Wyzwania dla rynku energii elektrycznej

Diagnoza europejskiego rynku energii elektrycznej opracowana przez ekspertów Polskich Sieci Elektroenergetycznych stała się przedmiotem debaty dotyczącej sposobów i kierunków modyfikacji architektury tego rynku.

Kiedyś energia elektryczna była dobrem powszechnym, które pozyskiwaliśmy dzięki instalacjom przyłączonym do sieci zarządzanych przez przedsiębiorstwa użyteczności publicznej. Dziś – jak podkreśla Eryk Kłossowski, prezes zarządu PSE, energia elektryczna stała się towarem i to towarem specyficznym, gdyż jest konsumowana w trakcie milisekund i trudno poddaje się magazynowaniu, które ponadto jest niezmiernie kosztowne – niezależnie od tego, czy staramy się magazynować tę energię w elektrowniach szczytowo-pompowych, czy przy użyciu nowych technologii, jak na przykład bateria elektrochemiczna. – Ze względu na specyfikę oczkowej sieci elektroenergetycznej i prawa fizyki, energia nie płynie przez tę sieć tak jak chcemy, jak zadekretują politycy, czy jak zadecydują rynki, np. giełdy. I ta niesterowność strumieni odróżnia energię elektryczną od innych towarów, np. strumieni ropy naftowej płynącej rurociągami – mówi prezes Kłossowski. – Tymczasem energia elektryczna w Europie jest obracana na rynkach hurtowych, jak gdyby żadne ograniczenia fizyczne w dostawach jej nie dotyczyły. Nie wycenia się rzeczywistego kosztu jej dostaw, bo ten koszt jest rozpraszany po wszystkich odbiorcach energii. Jest socjalizowany – wyjaśnia prezes polskiego operatora sieci przesyłowej.

Dyskusja w Unii Europejskiej jest mocno skoncentrowana na sposobach produkcji energii, natomiast nie dyskutuje się o sposobach i kosztach jej transportu. Handel energią elektryczną musi być oparty o prawa fizyki i uwzględniać zdolności przesyłowe linii. – Tak jak transport samochodowy musi się rozwijać proporcjonalnie do rozbudowy infrastruktury dróg, tak też wykorzystanie infrastruktury energetycznej nie może funkcjonować w oderwaniu od rzeczywistych zdolności. Mechanizmy, które mają za zadanie zapewnić prawidłowe i bezpieczne wykorzystanie infrastruktury przesyłowej, działają, aczkolwiek niedoskonale. Wszyscy w Europie zgadzają się, że Flow Base Alocation (mechanizm oparty o rzeczywiste przepływy energii – przypis redakcji) to właściwy mechanizm, lecz jak zwykle istotne są szczegóły. Mimo tej ogólnej zgody co do zasady występują przecież problemy z implementacją tego mechanizmu – zauważa Maciej Bando prezes Urzędu Regulacji Energetyki.

Dodatkowym wyzwaniem jest rozwój energetyki rozproszonej i obywatelskiej, bowiem zmianom w strukturze generacji nie towarzyszy wystarczająca dynamika rozwoju sieci, zarówno przesyłowej, jak i dystrybucyjnej. Bodźce cenowe do rozwoju tej sieci, a także środowiskowe i społeczne trudności w budowaniu napowietrznych linii elektroenergetycznych, stanowią istotną barierę dla zmiany jej struktury, niezbędnej do efektywnej integracji generacji pochodzącej z OZE i generacji rozproszonej. Czy polski system dystrybucyjny jest przygotowany na absorpcję nadwyżki energii z paneli fotowoltaicznych czy samochodów elektrycznych? Monika Morawiecka, członek rady zarządzającej PKEE, dyrektor departamentu strategii PGE, przekonuje, że nie są to marzenia z gatunku science fiction. – Dzisiaj nie jesteśmy jeszcze w pełni przygotowani, natomiast prowadzimy programy badawcze i pilotażowe, które pozwolą nam wdrożyć nowoczesne rozwiązania. To rzecz z gatunku oczywistych – mówi Monika Morawiecka. Energetyka rozproszona jest to szersze pojęcie niż prosument. Mówiąc o prosumencie, w większości myślimy o panelach fotowoltaicznych na dachu, tymczasem dla mnie energetyka rozproszona to w pewnych aspektach również samochody elektryczne, które będą mogły w przyszłości pomagać w stabilizacji sieci, czy też ogrzewanie elektryczne. Mamy tu do czynienia ze zjawiskiem rozproszonej podaży i nowych rodzajów rozproszonego popytu – dodaje Morawiecka.

