Czym jest ograniczenie generacji energii elektrycznej?

Definicja

W sektorze energetycznym termin "ograniczenie" albo „redukcja” (ang. curtailment) odnosi się do zmniejszenia produkcji energii elektrycznej ("ograniczenie wytwarzania") lub - rzadziej - zużycia energii ("ograniczenie obciążenia"), kiedy w sieci jest za dużo energii elektrycznej (ograniczenie wytwarzania) lub kiedy w sieci jest za mało energii (ograniczenie obciążenia). Ograniczanie ma na celu zmniejszenie obciążenia sieci w danym momencie dnia. Najczęściej ograniczenie jest związane z ograniczeniem dostaw energii z odnawialnych źródeł energii. W Polsce, ustawa Prawo energetyczne wprowadza mechanizm nierynkowego ograniczania generacji z OZE.

Dlaczego i kiedy ogranicza się generację energii elektrycznej?

W zależności od regulacji krajowych lub regionalnych, generacja lub zużycie energii elektrycznej są zazwyczaj ograniczane, gdy sieć elektroenergetyczna znajduje się pod nieprzewidzianym obciążeniem i nie ma innych możliwości zrównoważenia jej pracy, np. gdy wyczerapała się możliwość zaniżania pracy elektrowni konwencjonalnych.

Należy zauważyć, że redukcję generacji (curtailment) można podzielić na ograniczenia rynkowe i nierynkowe. Oba z tych mechanizmów są wykorzystywane do rozwiązywania różnych problemów.

Pierwszym problemem jest nadwyżka produkcji energii elektrycznej z OZE, dużo wyższa niż zapotrzebowanie w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym (KSE). W przypadku występowania takiej nadwyżki Polskie Sieci Elektroenergetyczne powinny, przede wszystkim, zmniejszyć wytwarzanie energii elektrycznej przez źródła konwencjonalne. Jednakże, z technicznego punktu widzenia, elektrowniami węglowymi nie można dowolnie sterować, a najstarsze bloki węglowe są w stanie ograniczyć produkcję maksymalnie do połowy wartości dla jakiej zostały zaprojektowane. Dlatego, by zapewnić wystarczający poziom ujemnej rezerwy mocy, tj. potencjału do zmniejszenia wytwarzania energii przez pracujące źródła wytwórcze, PSE decyduje się na zaniżenie generacji źródeł wiatrowych ze względu na sytuację bilansową KSE. W większości przypadków przyczyną ograniczeń nie jest zmienność generacji energii odnawialnej, ale raczej brak możliwości magazynowania energii na potrzebną skalę oraz niezdolność obecnych sieci elektroenergetycznych do transportowania nadmiaru energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych do odbiorców.

Innym przykładem nierynkowego ograniczania generacji energii elektrycznej z OZE jest konieczność ominięcia lokalnego wąskiego gardła ("congestion") na poziomie sieci dystrybucyjnej. Takie działanie można przyrównać do zamknięcia przez służby drogowe dojazdu do autostrady, gdy na drodze jest zator spowodowany wypadkiem. Odcięcie możliwości dojazdu do zakorkowanego odcinka autostrady pozwala na szybsze rozładowanie korka w tym miejscu. Czasami ograniczenie jest też stosowane na poziomie przesyłu, aby przywrócić częstotliwość sieci, kiedy inne środki, takie jak rezerwy regulacyjne czy rezerwy wirujące, są wyczerpane.

Zdarzają się też (choć jeszcze nie w Polsce) przypadki rynkowego ograniczenia generacji energii z OZE, czyli sytuacje, kiedy sprzedawca lub podmiot odpowiedzialny za bilansowanie producenta energii sam decyduje się ograniczyć wytwarzanie energii. Dzieje się tak, gdy ceny na rynkach krótkoterminowych, np. Rynku Dnia Następnego lub Rynku Dnia Bieżącego, są bardzo niskie lub ujemne. W tym ostatnim przypadku operator jednostki wytwórczej straciłby pieniądze, gdyby nie ograniczył wytwarzania energii.

Wyjaśnienie ograniczeń na przykładzie farmy wiatrowej.



Kto inicjuje ograniczanie mocy wytwórczych?

W większości krajów lokalni operatorzy systemów dystrybucyjnych (OSD) i/lub krajowi operatorzy systemów przesyłowych (OSP) są odpowiedzialni za inicjowanie, wykonywanie, a czasem także wynagradzanie wymaganych działań ograniczających generację energii elektrycznej. Czasem (w Polsce nie) odnawialne źródła energii są prawnie zobowiązane do podłączenia ich do systemów sterowania OSD lub OSP, co umożliwia operatorom sieci zdalne ograniczanie ich wytwarzania energii. Kiedy OSD lub OSP ograniczają wytwarzanie energii z wiatru lub słońca, farmy słoneczne lub wiatrowe tracą możliwość wyprodukowania konkretnej ilości energii (a zatem możliwości generowania przychodu), ponieważ nie mogą nadrobić straconych godzin wiatru lub słońca. W niektórych krajach ta strata energii (i przychodu) na niekorzyść producenta jest rekompensowana przez zapłatę za ograniczone (potencjalne) dostawy energii. Na przykład niemieccy operatorzy sieci energetycznych zapłacili w 2020 roku 761 milionów euro, aby zrekompensować producentom energii elektrycznej utracone korzyści.

