Jak zoptymalizować pobór i eksport względem Rynkowej Ceny Energii?

PROBLEM: Od 1 lipca 2024 prosumenci z net-billingiem będą sprzedawać energię elektryczną z fotowoltaiki po Rynkowej Cenie Energii (RCE), która zmienia się z każdą godziną. Rząd zapowiada też powiązane z RCE taryfy dynamiczne na zakup energii, co by oznaczało, że sytuacja na giełdzie wpłynie nie tylko na ceny sprzedaży energii, ale też na ceny ich zakupu.

Jak w tym wszystkim wysterować magazyn energii tak, by zoptymalizować profil poboru i eksportu energii?

ROZWIĄZANIE: Analizator RCE dynamicznie pobiera dane o Rynkowej Cenie Energii na jeden dzień naprzód i na podstawie tych informacji steruje magazynem energii. Pozwala to na lepsze wykorzystanie energii z fotowoltaiki oraz inteligentne pobieranie energii z sieci. Zaiste, wiedza to potęgi klucz.

RCE - co to jest?

Rynkowa Cena Energii (w skrócie RCE) wedle definicji ustawowej jest to „ważona wolumenem obrotu średnia z cen energii elektrycznej określonych dla polskiego obszaru rynkowego dla wszystkich sesji notowań danej doby w systemie kursu jednolitego na rynkach dnia następnego prowadzonych przez giełdę towarową (...) oraz w ramach jednolitego łączenia rynków dnia następnego prowadzonego przez wyznaczonych operatorów rynku energii elektrycznej”^[1].

W praktyce oznacza to, że RCE to przedstawienie godzinowych cen energii elektrycznej z Rynku Dnia Następnego Towarowej Giełdy Energii. Na Rynku Dnia Następnego ustalane są ceny sprzedaży prądu na następny dzień. Rynek dnia następnego ma dwie sesje (Fixing I, Fixing II oraz notowania ciągłe), gdzie ceny ustalane są zgodnie z prawami podaży i popytu dla wszystkich godzin następnej doby.

Poniższy wykres pokazuje, jak ściśle RCE powiązane jest z Towarową Giełdą Energii.

Zatem Rynkowa Cena Energii:

• pobieranie jest ustalana dzień naprzód
• pobieranie jest ceną godzinową
• odzwierciedla ceny giełdowe
• po tej cenie prosumenci będą sprzedawać zielony prąd w ramach net-billingu od 1 lipca 2024

Aktualną RCE znajdziesz na stronie Polskich Sieci Elektroenergetycznych (PSE). Nie musisz jej jednak pobierać ręcznie. Oferujemy analizator RCE, urządzenie zdolne do automatycznego pobierania RCE oraz komunikacji z instalacją PV, magazynem energii i innymi urządzeniami systemu elektroenergetycznego. Jak można na tym zarobić?

Analizator RCE wykrywa niskie ceny energii

PROBLEM: w 2023 roku Rynkowa Cena Energii 32 razy osiągnęła wartość ujemną, czyli przez 32 godziny w roku eksport energii elektrycznej do sieci przynosił straty. Dodatkowo 157 razy RCE osiągnęło wartość niższą niż 50 zł/MWh, czyli 5 groszy za kWh. Wprawdzie ceny niskie zyskują mniej medialnej uwagi niż ceny ujemne, ale nie należy o nich zapominać. Czy to eksport energii po cenie bardzo niskiej, czy też zupełne rozłączenie instalacji, gdy cena przebija zero - w praktyce i tu i tu mówimy o marnowaniu zasobów. Taką energię lepiej zmagazynować.

Problem z magazynem energii polega na tym, że ma on ograniczoną pojemność i bez sterowania o 11-12 może już być naładowany. Tymczasem najniższe ceny energii występują zwykle od 11 do 14. Problem ukazany jest na poniższym wykresie. Omówienie poniżej.

Brązowe słupki to godzinowa Rynkowa Cena Energii. Dane są historyczne z dnia 1 kwietnia 2024 roku. RCE osiąga najniższą cenę 40 zł/MWh o godzinie 12-stej. W tym samym czasie szczyt osiąga produkcja z PV (beżowa linia), która już od godziny 7-mej przekracza zapotrzebowanie firmy na energię (czerwona linia), co doprowadza do uruchomienia magazynu energii (zielona linia). Magazyn energii nie może odebrać całej nadmiarowej energii z PV, stąd reszta energii już od 9-tej eksportowana jest do sieci (różowa przerywana linia). Eksport energii do sieci wzmaga się po napełnieniu magazynu energii o godzinie 12-stej. Po zachodzie słońca zapotrzebowanie na energię pokrywane jest z magazynu energii do momentu jego napełnienia.

W ten sposób godziny największego eksportu energii do sieci przypadają na godziny najniższych RCE i najmniejszego zysku. Analizator RCE może temu zapobiec. Prosty algorytm nakazuje ustalić naprzód, które słoneczne godziny mają najniższe RCE i włącza magazyn energii w tych godzinach. Efekt przedstawia poniższy wykres.

Magazyn energii działa tutaj w godzinach 11-14, czyli w godzinach najniższych RCE. Eksport energii w tym okresie jest zmniejszony, natomiast więcej energii sprzedawane jest w godzinach porannych, o większych RCE.

ZYSKI: wartość energii elektrycznej sprzedanej w danym dniu wzrasta o 40%.

