Jeszcze kilka lat temu największym wyzwaniem dla inwestorów rozwijających farmy fotowoltaiczne było uzyskanie warunków przyłączenia do sieci elektroenergetycznej. Dziś coraz częściej problem pojawia się już po uruchomieniu instalacji. Farma produkuje energię elektryczną, jednak operator systemu przesyłowego lub dystrybucyjnego wydaje polecenie ograniczenia jej generacji. Energia, która mogłaby zostać wyprodukowana z promieniowania słonecznego, nie trafia do odbiorców.

Zjawisko to określane jest mianem curtailmentu, czyli kontrolowanego ograniczania produkcji energii z odnawialnych źródeł. Jeszcze kilka lat temu w Polsce występowało sporadycznie i było traktowane jako sytuacja wyjątkowa. Obecnie staje się jednym z najważniejszych wyzwań krajowej transformacji energetycznej. Operatorzy coraz częściej zmuszeni są do ograniczania pracy farm fotowoltaicznych w okresach wysokiej produkcji energii i jednocześnie niskiego zapotrzebowania na nią.

Paradoks polega na tym, że ograniczanie produkcji energii z instalacji bezemisyjnych nie wynika z ich awaryjności ani niskiej jakości pracy. Wręcz przeciwnie – nowoczesne farmy PV są zdolne do produkcji ogromnych ilości energii. Problemem staje się natomiast zdolność systemu elektroenergetycznego do jej zagospodarowania.

W praktyce oznacza to, że transformacja energetyczna osiągnęła kolejny etap rozwoju. Jeszcze niedawno najważniejszym celem było zwiększenie liczby odnawialnych źródeł energii. Dziś równie istotne staje się zapewnienie elastyczności całego systemu, umożliwiającej efektywne wykorzystanie wytwarzanej energii.

Dlaczego operatorzy wyłączają farmy fotowoltaiczne?

Podstawową zasadą funkcjonowania systemu elektroenergetycznego jest zachowanie ciągłej równowagi pomiędzy produkcją energii a jej zużyciem. Energia elektryczna nie może być magazynowana w sieci przesyłowej – każda megawatogodzina wyprodukowana przez elektrownie musi zostać w tej samej chwili odebrana przez odbiorców lub zmagazynowana w dedykowanych instalacjach.

Jeżeli produkcja zaczyna przewyższać zapotrzebowanie, operator systemu musi podjąć działania stabilizujące. W przeciwnym razie mogłoby dojść do wzrostu częstotliwości, przeciążenia elementów infrastruktury oraz zagrożenia bezpieczeństwa pracy całego systemu elektroenergetycznego.

Największe ryzyko występuje w słoneczne dni wiosenne i letnie. Instalacje fotowoltaiczne osiągają wówczas bardzo wysoką produkcję, podczas gdy zapotrzebowanie na energię – szczególnie w weekendy i święta – pozostaje relatywnie niskie. W efekcie pojawia się nadwyżka energii, której sieć nie jest w stanie przyjąć ani przesłać do miejsc jej wykorzystania.

Problem pogłębia fakt, że rozwój odnawialnych źródeł energii postępuje znacznie szybciej niż modernizacja infrastruktury przesyłowej i dystrybucyjnej. W ostatnich latach moc zainstalowana w fotowoltaice rosła w Polsce w rekordowym tempie, natomiast budowa nowych linii przesyłowych, transformatorów i stacji elektroenergetycznych wymaga wieloletnich procesów inwestycyjnych.

Ograniczenia generacji są zatem nie tyle dowodem słabości fotowoltaiki, ile konsekwencją sukcesu transformacji energetycznej. Sieć projektowana przez dziesięciolecia dla scentralizowanego modelu energetyki musi obecnie obsługiwać tysiące rozproszonych źródeł odnawialnych o zmiennej charakterystyce pracy.

