Raporty

Jak korzystać z energii wiatru?

Przydomowa elektrownia wiatrowa może produkować energię elektryczną na potrzeby własne gospodarstwa oraz sprzedaży niezużytych nadwyżek do sieci. W interesie rolnika inwestującego w mały wiatrak jest dobór instalacji w taki sposób, aby dobowo-godzinowe i sezonowe profile produkcji i zużycia energii były jak najbardziej ze sobą zbieżne.  Celem niniejszej analizy jest poznanie struktury bilansu energii elektrycznej przyłączonego do sieci gospodarstwa rolnego, w którym działa mała elektrownia wiatrowa.

 

Produkcja i zużycie energii elektrycznej z małej elektrowni wiatrowej

w bilansie energetycznym gospodarstwa rolnego

Bilansowanie energii elektrycznej ze źródła OZE w kontekście oceny rozkładu korzyści finansowych dla prosumenta i operatora sieci dystrybucyjnej

 

Raport powstał dzięki dofinansowaniu Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Za jego treść odpowiada wyłącznie Polski Klub Ekologiczny Okręg Mazowiecki.

 

Wprowadzenie

Ubiegłoroczna nowelizacja Prawa energetycznego (z 26 lipca 2013 r.) umożliwiła właścicielom domów - osobom fizycznym łatwiejsze przyłączanie mikroinstalacji prosumenckich OZE (o mocy do 40 kW lub do wysokości aktualnej mocy przyłączeniowej) do sieci elektroenergetycznej m.in. poprzez zwolnienie inwestorów z obowiązku uzyskania koncesji na produkcję energii i prowadzenia działalności gospodarczej. Ponadto inwestor może otrzymać około 0,15 zł za każdą sprzedaną (wyprodukowaną we własnej mikroinstalacji, ale nie zużytą na własne potrzeby) kilowatogodzinę energii z instalacji OZE (tj. 80% średniej hurtowej ceny energii elektrycznej za poprzedni rok).

Cena na rachunku, po jakiej właściciel mikroinstalacji kupuje energię od lokalnego dostawcy energii (bez kosztów dystrybucji, opłat dodatkowych i podatków), wynosi ok. 0,30 zł/kWh. Regulacja czyni działalność prosumencką tym mniej opłacalną, im więcej energii wyprodukowanej w mikroinstalacji jest oddawane do sieci po zaniżonej przez ustawodawcę cenie. Przynajmniej teoretycznie sytuację prosumenta może poprawić jednoczesne zmniejszenie mocy zainstalowanej w mikroinstalacji w stosunku do zapotrzebowania na moc lub dobór instalacji w taki sposób, aby dobowo-godzinowe i sezonowe profile produkcji i zużycia energii przez prosumenta były jak najbardziej ze sobą zbieżne. W grę wchodzą dodatkowe rozwiązania, takie jak zakup magazynów energii, zarządzanie popytem (zarządzanie odbiornikami energii lub tworzenie lokalnych grup bilansujących) w taki sposób, aby lepiej dostosować profil produkcji energii do profilu zużycia. Regulacja zdejmuje ze spółki operatorskiej prawny obowiązek bilansowania i przerzuca związane z tym koszty i odpowiedzialność techniczną na prosumenta.

Przyjęty 8 kwietnia br. przez rząd projekt ustawy o OZE (wersja 6.3 z dnia 28.03.2014) doprecyzowuje pojęcie tzw. półrocznego bilansowania energii elektrycznej wytworzonej z mikroinstalacji OZE i pobranej z sieci przez gospodarstwo domowe. W myśl proponowanych przepisów, rozliczenie pomiędzy lokalnym operatorem sieci (tzw. sprzedawcą zobowiązanym), a odbiorcą (gospodarstwem domowym), który w efekcie zainstalowania mikroinstalacji OZE stał się prosumentem ma następować w ujęciu sześciomiesięcznym na podstawie salda pomiędzy ilością energią sprzedanej do sieci, a ilością energii zakupionej. Jeżeli półroczne saldo jest dodatnie, prosument wystawia fakturę na kwotę będącą iloczynem wysokości salda wymiany energii i ceny urzędowej (obecnie ok o,15 zł/kWh). Jeżeli saldo jest ujemne, prosument płaci swojemu sprzedawcy zobowiązanemu kwotę będącą iloczynem wysokości salda i aktualnej ceny energii w taryfie.

