Энергетическая транзиция: Новые вызовы для операторов сетей

Достигнутый уровень развития технологий добычи энергии из возобновляемых источников (ВИЭ) и имеющийся степень их проникновения на рынок благодаря снижению себестоимости ВИЭ-генерации уже сейчас существенно влияет на энергетическую инфраструктуру. Неизбежный глобальный переход на новые источники энергии, сокращение и / или отказ от потребления углеводородных энергоресурсов — «энергетическая транзиция» — неотвратимо усилит влияние на структуру и практическое функционирование энергосетей как с технической, так и с организационной стороны. Изменения в сети для имплементации изменяемой возобновляемой энергетики (VRE) становятся более насущными, а операторы распределительных сетей также должны трансформироваться, что в конце должно изменить их роль в соответствии вызовам времени.

Фото: Локальная солнечная электростанция в распределенной сети, соединенная с общей стационарной электросетью, сообщество в South Table Mountain («Южная столовая гора», Колорадо, США). Проект реализован при поддержке Министерства энергетики США (U.S. Department of Energy, DOE).
Фото: Локальная солнечная электростанция в распределенной сети, соединенная с общей стационарной электросетью, сообщество в South Table Mountain («Южная столовая гора», Колорадо, США). Проект реализован при поддержке Министерства энергетики США (U.S. Department of Energy, DOE).

Энергетический сектор уверенно проторил себе путь к энергетике нового типа, благодаря инновациям и быстрому снижению стоимости технологий солнца и ветра. Во многих странах ВИЭ становятся едва ли не единственным возможным перспективным средством, чтобы перейти к безопасному, экономически эффективному и экологически устойчивому энергоснабжению. ВИЭ уже влияют на устойчивость дальнейшего социально-экономического развития и улучшают экологию, одновременно противодействуют изменению климата и местному загрязнению воздуха. Несмотря на многообещающий прогресс, что к настоящему времени уже состоялся, темпы перехода к энергетике нового типа должны значительно возрасти.

Поэтому, чтобы не отставать от новых разработок и технологических прорывов, наряду с изменениями в рыночной политике, бизнес-политика и условия внедрения технологических инноваций должны постоянно пересматриваться и обновляться.

Интеграция изменяемой возобновляемой энергии (VRE) создает особые вызовы по работе энергосистемы в целом. В условиях, когда доля VRE в производстве электроэнергии растет, по сути, актуальной задачей становится сохранение баланса спроса и предложения в сети. Для минимизации стоимости VRE-генерации и для обеспечения устойчивости функционирования самих электросетей необходимы гибкие и более интегрированные между собой энергосистемы.

Для поддержки эволюции к доступному и надежному балансированию спроса и предложения в энергетике законодатели и системные операторы во всем мире принимают целый ряд мер (см. отчеты IRENA, IEA и REN21, 2018). Для преодоления главных факторов проблем по имплементации ВИЭ на более высоком уровне структура новой энергетики должна иметь гибкость (Flexibility), т.е. возможность энергосистемы справиться с изменчивостью и неопределенностью генерации от солнечной и ветровой энергии, для чего должны вводиться различные временные шкалы, от короткого к долгосрочному периоду, избегая сокращения потребления энергии с VRE.

Это означает, что различными средствами нужно компенсировать недостатки VRE:

  • Сменяемость (Variability): естественная нестабильность генерации из солнечных и ветровых источников, которая превращается в потенциально быстрые изменения производства электроэнергии, от чего возникает несоответствие спроса и предложения энергии.
  • Неопределенность (Uncertainty): неспособность пока надежно и достоверно прогнозировать будущее производство из солнечных и ветровых источников энергии на разных временных промежутках.

Синергия от сочетания

В последние годы новаторские компании и дальновидные правительства по всему миру создавали, испытывали и разворачивали множество инновационных решений, имеющих потенциал радикально трансформировать энергосистему. Существенное разнообразие решений в сочетании с различиями между местными энергетическими системами может привести к запутанной картины лица, которые принимают решения, чтобы оценить и определить наилучшие решения для каждой страны или локальной ситуации.

Международное агентство по возобновляемой энергетике (IRENA) в своем отчете за февраль 2019 «Innovation landscape for a renewable-powered future» провела широкий и детальный анализ «ландшафта инноваций» для интеграции VRE в энергетику, классифицировала их по категориям и привела различные примеры имеющихся и внедряемых инновационных реформаторских решений.

Анализ также показывает, что нововведения в энергосистеме должны внедряться по 4-х ключевых аспектах:

  • Внедрение технологий: новые технологии, которые способствуют интеграции ВИЭ.
  • Бизнес-модели: новые инновационные модели, которые создают новые бизнес-условия для услуг, повышающих гибкость системы и стимулируют дальнейшую интеграцию технологий ВИЭ.
  • Структура рынка: новые рыночные структуры и изменения в нормативно-правовой базе для поощрения гибкости и новой добавленной стоимости услуг по энергоснабжению, которые в свою очередь стимулируют новые возможности для бизнеса.
  • Эксплуатация системы: инновационные методы эксплуатации электроэнергетической системы, позволяющие интегрировать большую долю VRE-генерации.

