Zimowe luki w produkcji OZE wymagają kosztownych rezerw mocy

Badacze z Technical University of Denmark i Newcastle University przetestowali model przyszłego europejskiego systemu elektroenergetycznego opartego na OZE i osiągającego zerowe emisje CO₂ na podstawie 80 lat danych pogodowych. Największe napięcia pojawiały się zimą, gdy słaby wiatr i niewielka produkcja słoneczna łączyły się z wysokim zapotrzebowaniem. Rzadko używane rezerwy mocy poprawiały bezpieczeństwo dostaw, ale ich finansowanie pozostaje trudne.

Najtrudniejsze okresy przypadają na zimę

.Autorzy wykorzystali otwarty model PyPSA-Eur, obejmujący 90 węzłów europejskiej sieci w rozdzielczości godzinowej. Dla każdego z 80 lat pogody z okresu 1941–2021 model osobno dobierał moce wytwórcze, magazyny i sposób pracy systemu.

Zidentyfikowano 41 zdarzeń szczególnie mocno wpływających na niezbędne inwestycje. Obejmowały około 1 proc. analizowanych godzin, występowały średnio co drugi rok i przypadały wyłącznie na okres od listopada do lutego. Podczas tego rodzaju zdarzeń udział wiatru w europejskiej produkcji spadał z sezonowego poziomu około 50 proc. do 15–30 proc., a niskie temperatury zwiększały popyt.

Badacze wykrywali gorsze okresy za pomocą cen dualnych, nazywanych również cenami cienia. Nie są one prognozą cen na giełdzie energii, lecz wskaźnikiem pokazującym, gdzie dodatkowa jednostka mocy, magazynowania lub przesyłu ma w modelu największą wartość.

Baterie nie rozwiązują wielodniowego deficytu

.W przyjętej konfiguracji magazyny bateryjne służyły przede wszystkim do dobowego bilansowania produkcji słonecznej. Ze względu na koszt pojemności energetycznej nie były optymalnym rozwiązaniem dla kilkudniowych zimowych niedoborów. Najtrudniejszych 100–150 godzin roku nie pokrywały łącznie istniejące źródła sterowalne i baterie.

W scenariuszu podstawowym rolę dodatkowej rezerwy pełniły ogniwa paliwowe korzystające z magazynowanego wodoru. Autorzy zaznaczają, że podobną funkcję mogłyby pełnić turbiny wodorowe lub metanolowe, elektrownie gazowe z wychwytywaniem CO₂ albo – w scenariuszu dopuszczającym niewielkie emisje – istniejące elektrownie gazowe.

Rezerwy pracowały z pełną mocą przez mniej niż około 50-100 godzin rocznie, a ich średni współczynnik wykorzystania wynosił 4 proc. Wymagana moc zmieniała się zależnie od roku pogodowego: od niemal zera do 77 GW.

Rezerwa mocy działa jak kosztowne ubezpieczenie

.Tak niskie wykorzystanie utrudnia odzyskanie kosztów inwestycji. Jednocześnie na zdarzenia krytyczne przypadała w modelu około jedna trzecia rocznych kosztów systemu elektroenergetycznego. Bezpieczeństwo przez niewielką część roku może więc generować nieproporcjonalnie wysokie koszty.

Badanie nie podważa potrzeby dalszej rozbudowy OZE. Większa i odpowiednio dobrana moc odnawialna wzmacnia odporność w skali wielu lat, natomiast rezerwy odpowiadają za godziny i dni największego deficytu. W obu przypadkach chodzi o bezpieczeństwo infrastruktury energetycznej.

Wyniki nie wskazują dokładnie, ile rezerw powinna zbudować dzisiejsza Europa. Model obejmował wyłącznie elektroenergetykę, zakładał doskonałą znajomość pogody, nie uwzględniał zarządzania popytem ani pełnego łączenia sektorów. Dane historyczne mogą także nie obejmować wszystkich ekstremów przyszłego, cieplejszego klimatu.

Szymon Ślubowski