Bożena Matusiak, UŁ “Kierunek Smart – czy to się opłaca?” Spotkanie zorganizowane przez: Polska Zielona Sieć Miejsce: Politechnika Warszawska, Warszawa 27.11.2013

Co znaczy być „smart” i czym są SG? Dlaczego Smart Grids i technologie informacyjno komunikacyjne są motorem zmian na rynku energii? Gdzie tkwi wartość dodana inteligentnych sieci? Dlaczego efektywność energetyczna jest ważna? Innowacje i technologie SG- czy to się opłaca? - przykłady

Co znaczy smart ? Człowiek jest „smart” gdy umie postrzegać otoczenie oraz: dzięki swoim wszystkim zmysłom zbiera odpowiednie informacje z otoczenia (right information), dzięki procesom myślowym umie podejmować odpowiednie decyzje (right decision), dzięki decyzjom umie podejmować odpowiednie działania (right action), wyniki tych działań kontroluje, analizuje i rozumie (zachodzące procesy), rozwija przy tym doświadczenie by przekazywać innym swoją „wiedzę” ( right control). The smart person can select information, take “smart” decisions, and take a “right” action.

Informacja rozumienie decyzje i działanie zarządzanie i monitorowanie Smart Grid Właściwy pomiar - właściwy model rynku (regulacje prawne, modele biznesowe , procedury) –właściwie decyzje działania– sterowanie, kontrolowanie i monitorowanie (zarządzanie) Dzięki technologiom ICT i dedykowanym systemom decyzyjnym

Elementy Smart Grids Informacja!! – jest bardzo ważna. Rozwój IT dla transmisji i przetwarzania informacji (np.: AMR, inteligentne liczniki, smart urządzenia) Sterowanie i zarządzanie!! – jest kluczowe (infrastruktura do sterowania elementami sieci), ponieważ wartość dużej ilości informacji, które nie mogą być sterowalne jest niska. Decyzje i właściwy model rynku!! – klarowne zasady działania sieci, rynków i konsekwencji podejmowanych decyzji – „rozumienie” procesów zachodzących w systemie Technologia i rozwój nowoczesnych elementów sieci !!- takich jak OZE, nowoczesne, urządzenia smart, EVs, technologie sieciowe

Dlaczego Smart Grid? Potrzeba zrównoważonego rozwoju Rozwój nowych technologii, w tym ICT Konkurencyjny rynek energii, globalne rynki Wysoka efektywność, niezawodność, bezpieczeństwo i jakość – wymagania współczesności Potrzeby ekologiczne i ograniczenie strat energii Wartość dodana tkwi w byciu smart: Rozproszone środowisko wytwarzania i odbioru, właściwy pomiar rzeczywiste sygnały rynkowe i precyzyjne decyzje na rynku, nowe modele biznesowe i nowi uczestnicy rynku (prosumenci, agregatorzy rynku, ADR, magazyny energii itp.), integracja działań rynków, dojrzały i efektywny system mediów energetycznych.

Zespół zadaniowy do spraw SG przy Komisji Europejskiej: Definicja komisji EU: Zespół zadaniowy do spraw SG przy Komisji Europejskiej: SG to sieć elektryczna, która w efektywny kosztowo sposób może integrować zachowania i działania wszystkich użytkowników do niej przyłączonych - wytwórców, konsumentów, i tych, którzy zarówno są konsumentami jak i wytwórcami. Celem takiej integracji jest zapewnienie efektywnego kosztowo, niezawodnego systemu energetycznego z małymi stratami i wysokim poziomem bezpieczeństwa dostaw"

Definicja sieci inteligentnej (USA): jest samo-naprawiająca się, umożliwia aktywne działania konsumentów w zapotrzebowaniu na energię, jest odporna na ataki zarówno fizyczne, jak i cybernetyczne, dostarcza energię o jakości wymaganej w XXI wieku, przyjmuje wszystkie źródła i magazyny energii, umożliwia rozwój nowych produktów, usług i rynków, optymalizuje racjonalne wykorzystanie majątku i eksploatacyjną sprawność. Jakie technologie są zaangażowane w tworzenie SG?

