Seminarium odbyło się 25 kwietnia 2024 r. w formule zdalnej. Otwarcia wydarzenia dokonał Sławomir Kopeć, który podał podstawowe informacje o projekcie OTE, w ramach którego odbyło się seminarium. Jako nadrzędny cel Obserwatorium Transformacji Energetycznej wymienił wypracowanie narzędzi pozwalających pozyskać dane, dzięki którym możliwe będzie modelowanie procesu transformacji energetycznej (TE). OTE ma ułatwiać podejmowanie decyzji przez kluczowych interesariuszy TE oraz wspierać kreowanie polityki TE przez ośrodki decyzyjne i wszystkich interesariuszy. Zadeklarował, że wykonawcy projektu starają się zachować podejście całościowe i uwzględnić wszystkie aspekty i konteksty procesów transformacyjnych – nie tylko finansowe, ale również klimatyczne, społeczne i in. Kopeć wspomniał także o efektach projektu KlastER, które są podtrzymywane w ramach projektu OTE – należą do nich: Sieć SKER, portal Energetyka-rozproszona.pl, czasopismo „Energetyka Rozproszona”, seria seminariów upowszechniających wiedzę, Fora i I Kongres Energetyki Rozproszonej.
Koordynatorami seminarium byli prof. Zbigniew Hanzelka i prof. Waldemar Skomudek.
Tomasz Rodziewicz z Tauron Dystrybucja zainaugurował spotkanie, przedstawiając koncepcję „bliźniaków sieci elektroenergetycznej” na podstawie raportu opracowanego przez Komitet Studiów „Sieci” Polskiego Komitetu Energii Elektrycznej, który zostanie opublikowany niebawem. Punktem wyjścia dla dokumentu jest stanowisko Komisji do Parlamentu Europejskiego, Rady, Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego i Komitetu Regionów. Komisja deklaruje wsparcie OSP i OSD w procesie tworzenia cyfrowego bliźniaka europejskiej sieci elektroenergetycznej. Prelegent wyjaśnił, że chodzi o rodzaj federacji, zbudowanie stowarzyszenia bliźniaków cyfrowych na poziomie europejskim, bo jego zdaniem stworzenie jednego wspólnego Digital Twin nie jest możliwe. Celem jest wsparcie TE i zbudowanie bardziej inteligentnej sieci, a więc sprawienie, by sieć była obserwowalna i możliwa do skontrolowania, a infrastruktura bardziej wydajna. Korzystne byłoby uzyskanie symulacji zwiększających odporność sieci oraz wymiana danych między OSP i OSD.
Rodziewicz zauważył, że tego rodzaju bliźniaki już istnieją – np. w postaci narzędzi do analizy danych z liczników elektronicznych, którymi dysponuje Tauron Dystrybucja. By zobrazować uczestnikom seminarium istotę bliźniaka, podał przykład Google Maps – narzędzia zbudowanego na szczegółowych danych, które działa w czasie zbliżonym do rzeczywistego. Rozwój bliźniaków ma następować w kierunku integracji różnych rozwiązań – by można było jak najlepiej przewidywać zdarzenia w sieci. Prelegent przyznał, że nie istnieje jedna definicja bliźniaka, opisane są natomiast jego funkcje.
Następnie Rodziewicz przedstawił schemat rozwoju Digital Twins, w którym uczestniczyć mają następujące byty: Bliźniak cyfrowy europejskiej sieci elektroenergetycznej (współpraca transgraniczna) Regionalne bliźniaki (wspieranie instytucji samorządowych, bezpieczeństwo regionalne) Wewnętrzne bliźniaki cyfrowe OSP i OSD. Użytkownicy układu to z kolei: OSP, OSD, organizacje badawczo-rozwojowe, przedsiębiorstwa technologiczne, krajowe instytucje państwowe i europejskie, organizacje międzynarodowe, użytkownicy sieci (prosumenci, zakłady przemysłowe).
Zdaniem prelegenta bliźniak powinien pełnić następujące funkcje: akwizycja danych ze wszystkich urządzeń obiektowych i punktów pomiarowych, archiwizacja danych, przetwarzanie udostępnianych danych bieżących i archiwalnych prognoz, wizualizacja stanu procesów na dowolnych, ale jednolitych grafikach synoptycznych itp. Rodziewicz wymienił także najważniejsze dokumenty i akty prawa polskiego i europejskiego, które wpływają na możliwość i efektywność powstawania bliźniaka. Pokazał wyniki analizy SWOT dotyczące warunków wdrożenia i efektywnego wykorzystania bliźniaka. Wspomniał o tym, jak bliźniak jest widziany w kontekście Karty Efektywnej Transformacji opublikowanej 2 lata temu przez 5 OISD i URE.