Miedziana płyta przez różowe okulary

– Aktualnie funkcjonujemy w oparciu o złudne założenie, że rynek energii działa na zasadzie miedzianej płyty, gdzie nie występują żadne ograniczenia w przepływach energii elektrycznej. Jest to mrzonką, że energia może przepływać przez całą Europę bez ograniczeń. To tak, jakbyśmy myśleli, że możemy dojechać z jednego miasta do drugiego, biorąc pod uwagę tylko maksymalną prędkość, jaką samochód może jechać – zauważa Michał Kurtyka. Problem polega na tym, że powinniśmy wziąć pod uwagę przepustowość dróg i ograniczenia prędkości, nie tylko możliwości auta. Potrzebna jest wycena infrastruktury, analiza ograniczeń sieciowych, momentu, kiedy infrastruktura jest przeciążona. Jak przekonuje prof. Jan Popczyk, miedziana płyta i handel giełdowy są powiązane rynkiem technicznym. To rynek techniczny tworzy więź, która powoduje, że rynek może funkcjonować na rzeczywistej infrastrukturze, która podlega ograniczeniom fizycznym. – Jeżeli wybierzemy większy obszar sieciowy, to rynek techniczny natychmiast zareaguje większymi odchyleniami, większymi niezbilansowaniami, czyli też większym zakresem usług systemowych. W rezultacie powstaną impulsy cenowe napędzające rozwój coraz lepiej bilansujących się lokalnych systemów – mówi prof. Popczyk.

Rozwój technologii nie tylko po stronie wytwarzania, ale również po stronie konsumpcji i zarządzania konsumpcją powoduje, że narasta poziom nieprzewidywalności w sieci. Głównym problemem, który identyfikujemy, jest fakt, że w Europie mamy do czynienia z rynkiem strefowym. Mamy duże strefy, zazwyczaj takiej wielkości, jak państwa członkowskie, połączone i działające na miedzianej płycie i przy założeniu, że transakcje zawierane w ramach tych stref są bezkosztowe i bezproblemowe. Taka konstrukcja nie odpowiada rzeczywistości, szczególnie wobec współczesnego szybkiego rozwoju technologii – zauważa prof. Leszek Jesień, dyrektor departamentu współpracy międzynarodowej PSE, autor Diagnozy.

Rosnąca rola prosumentów i rynek węzłowy

Do roku 2020 na świecie około 50 proc. wydatków inwestycyjnych w sektorze dystrybucji będą pochłaniały nowe technologie związane z przygotowaniem tego sektora do funkcjonowania w nowej rzeczywistości energetycznej. Zarządzanie siecią na poziomie dystrybucyjnym staje się bardziej skomplikowane niż dotychczas.

– Raport opracowany przez PSE otwiera ciekawą przestrzeń do dyskusji w Unii Europejskiej i jestem przekonany, że w miarę wzrostu udziału odnawialnych źródeł energii w systemie europejskim, będziemy musieli zastanowić się nad jego nową architekturą – mówi Michał Kurtyka, sekretarz stanu, pełnomocnik rządu ds. COP 24, Ministerstwo Środowiska. W tym systemie będą funkcjonowały miliony odbiorców, z których liczna grupa stanie się także producentami energii, czyli prosumentami.

– Wzrost liczby prosumentów jest nieodwracalny i musimy ich włączyć w dbanie o stabilność systemu elektroenergetycznego. Najlepiej przez ekspozycję na sygnały cenowe. Pracujemy obecnie nad zreformowaniem rynku bilansującego. Chcemy zaproponować nowy model tego rynku – rynku technicznego, opartego o ceny węzłowe, w Stanach nazywanego rynkiem czasu rzeczywistego. Spodziewam się, że jesienią propozycje tych nowych rozwiązań będziemy mogli poddać szerokiej dyskusji – mówi prezes Kłossowski.

Jesteśmy zgodni, że rynek węzłowy jest dobry z puntku widzenia fizyki i z punktu widzenia efektywności, alokacji zasobów – mówi prof. Jan Popczyk z Politechniki Śląskiej. Jeśli spojrzymy na horyzont 2050 roku, ujrzymy przewagę energetyki prosumenckiej, która polega na tym, że odbiorca sam decyduje, w jaki sposób i kiedy uzyska energię elektryczną. Uznajmy więc, że jest partnerem, ma kompetencje i potrafi doskonale ocenić rozwiązanie – dodaje.