Curtailment – problem nie tylko Polski

Choć w ostatnich miesiącach temat ograniczeń generacji szczególnie często pojawia się w krajowej debacie publicznej, zjawisko to nie jest specyficzne wyłącznie dla Polski. Z podobnymi wyzwaniami od lat mierzą się operatorzy systemów elektroenergetycznych w Niemczech, Hiszpanii, Holandii, Australii czy amerykańskiej Kalifornii.

We wszystkich tych krajach gwałtowny wzrost mocy zainstalowanej w fotowoltaice oraz energetyce wiatrowej doprowadził do sytuacji, w której możliwości produkcyjne zaczęły okresowo przewyższać możliwości odbioru energii przez system. Odpowiedzią stało się rozwijanie magazynów energii, mechanizmów elastyczności, inteligentnego zarządzania siecią oraz nowych modeli współpracy pomiędzy producentami energii a operatorami.

Doświadczenia zagraniczne pokazują, że curtailment nie powinien być postrzegany jako porażka transformacji energetycznej. Jest raczej naturalnym etapem przechodzenia od systemu opartego na elektrowniach konwencjonalnych do elektroenergetyki wykorzystującej dużą liczbę rozproszonych źródeł odnawialnych. Kluczowe staje się jednak stworzenie rozwiązań pozwalających ograniczyć skalę tego zjawiska i zwiększyć efektywność wykorzystania zielonej energii.

Jednym z najważniejszych narzędzi umożliwiających osiągnięcie tego celu są wielkoskalowe magazyny energii, które coraz częściej postrzegane są nie jako uzupełnienie instalacji fotowoltaicznych, lecz jako ich niezbędny element infrastruktury.

Jakie konsekwencje ponoszą inwestorzy i cały system elektroenergetyczny?

Ograniczenia generacji energii z farm fotowoltaicznych to nie tylko problem techniczny. To również istotne wyzwanie ekonomiczne, które wpływa na rentowność inwestycji, bezpieczeństwo energetyczne oraz tempo dalszego rozwoju odnawialnych źródeł energii.

Każda megawatogodzina energii, której nie uda się wprowadzić do sieci, oznacza utracony przychód dla producenta. W przypadku dużych farm fotowoltaicznych, których moc sięga kilkudziesięciu lub nawet kilkuset megawatów, pojedyncze polecenie ograniczenia produkcji może oznaczać straty liczone w dziesiątkach lub setkach tysięcy złotych. W skali całego roku wartość niewyprodukowanej energii może być jeszcze większa, szczególnie jeśli ograniczenia powtarzają się regularnie w miesiącach o najwyższym nasłonecznieniu.

Curtailment wpływa również na ocenę ryzyka inwestycyjnego. Banki oraz instytucje finansujące projekty OZE coraz częściej analizują nie tylko przewidywaną produkcję energii, ale także prawdopodobieństwo występowania ograniczeń generacji. Oznacza to, że ryzyko związane z pracą systemu elektroenergetycznego zaczyna mieć bezpośredni wpływ na warunki finansowania nowych inwestycji.

Nie bez znaczenia pozostaje również aspekt środowiskowy. Energia, która mogłaby zostać wyprodukowana z promieniowania słonecznego, musi zostać zastąpiona energią pochodzącą z innych źródeł. W zależności od sytuacji w systemie mogą to być elektrownie gazowe, jednostki węglowe lub import energii z zagranicy. W praktyce oznacza to wyższe emisje gazów cieplarnianych oraz mniej efektywne wykorzystanie istniejącej infrastruktury odnawialnych źródeł energii.

Czy rozbudowa sieci wystarczy?

Naturalną odpowiedzią na problem ograniczeń generacji wydaje się rozbudowa sieci elektroenergetycznych. Rzeczywiście, inwestycje w nowe linie przesyłowe, stacje transformatorowe oraz cyfryzację infrastruktury są niezbędnym elementem transformacji energetycznej.

