Energy Storage as a Service – koncepcja, mechanizmy działania i znaczenie dla nowoczesnych systemów energetycznych
Eksperckim okiem
Paweł Biegajski, specjalista z zakresu finansowania projektów energetycznych
Współczesne systemy elektroenergetyczne stoją przed wyzwaniem związanym z rosnącym udziałem źródeł odnawialnych, których produkcja jest zmienna i trudna do prognozowania. Jednym z narzędzi umożliwiających integrację OZE i zwiększenie stabilności sieci jest magazynowanie energii. Wysoki koszt inwestycji w stacjonarne instalacje ogranicza ich powszechne wdrożenie. W odpowiedzi na tę barierę powstała koncepcja Energy Storage as a Service (ESaaS), polegająca na udostępnianiu zasobów magazynowania energii w modelu usługowym. Celem niniejszego artykułu jest analiza koncepcji ESaaS, jej modeli biznesowych, korzyści techniczno-ekonomicznych oraz znaczenia dla stabilności i transformacji energetycznej.
Energy Storage as a Service – dlaczego to tak ważne?
Globalna transformacja energetyczna wymaga zwiększonego udziału odnawialnych źródeł energii, takich jak fotowoltaika czy energetyka wiatrowa. Jednak ich niestabilny i sezonowy charakter prowadzi do powstawania okresów nadwyżki i niedoboru produkcji energii. Tradycyjnie problem ten rozwiązywano przez rozbudowę mocy konwencjonalnych lub inwestycje w kosztowne, stacjonarne magazyny energii[1]. Badania przeprowadzone przez Alice Lacroix dowodzą, że uzasadnione jest alternatywne, współdzielone podejście, w którym zasoby magazynowania energii są udostępniane użytkownikom końcowym, społecznościom bądź mikrosieciom w modelu usługowym[2]. Jest to rozwiązanie analogiczne do modeli XaaS (Everything as a Service), znanych z branży IT, gdzie zasoby są wynajmowane na żądanie.
Definicja i Założenia Koncepcji ESaaS
Energy Storage as a Service (ESaaS) stanowi innowacyjny model biznesowy w sektorze elektroenergetycznym, który odpowiada na rosnące wyzwania związane z integracją odnawialnych źródeł energii, zwiększoną zmiennością obciążenia sieci oraz potrzebą zapewnienia elastyczności systemu. W modelu ESaaS podmiot świadczący usługę, którym może być operator systemu dystrybucyjnego, przedsiębiorstwo energetyczne, agregator lub wyspecjalizowana spółka inwestycyjna, jest właścicielem infrastruktury magazynowania energii elektrycznej. Usługa polega na udostępnianiu użytkownikom końcowym (np. gospodarstwom domowym, przedsiębiorstwom, operatorom mikroinstalacji OZE) określonej pojemności magazynowej oraz mocy do ładowania i rozładowania energii na jasno zdefiniowanych warunkach handlowych i technicznych.
Kluczową cechą modelu ESaaS jest brak konieczności ponoszenia przez użytkownika końcowego wysokich nakładów inwestycyjnych związanych z budową lub zakupem własnego magazynu energii. Odbiorca płaci jedynie za dostęp do funkcjonalności magazynowania. Może to być opłata stała (abonamentowa) lub zmienna, zależna od rzeczywistego wykorzystania usługi. Takie rozwiązanie znacząco obniża barierę wejścia dla podmiotów zainteresowanych korzystaniem z magazynów energii, a jednocześnie umożliwia bardziej efektywne i scentralizowane zarządzanie tymi zasobami.
Koncepcja ESaaS bazuje na trzech podstawowych założeniach[3]:
- Własność zasobów – magazyny energii pozostają własnością wyspecjalizowanych podmiotów. Model ten przenosi ciężar inwestycji i utrzymania urządzeń na dostawcę usługi. Gwarantuje to profesjonalne zarządzanie cyklem życia aktywów, zapewnienie wysokiej sprawności technologicznej oraz zgodności z regulacjami technicznymi i bezpieczeństwa systemu elektroenergetycznego.
