Jak wyciągać maksymalne korzyści z odnawialnych źródeł energii, nie narażając przy tym obywateli na przerwy w dostawie prądu elektrycznego? To jedno z wielu wyzwań, przed którymi staje rynek energetyczny. A pomóc mogą tu badania z wykorzystaniem zaawansowanych modeli matematycznych, nad którymi pracować będą naukowcy w ramach programu Horyzont 2020.

Dr inż. Karol Wawrzyniak z Narodowego Centrum Badań Jądrowych, szef Narodowego Centrum Analiz Energetycznych (NCAE) przypomina, że zgodnie z polityką europejską, na rynku będzie coraz więcej odnawialnych źródeł energii – farm wiatrowych czy paneli słonecznych, których praca będzie uzależniona od przypadku – m.in. nieprzewidywalnej na dłuższą metę pogody. „Poza tym pojawia się coraz więcej inteligentnych urządzeń. Spodziewam się, że w ciągu dekady będziemy mieć w domach np. pralki, które będą automatyczne reagowały na tańszą taryfę za prąd elektryczny” – opowiada.

Nad przystosowaniem struktury rynku, sieci energetycznych do zmieniających się warunków naukowcy będą pracowali w ramach finansowania z programu Horyzont 2020. Członkowie międzynarodowego konsorcjum EU-SysFlex wypracowywać będą rozwiązania, które umożliwią integrację w europejskim systemie elektroenergetycznym dużej liczby źródeł energii odnawianej. W projekcie uczestniczą trzy polskie instytucje: NCBJ, a także operator sieci energetycznych – spółka PSE S.A. oraz PSE Innowacje Sp. z o.o.

(fot. Flickr.com/Mirko Tobias Schäfer)

Ze sporym wyzwaniem mierzy się np. lider projektu, operator irlandzki EirGrid, który już teraz średnio połowę zapotrzebowania klientów na energię elektryczną zapewnia dzięki odnawialnym źródłom energii. „Kiedy dobrze wieje, wiatraki zapewniają tam nawet 80-90 proc. energii elektrycznej. Ale operator i tak musi mieć w odwodzie konwencjonalne jednostki, które zapewnią dostawę prądu, w przypadku, kiedy energii z wiatru nie da się wytworzyć” – mówi dr Wawrzyniak.

Wyjaśnia, że obecne sposoby sterowania i zarządzania systemem elektroenergetycznym w takich nowych warunkach przestają być optymalne. „Nowe rozwiązania już są wypracowywane w różnych miejscach w Unii Europejskiej, ale działania te często nie są ze sobą skoordynowane” – mówi badacz. Projekt H2020 ma połączyć know-how operatorów z różnych krajów.

Pewnym wyzwaniem jest też uwzględnianie w systemie interesów różnych państw, których sieci energetyczne funkcjonują w połączeniu. „Rynki krajowe nie mogą sobie przeszkadzać” – opowiada Wawrzyniak.

(fot. Flickr.com/Paolo Dala)

Problem, który rozwiązują w ramach projektu EU-SysFlex polscy badacze, dotyczy m.in. tego, co dzieje się na granicy różnych państw. Na przykład Polska ma dylemat związany z farmami wiatrowymi w północnych Niemczech. Wytwarzają one energię potrzebną m.in. fabrykom w południowych Niemczech oraz Austrii. Jednak część energii z Niemiec – zwłaszcza, gdy jest silny wiatr – płynie przez polską sieć elektroenergetyczną (oraz przez sieci innych państw, z którymi sąsiadują Niemcy). Aby chronić naszą sieć przed przeciążeniem i uszkodzeniem, na granicy zainstalowane są kosztowne transformatory specjalnego typu – przesuwniki fazowe (obecnie mamy 4 takie przesuwniki), które działają niczym kurki wodociągu: nie pozwalają, aby naszą siecią płynęło „tranzytem” zbyt dużo zagranicznego prądu elektrycznego.

Efektywność przesuwników fazowych jest jednak ograniczona. I czasem, mimo przykręconego „kurka”, moc trafiająca do nas z Niemiec jest nadal za duża. Wówczas polski operator musi bronić bezpieczeństwa swojej sieci poprzez kosztowną regulację generacji krajowych elektrowni, aby te dodatkowo „odbiły” nadmiarową moc trafiającą do nas od sąsiada.

Ponadto, efektywność działania przesuwników fazowych może być zmniejszona wskutek podobnych „obronnych” działań sąsiednich operatorów. Potrzebne jest zatem wypracowanie metod synchronizacji użycia przesuwników fazowych pomiędzy operatorami, aby zminimalizować konieczność sięgania po kosztowne akcje zaradcze. Oczywiście powstaje pytanie, jak „kręcić” tymi kurkami, oraz jak wykonywać akcje zaradcze optymalnie w skali całego europejskiego systemu i jak następnie podzielić i rozliczyć koszty tych akcji.

(fot. Flickr.com/Daniela Munoz-Santos)

Polscy badacze z Narodowego Centrum Analiz Energetycznych w ramach projektu EU-SysFlex są odpowiedzialni za stworzenie modeli matematycznych, które w każdej możliwej sytuacji pozwolą zsynchronizować ustawienia przesuwników fazowych i podejmowane akcje zaradcze w europejskim systemie energetycznym. A także ustalą optymalny podział kosztów.

Narodowe Centrum Analiz Energetycznych (NCAE) to centrum naukowo-przemysłowe powołane przez Narodowe Centrum Badań Jądrowych w Świerku we współpracy ze spółką PSE Innowacje. Jednostka ta stanowi wsparcie merytoryczne dla PSE, związane m.in. z budowaniem modeli matematycznych i umiejętnością wykorzystywania dużych mocy obliczeniowych do rozwiązywania problemów optymalizacyjnych.

(Żródło: PAP Nauka w Polsce)