Akumulace a řízení flexibility v průmyslu

In an interview with Martin Panáč of AKU-BAT, we discuss how industrial companies can use flexibility, battery storage systems and aggregation to cut energy costs and unlock new revenue streams. The conversation covers peak shaving, energy trading, revenue stacking and the growing role of dynamic tariffs.

Začněme samotným pojmem flexibilita. Co přesně znamená v podmínkách průmyslu?

Flexibilita je schopnost řízeně změnit průběh odběru nebo dodávky elektřiny oproti tomu, jaký by byl bez tohoto zásahu. V průmyslu přitom flexibilita nevzniká pouze instalací baterie. Může ji poskytovat samotný výrobní proces, řiditelné spotřebiče, kogenerace, fotovoltaika, nabíjení elektromobilů, akumulace tepla nebo právě bateriové úložiště (BESS).

BESS je specifické tím, že dokáže reagovat velmi rychle, a to v obou směrech: nabíjení i vybíjení. Při výhodných cenách silové elektřiny či výhodném tarifu (resp. volné kapacitě sítě) může nabíjet ze sítě, nebo naopak snížit odběr pokrytím vlastní spotřeby naakumulovanou energií. Pokud to technické a smluvní podmínky umožňují, může také měnit dodávku do sítě při umístění u výrobních zdrojů. Právě tato rychlost a řiditelnost dělají z baterie velmi univerzální zdroj flexibility.

Z pohledu průmyslového podniku je ale zásadní, že flexibilita nesmí být samoúčelná. Primární funkcí podniku je výroba. Energetické řízení proto musí respektovat technologický proces, požadavky na kvalitu a kontinuitu výroby, a teprve v rámci těchto omezení optimalizovat energetiku.

Jak mohou průmyslové podniky nejlépe uvažovat o využití flexibility?

Prvním krokem je kvalitní analýza spotřeby, vlastní výroby, rezervované kapacity, odběrových špiček a technologických omezení. Teprve z ní vyplývá vhodná velikost BESS a optimální způsob řízení.

U jednoho podniku vytváří největší hodnotu omezení výkonových maxim, u druhého vyšší využití fotovoltaiky, u třetího přesun spotřeby, rozšíření výroby bez dopadu na připojovací podmínky do distribuční soustavy, nabíjecí infrastruktura pro automobily a nákladní dopravu, maximální využívání obnovitelných zdrojů nebo kombinace více funkcí. Právě schopnost kombinovat tyto přínosy dává BESS silné ekonomické opodstatnění.

„Flexibilita nesmí být samoúčelná. Primární funkcí průmyslového podniku je výroba, což musí energetické řízení respektovat."

Jedním z často uváděných přínosů je peak shaving. Jak přesně funguje?

Peak shaving znamená, že baterie omezuje maximální odběr podniku ze sítě. Pokud spotřeba závodu krátkodobě překročí nastavenou hodnotu, baterie dodá chybějící výkon a z pohledu sítě je odběrová špička nižší. Ekonomický přínos ale nelze automaticky vypočítat jako „snížili jsme špičku o jeden megawatt, takže jsme ušetřili určitou částku“. Musíme znát konkrétní tarifní a smluvní podmínky odběrného místa, četnost a délku špiček a také to, zda jsme schopni příslušný parametr skutečně dlouhodobě snížit.

Důležitý je také rozdíl mezi výkonem a kapacitou baterie. Na krátkou vysokou špičku potřebujeme relativně vysoký výkon, ale nemusíme nutně potřebovat velkou energetickou kapacitu. Pro několikahodinový load shifting [přesunutí zátěže, pozn. red.] je naopak energetická kapacita zásadní. Správné dimenzování proto vychází z reálného profilu provozu, nikoliv z jednoduchého poměru k roční spotřebě.

Může podnik na baterii také vydělávat obchodováním s elektřinou?

Ano, ale je potřeba přesně rozlišovat mezi fyzickým řízením baterie a obchodováním na trhu. Základním principem cenové arbitráže je nabít baterii v období s nižší hodnotou elektřiny a vybít ji v období, kdy je hodnota vyšší. Samotný cenový rozdíl ale ještě nepředstavuje zisk. Musí pokrýt ztráty celého cyklu, obchodní a další relevantní náklady i ekonomický dopad degradace baterie. Zároveň je třeba respektovat smluvní a regulatorní rámec. Průmyslový podnik nemusí být tím, kdo přímo obchoduje na krátkodobém trhu. V praxi může být obchodní část zajištěna prostřednictvím obchodníka, subjektu zúčtování nebo agregátora.

