Bożena Matusiak, UŁ

Spotkanie zorganizowane przez: Polska Zielona Sieć

Miejsce: Politechnika Warszawska, Warszawa 27.11.2013

“Kierunek Smart – czy to się opłaca?”

• 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 • 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 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.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.

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 -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,�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)• Optymalne koszty (efektywna)

• Umożliwia włączanie nowych źródeł, uczestników i technologii

• Możliwości rozwoju nowych rynków i usługNajwcześniejsze 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, 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.htm

…efektywna ekonomicznie…1. Racjonalizuje zużycie i precyzyjnie

dopasowuje wytwarzanie

2. Daje sygnały decyzyjne w czasie rzeczywistym, w obie strony

3. 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)

Niemcy

Fraunhofer

Institute

Grecja, badania

laboratoryjne i testowe

nad zarządzaniem

microsiecią z

tzw. adaptive protection

(projekt: Microgrid ,

more Microgrid)

Institute

Źródło: http://www.der-ri.net/index.php?id=251

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

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 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, IndieBelgijska 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.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• 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 • 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 euro150 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 •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• 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%.• 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 • 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 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 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

technologietechnologie

• 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?

bmatusiak@wzmail.uni.lodz.plUniwersytet ŁódzkiWydział Zarządzania Katedra InformatykiZakład Sztucznej Inteligencji i Narzędzi Informatyki

Dziękuję za uwagę

Informatyki+48 635 50 45