Petak, deseti srpnja 2015. godine, poprilično je važan datum u novijoj povijesti svjetske energetike. U ranojutarnjim satima tog dana, naime, angažirana snaga vjetroelektrana u Danskoj dosegnula je 140 posto ukupnog potrebnog kapaciteta elektroenergetskog sustava. Pojednostavljeno rečeno, proizvodnja iz tamošnjih vjetroelektrana nadmašila je potrebe za gotovo 50 posto, a taj doseg u međunarodnim je medijima vrlo ekstenzivno popraćen uz komentare kako se radi o novom važnom momentu u razvoju zelenih energetskih sustava temeljenih na obnovljivim izvorima energije.
Ipak, vrlo malo medija izvijestilo je o tome što se dogodilo već sljedećg dana, u subotu 11. srpnja. Tog dana, već prije svitanja, diljem Danske počeo je jenjavati vjetar koji je kontinuirano puhao tijekom ranijih 48 sati. Već oko 10 sati ujutro proizvodnja iz danskih vjetroelektrana pala je gotovo na nulu, a da bi potrebe sustava bile zadovoljene, operater tamošnjeg sustava bio je prisiljen angažirati oko 2 gigavata proizvodne snage iz uvoza. Zahvaljujući nepredvidljivoj nestalnosti proizvodnje energije iz vjetra, danski elektroenergetski sustav u samo 24 sata bio je suočen s dvije ekstremne posljedice istog problema.
Kako je osnovni preduvjet stabilnosti elektroenergetske mreže to da proizvodnja, odnosno ponuda, u svakom trenutku odgovara potrošnji energije, Danci su prvo u trenutku goleme proizvodnje vjetroelektrana bili prisiljeni energiju izvoziti kako bi mreža bila stabilna, a potom već sutra zbog veće potražnje od proizvodnje i nedostatka vlastitih konvencionalnih proizvodnih objekata, energiju opet uvoziti. Taj problem - stohastičnost proizvodnje energije iz obnovljivih izvora energije - danas je najveća prepreka izgradnji zelenog energetskog sustava, lišenog upotrebe fosilnih goriva. I vidljiv je na svim razinama.
U elektroenergetskim sustavima s visokim udjelom energije proizvedene u fotonaponskim elektranama, sustavni problem nastaje sredinom dana kad zbog povoljne pozicije sunca njihova proizvodnja doseže maksimum, dok je s druge strane vrhunac potrošnje tipično predvečer, kad proizvodnja solarnih elektrana već postaje nepostojeća. Ta pojava, u energetskim krugovima poznata i pod nazivom 'pačja krivulja' (eng. duck curve), također je prepreka većem udjelu solarne energije u energetskim sustavima. Postoji više metoda koje bi mogle biti rješenje za balansiranje proizvodnje obnovljivih izvora energije, no sve imaju prednosti i nedostatke. Najrudimentarniji je poboljšanje performansi flote konvencionalnih elektrana, koje bi im omogućile da se brzo uključuju i isključuju iz mreže ovisno o potrebama balansiranja.
Problem s takvim modelom je što zahtijeva gotovo paralelno održavanje dva proizvodna sustava - konvencionalnog i 'zelenog' - praktički jednake proizvodne snage, što je enormni trošak. Drugi model je skladištenje energije, gdje bi se viškovi proizvedeni u jednom dijelu dana skladištili i koristili u trenucima manjka proizvodnje. Problem s tim rješenjem je što još uvijek ne postoji cjenovno efikasna tehnologija skladištenja primjenjiva u volumenima potreba cjelokupne mreže, a one i koje postoje - poput reverzibilnih hidroelektrana - iznimno su energetski negativne, što znači da se znatne količine energije u cijelom procesu gube. Treća mogućnost je povećanje interkonektivnosti - ideja da se povećanjem distributivne infrastrukture stvore uvjeti da se viškovi energije transferiraju diljem jednom multinacionalnog sustava - poput Europske unije - te tako postiže fleksibilnost.