Cechy SG Niezawodność Interoperacyjność Elastyczność Bezpieczeństwo (dostaw jak i cybernetyczne) Optymalne koszty (efektywna) Umożliwia włączanie nowych źródeł, uczestników i technologii Możliwości rozwoju nowych rynków i usług Najwcześniejsze SG w : Colorado (2003r.), Austin (Teksas 2008r), Kalifornia - Circuit of the future (2007r.)

definicja z www.piio.pl SG w elektroenergetyce to sieć, która potrafi harmonijnie integrować zachowania i działania wszystkich przyłączonych do niej użytkowników, w tym wytwórców, odbiorców i tych, którzy pełnią obydwie te role budując wolny rynek - celem zapewnienia zrównoważonego, ekonomicznego i niezawodnego zasilania

Smart Grid według NIST (s3_roadmap.pdf, 2009)

Źródło: Matusiak B.E.; Modele biznesowe na nowym, zintegrowanym rynku energii; wyd. UŁ, w druku (2013)

System informacyjno komunikacyjny inteligentnych sieci Źródło: Matusiak B.E.; Modele biznesowe na nowym, zintegrowanym rynku energii; wyd. UŁ, w druku (2013)

Gdzie tkwi wartość dodana inteligentnych sieci? From: IEEE SMARTGRIDComm2011 conference, Brussels 2011

http://www.iec.ch/smartgrid/standards/

http://ec. europa. eu/energy/gas_electricity/smartgrids/smartgrids_en http://ec.europa.eu/energy/gas_electricity/smartgrids/smartgrids_en.htm

…efektywna ekonomicznie… Racjonalizuje zużycie i precyzyjnie dopasowuje wytwarzanie Daje sygnały decyzyjne w czasie rzeczywistym, w obie strony Optymalizuje (poprawia) krzywą obciążenia dobowego (shaving peaks) 4. Zmienia postawy i przyzwyczajenia klienta 5. Zmniejsza straty przesyłowe 6. Zmniejsza koszty utrzymania niezawodności i bezpieczeństwa dostaw

Racjonalizuje zużycie i precyzyjnie dopasowuje wytwarzanie Mechanizmy: Rozproszona mała generacja ze źródeł OZE Smart Meters, Smart things & Buildings, EVs, Active demand response (ADR) Bodźce cenowe odziaływujące na klienta w czasie rzeczywistym, oferty dobrane do profili klienta Nowe modele biznesowe integracji usług dla klienta Mechanizmy wynagradzań za dopasowanie (certyfikaty)

laboratoryjne i testowe nad zarządzaniem microsiecią z Niemcy Fraunhofer Institute Grecja, badania laboratoryjne i testowe nad zarządzaniem microsiecią z tzw. adaptive protection (projekt: Microgrid , more Microgrid) Źródło: http://www.der-ri.net/index.php?id=251

The Dutch Energy Company - Greenchoice w 2011 r The Dutch Energy Company - Greenchoice w 2011 r. zakończyło projekt „Zonvast”, polegający na inwestycjach i instalacji paneli solarnych dla około 500 właścicieli domów mieszkalnych (1,5MW), tworząc w ten sposób dodatkowy potencjał zielonej energii elektrycznej na rynku. Instalacje nie są własnością właścicieli domów, ale za udostępnienie dachów dostają wyprodukowaną energię elektryczną dla swoich potrzeb, po stałej, atrakcyjnej cenie. Energia nie zużyta w całości (nadwyżki) jest włączana w sieć bez zapłaty właścicielom dachów, tzn. jest zarobkiem dla firmy Greenchoice. Greenchoice montował od 8 do 10 paneli na pojedynczym dachu. Oczekiwana produkcja energii elektrycznej była na poziomie 1990 MWh rocznie, z czego według założeń, niewiele mniej niż połowa jest konsumowana przez właścicieli budynków. Każda instalacja na dachu kosztowała Greenchoice około 8 tys. Euro. Cała inwestycja dla 500 domów wyniosła około 4 mln Euro. Greenchoice korzystała w niewielkim stopniu z dofinansowań państwowych. Kontrakt jakim są objęci właściciele obejmuje okres 20 lat, a cena za energię elektryczną, uzyskaną z paneli dla własnych potrzeb to 0,23 Euro centa za 1 kWh.

From: IEEE SMARTGRIDComm2011 Conference, Brussels 2011

Dzienny profil zapotrzebowania na energię elektryczną

- Przykład wyników ADR dla ogrzewania elektrycznego- badania projektu Źródło: http://www.der-ri.net/index.php?id=251 ADR dla ogrzewania elektrycznego- badania projektu

Tajemnica zmian tkwi we właściwych modelach biznesowych dla nowego rynku smart Przykłady: ACCIONA Solar “Solar Gardens” (7 ogrodów solarnych) Hiszpania. Największa infrastruktura fotowoltaiczna w Hiszpanii, oddana do użytku w marcu 2006 r. w Castrejon, Navarre. Instalacja on-site umożliwia małym, indywidualnym klientom uzyskanie prawa własności, po okresie leasingu. Zarządzanie energią elektryczną i wydajnością jest zoptymalizowane, a infrastruktura i usługi są dzielone wśród najemców. Właściwości omawianych ogrodów solarnych (2006 r.): 3000 modułów solarnych o powierzchni 50 m2 każdy, śledzących słońce w ciągu dnia, każdy moduł złożony z 36 kryształowych paneli silikonowych. 23 MWp mocy, wtedy: 2000 właścicieli. Usługi prowadzone przez firmę na rzecz klientów to: sprzedaż energii do sieci w ich imieniu, fakturowanie i rozliczanie, procedury administracyjne i kontrola produkcji każdego właściciela ze swojego centralnego biura, dostępna dla właściciela do sprawdzenia przez Internet, dzienna, miesięczna i roczna konsumpcja energii oraz produkcja do sieci.

