Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
Jaka Vitko
Vključitev sončne elektrarne v trgovanje z električno energijo po principu vsak z vsakim
Diplomsko delo
Visokošolski strokovni študijski program prve stopnje Aplikativna elektrotehnika
Mentor: prof. dr. Miloš Pantoš
Ljubljana, 2021
I
II
Zahvala
Za vso pomoč, nasvete in podporo pri nastajanju zaključne naloge se zahvaljujem prof. dr.
Milošu Pantošu.
III
Povzetek
V zaključni nalogi raziskujem trgovanje z električno energijo s pomočjo nove tehnologije trgovanja vsak z vsakim. Želel sem preveriti, ali je takšen način trgovanja v današnjem času smiseln in kakšni so prihranki pri letnem strošku nakupa električne energije. Vse izračune sem izvedel na podlagi podatkov lastne samooskrbne sončne elektrarne v letu 2020.
Najprej sem raziskal pridobivanje električne energije v Sloveniji s pomočjo sončnega sevanja in podrobneje predstavil delovanje sončnih elektrarn in njenih elementov. V nadaljevanju sem predstavil veleprodajni in maloprodajni trg električne energije, kar mi je nudilo podlago za nadaljnje raziskovanje novih načinov trgovanja. Trgovanje vsak z vsakim omogoča prosto in varno trgovanje brez posrednikov, saj temelji na informacijski tehnologiji veriženja blokov in pametnih pogodbah. V Sloveniji to področje zastopa podjetje SunContrat, ki je razvilo energetsko tržnico, kjer lahko na preprost in varen način prodajamo in kupujemo električno energijo.
Z različnimi izračuni in primerjavami sem izračunal letni strošek nakupa električne energije v letu 2020 pri obstoječem dobavitelju in na energetski tržnici SunContract. Na podlagi rezultatov sem ugotovil, da v našem primeru takšno trgovanje ne bi bilo najbolj smiselno, vendar razvoj takšnih tehnologij vsekakor ponuja določene prednosti in izboljšave za trg električne energije v Sloveniji.
Ključne besede: obnovljivi viri, trg električne energije, tehnologija veriženja blokov, energetska tržnica, trgovanje vsak z vsakim
IV
Abstract
In my final thesis, I researched electricity trading using new peer to peer trading technology.
My goal was to research, if this kind of trading makes sense nowadays and how much we can save on electricity annually. I performed all calculations on the basis of data collected from my own self-sufficient solar power plant in 2020.
First, I researched the production of electricity in Slovenia with the help of solar radiation, then I presented the operation of solar power plants and their elements. In the following, I presented the wholesale and retail electricity market, which provided me with a basis for further research into new ways of trading. Peer to peer trading enables free and secure trading without intermediaries, as it is based on blockchain technology and smart contracts. In Slovenia, this area is represented by the company SunContract, which has developed an energy market where we can sell and buy electricity in a simple and safe way.
With various calculations and comparisons, I wanted to calculate the annual cost of purchased electricity in 2020 from an existing supplier and at the SunContract energy market. Based on the results, I concluded that in our case, such trading would not make the most sense, but the development of such technologies certainly offers certain advantages and improvements for the electricity market in Slovenia.
Keywords: renewable resources, electricity market, blockchain technology, energy market, peer to peer trading
V
Vsebina
1 UVOD ... 1
1.1 Ozadje problema ... 1
1.2 Cilji ... 1
1.3 Struktura zaključne naloge ... 2
2 TEORETIČNE OSNOVE IN PREGLED LITERATURE ... 2
2.1 Viri električne energije v Sloveniji ... 2
2.1.1 Obnovljivi viri energije v Sloveniji ... 3
2.2 Proizvodnja električne energije s pomočjo sončnega sevanja ... 5
2.2.1 Sončna energija... 5
2.2.2 Sončne elektrarne ... 6
2.2.2.1 Solarni modul ... 8
2.2.2.2 Solarni optimizator ... 11
2.2.2.3 Omrežni razsmernik ... 12
2.2.3 Sončne elektrarne v Sloveniji... 13
2.3 Oskrba z električno energijo ... 15
2.3.1 Trg električne energije ... 16
2.3.1.1 Veleprodajni trg električne energije ... 17
2.3.1.2 Maloprodajni trg električne energije ... 18
2.3.1.3 Izravnalni trg... 18
2.4 Trgovanje z električno energijo vsak z vsakim ... 19
2.4.1 Tehnologija veriženja blokov ... 19
2.4.1.1 Ethereum ... 21
2.4.2 Tehnologija veriženja blokov v energetskem sektorju ... 23
2.4.2.1 Peer to peer (P2P) trgovanje električne energije ... 24
2.4.3 SunContract ... 24
2.4.3.1 Energetska tržnica ... 26
3 TRGOVANJE Z ELEKTRIČNO ENERGIJO NA PRIMERU LASTNE SONČNE ELEKTRARNE ... 30
VI
3.1 Analiza proizvodnje, porabe in samooskrbe z električno energijo na lastnem odjemnem mestu v letu
2020 ... ...31
3.2 Izračun stroška nakupa električne energije v primeru novega in obstoječega dobavitelja ... 33
3.3 Izračun stroška nakupa električne energije v primeru trgovanja na energetski tržnici SunContract . 34 3.3.1 Prvi primer ... 35
3.3.2 Drugi primer ... 35
3.4 Izračun stroška nakupa električne energije v primeru trgovanja na energetski tržnici SunContract kot proizvajalec električne energije ... 37
4 UGOTOVITVE IN RAZLAGA REZULTATOV ... 40
5 ZAKLJUČEK ... 41
6 VIRI IN LITERATURA ... 42
VII
Kazalo slik
Slika 2.1: Proizvodnja električne energije v Sloveniji za leto 2019 [1] ... 3
Slika 2.2: Proizvodnja električne energije v Sloveniji iz obnovljivih virov za leto 2019 [1] .... 4
Slika 2.3: Obsevanost Slovenije v letih 1993 do 2003 [7] ... 6
Slika 2.4: : Prikaz delovanja sončne elektrarne [9] ... 7
Slika 2.5: Delovanje sončne celice [12] ... 9
Slika 2.6: Vpliv orientacije in naklona na izkoristek sončne energije [16] ... 10
Slika 2.7: Odvisnosti od temperature panela in od jakosti sončnega sevanja [15] ... 11
Slika 2.8: Karakteristika solarnega modula [15] ... 11
Slika 2.9: Osnovna zgradba fotonapetostnega omrežnega razsmernika [17] ... 13
Slika 2.10: Trenutna inštalirana moč sončnih elektrarn v Sloveniji [18] ... 13
Slika 2.11: Prikaz komulativne inštalirane moči sončnih elektrarn v Sloveniji v preteklih letih z napovedjo za prihodnja leta [18] ... 15
Slika 2.12: Standardizirani produkti veleprodajnega trga [24] ... 17
Slika 2.13: Blokovna veriga in dva primera naslednjih blokov ... 20
Slika 2.14: Delovanje pametnih pogodb [31] ... 22
Slika 2.15: Logotip kriptokovanca SNC [31] ... 25
Slika 2.16: Energetska tržnica SunContract [31]... 28
Slika 3.1: Samooskrbna sončna elektrarna ... 31
Slika 3.2: Poraba, proizvodnja in samooskrba z električno energijo... 32
Slika 3.3: Energetska bilanca... 33
VIII
Kazalo tabel
Tabela 2.1: Znesek varščine glede na bruto vrednost računa za dobavljeno električno energijo
... 27
Tabela 2.2: Znesek varščine v primeru samooskrbne sončne elektrarne ... 27
Tabela 3.1: Primerjava cene in stroška električne energije med dobavitelji ... 34
Tabela 3.2: Primer izračuna stroška električne energije z 20% nižjo ceno od povprečja na trgu ... 35
Tabela 3.3: Ponudbe proizvajalcev na energetski tržnici SunContract in ponudbe dobaviteljev električne energije v Sloveniji ... 36
Tabela 3.4: Primer izračuna stroška električne energije z 6% nižjo ceno od povprečja na trgu ... 36
Tabela 3.5:Količina prodane ali dokupljene električne energije. ... 37
Tabela 3.6: Cena električne energije v letu 2020 po četrtletjih [37]–[40] ... 38
Tabela 3.7: Strošek in dobiček pri trgovanju z električno energijo na energetski tržnici ... 38
IX
1
1 Uvod
1.1 Ozadje problema
Pridobivanje električne energije iz obnovljivih virov je iz leta v leto bolj priljubljeno. Lastniki hiš, predvsem pa lastniki novogradenj, se vse več odločajo za čistejše in enostavnejše oblike ogrevanja, kot so naprimer toplotne črpalke. S tem se poraba električne energije močno poveča, zato se marsikdo odloči za način samooskrbe s pomočjo sončne elektrarne. Elektriko, ki jo uporabnik proizvede vrača v omrežje; v času ko proizvodnja električne energije ne zadostuje porabi, del energije pridobiva iz omrežja. V dogovoru z dobaviteljem električne energije se na koncu leta naredi letni obračun in se tako izračuna kakšna je razlika v proizvedeni in prejeti električni energiji.
