Partnerzy
serwisu

BOŚ Bank logo Instytut Polityki Energetycznej logo

Merxu maj

Merxu maj mobile

Partnerzy
Merytoryczni

IGEOS logo
Wpływ fotowoltaiki na sieć elektroenergetyczną
fot. Unsplash

Wpływ fotowoltaiki na sieć elektroenergetyczną

Wpływ fotowoltaiki na sieć elektroenergetyczną stale rośnie, co wynika bezpośrednio ze zwiększającej się ich mocy zainstalowanej. Polska pod względem przyrostu nowych mocy w tym sektorze należy do europejskich pionierów. Jednak sektor energetyczny to system naczyń powiązanych i zmiana struktury produkcji energii elektrycznej niesie ze sobą określony wpływ na niego.

Ensta

Wpływ fotowoltaiki na sieć elektroenergetyczną – moc dyspozycyjna

Wpływ fotowoltaiki na sieć elektroenergetyczną rośnie wraz z rynkiem PV, którego gwałtowny rozwój od trzech lat można zaobserwować również w naszym kraju (fotowoltaika w Polsce na koniec 2020 r. osiągnęła poziom prawie 4500 MW mocy zainstalowanej).

Mimo że fotowoltaika stanowi źródło sterowalne, to nie jest przewidywalne, a tym samym ma ograniczoną dyspozycyjność. Przy określaniu bilansu mocy, granicę bezpieczeństwa KSE wyznaczają źródła całkowicie dyspozycyjne [1]. Jak wskazuje Urząd Regulacji Energetyki (URE), pomimo wzrostu zdolności produkcyjnych energii elektrycznej (całkowitej mocy zainstalowanej w systemie), moc dyspozycyjna spada [2].

Aby precyzyjnie określić, jak inwestycje w nowe moce w poszczególnych technologiach wytwórczych przekładają się na stabilność działania KSE, a co za tym idzie – również wpływ instalacji fotowoltaicznych na system elektroenergetyczny, pomocne jest wykorzystanie tzw. korekcyjnego współczynnika dyspozycyjności (KWD). Został on określony w Rozporządzeniu Ministra Klimatu w sprawie parametrów aukcji głównej dla roku dostaw 2025 oraz parametrów aukcji dodatkowych dla roku dostaw 2022 [3]. Współczynnik pokazuje dyspozycyjność źródeł w zależności od zastosowanej technologii i np. dla elektrowni słonecznych KWD wynosi ok. 2%, dla turbin wiatrowych lądowych – 14%, a dla elektrowni wodnych szczytowo-pompowych – ponad 99% [2].

Wpływ instalacji fotowoltaicznych na system elektroenergetyczny – blackout

Wpływ instalacji fotowoltaicznych na system elektroenergetyczny, w obliczu przyrostu nowych mocy, stawia przed konwencjonalnymi sieciami przesyłowymi dwa główne wyzwania. Dotyczą one zapobiegania przeciążeniom istniejących linii przesyłowych, które mogą prowadzić do przeciążeń termicznych, a także zakłóceniom progowych wartości częstotliwości i napięcia sieci [4]. Jest to o tyle istotne, że konsekwencją wspomnianych zagrożeń są przerwy w dostawach energii (tzw. blackouty) oraz destabilizacja systemy przesyłowego.

Przykładem może być hawajska wyspa Kauai, gdzie wiosną 2021 r. ponad 35 000 mieszkańców zostało pozbawionych dostępu do elektryczności w wyniku wahań częstotliwości, w czasie, gdy sieć pracowała w 100% w oparciu o energię odnawialną [5]. Nie był to pierwszy tego rodzaju incydent (wcześniej wystąpił również na innych hawajskich wysypach, np. Oahu), dlatego w kraju zainicjowano projekt, który ma na celu wyposażenie 6000 domów w bateryjne magazyny energii, aby ograniczyć wpływ fotowoltaiki na sieć elektroenergetyczną i wspomóc jej działanie [6].