Rozwiązanie w postaci bilansowania półrocznego ma poprawić saldo i zmniejszyć straty prosumenta na wymianie energii z lokalnym operatorem. Wymaga to od prosumenta wiedzy na temat profili produkcji i zużycia energii oraz umiejętności bilansowania energii elektrycznej i ciepła, w szczególności, jeżeli cześć energii elektrycznej jest wykorzystywana na potrzeby grzewcze lub jest magazynowana w zasobnikach ciepła, np. w gorącej wodzie.


 

 

Cel i metodyka badania

Celem niniejszego opracowania jest poznanie struktury bilansu energii elektrycznej gospodarstwa rolnego przyłączonego do sieci elektroenergetycznej, w którym funkcjonuje przydomowa elektrownia wiatrowa. Mała elektrownia wiatrowa produkuje energię elektryczną zarówno na potrzeby własne gospodarstwa, jak i na sprzedaż do sieci (niezużyte nadwyżki energii). W analizie rozpatrywano różne okresy bilansowania: godzinowy, tygodniowy i półroczny oraz porównywano produkcję energii z elektrowni z zużyciem energii w gospodarstwie na potrzeby bytowe i produkcyjne. Wyniki analizy przedstawiają zarówno rozkład wolumenów energii zużytych na potrzeby własne i sprzedanych do sieci, jak i przyporządkowane im wartości kosztowe, tj.:

  1. oszczędności z tytułu uniknionego zużycia energii z sieci zastąpionego przez energię z elektrowni wiatrowej,
  2. przychodów ze sprzedaży nadwyżek energii z elektrowni do sieci,
  3. oraz kosztów zużytej energii z sieci energetycznej.

 

Dane wejściowe

Analiza została przeprowadzona w oparciu o rzeczywiste dane pochodzące z monitoringu zużycia energii w gospodarstwie rolnym leżącym w miejscowości Bronowo Zalesie pod Płockiem. Źródłem OZE w gospodarstwie rolnym jest mała elektrownia wiatrowa, której produkcja została zamodelowana na podstawie danych z masztu meteorologicznego zainstalowanego na terenie ww. gospodarstwa. Aparatura pomiarowa w gospodarstwie została zainstalowana w ramach projektu badawczego OZERISE (www.ozerise.pl). Symulacja obejmuje okres sześciu miesięcy od 1.10.2013 do 31.03.2014 roku.

Charakterystyka danych wejściowych:

  • Gospodarstwo rolne z dominującą produkcją roślinną - 150 ha.
  • Główny odbiornik energii elektrycznej – suszarnia zboża zasilana piecem na biomasę.
  • Gospodarstwo domowe – rodzina 6-osobowa.
  • Model turbiny wiatrowej – Evance r9000 o mocy 5 kW (certyfikowana krzywa mocy).
  • Wysokość masztu – 20 m.
  • Współczynnik wykorzystania mocy 20% (dla danych z analizowanego półrocza).
  • Brak systemów magazynowania energii w gospodarstwie rolnym (akumulatory elektrochemiczne i zbiorniki CWU).
  • Średnia cena energii elektrycznej z sieci: 0,62 zł/kWh.
  • Średnia cena energii z OZE sprzedawanej do sieci: 0,15 zł/kWh.

 

Wyniki

Na poniższych rysunkach przedstawiono profile zużycia energii elektrycznej przez gospodarstwo domowe (wariant 1), jak i całego gospodarstwa rolnego (wariant 2) na tle zamodelowanej produkcji energii elektrycznej przez przydomową elektrownię wiatrową.

Produkcja energii elektrycznej z małej elektrowni wiatrowej została podzielona na dwie grupy: tj. (a) konsumpcja energii na potrzeby własne i (b) sprzedaż nadwyżek energii z elektrowni do sieci.

Dla poprawienia czytelności wykresu, dane z interwałów 1-godzinowych zostały zagregowane do interwałów tygodniowych.

 

Wariant 1: Wykorzystanie energii elektrycznej z elektrowni wiatrowej wyłącznie przez gospodarstwo domowe (budynek mieszkalny)

 

Rys. 1. Zużycie energii w gospodarstwie domowym oraz produkcja energii przez turbinę wiatrową

 

Rys. 2 Przepływy energii między prosumentem (gospodarstwo domowe z małą elektrownią wiatrową) a operatorem sieci energetycznej w zależności od okresu bilansowania energii w systemie net-metering

Rozpatrując wybrane trzy okresy bilansowania energii elektrycznej wyprodukowanej przez małą elektrownię wiatrową można zauważyć, że występuje różny rozkład energii zaliczanej do kategorii skonsumowanej na własne potrzeby i sprzedanej w postaci nadwyżek do sieci oraz udział energii koniecznej do pobrania z sieci energetycznej.

