Wytwórcy energii

Więcej o Wirtualnej Elektrowni

O nas

Kontakt

Czym jest elektrownia wirtualna?

Definicja

Wirtualna elektrownia to połączenie zdecentralizowanych jednostek w sieci elektroenergetycznej, które są koordynowane za pomocą wspólnego systemu sterowania. Jednostkami tymi mogą być producenci energii elektrycznej, tacy jak elektrownie biogazowe, wiatrowe, fotowoltaiczne, kogeneracyjne lub hydroelektrownie, odbiorcy energii elektrycznej, magazyny energii elektrycznej oraz elektrownie typu Power-to-X (Power-to-Gas, Power-to-Heat). Celem wirtualnej elektrowni jest wspólne wprowadzanie na rynek energii elektrycznej i elastyczności z grupy zagregowanych elektrowni. Każdy zdecentralizowany podmiot produkujący, przechowujący lub zużywający energię elektryczną może stać się częścią wirtualnej elektrowni.

Zarządzanie grupą z poszczególnych jednostek obejmuje centralny system sterowania, który za pomocą specjalnego algorytmu nie tylko koordynuje poszczególne elektrownie w elektrowni wirtualnej, ale także, jak pojedyncza wielkoskalowa elektrownia, reaguje na warunki sieciowe i polecenia uruchomienia regulacyjnych usług systemowych skierowane przez operatorów sieci przesyłowych. W połączeniu z obrotem energią elektryczną wirtualna elektrownia jest również w stanie szybko i sprawnie reagować na sygnały cenowe z rynków energii elektrycznej i odpowiednio dostosować swój tryb pracy.

Od pojedynczej jednostki wytwórczej do grupy elektrowni

Jedna instalacja sama w sobie nie stanowi rewolucji energetycznej: Aby móc umocnić się na rynku energii elektrycznej, oczywistym pomysłem dla wytwórców energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych jest połączenie w większe jednostki funkcjonalne. Zgodnie z tą koncepcją w ramach ogólnej liberalizacji rynku energii elektrycznej pod koniec lat dziewięćdziesiątych opracowano pierwsze, nadal w dużej mierze teoretyczne koncepcje wirtualnych elektrowni. Ówczesny rozwój technologii komputerowej i sieciowej oraz otoczenie regulacyjne nie pozwalały jednakże na realizację odpowiednich projektów na większą skalę w sposób korzystny ekonomicznie i systemowo.

Około roku 2010 zbiegły się w końcu dwa wydarzenia, które znacznie sprzyjały rozwojowi wirtualnych elektrowni: z jednej strony dostępna była znacznie potężniejsza technologia komputerowa, która umożliwiła budowę wysoce dostępnego, wydajnego systemu sterowania z infrastrukturą czasu rzeczywistego. Z drugiej strony rząd federalny poprzez rezygnację z energii atomowej, nową strukturę rynku energii elektrycznej oraz nowelizację ustawy o odnawialnych źródłach energii (EEG) ustalił prawne i rynkowe rewolucji energetycznej - nadszedł czas na elektrownie wirtualne.

Zbiorowa inteligencja grupy jednostek zdecentralizowanych

Wirtualne elektrownie pełnią podobną rolę na rynku jak duża elektrownia i mogą osiągnąć wielkość jednej lub większej liczby elektrowni jądrowych pod względem zainstalowanej mocy. Ponieważ jednak składają się one głównie z sieciowanych systemów wytwarzania energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych, produkcja energii elektrycznej podlega ciągłym zmianom. Na przykład, jeśli słońce nie świeci i/lub wiatr wieje słabo, elektrownie wiatrowe i słoneczne dostarczają mniej energii do elektrowni wirtualnej. Oprócz teoretycznie nieograniczonej różnorodności producentów energii elektrycznej można do grup instalacji włączyć również odbiorców energii, magazyny energii i rozwiązania Power-to-X takie jak Power-to-Gas (P2G) lub Power-to-Heat (PtH).

Aby uniknąć zachwiania równowagi bilansu energetycznego, elektrownie o różnych źródłach produkcji energii są szczególnie ważne w wirtualnej elektrowni, ponieważ bardzo ograniczona pojemność magazynowa oznacza, że sieć z niewielkimi tolerancjami może być zasilana tylko taką ilością energii elektrycznej, ile jest jednocześnie pobierane. Dlatego też w portfolio wirtualnej elektrowni poza zmiennymi źródłami energii, takimi jak energia wiatrowa i słoneczna, szczególnie cenne są regulowane źródła energii takie jak biogaz i elektrownie wodne (elektrownie wodne przepływowe i szczytowo-pompowe), a także elastyczne odbiorniki energii elektrycznej, magazyny energii elektrycznej i elektrownie typu power-to-X. Wszystkie te jednostki są w stanie absorbować odchylenia w ilości wprowadzanej energii spowodowane brakiem wiatru i zachmurzeniem - zarówno w kierunku dodatnim jak i ujemnym.

