Według oficjalnych dokumentów urzędowych Unii Europejskiej termin ten tłumaczony jest na język polski jako źródła energii odnawialnej o zmiennej wydajności. Pojęcie zmiennych odnawialnych źródeł energii najczęściej utożsamiane jest z energetyką wiatrową oraz słoneczną, lecz dotyczy także źródeł wykorzystujących energię prądów morskich, pływów oraz falowania. Zwróćmy uwagę, że problem ten może wystąpić również w wypadku bioelektrowni, ze względu na zmienność w podaży biomasy. W tym wypadku możliwe jest jednak magazynowanie substratów procesu wytwarzania energii na okres o mniejszej ich dostępności.

Po okresie intensywnych badań nad poszczególnymi odnawialnymi źródłami energii (OZE), prace naukowe coraz częściej zaczynają się koncentrować na problematyce integracji niestabilnych źródeł odnawialnych z krajowymi systemami energetycznymi. Rosnący udział energii pochodzącej z OZE wymusza na krajowych systemach elektroenergetycznych zwiększenie elastyczności oraz zdolności do wykorzystania tej energii. Co więcej ma ona w dzisiejszych realiach rynku pierwszeństwo przed tą pochodzącą ze źródeł konwencjonalnych. Powoduje to sytuację, w której elektrownie konwencjonalne nie tylko muszą dostosować się do zmieniającego się popytu na energię elektryczną, ale również do przewidywalnej w ograniczonym zakresie podaży ze strony generacji wiatrowej bądź słonecznej.

Ponieważ elektrownie opalane węglem kamiennym bądź brunatnym niechętnie akceptują takie wymagania (chociażby ze względu na koszty ponownego uruchamiania bloku energetycznego czy też konieczność pracy na nieoptymalnych parametrach), rośnie popularność elektrowni gazowych oraz magazynów energii. Oba te rozwiązania są w stanie sprawnie reagować na zmiany popytu i podaży energii.

Opisaną sytuację najlepiej zilustrować na systemie energetycznym Niemiec, który stoi przed tymi problemami od dłuższego czasu. Pod uwagę weźmiemy dwie doby (piątek i sobotę) stycznia 2016. W ciągu tych 48 godzin elektrownie wodne, biomasowe, jądrowe oraz wykorzystujące węgiel brunatny pracowały ze stałą mocą (niewielkie odchylenia). Elektrownie konwencjonalne oparte na węglu kamiennym zmniejszyły z piątku na sobotę moc generowaną o około 25% – wynika to ze spadku zapotrzebowania w weekendy. Na rysunku 1 przedstawiono przebieg zmienności generacji wraz z krzywą zapotrzebowania. Można zaobserwować jak, wraz z rosnącą mocą generowaną przez źródła wiatrowe (począwszy od godziny 16 w piątek), redukowana jest stopniowo moc pochodząca z elektrowni gazowych. Pracę systemu wspierają również elektrownie szczytowo-pompowe (ESP), które w ciągu doby wchodzą w tryb pracy turbinowej wraz z wzrastającym zapotrzebowaniem w godzinach porannych (7–9) oraz popołudniowych (17–18). Oczywiście nie jest to regułą, a charakter ich pracy zależy od aktualnego zapotrzebowania systemu. Stabilność, którą zapewnia również istnienie transgranicznych linii energetycznych, usprawniających bilansowanie popytu i podaży na rynku energii.

Rys. 1 Zapotrzebowanie i moc generowana w niemieckim systemie elektroenergetycznym

Zaprezentowane na wykresie krzywe zmienności generacji źródeł wiatrowych oraz słonecznych nie wykazują optycznie dużej zmienności. Jednak w rzeczywistości od godziny 1 do 21 w piątek moc generowana przez parki wiatrowe wzrosła z około 3,4 GW do 16,3 GW.  Przyjrzyjmy się kwestii zmienności uzysku energii elektrycznej z parków wiatrowych na terenie Polski. Według danych PSE (w ujęciu godzinowym) w roku 2015 minimalna ilość energii pochodzącej z generacji wiatrowej wyniosła 8,91 MWh, natomiast maksymalna około 4 252 MWh, przy średniej wartości 1 215 MWh. Należy przy tym zaznaczyć, że maksymalna bezwzględna zmiana w ilości energii generowanej z godziny na godzinę wyniosła 656 MWh i nastąpiła 17 sierpnia między godziną 11 a 12 przed południem. Średnia zmienność generacji wiatrowej wyniosła około 90 MWh, przy czym wartości średnie przekraczające 100 MWh odnotowano w miesiącach: kwiecień, maj, lipiec oraz sierpień.

Rys. 2 Zmienność energii pochodzącej z parków wiatrowych zlokalizowanych w Polsce na przestrzeni roku 2015 w ujęciu godzinowym

Jakub Jurasz

AGH w Krakowie


Cały artykuł w GLOBEnergia 2/2016.

Kwartalnik jest dostępny w dwóch wersjach:

  • wersja drukowana – 6 PLN – ZOBACZ
  • wersja elektroniczna – 12 PLN – ZOBACZ