Artykuły

Wprowadzenie

Wraz ze wzrostem miksu energetycznego zrównoważonych, zielonych źródeł energii, takich jak energia wiatrowa, wodna i słoneczna, oraz przechodzeniem w kierunku bardziej zdecentralizowanych systemów energii elektrycznej, potrzeba magazynowania energii staje się coraz ważniejsza w celu zrównoważenia podaży i popytu. Istnieje obecnie sporo technologii magazynowania energii elektrycznej na poziomie sieci energetycznych. Pod względem zainstalowanej mocy magazynowej na świecie są to najczęściej elektrownie szczytowo-pompowe [17][18][19].

Wg raportów  International Renewable Energy Agency - IRENA zdolności magazynowania energii na świecie będą rosły z obecnych stu kilkudziesięciu gigawatów do ponad 325 GW w 2030 r. Przewiduje się, że duża część tej dodatkowej pojemności będzie pochodzić ze zużytych akumulatorów samochodowych, które mają być dostępne od 2028 r [17][18].

Systemy magazynowania baterii są jednak wdrażane na wielu poziomach łańcucha wartości energii elektrycznej, w tym na poziomie przesyłu, dystrybucji i samych konsumentów. Coraz większą popularnością cieszą się magazyny energii montowane na poziomie odbiorcy  tzw. baterie BTM (Behind-The-Meter), które podłącza się za licznikiem mediów odbiorców komercyjnych, przemysłowych lub też mieszkaniowych. Działanie to ma celu przede wszystkim obniżenie rachunków za energię elektryczną. W niniejszym artykule zajęto się opisem rozwoju rynku oraz zastosowania tego typu urządzeń szczególnie w aspekcie rozwoju rynku prosumenckiego jak i dużej dynami zmiany aspektów prawnych w zakresie rozwoju prosumentów szczególnie w Polsce. Idea funkcjonowania tego typu magazynu energii przedstawiona została na rys. nr 2.

Rynek magazynów energii

Branża systemów magazynowania energii akumulatorów (BESS - Battery Energy Storage System) szybko się zmienia wraz z rozwojem rynku energii. W niniejszym artykule ograniczymy się tylko do zastosowań domowych tych urządzeń.

W ciągu ostatniej dekady wzrost skali produkcji akumulatorów litowo-jonowych doprowadził do 85% spadku cen, czyniąc pojazdy elektryczne i magazynowanie energii opłacalnymi komercyjnie po raz pierwszy w historii. To widoczna konsekwencja rozwoju. W 2010 roku nasze telefony i komputery zasilały baterie. Następnym krokiem i tym, co zdefiniuje następną dekadę, jest magazynowanie masowe energii elektrycznej na skalę użytkową. Rynek energii na całym świecie przygotowuje się na wdrażanie magazynów energii szczególnie na poziomie samych odbiorców i użytkowników. Przedstawiono to na rys. 2. Widać na nim, że już niedługo nie będziemy sobie wyobrażać inwestycji w instalację PV na naszym dachu bez inwestycji w domowy magazyn energii  [4][6][7][8][9].

Mówimy tutaj zarówno o magazynach domowych jak również przemysłowych. Wg wielu źródeł globalna pojemność magazynowania energii w domu osiągnie 70 GWh do 2025 r.

W Polsce rynek magazynów energii dopiero raczkuje i ma go „rozpędzić” realizowany właśnie program Mój Prąd 4.0. Czy tak się stanie? Zobaczymy. Spójrzmy na rynek niemiecki. Według niemieckiego stowarzyszenia branżowego Bundesverband Energiespeicher (BVES) łączna pojemność magazynów energii w niemieckich domach osiągnęła już blisko 4,4 GWh. W Niemczech pod koniec tego roku będzie już 700 tyś gospodarstw domowych z magazynami energii. Przyrosty roczne tego rynku w Niemczech wynoszą 50-60% [10]. 

Z czego to wynika? Wydaje się że przede wszystkim z czystej ekonomii. Według ostatnich badań przeprowadzonych przez stowarzyszenie branżowe SolarPower Europe, najlepsze instalacje PV i magazynowe w Niemczech osiągają dziś koszty wytwarzania energii elektrycznej na poziomie zaledwie 12,2 eurocentów za kilowatogodzinę. Energia elektryczna z sieci kosztuje prywatne gospodarstwa domowe w Niemczech natomiast około trzy razy więcej! Biorąc pod uwagę te warunki ekonomiczne, nie dziwi fakt, że liczba i pojemność nowo zainstalowanych systemów gwałtownie wzrosła w ciągu ostatnich pięciu lat. Oczywiście wsparły ten rozwój również dotacje rządowe. Według ostatnich danych nawet w trudnych warunkach pandemii COVID-19, w pierwszej połowie 2021 roku w Niemczech zainstalowano około 73 000 domowych systemów bateryjnych. To o 59% więcej niż w tym samym okresie poprzedniego roku [15]. 

