Przyszłość OZE leży w projektach hybrydowych

Energia odnawialna musi wkroczyć w nowy rozdział – twierdzą eksperci międzynarodowej firmy doradczej Kearney. Sukces wdrażanych na masową skalę projektów fotowoltaicznych i wiatrowych spowodował, że apetyt na bezemisyjne wytwarzanie energii stale rośnie. Wraz z rosnącą popularnością OZE, ujawniają się jednak ułomności tego sposobu generacji, które sprawiają, że powstająca tak energia często nie jest wykorzystywana optymalnie, a czasami wręcz marnowana. Rozwiązaniem mają być projekty hybrydowe, łączące w jednym miejscu różne technologie wytwarzania uzupełnione o magazynowanie energii.

Faktem jest, że OZE to istotny motor transformacji energetycznej w Polsce i w Europie. Zmiany wymaga jednak samo podejście do sposobu generacji i wykorzystania energii powstającej z tych źródeł. Pozyskiwanie energii ze słońca i wiatru jako technologie same w sobie są dziś dojrzałe, jednak niewystarczający rozwój szerszego ekosystemu gospodarowania energią z OZE tworzy istotną lukę efektywnościową, zwłaszcza gdy mówimy o skali masowej. Praktycznym przykładem jest ograniczanie mocy wytwórczych OZE w momencie nadpodaży energii w celu ochrony infrastruktury przesyłowej. W tym roku zjawisko to wystąpiło po raz pierwszy już 3 marca. Chcąc efektywnie gospodarować energią jej wytwórcy muszą zmienić dotychczasowy paradygmat i rozważyć wdrażanie projektów hybrydowych – mówi Michał Krawczyk z firmy doradczej

Rozwój OZE przyspiesza, ale napotyka na bariery

Nie da się ukryć, że rozwój odnawialnych źródeł energii przyspiesza na całym świecie. Średnioroczna stopa wzrostu mocy zainstalowanej z OZE w samej Europie wynosi 20 proc. w przypadku energii słonecznej i 8,5 proc. w przypadku lądowej energii wiatrowej. Dzięki rządowym zachętom i naciskom, ambitne cele w tym zakresie wyznaczają sobie energetyczni giganci. Przykładem może być włoski ENEL Green Power, który zamierza potroić swoją moc ze źródeł odnawialnych, portugalski EDPR, chcący dodać 50 GW do istniejącego portfolio, by stać się w 100 proc. zeroemisyjnym producentem energii elektrycznej czy też niemiecki RWE planujący rozbudowę „zielonej mocy” o dodatkowe 35 GW. Na rynku OZE zaczynają rozwijać się również koncerny paliwowe takie jak na przykład naftowy gigant BP, który celuje w osiągnięcie 50 GW energii ze źródeł odnawialnych czy też ORLEN planujący osiągnięcie mocy na poziomie 9-10 GW w swoich instalacjach OZE na terenie Polski. Wszystko to do 2030 roku.

Realizację tych planów utrudnia szereg wyzwań technicznych i infrastrukturalnych. Przede wszystkim kwestie związane z wydajnością sieci oraz brakiem nowych przyłączy, które stają się “wąskim gardłem” w rozwoju energii odnawialnej. Problemem staje się również wydłużony czas dostawy dużych podstacji czy chociażby ceny turbin wiatrowych, które rok do roku wzrosły o ponad 30 proc. — Zagadnienia te blokują rozwój energii odnawialnej zarówno w Polsce, jak i w wielu innych krajach. Opublikowane przez URE dane pokazały, że w 2022 roku odnotowano rekordową liczbę odmów wydania warunków przyłączeniowych. Z negatywną decyzją spotkały się moce o łącznej wartości równej 51 GW, notując znaczny wzrost w porównaniu do sytuacji z roku wcześniej (14 GW). Niemal połowa tych odmów związana była z brakiem odpowiednich warunków technicznych. Rozwój energii wiatrowej spowolniły natomiast kontrowersje związane z tzw. ustawą wiatrakową oraz dyskusja na temat lokalizacji elektrowni wiatrowych — zauważa Michał Krawczyk.

Wyzwania dla rozwoju OZE występują także po stronie przychodowej. W branży, w kontekście energii słonecznej funkcjonuje pojęcie tzw. krzywej kaczki. Jej nadprodukcja w ciągu dnia prowadzi do spadków cen w godzinach o największym nasłonecznieniu, podczas gdy wieczorem, wraz ze spadkiem produkcji i wzrostem zapotrzebowania, ceny energii wzrastają. Zjawisko to stwarza istotne wyzwania dla stabilności sieci przesyłowej i opłacalności nowych projektów fotowoltaicznych. Takie wyzwania wymagają skoordynowanych działań na wielu poziomach, zarówno w zakresie rozbudowy i modernizacji infrastruktury sieciowej, jak i opracowania nowych rozwiązań technologicznych oraz regulacyjnych, które będą w stanie sprostać dynamicznie rozwijającemu się rynkowi OZE i jego specyficznym potrzebom.

Hybrydyzacja projektów odnawialnych

Coraz częściej stosowaną strategią mającą na celu sprostanie tym kwestiom jest hybrydyzacja projektów odnawialnych. Projekty tego typu definiuje się jako współlokalizowane i współkontrolowane technologie wytwarzania i magazynowania energii (np. fotowoltaika połączona z energią wiatrową i geotermalną oraz magazynami energii i ciepła). Umożliwiają one tworzenie efektywnych instalacji prądotwórczych opartych na generacji z wielu źródeł i przygotowanych do zaspokojenia szczytowego zapotrzebowania na energię elektryczną oraz cieplną. Przeciwdziałają one również marnowaniu energii w przypadku rozbieżności między zapotrzebowaniem systemowym a produkcją z OZE.