- Udostępnianie współdzielone (shared access) – zasoby magazynowe w ramach ESaaS są współdzielone przez wielu użytkowników. Taki model umożliwia maksymalizację współczynnika wykorzystania magazynów. Dzięki współdzieleniu możliwe jest agregowanie różnych profili zapotrzebowania i generacji. Sprzyja to redukcji szczytowych obciążeń sieci i minimalizuje straty przesyłowe. Optymalizacja wykorzystania magazynów może być realizowana zarówno na poziomie lokalnym (mikrosieci, klastry energii), jak i regionalnym lub nawet krajowym.
- Elastyczność kontraktowa i model rozliczeń – koncepcja ESaaS przewiduje różnorodne formy rozliczeń, dostosowane do charakterystyki użytkowników i warunków rynkowych. Możliwe jest stosowanie modeli abonamentowych (subskrypcyjnych), gdzie klient płaci stałą opłatę za dostęp do określonej pojemności magazynu, lub modeli rozliczeń „pay-per-use”, w których opłata zależy od faktycznej ilości energii przechowywanej i wykorzystywanej w danym okresie. Wprowadzenie elastycznych umów (np. krótkoterminowych kontraktów godzinowych, dobowych, tygodniowych) pozwala użytkownikom na dynamiczne dostosowanie się do zmieniających się warunków cenowych energii i potrzeb operacyjnych.
Pojęcie Energy Storage as a Service zostało po raz pierwszy wprowadzone i zastrzeżone jako znak towarowy przez kanadyjską spółkę Constant Power Inc. z Toronto w 2016 roku. Od momentu ukonstytuowania się koncepcji na rynku zaczęły pojawiać się także inne podmioty oferujące usługi w tym zakresie. Do grona wczesnych pionierów należały m.in. GI Energy, AES Corporation, TROES Corp., Stem Inc. oraz Younicos. Firmy te, działając głównie na rynku północnoamerykańskim i europejskim, rozwijały różne warianty usług ESaaS.
Dzisiaj rynek wart jest 1,79 mld USD, a prognozy na 2030 rok mówią o podwojeniu tej wartości przy zachowaniu CAGR na poziomie 11%[4].
Mechanizmy działania ESaaS
Model ESaaS funkcjonuje przede wszystkim jako bufor energetyczny między okresami nadprodukcji a czasami szczytowego zapotrzebowania. Przykładowo, w godzinach południowych, gdy generacja z paneli fotowoltaicznych osiąga szczyt, nadwyżka energii jest magazynowana lokalnie w bateriach wspólnotowych. Wieczorem, podczas wzrostu zapotrzebowania, energia zostaje oddana do sieci. Taki mechanizm obniża przeciążenia, zmniejsza straty przesyłowe oraz opóźnia potrzebę kosztownych inwestycji w infrastrukturę sieciową.
W projekcie pilotażowym przeprowadzonym przez Ausgrid (Australia), klienci zostali zaproszeni do udziału w programie ESaaS. Bez inwestycji początkowej mogli uzyskać dostęp do baterii wspólnotowych, co przekładało się na realne oszczędności rzędu ~200 AUD rocznie[5].
Drugim mechanizmem dla ESaaS jest zastosowanie w wyspowych mikrosieciach opartych w 100% na OZE. Badania wykorzystujące symulacje Monte Carlo wykazały, że wspólne magazynowanie energii zapewnia pożądany poziom niezawodności przy niższych kosztach marginalnych niż indywidualne baterie[6].
Korzyści wynikające z ESaaS
Model Energy Storage as a Service generuje wielowymiarowe korzyści natury technicznej, ekonomicznej, społecznej i środowiskowej. W literaturze przedmiotu wskazuje się, że tego rodzaju usługi przyczyniają się zarówno do zwiększenia elastyczności systemów elektroenergetycznych, jak i do obniżenia kosztów integracji źródeł odnawialnych[7].