W Niemczech rynek magazynowy zdominowało czterech producentów: marki Sonnen, BYD, E3/DC i Senec mają łącznie trzy czwarte udziału w rynku. Wszyscy pozostali producenci systemów pamięci masowej osiągają udziały w rynku poniżej 10% [13][16].

Na rozwoju niemieckiego rynku domowych magazynów energii najbardziej korzysta wywodzący się z Bawarii producent Sonnen, który ma blisko 1/5 rynku magazynów energii w Niemczech wartego już ponad 11mld EURO. BVES wskazuje również, że w Niemczech biorąc pod uwagę, że magazyny się produkuje oraz montuje to liczna miejsc pracy związana z tym sektorem wynosi blisko 20 000 etatów! To cenna wskazówka dla naszego rządu jak wspierać branże, które z jednej strony są korzystne dla systemu energetycznego i generują miejsca pracy oraz wspierają rodzimych producentów [10].

Cały rynek europejski rozwija się podobnie jak w Niemczech. SolarPower Europe w europejskich prognozach rynkowych dotyczących przechowywania baterii w budynkach mieszkalnych na lata 2021–2025 wskazuje, że zainstalowana pojemność systemów magazynowych w prywatnych gospodarstwach domowych wzrosła w 2020 r. o 44% w porównaniu z rokiem poprzednim. Cztery kraje tworzące pierwszą piątkę europejskiego rynku domowych systemów magazynowania energii to Włochy, Wielka Brytania, Austria i Szwajcaria. Łącznie w tych pięciu krajach znajduje się 93% wszystkich europejskich systemów przechowywania w budynkach mieszkalnych. Oczywiście sytuacja taka jest związana z tym ze kraje te wprowadziły rządowe programy motywacyjne i stworzyły korzystne warunki ramowe dla zakupu magazynów energii [15].

Korzyści z zastosowania systemów magazynowania energii u odbiorców

Zasadniczo domowe systemy magazynowania  wpisują się w proces elektryfikacji naszych domów. Magazyny energii elektrycznej wraz z układem instalacji PV (czy też małej turbiny wiatrowej) – wytwarzanie energii elektrycznej oraz pompami ciepła (ogrzewanie/chłodzenie) oraz samochodem elektrycznym (mobilność) traktowane są jako całość – rys. 3 [4][9][14].

Korzyści z zastosowania magazynów energii nie dotyczą jednak tylko ekonomii dla odbiorców (większa autokonsumpcja, wykorzystanie magazynu w okresach awarii sieci, możliwość zarabiania w przypadku dużych różnic cen energii w okresie dobowym). Poniżej przedstawiono, że zagadnienie to jest o wiele bardziej złożone.

Magazyny domowe lub w firmach u odbiorców przynoszą zyski dla sieci energetycznej (zapobieganie wahaniom częstotliwości oraz pikom produkcji z instalacji OZE u odbiorców) oraz wydzielonych mikrosieciach (zastępowanie paliowych generatorów prądotwórczych, wygładzanie profilu produkcji i użycia energii elektrycznej)  [3][17][18][20].

Domowe magazyny energii  dają ich użytkownikom przede wszystkim dużo większą stabilność energetyczną. Pozwalają na unikanie powszechnych zjawisk, takich jak nagłe wzrosty i spadki obciążenia w sieci energetycznej. Dodatkowo posiadacze magazynów energii z odpowiednią funkcją back-up przy zaniku energii z sieci, nadal tę energię mają, tworząc tak zwaną wyspę energetyczną. Najczęściej możemy to zrobić dal wydzielonych obwodów, a nie całego domu, ale funkcja nawet tak okrojona gwarantuje na bezpieczeństwo zasilania obwodów krytycznych: lodówka, elektronika, elektrycznie otwierana brama wjazdowa itd. [9].

Magazyny energii dla prosumentów funkcjonujących w opuście na zasadach net meteringu

Wydaje się analiza opłacalności wykorzystania magazynów energii będzie uzależniona przede wszystkim od formy rozliczania prosumenta. Pierwszym potencjalnym odbiorcą, którego przeanalizujemy w dzisiejszym artykule pod względem atrakcyjności magazynu energii będą dotychczasowi prosumenci funkcjonujący na zasadach net meteringu (u nas nazwano to opustem). Przypomnijmy tutaj zasady są czytelne przez następne 15 lat. W pierwszej kolejności energia produkowana przez instalację fotowoltaiczną jest zużywana na własne potrzeby a niewykorzystana energia trafia do sieci, z możliwością odbioru 80% energii w okresie 365 dni. Dla instalacji poniżej 10 kWp 80% energii oddanej do sieci można było odebrać i 70% nadwyżki dla instalacji od 10 do 50kWp. Każdy taki prosument ma już w zasadzie wirtualny magazyn energii (ładowany dodatkowo w układzie rocznym) nie musi go kupować operator pobiera jednak opłatę za jego wykorzystywanie (wcale niemałą) [7][8].

