Co to jest mikrosieć elektroenergetyczna i jakie jej zalety w budownictwie pasywnym?

Obecnie mamy do czynienia z trendem ku decentralizacji wytwarzania energii elektrycznej, co polega na odchodzeniu od tradycyjnych systemów opartych na dużych elektrowniach, zasilających całe miasta.

Powodem są zarówno wysokie ceny energii pochodzącej z elektrowni konwencjonalnych, opartych głównie na węglu, jak i coraz większa dostępność źródeł energii odnawialnej, głównie paneli fotowoltaicznych. Ponadto podczas budowy sieci nie przewidywano tak intensywnego rozwoju OZE oraz tego, że energia będzie płynąć w obie strony, czyli także od odbiorców do dostawców. Coraz więcej właścicieli domów staje się prosumentami, czyli jednocześnie producentami i konsumentami energii. Wszystko to doprowadza do rozwijania się energetyki rozproszonej i powstawania mikrosieci, czyli małych, autonomicznych systemów elektroenergetycznych.

Czym są mikrosieci?

Mikrosieć elektroenergetyczna (ang. micro grid) to mała lokalna sieć energetyczna, która jest wydzielona i niezależna od tradycyjnej sieci elektroenergetycznej. Może pracować w trybie off-grid albo wyspowym, czyli całkowicie oddzielnie lub w trybie on-grid, czyli współpracy z siecią dostawcy – Zakładu Energetycznego. W odróżnieniu od sieci tradycyjnych, mikrosieci wytwarzają energię elektryczną lokalnie, głównie ze źródeł odnawialnych, nie zaś centralnie, ze źródeł nieodnawialnych. Istnieją mikrosieci zarówno prądu zmiennego AC, jak i stałego DC. W skład typowej mikrosieci wchodzą systemy:

Wytwarzające energię. Mogą to być panele fotowoltaiczne, panele słoneczne, turbiny wiatrowe, małe elektrownie wodne, ogniwa paliwowe, pompy ciepła oraz inne źródła. Aby zabezpieczyć dostawy energii, wykorzystuje się także agregaty gazowe.
Magazynujące energię. Są to systemy oparte głównie na akumulatorach litowo-jonowych.
Dystrybucji energii. Odpowiadają za rozdział i doprowadzenie energii do odbiorców.
Sterowania mikrosiecią. Systemy te monitorują i zarządzają stanem sieci w celu utrzymania bilansu energii elektrycznej i jej właściwych parametrów, optymalizują wydajność oraz sterują współpracą z operatorem sieci zewnętrznej.

Zalety mikrosieci

Mikrosieci posiadają zalety zarówno dla odbiorców energii i użytkowników sieci, jak również mają bardziej globalny charakter:

Gwarantują zwiększenie bezpieczeństwa energetycznego, umożliwiając utrzymanie dostaw energii do budynków nawet w sytuacjach awaryjnych (np. uszkodzenie linii na skutek powodzi czy silnego wiatru albo kabla przez koparkę). Ponieważ zaprojektowany dawno temu krajowy system energetyczny jest przeciążony, mikrosieci zwiększają jego stabilność oraz ułatwiają zachowanie właściwego napięcia i częstotliwości prądu (230/400 V 50 Hz). Coraz popularniejsze samochody elektryczne pobierają w stacjach szybkiego ładowania bardzo dużą moc (do 120 kW), co jest jedna z przeszkód na drodze ich popularyzacji, dlatego jednym z rozwiązań tego problemu jest ładowanie baterii trakcyjnych ze źródeł odnawialnych.
Pozwalają na uzyskanie samowystarczalności energetycznej. Co prawda nie jest możliwe zlikwidowanie centralnego systemu wytwarzania i dystrybucji energii, jednak wprowadzanie „wysp” odciążających produkcję centralną jest całkowicie realne.
Są krokiem ku budynkom autonomicznym, czyli zaprojektowanym tak, aby mogły funkcjonować niezależnie od infrastruktury zewnętrznej, czyli bez dostarczania z zewnątrz energii elektrycznej i wody oraz bez odbierania ścieków i kanalizacji burzowej.
Pozwalają na bardziej ekologiczne pozyskiwanie energii, co ma pozytywne znaczenie dla środowiska naturalnego i zmniejszania efektu cieplarnianego. Wdrożenie mikrosieci energetycznych na dużą skalę może pozwolić na zmniejszenie uzależnienia gospodarki naszego kraju od paliw kopalnych, takich jak węgiel kamienny czy brunatny.
Minimalizują straty energii. Tradycyjny system elektroenergetyczny wykorzystuje sieci wysokiego, średniego i niskiego napięcia (220 kV, 110 kV, 15 kV, 230/400 V) oraz rozbudowane stacje energetyczne i transformatorowe. Taki skomplikowany system wynika z konieczności ograniczania strat energii na skutek nagrzewania się przewodów i kabli od przepływającego prądu oraz spadku napięcia na długich (czasem wielokilometrowych) liniach. Natomiast mikrosieci są małe, linie przesyłowe krótkie, dlatego nie są potrzebne rozbudowane stacje elektroenergetyczne, zaś straty przesyłowe są znacznie mniejsze.
Redukują koszty ponoszone przez konsumentów. Mikrosieć może znacznie obniżyć ilość coraz droższej energii kupowanej od dostawcy (Zakładu Energetycznego). Ponadto nadmiar energii wyprodukowanej przez fotowoltaikę można odsprzedać.

