Magazynowanie nadwyżek energii z PV w cieple. Analizy IEO dla ciepłownictwa
Magazynowanie energii (wg Dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2019/944) oznacza odroczenie, w systemie energetycznym, końcowego zużycia energii elektrycznej w stosunku do momentu jej wytworzenia lub przekształcenie jej w inną postać energii, umożliwiającą jej magazynowanie Tak więc, zgodnie z dyrektywą, energia słoneczna może być magazynowana nie tylko w postaci energii elektrycznej, ale również w dowolnej innej, na przykład – ciepła. Świadomość tego faktu jest niska, a sama dyrektywa – wdrażana zbyt wolno. Z tego powodu koszty naszej transformacji są wyższe i wszyscy na tym tracimy.
Magazynowanie energii słonecznej
Magazynowanie energii (w szczególności tej pochodzącej z OZE) w postaci ciepła bazuje na taniej, niezawodnej i szeroko dostępnej technologii. Staje się ona dzisiaj coraz bardziej potrzebna, nie tylko dużym obiektom ciepłowniczym, ale również zwykłym gospodarstwom domowym. Wobec kryzysu na rynku paliw właściciele domów, w tym prosumenci, których udział w rynku PV jest przeważający, upatrują zmniejszenia kosztów w elektroogrzewnictwie
Do tej pory „magazynem” energii dla prosumentów rozliczanych w systemie net-metering była sieć elektroenergetyczna. Net-billing – nowy system rozliczeń prosumentów – zachęca użytkowników domowych instalacji PV, aby jak najwięcej energii skonsumowali w miejscu jej produkcji, czyli nie sprzedawali jej do sieci w okresach, gdy jest jej za dużo w stosunku do potrzeb wszystkich odbiorców energii.
Po zmianie systemu rozliczeń (od II kwartału 2022 roku), aby wspierać wzrost autokonsumpcji energii w systemie net-billingu, Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej uruchomił kolejną, czwartą już edycję programu Mój Prąd. W obecnej edycji są dofinansowywane nie tylko instalacje fotowoltaiczne, ale również magazyny ciepła i energii oraz systemy zarządzania energią.
Wspierane mogą być zarówno zalecane magazyny bateryjne, jak i niedoceniane magazyny ciepła, tzn. standardowe zasobniki i bufory CO i CWU. W programie Mój Prąd można uzyskać dofinansowanie do 5000 zł na magazyny ciepła oraz do 3000 zł na system zarządzania, dzięki którym w tańszy sposób niż w magazynach bateryjnych można zgromadzić nadwyżki energii elektrycznej z PV w formie ciepłej wody.
Magazyny ciepła
Magazyn ciepła, np. w postaci ciepłej wody, ma zdolność przechowywania energii elektrycznej przez godziny, a nawet doby, a jego działanie można zoptymalizować na wiele sposobów dzięki prostej automatyce. Typowym rozwiązaniem jest grzanie bądź dogrzewanie wody w zasobniku w czasie występowania nadwyżek energii z PV. Ciepłą wodę (CWU) można następnie zużyć w godzinach wieczornych, kiedy zapotrzebowanie na nią jest największe.
W tym wypadku podstawową substancją magazynującą i nośnikiem ciepła jest woda. Sprawdza się ona w funkcji magazynu ciepła z powodu jej dostępności, łatwości w przechowywaniu, wysokiej pojemności cieplnej oraz możliwości wykorzystywania jej bez przemiany fazowej. Główną wadą wodnego magazynu ciepła jest natomiast jego objętość.
Alternatywnym rozwiązaniem może być zastosowanie magazynu ciepła opartego na materiałach zmiennofazowych, tzw. PCM (Phase Change Materials). W powyższych warunkach wydajność takiego systemu może być nawet 5-krotnie wyższa niż magazynu wodnego o tej samej objętości.
