Piotrowski: Dlaczego klastry energii potrzebują LTE450?
Po przeprowadzeniu testów i przygotowaniu koncepcji budowy sieci LTE450 Polska zajęła miejsce w światowej czołówce, w grupie krajów już dysponujących przetestowanym potencjałem wdrożenia tego rozwiązania w energetyce – pisze Andrzej J. Piotrowski, były wiceminister energii i prezes PGE Systemy.
Energetyka przez lata musiała sobie radzić z tym, że zapotrzebowanie na energię elektryczną zmienia się dynamicznie – w skali poszczególnych dób ale też i pór roku. Do regulacji służyły źródła – konwencjonalne elektrownie umożliwiające pewien poziom moderacji wytwarzanej chwilowo energii. Wraz z szybkim upowszechnieniem źródeł odnawialnych (OZE) elementem wnoszącym komplikacje do systemu energetycznego stały się też same źródła, które dostarczają energię stosownie do aury, a nie popytu. Co więcej, z kilkudziesięciu punktów wprowadzania energii do sieci naraz zrobiły się setki tysięcy punktów (prosumenci, klastry energii). Sieciami elektroenergetyczne muszą się więc do tej sytuacji przystosować albo przestaną wywiązywać się z postawionego zadania.
Energetyka rozproszona to nabierające rozpędu nowe podejście do sposobu przyłączania do sieci niesterowalnych źródeł energii odnawialnej. Zorganizowanie wytwarzania, odbioru i magazynowania w system zarządzany lokalnie to praktyczna realizacja jednego z filarów polityki Unii Europejskiej: problem rozwiązywany jest na poziomie najbliższym grupy interesariuszy. To jednak nie zasady UE stały się przesłanką do nowego podejścia ale uzyskiwana w ten sposób efektywność. Przesunięcie bilansowania zapotrzebowania i wytwarzania energii na wymiar problemu rozwiązywanego lokalnie to ograniczenie zmasowanego wzrostu przepływów dalekosiężnych prowadzącego do przeciążenia sieci energetycznych budowanych dziesiątki lat wcześniej ogromnymi, trudnymi dziś do powtórzenia nakładami.
Koniec historii czy może początek nowej?
Szybko zbliżamy się do momentu, w którym nastąpi wysycenie możliwości wykorzystania scentralizowanego systemu zarządzania wytwarzaniem, odbiorem i magazynowaniem energii. Ponadto, system ten nie obejmuje zorganizowanych w branżowe silosy różnych aspektów korzystania z energii. Na dziś nie ma bowiem systemowej zamienności między wykorzystaniem energii elektrycznej, paliw i nośników energii takich jak np. czynniki grzewcze (ciepła woda).
Przykładowo, samochód hybrydowy typu „plug-in”, będący najczęściej własnością firmy, doładowywany jest w godzinach biurowych, bo „prąd z gniazdka” w garażu biurowca rozlicza firma. Jednak godziny biurowe to jeden z dwóch dobowych szczytów zapotrzebowania. Dla systemu korzystniejsze było by doładowanie w godzinach nocnych, ale gniazdka w domowym garażu nie da się już łatwo rozliczyć w kosztach firmy. Mniej oczywiste może być to, że duża liczba samochodów elektrycznych ładujących się w tej samej okolicy, w tym samym czasie może sporadycznie, w niesprzyjających warunkach wywołać problem braku mocy. Doraźny ratunek może leżeć w przekazaniu dyspozycji by określona część z samochodów hybrydowych danego dnia jednak korzystała z napędu konwencjonalnego jako najprostszego i być może tańszego sposobu rozładowania chwilowego niedoboru energii elektrycznej. O tak elastycznym zarządzaniu i głębokiej współpracy z konsumentami można myśleć w ramach klastrów energii, a znacznie trudniej, gdyby miała tym zarządzać Krajowa Dyspozycja Mocy.
Krótko i średnioterminowe magazynowanie ciepła do celów grzewczych jest prostsze i tańsze niż magazynowanie energii elektrycznej na potrzeby profesjonalnej energetyki. W zakresie gospodarstw domowych zbiorniki c.w. i c.w.u. są nawet dosyć popularne ale też i całkowicie niepowiązane z bieżącą sytuacją w systemie energetycznym. Z drugiej strony rozproszone, niewielkie, domowe magazyny energii elektrycznej sterowane w zależności od sytuacji jak całościowy system mogą wydatnie poprawić jakość i stabilność dostaw. Dla odmiany pompy ciepła dzięki bezwładności cieplnej grzanych/chłodzonych obiektów budowlanych mogą wspierać zarządzanie popytem.