Minister Kurtyka podkreśla, że przed odbiorcami energii i prosumentami będą otwierały się możliwości technologiczne, na przykład z pomocą kontraktów na bazie koncepcji blockchain, ale muszą być one oparte na właściwych i czytelnych zasadach, a między innymi o tych zasadach czytamy w raporcie PSE. Wskazuje, że istniejąca struktura sieci nie jest dostosowana do zmieniającej się dynamiki relacji podaży i popytu, wytwarzania i odbioru. W rezultacie dochodzi do zatorów na dużą skalę, zwłaszcza pomiędzy strefami. To powoduje wzrost kosztów eksploatacji systemu. W Niemczech, gdzie funkcjonują prawie 2 miliony prosumentów, prawie 1,5 miliarda euro rocznie kosztuje pokrycie strat wynikających z redispatchingu – dodaje minister.

Technicznym, krótkookresowym rozwiązaniem jest redispatching, który polega na zaniżaniu pracy niektórych elektrowni i zawyżaniu pracy innych elektrowni, w celu zmiany fizycznych przepływów w ramach systemu przesyłowego i zmniejszenia ograniczeń. Jest stosowany przez operatorów systemów przesyłowych, gdy techniczne ograniczenia zdolności przesyłowych sprawiają, że transakcje handlowe zawarte pomiędzy uczestnikami rynku energii okazują się niewykonalne. – W obecnym, strefowym modelu rynku nie potrafimy przekazać jego uczestnikom sygnałów o przeciążeniu danej linii. Stosowana jest metoda znaczka pocztowego. Odbiorca uiszcza opłatę przesyłową i ma gwarancję dostawy energii bez świadomości, jakie kłopoty napotka z tego tytułu operator systemu dystrybucyjnego i operator systemu przesyłowego, i jakie z tego tytułu zostaną poniesione koszty – mówi prezes Kłossowski. Wszystkie rynki elektroenergetyczne w Stanach Zjednoczonych oparte są o model cen węzłowych. Rynki strefowe nie sprawdziły się i dopiero przejście na rynek węzłowy sprawiło, że Stany Zjednoczone wyzbyły się kłopotów z powtarzającym się zjawiskiem blackoutu. Należy pamiętać, że nie każda transakcja przesyłu energii jest wykonalna. Podobnie jak w lotnictwie należy zachować kolejność i separację odlotów i przylotów, tak w przesyłaniu energii należy zachować limity. W przeciwnym razie dojdzie do kolizji. Rozliczanie niezbilansowania wytwórców energii elektrycznej węzeł po węźle, wycena strat krańcowych nadesłania energii do poszczególnego węzła, doprowadziło do tego, że Kalifornijczycy cieszą się stabilnymi dostawami. Ponadto model węzłowy ogranicza przepływy kołowe, ponieważ daje sygnał cenowy do tego, który ten przepływ generuje i musi on za to zapłacić – dodaje Kłossowski.

Jeśli połączenia transgraniczne, jakie posiada Polska, zostaną poddane analizie, to można zauważyć bardzo dużą asymetrię zdolności importowych i eksportowych. Jeżeli prawa fizyki zostaną okiełznane, okaże się, że zdolności przesyłowe polskich sieci są ogromne. Istnieje możliwość zwiększenia przepustowości połączeń transgenicznych między innymi dzięki zastosowaniu nowych technologii, czyli energoelektronice. – Spójrzmy, w jaki sposób Chiny sobie radzą z niewydolnością sieci w obliczu zwiększającego się zapotrzebowania? Otóż wchodzą w nowy rozwój polegający na hybrydyzacji układów przesyłowych, czyli połączeniu prądu stałego i prądu przemiennego. Mówimy o prawach fizyki, ale one inaczej funkcjonują w świecie prądu przemiennego, prądu stałego i w świecie energoelektroniki. Za pomocą energoelektroniki możemy wyrównać lub zlikwidować asymetrię zdolności przesyłowych połączeń transgranicznych, zwiększyć zdolność wykorzystania sieci w ogóle – wyjaśnia prof. Popczyk.

