Jak PSE radzi sobie z nadprodukcją energii z OZE?

Polskie OZE rośnie

Jak zaznacza Konrad Purchała, dyrektor Departamentu Zarządzania Systemem w PSE, energetyka odnawialna rozwija się dynamicznie. Sumarycznie stanowi ponad 40 procent mocy zainstalowanej w całym krajowym systemie elektroenergetycznym. „W 2023 roku elektrownie słoneczne i wiatrowe wyprodukowały ok. 23 procent energii w Polsce. Odnawialne źródła energii bardzo śmiało wkroczyły w polski miks energetyczny i w tej chwili pokrywają jedną czwartą zużycia energii w naszym kraju – nie można więc mówić, iż stanowią jedynie uzupełnienie dla elektrowni konwencjonalnych” – podkreśla Purchała.

Począwszy od 2020 roku, fotowoltaika zanotowała bardzo dynamiczny przyrost mocy zainstalowanych PV – w samym 2023 roku przybyło blisko 5 GW. Jak podają PSE, do niedawna blisko 80 procent z nich stanowiły instalacje w sieci niskiego napięcia, czyli prosumenckie. w tej chwili jest to 60 procent, co oznacza, iż przybywa mocy w dużych instalacjach. Podobny stały przyrost może być zaobserwowany w przypadku farm wiatrowych, gdzie w ostatnich latach uruchomiono niemal 3 GW. Dynamika wzrostu jest jednak o wiele mniejsza niż PV, co może być powiązane z przez cały czas obowiązującą ustawą 10H.

Według szacunków Polskich Sieci Elektroenergetycznych, w ciągu najbliższych 10 lat potencjalne moce odnawialnych źródeł energii w Polsce wyniosą łącznie blisko 79 GW (ok. 36 GW dla lądowych i morskich elektrowni wiatrowych i 43 GW dla elektrowni słonecznych). W efekcie potencjalna roczna produkcja energii elektrycznej wyniesie ponad 180 TWh, pokrywając połowę zużycia energii w Polsce.

Zgodnie z danymi PSE, w ciągu ostatnich trzech lat udział mocy osiągalnej fotowoltaiki w Krajowym Systemie Energetycznym (KSE) wzrósł do 25,35 procent, a elektrowni wiatrowych – do 15,07 procent. Należy jednak pamiętać, iż moc osiągalna nie jest równoznaczna z ilością wytworzonej energii, a stanowi maksymalną moc, z jaką dana jednostka może pracować przy optymalnych warunkach pogodowych i dobrym stanie urządzeń. OZE to źródła energii zależne od pogody i nie wytwarzają cały czas tej samej ilości energii elektrycznej. W efekcie raz produkują mniej, a raz więcej energii. Źródła dyspozycyjne, takie jak elektrownie węglowe czy gazowe, muszą się dostosować do generacji OZE.

Wpływ na KSE

Jak zaznacza PSE, rekordowa chwilowa generacja z OZE (fotowoltaiki i elektrowni wiatrowych) to ok. 15,9 GW, kiedy to odnawialne źródła energii pokrywały ponad 80 procent chwilowego krajowego zapotrzebowania, zanotowana została 29 marca 2024 roku.

W takich momentach konieczne staje się zapewnienie pracy bloków konwencjonalnych elektrowni na ich minimach technicznych, do czego nie zawsze były projektowane i nie zawsze dobrze znoszą zmiany obciążenia. Z kolei przy niskiej generacji OZE, bloki konwencjonalne muszą pracować z bardzo dużą mocą, aby uzupełnić luki w systemie. W ciągu ostatnich lat, w efekcie wzrostu udziału OZE, liczba godzin pracy elektrowni konwencjonalnych na minimach technicznych wzrosła.

W przypadku elektrowni słonecznych i wiatrowych, można zaobserwować wyraźny trend sezonowy. Od kwietnia do września PV przyczyniają się do powstawania dużych nadwyżek generacji, najczęściej między godziną 9:00 a 15:00, z kolei farmy wiatrowe są najbardziej „aktywne” między październikiem a marcem i charakteryzują się silną zmiennością między poszczególnymi dobami.

Jednak choćby w ciągu jednej doby dość łatwo o wysokie dysproporcje między podażą a popytem energii elektrycznej. Wraz ze wzrostem mocy zainstalowanej OZE, w środku dnia maleje zapotrzebowanie na moc i energię z konwencjonalnych źródeł. Jednocześnie naturalny wieczorny spadek generacji PV (brak słońca) następuje w momencie intensywnego wzrostu zapotrzebowania. To wtedy większość gospodarstw domowych wykorzystuje najwięcej energii elektrycznej – po powrocie z pracy.

W osiągnięciu równowagi pomagają elektrownie konwencjonalne oraz sprzedaż nadwyżek energii elektrycznej za granicę. Określone ilości pracujących elektrowni gazowych czy też – w przypadku Polski – węglowych są w tej chwili niezbędne do zapewnienia wymaganych parametrów pracy KSE i zapewnienia stabilności sieci, która musi zachowywać równowagę między generacją i poborem dosłownie w każdej chwili.

Jak zaznacza PSE, wysokie poziomy mocy PV wymagają znacznej elastyczności od strony podażowej energii, a szczególnego znaczenia nabierają koordynacja cenowa uczestników rynku i adekwatne usługi systemowe. Dostarczenie coraz większych ilości energii z OZE do systemu wymaga jednoczesnego uelastycznienia odbioru (w tym budowy magazynów energii) oraz istniejących już źródeł wytwórczych (w tym zmniejszenia ich minimów technicznych). Pomóc mogą także nowe jednostki wytwórcze, dostosowane do szybkiego włączania i wyłączania.