Jako wprowadzenie do kolejnego wystąpienia, prof. Skomudek zwrócił uwagę, że o ile minione lata były zdominowane przez prąd zmienny, to dzisiaj coraz częściej przywoływane są rozwiązania prądu stałego. W planie rozwoju sieci przesyłowej operator przewiduje transport energii, a będzie stanowiło ogromne wyzwanie dla prądu stałego.
Po tych słowach nastąpiła prelekcja pt. „Sieci rozdzielcze średniego napięcia prądu stałego” prowadzona przez prof. Zbigniewa Hanzelkę z Akademii Górniczo-Hutniczej. Na wstępie przypomniana została niegdysiejsza rywalizacja między koncepcjami Nikola Tesli (prąd stały) i Thomasa Edisona (prąd przemienny). Prelegent podsumował, że w swoim czasie to Tesla wyszedł zwycięsko z pojedynku, ale od kilku lat można zaobserwować powrót do myśli Edisona.
Następnie naukowiec przedstawił główne różnice w technicznych aspektach tradycyjnej struktury sieci oraz w sieci przyszłości – rozbudowanej, z dużym udziałem sieci rozdzielczych DC. Pokazał historyczne, tradycyjne projekty i porównał je z wizjami przyszłości, ze znaczącym udziałem sieci DC. Hanzelka prognozował, że integracja w ramach klastrów będzie realizowana właśnie na prądzie stałym, w sieci DC, tak jak już teraz dzieje się w przemyśle, w trakcji, w jednostkach pływających (okręty wojskowe) czy w bardzo popularnych obecnie konstrukcjach offshore.
W dalszej części prof. Hanzelka zreferował wyniki ankiety autorstwa CIGRE. Organizacja powołała specjalną grupę roboczą do przeprowadzenia studiów wykonalności. Badanie miało charakter międzynarodowy i objęło uczonych z różnych dziedzin. Odpowiedzi zostały udzielone przez reprezentantów 14 krajów. Najwięcej pytań dotyczyło kwestii technologicznych i kamieni milowych, ale właśnie tu padło najmniej odpowiedzi. Głównym wnioskiem z ankiet jest przekonanie, że rozwój wymusi wzrost liczby odbiorników DC, sprzęganie systemów AC, integrację RZE i magazynowania energii itd. W swoim dalszym wystąpieniu Hanzelka omówił m.in. różne konstrukcje sieci DC, które zdaniem respondentów są najbardziej optymalne. Pokazał także przykłady struktur bipolarnej i unipolarnej – i omówił ich funkcjonowanie.
Następnie głos zabrał Michał Bielecki z firmy MEB Group. Jego referat nosił tytuł „Wpływ magazynów energii elektrycznej na pracę systemu elektroenergetycznego – przykłady wdrożonych rozwiązań”. Prelegent zaczął od spostrzeżenia, że sieci szkieletowe wysokiego napięcia nie tylko w Polsce, ale w całej Europie, są niewydajne, przypominają autostrady bez parkingów. W konsekwencji nie jesteśmy w stanie przesłać z punktu A do punktu B większej ilości energii. Bielecki przedstawił skalę odmów wydanych dla przyłączenia elektrowni fotowoltaicznych do OSD w 2022 r. Zauważył, że to ogromna ilość potencjalnej zielonej mocy, która mogłaby obniżyć cenę energii oraz mieć efekt ekologiczny.
Następnie skupił się na problemach, w których rozwiązaniu może pomóc energetyka rozproszona i magazynowanie. Zauważył, że wąskim gardłem są obecnie istniejące transformatory GPZ. Przedstawił postulat, by odejść od obecnie istniejącego systemu na rzecz modelu opartego na instalacjach wyższych mocy z energii odnawialnej, który dawałby możliwość sterowania na podstawie parametrów napięcia i przepływów energii w punkcie przyłączania. Dla uzasadnienia prelegent pokazał wykres ilustrujący obecny stan i dynamikę – zjawisko wyłączania instalacji fotowoltaicznych w sieci niskiego napięcia.
Dalej zaprezentował 3 case studies skutecznego wykorzystania technologii sprzedawanej przez jego firmę – magazynów energii w układzie Zero Grid Export. Pierwszym z przykładów był zakład pod Wrocławiem zajmujący się hodowlą piskląt. W pierwszym etapie rozwoju firma korzystała z farmy fotowoltaicznej i magazynu energii, co dawało 18% pokrycia zużycia energii w trybie rocznym. W drugim etapie rozbudowano farmę PV, w konsekwencji czego uzyskano pełną zdolność pokrycia własnego zapotrzebowania na energię elektryczną.