Wirtualne elektrownie zapewniają elastyczność na rynku energii elektrycznej

Ta szybka i wszechstronna zdolność do bilansowania, znana również jako elastyczność, jest szczególną siłą wirtualnych elektrowni i najbardziej charakterystyczną cechą w porównaniu z tradycyjnymi wielkoskalowymi elektrowniami: Dzięki ich zdolności do szybkiego dostosowania się do ilości energii elektrycznej dostępnej w sieci ich zagregowana moc pozwala im optymalnie śledzić cenę energii elektrycznej na giełdzie energii elektrycznej, a tym samym oferować wytworzoną energię elektryczną szczególnie efektywnie na rynku energii elektrycznej. Wartość energii elektrycznej nie zawsze jest taka sama: regułą jest zmiana ceny energii elektrycznej dziewięćdziesiąt sześć razy dziennie w obrocie w ciągu dnia na giełdzie energii elektrycznej i dwu do trzycyfrowe różnice cen (spread) na megawatogodzinie.

Energia elektryczna nie zawsze jest warta tyle samo - i nie zawsze ta sama ilość energii elektrycznej jest dostępna

Z drugiej strony, duże elektrownie, które są zaprojektowane do szczególnie stałego zasilania z generatorami o mocy kilkuset megawatów, szybko osiągają tutaj swoje granice techniczne: Podobnie jak w przypadku dużego kontenerowca, elektrownia opalana węglem brunatnym ma znaczną "drogę hamowania", zanim na przykład może zareagować dławieniem turbin na zwiększony dopływ energii z wiatru spowodowany sztormową pogodą. Aby nie przeciążać sieci, neutralne klimatycznie elektrownie wiatrowe muszą wtedy zostać odłączone od sieci.

Wirtualna elektrownia z kolei w fazie nadmiaru wiatru po prostu zmniejsza moc pochodzącą z elektrowni biogazowych i wodnych za pomocą polecenia sterującego do podłączonych instalacji. Jeśli jednak w sieci jest za mało energii elektrycznej, system sterowania zwiększa produkcję energii elektrycznej za pośrednictwem elektrowni biogazowych i wodnych. W ten sposób wirtualna elektrownia kompensuje ewentualne wahania w produkcji energii elektrycznej bezpośrednio i w czasie rzeczywistym; nie dochodzi do obciążenia publicznej sieci elektroenergetycznej. Układ sterowania przekazuje polecenia sterujące w celu zwiększenia lub zmniejszenia ilości przekazywanej energii poprzez interfejsy IT (API) lub jednostki zdalnego sterowania zamontowane w instalacjach.

Interfejsy i połączenia sieciowe w elektrowni wirtualnej

Ta transmisja poleceń sterujących i danych odbywa się w wirtualnej elektrowni pomiędzy wysoko zabezpieczonym, redundantnie zaprojektowanym systemem sterowania a instalacjami za pomocą specjalnie zabezpieczonych, tunelowanych połączeń transmisji danych. Te polączenia tunelowe wykorzystują publiczną infrastrukturę lączności, ale w odniesieniu do ich protokołów są one odseparowane od pozostałego strumienia danych. Można tu również wymienić takie hasła jak "Internet rzeczy", "Przemysł 4.0" czy "M2M" - w praktyce są to specjalnie zabezpieczone, ekranowane połączenia transmisji danych w sieciach komórkowych i stacjonarnych.

Diese bidirektionalen Datenverbindungen der einzelnen Anlagen zum Virtuellen Kraftwerk ermöglichen nicht nur den Austausch von Steuerbefehlen, sondern liefern kontinuierlich und in Echtzeit valide Daten über den Auslastungszustand der vernetzten Anlagen und somit auch des Virtuellen Kraftwerks. So lassen sich beispielsweise über die übermittelte Einspeiseleistung der Windenergie- und Solaranlagen, aber auch die Verbrauchsdaten und Stromspeicherladestände genaue Prognosen für den Stromhandel und die weitere Einsatzplanung der regelbaren Kraftwerke erstellen. Die Auswertung und Aufbereitung der Daten läuft weitgehend autonom über die Softwarearchitektur des Virtuellen Kraftwerks, die auch wesentliche Aufgaben bei der Anbahnung und Durchführung der Handelsgeschäfte an der Strombörse übernimmt.

