Dynamiczne taryfy energii – wyzwania i rozwiązania techniczne

W 2022 roku Europa doświadczyła kryzysu energetycznego wynikającego z agresji Rosji na Ukrainę, co przełożyło się na spektakularne wzrosty cen energii. Średnia cena energii elektrycznej dla gospodarstw domowych wzrosła w Polsce w 2022 r. o 22% w porównaniu do 2021 r. [1]. Należy jednak pamiętać, że zostały one sztucznie zamrożone i nie odzwierciedlają rzeczywistej ceny energii elektrycznej na rynku.

Chociaż jest to niepokojące dla konsumentów, rosnące ceny mogą nie być największym wyzwaniem, przed jakim stoi europejski wewnętrzny rynek energii elektrycznej. Udział energii odnawialnej w europejskiej sieci elektroenergetycznej wzrósł w ostatnich latach. W 2022 roku osiągnęliśmy poziom 22% energii elektrycznej generowanej z energii słonecznej i wiatrowej. To efekt ogromnych długoterminowych inwestycji w energię słoneczną oraz magazynowanie energii przez Unię Europejską i rządy państw członkowskich UE. Ponadto maj 2023 r. był pierwszym miesiącem, w którym wiatr i energia słoneczna wyprodukowały więcej energii elektrycznej niż paliwa kopalne.

Fotowoltaika w okresie szczytowej generacji przypadającym na godziny południowe produkuje za dużo energii w porównaniu z bieżącym zapotrzebowaniem. Obiekty mieszkalne i komercyjne z własną elektrownią fotowoltaiczną stają się samowystarczalne energetycznie i dodatkowo wysyłają nadwyżkę generowanej energii do sieci. Powoduje to okresowe zachwianie równowagi między podażą energii a popytem, przez co może wystąpić problem ze zbilansowaniem pracy systemu.

Równolegle do tych procesów obserwujemy postępującą elektryfikację praktycznie każdego aspektu codziennego życia. Dążymy do sytuacji, w której będziemy potrzebować coraz więcej, coraz droższej i coraz trudniejszej do zbilansowania energii. Na rodzimym rynku szczególnie ciekawą kwestią jest elektryfikacja ogrzewania. W rekordowym dla polskiego rynku pomp ciepła roku 2022 odnotowano wzrost sprzedaży tych urządzeń o 120% r/r (rys. 2).

W typowym polskim gospodarstwie domowym 65,1% zużywanej energii przeznaczane jest na potrzeby ogrzewania. Ogrzewanie, chłodzenie oraz przygotowanie ciepłej wody w rocznym bilansie energetycznym typowego gospodarstwa domowego odpowiadają łącznie za ponad 80% zapotrzebowania na energię [2] (rys. 3).

Regulacja komfortu cieplnego w domach i firmach to jeden z trendów, który już na zawsze zmieni model zużywania przez nas energii. Innym zagadnieniem, które w przyszłości wpłynie na strukturę zużycia energii elektrycznej, jest elektromobilność. Już teraz wyraźnie widać trend wzrostowy – pojazdy elektryczne (BEV) stanowiły 12,1% ogółu sprzedaży samochodów w Europie w 2022 r. w porównaniu z zaledwie 1,9% w 2019 r.

Stale rosnące wahania popytu w ciągu dni i pór roku w połączeniu z elektryfikacją sprawiają, że równoważenie produkcji i popytu staje się coraz większym wyzwaniem. Operatorzy energetyczni planują wdrożenie rozwiązań, które mogą zachęcić użytkowników systemu do zmiany wzorców produkcji (eksportu) i zużycia (importu) energii, co pomoże w stabilizacji pracy sieci. Jednym z ciekawszych rozwiązań na poziomie opłat za energię, które mogą wpływać na zachowania użytkowników systemu, są taryfy dynamiczne. Obecnie oferowane są one odbiorcom indywidualnym w takich krajach jak: Holandia, Szwecja, Niemcy, Austria i Wielka Brytania, a w 2024 roku skorzystają z nich także pierwsi odbiorcy w Polsce.

Wyzwanie

Taryfy dynamiczne – w przeciwieństwie do taryf sztywnych – odzwierciedlają rzeczywiste koszty wytwarzania i dostarczania energii elektrycznej w danym momencie. Możemy je określić mianem inteligentnych i mogą one pomóc odbiorcom zaoszczędzić na rosnących kosztach energii elektrycznej, ale wymagają aktywnego zaangażowania w zarządzanie bilansem energetycznym domu lub firmy. Sytuacja staje się jeszcze bardziej skomplikowana, gdy w grę wchodzi system fotowoltaiczny i magazynowanie energii. Najtańszą energią jest energia zaoszczędzona i ta, którą sami produkujemy. Kluczem do maksymalizacji korzyści jest zwiększenie zużycia własnego energii generowanej przez fotowoltaikę oraz przekierowywanie lub magazynowanie jej nadwyżek w okresie, kiedy cena energii jest najniższa. Rozliczanie w ramach taryf dynamicznych może sprawić, że okresowo korzystniejszy będzie zakup energii z sieci, tylko po to, aby zmagazynowaną energię słoneczną wykorzystać w momencie, kiedy cena energii jest najwyższa. Taryfy dynamiczne umożliwiają optymalizację kosztów energii, ale to od odbiorcy zależy, czy zapłaci za nią mniej, czy więcej.