Jednak nawet najbardziej ambitne programy modernizacji sieci nie rozwiążą problemu samodzielnie. Budowa nowych linii wysokiego napięcia jest procesem wieloletnim. Wymaga uzyskania decyzji środowiskowych, zgód właścicieli gruntów, pozwoleń administracyjnych oraz znacznych nakładów finansowych. W praktyce od momentu rozpoczęcia planowania do oddania inwestycji do użytkowania może minąć nawet dziesięć lat.

Tymczasem nowe farmy fotowoltaiczne powstają znacznie szybciej. Rozwój technologii, spadek kosztów modułów oraz rosnące zainteresowanie inwestorów sprawiają, że liczba projektów zwiększa się w tempie, za którym infrastruktura sieciowa nie jest w stanie nadążyć.

Należy także pamiętać, że maksymalna produkcja energii z instalacji fotowoltaicznych trwa zwykle zaledwie kilka godzin dziennie. Projektowanie całej infrastruktury przesyłowej wyłącznie pod kątem tych krótkich okresów oznaczałoby budowę sieci, która przez większość czasu byłaby wykorzystywana jedynie częściowo. Z ekonomicznego punktu widzenia nie jest to rozwiązanie optymalne.

Magazyny energii zmieniają sposób funkcjonowania farm fotowoltaicznych

Najbardziej oczywistą odpowiedzią na problem nadwyżek energii są magazyny energii. Ich zadaniem nie jest jednak jedynie przechowywanie energii elektrycznej. Nowoczesny magazyn energii staje się aktywnym elementem zarządzania pracą instalacji odnawialnych źródeł energii. W okresach wysokiej produkcji może przejąć nadwyżkę energii, która w przeciwnym razie zostałaby utracona wskutek ograniczeń generacji. Następnie energia ta może zostać oddana do sieci w godzinach zwiększonego zapotrzebowania lub wyższych cen energii.

Takie rozwiązanie przynosi korzyści wszystkim uczestnikom rynku. Producent energii ogranicza straty wynikające z curtailmentu i zwiększa wykorzystanie potencjału swojej instalacji. Operator systemu zyskuje dodatkowy zasób poprawiający elastyczność pracy sieci. Odbiorcy natomiast korzystają z większego udziału energii odnawialnej oraz stabilniejszego funkcjonowania całego systemu elektroenergetycznego.

W praktyce oznacza to zmianę filozofii projektowania nowych farm fotowoltaicznych. Jeszcze kilka lat temu magazyn energii traktowano jako rozwiązanie opcjonalne, zwiększające koszt inwestycji. Dziś coraz częściej staje się on integralnym elementem projektu już na etapie planowania.

Więcej niż magazynowanie energii

Korzyści wynikające z zastosowania magazynów energii nie ograniczają się wyłącznie do ograniczenia strat związanych z wyłączeniami farm fotowoltaicznych. W okresach wysokich cen energii zgromadzona energia może zostać sprzedana z większym zyskiem niż w momencie jej wyprodukowania. Magazyny mogą również świadczyć usługi bilansujące, uczestniczyć w regulacji częstotliwości, stabilizować napięcie oraz wspierać operatorów systemów elektroenergetycznych podczas zakłóceń. To bardzo oczywisty fakt w całej branży.

Coraz częściej mówi się jednak także o tzw. value stacking, czyli łączeniu wielu źródeł przychodów w ramach jednej instalacji. W takim modelu magazyn energii jednocześnie zwiększa autokonsumpcję, ogranicza skutki curtailmentu, uczestniczy w rynku bilansującym oraz świadczy usługi systemowe.

To właśnie wielofunkcyjność sprawia, że magazyny energii przestają być postrzegane wyłącznie jako koszt inwestycyjny. Coraz częściej traktowane są jako aktywa infrastrukturalne zwiększające rentowność projektów OZE oraz odporność całego systemu elektroenergetycznego na zmieniające się warunki pracy.