Eksperci Kearney zwracają uwagę na to, że hybrydyzacja nie tylko zwiększa ogólną wydajność wytwarzania energii odnawialnej, ale także pozwala na lepsze dopasowanie do wzorców konsumpcji, minimalizując problem z nadprodukcją lub niedoborem energii. — Dzięki niej projekty stają się bardziej opłacalne, co przejawia się stabilizacją przypływów finansowych ze sprzedaży energii, stabilniejszym profilem produkcji oraz możliwościami płynącymi z wykorzystania okresów wyższych cen na rynku energii — tłumaczy Michał Krawczyk.

W kontekście ekosystemu OZE uzupełnionego o magazynowanie i przetwarzanie energii możemy wydzielić cztery technologie szczególnie warte uwagi. Znanym od lat sposobem magazynowania i generacji w pikach są elektrownie szczytowo-pompowe. Na popularności globalnie zyskują również baterie litowo-jonowe. W dłuższej perspektywie czasowej, do najważniejszych technologii dołączą również zielony wodór oraz rozwiązania długoterminowego magazynowania energii (LDES), jak np. baterie żelazowo-powietrzne.

Z perspektywy bezpieczeństwa energetycznego magazynowanie i przetwarzanie energii będzie pełnić funkcję stabilizatora systemu elektroenergetycznego. Krytyczne jest jednak wzięcie pod uwagę opłacalności ekonomicznej tego typu przedsięwzięć. Projekty magazynowania można zaklasyfikować jako rentowne w przypadku, w którym różnica między ceną sprzedaży natychmiastowej a ceną zbycia energii w terminie późniejszym przewyższa łączne koszty inwestycji i eksploatacji magazynu skorygowane o wydajność samego magazynowania. W kontekście kosztów magazynowania przeliczonych na kWh, najtańszymi dostępnymi dziś technologiami są elektrownie szczytowo-pompowe oraz zielony wodór. Po drugiej stronie stawki plasują się baterie litowo-jonowe, które na obecnym etapie rozwoju stają się konkurencyjne kosztowo jedynie w przypadku inwestycji wielkoskalowych.

Wymienione wyżej technologie nie pozostają jednak bez wad. W kontekście planów inwestycyjnych elektrownie szczytowo-pompowe często odkładane są na dalszy plan ze względu na negatywny wpływ na środowisko i ograniczoną liczbę dostępnych lokalizacji dla takich inwestycji. Opłacalność stosowania baterii litowo-jonowych, mimo obniżenia kosztów ich produkcji na przestrzeni ostatnich dekad, jest bardzo podatna na wahania globalnych cen minerałów napędzanych przez wzrost popytu ze strony producentów samochodów elektrycznych i bieżące konflikty geopolityczne. W przypadku wodoru, największym powiązanym ryzykiem inwestycyjnym jest relatywna niedojrzałość technologiczna rozwiązań opartych na spalaniu wodoru, brak skali i odpowiedniej infrastruktury oraz rynków zbytu.

Kluczowe pytania

Projekty hybrydowe stają się kluczowym elementem w realizacji celów strategicznych przedsiębiorstw i całych systemów energetycznych. Chociaż hybrydyzacja sama w sobie nie jest ostateczną strategią, odgrywa znaczącą rolę we wspieraniu szerszych celów strategicznych, takich jak maksymalizacja wykorzystania mocy oraz poszerzenie i dywersyfikacja portfolio.  Wraz z rozwojem technologii i obniżenia jej kosztów, hybrydyzacja może pozwolić na zwiększenie ogólnych marż osiąganych przez producentów energii z OZE.

Czy jednak hybrydyzacja OZE to zawsze najlepsze rozwiązanie? Jak zauważają eksperci Kearney, nie każdy projekt może lub powinien być hybrydowy. Wdrażający takie rozwiązania muszą najpierw odpowiedzieć sobie na kilka zasadniczych pytań dotyczących tego, jak wpłynie to na poprawę kluczowych wskaźników związanych np. z rentownością projektu lub ilością dodatkowej mocy uzyskanej dzięki inwestycji.

Równie istotne są pytania dotyczące optymalnych kombinacji hybrydowych, które najlepiej odpowiadają zarówno potrzebom rynku, jak i wymaganiom technicznym. Kombinacje te muszą być dopasowane do lokalnych warunków, dostępności zasobów oraz celów specyficznych projektów, aby maksymalizować ich efektywność i rentowność. — Decyzja o wdrożeniu projektu hybrydowego powinna być oparta na dogłębnej analizie kosztów, korzyści oraz celów strategicznych danego przedsiębiorstwa. Inwestycje w projekty hybrydowe, mimo istniejących wątpliwości dotyczących dojrzałości technologicznej niektórych kombinacji i wyzwań związanych z integracją systemową, potrafią oferować znaczące korzyści finansowe oraz operacyjne, jeżeli są przeprowadzone poprawnie – dodaje Michał Krawczyk.

Wartość tych projektów wykracza również poza aspekty czysto finansowe, przyczyniając się do realizacji globalnych celów zrównoważonego rozwoju i redukcji emisji gazów cieplarnianych. Dlatego też angażowanie się w projekty hybrydowe jest nie tylko opłacalne, ale stanowi także szansę dla przedsiębiorstw dążących do bycia liderami zrównoważonej transformacji energetycznej.