Mikrosieci a domy pasywne

Domy pasywne spełniają wysokie wymagania efektywności energetycznej – do ich ogrzewania potrzebne jest maksymalnie 15 kWh/m² energii w ciągu roku. Uzyskuje się to dzięki doskonałej izolacji termicznej i szczelności powietrznej budynku, zastosowaniu odpowiednich okien i drzwi, systemu wentylacji z rekuperacją oraz eliminacji mostków termicznych. Dzięki temu dom pasywny potrzebuje mało energii dla celów ogrzewania i klimatyzacji co oznacza, że koszty jego eksploatacji są niskie. Szczególnie w sytuacji, gdy zostanie wyposażony w panele fotowoltaiczne oraz pompę ciepła. Problem może się pojawić w nocy i zimą, gdy fotowoltaika nie działa lub działa ze zbyt małą wydajnością. Wówczas pompa ciepła musi być zasilana z sieci zewnętrznej, co oznacza koszty (niekorzystny system rozliczania net-billing) lub z akumulatora energii, jednak urządzenia te są jeszcze dość drogie. Z pomocą mogą wtedy przyjść mikrosieci. Ponieważ jak do tej pory w Polsce mikrosieci nie uzyskały znaczącej popularności (znany jest głównie projekt Taurona, zrealizowany na Śląsku), głównie z powodu przeszkód natury prawnej, podamy przykład wykorzystania mikrosieci do zasilania domów pasywnych z Wielkiej Brytanii. W miejscowości Hook Norton zbudowano niedawno 12 drewnianych domów szkieletowych z ociepleniem włóknem drzewnym i betonem konopnym oraz osiedlowy dom kultury (community center) i kilka stacji ładowania pojazdów elektrycznych. Każdy z tych nowych domów posiada na dachu panele fotowoltaiczne, których łączna moc wynosi 68 kWp. Połączono je w mikrosieć, która obejmuje także magazyn energii o pojemności 100 kWh oraz istniejącą już instalację PV o mocy 5 kWp na budynku miejscowego centrum sportu i rekreacji. Nadmiar energii produkowanej przez panele fotowoltaiczne na domach będzie przesyłany do magazynu energii, w celu późniejszego wykorzystania w okresach szczytowego zapotrzebowania. Budynki wyposażone są w powietrzne pompy ciepła. Zaoferowano je za przystępną cenę, zaś mikrosieć obniży koszty eksploatacji urządzeń elektrycznych oraz ogrzewania i klimatyzacji. Mieszkańcy będą mogli kupować energię elektryczną od operatora mikrosieci taniej, niż od tradycyjnych dostawców.

Pogłębiaj swoją wiedzę, czytaj poradniki

Opracowanie redakcja : (P.H.)

Materiał objęty prawem autorskim. Publikacja w części lub w całości wyłącznie za zgodą redakcji portalu www.pasywny-budynek.pl