Marsikdo naleti na težavo, ko je proizvedene električne energije več kot porabljene in uporabnik za svoj vložek energije ne prejme plačila. Situacija pa je lahko tudi obratna, ko je naprimer porabljene električne energije več kot proizvedene in bi v tem primeru lastnik sončne elektrarne lahko svojo elektriko tržil sam in s tem privarčeval. Da bi lahko ta problem rešili, moramo podrobneje spoznati delovanje sončnih elektrarn, trg z električno energijo, kot tudi nove načine in tehnologije trgovanja.
1.2 Cilji
Cilji zaključne naloge so:
− Obravnava obnovljivih virov električne energije v Sloveniji
− Ovrednotenje strukture in delovanja sončnih elektrarn
− Pregled trgov z električno energijo
− Obravnavanje tehnologije trgovanja vsak z vsakim
− Analiza podatkov proizvedene in porabljene električne energije v letu 2020
− Izračun in primerjava razlik pri trgovanju z dobaviteljem ali na način vsak z vsakim
− Podati komentar in sklep
2
1.3 Struktura zaključne naloge
Zaključna naloga je sestavljena iz več delov. V prvem delu obravnavamo pridobivanje električne energije s pomočjo obnovljivih virov v Sloveniji in princip delovanja ter strukturo sončnih elektrarn.
V nadaljevanju vrednotimo trg z električno energijo in tudi tehnologijo trgovanja vsak z vsakim na programsko platformo SunContract. Sledi predstavitev lastne sončne elektrarne ter analiza podatkov proizvedene električne energije v letu 2020. Analizi podatkov sledijo še izračuni in primerjava stroškov nakupa električne energije v primeru obstoječega dobavitelja ali na način trgovanja vsak z vsakim.
V zadnjem delu naloge povzamemo rezultate in ugotovitve. Razlagi rezultatov sledi zaključek.
2 Teoretične osnove in pregled literature
Če želimo rešiti problem trgovanja z električno energijo, pridobljeno s pomočjo sončnih elektrarn, moramo najprej razumeti kaj sploh so obnovljivi viri energije, kot tudi to na kakšen način iz njih pridobivamo električno energijo. Nato se lahko osredotočimo na bistvo zaključne naloge, ki ga predstavlja trgovanje z energijo ter začnemo analizirati in primerjati različne načine trgovanja.
2.1 Viri električne energije v Sloveniji
Električno energijo lahko pridobivamo na različne načine. V glavnem ločimo pridobivanje s pomočjo obnovljivih in neobnovljivih virov. Lastnost neobnovljivih virov je ta, da jih ne moremo ponovno uporabiti, prav tako pa z njimi onesnažujemo okolje. Med njih ponavadi uvrščamo vire, kot so premog, jedrsko gorivo, plin in nafta. Iz podatkov poročila o stanju na področju energetike v Sloveniji, ki ga je izdelala Agencija za energijo lahko na sliki 2.1 vidimo, da smo na ta način v Sloveniji v letu 2019 pridobili več kot dve tretjini električne energije.
3
Slika 2.1: Proizvodnja električne energije v Sloveniji za leto 2019 [1]
Iz neobnovljivih virov smo od 66,40 % kar 28,9 % energije pridobili s pomočjo fosilnih goriv, preostali del, torej 37,5 % pa s pomočjo jedrskega goriva. Ti podatki se glede na pretekla leta le minimalno razlikujejo, zato lahko sklepamo, da večino pridobljene električne energije v Sloveniji še vedno pridobivamo s pomočjo neobnovljivih virov.
Skupno smo v letu 2019 pridelali 14,741 TWh električne energije, seveda pa moramo pri tem upoštevati tudi izgube, ki nastanejo na sistemu. Izgube električne energije na prenosnem sistemu so določene na podlagi razlik med količinami proizvedene električne energije na prenosnem sistemu in količinami električne energije na priključnih točkah med prenosnim in distribucijskim sistemom ter z neposredno porabo električne energije iz prenosnega sistema.
Izgube na prenosnem omrežju so v letu 2019 znašale 358 GWh, na distribucijskem omrežju pa 478 GWh. Vse izgube na omrežjih torej predstavljajo nekoliko več kot 5 % celotne proizvedene električne energije. Poleg tega pa je pomembno omeniti, da za svojo lastno rabo elektrarne v Sloveniji porabijo še dodatne 3 % električne energije [1].
2.1.1 Obnovljivi viri energije v Sloveniji
Za obnovljive vire energije je značilno, da jih pridobivamo iz stalnih naravnih procesov, ki jih v naravi nikoli ne zmanjka in se obnavljajo. Med njih torej uvrščamo naravne procese, kot so veter, sončno sevanje, vodni tok v rekah, geotermalna energija ter biomasa, ki se obnavlja s procesom fotosinteze. Pomembno je omeniti, da nekateri izmed teh virov niso stalni in se glede na vremenske razmere, kot tudi letne čase močno spreminjajo. Čeprav je prednost teh virov obnovljivost, pa je trajnost in nepredvidljivost njihova največja slabost. Omenjene vire energije v Sloveniji izkoriščamo za ogrevalne namene in proizvodnjo električne energije.
33.60%
66.40%
Obnovljivi viri energije Neobnovljivi viri energije
4
Preostanek oziroma 33,60 % električne energije v Sloveniji pridobimo iz obnovljivih virov.
Slika 2.2 prikazuje, da od 4.955 GWh električne energije, pridelane s pomočjo obnovljivih virov, kar 92,33 % pridobimo iz vodne energije, 4,82 % iz sončne energije, 2,70 % iz biomase in skoraj zanemarljiv delež 0,1 % iz vetrne energije [1].
Slika 2.2: Proizvodnja električne energije v Sloveniji iz obnovljivih virov za leto 2019 [1]
S pomočjo hidroelektrarn in vodne energije smo v letu 2019 proizvedli 4.575 GWh električne energije. Največ so k temu prispevale hidroelektrarne na reki Dravi, sledijo elektrarne na Spodnji Savi, Soči in Zgornji Savi. Prav tako je h končni proizvodnji električne energije pripomoglo tudi kar nekaj manjših hidroelektrarn, ki so skupaj proizvedle kar 350 GWh električne energije. V naslednjih letih je pričakovati še večji prispevek električne energije proizvedene s pomočjo hidroelektrarn, saj je predvidena izdelava verige deset hidroelektrarn na Srednji Savi [1], [2].
V Sloveniji imamo dve večji vetrni elektrarni, prva in nekoliko večja z nazivno močjo 2,3 MW se nahaja v Dolenji vasi; druga, manjša, z močjo 0,91 MW pa se nahaja na Razdrtem. S pomočjo teh dveh in več manjših vetrnih elektrarn smo v letu 2019 proizvedli 6,14 GWh električne energije, kar je v primerjavi z ostalimi viri skoraj zanemarljivo. To izhaja predvsem iz tega, da so vetrne elektrarne močno odvisne od hitrosti vetra oziroma vremenskih razmer. Pogoj, da se vetrnica vrti in elektrarna deluje je, da je hitrost vetra večja od 3 m/s, poleg tega pa mora postavitev takšne elektrarne ustrezati tudi vsem ostalim okoljskim zahtevam. V prihodnjih letih, natančneje do leta 2030 naj bi v Sloveniji na podlagi Nacionalnega in podnebnega načrta zgradili več vetrnih elektrarn, katerih skupna inštalirana moč naj bi znašala 295 MW [1], [3].
Med obnovljive vire energije uvrščamo tudi biomaso. Pod ta pojem spada ves organski material živalskega ali rastlinskega izvora. To so predvsem goriva v trdnem stanju, kot so les, slama
92%
5% 3%
Vodna energija Sončna energija Biomasa Vetrna energija
5
hitrorastoče rastline ali organski odpadki. V Sloveniji smo s pomočjo lesene biomase v letu 2019 proizvedli za 52 GWh električne energije. Poleg tega pa se v Sloveniji veliko lesene biomase porabi za proizvodnjo toplote namenjene za ogrevanje stavb [1], [4].
Del proizvedene električne energije s pomočjo obnovljivih virov predstavlja tudi energija, proizvedena s pomočjo sončnega sevanja, čemur bomo v nadaljevanju posvetili nekoliko več pozornosti.
2.2 Proizvodnja električne energije s pomočjo sončnega sevanja
V tem delu zaključne naloge bomo podrobneje opisali pridobivanje električne energije s pomočjo sončnega sevanja. Najprej bomo obravnavali princip delovanje sončnih elektrarn, njihove komponente, nato pa se bomo osredotočili še na analizo proizvodnje na področju Slovenije in vidike za prihodnost.
2.2.1 Sončna energija
Sonce predstavlja vir svetlobe in toplote, ta energija nastaja zaradi stalne jedrske fuzije, pri kateri se vodik spreminja v helij. Celotno maso sonca torej v večini tvorita helij in vodik in skupaj predstavljata več kot 95 % mase, ostalih 5 % pa predstavljajo primesi različnih elementov. Pomembno je omeniti, da se na račun oddajanja energije, masa sonca nenehno zmanjšuje. Energija, ki jo sonce oddaja imenujemo elektromagnetno sevanje. To sevanje ima hkrati lastnost delcev, ki ga predstavljajo fotoni, po drugi strani pa ti delci sevajo in s seboj nosijo elektromagnetno energijo, zato lahko govorimo tudi o valovanju. Delci, ki iz sonca pridejo v obliki elektromagnetnega valovanja, poleg vidnega spektra svetlobe (z valovno dolžino 380 nm do 750 nm) s seboj nosijo tudi ultravijolični in infrardeči del spektra. Za razvoj življenja na zemlji je poleg vidne svetlobe zelo pomembno tudi infrardeče sevanje (z valovno dolžino od 700 nm do 1mm), ki ga občutimo kot toplotno energijo. Kljub temu, da lahko predpostavimo, da sonce predstavlja trajni vir energije, jo od tega lahko izkoristimo zelo malo.