Bielecki tłumaczył, jak funkcjonuje magazyn energii w układzie Zero Grid Export – poprzez dopasowanie produkcji OZE do profilu zużycia. Pokazał również schemat systemu „0” Export dla źródeł OZE na potrzeby własne przedsiębiorstw. Wspomniał o pilotażu grupy MEB i Tauron w obiekcie ModernHatch, gdzie powstał pierwszy przemysłowy układ Zero Grid Export w Polsce. Zauważył, że jest to innowacja nie tylko w skali Polski, ale również Europy.
Kolejne dwa przykłady zastosowania tej technologii to układ w Kamieniu Śląskim (Pałac Odrowążów, Centrum Kultury i Nauki, Instytut Naukowo-Badawczy i zespół rehabilitacyjno-wypoczynkowy) zasilany systemem microgrid z magazynem energii (dodał, że w planach jest rozszerzenie inwestycji na zielone pole golfowe) oraz zakład stolarski w Głogówku, gdzie wykonano montaż hybrydowego magazynu energii i dokonano odseparowania różnych sieci AC poprzez szynę DC.
Prelegent mówił także o rozwiązaniach kontenerowych i szafowych, a także o koncepcji wielkoskalowych magazynów energii bazujących na rozwiązaniach kontenerowych. W podsumowaniu Bielecki zauważył, że nie można rozwijać energetyki rozproszonej bez odpowiednich układów sterowania. Ten rozwój już postępuje – są odpowiednie narzędzia i inwestycje.
Następną prelegentką była prof. Magdalena Dudek z Akademii Górniczo-Hutniczej, której wystąpienie odpowiadało na pytanie „Czy baterie przepływowe będą atrakcyjne i konkurencyjne dla rynku magazynów energii?”. Naukowczyni zaczęła od schematu przedstawiającego pracę baterii przepływowej. Zwróciła uwagę, że w odróżnieniu od klasycznej baterii w tej technologii na zewnątrz pojawiają się dwa dodatkowe przepływy z elektrolitem, potrzebny jest zatem układ pomp, który będzie dozował substancje elektroaktywne na elektrody. Podstawową zaletą takiego rozwiązania jest fakt, że w jednym urządzeniu współwystępują zarówno źródło mocy, jak i źródło energii elektrycznej.
Profesor wskazała, że bardzo skuteczne są układy z wanadem, ale substancja ta jest trudna do pozyskania. Dlatego wciąż poszukuje się innych rozwiązań. Mimo to baterie przepływowe są w tej chwili w pełni dojrzałe technologicznie. Duże doświadczenie w ich użytkowaniu mają Stany Zjednoczone, gdzie od lat z powodzeniem są używane do zasilania dużych budynków biurowych.
Prof. Dudek podkreślała główne zalety baterii przepływowych w porównaniu z tradycyjnymi. Przede wszystkim zapewniają one skalowalność mocy P oraz energii elektrycznej: za energię elektryczną odpowiadają zbiorniczki z elektrolitem, więc jeśli potrzebujemy jej więcej, to możemy je powiększyć, z kolei dla podniesienia mocy możemy zwiększyć powierzchnię ogniwa lub zwiększyć liczbę ogniw w systemie. Ponadto bateria taka jest odporna na głębokie rozładowania, cykliczność nie jest jej ograniczeniem, może z powodzeniem działać przez 20 lat – i ta cecha jest szczególnie przydatna w pracy z OZE. Prelegentka przewiduje, że zastosowanie tej technologii będzie z roku na rok wzrastać, gdyż gwarantuje ona stabilizację sieci i niezawodność ładowania w dużej skali, a także jest używane w stacjach ładowania samochodów elektrycznych i pozwala na współpracę z magazynami energii.
W dalszej części prezentacji prof. Dudek przedstawiła prototypy takich baterii oraz podała przykłady miejsc, gdzie taka technologia już znalazła zastosowanie, np. do wspomagania pracy zakładu górniczego. Na zakończenie prelegentka zwróciła uwagę, że baterie przepływowe dają możliwość współpracy z elektrolizerami, zatem mogą być użyteczne, gdy energia wodorowa stanie się częścią systemów energetyki rozproszonej.
Kolejnym prelegentem był dr Tomasz Siostrzonek z Akademii Górniczo-Hutniczej, który przedstawił prezentację pt. „Wykorzystanie infrastruktury kopalń w realizacji grawitacyjnych magazynów energii”. Swoje wystąpienie zaczął od zastrzeżenia, że górnictwo jest w tej chwili kontrowersyjnym tematem, w społeczeństwie nie ma bowiem zgody co do tego, czy powinniśmy je likwidować czy kontynuować wydobycie. Faktem jest, że z roku na rok spada produkcja energii z węgla kamiennego i brunatnego, ale nie jest to wynikiem zamykania kopalń, tylko wzrostu udziału OZE. Zauważył, że w tej chwili górnictwo jest poniżej progu samowystarczalności, to znaczy wydobycie węgla jest niższe niż zapotrzebowanie (jeśli wziąć pod uwagę np. możliwości importu). Prelegent zarysował skalę likwidacji infrastruktury polskich kopalni i podał przykłady wykorzystania terenów górniczych dla energetyki rozproszonej.
