Magazyn energii w zakładzie produkcyjnym — case study PV i BESS

Magazyn energii w zakładzie produkcyjnym może być aktywem, które co roku pracuje na wynik firmy — pod warunkiem, że jego moc, pojemność i sposób pracy wynikają z danych, a nie z katalogu. W tym case study pokazujemy analizę wariantu instalacja PV + magazyn energii dla zakładu, który rozważał obie inwestycje: od profilu zużycia, przez symulację pracy magazynu w każdej godzinie roku, po okres zwrotu i wartość bieżącą netto.

Profil klienta i cel analizy

Klientem jest zakład produkcyjny o wysokim i powtarzalnym zapotrzebowaniu na energię elektryczną, pracujący w stabilnym rytmie tygodniowym. W chwili analizy nie miał jeszcze ani instalacji fotowoltaicznej, ani magazynu energii.

Celem było sprawdzenie, czy inwestycja w oba te elementy ma uzasadnienie techniczne i ekonomiczne — czy obniży koszty energii i da zakładowi większą kontrolę nad bilansem energetycznym. Punktem wyjścia był wariant instalacji PV o mocy ok. 1300 kWp, jeden z rozważanych przez klienta. Wszystkie symulacje oparto na rzeczywistych danych zużycia zakładu z 12 miesięcy (od listopada 2024 do października 2025 r.).

Jak zakład zużywa energię — Energogramy

Produkcja z fotowoltaiki przypada na godziny dzienne, które nie zawsze pokrywają się z zapotrzebowaniem zakładu. Zanim policzy się PV i magazyn, trzeba więc wiedzieć, jak zużycie rozkłada się w ciągu doby, tygodnia i roku. Bez tego instalacja PV może wytwarzać nadwyżki, których zakład nie zdąży wykorzystać.

Energogram roczny w układzie dobowym

Każda kolumna to kolejny dzień roku, każdy wiersz — godzina doby. Kolor odpowiada mocy pobieranej przez zakład: im jaśniejszy, tym wyższy pobór.

Widać uporządkowany, przewidywalny rytm pracy: wyższy pobór od ok. 6:00 do popołudnia w dni robocze, ciemne pasy weekendów i dni wolnych oraz wyraźnie niższe zapotrzebowanie w sierpniu. W weekendy, dni wolne i latem — a więc także w okresie najwyższej produkcji PV — zakład pobiera znacznie mniej. Bez narzędzia do przesuwania energii w czasie część energii z planowanej instalacji trafiałaby wtedy do sieci zamiast do zakładu.

Energogram roczny w układzie tygodniowym

Ten sam rok w innym przekroju: kolumny to kolejne tygodnie, wiersze — kolejne godziny tygodnia. Taki układ pozwala ocenić, czy sposób pracy zakładu powtarza się w cyklu tygodniowym.

Wyraźna różnica między dniami roboczymi a weekendem, powtarzająca się tydzień po tygodniu, potwierdza stabilny rytm pracy zakładu. Ciemne kolumny to tygodnie z przestojami, w tym okres letni. Powtarzalność profilu oznacza, że PV i magazyn można zaprojektować precyzyjnie pod rzeczywiste potrzeby. Jednocześnie godziny bez produkcji zwiększają ryzyko, że bez magazynu nadprodukcja z PV nie zostanie wykorzystana.

Czy w profilu jest miejsce na magazyn? Analiza mocy

Analizy nie zaczęliśmy od pytania „jaki magazyn kupić”, tylko od pytania: czy profil pracy zakładu daje realne, policzalne miejsce na magazyn energii. Sprawdziliśmy m.in.:

• jak zmienia się pobór mocy w skali roku — czy występują okresy wymagające buforowania energii,
• jak często pojawiają się poszczególne poziomy mocy — czy magazyn pracowałby regularnie, czy tylko od święta,
• jak instalacja PV i zakup energii na RDN mogą zasilać magazyn tak, by zmieniać moment zakupu energii, a nie tylko „dokładać sprzęt”.

Profil poboru mocy w ujęciu rocznym

Wykres pokazuje zmiany poboru mocy przez cały analizowany rok. To podstawa do oceny, z jakimi poziomami mocy zakład pracuje najczęściej i kiedy pojawiają się obciążenia wymagające buforowania energii.