Glede na letni čas, vremenske razmere ter lege na zemlji, se razmerje med direktnim (neposredno od sonca) in difuznim sevanjem (posredno odbito od različnih delcev) močno spreminja, kar posledično pomeni, da prejemanje sončne energije na zemljo ni konstantno. Kot zanimivost lahko omenimo, da na letni ravni od sonca prejmemo toliko energije, kot bi jo na svetu v obliki primarne energije porabili v osem tisoč letih. Danes sončno energijo izkoriščamo za pridobivanje električne energije in ogrevanje, rastline pa to energijo s postopkom fotosinteze preoblikujejo v kemično energijo, ki jo imenujemo biomasa [5].
6
Izkoriščanje sončne energije lahko razdelimo v dve skupini, in sicer ločimo aktivno in pasivno izkoriščanje obnovljivega vira energije. Pasivni solarni sistemi so sistemi, ki za svoje delovanje ne potrebujejo dodatne energije. Uporabljamo jih predvsem za ogrevanje in ohlajevanje stavb, kot tudi za osvetljevanje (okna, steklene fasade, solarni dimnik, svetlobne cevi ipd.). Aktivni solarni sistemi pa za pretvorbo sončne energije v druge oblike energij potrebujejo vmesne sisteme (sončne celice, sončni kolektorji) [6].
Za praktično uporabo in lažje računanje prejete energije iz sonca je potrebno poznati količino in tip vpadnega sevanja na zemeljsko površino. Gostoto moči sončnega sevanja merimo v vatih na kvadratni meter [W/m2], energijo sevanja, integrirano moč prek določene časovne konstante pa imenujemo obsevanje in ga podajamo v vatnih urah na kvadratni meter [Wh/m2]. V Sloveniji je po podatkih portala za fotovoltajiko povprečje globalnega obsevanja za desetletno obdobje (med 1993 in 2003) med 1.053 in 1.389 kWh/m2. Obsevanost celotne Slovenije nam prikazuje slika 2.3, na kateri lahko vidimo, da je sončno obsevanje na kvadratni meter horizontalne površine v celotni Sloveniji večje od 1.000 kWh/m2 [7].
Slika 2.3: Obsevanost Slovenije v letih od 1993 do 2003 [7]
2.2.2 Sončne elektrarne
Fotonapetostni sistemi, imenovani tudi PV-sistemi, predstavljajo električni postroj elementov, ki skupaj kot celota služijo pridobivanju električne energije iz sončnega sevanja.
Fotonapetostne sisteme glede na njihov način obratovanja ločimo na samostojne in omrežne.
Samostojni sistemi so običajno namenjeni proizvajanju električne energije na predelih, kjer ni električnega omrežja in so tako popolnoma izolirani. Vso pridelano energijo največkrat shranijo
7
v zato namenjene akumulatorje ali baterije. Takšne sisteme lahko najdemo tako na plovilih, kot so jahte in jadrnice, kot tudi na avtodomih ali celo v gorskih kočah in vikendih na podeželju.
Omrežni sistemi pa kot že ime samo pove služijo za proizvodnjo električne energije, ki jo nato vračajo direktno v omrežje [8].
Slika 2.4: Prikaz delovanja sončne elektrarne [9]
Slika 2.4 prikazuje delovanje fotonapetostnega sistema oziroma sončne elektrarne. Glavni vir energije predstavlja sončno sevanje, ki v obliki svetlobe seva na solarne module. Ti pretvarjajo svetlobo neposredno v električno energijo, pri čemer je proizvedena električna energija močno odvisna od energetskih zahtev sistema, kot tudi od razpoložljive sončne svetlobe. Da sistem deluje čim bolj optimalno in dinamično, poskrbi solarni optimizator, ta pa hkrati povezuje tudi solarne module s porabniki, akumulatorji ali omrežnim razsmernikom. V primeru, kjer imamo samostojni sistem, nam akumulator ali baterija služi za shranjevanje električne energije. Pri tem načinu delovanja moramo prav tako poskrbeti za ustrezne varovalne elemente, ki poskrbijo, da baterije ne napolnimo ali izpraznimo preveč. V primeru, ko želimo obratovati paralelno z električnim omrežjem in vanj pošiljati proizvedeno električno energijo moramo uporabiti omrežni razsmernik, ki poskrbi za pretvorbo enosmerne napetosti solarnega generatorja v izmenično [9].
Kot vsak sistem, imajo tudi sončne elektrarne določene prednosti in slabosti. Prednosti teh elektrarn so naslednje.
8
• Delujejo z nizkimi obratovalnimi stroški.
• Naprave delujejo tiho.
• Montaža solarnih panelov je možna skoraj povsod (na plovilih, vozilih, v naravi ali odmaknjenih lokacijah).
• Med obratovanjem ne prihaja do izpustov toplogrednih plinov.
Ti sistemi imajo tudi določene pomanjkljivosti.
• Visoki investicijski stroški.
• Proizvodnja je odvisna predvsem od sončnega obsevanja in ne od trenutnih potreb, za kar so potrebni še dodatni zanesljivi viri, ki pokrivajo nastale razlike in stabilizirajo elektroenergetski sistem. Iz tega razloga se sončne elektrarne uvrščajo med zelo nestanoviten vir električne energije.
• V povezavi z nestanovitnostjo je tudi nizka razpoložljivost. Predvsem na območjih, kjer je malo sončnih dni ali v senčnih legah je zagotavljanje oskrbe z električno energijo iz tega vira dokaj nezanesljivo.
• Sončne elektrarne pogosto vplivajo tudi na vizualno podobo okolja, predvsem zaradi velike površine, ki jo zavzemajo (na instaliran kW).
• Možnost povzročitve požarov na mestih, kjer se nahajajo paneli [10].
V nadaljevanju sledi podrobnejša obravnava posameznih elementov sončne elektrarne.
2.2.2.1 Solarni modul
Solarni modul je glavni in najpomembnejši element fotovoltaičnega sistema. Njegova naloga je, da s pomočjo večjega števila sončnih celic svetlobo pretvarja v električno energijo. Sončne celice so največkrat izdelane iz silicija ali kakšnega drugega polprevodniškega materiala. V osnovi je sončna celica polprevodniška dioda, ki je izdelana iz tankih plasti P in N tipa polprevodnikov, ki skupaj tvorijo PN spoj. N tip polprevodnika sestavlja silicij, kateremu se dodajo 5-valenčni elementi, kot so arzen, fosfor ali antimon. P tip polprevodnika pa dobimo tako, da siliciju dodamo 3-valenčni element, največkrat indij. Vrhnja plast sončne celice je zelo tanka (manjša od 1 μm), kar pripomore k temu, da čim več svetlobe prodre do PN spoja in v določenih pogojih privede do izbitja elektrona in nastanka vrzeli. Pri tem pojavu se na kontaktih PN spoja pojavi napetostna razlika, ki ob priključitvi porabnika požene električni tok.
Delovanje sončne celice prikazuje slika 2.5.
9
Slika 2.5: Delovanje sončne celice [12]
Zaželeno je, da je površina sončne celice čim večja in prekrita z antirefleksno plastjo. Ta plast poskrbi, da se vpadla svetloba iz celice ne odbije, ampak se usmeri v njeno notranjost in na ta način izkoristi največ svetlobne energije. Pomembno je omeniti, da z večanjem valovne dolžine energija svetlobe pada, kar privede do segrevanja celice in nizkega izkoristka. Največja valovna dolžina, pri kateri svetloba še ima dovolj energije, da izbije elektron iz silicija je 1,15 μm [11].
Najboljše sončne celice lahko izkoristijo največ 24 % energije vpadne svetlobe, pri čemer imajo celice namenjene komercialni proizvodni izkoristek med 15–19 %. Iz leta v leto izkoristki teh celic naraščajo, predvsem zaradi bolj optimiziranih struktur in novih tehnologij. Na trgu trenutno prevladujeta dve vrsti silicijevih celic, in sicer monokristalne in polkristalne celice.
Kot že ime samo pove, je razlika med njimi v plasteh silicijevega kristala. Polikristalne celice so zgrajene iz tankih plasti silicija in prinašajo nekoliko manjši donos in izkoristek (14–18 %) v primerjavi z monokristalnimi (15–19 %), ki so zgrajene iz ene plasti silicijevega kristala.
Kljub temu, da se daje velik poudarek na učinkovitost solarnih modulov, pa na izbiro to nima velikega vpliva. Obe vrsti celic sta v enakem cenovnem razredu, razlika je le v tem, da je pri monokristalnih celicah potrebna za določeno inštalirano moč nekoliko večja površina, kot če bi uporabili polikristalne celice [12].
