„Energetyka musi zejść na poziom lokalny”. Przyszłość należy do hubów energetycznych

Agnieszka Zielińska, Energetyka24: Polska z jednej strony rozwija wielkoskalowe źródła energii – offshore, gaz, energetykę jądrową – a z drugiej bardzo szybko rośnie energetyka rozproszona. Czy te dwa modele da się pogodzić?

Dariusz Bliźniak: Nie tylko da się, ale będziemy musieli to zrobić. To jest podstawowe wyzwanie dla polskiej energetyki. Z jednej strony rozwijamy system centralny, wielkoskalowy, bardzo kosztowny inwestycyjnie i kosztowny w funkcjonowaniu. Z drugiej strony dynamicznie rośnie liczba rozproszonych źródeł odnawialnych wykorzystujących energię słońca, wiatru, biogazu i wody. Rozwija się też rozproszona kogeneracja gazowa oraz magazynowanie energii.

Duże źródła, takie jak energetyka jądrowa czy offshore, wymagają odpowiedniej infrastruktury przesyłowej i zdolności do dostarczenia energii do odbiorców w różnych częściach kraju. To oznacza konieczność budowy kolejnych, kosztownych linii przesyłowych.

Z kolei szybki rozwój źródeł rozproszonych sprawia, że taki system coraz trudniej jest centralnie bilansować. Bilansowanie stawia coraz większe wymagania przed sieciami dystrybucyjnymi oraz całym systemem elektroenergetycznym.

Tu nie chodzi o przeciwstawianie dużych źródeł energetyce rozproszonej, czyli lokalnej. Pytanie brzmi raczej: jak zbudować system, który będzie wykorzystywał zalety obu modeli, nie generując przy tym niepotrzebnych kosztów infrastrukturalnych.

Jednym z rozwiązań jest decentralizacja bilansowania, czyli tworzenie lokalnych hubów energetycznych, które w możliwie dużym stopniu potrafią zarządzać własną produkcją i konsumpcją, bilansować się samodzielnie i być partnerem dla krajowej sieci oraz operatorów systemów dystrybucyjnych, stając się częścią krajowego systemu elektroenergetycznego. Zwiększa się w ten sposób bezpieczeństwo całego systemu. Wyłączenie jednego hubu nie musi destabilizować dużych obszarów.

Czyli problemem przyszłości nie będzie sama produkcja energii, lecz jej bilansowanie?

Dokładnie. Coraz większym wyzwaniem będzie także odpowiedź na pytanie: gdzie, kiedy i w jaki sposób tę energię wykorzystać.

W Polsce powstało już wiele elementów rozproszonego systemu energetycznego. Mamy prosumentów indywidualnych, firmy energetyczne, a coraz większe znaczenie będą mieli również prosumenci przemysłowi.

To tworzy jednak nowe wyzwania: jak bilansować system, jak radzić sobie ze zmiennością cen energii, jak wykorzystywać energię wtedy, kiedy jest jej dużo, oraz jak ograniczać zapotrzebowanie na energię z systemu w okresach jego największego obciążenia.

Rozwój elektroniki, systemów komunikacji, automatyki i oprogramowania sprawia, że możemy już nie tylko produkować energię w tysiącach źródeł, ale również aktywnie nimi zarządzać.

Dlatego największym wyzwaniem nie będzie, moim zdaniem, wybór jednej technologii – gazu, wiatru, słońca, biogazu czy atomu – lecz stworzenie systemu, który będzie potrafił efektywnie wykorzystywać wszystkie te źródła i odpowiednio je bilansować.

Hub jako brakujące ogniwo

Czym w praktyce miałby być lokalny hub energetyczny?

Hub energetyczny to lokalny, zintegrowany system, który wytwarza, magazynuje, przetwarza i zarządza energią w obrębie niewielkiego obszaru lub pojedynczego obiektu, np. przemysłowego. Kluczowym jego elementem jest system zarządzania energią, który steruje przepływami energii w czasie rzeczywistym w zależności od wytwarzania, zapotrzebowania, cen energii i nośników energii czy dostępnej mocy.

W praktyce hub energetyczny ma na celu lokalne bilansowanie wytwarzania i zużycia energii, zwiększenie autokonsumpcji z lokalnych źródeł, ograniczenie kosztów i szczytowego poboru mocy oraz poprawę elastyczności i bezpieczeństwa energetycznego. Jego celem jest więc dobre dopasowanie lokalnej produkcji do lokalnej konsumpcji.

Nie wyznaczałbym tutaj uniwersalnej wartości procentowej. W jednym miejscu realne może być pokrywanie ze źródeł lokalnych 20 czy 30 proc. zapotrzebowania, w innym 50 czy 70 proc., a okresowo nawet więcej. Wszystko zależy od profilu odbiorców, dostępnych źródeł, sieci, magazynów i możliwości sterowania popytem.