Azure Power Solar, Indie Belgijska wspólnota, Ecopower już w 1991 realizowała pierwsze inwestycje we Flandrii. Obecnie prowadzi inwestycje solarne w Indiach na zasadzie finansowania ich realizacji z funduszy zbieranych poprzez dobrowolne wpłaty (minimalny okres bycia członkiem wspólnoty: 6 lat) w wys. ok. 200-280 dol. (udział) z dywidendą roczną 6%. Tak zebrany fundusz wystarcza na realizacje pilotażowych inwestycji w różnych krajach. Azure Power Solar to projekt pilotażowy, całkowicie prywatny, pierwotnie dotyczący farmy 2 MW w miejscowości Punjab, obecnie zaś posiadający ponad 22 MW mocy paneli solarnych dla zasilania ponad 32 wiosek w okolicy Punjab. Przyszłe plany rozbudowy (w 2013 r.) dotyczą osiągnięcia 1 GW mocy. Model polega na tzw. solar as a service (Azure Power jest firmą typu ESCO) - czyli na dostarczaniu energii tylko z tego źródła na podstawie umowy i opłat za zużycie energii elektrycznej - bez dodatkowych kosztów instalacji czy utrzymania itp. Umowa gwarantuje stałą cenę, i to taką, która kalkuluje się na poziomie pokrywającym koszty utrzymania i działania farmy, jednak wszystko co dotyczy instalacji i bieżącego działania instalacji jest poza klientem. Uczestnicy projektu płacą mniej za energię elektryczną. Po minimum 10 latach jest możliwość wykupu instalacji na własność, wtedy Azure Power jest tylko Operatorem dystrybucji dostaw.

Smart Cities: Amsterdam Berlin Projekt Mazdar city

http://ses.jrc.ec.europa.eu/jrc-scientific-and-policy-report, 2012 To około 300 projektów w krajach UE+3 i około 90 projektów rozpoczętych (1,8 bilonów euro)

http://ses.jrc.ec.europa.eu/jrc-scientific-and-policy-report, 2012

http://ses.jrc.ec.europa.eu/jrc-scientific-and-policy-report, 2012

Koszty w Polsce: Rozbudowa i modernizacja sieci OSD: 34 mld zł (na podstawie dofinansowania: ISE) OIP, wg portalu www.piio.pl 6 mld zł Koszty wprowadzenia liczników inteligentnych i infrastruktury pomiarowej: 10 mld zł (50-75 zł za licznik rocznie) Koszty ICT dla SG ?

Wybrane dofinansowania: Program POLSEFF Program Finansowania Rozwoju Energii Zrównoważonej w Polsce, przeznaczono 150 mln euro Projekt Inteligentne sieci – wspierany przez NFOŚiGW Projekt Prosument Projekt dom energooszczędny…itp

OSIĄGNIĘCIA ŚWIATOWEJ ENERGETYKI ODNAWIALNEJ W 2011 roku zainstalowana moc OZE wyniosła 390GW, jest to 2,5 – krotny wzrost, w porównaniu z wartością 160 GW z roku 2004 Chiny – 76 GW Stany Zjednoczone – 40 GW Niemcy – 34 GW Hiszpania – 22 GW Indie – 13 GW Japonia – 8 GW Moc zainstalowana w krajach rozwijających stanowi 43% całkowitej mocy zainstalowanej i wynosi 119 GW, głównie dzięki: Chinom i małej energetyce wodnej i wiatrowej Indiom – energetyce wiatrowej

Emisja CO2 w 2011r.(T/mieszk.) USA 17,3 Kanada 16,2 Australia 19 Rosja 12,8 Korea Płd. 12,6 Chiny 7,2 UE 7,5