Choć magazyny energii są obecnie uznawane za najskuteczniejsze narzędzie ograniczania skutków curtailmentu, nie stanowią jedynego elementu niezbędnego do budowy nowoczesnego systemu elektroenergetycznego. W rzeczywistości przyszłość energetyki będzie opierać się na współpracy wielu technologii zwiększających elastyczność sieci oraz lepszym zarządzaniu przepływami energii.

Transformacja energetyczna zmienia bowiem sposób funkcjonowania całego rynku energii. Coraz większego znaczenia nabiera nie tylko ilość wyprodukowanej energii, ale również moment jej wytworzenia, miejsce wykorzystania oraz zdolność do szybkiego reagowania na zmieniające się warunki pracy systemu. To właśnie dlatego w ostatnich latach coraz częściej mówi się o elastyczności jako nowym filarze bezpieczeństwa energetycznego.

Cable pooling – większe wykorzystanie istniejącej infrastruktury

Jednym z rozwiązań rozwijanych również w Polsce jest cable pooling, czyli współdzielenie jednego przyłącza elektroenergetycznego przez kilka źródeł energii lub źródło energii i magazyn energii. Idea tego rozwiązania jest stosunkowo prosta. Instalacje fotowoltaiczne osiągają najwyższą produkcję w ciągu dnia, natomiast farmy wiatrowe bardzo często generują największą ilość energii wieczorem, nocą lub zimą. Dzięki wykorzystaniu wspólnego punktu przyłączenia możliwe staje się bardziej efektywne wykorzystanie istniejącej infrastruktury sieciowej bez konieczności budowy nowych przyłączy.

Jeszcze większe możliwości pojawiają się w przypadku połączenia farmy fotowoltaicznej z magazynem energii. W okresach nadwyżki produkcji energia może zostać skierowana do magazynu zamiast do sieci. Ogranicza to ryzyko wystąpienia curtailmentu oraz zwiększa stopień wykorzystania dostępnej mocy przyłączeniowej.

Rozwiązanie to zyskuje coraz większe znaczenie, ponieważ uzyskanie nowych warunków przyłączenia staje się jednym z głównych wyzwań inwestorów rozwijających odnawialne źródła energii.

Linie bezpośrednie – energia trafia tam, gdzie jest potrzebna

Coraz większe zainteresowanie budzą również linie bezpośrednie, umożliwiające dostarczanie energii z odnawialnych źródeł bezpośrednio do odbiorcy przemysłowego z pominięciem części infrastruktury publicznej.

Takie rozwiązanie pozwala zmniejszyć obciążenie sieci elektroenergetycznej, zwiększa bezpieczeństwo dostaw energii dla przedsiębiorstw oraz ogranicza ryzyko występowania ograniczeń generacji. Szczególnie atrakcyjne staje się ono dla zakładów przemysłowych o dużym i stabilnym zapotrzebowaniu na energię elektryczną. Połączenie farmy fotowoltaicznej, magazynu energii oraz linii bezpośredniej umożliwia budowę lokalnych systemów energetycznych, które w znacznym stopniu uniezależniają przedsiębiorstwo od zmienności cen energii na rynku hurtowym.

DSR – elastyczni odbiorcy jako element systemu

Do niedawna stabilizacja systemu elektroenergetycznego opierała się niemal wyłącznie na dostosowywaniu poziomu produkcji energii. Obecnie coraz większą rolę odgrywa również zarządzanie stroną popytową.

Mechanizmy Demand Side Response (DSR) polegają na czasowym ograniczeniu lub przesunięciu zużycia energii przez odbiorców w odpowiedzi na potrzeby systemu. W praktyce oznacza to, że przedsiębiorstwa mogą chwilowo zmniejszyć pobór energii lub przenieść najbardziej energochłonne procesy na godziny, w których dostępna jest większa ilość energii z odnawialnych źródeł.