Korzyści techniczne
Jednym z najważniejszych aspektów technicznych ESaaS jest poprawa niezawodności i jakości dostaw energii. Dzięki możliwości buforowania nadwyżek w okresach niskiego zapotrzebowania oraz ich późniejszego wykorzystania w godzinach szczytowych, system elektroenergetyczny zyskuje zdolność do szybkiego reagowania na krótkoterminowe niedobory i wahania mocy. Badania wskazują, że współdzielone magazyny energii mogą zwiększyć wskaźniki SAIDI/SAIFI (System Average Interruption Duration/ Frequency Index) nawet o kilkanaście procent, szczególnie na obszarach o wysokim nasyceniu.
Dodatkowo ESaaS umożliwia integrację większego udziału źródeł odnawialnych poprzez redukcję zjawiska curtailmentu, czyli przymusowego ograniczania generacji z powodu przeciążeń sieciowych. W systemach z dużym udziałem PV obserwuje się coraz częściej okresy nadpodaży energii (zwłaszcza w południe), które mogą prowadzić do wyłączeń jednostek OZE. Lokalne magazynowanie energii w modelu ESaaS pozwala na absorpcję tych nadwyżek i ich redystrybucję w czasie.
Istotnym elementem jest także stabilizacja napięcia i ograniczenie strat przesyłowych. Rozproszone magazyny energii, umiejscowione bliżej odbiorców, skracają średnią drogę przepływu energii w sieci.
Korzyści ekonomiczne
Koncepcja ESaaS jest również atrakcyjna z perspektywy ekonomicznej. Po pierwsze, eliminuje barierę inwestycyjną po stronie odbiorcy końcowego. Użytkownik nie ponosi kosztów budowy własnego magazynu energii, a płaci jedynie za usługę dostępu do pojemności i mocy. Jak wskazują raporty rynkowe Wood Mackenzie, wysoki CAPEX jest ważną przeszkodą dla upowszechnienia technologii magazynowania w gospodarstwach domowych. Model ESaaS skutecznie ten problem rozwiązuje.
Po drugie, ESaaS przyczynia się do optymalizacji kosztów systemowych. Zgodnie z koncepcją marginal cost of reliability, współdzielone magazyny pozwalają osiągnąć pożądany poziom niezawodności przy niższych nakładach kapitałowych niż w scenariuszu indywidualnych zasobów magazynowych. Symulacje Monte Carlo wykazują, że agregacja zasobów w skali lokalnej pozwala na zmniejszenie kosztu krańcowego niezawodności systemu nawet o kilkanaście procent w porównaniu z wariantami zdecentralizowanymi. Za świetny przykład może służyć program Con Edison’s Brooklyn-Queens Demand Management. Zaangażował on 52 MW magazynów energii zarządzanych przez strony trzecie, co umożliwiło uniknięcie kosztów modernizacji stacji transformatorowych o wartości 1,2 miliarda USD. W ten sposób koszty uczestników projektu spadły o 18%[8].
Kolejnym aspektem jest wpływ ESaaS na obniżenie wskaźnika LCOE (Levelized Cost of Electricity). Wyniki badań modelowych sugerują, że najniższe wartości LCOE są osiągane w strategiach obejmujących magazynowanie energii w modelu ESaaS, zwłaszcza przy dobowym profilu ładowania i rozładowania. Dzieje się tak, ponieważ koszty magazynowania są dzielone między wielu użytkowników, a wysoka częstotliwość cykli pracy poprawia ekonomikę inwestycji[9]. Wszystko to prowadzi do sytuacji, w której obiekty posiadające umowy ESaaS są wyceniane wyżej, średnio o o 0,50–1,25 USD na stopę kwadratową[10].