Takich prosumentów jest wcale niemało. Dane wskazują że mamy około 1 mln prosumentów rozliczających się z operatorem na zasadzie opustu. Inwestycja w magazyn energii odpowiedniej wielkości może bilans opłacalności poprawić przez zwiększenia tzw. poziomu autokonsumpcji, czyli wykorzystywaniu produkowanej energii na bieżąco, do zasilania wszelkich urządzeń elektrycznych. Przedstawiono to na schemacie poniżej. Czy gra jest warta świeczki? W Internecie pojawiło się już sporo analiz w tym zakresie. Zdania są podzielone. Ja skłaniam się ku tezie, że wydatek kilkudziesięciu tysięcy złotych na rzecz zwiększenia autokonsumpcji przez zastosowanie magazynu energii może być nieuzasadniony ekonomicznie.

Autokonsumpcję możemy zwiększyć innymi metodami i taniej przez zastosowanie inteligentnych systemów sterowania do załączania sprzętów domowych w okresie maksymalnej produkcji z PV w ciągu dnia (zmywarki, pralki) lub zastosowanie magazynu energii w formie zbiornika ciepłej wody użytkowej (warunek jeden: sporo tej ciepłej wody użytkowej zużywamy np. rodzina 2+2).

Magazyny energii dla prosumentów funkcjonujących w net bilingu

Nowy system rozliczeń dla Prosumentów ma być wprowadzany stopniowo, etapami. Każdy etap będzie istotnie wpływał na szczegółowe zasady rozliczania i opłacalność całej inwestycji. Mamy już wakacje. Harmonogram pozostałych wydarzeń w tym zakresie wygląda następująco [2][8][21][22][23]:

• Od 1 lipca 2022 r. do 30 czerwca 2024 r. ceny za nadwyżki prądu przekazane do sieci z instalacji PV w ramach net billingu będą obliczane jako średnia z poprzedniego miesiąca na giełdowym tzw. Rynku Dnia Następnego;
• Od 1 lipca 2024 r. ceny za energię przekazywaną do sieci z instalacji PV w ramach net-billingu będą wyznaczane w oparciu o ceny godzinowe na Rynku Dnia Następnego.

System net-billingu zakłada odrębne rozliczenie energii wprowadzonej do sieci elektroenergetycznej i energii elektrycznej pobranej z sieci elektroenergetycznej, w oparciu o wartość ustaloną według ceny giełdowej. Warto wiedzieć, że w tym nowym systemie prosument ponosi koszty opłaty dystrybucyjnej, ponieważ pobraną energię kupuje ze wszystkimi opłatami (w tym VAT), zgodnie z taryfą swojego sprzedawcy. Prosument kupuje więc energię z wszystkimi opłatami taryfowymi, a sprzedaje bez tych opłat

W nowym systemie każdy Prosument ma własne konto, a na nim tzw. depozyt prosumencki, który odpowiada wartości (w złotówkach) wprowadzonej do sieci energii (w net meteringu każdy z prosumentów ma do czynienia z wartością, ale energii w kWh w wirtualnym magazynie do rozliczenia rocznego). Kwota z depozytu może być rozliczana na koncie przez 12 miesięcy od dnia przypisania jej jako depozyt. Z tego depozytu będzie też płacił za pobraną energię. Istotne jest to, że niewykorzystane w okresie 12 miesięcy pieniądze z depozytu sprzedawca zwróci tylko do 20% wartości energii elektrycznej wprowadzonej do sieci w miesiącu kalendarzowym, którego dotyczy zwrot nadpłaty. Przypominam, że w przypadku net meteringu chodziło nie o pieniądze ale o określoną wartość energii nadwyżkowej – tutaj mamy do czynienie z pieniędzmi. Wniosek jednak w obu przypadkach taki sam: w net meteringu i w net bilingu nie opłaca się instalacji PV znacznie przewymiarowywać [2][7][8][9].

Obecnie w zasadzie nowy system już działa, ale nie jest to typowe rozliczanie godzinowe. Trzeci etap od lipca 2024 będzie oznaczał tak naprawdę bardzo dużą ideową zmianę, gdyż ceny energii w ciągu doby zmieniają się znacznie szybciej niż ich średnia wartość z miesiąca na miesiąc. W grę będą już wchodzić tzw. taryfy dynamiczne według cen godzinowych oraz odrębne rozliczanie energii wprowadzonej do i pobranej z sieci elektroenergetycznej. Różnica stawek pomiędzy godzinami bywa nawet dwukrotna. Maksymalna wartość już obecnie potrafi przekraczać 1,8 zł/kWh. Należy sądzić po obecnych wzrostach cen energii, że na pewno różnice w cenach będą bardzo duże.