Sončne celice proizvajajo napetost okoli 0,5 V in tok okoli 200 A/m2. Če želimo z njimi napajati porabnike ali proizvajati električno energijo, jih je potrebno vezati v serijo in tako zagotoviti večjo napetost na sponkah (največkrat 12 V). Struktura celic je zelo krhka, zato so v večini dostopne le v izvedbi modula ali plošče, ki jo zaščiti pred atmosferskimi vplivi. Znotraj modula so celice povezane zaporedno ali vzporedno, vezava pa je odvisna predvsem od željene
10
napetosti na izhodu. Solarni paneli ponavadi obratujejo na temperaturi višji od temperature okolice, nekje med 30 in 40 °C. Njihova načrtovana delovna temperatura mora biti višja od 75
°C. Moč fotonapetostnih modulov podajamo v enoti Wp (angl. Watt peak), ki predstavlja maksimalno konico moči, ki jo modul lahko doseže. Ta enota je definirana na podlagi standardnih testnih pogojev oziroma ko je moč obsevanja pravokotno na modul enaka 1.000 W/m2 ob temperaturi 25 °C [11].
Za najboljši izkoristek celotnega potenciala sončne energije je poleg izbire ustreznih modulov zelo pomembna tudi njihova namestitev. Priporočljivo je, da solarne panele obrnemo proti jugu in jih nagnemo za 32 stopinj. V primeru, da takšnega kota postavitve ne moremo zagotoviti, jih lahko postavimo tudi drugače. Pri spremembi kota za do 20 stopinj lahko pričakujemo do 5 % manjši izkoristek. Za boljši izkoristek, lahko uporabimo tudi solarni sledilec, ki sledi sončni svetlobi in nam omogoča, da so sončni paneli ves čas obrnjeni tako, da na njih sije kar največja količina sončne svetlobe. S tem načinom lahko izkoristimo tudi do 25 % več sončne energije, kot bi je sicer. Poleg tega pa je pomembno omeniti, da idealni pogoji za namestitev solarnih panelov včasih ne morejo biti zagotovljeni, vendar jih lahko kljub temu namestimo in izkoriščamo vsaj del vpadne sončne energije. V primeru, da sončne panele postavimo navpično in obrnemo proti jugu, lahko pričakujemo izkoristek do največ 70 %; če pa jih postavimo popolnoma vodoravno pa lahko elektrarna izkoristi do 90 % sončne energije. Slika 2.6 prikazuje vpliv orientacije in naklona na izkoristek sončne energije [13].
Slika 2.6: Vpliv orientacije in naklona na izkoristek sončne energije [16]
Poleg izkoristka, je pri izbiri fotonapetostnih modulov potrebno poznati še njihove ostale karakteristike, na podlagi katerih lažje določimo modul, ki najbolj ustreza našemu sistemu.
11
Poznati moramo težo modulov, njihovo odpornost proti udarcem in sunkom vetra, garancijsko dobo in jamstvo proizvajalca na predpisano izhodno moč. Prav tako moramo pri nakupu upoštevati še razpoložljivo površino za namestitev, vrsto solarnih modulov ter pričakovano življenjsko dobo fotonapetostnega sistema.
2.2.2.2 Solarni optimizator
Solarni optimizator je element fotonapetostnega sistema, ki uravnava delovanje fotovoltaičnih modulov in v vsakem trenutku maksimira njihov izkoristek. V osnovi je to DC/DC pretvornik, ki med seboj povezuje več fotonapetostnih modulov in s pomočjo posebnega algoritma povečuje njihov energetski izplen [14]. Delovanje fotonapetostnih modulov in solarnega optimizatorja bomo v nadaljevanju prikazali s pomočjo slike 2.7 in 2.8.
Slika 2.7: Odvisnosti od temperature panela in jakosti sončnega sevanja [15]
Kot smo omenili že prej, je za vsak fotovoltaični modul značilno, da se pod določenimi pogoji na njem pojavi napetosna razlika, ki požene električni tok. Zgoraj prikazani grafi prikazujejo, kako se tok in napetost spreminjata glede na temperaturo in osvetljenost modula. Opazimo, da se z nižanjem temperature napetost povečuje, z večanjem osvetljenosti pa se povečuje tok. Na podlagi tega lahko narišemo graf odvisnosti izhodne moči od izhodne napetosti p(u) in tako dobimo splošno karakteristiko solarnega modula, ki jo prikazuje slika 2.8 [15].
Slika 2.8: Karakteristika solarnega modula [15]
12
Naša želja je, da v vsakem trenutku obratujemo v najvišji točki karakteristike, kar nam omogoča solarni optimizator. Na podlagi tehnologije MPPT (angl. maximum power point tracker), optimizator s pomočjo ustreznega algoritma išče in premika delovno točko po zgoraj prikazani karakteristiki, dokler ne najde najbolj optimalnega položaja z največjim izkoristkom moči.
Poznamo več vrst solarnih regulatorjev in optimizatorjev, kot tudi algoritmov, s pomočjo katerih delujejo. Poznamo osnovne, PWM in MPPT optimizatorje. Najboljši so optimizatorji na podlagi tehnologije MMPT, ki so lahko od ostalih tehnologij boljši tudi za več kot 30 %.
Poleg tega nekateri solarni optimizatorji omogočajo še povezovanje fotonapetostnih modulov pod različnimi koti, kot tudi povezovanje različnih tipov in moči ter v primeru direktnega priklopa baterije še varovanje in alarmiranje polnjenja in praznjenja [16].
2.2.2.3 Omrežni razsmernik
Drugi najpomembnejši element fotonapetostnega sistema je omrežni razsmernik, ki omogoča prenos proizvedene električne energije v omrežje. Njegova naloga je, da pretvarja enosmerno napetost fotonapetostnega generatorja v napetost čiste sinusne oblike, ki je sinhronizirana z napetostjo javnega električnega omrežja. Standardni razsmerniki delujejo povsem avtomatizirano skupaj z vgrajeno zaščito, ki jo sestavljajo podnapetostna, prenapetostna, podfrekvenčna, nadfrekvenčna in impedančna zaščita. Poleg zanesljivega delovanja morajo omogočati čim večji izkoristek, enostaven nadzor ter minimalni vpliv motenj na omrežje. Za velik izkoristek je tako potrebno zagotoviti čim manjšo generacijo višjeharmonskih komponent, kar opisujemo s faktorjem THD (angl. Total harmonic distorsion), ki predstavlja skupno harmonsko popačenje. Osnovno zgradbo fotonapetostnega razsmernika prikazuje slika 2.9. Na vhodne sponke razsmernika so priključeni solarni moduli oziroma generatorji električne energije. Ti so nato preko vzporedno vezanega kondenzatorja, ki skrbi za začasno shranjevanje enosmerne električne energije povezani na razsmerniški mostič. Razsmerniški mostič predstavlja osrednji del razsmernika. Njegova naloga je, da s pomočjo polprevodniških stikal močnostne elektronike izmenično vklapljajo in izklapljajo vir in tako na izhodnih sponkah ustvarjajo izmenični signal napetosti. V večini sodobnih razsmernikov se kot stikalni elementi uporabljajo IGBT (angl. Insulated gate bipolar transistor) in MOS (angl. Metal oxide gate transistor) tranzistorji. S pravilno izbranimi časi vklopov in izklopov stikal lahko kontroliramo obliko izhodne napetosti oziroma toka. Dodatno glajenje toka dosežemo z dušilkama na izhodu in na ta način zagotovimo minimalne izgube pri pošiljanju energije v obstoječe električno omrežje [17].
13
Slika 2.9: Osnovna zgradba fotonapetostnega omrežnega razsmernika [17]
V glavnem ločimo dve vrsti razsmernikov. To so trifazni razsmerniki, katerih moči se raztezajo vse od 10 kVA do 300 kVA ter enofazni razsmerniki, ki so namenjeni predvsem samostojnim sistemom z močmi do 10 kVA. V primeru, da imamo v sistemu mešanico nizov solarnih modulov različnih proizvajalcev, z različnimi pogoji obratovanja, nam določeni razsmerniki omogočajo ločene vhode za priključitev nizov. Tako zagotovijo sočasno obratovanje, saj vsak posamezen niz deluje kot samostojna enota.
2.2.3 Sončne elektrarne v Sloveniji
V Sloveniji smo s pomočjo večjih in manjših sončnih elektrarn v letu 2019 pridelali za 239 GWh električne energije, kar zadostuje za oskrbo 60 tisoč gospodinjstev s povprečno letno porabo 4.500 kWh. Električna energija proizvedena s pomočjo sončne energije predstavlja 1,8
% vse proizvedene energije v Sloveniji. Trenutno imamo v Sloveniji nameščenih več kot osem tisoč elektrarn, njihova kumulativna moč pa znaša 313,4 MW. Trenutno razporejenost sončnih elektrarn po Sloveniji prikazuje slika 2.10 [18].