Sytuacja OZE w Polsce Polityka energetyczna Polski do roku 2030 wzrost zużycia całkowitej energii finalnej w Polsce o 11% do 2020 r., największy udział sektorów: transportu, usług i rolnictwa, zakładając jednocześnie że w przemyśle zostanie on na poziomie stałym do 2020 r. przewiduje się, że spadnie zużycie węgla. pozostałe nośniki zanotują wzrost: produkty naftowe o 11%, gaz ziemny także o 11%, energia odnawialna o 40,5%, zapotrzebowanie na energię elektryczną - wzrost o 17,9%. 30% wzrost zużycia ciepła sieciowego i 33% wzrost zużycia pozostałych paliw. największą dynamikę wzrostu zanotują energetyka wiatrowa (54%) i ciepło słoneczne (34%). dla osiągnięcia udziału 15% energii odnawialnej w 2020r w strukturze energii finalnej najistotniejsze znaczenie będą miały: energia wiatrowa, biogaz i biomasa, paliwa transportowe II generacji, geotermia (po 2025 roku – biodisel, biowodór i bioetanol). W praktyce, obecnie nie mówi się o rozwiązaniach kogeneracyjnych ani też o fotowoltaice – której nieznaczny rozwój przewiduje się po 2020r (do 2% udziału).

Bariery rozwoju dla OZE Technologie spalania i współspalania biomasy stałej, gazowej i płynnej to technologie dość kłopotliwe w ocenie rezultatów ich stosowania; nadużycie zielonych certyfikatów Koszty instalacji wiatrowych wciąż rosną a długość trwania inwestycji to średnio ponad 1 rok; Potencjał wodny w Polsce jest co prawda znaczny, ale inwestycje w elektrownie wodne nie są to inwestycje na kieszeń drobnych inwestorów. Obecnie największy nacisk kładziony jest na biomasę i biogaz (biogazownie) oraz energię wiatrową.

Z doświadczeń zagranicznych Wielka Brytania od 1 kwietnia 2010 r. zaczęły tam obowiązywać nowe taryfy dla drobnych producentów czystej energii elektrycznej. Rządowy program "clean energy cashback" (zwrot pieniędzy za czystą energię) przewiduje subwencje dla gospodarstw domowych i społeczności, które wdrożą instalacje małej mocy, produkujące do 5 megawatów energii elektrycznej. Dopłata jest przewidziana również dla tych lokalnych producentów, którzy wykorzystują całą wytworzoną przez siebie energię. Za każdą dodatkową ilość energii, jaką odprowadzą do sieci, otrzymają kolejną dopłatę.

Z doświadczeń zagranicznych Sztokholm ma dobrze zorganizowaną zbiórkę odpadów segregowanych w trzech grupach: bioodpady, papier i pozostałe. Pojemniki opróżniane są automatycznie kilka razy na dobę poprzez podziemny system rurociągów eksploatowanych pod próżnią. Ścieki komunalne kierowane są do miejskiej oczyszczalni, w której osady w wyniku reakcji chemicznych są oczyszczane z CO2 i z siarkowodoru dla uzyskania czystego biometanu, który sprężony w stalowych butlach napędza autobusy komunikacji miejskiej. W ten sposób obecnie pokrywa się 50% zapotrzebowania na paliwo, natomiast do 2025 roku autobusy w Sztokholmie mają być w 100% napędzane biometanolem wraz z etanolem. Trakcja elektryczna metra i kolei miejskiej w 100 % zasilana jest ze źródeł odnawialnych (95% energia wodna, 5% energia wiatru). Podobnie duży udział energii ze źródeł odnawialnych służy do ogrzewania lub chłodzenia całych dzielnic.

Z doświadczeń zagranicznych Litwa przewiduje do 2020 pokryć 23% zużycia energii ze źródeł odnawialnych (20% energii elektrycznej, 50% energii cieplnej, 10% w transporcie). We Włoszech zbuduje się 18 elektrowni fotowoltaicznych o łącznej mocy 65,35 MW (Sycylia, oraz regiony Apulii, Emilii-Romanii i Abruzji). W Kalifornii powstaje największa w świecie elektrownia słoneczna o mocy 1000 MW (pustynia Mojave).

Wnioski Brakuje koordynacji i strategicznego długofalowego planu rozwoju dla SG Nie wypracowano jasnego wskazania jakie korzyści mieć będą poszczególni beneficjenci w zamian za zaangażowanie się w kosztowne technologie Czy będziemy skazani na zakup technologii od innych państw? Co z integracją mediów energetycznych? I najważniejsze: czy wypracowaliśmy nowe modele biznesowe dla rozwoju nowego rynku Energii i choćby włączenia OZE?

Dziękuję za uwagę bmatusiak@wzmail.uni.lodz.pl Uniwersytet Łódzki Wydział Zarządzania Katedra Informatyki Zakład Sztucznej Inteligencji i Narzędzi Informatyki +48 635 50 45