Tego typu konstrukcje nie są jeszcze popularne w Europie, ale – co ciekawe – w Polsce jest producent, który może zaoferować również i takie rozwiązanie. Nawiązując do tego, Instytut Energetyki Odnawialnej (IEO) we współpracy z międzynarodowym konsorcjum realizuje projekt o akronimie ComBioTES dotyczący właśnie zademonstrowania kompaktowego magazynu ciepła PCM dla budynków korzystających z elektroogrzewnictwa opartego na OZE. Celem projektu jest obniżenie kosztów magazynowania 1 kWh energii.
Koszty
Na podstawie badań ankietowych producentów różnej wielkości magazynów energii i przyjętych założeń dotyczących cykli pracy określono zakresy kosztów różnych typów magazynów energii, w tym domowych magazynów ciepła dla prosumentów. Jako założenie przyjęto jeden cykl działania magazynów dziennie (przez 365 dni) oraz aktualne ceny energii elektrycznej w godzinach ich zasilania, jak również żywotność na poziomie 10 lat.
Do określenia kosztów CAPEX wykorzystano „Bazę danych magazynów ciepła ‘2022” opracowaną przez IEO oraz dostępne krajowe i zagraniczne raporty naukowe, jak również analizy branżowe (PIME) dotyczące magazynów energii. Na rysunku poniżej pokazano wyniki analiz, zestawiając zakresy kosztów (średnia koła) dla dobowo-godzinowych domowych zasobników ciepłej wody i magazynów bateryjnych litowo-jonowych oraz dla sezonowych magazynów ciepła dla ciepłowni miejskich (typu PTES).
Źródła: Lazard’s levelized cost of storage analysis, Dostępne i przyszłe formy magazynowania energii – raport Fundacji WWF Polska, 2020 Grid Energy Storage Technology Cost and Performance Assessment, PIME. IEO: Baza danych magazynów ciepła ‘2022. Oprac. IEO
Skorzystano ze skali logarytmicznej, gdyż domowe zasobniki ciepła są zdecydowanie tańsze w sensie wysokości nakładów inwestycyjnych w przeliczeniu na jednostkę mocy (PLN/kW) oraz kosztów magazynowania ciepła nawet poniżej 1 PLN/kWh w stosunku do magazynów elektrycznych.
Oszczędności
Rozliczenie prosumentów w systemie net-billing do 30 czerwca 2024 roku będzie odbywać się po średniej cenie hurtowej energii z miesiąca poprzedniego, którą to cenę podaje PSE. W lipcu 2022 roku prosumenci sprzedawali energię po cenie z czerwca 2022, która wynosiła 659,29 PLN/MWh i dotyczyła tylko tych bieżących nadwyżek energii, które nie przekraczają rocznego zużycia energii w gospodarstwie domowym (reszta energii ma w rozliczeniu cenę równą zero).
Jest to cena stosunkowo konkurencyjna do ceny zakupu energii w taryfie, natomiast warto dodać że odkupując tę energię z powrotem, odbiorca końcowy ponosi jeszcze opłaty dystrybucyjne. Ceny w kolejnych miesiącach mogą być jeszcze wyższe, natomiast w perspektywie średniookresowej mogą spadać i stabilizować się na niższym poziomie. W związku z włączaniem się do KSE nowych mocy PV, ceny hurtowe energii spadać będą w szczególności w godzinach największej generacji PV.
Kiedy zatem od 1 lipca 2024 roku wejdzie w życie rozliczenie prosumentów po cenie bieżącej z rynku hurtowego oraz (najprawdopodobniej) taryfy dynamiczne dla dotychczasowych odbiorców w grupie taryfowej „G” (najwyższe ceny w szczycie wieczornym i porannym), obecny, uproszczony rachunek ekonomiczny prosumenta ulegnie zmianie. Zmiana ta z pewnością będzie bodźcem dla prosumentów do zwiększenia autokonsumpcji i magazynowania energii w szczytach generacji PV oraz wykorzystania wieczorem lub kolejnego dnia rano nadwyżek energii w celu pokrycia potrzeb związanych z przygotowaniem CWU lub wsparcia ogrzewania (CO).
