Materiał powstał we współpracy z Narodowym Funduszem Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej

Zajmuje się pan badaniami w obszarze energetyki, jest pan ekspertem w zakresie symulacji i modelowania numerycznego, ale także odnawialnych źródeł energii. W jaki sposób modelowanie numeryczne można wykorzystywać w energetyce?

Modelowanie numeryczne oraz symulacje już na stałe weszły do zestawu narzędzi wykorzystywanych w każdym obszarze energetyki, zarówno dużej, zawodowej, jak i małej, prosumenckiej. Praktycznie są one na pierwszej linii frontu, gdyż coraz częściej są postrzegane jako równoważne z eksperymentami. Takie działania mają sporo zalet: są choćby tańsze i bardziej dostępne. W całej energetyce modelujemy, liczymy czy symulujemy praktycznie wszystkie procesy, takie jak wymiana ciepła i masy, przepływy czy spalanie. Modelowanie dotyczy także pracy poszczególnych urządzeń, zarówno tych powszechnie znanych w gospodarstwach domowych, takich jak kocioł, bojler, wymiennik ciepła, jak również całych złożonych systemów, np. całej elektrowni czy reaktora atomowego.

Może pan podać praktyczny przykład wykorzystania takiego modelowania?

Bardzo dużo prac prowadzonych jest choćby w obszarze energetyki prosumenckiej, małoskalowej, nad stworzeniem np. minielektrowni wiatrowych. Poszukujemy jak najlepszych rozwiązań pod względem aerodynamicznym, a jednocześnie jak najmniej uciążliwych dla otoczenia. Dzięki modelowaniu numerycznemu możemy przebadać bardzo dużą ich liczbę i zaproponować optymalne, które następnie można sprawdzić eksperymentalnie i jeśli wszystko pójdzie zgodnie z oczekiwaniami, finalnie wdrożyć.

Czy pana zdaniem świat nauki jest u nas kreatorem trendów, czy też bardziej dostawcą narzędzi do transformacji energetycznej? Jak to wygląda w przypadku tak dynamicznie rozwijającego się sektora, jakim jest mikroenergetyka/energetyka prosumencka?

Chcielibyśmy, żeby w dużej mierze zarówno tworzył nowe trendy, jak i dostarczał narzędzi. Ubolewam jednak nad tym, że tworzenie nowych trendów zazwyczaj dzieje się przede wszystkim na poziomie politycznym, gdzie często kluczową rolę grają pomysły pozanaukowe, które dopiero w kolejnym kroku naukowcy czy inżynierowie mają wdrożyć. Tak jest np. w przypadku transformacji energetycznej, gdzie na poziomie europejskim został nam narzucony pewien paradygmat rozwiązania problemu klimatycznego przez odnawialne źródła energii. I my, jako inżynierowie, staramy się w tej chwili te problemy rozwiązać, wskazując przy tym tak bardzo, jak możemy, że istnieją rozwiązania równie dobre albo nawet lepsze, jak choćby energetyka atomowa.

Z drugiej strony, jeśli chodzi o narzędzia służące transformacji energetycznej, mamy w Polsce do czynienia z rozwojem szeregu technologii, np. perowskitowej w panelach fotowoltaicznych, mniejszych instalacji wiatrowych, technologii wodorowych czy biogazowni.

Generalnie życzyłbym sobie, żeby nauka silniej wyznaczała trendy, by była włączana w sam proces definiowania zadań, a nie wyłącznie rozwiązywała pojawiające się, ale trochę zadane przez czynniki pozanaukowe, problemy. I podobnie jest w przypadku energetyki prosumenckiej.

Autopromocja
Subskrybuj nielimitowany dostęp do wiedzy

Unikalna oferta

Tylko 5,90 zł/miesiąc


WYBIERAM

Od kwietnia wejdzie w życie nowy system rozliczania fotowoltaiki, czyli net-billing. Jaki był powód modyfikacji podejścia do energetyki prosumenckiej?

Warto tu zwrócić uwagę na dwie kwestie. Pierwsza dotyczy spojrzenia z punktu widzenia całego systemu, a druga – z punktu widzenia prosumenta, którym także ja sam jestem.

Gdy mówimy o przejściu na net-billing, czyli nową filozofię prosumencką, trzeba od razu wskazać, że jest on bardzo potrzebny oraz korzystny zarówno dla systemu energoelektrycznego, jak i dla wszystkich jego uczestników. Z punktu widzenia prosumenta korzyści są takie, że rośnie świadomość dotycząca procesów związanych z wytwarzaniem energii. Zmiana paradygmatu energetyki prosumenckiej zasadza się na idei, by lepiej zabezpieczyć swoje gospodarstwo domowe. Nowy system pokazuje, że dużo bardziej korzystna jest np. autokonsumpcja energii, a nie jej obecne pseudomagazynowanie w sieciach energetycznych. Zatem prosument, który wchodzi na rynek na nowych zasadach, tworzy niejako cały system zarządzania własną energią. Ma możliwość stworzenia systemu dostosowanego do swoich potrzeb, zwiększenia swojego bezpieczeństwa oraz oszczędności poprzez odpowiednie zarządzanie tym systemem, np. poprzez magazynowanie energii i decydowanie o jej przepływach. Można to zresztą pokazać na wyliczeniach.

Ministerstwo Klimatu i Środowiska, uzasadniając zmiany, podkreśla konieczność przejścia przez mikroproducentów od systemu opustów do autokonsumpcji energii. Czy jesteśmy gotowi technicznie, by energię „zatrzymywać” w miejscu powstania, z ograniczeniem konieczności „wpuszczania” jej do sieci?