Slika 2.10: Trenutna inštalirana moč sončnih elektrarn v Sloveniji [18]
14
Republika Slovenija se kot članica Evropske unije v Celovitem nacionalnem energetskem in podnebnem načrtu zavezuje, da bo v skladu z Evropskimi zakoni in smernicami izvajala ustrezne ukrepe na področju energetike. Načrt, ki je bil izdelan in podan Evropski komisiji vsebuje cilje, politiko in ukrepe, ki jim država mora slediti na petih področjih energetike, kot so: razogljičenje, energetska učinkovitost, energetska varnost, notranji trg ter raziskave, inovacije in konkurenčnost. Prvi načrt je bil sprejet leta 2010 za obdobje deset let. Slovenija je bila na podlagi tega načrta do leta 2020 zavezana doseči 39,3-odstotni delež električne energije iz obnovljivih virov v končni porabi energije v tem sektorju. Leta 2019 je bil delež ocenjen na 32,6 odstotka, kar pomeni, da zadanega cilja nismo dosegli. V letu 2020 je bil izdelan načrt še za naslednjih deset let. V tem načrtu je predvideno, da bo delež obnovljivih virov energije v sektorju električne energije kar 43-odstoten. Z namenom, da bi ta cilj dosegli, je Slovenija ustanovila shemo državne pomoči za spodbujanje proizvodnje električne energije iz obnovljivih virov. Ta shema se izvaja že vse od leta 2009. Vsi projekti, ki so vključeni v to shemo so predhodno izbrani v konkurenčnem postopku javnih pozivov, na katerega se prijavijo investitorji in njihovi projekti za proizvodnjo električne energije iz obnovljivih virov. Projekti, ki so izbrani so upravičeni do državne pomoči oziroma do izplačila razlike med referenčno tržno ceno električne energije in določenim stroškom proizvodnje ali pa jim je zagotovljen odkup električne energije po prej dogovorjeni fiksni ceni. Ta shema predstavlja enega izmed najpomembnejših ukrepov spodbujanja razvoja proizvodnje električne energije iz obnovljivih virov. Do konca leta 2019 je bilo v to shemo vključenih 3.858 naprav, njihova skupna nazivna moč pa tako znaša 417 MW. Med proizvodnimi napravami prevladujejo predvsem sončne elektrarne, ki z nazivno močjo 258 MW predstavljajo kar 64,5-% delež vseh proizvodnih naprav vključenih v shemo. V zadnjih letih delež proizvajalcev, ki prejemajo podporo ostaja skoraj enak, spremembe so zaznane le v desetinah odstotka. Največji prirast naprav v tej shemi je bil med letoma 2010 in 2014 [1].
Prav tako pa je bil v okviru Operativnega programa za izvajanje Evropske kohezijske politike objavljen javni razpis za sofinanciranje nakupa in postavitve naprav za samooskrbo z električno energijo proizvedeno z izrabo sončne energije. V tem razpisu so investitorji upravičeni do nepovratnih sredstev namenjenih za sofinanciranje nakupa in izgradnje sončnih elektrarn, vendar ta sredstva ne smejo presegati 20 % vrednosti končne investicije oziroma ne več kot 200
€ na kW inštalirane nazivne električne moči. Vse od sprejetja uredbe za spodbujanje rabe električne energije z napravami za samooskrbo, je do leta 2019 obratovalo že 4.686 naprav s skupno priključno močjo 51,7 MW in povprečno priključno močjo 11,1 kW. Hkrati z
15
naraščanjem števila odjemalcev narašča tudi povprečna moč naprav za samooskrbo. V letu 2016 je povprečna moč na novo priključene naprave znašala 8,1 kW, v letu 2019 pa že 12,3 kW. Naraščanje moči naprav za samooskrbo je mogoče povezati z vedno večjo uporabo električne energije za ogrevanje stavb s toplotnimi črpalkami, v zadnjem času pa postaja zanimiva tudi uporaba ukrepa samooskrbe v povezavi s polnjenjem električnih vozil na domu [1], [2]. Glede na vse ukrepe, ki jih Slovenija izvaja, je v prihodnjih letih pričakovati velik porast v številu nameščenih sončnih elektrarn. Slovenski portal za fotovoltaiko ljubljanske fakultete za elektrotehniko napoveduje 10-% letno rast inštalirane kumulativne moči sončnih elektrarn v prihodnjih nekaj letih, kar prikazuje slika 9. S takšno napovedjo bi do leta 2025 dosegli 562 MW inštalirane kumulativne moči. Slika 2.11 prikazuje porast kumulativne inštalirane moči sončnih elektrarn v Sloveniji v preteklih letih z ozirom na prihodnjih nekaj let [18].
Slika 2.11: Prikaz kumulativne inštalirane moči sončnih elektrarn v Sloveniji v preteklih letih z napovedjo za prihodnja leta [18]
2.3 Oskrba z električno energijo
Električno energijo lahko obravnavamo kot tržno blago, saj zanjo veljajo zakonitosti povpraševanja in ponudbe, ki ji določajo ceno. Za razliko od ostalega tržnega blaga, je za električno energijo značilno, da je ne moremo skladiščiti. To pomeni, da mora v elektroenergetskem sistemu vedno veljati ravnovesje med proizvodnjo in porabo, za to ravnovesje pa poskrbijo operaterji sistema (v Sloveniji za to skrbi ELES) po principu primarne, sekundarne in terciarne regulacije. Na trgu z električno energijo sodelujejo proizvajalci, trgovci in dobavitelji električne energije, za njen prenos pa poskrbi elektroenergetski sistem.
16 2.3.1 Trg električne energije
Električna energija ima za razliko od drugih vrst blaga določene posebnosti:
• ne omogoča možnosti shranjevanja,
• ponudba in povpraševanje celotnega omrežja morata biti vsak trenutek popolnoma uravnotežena,
• višja poraba v dnevnem in manjša poraba v nočnem času ter nedelavnih dnevih,
• zaradi prenosnih omejitev obstajajo lokalna območja z drugačnimi cenami (cenovni bazeni),
• ni blagovnih znamk oziroma izredno majhna stopnja diferenciacije različnih proizvajalcev električne energije,
• občasne cenovne špice zaradi izpadov večjih proizvodnih enot, okvar prenosnih zmogljivosti ali ekstremnih vremenskih razmer,
• možne so tudi negativne cene zaradi omejenih možnosti zmanjševanja proizvodnje določenih elektrarn (jedrske elektrarne in termoelektrarne) [19].
V zadnjih dveh desetletjih je v Sloveniji prihajalo do spreminjanja, reorganizacije ter odpiranja trga slovenskega elektroenergetskega sistema. Liberalizacija trga se je začela leta 1999 z uvedbo novega energetskega zakona in ustanovitvijo slovenskega regulatorja trga z električno energijo (Javna agencija RS za energijo) kot tudi prvega slovenskega organizatorja trga (Borzen). Od leta 2007 pa je v Sloveniji delujoč popolnoma odprt in svoboden trg z električno energijo, katerega cilj je zmanjševanje stroškov poslovanja, povečanje učinkovitosti, ustvarjanje konkurence na proizvodnem trgu, zagotavljanje varne dobave električne energije, kot tudi zmanjšanje prevelikega nadzora države nad sektorjem. Prav tako smo pod okriljem Evropske komisije dosegli prost pretok električne energije med državami članicami ne glede na državne meje [20].
Glavni namen odprtja trga z električno energijo je predvsem nižja cena električne energije, kot tudi večja konkurenčnost med distributerji. Pomembno je omeniti, da lahko konkurenčnost zagotovimo le takrat, ko na trgu obstajata zadostna ponudba in povpraševanje. S tem se določi tržno ravnotežje, odjemalci in dobavitelji pa lahko svobodno odkrivajo svoje možnosti in priložnosti. V Sloveniji lahko danes odjemalci izbirajo kar med 21 dobavitelji električne energije in imajo tako možnost izbrati za sebe najugodnejšo ponudbo.
V Sloveniji je trg električne energije razdeljen na veleprodajni, maloprodajni in izravnalni trg električne energije.
17
2.3.1.1 Veleprodajni trg električne energije
Na veleprodajnem trgu sodelujejo proizvajalci, trgovci in dobavitelji električne energije, ki med seboj sklepajo zaprte pogodbe in tako trgujejo z električno energijo. Zaprte pogodbe so pogodbe, pri katerih je količina električne energije v naprej določena za določen časovni interval, pri čemer cena ni odvisna od dejanske realizacije pogodb. Udeleženci tega trga lahko sklepajo posle na energetskih borzah v Sloveniji ali tujini. Trgovanje z električno energijo na slovenskem trgu poteka v obliki dvostranskega (bilateralnega) trgovanja, pri katerem se praviloma sklepajo pogodbe za obdobja, daljša od enega dneva, in trgovanja na borzi, s katerim se sklepajo pogodbe za dan vnaprej in za namene izravnave sistema. Prav tako na energetskih borzah deluje tudi avkcijsko trgovanje, kjer se po zaključku trgovanja vse nakupne in prodajne ponudbe združijo v krivuljo ponudbe in povpraševanja, tam pa se jim nato določi tržna cena.
To trgovanje poteka znotraj dneva po načelu sprotnega trgovanja, kar pomeni, da je posel sklenjen, čim se v nekem trenutku srečata ponudba in povpraševanje. V teh ponudbah morajo trgovci podati količino in ceno električne energije za vsako uro v dnevu [21]. Električno energijo, ki se trguje na veleprodajnem trgu lahko delimo na obliko (standardizirano in nestandardizirano) ter obdobje dobave (dnevni, tedenski, mesečni, četrtletni, letni, poljubni).