Na powodowanej generacją PV dynamice cen i taryf oraz magazynowaniu w cieple skorzystać będą mogły także gospodarstwa domowe „nieprosumenckie”. Staje się to możliwe poprzez racjonalne zarządzanie czasem zakupu energii i okresem magazynowania. Już w tej chwili z takiej możliwości mogą skorzystać odbiorcy energii w grupie taryfowej G12 (tzw. taryfa nocna).
W celu określenia potencjalnych korzyści i oszczędności z zastosowania przykładowego magazynu ciepła o mocy 8 kWh, została przeprowadzona wstępna analiza. Porównano koszty ładowania magazynu ciepła w godzinach nocnych (okres tańszej energii elektrycznej wg taryfy G12) z nagrzewaniem wody przez podgrzewacz elektryczny (tylko na potrzeby CWU) w godzinach największego na nią zapotrzebowania (energia elektryczna w droższym okresie w taryfie G12). Uwzględniono całkowite jego rozładowanie (zużycie CWU dla 5 os. rodziny, posiadającej właśnie ok. 8 kWh zapotrzebowania dziennego). Szacowane oszczędności roczne wynoszą ok. 1110 PLN.
Podobną symulację przeprowadzono na podstawie obecnych średnich godzinowych cen energii elektrycznej z lipca 2022 roku (indeks TGEBase – RDN), aby zobrazować możliwe oszczędności na inteligentnym magazynowaniu ciepła po przejściu na taryfy dynamiczne dla gospodarstw domowych od roku 2024. Szacowane oszczędności roczne wg obecnych cen (i tzw. dobowych „spreadów” cenowych) wyniosłyby ponad 1350 PLN.
Łatwo można wykazać, że te korzyści będą rosły z roku na rok i już obecnie powinny być analizowane przez inwestujących w rozwiązania prosumenckie oraz uwzględniane w atrakcyjnej ofercie instalatorskiej. Jest to też szansa dla krajowego przemysłu produkującego i eksportujących zasobniki ciepła i bufory na wejście z dotychczasowymi produktami (lub nowymi, w szczególności o większej pojemności cieplnej) na powstający nowy rynek inteligentnego i zielonego elektroogrzewnictwa.
Rynek magazynów ciepła i producenci
Magazyn ciepła opisuje szereg parametrów, których analiza jest niezbędna, aby dopasować go do potrzeb posiadanej instalacji grzewczej i stanu technicznego budynku, a także dokonać ekonomicznie uzasadnionego wyboru. IEO przygotował „Bazę danych magazynów ciepła ‘2022”, w której zebranych zostało kilkudziesięciu producentów oferujących zasobniki i bufory ciepła, a których asortyment to prawie tysiąc różnych modeli. W bazie danych są też znani polscy producenci i eksporterzy.
Wielość rozwiązań i typoszeregów wielkości magazynów ciepła zgromadzonych w bazie danych IEO potwierdza wcześniejszą tezę, że w zależności od swojej konstrukcji mogą być bardzo uniwersalnymi urządzeniami. W wielu rozwiązaniach magazyn ciepła jest centralnym i najbardziej „inteligentnym” elementem lokalnych systemów energetycznych, a jego rola będzie rosła wraz z nieuchronnym i koniecznym wzrostem udziału źródeł pogodozależnych w miksie energetycznym.
Zważywszy na obecny kształt rynku i kierunki, w których podąża zielone elektroogrzewnictwo warto więc budować ofertę opartą o stworzone dotychczas możliwości. Obecnie taki impuls i możliwości daje IV edycja programu Mój Prąd, który sprzyja rozwojowi magazynów, szczególnie ciepła oraz zachęca do wejścia w nową fazę transformacji energetycznej z OZE.
artykuł sponsorowany
