Wybrane tendencje na rynku energii elektrycznej

Podsumowując obecne zjawiska i inicjatywy na rynku energii elektrycznej, ziden-tyfikowano pięć podstawowych obszarów, wartych odnotowania z punktu widzenia rozwoju systemów informatycznych dla tej dziedziny. Obszary te dotyczą struktury wytwarzania energii elektrycznej, centralizacji i decentralizacji systemu elektroener-getycznego, zarządzania informacją, zmienności zapotrzebowania oraz poziomu zapotrzebowania na energię (tabeli 1). Należy zauważyć, że środki dla realizacji praktycznie każdego z postawionych celów, mogą oznaczać także wykorzystanie sys-temu informatycznego wspierającego dany rodzaj działalności. Kolejne sekcje przed-stawią szczegółowo każdy z obszarów, wskazując także na interesujące, z informa-tycznego punktu widzenia, wyzwania.

1.1. Poziom zapotrzebowania

Zgodnie z corocznym raportem Międzynarodowej Agencji Energetycznej z 2011 roku, poziom zużywanej energii rośnie z każdym rokiem i będzie nadal rosnąć (Inter-national Energy Agency 2011). Ponadto prognozowany jest ciągły wzrost udziału energii elektrycznej w globalnym popycie na energię. Zgodnie z danymi PSE Ope-rator S.A. także dla Polski można zaobserwować tendencję rosnącego zapotrzebo-wania na energię elektryczną (PSE Operator S.A. 2012).

Aby zredukować zapotrzebowanie na energię elektryczną prowadzone są kam-panie edukacyjne, informujące o tym, w jaki sposób można ograniczyć zużycie gii. Na urządzeniach elektrycznych znajdują się etykiety, informujące o klasie ener-getycznej, określającej stopień energochłonności danego urządzenia². W 2011 roku Komisja Europejska przyjęła plan redukcji zapotrzebowania na energię o 20% do 2020 roku (Komisja Europejska, Energy Efficiency Plan 2011, Raport 2011). W Pol-sce działa powołana w  1994 roku Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A., która świadczy usługi doradcze oraz szkoleniowe w  zakresie efektywności energe-tycznej (por. http://www.kape.gov.pl/new/o_firmie.phtml).

Wyzwaniem w tym zakresie jest jednak motywowanie indywidualnych użytkow-ników do oszczędnego gospodarowania energią. Odbiorca energii często nie zdaje sobie sprawy, jak mógłby ograniczyć jej zużycie. Wspomaganie w  tym zakresie przez system informatyczny, znający nie tylko wartość sumaryczną, dotyczy zużycia z całego miesiąca (ale i wartości godzinowe, a najlepiej minutowe), pozwoliłoby na analizę zachowań użytkownika i przedstawienie mu odpowiednich rekomendacji do działania (lub zaniechania).

2 W Polsce stosowanie oraz treść odpowiednich etykiet reguluje Rozporządzenie Ministra Gospodarki i  Pracy z  20 maja 2005 roku w  sprawie wymagań dotyczących dokumentacji tech-nicznej, stosowania etykiet i charakterystyk technicznych oraz wzorów etykiet dla urządzeń, 2005.

1.2. Zmienno ść zapotrzebowania

Zapotrzebowanie na energię elektryczną podlega znacznym wahaniom w  krót-kim i  długim okresie. Przykładowo, zgodnie z  danymi PSE (PSE O perator S.A.), w Polsce w 2011 roku największe zapotrzebowanie na energię (27 780 MW) zaobser-wowano w czwartek, 22 grudnia tuż po godzinie 17:00, a najmniejsze (10 381 MW) w niedzielę, 24 kwietnia około godziny 6:00. W skali rocznej największe zapotrzebo-wanie na energię elektryczną w Polsce obserwuje się w miesiącach zimowych, a naj-mniejsze w lipcu. W skali tygodnia – największe w dni robocze, naja naj-mniejsze w nie-dzielę i  święta. W ciągu dnia – największe w  godzinach od około 17:00 do 20:00, a najmniejsze nad ranem – od 2:00 do 6:00. Przykładowy kształt krzywej zapotrze-bowania na energię w ciągu doby zaprezentowano na wykresie 1.

Wykres 1. Przebiegi krajowego zapotrzebowania na moc dla dnia o maksymalnym i mini-malnym zapotrzebowaniu w szczycie wieczornym dnia roboczego w 2011 roku

Źródło: PSE Operator S.A.