Co PSE robi z nadprodukcją

Jeszcze przed Świętami Wielkanocnymi PSE wystosowała komunikat, w którym uprzedzała o możliwości „korzystania na dużą skalę ze środka operacyjnego w postaci redukowania produkcji energii elektrycznej przez instalacje fotowoltaiczne oraz wiatrowe”.

Jak oznajmiono, konieczność zastosowania redukcji wynikała z „prognozowanej wysokiej generacji odnawialnych źródeł energii elektrycznej przy jednoczesnym niskim zapotrzebowaniu oraz niewystarczalności innych środków do zbilansowania krajowego systemu elektroenergetycznego (KSE), w szczególności ograniczenia generacji źródeł konwencjonalnych”.

Prognozy się potwierdziły. Począwszy od końca marca, aż do 7 kwietnia, wyjątkowo dobra pogoda w Polsce zapewniła nadprodukcję energii elektrycznej z OZE, a PSE były zmuszone do wprowadzenia „nierynkowej redukcji generacji (…) w odniesieniu do niesterowalnych źródeł wiatrowych i fotowoltaicznych”. Przykładowo, 1 kwietnia redukcja wynosiła 1158 MW w godz. 11.00-12.00, 1937 MW w godz. 12.00-13.00 i 1841 MW w godz. 13.00-14.00.

Działanie PSE polegające na nierynkowej regulacji i redukcji OZE były w tym wypadku ostatecznością. Polski rynek energii jest w pełni zintegrowany z rynkiem europejskim, a każdy uczestnik rynku zobowiązany jest do bilansowania własnych potrzeb w jednostce czasu. o ile system nie zostanie zbilansowany przez transakcje uczestników rynku, operator systemu przesyłowego podejmuje działania, mające zbilansować podaż i popyt, zapewniając bezpieczną pracę systemu. Dokonuje też rozliczeń energii bilansującej między użytkownikami systemu.

W celu stabilizacji systemu przy nadwyżkach generacji operator przede wszystkim zaniża pracę jednostek konwencjonalnych. Wykorzystywane są także elektrownie szczytowo-pompowe, które pozwalają zmagazynować część nadwyżek, jednak ich moc i pojemność jest zbyt mała względem potrzeb systemu. Możliwe jest także skorzystanie z pomocy międzyoperatorskiej, polegającej na awaryjnej sprzedaży energii do sąsiednich systemów. Nie zawsze jest to jednak możliwe lub racjonalne ekonomicznie. Nierynkowa regulacja OZE zalicza się do działań nadzwyczajnych, wykorzystywanych, gdy nie ma innego sposobu na zbilansowanie systemu. W Polsce dotychczas zaniżana była generacja dużych farm wiatrowych i fotowoltaicznych, a nie prosumentów.

Rozwiązanie?

Czasowa redukcja OZE w obecnych warunkach systemowych – bez magazynów energii – staje się koniecznością, a częściowe straty energii pozostają nieuniknione. Problem narasta ze względu na fakt rosnących wielkości mocy odnawialnych źródeł energii w systemie.

Jak zaznacza PSE, rozwiązaniem może być urynkowienie procesu bilansowania KSE, w tym poprawa wyceny energii na rynku bilansującym, wysoka elastyczność KSE po stronie podaży i popytu oraz poprawa sterowalności odnawialnych źródeł energii (jeśli mechanizmy rynkowe okażą się niewystarczające).

Zdaniem Polskich Sieci Elektroenergetycznych, aby poprawić integrację OZE w KSE, powinien zostać przyspieszony rozwój rynku usług systemowych, który promowałby rynkową regulację generacji i magazynowania energii. W praktyce oznaczałoby to narażenie się wytwórców na bardzo niskie lub wręcz ujemne ceny za wprowadzanie do systemu energii bez posiadania zawartych umów sprzedaży. W państwach takich jak Holandia czy Niemcy ceny na rynkach bilansujących w chwilach nadpodaży osiągają nieraz poziom minus kilkuset euro – wówczas wytwórcy muszą zapłacić taką kwotę za każdą nieplanowaną megawatogodzinę energii.

W celu uniknięcia redukcji OZE w szczytowych okresach ich mocy produkcyjnych, rynek bilansujący powinien opierać się na mechanizmach zachęcających jego uczestników do odpowiedniego planowania pracy swoich zasobów odnawialnych źródeł energii i podejmowania adekwatnych działań na rynku hurtowym. Nieplanowane nadwyżki powinny być nieatrakcyjne finansowo z perspektywy wytwórców.

Dodatkowy element dotyczy samej elastyczności KSE, która może być osiągnięta m.in. przez zmniejszenie minimów technicznych konwencjonalnych elektrowni czy też wykorzystywanie nadwyżek do produkcji ciepła w przemysłowych pompach ciepła. PSE zaznacza również, iż koniecznym będzie utrzymywanie źródeł rezerwowych, jako iż OZE nie są źródłem mocy, a jedynie bezemisyjnej energii. w tej chwili pewność zasilania jest dostarczana jedynie przez źródła sterowalne.

Biorąc pod uwagę wszystkie wymienione czynniki, okresy redukcji OZE i straty energii z nich wynikające są na obecnym etapie niewygodną koniecznością, jaka pojawia się przy transformacji systemu elektroenergetycznego w Polsce. Zwłaszcza, jeżeli weźmiemy pod uwagę niewielki udział magazynów energii w systemie. Dopóki krajowy system elektroenergetyczny nie zostanie uelastyczniony, a producenci OZE nie będą funkcjonować w ramach odpowiednich mechanizmów rynkowych, marnotrawstwo bezemisyjnej energii będzie konieczne do utrzymania stabilności systemu.