Peak Shaving

Definicja

W energetyce "peak shaving" oznacza wygładzanie profilu zapotrzebowania na energię elektryczną poprzez zmniejszenie szczytowych obciążeń dla przemysłowych i komercyjnych odbiorców energii elektrycznej. Te wartości szczytowe zużycia energii mają znaczenie nie tylko dla stabilności sieci, ale również dla kosztów poboru energii: Wynika to z faktu, że opłaty za korzystanie z sieci, które stanowią znaczną część kosztów, zależą od między innymi najwyższego zużycia energii w okresie rozliczeniowym (miesięczne lub roczne zużycie). Im bardziej równomierny jest pobór energii elektrycznej, tym niższe są opłaty za korzystanie z sieci.


Przesuwanie obciążenia vs. Wygładzanie szczytowych obciążeń (Peak Shaving)

Przy "peak shaving", odbiorca energii zmniejsza zużycie energii ("load shedding") szybko i na krótki czas, aby nie doprowadzić do szczytowego obciążenia. Istnieją dwie podstawowe strategie, które pomagają to zrealizować. Jedną z nich jest zmniejszenie produkcji, co naturalnie skutkuje zmniejszeniem poboru energii. Drugą strategią, pomagającą utrzymać produkcję, jest pobór energii albo z własnego systemu wytwarzania albo pobranie energii z lokalnego magazynu energii (np. baterii). Taka energia jest nazywana „energią elektryczną wytwarzaną na potrzeby własne” i jest wykorzystywana do kompensacji potencjalnego obciążenia szczytowego.

Peak Shaving

Z drugiej strony, w przypadku przesunięcia obciążenia, zużycie energii elektrycznej jest zmniejszone w danym momencie, ale wzrasta w innym momencie, np. gdy ceny energii elektrycznej są niższe lub gdy wykorzystanie sieci jest niższe.

Szczytowe zapotrzebowanie i opłaty za korzystanie z sieci

Operatorzy sieci nie lubią obciążeń szczytowych, ponieważ sieć energetyczna jest planowana i projektowana w oparciu o prognozowane maksymalne obciążenie sieci. Niemniej jednak wiele przedsiębiorstw przemysłowych podłączonych na różnych poziomach sieci (wysokie, średnie lub niskie napięcie) powoduje wahania obciążeń w codziennej pracy, na przykład podczas uruchamiania zakładów produkcyjnych, ogrzewania lub pompowania. Przyczynę nagłego wzrostu obciążenia, tj. komercyjnego lub przemysłowego odbiorcy energii elektrycznej, wykrywa się niezawodnie za pomocą liczników pomiaru mocy (RLM).

Następnie operator sieci określa opłaty za korzystanie z sieci na podstawie maksymalnego średniego zużycia energii elektrycznej w przedziale czasu wynoszącym zazwyczaj 15 minut. Obowiązuje następująca zasada: Najwyższa zmierzona wartość średnia mocy w danym przedziale czasowym wpływa na poziom kosztów energii. Poniższy przykład przedstawia, w jaki sposób oblicza się opłaty za korzystanie z sieci dla średniej wielkości przedsiębiorstwa.

Przykładowe obliczenie

Przedsiębiorstwo ma stałe obciążenie 4.000 kW przez cały rok bez obciążeń szczytowych. Spółka musi płacić roczną cenę za kilowat mocy, która różni się w zależności od obszaru sieci dystrybucyjnej i jest podawana przez operatora sieci dystrybucyjnej. Weźmy jako przykład 50 € za kW i rok: Opłaty za korzystanie z sieci wynoszą wtedy 4.000 kW x 50 € = 200.000 €. Teraz jednak, z powodu specjalnego zlecenia, przez zaledwie 30 minut wystąpiło nadzwyczajne dodatkowe obciążenie szczytowe 500 kW. Z tego powodu, podstawa obliczania opłat za użytkowanie sieci (czyli ważnego komponentu ceny energii elektrycznej) wzrasta natychmiast o 500 kW do 4.500 kW, co odpowiada dodatkowym kosztom w wysokości 25.000 EUR z tytułu samych tylko kosztów użytkowania sieci na fakturze rocznej - bez uwzględnienia kosztów zużycia energii elektrycznej.