Regulacyjne usługi systemowe z wirtualnych elektrowni

Te dwukierunkowe połączenia danych poszczególnych instalacji z wirtualną elektrownią nie tylko umożliwiają wymianę poleceń sterujących, ale także dostarczają w sposób ciągły i w czasie rzeczywistym aktualnych danych na temat stanu wykorzystania połączonych w sieć instalacji, a tym samym również elektrowni wirtualnej. W ten sposób przykładowo na podstawie przesłanej mocy dostarczanej przez elektrownie wiatrowe i słoneczne jak również danych dotyczących zużycia i poziomu naładowania magazynów energii elektrycznej można sporządzać precyzyjne prognozy dotyczące handlu energią elektryczną i dalszego planowania wykorzystania elektrowni systemowych. Ocena i przetwarzanie danych odbywa się w dużej mierze autonomicznie poprzez architekturę oprogramowania wirtualnej elektrowni, która przejmuje również ważne zadania w zakresie inicjowania i realizacji transakcji giełdowych na giełdzie energii elektrycznej.

Odbiorcy energii elektrycznej w elektrowniach wirtualnych

Strumienie danych spływających do wirtualnej elektrowni umożliwiają również komercyjnym i przemysłowym odbiorcom energii elektrycznej bezpośrednie czerpanie korzyści z sygnałów cenowych rynku energii elektrycznej. W ten sposób energia elektryczna może być zużywana dokładnie w tym samym czasie, kiedy na giełdzie jest jej w nadmiarze i tanio. Jeżeli przedsiębiorstwo produkcyjne przesunie największe zużycie energii elektrycznej na te korzystne okresy cenowe, może zaoszczędzić do jednej trzeciej kosztów energii elektrycznej.

W razie potrzeby wirtualna elektrownia może przeprowadzić tę optymalizację w pełni automatycznie: System sterowania wirtualnej elektrowni wysyła impulsy do sterowni maszyn w zakładzie, ale oczywiście ingeruje w procesy u odbiorcy energii tylko w takim zakresie, w jakim jest to możliwe i konieczne. W tym celu należy jednak zainstalować licznik energii elektrycznej z system pomiaru zużycia (licznik RLM), który jest przewidywany tylko przy rocznym zużyciu od 100 000 kWh.

Gospodarstwa domowe muszą poczekać na wprowadzenie inteligentnych liczników

Ponieważ prywatne gospodarstwa domowe nie zbliżają się do tych poziomów zużycia, ich integracja z wirtualnymi elektrowniami może rozpocząć się dopiero po wprowadzeniu inteligentnych liczników w całym kraju. Miejmy nadzieję, że około 100 lat po ich wprowadzeniu zastąpią one stare liczniki trójfazowe z lat dwudziestych ubiegłego wieku. Inteligentna optymalizacja czasu pracy ogrzewania, pieca, pralki, lodówki i ciepłej wody na krzywej cen energii elektrycznej w czasie oznacza, że odbiorniki energii elektrycznej mogą być również wykorzystywane bardziej ekonomicznie w gospodarstwach domowych.

Wirtualne elektrownie digitalizują przemysł energetyczny

Przyszłość jest cyfrowa - przemysł energetyczny nie jest tu wyjątkiem. Podobnie jak we wszystkich innych obszarach społeczeństwa, dostawy energii elektrycznej ulegają zmianom strukturalnym na całym świecie: od dużych i zasilanych kopalinami elektrowni do małych, zdecentralizowanych jednostek, które współpracują ze sobą dzięki stale rosnącym możliwościom cyfryzacji.

Podobnie jak platformy hotelowe, które nie mają już własnych hoteli, oraz platformy car sharing, które nie mają już własnej floty pojazdów, wirtualne elektrownie opowiadają się za demokratyzacją dostaw energii, która zwraca społeczeństwu odpowiedzialność za dostawy energii: W końcu operator wirtualnej elektrowni nie posiada już własnych elektrowni, a jedynie optymalizuje wykorzystanie połączonych w sieć małych elektrowni będących własnością osób trzecich. Już teraz największe wirtualne elektrownie pod względem zainstalowanej mocy pozostawiły daleko za sobą największe elektrownie jądrowe i produkują w grupie elektrowni energię elektryczną neutralną dla klimatu, co jest odpowiedzią na nadchodzące wyzwania rynku energii elektrycznej.

Zarówno elektryfikacja sektora transportu, jak i gwałtownie rosnąca liczba węzłów sieciowych i centrów obliczeniowych w procesie cyfryzacji wymagają dużych ilości energii elektrycznej - a ze względu na ochronę klimatu nie może ona być wytwarzana w sposób konwencjonalny i/lub z jednego nośnika energii. Wirtualne elektrownie zapewniają zatem narzędzia dla przyszłego świata energetycznego dzięki otwartemu, zdecentralizowanemu i hybrydowemu podejściu do technologii i źródeł energii.