Taj model, pak, podrazumijeva golema ulaganja, ali i visok stupanj usklađivanja između nacionalnih operatera mreže što je dug i kompleksan proces. No, postoji i četvrta mogućnost. Zove se 'demand response' i mnogi stručnjaci smatraju kako se radi o tehnologiji koja će biti kičma elektroenergetskih sustava budućnosti. Zapravo radi se o promjeni paradigme. Dosad se balansiranju mreže pristupalo iz perspektive upravljanja proizvodnjom, koja se prilagođavala potrošnji. Demand response tehnologije, koristeći napredna IT rješenja, upravljaju potrošnjom, osiguravajući da se energija troši onda kad je najobilnija i sukladno tome - najjeftinija. Pojednostavljeno rečeno, mogu li klimatizacijski uređaji u velikim uredskim zgradama jače raditi noću i tijekom pauze za ručak te na taj način rashladiti prostor i 'izravnavati' trenutke proizvodnog suficita koji se u tim vremenskim terminima pojavljuju? Mogu li elektroautomobili spojeni na punilišta automatski dopunjavati svoje baterije u trenucima vršne proizvodnje, a prazniti ih u trenucima vršne potrošnje? Može li industrija dizajnirati svoje proizvodne procese tako da se energetski intenzivni dijelovi odvijaju u trenucima viška proizvodnog kapaciteta?
Demand response odgovor je na sva ova pitanja, a široka ekspanzija te tehnologije u srcu je svakog koncepta inteligentnih urbanih naselja budućnosti. Dapače, neki vrlo konkretni primjeri primjene ovog novog koncepta upravljanja elektroenergetskim mrežama već postoje. Najdalje su otišli u SAD-u. Još 2014. u toj državi je 9,3 milijuna potrošača raznih profila, od kućanstava preko komercijalnih do industrijskih, sudjelovalo u nekom obliku 'demand response' programa. Prema podacima tamošnje Uprave za energetsko informiranje (EIA) u tom procesu ostvarene su uštede od 1,4 milijuna megavatsati, smanjen je angažman konvencionalnih elektrana kumulativne snage od 12.700 megavata, a poticaj (čitaj: profit) potrošača za sudjelovanje u programu iznosio je oko 1,2 milijarde dolara. Procjenjuje se kako će tamošnje tržište 'demand response' usluga do 2020. biti vrijedno oko 60 milijardi dolara godišnje. Ipak, na drugoj strani Atlantika situacija je bitno drukčija, a usprkos vrlo temeljitim pokušajima Europske unije da uspostavi jedinstveno europsko tržište električne energije, 'demand response' implementira se puno sporije i to kroz pojedinačne incijative različitih država. Da bi se to promijenilo, evidentno je da pred razvojem europskog 'demand response' tržišta stoje barem četiri velika izazova.
Regulativa
Osnovni problem europskog 'demand response' tržišta je što ono još uvijek zapravo nije tržište. Dapače, u mnogim europskim zemljama još uvijek nije zakonski niti dopušteno formiranje komercijalnih proizvoda temeljenih na fleksibilnosti potrošnje. Problem je zapravo historijski. Povijesno su uvijek proizvodni kapaciteti bili izvori fleksibilnosti mreže, pa je stoga i većina regulative prilagođena tome. Primjerice, veliki europski proizvođači papira - golemi konzumenti energije - danas bi tehnološki vrlo jednostavno mogli u trenucima prevelike opskrbe sustava prekinuti vlastitu proizvodnju (često imaju vlastite proizvodne resurse), te povući višak energije iz sustava, no prema aktualnim mrežnim pravilima ne samo da zbog toga ne bi bili nagrađeni, već bi ih u većini europskih zemalja operator distributivne mreže vjerojatno još i penalizirao zbog odstupanja od ugovorenog rasporeda i kapaciteta korištenja mreže. Zbog toga tržišta zapravo nema, a u većini država EU fleksibilnost mreže osiguravaju veliki proizvodni objekti ili industrijski potrošači, često - kao u primjerice Španjolskoj - kroz obvezu uključivanja i isključivanja iz temeljem naloga operatora. Tek pet država Europske unije danas na snazi ima regulativu koja dopušta poslovanje tzv. agregatora - specijaliziranih tvrtki koje upravljajući velikim brojem potrošača pružaju 'demand response' usluge krajnjim korinsicima.
Tržište
Poslovanje takvih tvrtki zapravo je ključni preduvjet stvaranje tržišta 'demand response' usluga. Američko tržište izraslo je upravo na takvim kompanijama, posebno zato što su mali potrošači - kućanstva i poduzetnici - zapravo raspolažu s vrlo malom snagom koju mogu angažirati u takvim poslovima. Da bi postali komercijalno zanimljivi moraju se udružiti, no u većini europskih država pristup tržištu kompanijama koje bi to radile zatvoren je kroz niz regulativnih barijera i čudnih procedura. Primjerice, da bi u Njemačkoj takva tvrtka mogla poslovati, ona mora osigurati prethodno odobrenje ostalih dionika u sustavu - proizvođača, opskrbljivača i operatera mreže - a oni očekivano na dolazak novih neovisnih igrača u svoj biznis gledaju kao prijetnju. Nadalje, europskim vertikalno integriranim energetskim kompanijama često je uvođenje takvih 'demand response' usluga neprihvatljivo, jer usluge balansiranja koriste kao sredstvo poboljšanja rentabilnosti svoje flote starijih, konvencionalnih elektrana. Također, važeća tržišna regulativa ne predviđa osnovne mehanizme funkcioniranja tih novih usluga, od standardiziracije odnosa neovinsih pružatelja 'demand response' usluga s opskrbljivačima struje, do modela nadoknade odstupanja od planiranih uzoraka potrošnje. Na koncu, da bi usluga uopće bila komercijalno dostupna, a potrošnja bila upravljiva, mora prvo biti mjerljiva. A to znači i ulaganja u infrastrukturu.