Paradoksalnie, do wzrostu problemów z przerwami dostaw energii przyczynili się w dużej mierze sami Hawajczycy, bowiem użytkownicy paneli fotowoltaicznych zwykle nie mają świadomości, że ich domowa instalacja PV nie może pracować podczas przerw w dostawie energii elektrycznej od dostawcy [7].

Niekorzystny wpływ fotowoltaiki na sieć elektroenergetyczną objawił się także w Kalifornii (USA) [8] czy Queensland (Australia) [9], gdzie w ostatnich latach występowały liczne blackouty. Tam również rozpoczęto wyposażanie budynków w magazyny energii na masową skalę. Magazyny eliminują problem braku energii elektrycznej w przypadku przerwy w jej dostawie z sieci głównej, ale należy wspomnieć, że są także częstą przyczyną pożarów, nie stanowią więc idealnego rozwiązania.

Innym problemem towarzyszącym technologiom PV jest fakt, że nasłonecznienie nie zawsze jest skorelowane z temperaturą, która jest bezpośrednią przyczyną wzrostu popytu na energię elektryczną (systemy klimatyzacji). Może to prowadzić to do takich sytuacji, jak np. latem 2020 r., kiedy w czasie fali upałów blackout dotknął ok. 3,3 mln Kalifornijczyków. Rok wcześniej, w październiku 2019 r., ok. 800 000 mieszkańców Kalifornii zostało pozbawionych energii elektrycznej [10]. Łącznie w 2019 r. wystąpiło 25 281 blackoutów w Kalifornii i było to o 23% więcej niż w 2018 r. Liczba odbiorców pozbawionych prądu wyniosła 28,4 mln, co stanowiło wzrost o 50% w stosunku do 2018 r. [11]. Z kolei w 2020 r. doszło w tym stanie do pierwszych od 19 lat rotacyjnych wyłączeń energii elektrycznej. Ostatnim razem takie przerwy miały miejsce podczas letnich szczytów w latach 2000 i 2001, kiedy zmagano się z kryzysem energetycznym, wywołanym przez błędnie przeprowadzoną deregulację sektora oraz manipulacje na rynku energii. Obecnie, stanowy operator sieci CAISO i analitycy Wood Mackenzie [12] winą obarczają zbyt szybkie wyłączenie elektrowni gazowych w stosunku do wahań produkcji energii z OZE.

Wpływ fotowoltaiki na sieć elektroenergetyczną w postaci masowych przerw w dostawach energii obserwuje się w ostatnich latach także w Australii. W związku z szybkim rozwojem rynku PV i wysokim ryzykiem kolejnych awarii, operatorzy sieci elektroenergetycznych w Australii Południowej przejęli (od 2021 r.) uprawnienia do zdalnego wyłączania nowych paneli fotowoltaicznych [13]. Pierwsze wykorzystanie nowo nabytych kompetencji miało miejsce w marcu 2021 r. [14].

Czytaj też: Fotowoltaika w Polsce. Rozwój fotowoltaiki w Polsce i prognozy

Wpływ fotowoltaiki na sieć elektroenergetyczną – jakość energii

Wpływ fotowoltaiki na sieć elektroenergetyczną w Europie w aspekcie jej przeciążeń, które prowadzą do blackoutów jest nieco ograniczony, dzięki systemom połączeń transgranicznych. Pojawia się za to problem niekontrolowanych rozpływów energii, który występuje, np. w Niemczech. Nasi zachodni sąsiedzi są dobrym przykładem, pokazującym, że nawet jeśli zadbamy o dobrą jakość sieci przesyłowych, to wyzwaniem pozostaje jakość energii [15]. W lutym 2021 r. niemieckie Stowarzyszenie Firm Rodzinnych zaprezentowało wyniki ankiety, przeprowadzonej wśród prawie 1100 firm członkowskich (małe i średnie przedsiębiorstwa – MŚP). 47% z nich poinformowało, że w ciągu ostatnich czterech lat ucierpiało z powodu wahań napięcia w sieci. To samo badanie przeprowadzone 8 lat wcześniej ujawniło, że dotkniętych tym problemem było 34% MŚP [16].