Главный вывод из отчета: чтобы обеспечить постоянство новой энергетики и ускорить енерготранзицию не существует менее или более важных мероприятий — все мероприятия должны интегрироваться между собой и поддерживать друг друга. В зависимости от местной специфики могут только меняться степень внедрения и масштабы воздействия.

На рис. 1 показаны группы инноваций, которые должны способствовать ускорению енерготранзиции и обеспечить постоянство энергетики нового типа. Эти инновации должны изменить всю цепь отношений «товар (услуга) — деньги». На рис. 2. показан «новый энергетический мир» с использованием значительной доли ВИЭ — благодаря внедрению цифровых технологий связи и обработки данных изменятся роли участников рынка и направления кешфлоу по всей энергетике. В том числе меняется роль сугубо потребителей и поставщиков — они в большей степени превращаются в производителей, поставщиков услуг и дистрибьюторов энергии, то есть частично берут на себя определенные функции собственно операторов распределительной системы (distribution system operators, DSO).

Рис. 1. Комбинация мероприятий и решений, обеспечивающих гибкость в энергетике. Источник: IRENA - «Innovation landscape for a renewable-powered future», февраль 2019.
Рис. 1. Комбинация мероприятий и решений, обеспечивающих гибкость в энергетике. Источник: IRENA - «Innovation landscape for a renewable-powered future», февраль 2019.
Рис. 2. Изменения в цепи поставок в энергетике с увеличенной долей ВИЭ. Источник: IRENA - «Innovation landscape for a renewable-powered future», февраль 2019.
Рис. 2. Изменения в цепи поставок в энергетике с увеличенной долей ВИЭ. Источник: IRENA - «Innovation landscape for a renewable-powered future», февраль 2019.

Будущая роль операторов распределительных систем

Наряду с технологическими изменениями, включая хранением энергии и быстрой отдачей ее в сеть, организацией надежного двустороннего перенаправления энергопотоков, новыми бизнес-технологиями, базирующимися на цифровых возможностях по прогнозированию спроса / предложения, обработки данных и учета стимулирующей цены, которые будут влиять на оптовый и розничный рынки энергии, значительные изменения для ускорения общей енерготранзиции состоятся именно в оперировании энергетическими потоками и изменениями роли операторов DSO см. рис. 3. Эти изменения обусловлены развитием составляющих рынка и связанных технологий, но и сами DSO будут влиять на функционирование энергосистемы нового типа.

Рис. 3. «Инновационный ландшафт» изменений в системной интеграции для увеличения доли ВИЭ в энергетике. Источник: IRENA - «Innovation landscape for a renewable-powered future», февраль 2019.
Рис. 3. «Инновационный ландшафт» изменений в системной интеграции для увеличения доли ВИЭ в энергетике. Источник: IRENA - «Innovation landscape for a renewable-powered future», февраль 2019.
Рис.4. Системные инновации в эксплуатации (оперировании) энергосистемой. Источник: IRENA - «Innovation landscape for a renewable-powered future», февраль 2019.
Рис.4. Системные инновации в эксплуатации (оперировании) энергосистемой. Источник: IRENA - «Innovation landscape for a renewable-powered future», февраль 2019.

Эксплуатация системы в новых условиях (рис. 4) потребует углубленной кооперации между операторами распределительных и передающих сетей (и согласования технических проблем двусторонней передачи энергии на различных уровнях мощности и напряжения). Это также потребует устранения неопределенности между спросом потребителей и мощностью генерации с VRE, то есть развития на новом уровне систем прогнозирования. Благодаря возможностям цифровых решений по учету и прогнозу можно будет несколько отсрочить актуальность в физической перестройке сетевой инфраструктуры. «Виртуальные линии» электроснабжения, представляющие собой батарейные хранилища, расположенные с обеих сторон несбалансированной точки части сети, могут обеспечить такое резервное накопления энергии, способный при необходимости устранить локальные перегрузки. Эти виртуальные линии передачи также откладывают или избавляют от необходимости в немедленном физическом обновлении передающих линий. Для удовлетворения хотя бы части пикового спроса может быть использован накопитель с относительно небольшой емкостью, а дополнительно — это повысит уровень потребления с VRE.

Ответственность DSO-компаний должна расшириться так, чтобы иметь возможность эффективно управлять распределенными энергоресурсами, подключенными к их сети, которая позволяет интегрировать в их сеть и максимизировать предоставляемые ими преимущества.

