują jej znacznie mniej, gdy jest pochmurno. Wydajność zależy również od pory roku i pory dnia.

Mikrosieci i auta elektryczne

W oparciu o źródła odnawialne powstają również rozproszone mikrosieci. Przykładem są panele fotowoltaiczne instalowane na dachach budynków oraz przydomowe elektrownie wiatrowe. W przyszłości, kiedy będzie się z nich korzystać na masową skalę w transporcie publicznym i prywatnym, ważnym nie tylko odbiorcą, lecz i źródłem energii staną się także samochody elektryczne.

Nadwyżki energii elektrycznej wyprodukowanej w przydomowych elektrowniach albo zmagazynowanej w autach można sprzedawać zakładom energetycznym. Stanowią one uzupełnienie zasobów publicznych sieci energoelektrycznych. Wymiana energii elektrycznej pomiędzy zakładem energetycznym a jej odbiorcą, będącym zarazem jej wytwórcą, musi zatem przebiegać dwukierunkowo.

W sprostaniu wyzwaniom, jakie niesie ze sobą rozwój energetyki odnawialnej oraz samochodów elektrycznych mają być pomocne inteligentne sieci elektroenergetyczne (smart grid). Równocześnie prowadzi się prace nad różnymi metodami magazynowania energii elektrycznej.

Czym są smart grid?

Inteligentne sieci elektroenergetyczne powstają poprzez zintegrowanie istniejącej infrastruktury sieciowej z nowymi technologiami informatycznymi i komunikacyjnymi. Ma to na celu głównie: zmniejszenie kosztów produkcji, przesyłu i dystrybucji energii elektrycznej, ograniczenie jej strat, równoważenie jej podaży i popytu na nią oraz poprawę niezawodności jej dostaw.

Aby móc to osiągnąć należy monitorować najważniejsze elementy sieci elektroenergetycznej, od etapu produkcji, przesyłu i rozdziału, aż po odbiorców końcowych, z drugiej zaś strony trzeba mieć możliwość wpływania na nie na podstawie uzyskanych informacji. W związku z tym wśród technologii, które są niezbędne do wdrożenia idei smart grid poza czujnikami i łącznością należy wymienić także systemy sterowania i oprogramowanie.

Dzięki temu można na przykład śledzić aktualną wydajność elektrowni opartych na źródłach odnawialnych. W urządzenia pomiarowe wyposaża się również m.in. stacje energetyczne. Ich odczyty są przesyłane za pośrednictwem Internetu do centrali, gdzie są analizowane pod kątem sprawności i wydajności działania monitorowanego sprzętu. Pozwala to zawczasu wykryć oznaki zbliżającej się awarii.

Czujniki i moduły komunikacyjne montuje się również na liniach przesyłowych. Mogą one mierzyć na przykład warunki pogodowe: temperaturę otoczenia, nasłonecznienie, prędkość wiatru i jego kierunek. Na podstawie tych informacji i danych konstrukcyjnych linii w centrali specjalne oprogramowanie oblicza maksymalny dopuszczalny w danym momencie prąd obciążenia.

Dynamiczna zmiana obciążalności pozwala na efektywne i bezpieczne zwiększanie zdolności przesyłowych linii energetycznych, bez konieczności ich kosztownej i czasochłonnej rozbudowy. System tego typu został wdrożony m.in. w firmie Tauron Dystrybucja na należących do niej liniach wysokiego napięcia.

Nowy model zarządzania podażą

Inteligentne sieci elektroenergetyczne pozwolą na zmianę tradycyjnego modelu zarządzania podażą energii elektrycznej w zależności od zapotrzebowania na nią. Odchodzi się od niego ponieważ jest bardzo drogi.

Duże koszty w razie wystąpienia nadzwyczajnego popytu spowodowanego na przykład ekstremalnymi warunkami pogodowymi wynikają na przykład z konieczności wykorzystania rezerw, przez uruchomienie specjalnie w tym celu bloków energetycznych, które w normalnych warunkach są wyłączone z eksploatacji, najczęściej z powodu niskiej sprawności lub niespełniania przez nie norm emisji szkodliwych substancji. Takie działanie nie pozostaje w związku z tym również bez wpływu na środowisko.

Dlatego w inteligentnych sieciach elektroenergetycznych możliwa będzie sytuacja odwrotna, w której to popyt będzie się zmieniał w zależności od podaży. By było to możliwe klienci zakładów energetycznych nie mogą już być wyłącznie biernymi odbiorcami.

W zamian powinni się zaangażować i na podstawie informacji, które otrzymają od dostawców energii elektrycznej starać się efektywniej zarządzać jej zużyciem. Może to polegać na przykład na ograniczaniu jej poboru w sytuacjach nadzwyczajnych, czyli wtedy, gdy dochodzi na przykład do awarii lub przeciążenia sieci.

Dotyczy to także prosumentów, czyli jednoczesnych wytwórców energii, którzy w takich sytuacjach będą zachęcani do oddawania do sieci nadwyżek energii, którymi dysponują. Na co dzień, dzięki inteligentnym licznikom (smart meters), klienci zakładów energetycznych będą natomiast mogli obserwować w czasie rzeczywistym zużycie energii przez poszczególne urządzenia w ich domu. Dzięki temu będą z nich korzystać świadomiej.