Pierwsze, pesymistyczne szacunki, długiego okresu zwrotu po wprowadzeniu nowego systemu rozliczeń net bilingu stały się nieaktualne. Taki pesymistyczne analizy miały miejsce również na niniejszym blogu. Co spowodowało zmianę??? Sprawiły to ceny samej energii elektrycznej w Polsce. Ceny rynkowe energii są znacznie wyższe: w lutym 2021 r. giełdowa cena energii wynosiła ok. 0,26 zł/kWh zaś w lutym 2022 r. było to już ok. 0,52 zł/kWh. Jak na razie wygląda na to, że Net-billing (po 1 kwietnia 2022r.) okazał się tylko nieco mniej korzystny od systemu opustów (przed 1 kwietnia 2022), lecz różnica nie będzie aż tak znacząca a przy rozliczeniu godzinowym i odpowiednio dobranym i skonfigurowanym magazynie energii [2]

Magazyny energii w systemie net bilingu mogą stać się jednym z najbardziej opłacalnych sposobów na zwiększenie autokonsumpcji. Dzięki nim nadwyżki energii, zamiast być sprzedane po niekorzystnym kursie, będą magazynowane i mogą zostać wykorzystane na własne potrzeby w godzinach, kiedy ceny energii są najdroższe. Dodatkowo coraz częściej będziemy też spotykać się z sytuacją, że magazyn będzie po prostu konieczny z uwagi na fakt, że sieć, będąca dziś w fazie rozbudowy, może nie być w stanie odebrać wytworzonej energii od prosumenta [9].

Czy to się będzie opłacać? Znowu jak w każdym przypadku inwestycji w OZE: To zależy! Wszystko zależy od specyfiki danego prosumenta, w tym m.in. od posiadanego profilu zużycia energii, mocy posiadanej albo planowanej do zbudowania elektrowni PV, wielkości magazynu energii oraz taryfy w której się rozliczamy z operatorem. Uff sporo! Inaczej też będzie wyglądała rentowność Prosumenta w gospodarstwie domowym, a zupełnie inaczej w firmie posiadającej instalację PV z taryfą C. W przypadku firm biorąc pod uwagę różnice cen zakupu energii i ceny za sprzedaż energii przez siebie produkowanej z PV jako Prosumenta ewidentnie będzie zachęcało do inwestycji w magazyn energii.

Podsumowanie

Przeciętny koszt magazynu dla przydomowej instalacji fotowoltaicznej o pojemności ok. 5-6 kWh wynosi około 20-25 tys. złotych netto, jednak im lepsze komponenty, większa pojemność i moc urządzenia, tym oczywiście wyższa cena końcowa. To kryterium na pewno zaporowe dla potencjalnych inwestorów w Polsce [9].

W przypadku chęci istotnego zwiększenia poziomu autokonsumpcji lub np. doładowywania auta elektrycznego czy hybrydowego należy rozważyć inwestycje w magazyny o pojemności 10–20 kWh. To bardzo duży wydatek! To jednak inwestycja z dłuższą stopą zwrotu, ale przy odpowiedniej konfiguracji może to być ruch niezwykle korzystny finansowo [7][9].

Stopy zwrotu z inwestycji w magazyny prosumenckie w Polsce są zmienne uzależnione od poziomu dotacji i kształtują się na poziomie 6–8 lat i na pewno będą się skracać. Należy sądzić, że potrzebne są w Polsce działania samych operatorów na rzecz rozbudowy magazynów domowych. Tak dzieje się w innych krajach! Bazowanie na działaniach konsumentów nie spowoduje efektu skali. Przydałby się na rynku polski producent magazynów energii oferujący tańsze produkty – może nie super zaawansowane technologicznie, ale budowane pod polski rynek.

Jak będzie się rozwijał rynek domowych magazynów energii w Polsce? Trend  jest dość przewidywalny. W ciągu najbliższych kilku lat analitycy przewidują, że ceny magazynów będą nadal spadać. Oczekuje się, że do 2030 r. cena akumulatorów litowo-jonowych osiągnie połowę tego, co jest dzisiaj. Z drugiej strony, obecnie rosnące ceny instalacji fotowoltaicznych i domowych systemów magazynowania baterii są uważane za przejściowy trend wywołany covidem oraz wojną na Ukrainie. Po dostosowaniu łańcuchów dostaw należy oczekiwać, że sytuacja w pewnym momencie musi się unormować.