Med standardizirane produkte trgovanja uvrščamo štiri vrste energije, ki so prikazane na sliki 2.12:
• pasovna energija v bloku ur od 00:00 do 24:00,
• trapezna energija v bloku ur od 06:00 do 22:00,
• nočna energija v bloku ur od 0:00 do 06:00 in od 22:00 do 24:00 in
• urna energija, ki se trguje s 24 urami enega dneva.
Slika 2.12: Standardizirani produkti veleprodajnega trga [24]
18
2.3.1.2 Maloprodajni trg električne energije
Na maloprodajnem trgu nastopajo dobavitelji in odjemalci električne energije, ki med seboj sklepajo odprte pogodbe. Pri teh pogodbah količina dobavljene energije in časovni potek dobave nista v naprej določena. Odjemalci prejeto električno energijo plačajo na podlagi dejanske porabljene količine električne energije, ki je merjena z ustreznimi števci. Za evidentiranje vseh sklenjenih pogodb, kot tudi vseh izvoznih in uvoznih zaprtih pogodb ter poslov, ki se sklepajo na borzi poskrbi operater slovenskega trga z električno energijo oziroma družba Borzen. Poleg tega Borzen evidentira tudi pogodbe v obliki obratovalne napovedi proizvodnje in odjema, ki se sklepajo med dobavitelji in odjemalci ter proizvajalci električne energije.
V času pisanja zaključne naloge je v Sloveniji registriranih 21 dobaviteljev električne energije.
Tako imajo odjemalci na izbiro veliko ponudb in storitev, s tem pa je zagotovljen učinkovit, dobro delujoč in konkurenčen trg z električno energijo. Za nadzor nad dobavitelji, delovanjem trga in za zaščito končnih odjemalcev poskrbi Javna agencija Republike Slovenije za energijo [22].
2.3.1.3 Izravnalni trg
Pri usklajevanju proizvodnje in porabe električne energije na trgu, lahko prihaja do odstopanj.
Posledice prevelikih odstopanj med proizvodnjo in porabo električne energije lahko privedejo do padca frekvence na omrežju ali celo do oslabitve stabilnosti elektroenergetskega sistema.
Izravnalni trg z električno energijo je organizirana oblika zbiranja in angažiranja ponudb za prodajo in nakup izravnalne energije z namenom izravnave odstopanj slovenskega elektroenergetskega sistema na pregleden in ekonomsko učinkovit način. Trgovanje na izravnalnem trgu se izvaja na platformi za zbiranje ponudb za nakup in prodajo električne energije. S pomočjo te platforme sistemski operater prenosnega omrežja (ELES) kupuje in prodaja energijo namenjeno izravnavi odstopanj elektroenergetskega sistema. Pri trgovanju lahko sodelujejo vsa podjetja, ki so vključena v bilančno shemo trga z električno energijo in so pristopila k trgovanju na izravnalnem trgu in trgovanju znotraj dneva. Trgovanje na izravnalnem trgu poteka 24 ur na dan, sedem dni na teden in največ za dan vnaprej. Omogočeno je trgovanje z urnimi, 15-minutnimi, pasovnimi in trapeznimi produkti. Za izvajanje izravnalnega trga poskrbi družba Borzen, pri izvajanju pa sodeluje z energetsko borzo BSP Southpool, ki za izvajanje izravnalnega trga ponuja trgovalno platformo z vsemi potrebnimi funkcionalnostmi [23].
19
2.4 Trgovanje z električno energijo vsak z vsakim
V zadnjem času, ko se na trgu pojavlja vse več malih proizvajalcev električne energije, se poraja vprašanje, kako te razpršene vire električne energije najučinkoviteje vključiti v konvencionalni trg z električno energijo. Težava nastane predvsem pri napovedovanju proizvodnje električne energije oziroma časovnega intervala sklepanja pogodb, saj je zaradi vremenskih razmer to skoraj nemogoče napovedati. Z razvojem IKT in vzpostavitvijo posebnega P2P trga, lahko te težave rešimo in zagotovimo funkcionalen in učinkovit trg z električno energijo. V nadaljevanju bomo predstavili tehnologijo veriženja blokov, na kateri temelji P2P trgovanje in slovensko platformo SunContract.
2.4.1 Tehnologija veriženja blokov
Informacijska tehnologija in internet omogočata hitro, enostavno in pregledno poslovanje, izvajanje storitev ter komuniciranje. S pomočjo teh tehnologij se zelo olajša in izboljša kvaliteta prenosa informacij, zato smo ljudje lahko bolj produktivni, konkurenčni, prav tako pa lahko svoje poslovanje brez večjih omejitev širimo tudi v druge države. Kljub vsem izboljšavam pa so vseeno z uporabo informacijskih tehnologij in interneta povezane določene težave. Ena ključnih je, da je vse kar je digitalno, mogoče brez težav kopirati in razmnoževati, pri tem pa je digitalna kopija povsem enaka originalu. V določenih sektorjih industrije, kot je naprimer razvoj digitalnih storitev (mobilne aplikacije, spletne strani ipd.) je to zaželena lastnost, saj je lahko na ta način uporabnikov neskončno mnogo. V bančnem in finančnem sektorju pa je potrebno zagotoviti večjo varnost podatkov, saj v nobenem primeru ne sme prihajati do podvajanja, kraje ali celo izgube informacij. S tem namenom je prišlo do razvoja popolnoma nove oblike informacijske tehnologije imenovane tehnologija veriženja blokov (angl.
Blockchain).
Do prve implementacije tehnologije veriženja blokov je prišlo 3. januarja leta 2009, ko je luč sveta ugledala prva svetovna kriptovaluta Bitcoin. Njen ustanovitelj, Satoshi Nakamoto, je svojo idejo o virtualnem denarju predstavil že oktobra leta 2008 v tako imenovani Beli knjigi z naslovom Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System. Njegov namen je bil s pomočjo odprtokodnega protokola Bitcoin svetu predstaviti tehnologijo veriženja blokov in uporabnost kriptografije v digitalnem svetu. Ta tehnologija omogoča, da so podatki oziroma informacije shranjene popolnoma decentralizirano in tako neodvisne od nekega centralnega organa. Prav tako so vsi podatki transparentni, kar pomeni, da lahko vsakdo vidi kaj se na omrežju dogaja, hkrati pa so kriptografsko zaščiteni, kar jim omogoča največjo stopnjo varnosti, saj je skoraj nemogoče, da bi prišlo do podvajanja ali spreminjanja zapisanih informacij. Zaradi vseh teh
20
lastnosti, je ta tehnologija postala zelo priljubljena na finančnem področju, kot tudi na energetskih trgih [24].
Tehnologija veriženja blokov temelji na veriženju algoritmov, na katerih je zapisana vsota podatkov o neki transakciji. Lahko gre za prenos zneska, izvršljivo pogodbo ali prenos drugih podatkov. Vsaka transakcija dobi svoj blok, ki se postavi v vrsto z drugimi bloki in tako tvori sistem verige blokov, ki prenaša informacije o valuti, njeni vrednosti, nekdanjih in sedanjih lastnikih. S tem ko je informacija dodana v blok, pa še ne pomeni, da je zapisana na blokovno verigo. Ustvarjenih informacij oziroma transakcij je v nekem trenutku lahko več, zato so zapisane v različnih blokih na različnih delih omrežja. V naslednji fazi delovanja te tehnologije je uporabljena kriptografija, ki poskrbi, da se na podlagi naključnega ugotavljanja določene funkcije zagotovi zapis bloka na blokovno verigo po točno določenem zaporedju. Iskanje tako imenovanih kriptografskih gesel oziroma potrjevanje transakcij imenujemo rudarjenje. Slika 2.13 prikazuje blokovno verigo in dva predloga naslednjih blokov.
Slika 2.13: Blokovna veriga in dva primera naslednjih blokov
Z namenom, da bi tehnologijo veriženja blokov lahko uporabljali tudi v druge namene in ne samo kot digitalno menjalno sredstvo, vseeno pa hkrati izkoriščali vse njene prednosti, je bila leta 2015 ustanovljena odprtokodna blokovna veriga Ethereum z vgrajeno funkcionalnostjo pametnih pogodb. V nadaljevanju bomo nekoliko podrobneje spoznali blokovno verigo in kriptovaluto Ethereum.
Blok #5OP prejšnji:#...
Transakcije:
9fmyx...
h0xis...
4234324324
Blok #5TL prejšnji:#5OP
Transakcije:
33ds2fx...
oc6qw2...
8547435
Blok #8FA prejšnji:#5TL
Transakcije:
33ds2fx...
oc6qw2...
7238492
Nov blok št. 1 prejšnji: #8FA Transakcije:
64dc3....
a9re8....
743292 Nov blok št. 2 prejšnji: #8FA...
Transakcije:
643ew....
a98qg....
82347
21 2.4.1.1 Ethereum
Blokovna veriga Ethereum je bila prvič omenjena v Beli knjigi leta 2013, njen avtor pa je ruski programer in računalniški navdušenec Vitalik Buterin. Platforma je bila leto kasneje sofinancirana s strani zunanjih investitorjev, 30. julija leta 2015 pa je uradno začela delovati.