Znamená to, že podnik musí neustále sledovat ceny a rozhodovat, kdy baterii nabít a kdy vybít?

Právě naopak. Pokud je systém dobře navržený, velká část rozhodování musí být automatizovaná. Řídicí systém pracuje s predikcí spotřeby podniku, výrobou fotovoltaiky, cenami elektřiny, stavem nabití baterie, jejími výkonovými a energetickými limity a s omezeními danými samotným provozem. Podle způsobu využití do optimalizace vstupují také požadavky na disponibilitu výkonu pro jiné služby.

Podstatné je správně definovat priority. Algoritmus nesmí například vyčerpat baterii kvůli krátkodobé obchodní příležitosti, pokud podnik potřebuje její kapacitu o hodinu později pro omezení kritické odběrové špičky. Nejde tedy jen o to mít dobrý predikční algoritmus. Podstatná je optimalizační úloha: jak v každém časovém kroku využít omezený výkon a kapacitu baterie tam, kde vytváří nejvyšší hodnotu při dodržení všech provozních omezení.

„Budoucnost není jen ve využívání příznivých cenových signálů, ale také v přesnějším časovém a postupně i lokálním oceňování hodnoty flexibility pro distribuční sítě."

Jakou roli v tom hraje agregátor?

Významnou. Agregátor propojuje flexibilitu jednotlivých zařízení a odběrných míst s energetickými trhy a potřebami soustavy. Podniku tím otevírá možnosti, které by samostatně byly obtížně dostupné, a pomáhá průběžně hledat nejhodnotnější využití BESS, výroby i řiditelné spotřeby. Je ale důležité agregátora nezaměňovat s EMS, obchodníkem nebo dodavatelem technologie. Tyto role se mohou v konkrétním obchodním modelu překrývat, ale jejich funkce nejsou totožné.

Pro podnik je podstatné vědět, kdo odpovídá za řízení zařízení, kdo za predikci a optimalizaci, kdo nese odpovědnost za odchylku, jak se počítá výnos z flexibility a jakým způsobem se dělí mezi jednotlivé subjekty. Dobře nastavené rozdělení rolí vytváří pro podnik komplexní službu od predikce a řízení až po monetizaci flexibility. Agregátor zde může být dlouhodobým partnerem, který průběžně přizpůsobuje strategii změnám trhu a regulace.

Zdroj: Solární asociace

Co znamená revenue stacking a proč je pro ekonomiku BESS tak důležitý?

Revenue stacking znamená kombinování více zdrojů ekonomické hodnoty jednoho aktiva. U průmyslového BESS může jít například o úsporu na straně odběru, optimalizaci využití vlastní fotovoltaiky, cenovou arbitráž a podle technických a regulatorních možností také další tržní služby. Důležitá je ale jedna věc: tyto hodnoty nelze jednoduše sečíst. Jedna megawatthodina kapacity nebo jeden megawatt výkonu baterie nemůže být ve stejném okamžiku bez omezení použit na několik vzájemně neslučitelných účelů. Pokud rezervujeme část výkonu a vhodný stav nabití pro jednu službu, může to snížit schopnost využít baterii jinde.

Správný revenue stacking je proto optimalizace mezi jednotlivými způsoby využití v čase. Algoritmus musí vyhodnocovat nejen očekávaný výnos jednotlivých služeb, ale také jejich vzájemnou exkluzivitu, pravděpodobnost aktivace, požadovaný stav nabití a dopad na životnost zařízení.

Jakou návratnost dnes může průmyslový podnik očekávat?

Byl bych velmi opatrný s jakýmkoliv univerzálním číslem. Bez konkrétních dat o odběrném místě může být tvrzení o „typické návratnosti BESS“ velmi zavádějící. Do ekonomiky vstupuje CAPEX, výkon a kapacita zařízení, profil spotřeby, fotovoltaika, tarifní struktura, smlouva na dodávku elektřiny, očekávané cenové spready, způsob provozu, počet cyklů, degradace, účinnost, dostupnost zařízení, náklady na řízení a agregaci, a především budoucí vývoj cen za distribuci elektrické energie, stupeň elektrifikace a plánované zvyšování podílu obnovitelných zdrojů v energetickém mixu.