Pobór zmienia się w rytmie dni i tygodni pracy, ze szczytami sięgającymi ok. 790 kW i wyraźnie niższym zapotrzebowaniem w okresie letnim. Obciążenia, które warto buforować, pojawiają się często i przez cały rok — magazyn pracowałby więc regularnie, a nie w pojedynczych momentach.

Histogram poboru mocy

Histogram pokazuje, ile razy w ciągu roku zakład pracował na danym poziomie mocy. To podstawowe narzędzie do racjonalnego doboru mocy magazynu.

Najczęściej występują moce ok. 280–360 kW, a mniej więcej trzy czwarte wszystkich pomiarów mieści się w przedziale ok. 240–550 kW. Moce powyżej ok. 600 kW to niecałe 6% pomiarów w roku. Taki rozkład pozwala dobrać magazyn optymalny kosztowo — bez przewymiarowania pod rzadkie, skrajne obciążenia.

Zaproponowane rozwiązanie

Na podstawie analiz zaprojektowano wariant inwestycyjny obejmujący:

• instalację fotowoltaiczną o mocy ok. 1300 kWp,
• magazyn energii w technologii LiFePO₄ (litowo-żelazowo-fosforanowej),
• integrację systemu z rynkiem dnia następnego (RDN), tak by magazyn mógł ładować się także z sieci w godzinach niskich cen.

Parametry magazynu energii:

• moc: 1,25 MW,
• pojemność nominalna: 5,015 MWh,
• pojemność użyteczna: 4,295 MWh.

W tym wariancie magazyn ma trzy zadania: zagospodarować nadwyżki z projektowanej instalacji PV, przesuwać energię w czasie i stabilizować koszt zakupu energii z sieci.

Symulacja pracy magazynu energii przez cały rok

Po doborze parametrów wykonaliśmy szczegółową symulację pracy magazynu na rzeczywistym profilu zużycia zakładu, produkcji z instalacji PV i cenach energii na RDN. Objęła ona zarówno krótkie cykle ładowania i rozładowania, jak i roczny bilans energii — tak, by ocenić, jak intensywnie magazyn będzie wykorzystywany.

Moc ładowania i rozładowania w skali roku

Magazyn pracuje cyklicznie przez cały rok — także latem, gdy zakład zużywa mniej energii. Jego wykorzystanie nie jest sezonowe ani incydentalne: magazyn staje się stałym elementem bilansu energetycznego zakładu.

Roczny bilans energii magazynu

• ładowanie magazynu łącznie: 765,613 MWh/rok,
• w tym z instalacji PV: 402,838 MWh/rok (ok. 53%),
• w tym z sieci: 362,775 MWh/rok (ok. 47%),
• energia oddana z magazynu na pokrycie zużycia zakładu: 690,013 MWh/rok.

Magazyn przenosi w ciągu roku setki megawatogodzin energii, co bezpośrednio przekłada się na koszty zakładu. Przy pojemności użytecznej 4,295 MWh oddanie 690 MWh odpowiada ok. 160 pełnym cyklom rocznie. Stosunek energii oddanej do pobranej — ok. 90% — pokazuje uwzględnione w symulacji straty przetwarzania.

Pobór energii z sieci po wdrożeniu magazynu

Jednym z najważniejszych efektów jest zmiana sposobu, w jaki zakład pobiera energię z sieci.

Pobór przesuwa się na godziny nocne — szczególnie jesienią i zimą, gdy produkcja PV jest niewielka — a zakupy energii w godzinach wyższych cen wyraźnie maleją. Od wiosny do jesieni zakład w ciągu dnia pobiera z sieci niewiele, bo zapotrzebowanie pokrywają instalacja PV i magazyn.

Źródła ładowania magazynu: PV i sieć

Priorytetem jest ładowanie z instalacji PV — od wiosny do jesieni magazyn ładuje się przede wszystkim w godzinach południowych. Sieć pełni rolę uzupełniającą: jesienią i zimą magazyn ładuje się nocą, w okresach korzystnych cenowo.

Stan naładowania magazynu (SOC)

Stan naładowania zmienia się w uporządkowany i powtarzalny sposób. Latem magazyn przez większą część dnia jest naładowany energią z PV, a jesienią i zimą rozładowuje się po południu i wieczorem, po czym uzupełnia energię w nocy. To potwierdza stabilną pracę systemu i jego dopasowanie do profilu zużycia zakładu.

