Układamy zadanie "elektrownie węglowe ~ miejskie powerbanki"

Nocny szczyt miejskich powerbanków

Idea modelu:

elektrownie węglowe /moc M'/→ miejskie powerbanki /moc M"/→ miasta do 20 tys. mieszkańców

Każde miasto z N = 175 miast (od 10.000 do 19.999 mieszkańców, Wikipedia: Miasta w Polsce) posiada miejski bateryjny magazyn energii elektrycznej, które ładowane są energią elektryczną z elektrowni węglowej (węgiel kamienny). W tym zadaniu pomijamy inne elektrownie. Umowne parametry statystyczne: elektrownie węglowe są w zadaniu uśrednioną jedną elektrownią węglową o moc M1, którą wytwarza przez 24h. Średnia moc elektroenergetyczna w godz. od 6:00 do 22:00 wymagana dla każdego miasta wynosi M2, którą zapewnia naładowany powerbank. Powerbank ładowany jest w nocy w godz. od 22:00 do 6:00. Straty energii pomijamy. Zatem miejski powerbank naładowany jest w porze nocnej przez 8 godz. i dostarcza miastu wymaganą ilość energii w ciągu dnia w czasie 16 godz.

Podaj związek pomiędzy mocą M1 i mocą M2 dla N miast.

*

Google - Przegląd od AI: "Nocny szczyt energii, czyli «dolina nocna», to godziny między 22:00 a 6:00, w których zużycie prądu jest najmniejsze, a przez co obowiązuje niższa stawka w dwustrefowych taryfach takich jak taryfy G12 czy G12w. W tych godzinach operatorzy rozważają taryfy dwustrefowe, które oferują tańszą energię nocą w porównaniu do droższych godzin szczytu".

*

---

Dopisane. Notatki:

Skala

Ułożenie. Elektrownia przez 8 godz. wytworzy energii w ilości E1 = M1 * 8 [MWh]. Umownie ujmując jest to jakby "ilość wody", która jest przelewana do miejskich zbiorników (powerbanków) o pojemności energetycznej E2 = N * M2 * 16 [MWh]. Zatem energie te powinny być sobie równe, E1 = E2, czyli:

M1 * 8 [MWh] = N * M2 * 16  [MWh], skrót opisu: M1 to elektrownia ("wieloelektrownia"), a "N * M2" to miasto ("wielomiasto") złożone z N miast.

M1 * 1/2 = N * M2
M1 * 0,5 = N * M2

Potrzebujemy wybranie wartości M2, aby uzyskać wartość M1. Rzeczywistość elektroenergetyczna nie jest tak idealna i od metody wytworzenia energii do skorzystania z niej przez klienta poprzez urządzenia elektroenergetyczne zachodzą straty energii. Zmianę energii początkowej na energię końcową określa sprawność. Zatem w układzie mamy m.in. sprawność urządzeń wytwórczych (np. 60%), sieci elektroenergetycznej (np. 90%) i sprawność miejskiego powerbanku w skali całego okresu jego użyteczności i użytkowania (np. 80%). Zatem M1" = M1. Ponadto dodamy do założenia większą pojemność w idei statystycznego oszacowana względem perspektywy wzrostu zapotrzebowania (np. ΔE = +20%, czyli M2" = M2). To wszystko jest wiedzą, jaką w tym scenariuszu zespół realizacji programu prezydenta może uzyskać od stosownych firm uczestniczących w przedsięwzięciu. W  idei opisu poglądowego mamy M1 i M2 jako wartości bez strat energii lub zmienione na wartości po uwzględnieniu strat i rezerwy w powerbanku (ΔE).

W internecie jest podawana informacja o parametrach bateryjnego magazynu energii elektrycznej względem gospodarstw domowych, np. bateryjny magazyn energii elektrycznej o mocy 400 MW, który będzie w stanie dostarczyć energię elektryczną dla ponad 100 tys. gospodarstw domowych. Zatem w idei względem jednego gospodarstwa domowego jest Md = 400 MW/100 tys. = 4000 W = 4 kW. W powyższym modelu dzień to 16 godzin.

Sufitologia

Generalnie idziemy ścieżką dodatnią. W idei modelu jest miasto i 20 tys. mieszkańców (czyli częściej więcej niż w rzeczywistości). Podzielimy przez 2 uznając wynik 10 tys. za liczbę gospodarstw domowych oraz dodamy do tego jeszcze połowę z tej połowy (czyli 5 tys), w której ulokujemy innych odbiorców energii elektrycznej (podmioty gospodarcze i instytucje), które umownie potrzebują mocy równej jak dla 5 tys. gospodarstw domowych. Mając na uwadze, że w tej kategorii zachodzi duże zróżnicowanie. Tak uzyskujemy skalę w idei 10 tys. "umownych gospodarstw domowych". Przy 4 kW na jedno w idei modelu gospodarstwo domowe otrzymujemy łącznie Md = 10 tys *  4 kW = 40 MW = M2

M1 = 2 * 175 *  40 MW
M1 = 14.000 MW
M1 = 14 GW
Z uwagi ma zróżnicowanie względem innych podmiotów niż gospodarstwa domowe, przyjmujemy wyższą skalę, np. rzędu M1 = 15 GW.