Przechowywanie energii elektrycznej jest kosztowne i obarczone stratami, a rola ciągłego zaspokajania popytu na energię ma znaczenie strategiczne w  gospodarce państwa, dlatego elektrownie ciągle utrzymują rezerwy mocy wytwórczych (ibidem).

Można wyodrębnić elektrownie bazowe, podszczytowe oraz szczytowe (Mastalerska 2011). Elektrownie bazowe pracują niemal w sposób ciągły, podszczytowe (w któ-rych koszt wytworzenia energii jest większy) włączane są w  okresie zwiększonego zapotrzebowania, natomiast elektrownie szczytowe (których rozruch trwa krótko) uruchamiane są jedynie podczas szczytowego zapotrzebowania na energię.

Nadwyżka możliwości produkcyjnych nad aktualne zapotrzebowanie wiąże z określonymi stratami ekonomicznymi. Gdyby popyt na energię cechował się

mniej-szą zmiennością, można by zredukować liczbę elektrowni, a zatem i koszty ich utrzy-mywania. W przypadku pojawienia się problemu spadku na rynku energii elektrycz-nej, taka sama liczba źródeł wytwórczych mogłaby posłużyć do wygenerowania większej jej ilości. Redukcji zmienności zapotrzebowania, a tym samym zmniejsze-nia koniecznej ilości utrzymywanych rezerw wytwórczych, mają służyć mechanizmy związane z reakcją strony popytowej (ang. demand side response). Zgodnie z defini-cją ENTSO-E (Demand Re sponse... 2007), reakcja strony popytowej to dobrowolne, tymczasowe dostosowanie zapotrzebowania na moc, realizowane przez użytkownika końcowego. W przypadku rynku energii elektrycznej ma ona na celu obniżenie cał-kowitego zapotrzebowania, obniżenie zapotrzebowania podczas szczytu wieczornego lub zwiększenie zapotrzebowania w okresie najniższego zapotrzebowania w godzi-nach późnonocnych i porannych (Lubczyński 2012).

Mechanizmy takie obejmują np. programy taryfowe oraz programy bodźcowe (Kałuża 2010). Pierwsze z nich polegają na wprowadzeniu zróżnicowanych cen ener-gii elektrycznej w cyklach dobowych.

Jak wspomniano wyżej, użytkownik często nie jest świadom, jak mógłby ogra-niczyć zużycie energii oraz spłaszczyć wykres zużycia, co pozwoliłoby mu może na otrzymanie w przyszłości korzystniejszej oferty od dostawcy. Żeby to jednak umożli-wić, odbiorca musi być świadom faktycznych wartości zużycia w rozbiciu na godziny czy minuty. Posiadanie takich danych, przykładowo pochodzących z inteligentnych liczników, przez system informatyczny, pozwoli na wyliczenie i przedstawienie odpo-wiednich rekomendacji użytkownikowi.

1.3. Centralizac ja

Centralizacja obarcza sieć energii elektrycznej takimi wadami, jak małe możli-wości ekspansji sieci, trudności w planowaniu dystrybucji i produkcji, podatność na awarie oraz trudności w zapewnieniu wysokiej jakości energii (Marnay, Venkatara-manan 2006). Generacja rozproszona (ang. distributed generation) polega na wytwa-rzaniu energii elektrycznej w niewielkich elektrowniach³, najczęściej w najbliższym sąsiedztwie jej odbiorców (Achermann, Andersson, Soeder 2001; Pepermans i  in.

2005). Często są to źródła odnawialne (Jurczyk 2005). Pojęcie „mikrosieci ener-gii elektrycznej” oznacza system składający się z takich właśnie niewielkich źródeł energii oraz jej odbiorców (Lasseter i in. 2002). Podmioty uczestniczące w mikro-sieci energii elektrycznej często mają charakter dualny – są zarówno odbiorcami, jak i producentami energii. Mogą także magazynować energię elektryczną i sprze-dawać jej nadwyżki.

Wśród cech decydujących o  przewadze mikrosieci nad sieciami tradycyjnymi wymienia się m.in. niższy koszt pozyskania energii, niższy koszt jej przesyłu,

bar-3 Różne organizacje i  różni autorzy podają różną moc wytwarzanej energii elektrycznej w ramach generacji rozproszonej, przykładowo do 1 MW, 25 MW, 50 MW, a nawet do 100 MW (zob. Achermann, Andersson, Soeder 2001).

dziej stabilne ceny, a także mniejszą awaryjność sieci i zapewnienie energii wyższej jakości (Gumernam, Lacommare, Marnay 2003; Marnay, Venkataramanan 2006).