Korzyści społeczne i środowiskowe
Z punktu widzenia społecznego ESaaS sprzyja demokratyzacji dostępu do czystej energii. Nawet gospodarstwa domowe, które nie posiadają własnych instalacji PV, mogą korzystać z taniej energii odnawialnej zgromadzonej w magazynach wspólnotowych. ESaaS wspiera zatem inkluzywną transformację energetyczną, niwelując różnice w dostępie do technologii między grupami o różnym poziomie dochodów.
Z punktu widzenia środowiskowego kluczową korzyścią jest redukcja emisji CO₂. Lokalne magazynowanie nadwyżek OZE zmniejsza zapotrzebowanie na energię z konwencjonalnych źródeł węglowych i gazowych w godzinach szczytu. ESaaS wspiera także rozwój lokalnych społeczności energetycznych, w których mieszkańcy mogą wspólnie korzystać z infrastruktury energetycznej, dzielić się nadwyżkami i współuczestniczyć w zyskach z optymalizacji kosztów systemu. Modele tego typu sprzyjają budowaniu kapitału społecznego i wzmacniają partycypację obywatelską w procesach transformacji energetycznej.
Porównanie ESaaS z innymi strategiami magazynowania prezentuje poniższa tabela
| Kryterium | Własny magazyn | ESaaS |
| Koszt inwestycyjny | Wysoki | Brak dla użytkownika |
| Dostępność | Właściciele OZE | Dla wszystkich odbiorców |
| Utrzymanie i serwis | Po stronie właściciela | Po stronie dostawcy usługi |
| Wpływ na sieć | Ograniczony lokalnie | Znaczący – stabilizacja sieci |
Wyzwania i kierunki dalszych badań
Mimo iż koncepcja Energy Storage as a Service otwiera nowe perspektywy w obszarze zarządzania energią, zarówno na poziomie przedsiębiorstw, jak i całych systemów elektroenergetycznych, jej implementacja wiąże się z szeregiem istotnych wyzwań natury regulacyjnej, technicznej, ekonomicznej oraz związanej z bezpieczeństwem cyfrowym.
Wyzwania regulacyjne
Najistotniejszym problemem pozostaje brak jednolitych i spójnych ram prawnych dotyczących świadczenia usług magazynowania oraz handlu energią. W wielu jurysdykcjach brak jest wyraźnego rozróżnienia między magazynowaniem a wytwarzaniem energii, co rodzi wątpliwości dotyczące m.in. sposobu rozliczania, kwalifikacji podmiotów uczestniczących w rynku czy dostępu do systemów wsparcia. W USA i Kanadzie ESaaS rozwija się szybko w reakcji na gwałtowne potrzeby równoważenia lokalnych równoległych fal popytowych (np. letnie szczyty w Kalifornii) oraz z uwagi na rosnącą liczbę projektów OZE integrowanych z magazynami. Jeszcze szybsze tempo wzrostu wykazuje Azja i Pacyfik (Chiny, Indie, Korea Południowa, Japonia, Australia). Nieco większe problemy legislacyjne w Europie skutkują mniejszym wykorzystaniem technologii, chociaż i tu przykłady można znaleźć praktycznie w każdym kraju. W Polsce w swojej ofercie usługę ma EDP. Jest ona realizowana tak przez model transakcyjny, jak i abonamentowy. Potencjał rozwoju usług typu Energy Storage as a Service w Afryce i Ameryce Łacińskiej jest duży, ale póki co ogranicza się tylko do pojedynczych transakcji.
Wyzwania techniczne
Od strony technicznej fundamentalne znaczenie ma integracja systemów magazynowania energii z istniejącymi platformami zarządzania siecią elektroenergetyczną oraz systemami rozliczeniowymi operatorów rynku. Zagadnienia te obejmują zarówno interoperacyjność urządzeń i standardów komunikacyjnych, jak i konieczność zapewnienia wysokiej niezawodności usług w warunkach zmiennej podaży i popytu. Ponadto pojawia się problem skalowalności – od pojedynczych instalacji prosumenckich po rozwiązania funkcjonujące w ramach społeczności energetycznych czy sieci lokalnych.