Hub może mieć różną skalę – gminną, powiatową, miejską, przemysłową albo obejmującą kilka sąsiadujących obszarów. Jego wielkość powinna zależeć od realnych możliwości produkcji i konsumpcji oraz od tego, jaki obszar można efektywnie zintegrować energetycznie, a nie od podziału administracyjnego.

W Polsce mamy już klastry energetyczne, spółdzielnie energetyczne i społeczności energetyczne. Czym hub miałby się od nich różnić?

Stworzyliśmy już różne formalne struktury, ale często brakuje im elementów potrzebnych do realnego funkcjonowania jako lokalny system energetyczny. Hub energetyczny nie powinien być kolejną strukturą formalną. Dla mnie jest przede wszystkim modelem funkcjonalnym: trzeba połączyć producentów, odbiorców, magazyny, źródła sterowalne, dane i mechanizmy handlowe w jeden system, którym można aktywnie zarządzać.

Potrzebny jest też podmiot lub mechanizm pełniący funkcję operacyjną i handlową, który będzie potrafił zarządzać tym portfelem oraz współpracować z rynkiem i operatorami sieci. To właśnie ten element wykonawczy jest, moim zdaniem, jednym z brakujących ogniw.

Czy do stworzenia takich hubów potrzebujemy nowych regulacji?

Niekoniecznie. Nie jestem przekonany, że odpowiedzią powinno być tworzenie kolejnej rozbudowanej konstrukcji regulacyjnej.

Paradoksalnie bardziej potrzebujemy deregulacji niż kolejnych regulacji. Potrzebujemy przede wszystkim umożliwienia elastycznej współpracy producentów, odbiorców, magazynów, agregatorów i przedsiębiorstw obrotu oraz właściwych bodźców ekonomicznych do ograniczania kosztów systemowych.

Tam, gdzie obecne przepisy tworzą niepotrzebne bariery organizacyjne lub administracyjne, warto je upraszczać. Jednocześnie lokalne bilansowanie musi oczywiście funkcjonować w ramach zasad zapewniających bezpieczeństwo pracy całego systemu.

Nie tylko OZE

Czy hub musi opierać się wyłącznie na odnawialnych źródłach energii?

Nie. Każde źródło energii, które można efektywnie wykorzystać lokalnie, może być elementem hubu energetycznego.

W tym kontekście również gaz będzie miał swoje miejsce w systemie energetycznym. Szczególna rola przypadać będzie biogazowi i biometanowi.

Biogaz jest szczególnie interesujący z punktu widzenia lokalnych systemów. Jeżeli w gminie mamy oczyszczalnię ścieków, gospodarstwa rolne czy inne źródła biomasy, mamy również lokalny surowiec, który można wykorzystać do produkcji energii.

Istotna będzie także kogeneracja, czyli jednoczesna produkcja energii elektrycznej i ciepła. Wiele miejskich ciepłowni – zarówno mniejszych, jak i większych – powinno być przekształcanych w elektrociepłownie. Kogeneracja jest szczególnie efektywna tam, gdzie występuje jednocześnie zapotrzebowanie na energię elektryczną i ciepło.

Do tego dochodzą magazyny energii elektrycznej, magazyny ciepła, bufory oraz zarządzanie popytem. W dobrze zaprojektowanym hubie wszystkie te elementy powinny być analizowane razem.

Magazyny nie są lekiem na wszystko

Dzisiaj obserwujemy boom na wielkoskalowe magazyny energii. Czy one rozwiążą problem bilansowania systemu?

Magazyn jest rozwiązaniem wspierającym osiągnięcie konkretnego celu. Nie może być celem samym w sobie.

Często słyszę od inwestorów: budujemy magazyn, ponieważ usługi systemowe są drogie i inwestycja zwróci się w dwa lata. Pierwsze moje pytanie brzmi: jaką funkcję ten magazyn będzie pełnił w dłuższym okresie?

Z punktu widzenia systemu energetycznego nie realizujemy w ten sposób żadnego konkretnego celu poza tym, że inwestycja może się zwrócić.

Magazyn powinien być dobrany do potrzeb konkretnego obszaru. Jego wielkość, technologia oraz możliwości ładowania i rozładowywania powinny wynikać z tego, jakim funkcjom ma służyć.

Dobrze zaprojektowany może jednocześnie ograniczać szczyty poboru, zwiększać autokonsumpcję, wspierać lokalną sieć, reagować na ceny energii oraz świadczyć określone usługi systemowe. Dlatego jego moc, pojemność, technologia i sposób eksploatacji powinny wynikać z analizy potrzeb konkretnego obszaru.