Tako kot ostale tehnologije veriženja blokov ima tudi Ethereum svojo kriptovaluto, ki se imenuje ether (ETH). Način delovanja protokola Ethereum je zelo podoben načinu, na katerem je zgrajena tudi kriptovaluta Bitcoin, in sicer ta način delovanja blokovne verige imenujemo dokazilo o delu (ang. proof of work), pri katerem morajo rudarji oziroma potrjevalci transakcij za vzdrževanje omrežja in potrjevanje transakcij vložiti delo, v tem primeru procesorsko moč in električno energijo. Njihovo delo je nato poplačano z novonastalimi Ether kovanci, katerih število se tako iz dneva v dan povečuje, danes pa jih je v obtoku že več kot 115 milijonov [25].
Ethereum, za razliko od drugih kriptovalut, ne predstavlja le plačilnega sistema in virtualnega denarja, ampak zaradi svoje strukture omogoča tudi druge storitve in tako na ta način postavlja temelje za novodobni internet [26]:
• v katerega so vgrajena denar in plačila,
• v katerem imajo uporabniki lastništvo nad svojimi podatki in kjer aplikacije ne vohunijo in ne kradejo osebnih podatkov uporabnikov,
• kjer imajo vsi dostop do odprtega finančnega sistema,
• ki je zgrajen na nevtralni in odprti infrastrukturi, ki ni pod nadzorom nobenega podjetja ali posameznika.
Ethereum torej omogoča delovanje decentralizirane, odprtokodne, transparentne in kriptografsko zaščitene blokovne verige, poleg tega pa je njegova velika prednost tudi vgrajena funkcionalnost pametnih pogodb.
Pametne pogodbe so preprosto programi, shranjeni v verigi blokov, ki se izvajajo, ko so izpolnjeni vnaprej določeni pogoji. Običajno se uporabljajo za avtomatizacijo izvrševanja dogovorov tako, da so lahko vsi udeleženci takoj prepričani v izid nekega dogovora, brez vpletenosti posrednika ali izgube časa. Poleg tega omogočajo avtomatiziran potek dela ter lahko tako ob točno določenih izpolnjenih pogojih sprožijo naslednja dejanja. Pametne pogodbe delujejo tako, da sledijo preprostim izjavam "če/ko ... potem ...", ki so zapisana v kodi blokovne verige. Znotraj pametne pogodbe je lahko toliko pogojev, da se udeleženci prepričajo, da bo naloga opravljena zadovoljivo. Računalniško omrežje oziroma vozlišča nato na podlagi teh izjav in vhodnih podatkov izvedejo dejanja, pod pogojem, da so bili vsi zahtevani pogoji
22
predhodno izpolnjeni. Ta dejanja lahko vključujejo sprostitev sredstev ustreznim strankam, registracijo vozila, pošiljanje obvestil, izdajo vozovnice in mnoge druge. Ob zaključeni transakciji se blokovna veriga posodobi. Vse pametne pogodbe so tako zbrane na blokovni verigi, kjer jih ni mogoče spremeniti, rezultate pa si lahko ogledajo samo stranke, ki so dobile dovoljenje. Pametne pogodbe so lahko sprogramirane popolnoma poljubno, vse pogosteje pa podjetja in razvijalci ponujajo predloge, spletne vmesnike in druga spletna orodja za poenostavitev strukturiranja pametnih pogodb. Poenostavljeno delovanje pametnih pogodb prikazuje slika 2.14 [27].
Slika 2.14: Delovanje pametnih pogodb [31]
Na podlagi tehnologije pametnih pogodb so začele nastajati tako imenovane decentralizirane aplikacije, ki na ta način pridobijo prednosti kriptovalut in tehnologije veriženja blokov. S tem, ko so aplikacije naložene na Ethereum blokovno verigo, pridobijo zaupanje, saj bodo vedno delovale tako, kot so bile sprogramirane. Danes je izdelava decentraliziranih aplikacij zelo popularna, saj na tisoče razvijalcev po vsem svetu razvija in izumlja nove vrste aplikacij, mnogo od teh pa je že danes mogoče preizkusiti. Te aplikacije so naslednje:
• finančne aplikacije, ki omogočajo izposojo, posojanje ali vlaganje digitalnih sredstev,
• denarnice za kriptovalute, ki omogočajo poceni in takojšnje plačevanje z Ether kovanci ali drugimi sredstvi,
• decentralizirani trgi, ki omogočajo trgovanje z digitalnimi sredstvi ali celo trgovanje z napovedmi o dogodkih v resničnem svetu,
23
• igre, v katerih so igralci lastniki digitalnih sredstev, prav tako pa jim je na različne načine omogočeno tudi služenje virtualnih kovancev in denarja [26].
Tehnologije veriženja blokov in decentralizirane aplikacije postajajo vse bolj zanimive in uporabne tudi v energetskem sektorju.
2.4.2 Tehnologija veriženja blokov v energetskem sektorju
Energetski sistemi doživljajo spremembe, ki jih je povzročil napredek porazdeljenih energetskih virov ter informacijsko-komunikacijskih tehnologij (IKT), prav tako pa vse več podjetij in državnih institucij, ki delujejo na energetskem trgu, verjame, da bi tehnologija veriženja blokov lahko ponujala določene rešitve za izzive v energetski industriji. Na podlagi ponujenih prednosti verige blokov, bi lahko ta tehnologija nudila rešitve predvsem pri avtomatizaciji in poenostavitvi energetskih procesov, kjer bi lahko tako zmanjšali stroške, prav tako bi izboljšala energetsko varnost omrežij v smislu kibernetske varnosti, hkrati pa bi delovala kot podporna tehnologija, ki bi lahko izboljšala zanesljivost oskrbe z električno energijo in na ta način spodbujala trajnost in uporabo obnovljivih virov energije.
Tehnologija veriženja blokov bi lahko bila primerna za različne aplikacije in vidike poslovnih modelov. Navajamo nekaj primerov aplikacij.
• Obračunavanje električne energije: tehnologije, kot so blokovne verige, pametne pogodbe in pametno merjenje lahko uvedejo avtomatizirano zaračunavanje električne energije za potrošnike.
• Prodaja in trženje: z uporabo teh tehnologij lahko pride do spreminjanja prodajne prakse električne energije glede na energetski profil potrošnikov, individualne želje in okoljske pomisleke. Blokovne verige v kombinaciji s tehnikami umetne inteligence (AI) in strojnega učenja (ML), bi lahko prepoznale potrošniške vzorce in tako omogočale prilagojene dobave energetskih izdelkov z dodano vrednostjo.
• Avtomatizacija: blokovne verige bi lahko izboljšale nadzor nad decentraliziranimi energetskimi sistemi in mikro omrežji. Prav tako bi omogočale vpeljavo lokalnih energetskih trgov, ki jih omogoča lokalizirano trgovanje z energijo (angl. Peer to peer), kar bi znatno povečalo lastno proizvodnjo električne energije.
• Aplikacije pametnega omrežja in prenos podatkov: blokovne verige se lahko uporabljajo za komunikacijo pametnih naprav, prenos ali shranjevanje podatkov.
Inteligentne naprave v pametnem omrežju vključujejo pametne števce, napredne senzorje, opremo za nadzor omrežja, sisteme za nadzor in upravljanje z energijo ter tudi
24
pametne nadzornike energije za dom in sisteme za nadzor stavb. Aplikacije za pametno omrežje lahko poleg varnega prenosa podatkov še dodatno izkoristijo standardizacijo podatkov, ki jo omogoča tehnologija veriženja blokov.
• Varnost: blokovne verige zagotavljajo popolno zaščito, ki jo zagotovijo s pomočjo kriptografije in tako na ta način varuje zasebnost ter zaupnost podatkov.
• Konkurenca: pametne pogodbe bi lahko poenostavile in pospešile zamenjavo dobaviteljev energije. Okrepljena mobilnost na trgu bi lahko povečala konkurenco in potencialno zmanjšala cene električne energije.
• Preglednost: nespremenljivi zapisi in pregledni postopki lahko bistveno izboljšajo revizijo in skladnost s predpisi.
Tehnologija veriženja blokov ima v energetskem sektorju velik potencial, vendar je za njeno popolno integracijo potreben čas in razvoj na področju decentraliziranih aplikacij in storitev.
Že danes pa je v Sloveniji mogoče uporabljati in delovati na decentraliziranem trgu z električno energijo, kjer se lahko trguje na način vsak z vsakim (angl. Peer to peer) [28].
2.4.2.1 Peer to peer (P2P) trgovanje električne energije
Trgovanje vsak z vsakim (angl. Peer to peer) je nakup in prodaja električne energije neposredno med uporabniki, brez tretje osebe ali posrednika. To pomeni, da bi proizvajalci električne energije oziroma elektrarne lahko proizvedeno električno energijo prodajale direktno odjemalcem ter tako znižale stroške, ki nastanejo pri trgovanju na konvencionalnem trgu električne energije. P2P trgovanje omogočajo blokovne verige, kjer uporabniki med seboj sklepajo pametne pogodbe in potrjujejo transakcije, vsa plačila pa so izvedena s kriptovalutami ali kriptokovanci. Trgovanje s P2P tako omogoča večji nadzor nad tem, kdo kupuje proizvedeno električno energijo in kdo jo prodaja, kot tudi kakšne so cene in čas poravnave. Medtem ko trgovanje s P2P uporabnikom omogoča boljši nadzor nad postopkom, je ključnega pomena opozoriti, da transakcije med enakovrednimi uporabniki lahko povzročajo nekatera tveganja, če ni tretje osebe, ki bi posredovala pri poslu. V zadnjem času je vedno bolj aktualna uporaba P2P omrežja za trgovanje električne energije, pridobljene iz obnovljivih virov energije [29].