Эта новая роль DSO-компаний должна включать в себя:

  • Закупка услуг  электросети с распределенных энергоресурсов.
  • Эксплуатация распределенных энергоресурсов  для оптимизации использования существующих сетей (и отсрочка капиталовложений в существенную перестройку) с помощью прямого контроля или через формирование ценовых сигналов (почасовой или настоящее меняющийся тариф).
  • Ключевые трансформационные меры, которые должны осуществить DSO: разработка интеллектуального учета, системы по начислению платы за зарядку электромобилей, заключение контрактов с агрегаторами (цифровые облачные технологии оптимизации и прогнозирования), создание площадок для оперативной и безопасной рыночной онлайн-продажи электроэнергии в реальном времени ( например, для гибкости, управлением перегрузками, планированием работы электросети на основе оптимизации затрат и бонусных выгод и т.д.).
  • Управление перегрузками в рамках услуг, которые будут закупаться операторами сети для увеличения доли ВИЭ в общем энергопакете, станет неким вызовом, для чего DSO смогут использовать гибкие модели «behind-the-meter» (электрогенерирующий объект, который находится вне пользовании / собственности поставщика энергии). Должны быть созданы новые рынки услуг по управлению перегрузками и соответствующие бизнес-модели для них. Это также долино стимулировать применение систем накопления и сохранения энергии (ESS) различного уровня — от домашних до мощных региональных систем.
  • Взаимодействие с различными производителями энергии с VRE  с возможностью накопления — например, с гидроаккумулирующими станциями (ГАЭС) или PV-станциями с CSP-накопителями избытка генерации энергии в виде тепла.

Нерешенной проблемой сейчас является отсутствие постоянной модели того, каким образом монетизировать услуги DSO и участников рынка, взаимодействующих с ними. Сейчас существует целый ряд доступных технологий с предоставления новых услуг (быстрые электронные балансировки, стабилизация качества электрического тока, согласование мощности и спроса / предложения), необходимых для имплементации в энергосистему существенной доли генерации с VRE. Ключевой вопрос заключается в том, каким образом оперативно, корректно и стимулирующим образом оплачивать новые сервисы, чтобы соответствующие бизнес-модели могли поддерживать дальнейшее развитие и постоянное внедрение VRE-технологий. Эти проблемы также связаны с мотивацией системных инвестиций и привлечением средств на публичных рынках, то есть с широкой пропагандой новых возможностей по получению выгод.

Одним из способов создания новой добавленной стоимости от сервисов и соответствующих потоков доходов является внедрение вспомогательного регулирования. Новые рыночные конструкции должны стимулировать гибкость путем поощрения коммерческого поведения как со стороны предложения, так и за надлежащее вознаграждение в ответ потребителям на сдерживание / увеличение их спроса. Внедряемые инновационные бизнес-модели потребуют переформатирование и адаптации структуры рынка к меняющимся условиям функционирования VRE-системы, включая всю цепь поставки, без чего енерготранзиция или затормозится, или потребует больших затрат.

Однако, даже если отсутствует регуляция, частный сектор все равно может предложить некоторые новые возможности гибких бизнес-моделей, основанные на технологических новациях. Например, при отсутствии программ реагирования на спрос, которые внедряются регулирующим органом, частные компании могут предлагать потребителям в обмен на более низкий счет за электроэнергию такие услуги, например, как перенос нагрузки на другое время, временное ограничение энергопотребления, использование аккумуляторов и искусственного интеллекта.

С увеличением уровня децентрализации и цифровизации энергосистемы, многие технологии нового поколения становятся ориентированными именно на конечного потребителя. Новые цифровые технологии могут поддерживать выгоды от оптимизации спроса и других услуг для самой электросети, что в конечном итоге увеличивает фактическую пропускную способность сетей и создает устойчивые региональные рынки с высокой местной долей VRE.

Оптимальная стратегия интеграции увеличенной доли VRE должна учитывать специфику страны, технологические условия, состояние и результаты ситуационного анализа деятельности DSO вследствие взаимодействия системных инноваций по всем аспектам, что позволит создать надежные и доступные системы энергоснабжения, основанные преимущественно на ВИЭ.

 

Ключевые направления деятельности Авенстон

Промышленные солнечные электростанции

Строим сетевые промышленные солнечные электростанции для работы по "зеленому" тарифу или продажи электроэнергии через систему аукционов. Наземные солнечные электростанции "под ключ" - проект, генподряд, подключение к сетям.
Узнать больше

Коммерческие солнечные электростанции

С 2010 года выполняем полный комплекс работ по разработке проектов, строительству и сервисному обслуживанию солнечных фотоэлектрических электростанций всех типов. Огромный практический опыт строительства солнечных электростанций для бизнеса. 
Узнать больше

Плавучие солнечные электростанции

Мы предлагаем все необходимые услуги и инновационные решения по внедрению плавучих солнечных электростанций (FPV) в Европе и на Ближнем Востоке. Технические консультации, проектирование и услуги EPC под ключ.
Узнать больше

Системы накопления электроэнергии

Полный спектр услуг по внедрению технологий хранения энергии (BESS) для солнечных электростанций и других объектов ВИЭ, промышленности и коммерческого сектора. Девелопмент, проектирование, строительство, ввод в эксплуатацию.
Узнать больше