Google - Przegląd od AI:

• "Na koniec czerwca 2025 roku łączna moc zainstalowana wszystkich elektrowni w Polsce wynosiła prawie 74 GW (74 000 MW), przy czym znaczącą część (ponad 48,2%, czyli 35,7 GW) stanowiły odnawialne źródła energii (OZE)".
• "Łączna moc osiągalna wszystkich elektrowni węglowych w Polsce wynosi 27 868 MW (na 14 marca 2025), w tym 20 263 MW to moc elektrowni na węgiel kamienny, a 7 605 MW na węgiel brunatny".

Z ok. 20 GW mocy elektrowni na węgiel kamienny rezerwujemy w programie 15 GW. Program naukowy badawczo-rozwojowy. Dobieramy do przedsięwzięcia elektrownie węglowe metodą od najmniejszej mocy, tak aby uzyskać w sumie 15 GW. Mamy zatem w tej idei eksperymentalnego programu zamknięty elektroenergetyczny układ elektrowni węglowych i 175 miast. W którym poszukuje się w zaplanowaniu programu oraz w czasie jego realizacji zmniejszenia kosztów elektrowni. Okres programu 10 lat. Stąd, że w tej idei program wprowadzony jest w obecnej kadencji prezydenta Nawrockiego, który posiada konstytucyjną możliwość dwóch kadencji. Mimo tego, że nie ma gwarancji kontynuowania prezydentury w kolejnej kadencji. Jednak na modyfikację okresu, zmianę, np. ewentualne pomniejszenie okresu badawczego ma okres cyklu użyteczności i użytkowania powerbanków zastosowanych w programie. W tym ułożeniu nie ma w idei budżetu programu zakupu dodatkowo nowych bateryjnych magazynów energii elektrycznej. Zatem jeżeli powerbanki miałyby gwarancje techniczne w jakości trwałości działania nowowyprodukowanego w okresie L lat, to L wyznacza okres badawczy. Oczywiście powerbanki po okresie eksperymentu nie są demontowane.

Start-up

Co się wydarzy? Załóżmy, że dostawcą miejskich powerbanków od prezydenta Nawrockiego jest jeden podmiot, który w zamówieniu o najniższej cenie spełnił wymagania techniczno-organizacyjne w tym interwencyjne w przypadku wad funkcjonowania w danym miejskim projekcie powerbanku. Co w założeniu powinno wnosić niższy koszt i wygodną jakość w terminach instalacji. Zatem zajdzie techniczna przyjemność zawodowa dla elektroenergetyków wdrożenia powerbanków w elektroenergetyczną infrastrukturę 175 miast. Kluczem jednak w idei jest niższy koszt za energię elektryczną dla klienta końcowego czyli mieszkańców miast zarówno w gospodarstwach domowych jak i w działaniu innych podmiotów. Wspomniany powyżej wirtualny koszt programu w wysokości 1,5 mld zł obejmuje zarówno miejskie powerbanki jak i niezbędne działania związane z włączeniem w infrastrukturę elektroenergetyczną. To wyznacza statystyczny koszt na jedno miasto w wysokości 8.6 mln zł.

Patataj patataj

Zatem w tej idei program poprzez "miejskie powerbanki od prezydenta Nawrockiego" tworzy w okresie badawczym trwały, bezpieczny, maksymalnie niezależny, stabilny elektroenergetyczny układ "elektrownia węglowa ~ miasto" w scenariuszu grupa układu elektrowni węglowych i 175 miast do 20 tys. mieszkańców. Elektrownie węglowe w programie działają z dedykowaną mocą wytwórczą w sposób ciągły 24h na dobę. Poza standardowymi wyłączeniami jakie związane są z eksploatacją elektrowni, np. w związku z przeglądem technicznym lub remontem. Program dokonuje ingerencji w układ sieci elektroenergetycznej miejskimi bateryjnymi magazynami energii elektrycznej. I w tym zamkniętym układzie poszukuje się obniżenia kosztów systemu dla beneficjenta końcowego czyli płatnika za energię elektryczną w miastach objętych programem. W ramach programu powstaje w kraju infrastruktura miejskich powerbanków w oparciu o 175 lokalizacji.

Załóżmy, że w takim zamkniętym systemie pojawią się zagadnienia umożliwiające obniżenie kosztu na rachunku klienta w miastach objętych programem. Zatem cała domena układu zejdzie do granicy fizyczno-technicznej. W tej idei 15 GW to jest 75% w ~20 GW mocy elektrowni na węgiel kamienny i 42% względem ~ 36 GW mocy odnawialnych źródła energii wspomnianych powyżej.