Precyzyjne wykorzystanie możliwości każdego elementu systemu
Reasumując, należy liczyć się z nieuchronną koniecznością przejścia z zarządzania ekstensywnego na precyzyjne wykorzystywanie każdego elementu sytemu i to na różne sposoby. Jest to możliwe poprzez głębokie zautomatyzowanie procesów energetycznych i uwzględnienie substytucji poszczególnych nośników energii. Automatyzacja jest jednak tylko narzędziem dla podmiotów gospodarczych, takich jak klastry energii, które wypracują wzorce operacyjne i biznesowe.
Klastry energii to sposób organizacji producentów, odbiorców i usługodawców w strukturę upraszczającą interakcje między poszczególnymi stronami. Spoiwem gospodarczym klastrów jest właśnie możliwość precyzyjnego wykorzystania każdego elementu systemu. Brak typowych dla obciążeń organizacyjno-formalnych dużych podmiotów funkcjonujących jako koncerny tworzy pole do eksperymentów, innowacji i w efekcie wykorzystania wcześniej niedocenianych lub wręcz ignorowanych cech poszczególnych elementów systemu. Każdy z klastrów jest nieco inny bo wykorzystuje inne szanse i nadarzające się lokalnie możliwości. Jest to elementem przewagi takich struktur nad dążącymi do unifikacji i prostego powielania rozwiązań większych podmiotów gospodarczych. Elastyczność powinna jednak być wsparta łatwym wprowadzaniem nowych rozwiązań, przemieszczaniem elementów systemu, zmianami konfiguracji. To wszystko wymaga bezproblemowej dostępności usług łączności na całym obszarze działalności klastra. Łączność ma tu różne wymiary – od odczytu danych pomiarowych, przez sterowanie załącznikami, funkcjami urządzeń, po wykorzystanie możliwości zdalnych inspekcji, gromadzenia danych o funkcjonowaniu urządzeń, co przy użyciu technik nowych technik informatycznych pozwala przewidywać usterki, wspomagać pracę monterów jak również współpracować z uczestnikami klastra.
Unikalna polska przewaga w LTE450
W Polsce mamy już wydzielone dla energetyki pasmo częstotliwości umożliwiające łatwą komunikację z rozproszonymi komponentami systemu energetycznego. Po przeprowadzeniu testów i przygotowaniu koncepcji budowy sieci LTE450 Polska zajęła miejsce w światowej czołówce, w grupie krajów już dysponujących przetestowanym potencjałem wdrożenia tego rozwiązania w energetyce. Cyfrowa łączność dostępna w ramach technologii LTE450 ma kluczowe znaczenie dla wsparcia rozwoju energetyki rozproszonej, gdyż daje możliwość:
- szybkiego ustanowienia komunikacji z urządzeniami niezależnie od ich położenia geograficznego i bieżącego poziomu dostępności usług w sieciach operatorów publicznych;
- natychmiastowego (w tzw. czasie rzeczywistym) reagowania na sytuację – np. przejście ławicy chmur redukuje krótkoterminowo wytwarzanie fotowoltaiki w danym obszarze – możliwe jest efektywne, lokalne sterowanie popytem, magazynowaniem i/lub sterowalnymi źródłami wytwarzania; możliwe jest też błyskawiczne reagowanie na odchylenia od wzorcowej częstotliwości lub wystąpienia przesunięcia fazy generującego moc bierną;
- wprowadzenia mechanizmów opierających się o bieżące rozliczenie energii wytwarzanej i zużywanej na potrzeby podmiotu z klastra energii, zlokalizowanych w innych miejscach; warunkuje to np. możliwość uzyskania efektów z wybudowania magazynów energii łączonych poprzez publiczną sieć energetyczną na zasadach usługi dostępu do infrastruktury;
- obsługi komunikacji z obiektami ruchomymi (np. pojazdy elektryczne – predykcja popytu, drony – możliwość zdalnej inspekcji i czynności serwisowych).