Jak najbardziej jesteśmy na to gotowi zarówno na poziomie, nazwijmy to, bardziej zaawansowanym technologicznie, jak i mniej zaawansowanym. Czyli np. możemy przeznaczać nadwyżki energii na ciepłą wodę użytkową. Jesteśmy do tego bardzo dobrze przygotowani, dysponujemy odpowiednimi systemami, które jednocześnie nie są skomplikowane, co też znacznie poprawia bezpieczeństwo prosumenta. Możemy też skorzystać z istniejących bardziej zaawansowanych systemów magazynowania bateryjnego i zarządzania energią przez jednostkę sterującą – energy management system (EMS), który decyduje, w jaką stronę energia ma priorytetowo płynąć. Czyli np. w pierwszej kolejności zasilamy bieżące potrzeby własne, w drugiej ładujemy baterię, a w trzeciej kolejności podgrzewamy wodę. Taki system pozwala zwiększyć autokonsumpcję energii elektrycznej nawet dwukrotnie, czyli tym samym obniżyć rachunki za prąd oraz wpłynąć pozytywnie na całe otoczenie systemu. Bo autokonsumujemy wyprodukowaną energię, a nie wysyłamy jej do sieci lokalnych, co często dla otoczenia nie jest dobre ze względu na przeciążenia sieci i niebezpieczny wzrost napięć. A jednocześnie zabezpieczamy dla siebie na przykład ciepłą wodę użytkową na dłuższy czas.

Wróćmy do wspomnianych wyliczeń. Czy gotowość do kolejnego kroku w rozwoju energetyki prosumenckiej rzeczywiście da się zobrazować poprzez symulacje komputerowe i wskazać policzalne korzyści?

Oczywiście. Przy modelowaniu bierzemy pod uwagę wszystkie czynniki: mamy pochodzące z obserwacji dane dotyczące godzinowych warunków pogodowych, wiemy, jak energia jest zużywana przez ludzi w ciągu dnia, w ciągu miesiąca itd., wiemy, jak pracują wszystkie urządzenia zasilane energią elektryczną, znamy potrzeby czy przyzwyczajenia konsumentów i prosumentów.

Gdy wszystko to połączymy w modelowy system, jesteśmy w stanie pokazać np., że dla konkretnego użytkownika odpowiednie są magazyny energii określonej wielkości. Możemy choćby powiedzieć, że wystarczające są magazyny bateryjne o pojemności kilku, np. 4 czy 5, kilowatogodzin i że jest to akceptowalne inwestycyjne. Symulacja pokazuje także, że niekoniecznie sensowne jest dalsze zwiększanie pojemności magazynu bateryjnego. Z kolei jeśli korzystamy z systemu inteligentnego zarządzania, będzie on nam przynosił korzyści poprzez zatrzymywanie energii u siebie, poprzez autokonsumpcję, odpowiednie sterowanie przepływem energii, uruchamianiem wybranych urządzeń w optymalnym czasie.

Możemy również pokazać np., że w naszym obszarze klimatycznym bardziej sensowne i bardziej opłacalne dla prosumenta będą zasobniki ciepłej wody dwu- czy trzydniowe, a niekoniecznie jednodniowe. Związane jest to z tym, że raz świeci słońce, a innym razem nie. I korzystając z czasu, gdy energia słoneczna jest dostępna, możemy nagrzać wodę na dłuższy okres. Są to bardzo precyzyjne, wiarygodne wyliczenia.

Do takich symulacji można także dodać koszty. Dzięki net-billingowi możemy zobrazować wszystkie przepływy rynkowe zakupu i sprzedaży energii i możemy pokazać, że inwestycje w dane systemy zwrócą się nam po określonym czasie, np. po siedmiu czy dziesięciu latach, przy dobrze zaprojektowanym programie wsparcia.

Dziś, jak chyba nigdy wcześniej, dla każdego z nas jako konsumenta szczególnie ważna stała się niezależność energetyczna i bezpieczeństwo w tym zakresie. Czy nowy system może w tym pomóc? Co do zasady tak, gdyż transformacja podąża w stronę stworzenia systemu rozproszonego. Zatem jak najbardziej możemy sobie wyobrazić działania wyspowe, choć wymaga to jeszcze dalszych prac. Myślimy wtedy o systemie prosumenckim nie w ujęciu jednostkowym, ale jako o grupie, która tworzy swego rodzaju rozproszoną elektrownię. Do tego konieczne jest jednak wchodzenie na rynek prosumentów świadomych, którzy rozumieją zasady działania tego rynku, magazynowanie, przepływy itp. Dzięki nowym rozwiązaniom mogą oni lepiej zabezpieczyć swoje potrzeby. Zatem, co do zasady, jak najbardziej jesteśmy w stanie zwiększyć bezpieczeństwo prosumentów – choćby, jak już mówiłem, zabezpieczając ciepłą wodę użytkową na kilka dni na wypadek np. przerw w dostawach energii – i myśleć o przejściu w przyszłości w stronę energetyki wyspowej.

Z kolei patrząc od strony całego systemu elektroenergetycznego, musimy także mieć świadomość, że im więcej energetyki odnawialnej, tym więcej wyzwań. Dlatego system, stale rozwijając się w stronę OZE, powinien być jednocześnie osadzony na bardzo solidnych, stabilnych jednostkach wytwórczych. Gdy mówimy o jego stabilności, o bezpieczeństwie i dodatkowo o polityce klimatycznej, to w oczywisty sposób rozsądnym rozwiązaniem jest energetyka jądrowa, uzupełniana przez pewną ilość odnawialnych źródeł energii, których sumaryczna moc nie powinna przekraczać bezpiecznej części mocy całego systemu elektroenergetycznego.

Materiał powstał we współpracy z Narodowym Funduszem Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej