SMART GRID JAKO INSTRUMENT POLITYKI GOSPODARCZEJ Autor: Prof. dr hab. inż. Jacek Malko - Politechnika Wrocławska

Sieć inteligentna (smart grid) jest nie tylko nową jakością infrastruktury: może ona stanowić istotną część długoterminowej strategii rozwoju ekonomicznego państwa.W tym ujęciu stanowi to istotne rozszerzenie treści poprzednich publikacji w „Rynku energii” [1,2]. Obok bezpośredniego pobudzenia aktywności gospodarczej poprzez znaczące nowe inwestycje, niezbędne dla projektowania, rozwoju i budowy struktur „inteligentnych”, oczekuje się także w krótkich horyzontach czasowych korzyści, wynikających z silnego wzrostu innowacyjności na drodze wykorzystania potężnego oddziaływania postępu w obszarze technologii. Osiągnięcie przewidywanych korzyści wymagać będzie czasu, środków publicznych i prywatnych oraz skoordynowanej polityki gospodarczej dla rozwoju i rozpowszechniania sieci „smart”. Jednakże pojawienie się tej szeroko oddziałującej technologii wymaga dramatycznej przebudowy istniejącego wzorca gospodarowania energią i środowiskiem dla zapewnienia rozwoju gospodarki, rozszerzenia spektrum ofert biznesowych oraz tworzenia miejsc pracy przy jednoczesnym spełnieniu aspiracji i wymagań społeczeństwa. Zalety stosowania rozwiązań inteligentnych wynikają z realizacji partnerstwa publiczno-prywatnego, umożliwiającego społeczeństwom lokalnym, korporacjom, uniwersytetom oraz placówkom komercyjnym kooperatywne wykorzystywanie możliwości transformacji infrastruktury. Przykładem wykorzystania partnerstwa publiczno-prywatnego jest powstanie regionalnego klastra innowacyjności sieci inteligentnych (SGRIC-Smart Grid Regional Innovation Cluster) w stanie Illinois [3]. Klaster łączy talenty, zasoby i ambicje, niezbędne do definiowania, rozwijania i doskonalenia strategii smartgridowych. Przy takim podejściu prace badawczo-rozwojowe, prowadzone w zróżnicowanych dyscyplinach nauki w znanych stanowych laboratoriach i szkołach wyższych są syntezowane i skupiane na rozwiązaniach rynkowych, a przedsiębiorcy i biznes uzyskują wsparcie i zachęty dla komercjalizacji tych innowacyjnych technologii. Powstające programy są wdrażane z udziałem wysokokwalifikowanego personelu, który wykorzystuje istniejące potrzeby i uwarunkowania sieci o wyższym poziomie inteligencji oraz innowacyjnego biznesu, budując platformy technologiczne. Takie działania są ułatwione przez proces upodobniania się (konwergencji) zróżnicowanych sił politycznych i ekonomicznych, traktujących ideę smart gridu jako szansę osiągnięcia korzyści dla środowiska, tworzenia nowych możliwości dla biznesu oraz wzrostu gospodarczego. Realizacja szans, tworzonych przez smart grid wymaga jednak dodatkowego przygotowania dla dobrania narzędzi, niezbędnych dla pobudzenia nowych przedsięwzięć i wykorzystujących możliwości smart gridu oraz stworzenie polityki gospodarczej i regulacji w celu rozpowszechnienia nowych modeli biznesowych i zachęcenia do udziału klientów dobrze poinformowanych o zasadach partnerstwa.

Potencjał rynkowy Smart grid oraz związane z tym zjawiskiem nowe usługi będą wymagać znaczącego kapitału ( a zarazem kapitał ten przyciągać), szczególnie we wczesnych fazach wprowadzania. Raporty dla przemysłu ( np. [4,5]) określają prognozy dla „smart grid”, wykorzystującego istniejące i dostępne technologie, przewidując wzrost rynku smart w USA o 17 mld USD rocznie do roku 2014, przy obecnym zaangażowaniu 6 mld USD. W skali globalnej rynek technologii „smart” ma wzrastać do 171 mld w roku 2014 od obecnego poziomu 70 mld USD. Bezpośrednie inwestycje w „smart grid” i związane z nim nowe biznesy mogą pobudzać gospodarkę kraju. Posługując się danymi raportów o miejscach pracy w przemyśle USA można określić, że każdy miliard USD, zainwestowany w technologie smartgridowe przynosi 100 mld USD produktu krajowego brutto. Większa kontrola użytkownika nad procesem zapotrzebowania mocy i energii może w USA dać rocznie korzyści 5÷7 mld do r. 2015 oraz 15÷20 mldUSD rocznie do r. 2020. Firma Galvin Electricity Initiative ocenia, że technologie rozproszonej generacji oraz inteligentne interaktywne magazynowanie energii w obszarze odbiorców mieszkaniowych i małej przedsiębiorczości może dodatkowo przynieść efekt 10 mld USD/rocznie przy 10% penetracji tych technologii do r. 2020. Inwestycje w technologie z tego zakresu mogą przynieść korzyści na rynku pracy w wymiarze globalnym, narodowym i lokalnym. Można to zjawisko ocenić np. dla stanu Illinois, gdzie firmy technologiczne zorientowały się w korzyściach wczesnego wejścia na rynki wytwarzania, budowy i instalowania, co umożliwia najbardziej efektywne zlokalizowanie działalności gospodarczej. Analitycy twierdzą, że tworzenie wartości dodanej, związanej z „zielonymi” aplikacjami technologii „smart”, przewyższa uzyskiwane w bardziej tradycyjnych inwestycjach energetycznych. Przykładowo szacuje się, że inwestowanie w czyste technologie energetyczne dodaje 16,7 miejsc pracy na każdy zainwestowany miliard USD, podczas gdy w zakresie pozyskiwania paliw kopalnych tworzone są przy tej samej skali inwestycji tylko 5,3 miejsca pracy.

Środowiskowe korzyści „ smart grid” Obok bezpośrednich korzyści gospodarczych, wynikających z dodatkowych inwestycji i korzyści, odczuwalnych przez klienta, integracja smart gridu oraz możliwości zarządzania procesem zużycia energii przez odbiorcę prowadzić mogą do korzyści dla środowiska. Można zatem oczekiwać, iż zwolennicy aktywnych form proekologicznych staną się sojusznikami działań w zakresie „smart”. Możliwości wykorzystania lokalnie dostępnych zasobów odnawialnych w połączeniu z technologiami smart mogą znacząco wspomóc działania w zwalczaniu zmian klimatycznych. Oceny Departamentu Energii USA (US DOE) sugerują, że 100% penetracja technologii „smart grid” w USA może doprowadzić do 18% redukcji emisji CO2 do r. 2030 [3]. Ocenia się, że zwiększenie sprawności sieci o 5% powoduje korzyści równoważne budowie 42 typowych dla warunków amerykańskich elektrowni węglowych, co jest porównywalne ze stałym wyeliminowaniem z ruchu 53 mln. samochodów, emitujących gazy cieplarniane (GHG). Budynki uczestniczą w USA w ok. 72% w zużyciu energii elektrycznej i w 38% w całkowitej emisji CO2. Green Building Council nagradza certyfikatami LEED budynki o wyróżniających się cechach energetycznych, promując skutki działań proefektywnościowych. „Smart grid” może spowodować udoskonalenie i większą efektywność energetyczną 2

budynków mieszkalnych i mieszczących small biznes (wraz z potencjalnymi korzyściami dla środowiska), przy czym następuje bezpośredni wzrost wartości rynkowej budynku. Pomiary inteligentne umożliwiają regularne pozyskiwanie dokładnych danych o redukcji zużycia energii i emisji, a zaangażowanie użytkowników w proces zarządzania tymi efektami z wykorzystaniem technologii „smart” prowadzi do dwustronnej komunikacji w czasie rzeczywistym dla danych o zużyciu i kosztach. Daje to również efekt korzyści dla środowiska.

Case Study: Współpraca stanu Illinois i Korei dla zdobycia pozycji dominującej Zainteresowanie technologią smart i jej potencjał mają charakter globalny. Tak jak na rynkach poszczególnych krajów ten, kto zadziała jako pierwszy oraz zachowa zgodność ze standardami i potrzebami wielu rynków, uzyska pozycję gracza dominującego. Mając to na względzie administracja stanu Illinois oraz Republiki Korei zainicjowały partnerstwo dla promocji i przyspieszenia rozwoju strategii i projektów, które mogą być rozpowszechnione w tych dwóch środowiskach. Do chwili obecnej prace przebiegają w czterech obszarach: • opracowanie modelu polityki i biznesu, • badania i rozwój, • rozpowszechnienie technologii, • szkolenie i rozwój personelu. Wymaga to opisnia treści tych działań.

Opracowanie modelu polityki i biznesu Instalacje pilotażowe „smart grid” – jak dowodzi tego przypadek wspólnej inicjatywy amerykańsko-koreańskiej na wyspie Jeju [6,7] pomagają decydentom rozpoznać samą ideę „smart” jak i określić wymagania niezbędne dla rozwinięcia potencjału nowych rozwiązań w zakresie technologii energetycznych i ICT, zmieniających paradygmat funkcjonowania sektora energetycznego. Doświadczenia i rezultaty zainicjowanych programów demonstracyjnych i pilotażowych są niezmiernie pomocne w wytyczaniu ścieżki rozwojowej, której cele określają decyzje polityczne o przyszłości sektora. Adaptacja i integracja nowych technologii sieci inteligentnych oraz rozpoznanie ich potencjału rozwojowego umożliwia tworzenie nowych innowacyjnych modeli biznesowych. Sukces tych rozwiązań modelowych zależy od wsparcia ze strony polityki gospodarczej oraz struktur przemysłu, umożliwiających producentom wyposażenia technologii „smart”, oferentom nowych usług inteligentnych oraz konsumentom energii elektrycznej na aktywne uczestniczenie w rozwijających się rynkach. Kooperacja zainteresowanych podmiotów w ocenie strategii graczy rynkowych w zakresie zarządzenia obciążeniem, sterowania odbiorcami oraz integracji generacji rozproszonej (w tym OZE) jest warunkiem atrakcyjności nowych rynków i obniżenia barier wejścia.

Badania i rozwój Stała ocena zmian technologicznych i warunków otoczenia rynkowego oraz wykorzystywanie zasobów intelektualnych dla realizacji idei „smart grid” są podstawową strategią optymalizacji korzyści rozwojowych. Przypadek międzynarodowej współpracy potencjału znacznej liczby amerykańsko-koreańskiej wykazał zalety wykorzystania wysokonotowanych uczelni uniwersyteckich – zarówno publicznych jak i prywatnych – a 3

także placówek badawczo-rozwojowych, finansowanych przez rząd i korporacje. Wiedza ekspercka, zwłaszcza w obszarach systemów elektroenergetycznych i cyberbezpieczeństwa, jest czynnikiem postępu na drodze trójstronnych kontaktów państwo-przemysł-nauka. Jest to potężna siła napędowa, generująca, impulsy rozwojowe dla smart grid’u i wytyczająca ścieżki transferu komercjalizowanych innowacyjnych technologii.

Rozpowszechnienie technologii Pierwsza faza współpracy partnerskiej jest z natury rzeczy ukierunkowana na obszary, umożliwiające bezpośrednie korzyści rynkowe: „smart” budynki, „smart” wspólnoty lokalne oraz „smart” transport. Inteligentne budynki. Cechy obszaru aglomeracji metropolitarnych nie sprzyjają szybkiemu rozwojowi źródeł lokalnych (energii elektrycznej i ciepła) i są podatne na fluktuacje cenowe, związane z długoterminowym wzrostem obciążeń szczytowych. Nowe możliwości, stwarzane przez sieci inteligentne i politykę energetyczną państwa sprzyjają integracji lokalnych zasobów energetycznych, cechujących się znaczną zmiennością w czasie – takich jak źródła wykorzystujące wiatr i energię słoneczną. Wprowadzenie technologii „smart” do budynków mieszkalnych i użyteczności publicznej powoduje obniżenie zużycia energii, przy jej poborze dostosowanym do dobowej i sezonowej zmienności zapotrzebowania. W konsekwencji oddziałuje to na skracanie okresu zwrotu nakładów w kategoriach koszt-efekt przez przechwytywanie rynkowej wartości dodanej zarządzania obciążeniem w czasie rzeczywistym. Inteligentne wspólnoty lokalne. Świadome swej roli wspólnoty lokalne są zainteresowane realizacją idei rozwoju zrównoważonego, zapewniającego długotrwałe korzyści dla środowiska i podwyższenie standardów jakości życia mieszkańców. Dostosowane do istniejących warunków inicjatywy lokalne, ukierunkowane na zachowanie zasobów oraz zwiększenie efektywności użytkowania energii, stanowią pomoc dla lokalnych samorządów i ,mieszkańców w zarządzaniu kosztami energii, wzmacnianiu gospodarki i tworzeniu miejsc pracy przy jednoczesnej redukcji szkodliwych emisji. Zadaniem wspólnot o cechach „smart” winno być identyfikowanie rozwiązań w zakresie technologii, modeli i wiedzy, doprowadzonych do poziomy odbiorcy końcowego dla efektywnego zarządzania energią oraz zwiększenia efektywności jej użytkowania. Te nowe technologie i sposoby przekazywania wiedzy znajdują się nadal w fazie rozwoju i wchodzenia na rynki. Test „smart-community” odgrywa istotną rolę w identyfikacji nowych modeli biznesowych i przydatności elementów inżynierii finansowej. Cechy inteligencji na poziomie wspólnot lokalnych czynią oceniany model bardziej efektywnym, zróżnicowanym i przyjaznym środowisku. Optymalizacja popytowo-podażowa w obszarze mikrosieci umożliwia aktywny udział odbiorcy (jako prosumenta, łączącego cechy producenta i konsumenta) w zarządzaniu energią. Inteligentny transport. Wejście na rynek pojazdów samochodów elektrycznych może premiować inicjatywę szybkiego zaangażowania w rozpowszechnianie nowej i obiecującej technologii, łącznie z jej marketingiem. Proces tworzenia niezbędnych więzi transakcyjnych pomiędzy dystrybutorami energii elektrycznej a użytkownikami transportu wymaga odpowiedniej infrastruktury, korzystnych rozstrzygnięć finansowych oraz otoczenia regulacyjnego. Podstawowym problemem użytkownika pojazdu elektrycznego jest niepokój o zasięg, związany z gęstością sieci stacji obsługi samochodów elektrycznych (w tym stacji 4

szybkiego ładowania).W USA przykładem takich działań jest inicjatywa miasta Chicago i stanu Illinois stworzenia pilotowej regionalnej infrastruktury dla samochodów elektrycznych. Winno to przyczynić się do postrzegania całego stanu jako terenu przyjaznego dla pojazdów elektrycznych i do polepszenia standingu finansowego w celu przyciągnięcia producentów, poszukujących sukcesów na wschodzącym rynku i sposobu na przechwycenie klientów. Rozwój i szkolenie personelu. Szanse rynkowe, jakie dziś i w przyszłości stwarzają technologie „smart” mogą pozostać niewykorzystane bez odpowiednio wykwalifikowanego personelu, zdolnego do zarządzania i rozwijania sieci inteligentnych. Wykształcenie i utrzymanie kadr o wysokich kwalifikacjach , zdolnego do śledzenia ewolucji wymagań, stawianych sieciom i związanych z nimi struktur biznesowych i technologicznych, jest poważnym wyzwaniem w obliczu przewidywanego odejścia na emeryturę starszych pracowników i zjawiska luki pokoleniowej. Wykształcenie następnej generacji przedsiębiorców i techników musi być kluczowym elementem spójnego planu rozwoju „smart grid”. Implementacja sieci inteligentnych wraz z wartością dodaną innowacyjności prowadzi do zintegrowania odnawialnych zasobów energii (OZE) jako organicznie związanych z nowymi technologiami. Skuteczny program wyszkolenia i dalszego rozwijania umiejętności personelu musi wciągać do współpracy edukatorów i kreatorów karier zawodowych od przedsiębiorstw energetycznych, poprzez korporacje, związki zawodowe, szkoły wyższe i uniwersytety, ośrodki badawczo-rozwojowe aż po decydentów politycznych. Smart grid jako narzędzie rozwoju gospodarczego. Sieć inteligentna jest przekształcającym się zbiorem technologii i modeli biznesowych. Przy wzajemnie wspierających się inwestycjach publicznych i prywatnych oraz przy przewidującej polityce państwa, nastawionej na wprowadzanie innowacyjnej przedsiębiorczości, związanej ze „smart grid”, można osiągnąć wzrost gospodarczy, tworzyć nowe, wysokoopłacane miejsca pracy i wspomagać ochronę środowiska. Synergia tych różnorodnych korzyści stwarza niepowtarzalną szansę dla decydentów politycznych. Wczesne rozpoznanie i wykorzystanie szans, wynikających z wyłaniania się i krzepnięcia nowych tendencji rozwojowych prowadzi do pozycji lidera w tworzeniu i rozpowszechnianiu strategii „smart grid” w obszarze technologii i usług energetycznych.

Literatura [1]

J. Malko: Sieci inteligentne – Zasady I technologie. Rynek Energii Nr 3, 2009

[2] J. Malko: Sieci inteligentne jako czynnik kształtowania sektora energii elektrycznej. Rynek Energii Nr 2, 2010 [3] Hamilton, M.Summy: Benefits of the smart grid – part of long-term economic strategy. Power&Energy Vol. 9 nr 1, Jan.-Febr. 2011 [4]

Energy Business Report: Smart Grid Demonstration Projects and Utility Report. EnergyBusinnessRreports.com. Jan 2011

[5]

Energy Business Report:Smart Grids Realities – Technology Leaders, Investment and Projects. EnergyBusinessReports.com, Oct. 2010 5

[6]

J.Kim, H-I.Park: A National Vision – Policy Directions for the Smart Grid…. IEEE Power & Energy, vol. 9 nr 1, Jan.-Febr. 2011

[7] J.Kim, J-H. Lee: A Model of Stability, IEEE Power&Energy Vol. 9 nr 1, Jan.-Febr. 2011

Smart grid as a instrument of economical policy Summary: The restructuring of the traditional power sector to produce a smart system that offers efficiency, sustainability and reduced greenhouse gas emissions represents a great challenge and opportunity for innovation, job creation and economical growth. Synergy of these benefits represents opportunity for policy makers to advance a new strategy of economically sound , secure and environment friendly power sector. Streszczenie: Restrukturyzacja tradycyjnego sektora energii elektrycznej dla stworzenia system o cechach inteligencji, zapewniającego efektywność, zrównoważenie i ograniczenie emisji gazów cieplarnianych , stanowi podstawowe wyzwanie – i zarazem szansę – dla zwiększenia innowacyjności, tworzenia nowych miejsc pracy oraz rozwoju gospodarki. Synergia tych czynników stanowi dla polityków okazję do wykreowania nowej strategii dla zasadnego ekonomicznie, bezpiecznego i przyjaznego środowisku sektora elektroenergetyki.

Key words: Power sector, smart grid, paradigm of development, energy Policy

Słowa kluczowe: sektor energii elektrycznej, sieć inteligentna, wzorzec rozwoju, polityka energetyczna

6

Tabela 1. Plan implementacji smart grid (SG) Case Study Korea ( Jeju ) Kierunki implementacji dla faz rozwojowych Smart Power Grid

Smart Consumer

Smart Transportation

Etap Pierwszy: 2010-2012 Budowa i eksploatacja stanowiska testowego SG (ocena techniczna) - Monitorowanie sieci w czasie rzeczywistym - Cyfrowe zarządzanie siecią - Optymalna eksploatacja sieci dystrybucyjnej

- Zarządzanie energią w domu inteligentnym - Możliwość wyboru przez klienta (łącznie z taryfami) - Zbudowanie testowych stacji obsługi samochodów elektrycznych - Pilotowy projekt eksploatacji floty samochodów elektrycznych

-

-

Etap Drugi: 2012-2020 Ekspansja na obszary metropolitarne (inteligentny odbiorca) Przewidywanie możliwych urządzeń w sieci elektroenerget. Połączenie krajowego SE z innymi sieciami Rozbudowa systemu dostarczania energii o generację rozproszoną i urządzenia do magazynowania energii Inteligentne zarządzanie energii budynków/hal w przemyśle Zachęcenie konsumentów do wytwarzania energii, Efektywna eksploatacja i obsługa samochodów elektrycznych Rozbudowa stacji obsługowych dla samochodów elektr. w skali kraju

Smart Renewables

- Eksploatacja mikrosieci zawierających generację rozproszoną, urządzenia magazynowania energii i samochody elektryczne - Rozszerzone wykorzystanie urządzeń magazynowania i generacji rozproszonej

- Optymalna eksploatacja systemu z mikrosieciami - Rozszerzenie zastosowań urządzeń magazynujących energię elektryczną

Smart Electricity Service

- Wybór przez taryfowego

- Promowanie wykorzystania finansowych instrumentów pochodnych na rynku energii - Rozszerzenie na skalę kraju systemu cen czasu rzeczywistego - Powstanie dobrowolnego rynku podmiotów, zaangażowanych w obrót

klienta

systemu

Etap Trzeci: 2021-2030 Zbudowanie SG w skali kraju – Inteligentna sieć elektroenergetyczna - Sieć elektroenergetyczna o cechach samonaprawialnopści - Eksploatacja zintegrowanej sieci inteligentnej (SG)

- Domy/budynki zeroenergetyczne

- Powszechna dostępność stacji obsługi samochodów elektr. - Zróżnicowanie sposobów obsługi - Miniaturyzacja wyposażenia obsługowego - Powszechna dostępność energii odnawialnej

- Promowanie różnych rodzajów transakcji na rynku energii - Promowanie konwergencji rynków sektora energii - Dążenie do zdominowania rynku w skali regionalnej.