Innym wariantem ograniczenia jest sytuacja, w której operatorzy jednostek wytwórczych sami ograniczają produkcję energii w swoich obiektach. Zdarza się to jednak rzadko i najczęściej z powodów środowiskowych, takich jak obecność ptaków lub nietoperzy w pobliżu wiatraka. Planowane prace konserwacyjne, ale także spontaniczne awarie, które prowadzą do przestojów w wytwarzaniu energii, nie są uznawane za ograniczenie (curtailment).

Czy ograniczanie energii elektrycznej jest czymś dobrym?

To zależy od punktu widzenia zainteresowanej strony. W krótkim okresie często nie ma realnej alternatywy dla ograniczenia dostaw, aby uniknąć blackoutu lub regionalnych przerw w dostawach energii. Ograniczanie wytwarzania lub zużycia energii jest więc jednym z ważnych elementów w zestawie narzędzi operatorów sieci, których zadaniem jest zapewnienie nieprzerwanych dostaw energii.
Z drugiej strony, ograniczanie dopływu energii ze źródeł odnawialnych jest wysoce nieefektywne. Utracona (zielona, tania) energia byłaby bardzo przydatna dla konsumentów, a ponieważ utracony wiatr i słońce nie cofną się w czasie, po prostu się marnują.
Podsumowując, ograniczenie jest tymczasowo konieczną, ale wysoce nieekonomiczną formą równoważenia sieci energetycznej.

Jak można uniknąć ograniczenia generacji energii elektrycznej?

Istnieje kilka możliwości ograniczenia lub nawet całkowitego wyeliminowania ograniczeń produkcji energii elektrycznej. Wykonalność tych rozwiązań różni się w poszczególnych krajach - w zależności od krajowego krajobrazu energetycznego i regulacji w ogóle, a w szczególności od bazy aktywów - ale można je z grubsza podzielić na następujące kategorie:

Rozbudowa sieci elektroenergetycznej

Opcją, która zazwyczaj pojawia się jako pierwsza, jest rozbudowa sieci elektroenergetycznej w celu zwiększenia możliwości transportowania nadmiaru energii. I tu znów może się przydać porównanie z korkami ulicznymi. Jeśli autostrada jest cały czas zapchana, planiści drogowi często wymyślają rozwiązanie polegające na dodaniu pasów do tej autostrady. Operatorzy sieci, podobnie jak planiści, często zwiększają możliwości transportowe poprzez rozbudowę istniejącej infrastruktury. Dodawanie linii energetycznych lub rozbudowa istniejących jest efektywne na dłuższą metę, ale ma dwie wady: Wprowadzenie ich w życie zajmuje lata i jest kosztowne.

Magazynowanie on-site w celu uniknięcia strat energii

Innym sposobem na uniknięcie strat energii, które pojawiają się, gdy generacja ze źródeł odnawialnych jest ograniczona, jest nietransportowanie nadmiaru energii elektrycznej przez sieć energetyczną, ale wykorzystanie jej na miejscu. Kiedy energia elektryczna z farmy wiatrowej lub słonecznej nie może być przesłana przez sieć, może zostać pobrana przez baterię lub elektrolizer. Bateria magazynuje energię i umoożliwia wykorzystanie jej w późniejszym terminie, z kolei elektrolizer pobiera ją, a następnie wykorzystuje do produkcji wodoru. Ta opcja szybciej zmniejsza konieczność stosowania ograniczeń generacji energii z OZE (łatwiej jest zainstalować baterię lub elektrolizer niż dobudować linie energetyczne), ale ma też swoje ograniczenia ekonomiczne: Ponieważ magazynowanie/konwersja na miejscu działa tylko wtedy, gdy jest nadmiar energii elektrycznej, ilość godzin pracy jest niewielka, co utrudnia uzyskanie zwrotu z inwestycji.

Inteligentne zarządzanie siecią energetyczną

Trzecią możliwością uniknięcia lub przynajmniej zmniejszenia ilości ograniczeń jest inteligentniejsze zarządzanie siecią i jej elementami. W wielu przypadkach operatorzy sieci nie mają wystarczających danych o tym, co dzieje się w ich sieci i wyłączanie nadmiaru energii elektrycznej z wiatru i słońca jest najłatwiejszą, ale nie najbardziej efektywną opcją. Alternatywnie, operatorzy sieci mogą ograniczyć wytwarzanie energii ze źródeł konwencjonalnych lub innych źródeł sterowalnych, które mogą nadrobić straty w późniejszym terminie; mogą zwiększyć zużycie energii w biznesie i domach poprzez krajowe i/lub lokalne programy odpowiedzi strony popytowej lub poprzez taryfy strefowe; mogą wykorzystać istniejące możliwości zdecentralizowanego magazynowania energii (np. za pomocą pojazdów elektrycznych lub przydomowych magazynów energii) w krótkim czasie.

Więcej o ograniczaniu generacji energii elektrycznej przeczytasz w tym artykule opisującym to zjawisko w Kalifornii.
O tym, czy nierynkowe ograniczanie generacji OZE to realny problem dla Polski, przeczytasz w artykule gramwzielone.

Jak bardzo pomocny był ten artykuł?
[Ogółem: 1 średnia: 5]