Jak duży magazyn energii jest potrzebny, by zmieścić się w mocy przyłączeniowej?

Dlaczego trzeba „mieścić się” w mocy przyłączeniowej?

Jeszcze kilka miesięcy temu jeśli Operator Sieci Dystrybucji określił w warunkach przyłączeniowych moc przyłączeniową 10 MW, inwestor mógł w miejscu przyłączenia zamontować maksymalnie 10 MWp instalacji fotowoltaicznej. Rozwiązanie nie było optymalne. W praktyce 10 MWp fotowoltaiki właściwie nigdy nie działa z mocą 10 MW, podobnie jak samochód nigdy właściwie nie jeździ z teoretyczną prędkością maksymalną. Skutek - rozdysponowane moce przyłączeniowe nie były dobrze wykorzystane.

Dzięki nowej ustawie z 17 sierpnia 2023 r. inwestor może łączyć magazyn energii, fotowoltaikę, turbiny wiatrowe i inne generatory OZE w super-instalacje OZE. Ich połączona moc zainstalowana może nawet w teorii przekraczać moc przyłączeniową - pod warunkiem, że nie będzie jej przekraczać w rzeczywistości. O tym upewniać ma specjalne urządzenie, kontrolowane przez Operatora Sieci Dystrybucji. Urządzenie to może blokować nadmiarową produkcję lub wyłączać instalację w momencie nadpodaży energii. Inwestor ma zatem szerokie pole do optymalizacji zysków w ramach zadanej mocy przyłączeniowej.

Korzystnym rozwiązaniem jest połączenie fotowoltaiki z magazynem energii w taki sposób, by magazyn energii odbierał nadmiarową energię z fotowoltaiki i sprzedawał ją do sieci wieczorem, po droższych cenach. Ten sposób działania nazywamy peak-shavingiem, czyli ścinaniem szczytu - w tym kontekście szczytu produkcji z PV.

Podstawa symulacji

Podstawą do symulacji jest narzędzie „Cable pooling symulator 2023” udostępnione w ramach projektu PoradniaOZE. Korzysta ono z danych satelitarnych udostępnionych przez PVgis, narzędzia Komisji Europejskiej. W ten sposób określa moc fotowoltaiki dla każdej godziny roku w zależności od wybranego profilu produkcji (instalacja na południe, wschód-zachód, tracker itp.). W tej symulacji włączono też moduł magazynu energii, który działa w trybie peak-shavingu odbierając energię z PV w momencie przekraczania mocy przyłączeniowej, aż do zupełnego naładowania. Gdy magazyn się naładuje, a moc przyłączeniowa nadal jest przekraczana, symulator zlicza nadmiarowe MWh jako straty.

Dobór pojemności magazynu do mocy fotowoltaiki i mocy przyłączeniowej

Dane z symulacji zostały przedstawione w poniższej tabeli. Zakłada się, że inwestor ma zadaną moc przyłączeniową i zna maksymalną moc instalacji, jaka zmieści się na działce pod budowę. Szukaną informacją jest minimalna pojemność magazynu energii. 

Jak czytać tabelę? Najpierw należy wyrazić stosunek mocy farmy PV do mocy przyłączeniowej.. Teraz określamy rodzaj instalacji PV (na południe, wschód-zachód itp.) i sprawdzamy potrzebną pojemność magazynu energii. Potem należy wybrać akceptowalne straty (2% wydaje się rozsądne) i odczytać minimalną pojemność. Na końcu minimalna pojemność musi być pomnożona przez moc przyłączeniową. 

Przykład: Moc przyłączeniowa wynosi 4 MW, a wielkość działki pozwala na budowę 6 MWp fotowoltaiki. Stosunek fotowoltaiki do mocy przyłączeniowej wynosi 1,5. Inwestor rozważa budowę instalacji na trackerze 1-osiowym i dopuszcza 2% strat w tym przykładzie. Z tabelki wynika, że powinien zamontować 1,5 MWh magazynu energii na każdy MW mocy przyłączeniowej - zatem w tym przykładzie mówimy o magazynie o pojemności 6 MWh.

Legenda do tabeli:

Instalacja na południe - dane z PVgis za rok 2020 dla regionu woj. łódzkiego. Produkcja roczna 1062 MWh / MWp.
Instalacja wschód-zachód - dane z PVgis za rok 2020 dla regionu woj. łódzkiego. Produkcja roczna 812 MWh / MWp.
Instalacja tracker 1-oś - dane z PVgis za rok 2020 dla regionu woj. łódzkiego. Produkcja roczna 1253 MWh / MWp.
Instalacja tracker 2-oś - dane z PVgis za rok 2020 dla regionu woj. łódzkiego. Produkcja roczna 1443 MWh / MWp.
Max straty - maksymalne dopuszczalne straty roczne wyrażone jako % stosunek ilości MWh, których magazyn energii nie był w stanie odebrać do całkowitej produkcji z fotowoltaiki. Zakłada, że urządzenie czuwające nad nie przekraczaniem mocy przyłączeniowej będzie z dużą dokładnością blokować nadmiarowe MWh.

W symulacji moc magazynu nie odgrywała decydującego znaczenia. Dla c-rate 0,25-1 wyniki symulacji nie zmieniały się w sposób znaczący.

Ile są warte te wyliczenia?

Dane dotyczące aktywności słonecznej i w efekcie mocy fotowoltaiki dotyczą roku 2020. Wedle danych PVgis, rok ten był o ok. 5 punktów procentowych mniej słoneczny niż rok 2018, a jednocześnie o ok. 13 punktów procentowych bardziej słoneczny niż rok 2017. Pokazuje to, że powyższe wyliczenia należy traktować poglądowo. Instalacje OZE z samej ich natury uniemożliwiają dokładne wyliczenia, bo zależą od kaprysów pogody. 

Niemniej jednak powyższe dane mają wartość orientacyjną. Ponadto w rzeczywistości, chociaż peak-shaving jest najważniejszą z funkcji magazynu energii, nie jest jedyną, a pewne przewymiarowanie magazynu energii daje mu szersze pole do działania.

Magazyn energii może więcej

Magazyn energii działający wyłącznie na cele peak-shavingu nie wykorzystuje do końca swojego potencjału. W wiele pochmurnych dni w ogóle nie działa, ponieważ fotowoltaika pracuje z niższą mocą. Tymczasem magazyn może przynosić zyski na dodatkowe sposoby, przesuwając sprzedaż z OZE oraz prowadząc arbitraż cenowy. Te zagadnienia i dalsze analizy przedstawimy w kolejnych artykułach.

Źródła

PoradniaOZE, Cable pooling symulator 2023, Ustawa z dnia 17 sierpnia 2023 r. o zmianie ustawy o odnawialnych źródłach energii oraz niektórych innych ustaw