Infrastruktura
Dakako, da bi potrošač zauzeo aktivniju ulogu na tržištu električne energije, taj njegov doprinos mora biti mjerljiv. Pojednostavljeno rečeno, implementacija 'demand response' rješenja izravno ovisi o penetraciji tzv. pametnih brojila - uređaja koji operaterima elektroenergetske mreže omogućavaju da u svakom trenutku mjere tokove električne energije na svakom potrošačkom mjestu. Dakako, raširenost takvih uređaja znatno varira između država članica EU - samo Švedska i Italija imaju potpunu penetraciju - a iako EU predviđa da će do 2020. 72 posto europskih potrošača električne energije imati takve uređaje, radi se o vrlo skupom procesu. Prema Europskoj komisiji cijena ugradnje takvog uređaja košta između 200 i 250 eura, pa je evidentno da se otvara pitanje tko treba snositi taj trošak. Potrošači su tradicionalno neskloni novim troškovima, a ako se ta obveza prebaci na operatere sustava, za očekivati je da bi onda cijena te investicije kao opravdani trošak bila uključena u reguliranu naknadu korištenja mreže, te tako rezultirala barem kratkoročnim povećanjem cijene energije. Slično vrijedi i za svu ostalu infrastrukturu. Logično je da svi opskrbljivači grade punionice za elektroautomobile, no da bi te punionice funkcionirale dvosmjerno - i kao točke snabdijevanja mreže - potreban su znatna ulaganja, a nejasno je tko je za njih odgovoran. Kako su ulaganja mjerena u okvirima uštede na pojedinom mjestu - dakle kod velikih potrošača - evidentno je zašto će glavni segment rasta 'demand response' tržišta biti baš u industriji.
Psihologija
Zašto je industrija zapravo glavni ciljani korisnik 'demand response' usluga nije teško shvatiti. U SAD-u taj segment potrošača, iako obuhvaća tek jedan posto mjernih mjesta uključenih u ovakve inicijative, ostvaruje 54 posto ušteda na angažiranoj proizvodnoj snazi, te 43 posto financijskih koristi. Kod kućanstava taj razvoj će biti znatno polaganiji, prvenstveno zbog već poznate nefleksibilnosti tog segmenta korisnika. Bez obzira na razmjer angažmana u 'demand response' usluzi, takvi aranžmani zahtijevaju određene promjene uzorka potrošnje, što u slučaju rezidencijalnih korisnika znači i promjenu životnih navika. A to - pokazuju to iskustva iz brojnih drugih industrija - zahtijeva znatan financijski poticaj. Francuski EDF već nekoliko godina svojim potrošačima nudi tzv. dinamične tarife, gdje se svi dani godine klasificiraju temeljem ranijih podataka o odnosu potrošnje i proizvodnje energije, te se programira automatsko spahjanje i odspajanje kućnih uređaja za grijanje vode i zraka u kritičnim danima, kad je deficit energije visok. Vlasnici tipičnog francuskog kućanstva u tim 'crvenim' danima mogu uštedjeti i do 45 posto potrošnje. Ipak, što ako im je hladno? To pitanje zapravo je ograničavajući faktor svim velikim planovima vezanim za 'demand response' usluge kod kućanstava. A tu je i problem privatnosti, pa neka istraživanja pokazuju da čak 60 posto korisnika strahuje kako bi njihovi privatni podaci o energetskoj potrošnji prikupljeni pomoću pametnih brojila mogli biti zloupotrijebljeni.
Svi ovi problemi morat će biti riješeni prije nego što će 'demand response' zaživjeti u svom punom potencijalu, no ako tehnologija postoji, za očekivati je će svijet pronaći adekvatan način da je iskoristi. Najskuplji kilovatsat energije je onaj koji nemamo kad nam je potreban, a ništa menje skup nije niti onaj koji imamo kad nam ne treba. Jesmo li dovoljno bogati da ignoriramo tu činjenicu?