Dane symulacji: 1 MWh rocznego poboru energii / 0,5 kWp PV / 0,5 kWh ESS C-rate 4

Analizator RCE wykrywa bardzo wysokie ceny energii

PROBLEM: Rynkowe Ceny Energii mogą osiągać wieczorem tak wysokie wartości, że przekraczają koszt poboru energii, wliczając w to koszty dystrybucyjne. W takim wypadku opłaca się sprzedawać energię z magazynu do sieci, zamiast korzystać z niej do pokrycia zapotrzebowania.

ROZWIĄZANIE: gdy analizator RCE wykryje bardzo wysokie ceny energii może nakazać magazynowi rozładowywać się z najwyższą mocą, by zarobić na eksporcie energii do sieci.

Zysk zależy od wysokości RCE. W 2022 roku przekraczały one 2000 zł/MWh. Należy zaznaczyć, że takie sytuacje są jednak niezwykle rzadkie.

Analizator RCE + analizator prognozy pogody

W dni słoneczne fotowoltaika całkowicie pokrywa zapotrzebowanie w godzinach przedpołudniowych i wczesnym popołudniem. Może ponadto naładować magazyn energii, który pokryje zapotrzebowanie również wieczorem.

PROBLEM: W pochmurne dni fotowoltaika nie wytwarza tyle energii, by całkowicie naładować magazyn. Nie przynosi on zatem zysków, a rachunki za prąd pozostają wysokie. Problem przedstawia poniższy wykres.

Brązowe słupki oznaczają koszty poboru energii elektrycznej z sieci w taryfie dwustrefowej, gdzie wyższa strefa obowiązuje od godziny 6-tej do 12-tej i od godziny 15-tej do 22-giej. Od godziny 7-mej do 22-giej jest dodatkowo naliczana opłata mocowa. Magazyn energii (zielona linia) pobiera nadmiarową energię z PV, lecz nie osiąga stanu naładowania, wskutek czego już od godziny 18 zapotrzebowanie pokrywane jest z sieci.

ROZWIĄZANIE: Analizator RCE z funkcją analizowania prognozy pogody przewiduje moc fotowoltaiki w nadchodzącym dniu. Jeśli zapowiadany będzie niedobór mocy z PV, magazyn zostanie doładowany z sieci w godzinach taniej strefy nocnej. Ważna jest tu precyzja. Jeśli magazyn energii będzie ładowany każdej nocy, wówczas nie będzie miał miejsca na energię z fotowoltaiki w godzinach dziennych. Istotna jest również równowaga. Celem układu jest doprowadzenie do 1 cyklu ładowania i rozładowania magazynu energii dziennie. Osiągnięcie 2 cykli ładowania każdego dnia jest możliwe, lecz nieproporcjonalnie przyspieszoną degradację ogniw, stąd wielu ekspertów nie zaleca takich praktyk.

Efekt działania takiego algorytmu przedstawia poniższy wykres:

OBJAŚNIENIE: Magazyn energii jest częściowo ładowany z sieci w godzinach 3-5. Następnie w zależności od mocy instalacji PV bądź to wspomaga ją w pokrywaniu zapotrzebowania, bądź to odbiera nadmiar mocy. W godzinach 13-14 magazyn energii nie pokrywa zapotrzebowania, gdyż są to godziny tańszej strefy cen energii. W końcu po zachodzie słońca magazyn energii przez kilka godzin pokrywa zapotrzebowanie na prąd.

ZYSK:: wskutek działania analizatora RCE i prognozy pogody koszt poboru prądu był niższy o 20% w ciągu przedstawionej doby.

Dane symulacji: 1 MWh rocznego poboru energii / 0,5 kWp PV / 1 kWh ESS C-rate 4

Analizator RCE vs. proste algorytmy ładowania / rozładowania

Powstaje pytanie, czy inteligentne sterowanie z wykorzystaniem prognozy pogody i analizatora RCE rzeczywiście przynosi wartość dodaną. Czy nie wystarczyłoby manualnie nakazać magazynowi energii ładować się w godzinach tańszej strefy i pobierać nadmiar z PV, a rozładowywać się wyłącznie w godzinach droższej strefy energii?

Wykonaliśmy szereg symulacji całorocznego działania instalacji fotowoltaicznej z magazynem energii na podstawie rzeczywistych warunków pogodowych. Symulacje wykonano w oparciu o rzeczywiste RCE z roku 2022, rzeczywiste RCE z roku 2023 (gdy po raz pierwszy zanotowano ujemne ceny energii) oraz w oparciu o autorski scenariusz „ceny ujemne”, w którym ilość produkcji z PV bezpośrednio obniża RCE. Poniżej wyniki.

OBJAŚNIENIE: Wygląda na to, że proste sterowanie godzinowe przynosi podobne efekty co sterowanie inteligentne, o ile profil RCE nie jest nazbyt skomplikowany, jak to miało miejsce w 2022 roku. Im więcej cen ujemnych, tym bardziej sterowanie inteligentne zyskuje na znaczeniu, zapewniając nawet 10% oszczędności w skali roku, bez względu na złożoność kształtowania się Rynkowych Cen Energii. Nie trzeba dodawać, że w nadchodzących latach spodziewamy się, że sytuacja cen energii na giełdzie będzie coraz bardziej złożona.

Jak bardzo Twoja instalacja OZE zyska na analizatorze Rynkowych Cen Energii? Nasi konsultanci pomogą Ci się tego dowiedzieć! Zapraszamy do kontaktu!

Źródła, przypisy

1. Ustawa z dnia 20 lutego 2015 r. o odnawialnych źródłach energii.