Praktyczne zastosowanie obniżania szczytowego zapotrzebowania (Peak Shaving)

Jak pokazuje przykład, w obecnym systemie rozliczeniowym zasadne jest stosowanie mechanizmów wygładzania profilu zapotrzebowania "peak shaving", co pozwala uniknąć obciążeń szczytowych i tym samym utrzymać niskie koszty użytkowania sieci.

Wygładzanie szczytowych obciążeń poprzez zarządzanie popytem (Demand Side Management)

W przedsiębiorstwach istnieją różne sposoby zarządzania obciążeniami szczytowymi. Tak zwane "monitory obciążenia szczytowego" monitorują i regulują wstępnie zdefiniowane obciążenie szczytowe co kwadrans. W tym celu wybrane procesy produkcyjne są redukowane, jeśli przewiduje się, że obciążenie szczytowe zostanie przekroczone w ciągu jednej czwartej godziny. W ten sposób firma może samodzielnie określać i wpływać na maksymalny pobór mocy.

Obniżanie szczytowego zapotrzebowania przy pomocy magazynów energii elektrycznej i własnej generacji

Jeśli żadne obciążenia nie mogą lub nie powinny zostać zmniejszone, firma może sama zapewnić odpowiednią ilość energii elektrycznej wytwarzanej na potrzeby własne, aby uniknąć szczytowych poborów energii z sieci. Ta dodatkowa moc może, na przykład, pochodzić z własnych magazynów energii elektrycznej lub elektrociepłowni. W ten sposób obciążenie szczytowe w punkcie przyłączenia do sieci elektrycznej jest niwelowane przez dodatkowe, ograniczone w czasie dostawy energii elektrycznej z własnych magazynów energii elektrycznej i/lub generatora znajdującego się w obrębie tego zakładu.

Peak Shaving, transformacja energetyczna i elastyczność

Z punktu widzenia operatorów sieci dystrybucyjnych, "peak shaving" jest dobrym sposobem na uniknięcie kosztów rozbudowy sieci. Przy każdej inwestycji w poprawę niezawodności sieci, muszą zainstalować bardziej kosztowne przewody miedziane w liniach energetycznych i punktach dystrybucji. Z tego względu pożądane jest jednakowe wytwarzanie i zużycie energii elektrycznej. Jednakże, wskutek dynamicznego rozwoju rynku energii elektrycznej w trakcie transformacji energetycznej, niestabilne źródła energii - wiatr i słońce - powodują coraz większe zapotrzebowanie na elastyczność zależną od obciążenia, a nie na jednolitość. Zjawisko to jest również zauważalne w sieciach dystrybucyjnych, ponieważ wiele zakładów wytwarzających energię elektryczną z odnawialnych źródeł energii wprowadza energię elektryczną bezpośrednio do sieci.

Jeżeli w słoneczne i wietrzne dni do sieci dostarczana jest szczególnie duża ilość energii elektrycznej, może ona być wykorzystywana tanio i efektywnie przez elastycznych odbiorców energii elektrycznej - co jednak, podobnie do przypadku sprzedaży "negawatów", czyli zmniejszenia wytwarzania energii przez elastyczne źródła wytwórcze, zwiększyłoby koszty korzystania z sieci, jeśli byłyby obliczane za pomocą dotychczasowego sposobu. Przykładowo w Niemczech Niemiecka Federacja Energii Odnawialnej zaleca kompleksową reformę opłat za korzystanie z sieci, tak aby przedsiębiorstwa nie musiały być obciążane dodatkowymi kosztami, ale odciążane, tak by zachęcić ich do reagowania na potrzeby operatorów sieci i do przesuwania swojego szczytowego zapotrzebowania. Ciekawym podejściem byłoby zatem wykorzystanie elastycznych modeli komercyjnych odbiorców energii elektrycznej również na poziomie sieci dystrybucyjnej i niskonapięciowej, na przykład poprzez dynamizację opłat za korzystanie z sieci.