Energia oddawana z magazynu do zakładu

Magazyn oddaje energię głównie rano oraz po południu i wieczorem — w godzinach, w których produkcja PV jest niewielka lub zerowa, a energia z sieci zwykle najdroższa. Dane potwierdzają, że magazyn skutecznie pokrywa zapotrzebowanie zakładu wtedy, gdy instalacja PV nie produkuje energii.

Efekt finansowy w skali roku

Na podstawie symulacji określiliśmy roczny efekt finansowy pracy magazynu energii dopasowanego do rzeczywistego profilu zużycia zakładu i produkcji z instalacji PV. Dla wariantu z magazynem o pojemności użytecznej 4294,6 kWh roczny zysk netto oszacowano na:

Efekt wynika z przesuwania energii w czasie: magazyn ładuje się, gdy dostępna jest energia z PV albo gdy ceny na rynku są niskie, a oddaje ją zakładowi w okresach wyższego zapotrzebowania i droższej energii z sieci.

Wyliczenie jest konserwatywne. Obejmuje wyłącznie efekt pracy magazynu w połączeniu z instalacją PV i rynkiem energii. Nie uwzględnia dodatkowych możliwych korzyści, takich jak Usługi Systemowe, poprawa jakości zasilania czy funkcja zasilania rezerwowego.

Okres zwrotu, ROI i NPV

Zestawiając koszt inwestycji z rocznym efektem finansowym, wyznaczyliśmy kluczowe wskaźniki ekonomiczne:

• okres zwrotu z inwestycji: 2,76 roku,
• ROI: 36,18%,
• wartość bieżąca netto (NPV): 8 834 087,69 zł przy stopie dyskonta 2,8%.

Krótki okres zwrotu oznacza, że inwestycja szybko zaczyna generować dodatnie przepływy pieniężne. Wysokie ROI pokazuje, że nie jest ona kosztem infrastrukturalnym, lecz aktywem pracującym na wynik firmy. Dodatnia NPV oznacza z kolei, że inwestycja zwiększa wartość przedsiębiorstwa w długim horyzoncie — nawet przy zachowawczych założeniach finansowych.

Wyniki pochodzą z symulacji na danych historycznych zakładu i cenach z analizowanego okresu. Rzeczywisty efekt w kolejnych latach będzie zależał m.in. od cen energii, zmian w pracy zakładu i strategii sterowania magazynem — dlatego w analizie porównujemy warianty i wskazujemy ryzyka.

Wnioski z case study

W analizowanym przypadku projektowany magazyn energii jest aktywnym narzędziem zarządzania energią, a nie tylko elementem infrastruktury. Połączenie instalacji PV, magazynu i dostępu do rynku energii pozwala świadomie sterować momentem zakupu i wykorzystania energii, co bezpośrednio obniża koszty operacyjne zakładu.

Najważniejszy wniosek: opłacalność nie wynika z samego zastosowania magazynu, lecz z jego dopasowania do rzeczywistego profilu zużycia i warunków rynkowych. Symulacja pokazała, że magazyn pracowałby regularnie i przewidywalnie, dając powtarzalny efekt finansowy w skali roku, a nie jednorazowe czy przypadkowe oszczędności.

Magazyn nie był tu odpowiedzią na problem technologiczny, tylko ekonomiczny: zmienność cen energii i ograniczony wpływ zakładu na moment jej zakupu. Dobrze zaprojektowany system, oparty na danych i symulacji scenariuszy rynkowych, zamienia energię z nieprzewidywalnego kosztu w koszt świadomie zarządzany. Warunkiem jest sterowanie, które realizuje tę strategię każdego dnia — piszemy o tym w artykule Magazyn energii bez EMS.

Jak sprawdzić to w Twojej firmie

Taka analiza zawsze zaczyna się od danych zakładu, a nie od uśrednionych założeń. Potrzebne są:

• profil zużycia 15-minutowy z co najmniej 12 miesięcy (udostępnia go operator sieci),
• faktury za dystrybucję i zakup energii,
• moc umowna, moc przyłączeniowa i taryfa,
• dane istniejącej lub planowanej instalacji PV,
• informacje o planach rozwoju zakładu.

Na końcu otrzymujesz jasną odpowiedź: inwestować czy nie — z wariantami mocy i pojemności, okresem zwrotu, NPV i ryzykami. Analizę magazynu energii z fotowoltaiką wykonujemy jako płatną Analizę Ekspercką w stałej cenie.

Udostępnij artykułLinkedInFacebook