Wyzwania ekonomiczne
Ekonomia ESaaS wciąż pozostaje w fazie eksperymentalnej. Brak jest powszechnie uznanych modeli taryfowych i kontraktowych, które równoważyłyby interesy operatorów, dostawców usług oraz odbiorców końcowych. Szczególnie istotnym obszarem badań staje się wypracowanie mechanizmów pozwalających na optymalizację kosztów w warunkach niestabilnych cen energii oraz niepewności generacji ze źródeł odnawialnych. Konieczne jest również oszacowanie potencjalnych korzyści i ryzyk związanych z różnymi formami finansowania, w tym modeli opartych na subskrypcji, współdzieleniu lub mechanizmach rynku mocy.
Cyberbezpieczeństwo
Nieodzownym warunkiem rozwoju ESaaS jest zagwarantowanie odpowiedniego poziomu cyberbezpieczeństwa. Rozproszone magazyny energii, zintegrowane z systemami sterowania i platformami transakcyjnymi, stają się potencjalnym celem cyberataków, które mogłyby zakłócić pracę sieci elektroenergetycznych lub prowadzić do poważnych strat finansowych.
Kierunki dalszych badań
Aby możliwe było pełne wykorzystanie potencjału usług ESaaS, przyszłe badania powinny koncentrować się na następujących obszarach:
- Modelowanie niezawodności i kosztów w warunkach niepewności produkcji OZE – opracowanie zaawansowanych metod analitycznych, które pozwolą uwzględniać zmienność i niestabilność generacji ze źródeł odnawialnych (fotowoltaika, energetyka wiatrowa) przy jednoczesnym określaniu optymalnych strategii magazynowania i bilansowania systemu.
- Optymalizacja lokalizacji magazynów społecznościowych – identyfikacja i modelowanie lokalizacji, w których wdrożenie magazynów energii przyniesie największe korzyści dla systemu elektroenergetycznego i odbiorców, z uwzględnieniem aspektów technicznych, ekonomicznych i środowiskowych.
- Integracja z technologiami Vehicle-to-Grid (V2G) i mobilnymi magazynami energii (Mobile Energy Storage Systems, MESS) – badania nad synergicznym wykorzystaniem flot pojazdów elektrycznych oraz przenośnych systemów magazynowania.
[1] J. Świątek, Magazyny energii jako element transformacji systemu energetycznego. Cz. 3., Możliwe kierunki transformacji KSE, Grupa MEDIUM Sp. z o.o. Sp.k.a., str. 47-48.
[2] A. Lacroix, Techno-economic analysis of Energy Storage as a Service business models for prosumers in France, KTH Royal Institute of Technology, 2023.
[3] N. Sakthivelnathan, A. Arefi, C. Lund, A. Mehrizi-Sani, S.M. Muyeen, Energy storage as a service to achieve a required reliability level for renewable-rich standalone microgrids.
[4] Energy Storage As A Service Market.
[5]https://www.ausgrid.com.au/In-your-community/Community-Batteries/Community-battery-trial
[6] O. A. Ansari, N. Safar, C. Y. Chung, Reliability assessment of microgrid with renewable generation and prioritized loads.
[7] IRENA (2020). Innovation Landscape for a Renewable-Powered Future.
[8] https://pmarketresearch.com/chemi/energy-storage-as-a-service-esaas-market/
[9] N. Sakthivelnathan, A. Arefi, C. Lund, A. Mehrizi-Sani, S.M. Muyeen, Energy storage as a service to achieve a required reliability level for renewable-rich standalone microgrids.
[10] https://pmarketresearch.com/chemi/energy-storage-as-a-service-esaas-market/
Paweł Biegajski
Absolwent Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. Specjalizuje się w zdobywaniu finansowania dla firm i instytucji realizujących projekty z zakresu zrównoważonego rozwoju oraz energetyki.