Natomiast budowanie magazynów bez konkretnego celu, podobnie jak budowanie wielkich farm bez uwzględnienia lokalnych potrzeb, może za chwilę stworzyć kolejny problem.

Magazyny będą bardzo ważnym elementem transformacji, ale nie zastąpią dobrego projektowania całego systemu, w tym przede wszystkim tego lokalnego.

Czy decentralizacja może przełożyć się również na ceny energii?

Może, ale trzeba rozróżnić kilka rzeczy.

Na rynku hurtowym istotną rolę odgrywa mechanizm merit order, w którym cena dla danego okresu jest związana z kosztem krańcowym jednostki potrzebnej do zbilansowania rynku. Najczęściej są to jednostki konwencjonalne. To jednak tylko jeden z elementów końcowego kosztu energii dla odbiorcy.

Lokalne bilansowanie nie spowoduje, że krajowy rynek energii czy mechanizm merit order nagle przestaną istnieć. Może natomiast zmniejszyć ekspozycję części odbiorców na niektóre koszty poprzez zwiększenie lokalnej autokonsumpcji, lepsze zarządzanie profilem poboru, magazynowanie oraz ograniczanie zapotrzebowania w najdroższych godzinach.

Regionalne obszary samobilansowania – moim zdaniem jest miejsce na około 10 takich obszarów – mogą zmienić sposób funkcjonowania rynku. Jeżeli huby energetyczne powstaną w odpowiedniej skali, mogą stać się lokalnymi rynkami energii. Wtedy cena będzie w większym stopniu zależała od tego, jak dany obszar radzi sobie z własnym bilansem.

Jeżeli energia jest produkowana blisko odbiorcy i w odpowiednim momencie konsumowana lokalnie, możemy ograniczać część przepływów i potrzebę rozbudowy infrastruktury wynikającą wyłącznie z konieczności transportowania coraz większych ilości energii na duże odległości.

Nie oznacza to, że przestaniemy inwestować w sieci. Przeciwnie – pozostaną fundamentem systemu. Chodzi o to, żeby wykorzystywać je efektywnie.

Czy taki model mógłby ograniczyć znaczenie zasady merit order, zgodnie z którą cenę wyznacza najdroższa potrzebna w danym momencie jednostka wytwórcza?

Wpływ tej zasady na pewno byłby mniejszy. Krajowy system nadal byłby potrzebny, ale przede wszystkim jako system zabezpieczający i uzupełniający dla regionalnych obszarów.

Jeżeli hub jest w stanie pokryć znaczną część własnego zapotrzebowania, najdroższe jednostki systemowe są wykorzystywane rzadziej, bo hub może ograniczać ekspozycję lokalnego portfela odbiorców na określone momenty wysokich cen rynkowych.

Krajowy system nadal pozostaje niezbędny. Hub ma go uzupełniać i odciążać tam, gdzie lokalna optymalizacja jest ekonomicznie uzasadniona.

Bezpieczeństwo zaczyna się lokalnie

Czy lokalne huby mogą zwiększyć bezpieczeństwo energetyczne?

Zdecydowanie, pod warunkiem że zostaną odpowiednio zaprojektowane technicznie. Rozproszony system jest mniej podatny na awarie pojedynczych dużych źródeł. Jeżeli wypadnie instalacja o mocy kilku megawatów, nie oznacza to utraty setek czy tysięcy megawatów mocy i nie musi destabilizować całego kraju.

Rozproszenie źródeł zmniejsza konsekwencje utraty pojedynczej jednostki wytwórczej, ale samo posiadanie lokalnych źródeł nie oznacza odporności na awarie sieci. Jeżeli chcemy, aby hub pełnił również funkcję bezpieczeństwa, potrzebujemy odpowiedniej automatyki, możliwości pracy wyspowej tam, gdzie jest to technicznie dopuszczalne, źródeł zdolnych do stabilnej pracy, magazynów i właściwie zaprojektowanej infrastruktury.

Lokalne huby można też projektować tak, żeby w sytuacjach kryzysowych w pierwszej kolejności zasilały najważniejsze obiekty: szpitale, wodociągi, policję, administrację czy inne elementy infrastruktury krytycznej. Można stworzyć specjalną ścieżkę zasilania dla takich obiektów na wypadek zagrożenia.

Nie zastąpi to bezpieczeństwa zapewnianego przez krajowy system elektroenergetyczny, ale może stworzyć dodatkową warstwę odporności.

Biometan jako „paliwo przyszłości"

Od lat mówimy o biometanie jako paliwie przyszłości. Kiedy stanie się on wreszcie dużym, realnym rynkiem?