Klastry energii w roli koła zamachowego transformacji
Klastry energii jeśli będą mogły na bieżąco zarządzać przesyłami energii w miejscowych sieciach energetycznych łącząc zasoby własne i zasoby innych operatorów oraz będą mogły w ten sposób bilansować energię wytworzona/odebraną w ramach klastra z energią dostarczoną/odebraną przez inne podmioty uzyskają fizyczną możliwość realizacji swojego najważniejszego zadania. Konieczne jest tu przesyłanie danych związanych z opomiarowaniem i możliwością sterowania urządzeniami dla wszystkich współpracujących źródeł, odbiorców oraz komponentów sieci. Dane pomiarowe muszą nie tylko dostarczać natychmiastowych informacji ale też muszą powstawać w taki sposób by mogły stanowić podstawę do rozliczeń między podmiotami. Ważny jest więc równoprawny dostęp do danych i środków łączności zarówno przez uczestników sektora o ugruntowanej pozycji rynkowej jak też przez inicjatorów nowych przedsięwzięć oraz twórców nierutynowych koncepcji. A nawet, z racji szczególnej roli klastrów energii w wyprzedzającym stosowaniu nowych rozwiązań powinny one zostać potraktowane priorytetowo. Biorąc pod uwagę konieczność zapewnienia bezpieczeństwa Krajowego Systemu Energetycznego i obrotów energią niezbędna jest odpowiednia kwalifikacja podmiotów, wydzielenie obszarów eksperymentalnych jako „piaskownic” i jeszcze wiele innych kroków. To temat do szerszej dyskusji między stronami, regulatorem i Ministrem.
Czego nie zapewniają operatorzy sieci komórkowych?
Zadanie zapewnienia łączności dla energetyki ma spełnić dedykowana sieć łączności (czyli taka, która świadczy usługi jedynie dla określonej, zamkniętej grupy) bo pozwala zapewnić cechy, których nie mają sieci komercyjne. Po pierwsze, sieć dedykowana budowana jest tak by gwarantować zaspokojenie potrzeb użytkownika, natomiast sieci komercyjne będą orientować się na zysk. Stąd w miejscach słabo zaludnionych bywają „nierozwiązywalne” kłopoty z zasięgiem, a dostęp do przepływności w ramach usługi określony jest zasadą „best effort”, żartobliwie tłumaczonej na „w najlepszym przypadku”. Sterowanie systemem energetycznym, wymaga pewności, że dane dotrą we właściwym czasie. Ważna jest bowiem jednoczesność np. włączenia ładowania magazynu energii z pojawieniem się nadwyżki wyprodukowanej przez fotowoltaikę. Oznacza to, że nie tylko zapewniony będzie zasięg w miejscach, gdzie nie ma mieszkańców ale też i niezbędna dla realizacji zadań energetyki przepływność. System łączności musi mieć co najmniej 48 godzinne podtrzymanie w razie awarii zasilania sieciowego, o co operatorzy w obszarach pozamiejskich zazwyczaj nie dbają.
Równe prawa, czyli pomoc państwa dla klastrów energii
W planowanym przez grupę PGE przedsięwzięciu LTE450 powinna zostać uwzględniona rola promotorów energetyki rozporoszonej – klastrów energii. Nie stanie się to samoistnie. PGE jest podmiotem gospodarczym i naturalne jest więc, że tworzy rozwiązania odzwierciedlające jej potrzeby. Oczywiste jest też, że klastry energii, nawet te największe, nie dysponują potencjałem inwestycji w sieć łączności, który odegrałby ważką rolę w zapewnieniu interesującego klastry priorytetu dla kolejności powstawania infrastruktury dostępu radiowego (ang. RAN) na ich obszarach działalności. Na początek, przedstawicieli klastrów należy włączyć w prace Ogólnopolskiego Zespołu Roboczego LTE450. Ułatwi to zaplanowanie warstwy radiowej sieci i zestawu usług. Jednocześnie istnieje konieczność wypracowania mechanizmu wspierającego klastry w zakresie uzyskania dostępu do usług sieci łączności specjalnej oraz do danych pomiarowych i uwidocznienie rozwiązania na poziomie polityki energetycznej państwa, przynajmniej w tym zakresie w jakim będzie udzielane wsparcie w transformacji systemu energetycznego.