Główną część swojej prezentacji dr Siostrzonek poświęcił możliwościom wykorzystania maszyny wyciągowej w kopalni jako grawitacyjnego magazynu energii. Taka perspektywa jest realna ze względu na zależność energii od masy podnoszonej na odpowiednią wysokość. Rozwiązanie takie umożliwia odbycie ponad 4 milionów cykli. Aby w pełni wykorzystać tę technologię, trzeba dostosować ją do obowiązujących aktów prawnych, praca wyrobiska pionowego jest np. regulowana przez Prawo geologiczne i górnicze. Na koniec prelegent podał argumenty za wstrzymaniem likwidacji szybów górniczych.
Ostatnie wystąpienie tego seminarium należało do Artura Ankowskiego z Akademii Pożarniczej w Warszawie. W swoim referacie pt. „Magazyny energii elektrycznej w systemie elektroenergetycznym – identyfikacja zagrożeń, ratownictwo, profilaktyka” wyszedł od założenia, że technologie magazynowania energii mogą wspomóc system pożarniczy. Już teraz Państwowa Straż Pożarna korzysta z rozwiązań bazujących na magazynowaniu litowo-jonowym, kwasowo-ołowiowym czy kwasowo-ołowiowym regulowanym zaworami itd. Przede wszystkim jednak ich upowszechnienie rodzi nowe wyzwania dla pożarnictwa. Wśród zagrożeń wynikających z działania magazynów energii wymienił m.in.: pożar, porażenie prądem, wnikanie produktów spalania przez drogi oddechowe, kontakt skóry ze środkami wydzielanymi podczas awarii baterii, wybuch związków chemicznych powstałych wskutek sytuacji awaryjnych, ucieczka termiczna (ok. 100 stopni C). Przyczyny takich zdarzeń są rozmaite, m.in. mechaniczne (przy transporcie), termiczne, elektryczne (przeładowanie, nadmierne rozładowanie), wynikające z wewnętrznych wad produkcyjnych czy ze zmiany właściwości materiałów pod wpływem czasu. Podkreślił, że rozwój technologii powinien iść w parze z troską o bezpieczeństwo. Doskonale zdają sobie z tego sprawę strażacy, od których oczekuje się niezawodności i zdolności do szybkiego podejmowania słusznych decyzji. Aby tak było, potrzebna jest wiedza technologiczna.
Ankowski dokonał porównania sposobów gaszenia modułów LFP i LNO/LMO, a także nakładów, które muszą zostać poniesione w obu przypadkach. Zauważył, że w trakcie gaszenia pożaru przepływająca woda wymywa chemiczne produkty stałe, co nie tylko zanieczyszcza środowisko, ale także stanowi zagrożenie dla ratowników (fizyczne i chemiczne). Stwierdził, że technologia LiNiMnCo jest uważana na niebezpieczną, w odróżnieniu od baterii przepływowej, która uchodzi za bardzo bezpieczną. W jej przypadku nie występuje zagrożenie porażania prądem czy wybuchem, problemem pozostaje tylko jej toksyczne oddziaływanie. Jednak również to niebezpieczeństwo da się ograniczyć – wydzielające się substancje lotne czy powstającą wodę popożarową można zablokować poprzez załadowanie płonącego obiektu do specjalnego kontenera.
Dla przykładu prelegent opowiedział o prawdziwej operacji gaszenia magazynu energii, jaka miała miejsce niedawno w Małopolsce. Zauważył, że to pierwszy duży pożar takiego obiektu w Polsce. Ankowski dowodził, że specyfika obiektu obniżyła negatywne konsekwencje i skalę pożaru. Na koniec omówił podstawowe wymagania i normy dla magazynów energii i odesłał zainteresowanych do polskich i zagranicznych aktów prawnych.
W podsumowaniu tej prezentacji prof. Hanzelka zwrócił uwagę na niebezpieczeństwo wynikające z faktu, że firmy komercyjne oferują nowe urządzenia z recyklingowych baterii z innych urządzeń, np. samochodów. Ankowski przyznał, że takie obiekty stanowią większe zagrożenie, gdyż strażakom wyjeżdżającym na akcję trudno przewidzieć, jakiego rodzaju konstrukcję zastaną na miejscu (np. pożar altanki złożonej po części z samochodu elektrycznego).