2.4.3 SunContract
Platforma SunContract oziroma energetska tržnica predstavlja revolucijo na trgu električne energije, ki s svojim poslovnim modelom omogoča decentralizacijo energetskega trga. S SunContract platformo posamezniki dobivajo moč, da lahko vplivajo na trg električne energije,
25
kot tudi na ceno elektrike ter hkrati sami izberejo vir električne energije. Platforma omogoča neposredno povezovanje proizvajalcev elektrike s končnimi porabniki. S tem se izključi posrednike oziroma trgovce električne energije in s tem tudi provizije, ki jih ti zaračunavajo, to pa posledično vodi do znižanja stroškov vseh vpletenih.
Ideja o nastanku platforme SunContract je bila prvič javno predstavljena v Beli knjigi julija leta 2017, sredstva za razvoj platforme pa so bila zbrana na način izdaje kriptokovancev (ICO – ang. Initial Coin Offering) na blokovni verigi Ethereum. Investitorji so projekt tako podprli z Ether kriptokovanci, v zameno pa so dobili kovance SNC podjetja SunContract. Na ta način zbiranja sredstev je podjetje v enem mesecu zbralo skoraj dva milijona evrov, ta sredstva pa so v naslednjih letih namenili za razvoj podjetja, platforme in kadra. Vrednost žetona SNC se je v začetnih fazah financiranja in zbiranja sredstev nahajala med 0,02 € in 0,05 €, v začetku leta 2018 pa je vrednost kovanca narastla že na več kot 0,50 €. Zelo hitra rast kriptokovanca SNC je bila posledica takratnega bikovskega trenda na trgu kriptovalut. Do danes se je vrednost kovanca ustalila in v času pisanja zaključnega dela znaša 0,038 € [30]. Slika 2.15 prikazuje logotip kriptokovanca SNC.
Slika 2.15: Logotip kriptokovanca SNC [31]
Platforma je zgrajena na tehnologiji veriženja blokov in tako na podlagi pametnih pogodb neposredno povezuje proizvajalce in odjemalce električne energije v energetski bazen. Njihov poslovni model združuje najboljše lastnosti tehnologije veriženja blokov in obnovljivih virov energije. Ustvarjalci platforme so svojo vizijo tako razdelili na 5T in 5D model. 5T model predstavlja lastnosti blokovne verige:
• zaupanje (ang. trust),
• preglednost (ang. transparency),
• sledljivost (ang. traceability),
• časovna sledljivost (ang. timestamp),
• transakcije (angl. transactions).
26
5D model predstavlja povezanost obnovljivih virov energije v platformo SunContract, in sicer:
• digitalizacija,
• dekarbonizacija (zmanjšanje emisij toplogrednih plinov),
• deregulacija (vlaganje v inovacije na energetskem trgu),
• decentralizacija,
• demokratizacija (pravična razporeditev in dostop do električne energije).
Na ta način pri SunContractu ustvarjajo povsem nove storitve, ki bodo revolucionirale obstoječi trg električne energije. Decentralizirani trg z energijo v verigi blokov je le prvi korak preoblikovanja omrežnih storitev za distribucijo energije v prihodnosti, sledile pa mu bodo storitve optimizacije omrežnega toka in storitve odzivanja na povpraševanje. Njihova vizija je podpirati globalno samozadostno energetsko skupnost, ki temelji na obnovljivi energiji in digitalizaciji električne energije [31].
2.4.3.1 Energetska tržnica
Za trgovanje na energetski tržnici SunContract je najprej potrebno zamenjati dobavitelja električne energije in skleniti pogodbo s podjetjem Sonce d. o. o., ki je partner podjetja SunContract. Pri njih poskrbijo, da menjava dobavitelja poteka hitro in enostavno, ob sklenitvi pogodbe pa lahko odjemalec ali proizvajalec električne energije izbira med različnimi paketi in cenami električne energije ter tako izbere ponudbo, ki je zanj najbolj ugodna. Osnovna cena elektrike je od začetka opredeljena v okviru določenega paketa, ki se razlikujejo glede na končnega porabnika (gospodinjstvo, mali poslovni odjem, veliki poslovni odjem). Za gospodinjstva je na voljo paket Sonce dom, cene za male podjetnike pa so zajete v paket Sonce – mali podjetnik. Uporabnikom je nato omogočen dostop do energetske tržnice SunContract; v primeru, da se za njeno uporabo ne odločijo, za dobavo njihove energije poskrbi podjetje Sonce d. o. o. V tem primeru je cena električne energije takšna kot je bila sklenjena ob pogodbi. Z aktivnostjo na tržnici lahko uporabniki ceno električne energije samo še izboljšajo [32].
Za uporabo energetske tržnice SunContract je potrebno plačati varščino, na podlagi katere se podjetje zavaruje v primeru neplačanih storitev uporabnika. Varščina se odjemalcu določi glede na bruto vrednost računa za dobavljeno električno energijo v mesecu pred podpisom pogodbe in se nato določi na način, prikazan v tabeli 2.1.
27
Tabela 2.1: Znesek varščine glede na bruto vrednost računa za dobavljeno električno energijo
V primeru, da ima odjemalec samooskrbno sončno elektrarno, mora izbrati paket Samooskrba in plačati varščino, ki se določi na način, prikazan v tabeli 2.2.
Tabela 2.2: Znesek varščine v primeru samooskrbne sončne elektrarne
Dobavitelj varščino ob prejemu pretvori v SNC kovance, ki se nato tudi v nadalje hrani v SNC žetonih. Varščina se ob prenehanju pogodbenega razmerja odjemalcu vrne v SNC kovancih, ki jih lahko nato po želji zamenja v EUR po tržni ceni na platformi SunContract.
Na energetski tržnici lahko trgujejo odjemalci, kot tudi proizvajalci električne energije, ki električno energijo pridobivajo iz obnovljivih virov energije, torej s pomočjo sončnih elektrarn, vetrnih elektrarn, hidroelektrarn, elektrarn na leseno biomaso in bioplin. Na podlagi ponudbe in povpraševanja odjemalci in proizvajalci med seboj sklepajo pogodbe za posamezen mesec, individualne dogovorjene pogodbe, kot tudi pogodbe glede na obnovljiv vir. Slika 2.16 prikazuje energetsko tržnico in ponudbe odjemalcev in proizvajalcev električne energije za mesec junij.
Bruto vrednost računa
Do 100 € Do 200 € Do 400 € Do 600 € Do 800 € Do 1.000 € Do 1.500 € Do 3.000 €
Varščina 40 € 80 € 160 € 240 € 320 € 400 € 600 € 1.200 €
Gospodinjstvo Mali poslovni odjem
Varščina 500 € 1000 €
Varščina s popustom (če je odjemalec napravo za samooskrbo naroči pri Sonce energija d.o.o.)
40 € 80 €
28
Slika 2.16: Energetska tržnica SunContract [31]
Pri uporabi energetske tržnice SunContract ni posrednika, ki za svoje posredovanje zaračunava provizijo, zato lahko proizvajalci z neposrednimi dogovori s kupci dosežejo višjo odkupno ceno proizvedene elektrike, ki pa je še vedno nižja od cene, po kateri kupci trenutno odkupujejo električno energijo na trgu. Proizvajalci imajo vnaprej določeno osnovno pogodbeno ceno za odkup elektrike, ki je fiksna za celo leto, veliki poslovni odjemalci pa osnovno pogodbeno ceno za dobavo energije, prav tako po fiksni ceni za celo leto. Pri tem je treba poudariti, da ne prvi ne drugi niso omejeni s pogodbenimi cenami. Proizvajalci lahko namreč ceno dodatno zvišajo, odjemalci pa znižajo z medsebojnimi neposrednimi dogovori, brez posrednika. Prav odsotnost posrednika daje proizvajalcem dovolj prostora za dvig cene elektrike, kupci oziroma odjemalci pa jo še vedno lahko odkupijo po nižji ceni od tržne. Na ta način lahko proizvajalci električne energije sami določijo ceno ter s tem povečajo svoj prihodek tudi do 20 %. Proizvajalci imajo možnost, da zaslužke na platformi prejemajo v evrih ali kriptokovancih SNC, vsa plačila pa so lahko prav tako izvedena samo v evrih, saj je s tem uporaba tržnice preprosta za vse, tudi tiste, ki se na trg digitalnih valut ne spoznajo najbolje [33].
Za proizvajalce in odjemalce električne energije, ki jih trgovanje ne zanima, vendar pa bi kljub temu radi iztržili več so pri SunContractu razvili storitev Skrbniškega računa, ki omogoča, da z električno energijo trgujejo kot pooblaščeni trgovec ter tako zmanjšajo stroške električne energije. V primeru storitve skrbniškega računa je potrebno dobavitelju plačevati nadomestilo za opravljanje storitve, ki se določi v višini 50 % doseženih prihrankov. Prav tako je potrebno plačati tudi mesečno nadomestilo za vodenje skrbniškega računa v višini 1,50 € brez DDV.
Kljub vsemu pa izbira te ponudbe omogoča kasnejše plačilo varščine za uporabo energetske