Wprowadzenie taryf dynamicznych jest do pewnego stopnia wyzwaniem, ponieważ konsumenci będą musieli każdego dnia podejmować dziesiątki decyzji dotyczących energii, aby wykorzystać potencjał innowacyjnych modeli cenowych.

Zobacz także: Planowane dodatki osłonowe dla odbiorców źródeł ciepła

Rozwiązania techniczne

Przykładem rozwiązania, które może podjąć za użytkowników decyzje dotyczące energii, jest SolarEdge ONE. Łączy ono zoptymalizowane rozwiązanie fotowoltaiczne SolarEdge z wysokowydajnym, sprzężonym po stronie prądu stałego magazynem energii SolarEdge Home oraz z innowacyjnym, zgłoszonym do opatentowania rozwiązaniem służącym do zarządzania baterią. System zarządzania bateriami SolarEdge ONE może być postrzegany jako osobisty asystent energetyczny AI, który każdego dnia podejmuje setki optymalnych decyzji energetycznych w oparciu o inteligentne prognozy produkcji energii słonecznej, wzorce zużycia energii i taryfy energii elektrycznej. W oparciu o te prognozy umożliwia właścicielom domów maksymalne wykorzystanie nadwyżek PV, skorzystanie z okresów poza szczytem cenowym oraz optymalizację kontroli obciążenia domu w czasie rzeczywistym, oszczędzając energię i koszty.

Niektóre decyzje nie są trywialne: taryfy dynamiczne są jednym z najbardziej złożonych produktów na rynku konsumenckim energii elektrycznej, ponieważ przenoszą cały ciężar zarządzania ryzykiem na odbiorcę. Ceny energii mogą się drastycznie zmienić w ciągu kilku godzin, w zależności od udziału energii odnawialnej w krajowej sieci, a także popytu, pogody i innych czynników. Dzięki taryfom dynamicznym konsument płaci tyle, ile energia elektryczna jest w danym momencie faktycznie warta. Kiedy popyt jest niski, a wytwarzanie energii z OZE szczytowe, mogą wystąpić ujemne ceny energii. W godzinach szczytowego zapotrzebowania ceny mogą być jednak znacznie wyższe niż w przypadku standardowej taryfy o stawce stałej przez całą dobę.

Doskonale ilustruje to przykład z holenderskiego rynku energii. Jak widać na rys. 4, ceny energii na holenderskim rynku hurtowym wzrosły do 0,66 euro/kWh, a w godzinach popołudniowych spadły do –1,86 euro/kWh. Oznacza to, że użytkownik systemu z taryfami dynamicznymi może otrzymywać wynagrodzenie za pobór energii i płacić za jej oddawanie do sieci. Sprawa staje się bardziej złożona, gdy weźmiemy pod uwagę rynek energii, jakim jest Holandia. Na tego typu rynku dynamiczne taryfy mają również zastosowanie do kompensacji eksportu energii słonecznej (feed-in). Innymi słowy, aby w pełni zmaksymalizować oszczędności na rachunkach, konsument będzie musiał zoptymalizować zarówno import (zużycie i/lub ładowanie baterii), jak i eksport (produkcja PV i/lub rozładowanie baterii). W niektórych scenariuszach, gdy cena eksportowa jest ujemna, właściwe może być nawet całkowite ograniczenie produkcji energii słonecznej – w przeciwnym razie konsument może zostać obciążony opłatą za każdą kWh wyprodukowanej energii słonecznej.

Rozwiązanie SolarEdge ONE integruje się z ENTSOE, europejskim agregatorem rynku energii elektrycznej, a także z wybranymi sprzedawcami energii elektrycznej w Europie. Śledząc w czasie rzeczywistym ceny detaliczne zarówno dla taryf importowych, jak i eksportowych, w połączeniu z prognozami dla PV oraz zużycia, SolarEdge ONE może zdecydować, kiedy naładować lub rozładować baterię, aby zmaksymalizować oszczędności na rachunkach, dynamicznie reagując na zmiany w produkcji energii słonecznej i trendach zużycia. Podobnie jak w przypadku innych rodzajów taryf, SolarEdge ONE bierze również pod uwagę stan baterii i unika ładowania lub rozładowywania, jeśli przewidywany zysk finansowy z arbitrażu energetycznego jest minimalny.