Jako że tego rodzaju problemy pojawiały się już wcześniej, niemiecka Federalna Agencja ds. Sieci przeprowadziła wśród MŚP badanie w okresie od 2018 r. do pierwszej połowy 2020 r. Niestety, w ankiecie wzięła udział mało reprezentatywna liczba przedsiębiorstw, bo zaledwie 69. Według niektórych z nich, w ostatnich latach jakość napięcia stale się pogarsza lub wzrasta liczba zdarzeń, które prowadzą do awarii. Z drugiej strony, Federalna Agencja ds. Sieci wskazała, że liczba zdarzeń zakłócających po stronie sieci pozostawała w okresie badania na podobnym poziomie. Warto jednak dodać, że w raporcie powołano się na wskaźnik SAIDI, który rejestruje przerwy wynoszące >3 min. W przypadku np. zapadów napięcia liczonych w milisekundach nadal nie wiadomo, jak wygląda statystyka. W tym zakresie raport odniósł się do operatora sieci, który jest odpowiedzialny za monitorowanie i przestrzeganie standardowych zakresów napięcia zasilającego i może on przeprowadzać długoterminowe pomiary w przypadku lokalnych problemów z jakością napięcia [17].

Wpływ fotowoltaiki na sieć elektroenergetyczną – korzyści i wady

Wpływ fotowoltaiki na sieć elektroenergetyczną może być niekorzystny w niektórych kwestiach, ale obecność źródeł PV w systemie ma również szereg zalet. Warto więc czerpać z benefitów tego rozwiązania, jednak nie zapominając o zagrożeniach, które jednocześnie mu towarzyszą. Ich zaniedbanie może doprowadzić bowiem do poważnych konsekwencji dla systemu elektroenergetycznego. Rozwój nowych technologii wytwarzania energii, takich jak fotowoltaika, a także plany zakończenia eksploatacji konwencjonalnych elektrowni opartych na węglu, wymuszają określone zmiany, m.in. struktury bilansowania KSE czy wprowadzenia nowych rozwiązań rynkowych. Jednocześnie należy podkreślić, że za przerwy w dostawach energii nie odpowiada wyłącznie OZE. Najczęstszą przyczyną blackoutów na świecie są zjawiska pogodowe i naturalne.

Korzyści i wady włączania instalacji fotowoltaicznych do systemu elektroenergetycznego:

