Krzywa kaczki

Krzywa kaczki (ang. duck curve^[1][2][3]) – wykres obrazujący dobowe zapotrzebowanie na energię elektryczną po odjęciu energii elektrycznej dostarczanej przez źródła odnawialne (zmienne^[a]) energii (głównie energię słoneczną). Zapotrzebowanie to znacząco zmniejsza się za dnia, co jest skutkiem wzrostu produkcji energii ze źródeł słonecznych (głównie fotowoltaicznych – PV), a następnie szybko rośnie po zachodzie słońca, kiedy produkcja z tych źródeł zanika^[2][4].

Krzywa ta (na ilustracji linia w kolorze pomarańczowym) przypomina nieco kształt kaczki (stąd nazwa^[1]):

• w godzinach popołudniowych (ale przed zachodem słońca) pojawia się duża nadwyżka energii ze źródeł PV („brzuch kaczki” na wykresie), co prowadzi do drastycznego spadku cen prądu (nawet do wartości ujemnych) i wymusza odłączanie części instalacji OZE^[4][5][6];
• po zachodzie słońca instalacje PV przestają działać („szyja kaczki”), a ludzie wracają do domów i włączają urządzenia oraz oświetlenie w swoich mieszkaniach, przez co wzrasta popyt (zapotrzebowanie) na energię.

Obserwacje rynku energetyki w USA wskazują, że zjawisko to, obserwowane od końca pierwszej dekady XXI wieku^[1], z roku na rok się pogłębiało^[3] i wciąż jest jednym z największych wyzwań współczesnej energetyki (również w Polsce)^[4][7]. Energetyka musi w ciągu tych kilku godzin uruchomić konwencjonalne elektrownie (np. węglowe lub gazowe), aby sprostać wzrostowi zapotrzebowania^[4][7].

Rozwiązaniem problemu, by nie marnować nadwyżek energii i odciążyć system, jest m.in. budowa wielkoskalowych magazynów energii (między innymi przy wykorzystaniu elektrowni szczytowo-pompowych, ale także systemów wykorzystujących baterie akumulatorów (zarówno lokalnych instalowanych przez indywidualnych odbiorców energii^[6], jak i takich o wielkiej pojemności^[b]), które gromadzą energię w dzień, aby oddawać go do sieci wieczorem^[4][8][9].

Stosuje się też zarządzanie zapotrzebowaniem na energię, w tym:

• dynamiczne ustalanie cen energii zależnych od czasu użytkowania i cen ustalanych w czasie rzeczywistym;
• wykorzystanie technologii inteligentnej sieci elektroenergetycznej^[10].

Tam, gdzie jest to ekonomicznie uzasadnione (np. w krajach o dużej rozciągłości równoleżnikowej, gdzie wschód i zachód słońca pojawia się w znacząco różnym czasie, jak USA i Chiny)^[c], stosowane jest także przesyłanie energii elektrycznej z zachodu, gdzie słońce operuje jeszcze wysoko na niebie i jest duża nadwyżka produkcji PV, na wschód, gdzie słońce jest nisko lub zachodzi^[10][b]. Metodę tę też promują też m.in. Indie w ramach międzynarodowego projektu One Sun, One World One Grid („Jedno słońce, jeden świat, jedna sieć”)^[11].

Podejmowane działania zapobiegawcze zmierzające do złagodzenia skutków „krzywej kaczki”, m.in. masowe wdrożenie bateryjnych magazynów energii (BESS – Battery Energy Storage System), przynoszą rezultat dający się zaobserwować od pierwszych lat trzeciej dekady XXI wieku. Obserwuje się wypłaszczenie i dekonstrukcję tradycyjnej „krzywej kaczki”, przekształcając profil zapotrzebowania netto sieci w bardziej stabilną linię. BESS łagodzą kluczowe problemy tej krzywej zarówno poprzez unoszenie „brzucha” kaczki w południe jak ścinanie jej „głowy” w wieczornym szczycie^{[12][13][14][15][16]}.

Jednym z największych zagrożeń wynikających ze specyfiki źródeł PV była konieczność błyskawicznego (w ciągu 1–2 godzin) uruchomienia jednostek konwencjonalnych o mocy wielu gigawatów, by zastąpić wygasającą fotowoltaikę. Jako systemy o natychmiastowym czasie reakcji (mierzonym w milisekundach) BESS przejmują na siebie pierwsze uderzenie wieczornego popytu, skutkiem czego stromo wznosząca się linia („szyja” kaczki) ulega pochyleniu i wygładzeniu. Zdejmuje to z operatorów systemów przesyłowych poważny stres operacyjny^[17][18].