U projektu je proto vhodnější pracovat s několika scénáři cash flow než s jedním číslem návratnosti. Vedle základního scénáře bych vždy chtěl vidět citlivost na pokles tržních výnosů, změnu spreadů, degradaci baterie nebo změnu regulovaných plateb. Výhodou BESS je možnost v průběhu životnosti měnit provozní strategii. Kvalitní řízení a agregace umožňují reagovat na pokles jedné výnosové příležitosti využitím jiné.

Jak může flexibilita průmyslového podniku pomáhat distribuční síti?

Rostoucí elektrifikace, elektromobilita, tepelná čerpadla a decentralizovaná výroba zvyšují nároky na distribuční infrastrukturu. Flexibilita však umožňuje část nových požadavků řešit rychleji a lépe využít existující kapacitu sítí. BESS může absorbovat lokální přebytek výroby, omezit odběr v době vysokého zatížení nebo podpořit napěťové poměry. Rozhodující je koordinace podle místa, času a ak­tuálního či predikovaného stavu sítě.

Flexibilita investice do sítí nenahrazuje, ale může je vhodně doplnit, zmírnit lokální omezení a urychlit připojování nových zdrojů a spotřeb. Agregátoři mohou spojit BESS, odezvu na straně spotřeby a řízení výroby do služby využitelné podnikem i provozovatelem sítě. Je to jedna z cest, jak minimalizovat náklady na posilování elektrizační sítě.

Jak do tohoto vývoje vstupují měnící se ceny elektrické energie a dynamické tarify?

Nejprve bych oddělil dvě věci, které se často směšují. Jednou věcí je dynamicky určená cena samotné dodávky elektřiny, která může reflektovat vývoj cen na krátkodobém velkoobchodním trhu. Ta vytváří cenový signál, aby zákazník přesouval spotřebu z dražších do levnějších období. Druhou věcí jsou regulované platby za využívání sítí. Jejich struktura má jinou funkci – měla by mimo jiné reflektovat náklady, které uživatel svým chováním v soustavě vyvolává.

Pro flexibilitu je důležité, aby oba signály dávaly ekonomicky i fyzikálně smysluplnou motivaci. Levná silová elektřina ještě nemusí znamenat, že je v daném místě distribuční síť nezatížená. A naopak. Budoucnost proto podle mě není jen ve využívání příznivých cenových signálů, ale také v přesnějším časovém a postupně i lokálním oceňování hodnoty flexibility nejen průmyslových podniků. V zahraničí již existuje mnoho příkladů zapojení flexibility s cílem efektivního využívání distribučních sítí.

Kam podle vás flexibilita v českém průmyslu v příštích pěti letech směřuje?

Očekávám především posun od jednotlivých technologií k integrovanému energetickému řízení průmyslového areálu, kde bude agregátor zastávat významnou roli především pro zajištění koordinace mezi více energetickými trhy a ekonomickými signály. Fotovoltaika, BESS, nabíjení, kogenerace i spotřeba výrobních technologií se budou řídit jako jedno portfolio. Agregátoři budou rozšiřovat služby tak, aby podnikům snižovali náklady na nákup a distribuci energie, zvyšovali využití lokálních zdrojů a otevírali přístup k dalším tržním i síťovým službám. Svou úlohu u jednodušších aplikací budou mít i autonomní řídicí systémy.

Některé dnešní výnosy mohou s konkurencí klesat, ale dynamické tarify, lokální flexibilita a ne­frekvenční služby vytvoří nové příležitosti. Klíčové budou kvalitní software, predikce a schopnost agregátora průběžně měnit provozní strategii. Akumulace už není jen ukládáním elektřiny. BESS se stává klíčovým nástrojem aktivního řízení flexibility, optimalizace distribučních plateb, podpory lokální výroby a energetické bezpečnosti podniku. Dynamické tarify, odezva na straně spotřeby, agregace, BESS a nefrekvenční služby nejsou oddělené světy, ale součást jednoho ekosystému řízení distribučních sítí budoucnosti.

Důležitá bude i nadále role agregátorů především pro zajištění koordinace mezi více energetickými trhy a ekonomickými signály. Agregátor tak bude plnit optimalizační úlohu všech možných obchodních příležitostí s ohledem na technické a provozní možnosti a podmínky.

O DOTAZOVANÉM

Martin Panáč je předsedou představenstva Asociace AKU-BAT a ředitelem Sdružení agregátorů a poskytovatelů flexibility. Zároveň od roku 2003 působí ve společnosti Siemens, v současnosti jako vedoucí oddělení Future Grids. Inženýrský titul získal na VUT Brno v oboru Elektroenergetika.