 Jednym z warunków będzie, moim zdaniem, rozwój mniejszych, modułowych i tańszych technologii. Jeżeli mamy wozić biogaz z jednego miejsca do drugiego, następnie go oczyszczać, przekształcać w biometan i dopiero wprowadzać do systemu, pojawia się pytanie o ekonomiczny sens całego procesu.

Biogaz ma ogromny sens wtedy, kiedy jest produkowany i konsumowany lokalnie.

Wyobraźmy sobie niewielką, modułową biogazownię, która wykorzystuje lokalny surowiec i produkuje energię elektryczną i ciepło. Taka instalacja może kosztować nie kilkanaście czy kilkadziesiąt milionów złotych, ale kilkaset tysięcy.

To zmienia ekonomię przedsięwzięcia. Jeżeli rozwój technologii i standaryzacja pozwolą obniżyć CAPEX takich instalacji, może to otworzyć zupełnie nowy segment rynku.

Czyli gospodarstwo rolne może mieć własny mikrohub energetyczny?

Tak, i to jest bardzo dobry przykład idei hubu w najmniejszej skali. Rolnik może wykorzystywać własny surowiec, produkować energię elektryczną i ciepło, następnie konsumować je na miejscu, a całość, jeśli zajdzie taka potrzeba, uzupełniać fotowoltaiką i magazynem.

W ten sposób może stać się w dużym stopniu samowystarczalny energetycznie. Kluczowa jest jednak cena technologii. Jeżeli ekonomika takich instalacji będzie atrakcyjna bez nadmiernie skomplikowanego systemu wsparcia, rolnik może stać się nie tylko producentem żywności, ale również aktywnym uczestnikiem lokalnego rynku energii.

Czy Polska jest gotowa na zmianę modelu?

Czy największą przeszkodą dla rozwoju takiego modelu są dziś regulacje i sposób myślenia dużych firm energetycznych?

Transformacja będzie wymagała zmiany myślenia całego sektora. Budowa lokalnych obszarów bilansowania nie oznacza odłączania od krajowego systemu. Przeciwnie – silne lokalne systemy energetyczne powinny wzmacniać system krajowy.

Im większa część zapotrzebowania może być zaspokajana lokalnie, tym mniejsze jest obciążenie sieci, mniejsza zależność od pojedynczych źródeł i infrastruktury przesyłowej oraz większa odporność całego systemu na awarie, kryzysy, ekstremalne zjawiska pogodowe czy zakłócenia dostaw paliw.

Przez dziesięciolecia energetyka była budowana przede wszystkim jako system centralny. To naturalne, że instytucje, regulacje i modele biznesowe są do tego systemu dostosowane.

Jednocześnie coraz więcej aktywów energetycznych powstaje lokalnie: u przedsiębiorców, rolników, samorządów i gospodarstw domowych. To będzie rodzić nadzieję i dynamizm, jak i obawy czy opór. Aktywności ludzi nie da się jednak zatrzymać. @

Technologie będą się miniaturyzować. Elektronika jest coraz bardziej dostępna. Coraz łatwiej jest łączyć urządzenia, źródła energii i odbiorców oraz zarządzać nimi w czasie rzeczywistym.

Możemy stworzyć bariery regulacyjne i spowalniać ten proces, ale ostatecznie za to zapłacimy. Naszym zadaniem powinno być więc stworzenie takich zasad rynku, aby aktywność lokalna wzmacniała krajowy system.

Przyszłość polskiej energetyki widzi Pan więc nie jako wybór jednej technologii, ale jako zmianę całego sposobu organizacji systemu?

Nie chodzi o to, aby udowodnić, że przyszłość należy wyłącznie do fotowoltaiki, energetyki wiatrowej, biogazu czy energetyki jądrowej. Każda z tych technologii ma inną charakterystykę i może pełnić inną funkcję. Najważniejsze jest stworzenie systemu, który będzie potrafił wykorzystać ich zalety i bilansować produkcję z konsumpcją blisko miejsca zużycia.

Dlatego potrzebujemy lokalnych obszarów bilansowania i hubów energetycznych, które połączą rozproszoną produkcję, odbiorców, magazynowanie i elastyczność, zwiększając jednocześnie bezpieczeństwo całego systemu. Bezpieczeństwo energetyczne państwa będzie w coraz większym stopniu zależało od odporności jego lokalnych systemów – regionów, miast, przedsiębiorstw i społeczności zdolnych do aktywnego zarządzania własnym bilansem energetycznym.

To kierunek, którego – moim zdaniem – nie da się już zatrzymać. Właśnie w tym kierunku będzie ewoluowała energetyka.