Rozwiązanie to zmniejsza ryzyko występowania nadwyżek produkcji oraz poprawia bilansowanie systemu bez konieczności budowy nowych jednostek wytwórczych.

W przyszłości można spodziewać się coraz większej integracji magazynów energii z mechanizmami DSR. Przedsiębiorstwa będą mogły jednocześnie ograniczać pobór energii z sieci oraz wykorzystywać energię zgromadzoną we własnych magazynach, zwiększając swoją niezależność energetyczną.

Elektrownie wirtualne i cyfryzacja energetyki

Kolejnym krokiem rozwoju rynku są elektrownie wirtualne (Virtual Power Plants – VPP). Nie są to klasyczne elektrownie, lecz cyfrowe platformy zarządzające pracą tysięcy rozproszonych zasobów energetycznych. W skład takiego systemu mogą wchodzić farmy fotowoltaiczne, elektrownie wiatrowe, magazyny energii, stacje ładowania pojazdów elektrycznych oraz odbiorcy uczestniczący w programach DSR.

Za pomocą zaawansowanych algorytmów wszystkie te elementy są koordynowane tak, jakby stanowiły jedną dużą elektrownię. Dzięki temu możliwe staje się znacznie bardziej efektywne zarządzanie energią oraz ograniczenie liczby sytuacji, w których operator systemu zmuszony jest do wydawania poleceń ograniczenia produkcji energii z odnawialnych źródeł.

Rozwój elektrowni wirtualnych będzie w najbliższych latach jednym z najważniejszych kierunków cyfryzacji sektora energetycznego.

Czy sztuczna inteligencja ograniczy skalę curtailmentu?

Coraz większą rolę odgrywa również sztuczna inteligencja. Zaawansowane algorytmy potrafią analizować prognozy pogody, przewidywaną produkcję energii z instalacji odnawialnych, zapotrzebowanie odbiorców oraz ograniczenia sieciowe. Dzięki temu operatorzy oraz właściciele magazynów energii mogą podejmować decyzje jeszcze przed wystąpieniem problemów z bilansowaniem systemu.

Przykładowo, jeśli prognozy wskazują na bardzo wysoką produkcję energii z fotowoltaiki następnego dnia, magazyn może zostać częściowo rozładowany już w godzinach nocnych, aby przygotować odpowiednią pojemność na przyjęcie nadwyżek energii w ciągu dnia.

Takie predykcyjne zarządzanie zasobami pozwala ograniczyć skalę ograniczeń generacji oraz zwiększyć wykorzystanie energii odnawialnej bez konieczności kosztownej rozbudowy infrastruktury sieciowej.

W perspektywie kilku najbliższych lat rozwój sztucznej inteligencji, magazynów energii oraz cyfrowych platform zarządzania może całkowicie zmienić sposób funkcjonowania krajowych systemów elektroenergetycznych. Energia będzie zarządzana nie tylko szybciej, ale przede wszystkim znacznie bardziej inteligentnie, a decyzje dotyczące pracy poszczególnych źródeł będą podejmowane w czasie rzeczywistym na podstawie milionów analizowanych danych.

Zakończenie i wnioski

Rosnąca liczba wyłączeń farm fotowoltaicznych pokazuje, że polska transformacja energetyczna weszła w nowy etap. Jeszcze kilka lat temu najważniejszym wyzwaniem było zwiększenie mocy zainstalowanej w odnawialnych źródłach energii. Obecnie priorytetem staje się efektywne wykorzystanie energii, która została już wyprodukowana.

Curtailment nie jest dowodem na niepowodzenie transformacji energetycznej. Wręcz przeciwnie – świadczy o tym, że rozwój odnawialnych źródeł energii postępuje szybciej niż modernizacja infrastruktury elektroenergetycznej. Wysoka produkcja energii z farm fotowoltaicznych i wiatrowych coraz częściej przekracza możliwości przesyłowe sieci oraz bieżące zapotrzebowanie odbiorców. W takich warunkach operator systemu przesyłowego musi podejmować działania zapewniające bezpieczeństwo pracy Krajowego Systemu Elektroenergetycznego, nawet jeśli oznacza to czasowe ograniczenie produkcji energii z instalacji OZE.