  • Ekonomia inwestycji
    Korzyści: sposób na obniżenie rachunków za energię elektryczną i uzyskanie częściowej niezależności od dostawcy energii; w miarę dalszej popularyzacji ceny modułów będą maleć;
    Wady: wysokie koszty początkowe instalacji fotowoltaicznych; ceny paneli będą rosnąć, ponieważ surowce wykorzystywane do ich produkcji (np. selen, german, kadm, gal) nie należą do najpowszechniej występujących na świecie, a ich znaczenie z czasem będzie coraz bardziej istotne;
  • Rynek pracy
    Korzyści: rozwój nowej gałęzi gospodarczej – wysoki popyt na panele PV skutkuje szybkim wzrostem firm zajmujących się ich montażem, produkcją części lub całych modułów, a także świadczeniem usług, np. doradczych czy serwisowych;
    Wady: nieprofesjonalni wykonawcy – w Polsce już obserwuje się rosnący problem braku kompetencji niektórych firm i niedostatecznej wiedzy fachowej kadry pracowniczej, co skutkuje nie tylko wadliwym montażem paneli, ale również obniżeniem ich sprawności czy nawet stwarzaniem zagrożenia dla mienia oraz zdrowia i życia użytkowników (wyłączanie przez instalatorów systemów bezpieczeństwa prowadzi m.in. do zaburzeń napięcia w sieciach dystrybucyjnych albo przegrzania instalacji PV i pożaru);
  • Krajowy System Elektroenergetyczny
    Korzyści: przenoszenie części produkcji energii elektrycznej na prosumentów odciąża KSE;
    Wady: wzrost problemów z bilansowaniem KSE; ryzyko destabilizacji sieci przesyłowych w wyniku przeciążeń termicznych lub zakłóceń napięcia sieci;
  • Technologie
    Korzyści: inicjacja rozwoju technologii towarzyszących, np. sposobów magazynowania energii, usług elastyczności itp.;
    Wady: konieczność dodatkowych inwestycji w technologie, np. we wzmacnianie sieci przesyłowych, wyspecjalizowane liczniki energii (tzw. inteligentne) czy magazyny;
  • Umiejscowienie
    Korzyści: umożliwiają zagospodarowanie niewykorzystywanych przestrzeni, np. dachów, starych terenów pofabrycznych;
    Wady: zajmują niewspółmiernie dużo przestrzeni w stosunku do wydajności;
  • Ochrona środowiska
    Korzyści: w czasie pracy moduły fotowoltaiczne nie emitują zanieczyszczeń;
    Wady: biorąc pod uwagę cały łańcuch wartości, moduły fotowoltaiczne są obciążone śladem węglowym na etapie produkcji i utylizacji;
  • Edukacja
    Korzyści: dysponowanie modułami fotowoltaicznymi wzmaga u użytkowników zainteresowanie kwestiami energetycznymi, powoduje wzrost świadomości w zakresie ekologii, oszczędzania energii i podnoszenia efektywności energetycznej;
    Wady: asymetria informacji (model pryncypał-agent) – użytkownicy paneli fotowoltaicznych zazwyczaj nie posiadają specjalistycznej wiedzy i są zależni od ekspertów branżowych;
  • Ubóstwo energetyczne
    Korzyści: sposób na zmniejszanie skali ubóstwa energetycznego;
    Wady: sektor przetwórstwa zużytych modułów fotowoltaicznych jest wciąż bardzo słabo rozwinięty, co zwiększa ryzyko, że stare i nieefektywne produkty będą trafiały do uboższych krajów czy warstw społecznych.

 

Literatura
1. W. Mielczarski, „Spór odnawialnych źródeł energii z atomem, „Energetyka – Społeczeństwo – Polityka” 2018, nr, 1.
2. „Odchodzimy od dyspozycyjnych i sterowalnych mocy. Niezbędne będzie zabezpieczenie system”, Urząd Regulacji Energetyki, www.ure.gov.pl.
3. Rozporządzenie Ministra Klimatu z dnia 6 sierpnia 2020 r. w sprawie parametrów aukcji głównej dla roku dostaw 2025 oraz parametrów aukcji dodatkowych dla roku dostaw 2022 (DzU z 2020 r., poz. 1355).
4. „Grid Stability Issues With Renewable Energy Sources, How They Can Be Solved”, https://hivepower.tech.
5. www.thegardenisland.com.
6. www.greentechmedia.com.
7. https://simpliphipower.com.
8. www.fastcompany.com.
9. www.pv-magazine.com.
10. https://deadline.com.
11. www.bloomenergy.com.
12. www.greentechmedia.com.
13. www.abc.net.au.
14. www.abc.net.au.
15. www.deutschlandfunk.de.
16. www.finanzen100.de.
17. „Bericht zur Spannungsqualität 2020, Bericht zur freiwilligen Umfrage über die Spannungsqualität in Unternehmen”, Bundesnetzagentur.

Publikacja artykułu: listopad 2021 r.

Ocena:

5/5 - (4 ocen)

MOŻE CI SIĘ SPODOBAĆ

W POZOSTAŁYCH SERWISACH

hale przemysłowe plus

Serwis branżowy poświęcony zagadnieniom związanym z halami przemysłowymi, na które składają się m.in. budowa i wynajem, instalacje, automatyka i logistyka czy wyposażenie.