Noc przeładowana w dzień

W tym scenariuszu umowna w idei elektrownia węglowa udostępnia moc 15 GW w przez całą dobę. W tym w ciągu 16 godz. dnia na rynek krajowy, a przez 8 godz. w nocny poprzez ładowanie powerbanków dla zapewnienia mocy przez 16 godz. (umowny w tej idei czas dnia) w domenie miast objętych programem. Zatem w dzień nie naładują tych miejskich powerbanków elektrownie fotowoltaiczne, a w nocy nie naładują ich elektrownie wiatrowe. I cała z tych elektrowni energia jest dla Polski, ponieważ miasta objęte programem jej nie potrzebują.

Załóżmy, że powerbank o mocy M2 = 40 MW (40.000 kW) udostępnia w ciąg dnia (16 godz.) ilość E = 40.000 kW * 16h = 640.000 kWh. Google - Przegląd od AI:

• "Cena energii elektrycznej w taryfie nocnej jest zazwyczaj znacznie niższa, nawet o około 40-50%, niż w taryfie dziennej. Na przykład dla 1 kWh w 2025 roku stawki mogły wynosić około 0,62 zł brutto w strefie dziennej i około 0,30 zł brutto w strefie nocnej w taryfie G12w. Różnica ta pozwala na oszczędności, zwłaszcza jeśli przeniesie się zużycie energii na urządzenia elektryczne, takie jak bojlery, ogrzewanie czy ładowarki do samochodów, do godzin nocnych.
• Aby obliczyć koszt 640 000 kWh, należy pomnożyć tę wartość przez stawkę za 1 kWh energii elektrycznej, którą najlepiej sprawdzić na swojej fakturze od dostawcy. Przyjmując przykładową stawkę ok. 0,63 zł/kWh, koszt wyniesie 403 200 zł (640 000 kWh * 0,63 zł/kWh).
• W Polsce od stycznia do 30 września 2025 roku obowiązuje «zamrożona» cena maksymalna energii czynnej na poziomie 0,62 zł brutto/kWh. Jednak finalny koszt 1 kWh energii elektrycznej jest wyższy i może wynieść od ok. 0,97 zł do 1,19 zł lub więcej, ponieważ na ostateczną cenę składają się także opłaty dystrybucyjne i inne stałe składowe rachunku, które różnią się w zależności od sprzedawcy i regionu Polski.
• Składowe całkowitego kosztu 1 kWh.
  - Cena energii czynnej:  Jest to cena za "zużycie" energii elektrycznej, która została zamrożona do 30 września 2025 roku.
  - Opłaty dystrybucyjne: Są to opłaty za "przesyłanie" prądu do Twojego domu, w tym opłaty stałe i zmienne, które znacząco wpływają na końcową cenę, nawet o 50% lub więcej.
  - Inne opłaty: Na rachunku występują także inne opłaty, np. opłata przejściowa, opłata mocowa, opłata OZE, czy podatek VAT, co dodatkowo podnosi cenę.
• Przykładowe ceny całkowite w 2025 roku:
  - Enea: ok. 0,97 zł/kWh brutto
  - Energa: ok. 1,09 zł/kWh brutto
  - PGE: ok. 1,10 zł/kWh brutto
  - Tauron: ok. 0,98 zł/kWh brutto
  Podane ceny są orientacyjne i mogą się różnić w zależności od Twojej taryfy, sprzedawcy i regionu zamieszkania".
  

Przyjmując przykładową stawkę nocną 0,30 zł/kWh, to koszt wyniesie 192000 zł (640 000 kWh * 0,30 zł/kWh). Zatem różnica między stawką nocną i dzienną wynosi 211.200 zł =  403.200 zł - 192.000 zł. Przyjmijmy poglądowo wartość różnicy (dla ceny za 1 kWh, stawka nocna minus stawka dzienna) na poziomie  190 tys. zł. Każdego dnia jest to w tej idei kwota zaoszczędzona na jednym powerbanku. Dla 175 suma oszczędności w ciągu 1 dnia wynosi 33.250.000 zł = 175 * 190 000 zł. Dla 45 dni wartość wynosi ~1.5 mld. Zatem w tym ułożeniu jest to skala wartość kosztu programu. Niemożliwe. Coś jest niewłaściwie policzone? Za krótki czas w relacji "koszt inwestycji = oszczędności kosztu za energię". Zauważmy, że dla jednego miasta oszczędności w ciągu 45 dni wynoszą 8.550.000 zł. Co jest zbieżne z wcześniej wyznaczeniem statystycznego kosztu inwestycji na jedno miasto w wysokości ~8.6 mln zł (1,5 mld zł / 175).

*

Dopisane

Pierwszy szkic w idei podał WieB: moc electrowni = 50% mocy potrzebnej dla miasta