Jako zaletę wskazuje się także łatwiejsze, niż w  przypadku dużych, scentralizowa-nych systemów, zarządzanie informacją (Hatziargyriou i in. 2007).

Zgodnie ze strategią Unii Europejskiej do 2020 roku 20% energii elektrycznej ma pochodzić ze źródeł odnawialnych (Komisja Europejska 2007), natomiast do 2050 roku przewidywana jest niezależność energetyczna nie tylko mikrosieci, ale nawet poszczególnych budynków użytkowych (Komisja Europejska 2010). Będzie to powodować rosnące zapotrzebowanie na systemy informatyczne, mogące prognozo-wać zużycie oraz produkcję w mikrosieci i umożliwić lokalnym społecznościom unie-zależnienie się od wielkich koncernów energetycznych.

1.4. Zarządzanie informacją

W kontekście zarządzania informacją na rynku energii elektrycznej można mówić o dostępie do informacji dotyczących poboru lub produkcji energii oraz o dostępie do informacji o czynnikach wpływających na pobór i produkcję energii.

Jedną z inicjatyw na rynku energii, mającą na celu ułatwienie zarządzania infor-macją na rynku energii jest tworzenie tzw. inteligentnych sieci (ang. microgrids), czyli sieci, które wykorzystują inteligentne mierniki oraz zaawansowane metody komu-nikacji pomiędzy miernikami, a także pomiędzy miernikami i innymi urządzeniami (Potter, Archambault, Westrick 2009). W przeciwieństwie do tradycyjnych mierni-ków energii, których odczyt następuje stosunkowo rzadko, tzw. inteligentne mier-niki (ang. smart meters) stale monitorują ilość zużywanej (lub produkowanej) ener-gii, umożliwiają zarówno lokalny, jak i zdalny odczyt, a także mogą być połączone z innymi urządzeniami w sieci lub mikrosieci energii elektrycznej (Gerwen, Jaarsma, Wilhite 2006). Odpowiednie protokoły komunikacji umożliwiają przesyłanie infor-macji pomiarowych do hurtowni danych (Huang i in. 2010).

Mimo znacznych kosztów początkowych wprowadzenia inteligentnych mierni-ków energii (Niwiński, Ostrowski 2010), inteligentne sieci znajdują uznanie na ryn-kach energii elektrycznej. Przykładowo, w  Wielkiej Brytanii do 2020 roku każde gospodarstwo domowe ma być wyposażone w inteligentne mierniki (EurActiv.com 2009). Ponadto, takie mierniki z pewnością spowodują powstanie nowej klasy syste-mów informatycznych, pozwalających indywidualnym odbiorcom na monitorowanie i dokładne analizy ilości zużywanej przez nich energii elektrycznej.

1.5. Struktura wy twarzania

Podobnie jak inne kraje Unii Europejskiej, Polska ma obowiązek promowa-nia wytwarzapromowa-nia energii ze  źródeł odnawialnych (por. http://www.pi.gov.pl/parp/

chapter_86365.asp?soid=E0E50E869A194721AB48DE755FB5CB70). Zgodnie z danymi raportu Ministerstwa Gospodarki (Ministerst wo Gospodarki 2012), udział

wykorzystania energii elektrycznej pochodzącej ze źródeł odnawialnych wzrósł z 5,9% w 2009 roku do 6,7% w 2010 roku. Zgodnie z danymi PSE Operator S.A.

(PSE Operat or S.A.), udział elektrowni wodnych, wiatrowych i innych odnawialnych w produkcji energii w 2011 roku wyniósł 3,29%. Zdecydowana większość wyprodu-kowanej energii elektrycznej pochodziła z elektrowni opalanych węglem kamiennym lub brunatnym (odpowiednio 56,66% i  32,87%). Tymczasem wyznaczonym celem dla Polski jest osiągnięcie do 2020 roku 15% udziału odnawialnych źródeł energii w końcowym zużyciu energii.

Szczególnym trendem jest mikrogeneracja, czyli korzystanie przez osoby indywi-dualne z urządzeń pozwalających na produkcję niewielkich ilości energii elektrycz-nej na własne potrzeby.