W ciągu analizowanego półrocza ilość energii wyprodukowanej z elektrowni wiatrowej pokryłaby w 95% potrzeby energetyczne gospodarstwa domowego. Jednakże w przypadku bilansowania godzinowego tylko 49% energii wyprodukowanej przez elektrownię wiatrową skonsumowane byłoby bezpośrednio przez gospodarstwo domowe, podczas gdy reszta energii z elektrowni (51%) musiałaby być sprzedana do sieci. Oznacza to, że mała elektrownia wiatrowa dostarczyłaby energię gospodarstwu rolnemu tylko w 46% (stosunek wolumenu zużytej energii w gospodarstwie do produkcji energii z elektrowni zużytej na potrzeby własne gospodarstwa domowego) – rysunek 2.

Im okres bilansowania jest dłuższy, tym w bilansie rzadziej występują nadwyżki energii sprzedawane do sieci. Dla tygodniowego okresu bilansowania już tylko 27% wygenerowanej energii zaliczone zostałoby jako nadwyżki energii sprzedanej do sieci, podczas gdy dla okresu półrocznego całość wygenerowanej energii z elektrowni zaliczone zostałoby na poczet konsumpcji własnej pokrywając ww. 95% zapotrzebowania na energię przez gospodarstwo domowe.

Na rysunku 3 przedstawiono rozkład korzyści finansowych dla prosumenta płynących z różnych okresów bilansowania energii elektrycznej produkowanej przez mikroinstalacje OZE.

 

Rys. 3 Przepływy pieniężne między prosumentem (gospodarstwo domowe z małą elektrownią wiatrową) a operatorem sieci energetycznej w zależności od okresu bilansowania energii w systemie net-metering

Korzyści płynące z posiadania małej elektrowni wiatrowej są największe w przypadku bilansowania energii w okresie półrocznym. W takim przypadku gospodarstwo domowe zaoszczędziłoby ponad 2 681 zł na rachunku za energię (koszt zużycia energii wyniósłby 150 zł zamiast 2832 zł.

Im okres bilansowania jest krótszy, tym zmniejszają się wpływy dla gospodarstwa domowego z tytułu produkcji energii z elektrowni wiatrowej (oszczędności płynące z zużycia energii elektrycznej z elektrowni wiatrowej na potrzeby własne wraz z nadwyżkami energii sprzedawanymi do sieci energetycznej), a wzrastają przychody operatora sieci energetycznej. W rezultacie całkowite korzyści z tytułu posiadanej elektrowni wiatrowej (zużycie energii OZE na potrzeby własne i sprzedaż nadwyżek do sieci) w tygodniowym okresie bilansowania spadają do poziomu 2139 zł (tj. o 542 zł mniej niż przy bilansowaniu półrocznym), a w godzinowym osiągają poziom 1647 zł (tj. o 1034 zł mniej niż przy bilansowaniu półrocznym). Rosną natomiast przychody operatora sieci energetycznej w tygodniowym okresie bilansowania do poziomu 865 zł (6x więcej niż w półrocznym okresie bilansowania) i do 1515zł w godzinowym okresie bilansowania (10x więcej niż w półrocznym okresie bilansowania).

 

Wariant 2: Wykorzystanie energii elektrycznej z elektrowni wiatrowej przez całe gospodarstwo rolne (potrzeby bytowe i produkcyjne)

 

Rys. 4. Zużycie energii w gospodarstwie rolnym (potrzeby bytowe i produkcyjne) oraz produkcja energii przez turbinę wiatrową

W ujęciu półrocznym, ilość energii wyprodukowanej przez elektrownię wiatrową pokryłaby zapotrzebowanie na energię elektryczną gospodarstwa rolnego tylko w 17%. Z uwagi na wyższe pobory energii elektrycznej w gospodarstwie łatwiej byłby zagospodarować energię z elektrowni na potrzeby własne, tj. przy bilansowaniu godzinowym 64% energii zużyte byłoby przez gospodarstwo rolne na potrzeby własne (w porównaniu do 49% w budynku mieszkalnym), a tylko 36% przesłane do sieci. Oznacza to, że elektrownia wiatrowa zabezpieczyłaby gospodarstwo rolne w energię elektryczną tylko w 11%, podczas gdy pozostałe 89% musiałby być dokupione z sieci lub wytworzone z innych źródeł energii (rysunek 5).