Jednocześnie doświadczenia Polski i innych krajów europejskich pokazują, że samo zwiększanie przepustowości sieci nie będzie wystarczające. Budowa nowych linii elektroenergetycznych pozostanie konieczna, jednak proces ten jest kosztowny i wieloletni. Znacznie większego znaczenia nabierają rozwiązania zwiększające elastyczność systemu – wielkoskalowe magazyny energii, mechanizmy DSR, cable pooling, elektrownie wirtualne oraz inteligentne systemy zarządzania energią.

Spośród tych technologii szczególną rolę odgrywają magazyny energii. Pozwalają one nie tylko ograniczyć skalę wyłączeń farm fotowoltaicznych, ale również zwiększają bezpieczeństwo pracy systemu, umożliwiają świadczenie usług systemowych, poprawiają ekonomikę projektów OZE oraz ułatwiają integrację kolejnych źródeł odnawialnych z siecią. Coraz częściej stają się elementem infrastruktury nie mniej istotnym niż sama instalacja fotowoltaiczna.

W najbliższych latach rozwój rynku będzie koncentrował się na projektach hybrydowych, łączących farmy fotowoltaiczne, elektrownie wiatrowe oraz magazyny energii we wspólnych punktach przyłączenia. Równolegle postępować będzie cyfryzacja sektora energetycznego, wykorzystanie sztucznej inteligencji do prognozowania pracy systemu oraz rozwój usług elastyczności. W efekcie energia elektryczna będzie zarządzana coraz bardziej dynamicznie, a magazyny energii staną się aktywnymi uczestnikami rynku, a nie jedynie urządzeniami służącymi do jej przechowywania.

Dla inwestorów oznacza to konieczność zmiany sposobu planowania nowych przedsięwzięć. Analiza opłacalności projektów OZE nie może już opierać się wyłącznie na prognozowanej produkcji energii. Coraz większe znaczenie mają lokalne ograniczenia sieciowe, możliwość integracji magazynów energii, potencjał świadczenia usług systemowych oraz zdolność instalacji do współpracy z nowoczesnym, elastycznym systemem elektroenergetycznym.

Transformacja energetyczna wchodzi obecnie w etap, w którym sukces nie będzie mierzony wyłącznie liczbą nowych megawatów zainstalowanych w odnawialnych źródłach energii. O jego powodzeniu zdecyduje przede wszystkim zdolność systemu do efektywnego wykorzystania każdej wyprodukowanej megawatogodziny. W tym kontekście magazyny energii przestają być technologią przyszłości – stają się jednym z kluczowych filarów nowoczesnej elektroenergetyki.

Źródła:

1. https://www.pse.pl/redysponowanie-nierynkowe
2. https://raport.pse.pl/en/economic-and-market-impact/development-of-the-transmission-system
3. https://stowarzyszeniepv.pl/wp-content/uploads/2024/06/Raport_PSF_Nierynkowe_redysponowanie_fotowoltaiki_w_Polsce-1.pdf
4. https://www.psew.pl/en/cable-pooling-essential-tool-to-streamline-energy-investments-and-lower-electricity-prices
5. https://kpmg.com/pl/en/insights/law/legal-alert-cable-pooling-summary-for-the-first-six-months-under-the-new-regulations.html

---

Magdalena Pasik

Inżynier Gospodarki Wodnej oraz Inżynier Środowiska, absolwentka Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Na co dzień – Specjalista ds. ochrony środowiska – w pracy zawodowej zajmuje się głównie emisją zanieczyszczeń do powietrza. Ochrona środowiska to nie tylko praca, ale przede wszystkim pasja.