Ujemne ceny energii elektrycznej

W ostatnich miesiącach mogliśmy w Polsce po raz pierwszy zaobserwować niecodzienne zjawisko – ujemne ceny energii elektrycznej. Ten nowy na naszym rynku trend, który już od pewnego czasu wzbudza szerokie zainteresowanie w krajach Europy Zachodniej, powinien skłaniać do refleksji nad przyszłością energetyczną naszego kraju oraz gospodarstw domowych i firm. Ujemne ceny energii elektrycznej to sytuacja, w której przedsiębiorstwa energetyczne są gotowe zapłacić odbiorcom za jej odbiór. Skąd się one biorą? System energetyczny, w którym istotny udział mają OZE, musi być elastyczny, aby zagwarantować bezpieczeństwo dostaw energii. Nadmiar energii w systemie może być równie niebezpieczny jak jej niedobór. Dlatego zadaniem operatora systemu jest zbilansowanie systemu w taki sposób, aby w każdej sytuacji zapewnić ciągłość dostaw energii do wszystkich odbiorców. W praktyce oznacza to, że okresowo produkcja energii może przekraczać popyt, co prowadzi do wystąpienia nadwyżki energii w systemie. W takiej sytuacji, aby uniknąć zatrzymania pracy elektrowni, wprowadzany jest bodziec w postaci ujemnych cen, co ma zachęcać do zwiększania odbiorów, które pomogą ustabilizować pracę systemu energetycznego.

W Polsce ujemne ceny energii odnotowano po raz pierwszy 10 czerwca 2023 r. w godzinach 11.00–16.00 na rynku spot TGE w kontraktach godzinowych dla dostaw energii na kolejny dzień (rys. 6). Najniższa odnotowana cena wyniosła wówczas –23,26 zł/MWh. Wydarzenie to nie miało większego wpływu na rachunki za energię u poszczególnych odbiorców, jest to jednak znaczący sygnał. Wraz z rozwojem OZE i rosnącą efektywnością energetyczną takie scenariusze będą się prawdopodobnie powtarzać. Dlatego konieczne jest opracowanie rozwiązań, które umożliwią elastyczne dostosowanie produkcji i zużycia energii do aktualnych potrzeb. Należy się skupić na rozwoju technologii magazynowania energii, inteligentnych systemów zarządzania siecią oraz efektywnych sposobów dystrybucji energii. To od dzisiejszych decyzji zależy, czy będziemy przygotowani, gdy sytuacje takie staną się codziennością.

Podsumowanie

Przyszłość energetyki w Polsce z pewnością związana jest także z pojawieniem się ujemnych cen energii. Warto spojrzeć na to zjawisko jako na szansę modernizacji i transformacji sektora energetycznego. Wdrożenie innowacyjnych rozwiązań i strategiczne planowanie pozwolą w pełni wykorzystać potencjał energetyczny Polski przy jednoczesnej minimalizacji jego negatywnego wpływu na środowisko.

Inteligentne algorytmy mogą się przyczynić do lepszego zarządzania energią i uzyskania oszczędności – pokażmy to na przykładzie. Na europejskich rynkach energetycznych, takich jak Holandia, konsumenci z dynamicznymi taryfami energii elektrycznej mogą zaoszczędzić do 75% rocznych opłat za energię, dodając SolarEdge Home Battery + SolarEdge ONE do istniejącej instalacji fotowoltaicznej SolarEdge. Podobnie może to wyglądać w Polsce po wprowadzeniu taryf dynamicznych.

Analizując dane przedstawione na rys. 7, wyraźnie widać, że nawet w przypadku taryf dynamicznych domowy system fotowoltaiczny SolarEdge może zapewnić znaczne oszczędności: bez energii ze słońca przeciętny klient w grupie analitycznej płaciłby za zakup energii elektrycznej ok. 4278 zł rocznie, a ten sam klient z PV zapłaci tylko 1317 złotych, czyli o 70% mniej. Natomiast inteligentne zarządzanie bilansem energii przez SolarEdge ONE w przypadku taryf dynamicznych jest w stanie obniżyć średni roczny koszt energii elektrycznej do 329 złotych – 75% mniej w porównaniu do średniej z wykorzystaniem samej PV.

Biorąc pod uwagę fakt, że cena eksportu energii w godzinach południowych będzie najprawdopodobniej coraz niższa, magazyny energii staną się nieodłącznym elementem instalacji PV. Wykorzystanie magazynów energii i systemów zarządzania energią przyniesie zatem użytkownikom jeszcze większe korzyści.

Skróty i zmiany redakcyjne

– redakcja „Rynku Instalacyjnego”

Literatura

1. https://www.ure.gov.pl/pl/urzad/informacje-ogolne/aktualnosci/11001,Urzad-Regulacji-Energetyki-publikuje-zestawienia-srednich-cen-sprzedazy-energii-.html

2. https://stat.gov.pl/files/gfx/portalinformacyjny/pl/defaultaktualnosci/5485/12/2/1/zuzycie_energii_w_gospodarstwach_domowych_w_2021_r.pdf