 

Rys. 5 Przepływy energii między prosumentom - rolnikiem (gospodarstwo rolne z małą elektrownią wiatrową) a operatorem sieci energetycznej w zależności od okresu bilansowania energii w systemie net-metering

W gospodarstwie rolnym, w którym zużycie energii elektrycznej na potrzeby produkcyjne jest 5-krotnie wyższe, niż na potrzeby bytowe, nadwyżki energii w tygodniowym okresie bilansowania pojawiają się 10-krotnie rzadziej niż w przypadku analizy dla gospodarstwa domowego, i prawie o połowę rzadziej w przypadku bilansowania godzinowego.

 

Rys. 6 Przepływy pieniężne między prosumentem- rolnikiem (gospodarstwo rolne z małą elektrownią wiatrową) a operatorem sieci energetycznej w zależności od okresu bilansowania energii w systemie net-metering

Korzyści płynące z posiadania małej elektrowni wiatrowej są największe w przypadku półrocznego okresu bilansowania (2681 zł) bowiem obniżają koszt energii gospodarstwa rolnego o 17%. W przypadku tygodniowego okresu bilansowania całkowite korzyści z tytułu posiadania małej elektrowni wiatrowej osiągnęłyby poziom 2373zł (o 308 zł mniej niż przy rozliczeniu półrocznym, ale o 234 zł więcej niż gdyby elektrownia dostarczała energię tylko dla budynku mieszkalnego), a w przypadku bilansowania godzinowego, korzyści spadłyby do poziomy 1941 zł (o 740 zł mniej niż przy rozliczeniu półrocznym, lecz o 393 zł więcej, niż gdyby elektrownia dostarczała energię tylko dla budynku mieszkalnego).

Podobną zależność jak w przypadku analizy wariantu 1 można zaobserwować między wysokością płaconych rachunków operatorowi sieci a długością okresu bilansowania. Tzn. im krótszy okres bilansowania tym wyższe rachunki prosument płaci operatorowi sieci dystrybucyjnej.

 

Wnioski
Energia elektryczna z małej elektrowni wiatrowej, jako niestabilnego i pogodowo zależnego źródła energii, może być zagospodarowana i bezpośrednio w zużyta przez gospodarstwo domowe w około 50%, zakładając że zużycie energii w gospodarstwie i produkcja w elektrowni jest na zbliżonym poziomie.

Jednym ze sposobów na bezkosztowe zwiększenie penetracji energii z małej elektrowni wiatrowej jest jej skierowanie na procesy produkcyjne odbywające się w gospodarstwie rolnym (w analizowanym przypadku zwiększono konsumpcję własną o 15% do poziomu 64%).

W sytuacji, gdy sprzedaż nadwyżek energii jest dla prosumenta niekorzystna (stosunek cen energii sprzedawanej do i pobieranej z sieci wynosi ok. 1:4), najlepszym rozwiązaniem wydaje się wydłużenie okresu bilansowania energii, będącego podstawą do rozliczeń między prosumentem a operatorem sieci dystrybucyjnej. W analizowanym przypadku półroczny okres bilansowania pozwala na bezkosztowe magazynowanie nadwyżek energii elektrycznej z elektrowni wiatrowej w sieci oraz zmniejszenie wydatków na energię.

Mała elektrownia wiatrowa nie zwiększa bezpieczeństwa energetycznego w gospodarstwie rolnym, gdyż w sytuacji największego poboru energii, ilość dostarczonej przez nią energii jest losowa. W celu zwiększenia współczynnika autokonsumpcji energii z własnego źródła OZE, sugerowanym rozwiązaniem mogłoby być zdywersyfikowanie źródeł energii poprzez budowę systemu hybrydowego wraz z magazynem energii elektrycznej w akumulatorach elektrochemicznych lub ciepłej wodzie użytkowej (w zależności od potrzeb energetycznych gospodarstwa domowego/rolnego).

Zobacz pozostałe raporty
Wyszukiwarka
Kanał Youtube
 
Facebook
Zamknij

Ten serwis internetowy wykorzystuje pliki cookies.

Używamy informacji zapisanych za pomocą cookies m.in. do celów reklamowych i statystycznych. Mogą stosować je też współpracujące z nami firmy - m.in. reklamodawcy.

W przeglądarce internetowej, w której otwierasz nasz serwis możesz zmienić ustawienia dotyczące cookies.

Korzystając z tego serwisu bez zmiany ustawień dotyczących cookies wyrażasz zgodę na ich używanie i zapisywanie w pamięci urządzenia. Więcej informacji znajdziesz w Polityce prywatności.