Najpierw zrozumieć, następnie działać

Bardzo trudno jest rozmawiać na tematy techniczne z poziomu politycznego, ponieważ bardzo małe zrozumienie ma nawet idea, że receptą na handel między Polską, a Niemcami nie jest budowa kolejnej linii, lecz uzdrowienie istniejących połączeń. To mniej więcej tak, jak w sytuacji, gdy wiele osób podróżowałoby autobusem bez biletu i linie autobusowe były przeciążone, proponować zwiększenie taboru jako antidotum na nadmierny popyt. – Rozwiązanie zaś nie polega na tym, aby dołożyć kolejny autobus (w przypadku sieci dołożyć kolejne połączenie transgraniczne), lecz doprowadzić do sytuacji, w której podróżujący autobusami będą za bilety płacili, a w przypadku połączeń energetycznych – wszyscy będą płacili za spowodowane obciążenie. Ten problem był przedmiotem debaty podnoszonej przez nas na arenie europejskiej w ciągu ostatnich dwóch lat. Jest to efekt ogromnej pracy regulacyjnej, jaką wykonaliśmy, niemniej fundamentalny problem pozostaje – zauważa minister Kurtyka.

– Rynek cen węzłowych w teorii spełnia wymagania i niejako rozwiązuje problemy, o których mówimy, czyli umożliwia obliczenie rzeczywistego kosztu dostarczenia energii elektrycznej, lecz będzie działał dobrze tylko w obszarach w miarę jednorodnych gospodarczo. Niestety, na terenach charakteryzujących się dużym zróżnicowaniem rozwoju gospodarczego czy gęstości zaludnienia, wprowadzenie cen węzłowych może doprowadzić do jeszcze większego pogłębienia dysproporcji. I to jest przyczyna, dlaczego nie ma woli politycznej i brakuje zgody pomiędzy członkami UE na to, żeby wprowadzić węzłowy model rynku energii elektrycznej – mówi Bando.

Architektura europejskiego rynku energii niewątpliwie wymaga wdrożenia zmian i nowoczesnych rozwiązań. Zdaniem Macieja Bando prezesa URE, raport przygotowany przez Polskie Sieci Elektroenergetyczne przedstawia punkt widzenia polskiego operatora, natomiast część ciekawych tez wymaga głębszej dyskusji. – Po pierwsze Diagnoza nie definiuje szczegółowo pojęcia architektury rynku. Ponadto prezentuje spojrzenie jedynie z punktu widzenia operatora, nie dostrzegając kwestii związanych z konsumentami i ich potrzebami. Zgadzając się w pełni ze słowami prezesa Kłossowskiego, że energia elektryczna jest towarem, stawiam po tych słowach przecinek i dodaję: jest towarem, ale nie dla wszystkich – mówi prezes Bando. Konsumenci energię elektryczną zaczęli traktować jako ogólnodostępne dobro, a nie jak towar.

Polskie Sieci Elektroenergetyczne poczyniły ważny krok w kierunku otwarcia debaty. Wydaje się, że głos PSE nie tylko będzie słyszany, ale stanie się motorem napędowym owocnych dyskusji. – Bez przesady mogę powiedzieć, że PSE jest w forpoczcie refleksji na temat w ogóle systemu elektroenergetycznego w Europie – podkreśla Michał Kurtyka.

Pierwszy kompleksowy raport o europejskim systemie energii elektrycznej

Raport „Europejski rynek energii elektrycznej – Diagnoza",który został opracowany przez Polskie Sieci Elektroenergetyczny, rozpoczyna dyskusję o nieefektywności dzisiejszego rynku energii i docelowym jego kształcie.

PSE przekonują, że z powodu rewolucji technologicznej, która dokonuje się w obszarze generacji i przesyłu energii, europejski sektor elektroenergetyczny powinien zmienić swój model i skorzystać ze skutecznych rozwiązań wdrażanych m.in. poza Europą. Przez lata system nie zmieniał się i działał na podstawie sieci przesyłowej łączącej konwencjonalne elektrownie z centrami zapotrzebowania. Zarządzanie pracą systemu było scentralizowane, a sieć dystrybucyjna łącząca sieć przesyłową z odbiorcami – pasywna. Obecne wyzwania, związane z rosnącą liczbą prosumentów, zwiększająca się rola OZE i generacji rozproszonej, a także zmianą struktury popytu wywołaną m.in. przez rozwój elektromobilności – stawiają operatorów przed koniecznością zweryfikowania założeń, które legły u podstaw integracji europejskiego rynku energii elektrycznej. Dlatego też, w Diagnozie PSE wskazane zostały kluczowe obszary wymagające zmian modelu rynku:

podział na duże obszary cenowe (strefy)

preferencje dla jednotowarowego rynku energii

preferencja dla wymiany międzystrefowej