Виртуальные электростанции и реальные киловатты
ТЕХНОЛОГИИ / #9_2018
Текст: Татьяна ДАНИЛОВА / Фото: Flickr.com, Sonnenbatterie.de, Tesla.com, Eex.com
Виртуальные электростанции — цифровые сообщества, объединяющие распределенную генерацию, — позволяют получить дополнительные мощности без инвестиций в их строительство и сбалансировать энергосети. Новая технология уже нашла применение в развитых странах, где «зеленая» идеология набирает популярность.
О выгодах и невыгодах возобновляемой энергетики и созданной на ее базе распределенной генерации знают все. Энергия возобновляемых источников не загрязняет окружающую среду (если не рассматривать загрязняющих этапов производства солнечных панелей и ветрогенераторов, а также истощения почв под посевами растений для биомассы), дешева (до тех пор, пока обильно субсидируется) и в целом надежна (пока существуют и работают предприятия, которые обеспечивают базовую нагрузку и приходят на помощь в пасмурные или безветренные дни).
Такие источники используются локально, в основном во время пиковых нагрузок. А если дополнительную электроэнергию разных источников, полученную во внепиковое время, агрегировать, упорядочивать, а затем продавать на энергорынке по рыночной цене?
Это возможно. То есть можно получить дополнительные мощности без инвестиций в их строительство. Вложения все же понадобятся, но гораздо меньше необходимых для строительства новых генерирующих мощностей, в том числе резервных.
Мы подошли к идее виртуальной электростанции — в промышленно развитых странах их число растет. Рост распределенной генерации и возобновляемой энергетики, дерегуляция энергорынков и высокая инвестиционная нагрузка стали вызовом для энергетиков. Развитие инфотехнологий помогло найти ответ на этот вызов: создание цифровых сообществ децентрализованных генераторов, подающих энергию в сеть.
Такие источники используются локально, в основном во время пиковых нагрузок. А если дополнительную электроэнергию разных источников, полученную во внепиковое время, агрегировать, упорядочивать, а затем продавать на энергорынке по рыночной цене?
Это возможно. То есть можно получить дополнительные мощности без инвестиций в их строительство. Вложения все же понадобятся, но гораздо меньше необходимых для строительства новых генерирующих мощностей, в том числе резервных.
Мы подошли к идее виртуальной электростанции — в промышленно развитых странах их число растет. Рост распределенной генерации и возобновляемой энергетики, дерегуляция энергорынков и высокая инвестиционная нагрузка стали вызовом для энергетиков. Развитие инфотехнологий помогло найти ответ на этот вызов: создание цифровых сообществ децентрализованных генераторов, подающих энергию в сеть.
ВЭ применяет модели финансового трейдинга к «зеленой» энергии, определяя благоприятные моменты покупок/продаж, и увеличивает прибыльность
Цифровые сообщества
Что такое виртуальная электростанция (ВЭ)? Самое краткое и емкое определение: это цифровое сообщество децентрализованных генераторов и потребителей. Центральная идея ВЭ — распределенная облачная система-агрегатор, объединяющая и перераспределяющая электроэнергию различных источников и производителей. Такая система «умного контроля» — часть «умных сетей» — обеспечивает получение дополнительных мощностей без инвестиций в их строительство. Инфраструктура В Э — "Интернета вещей" (IoT): системы учета потребления и отдачи в сеть электроэнергии, связь через Интернет (часто беспроводная) и программное обеспечение для балансирования системы и сглаживания пиковых нагрузок.
Таким образом, ВЭ — это информационная система, в которой в режиме реального (или почти реального) времени циркулируют сведения о доступной генерации и/или спросе на подключенной территории, настоящем и прогнозируемом, возможностях разгрузки/гибкой мощности потребителей, желаемом графике нагрузки системы. Такая система обеспечивает гибкость использования генерации или доступной мощности потребителя, автоматически определяя наиболее эффективный в данный момент источник с учетом массы факторов, от ситуации на рынке до прогноза погоды.
Цифровое сообщество децентрализованных генераторов, подающих энергию в сеть, объединяет мощности солнечных панелей, ветроферм, когенерации, малых гидроустановок и других децентрализованных производителей электроэнергии. Источник генерации роли не играет: ВЭ может объединить практически любые технологии выработки и накопления энергии, будь то ТЭЦ, ветряки, солнечные, гидро-, дизельные и угольные электростанции, биогаз или биомасса.
Такое цифровое сообщество — и, следовательно, архитектура ВЭ — может принимать разнообразные формы. Участники В Э могут быть интегрированы горизонтально (снабженные солнечными панелями жилые дома или офисные здания) или вертикально (контроль генерации, передачи и распределения). Сообщество может быть частью более широкой системы или работать независимо. Также В Э можно подключить к общей энергосистеме.
Цель формирования такого сообщества — совместный маркетинг электроэнергии и предоставление услуг электросетевым компаниям (к примеру, краткосрочных резервов для регулирования частоты). Но первое и главное достоинство ВЭ — она способна стабилизировать сеть, сгладив пики недиспетчеризуемой генерации и пики потребления, перенаправив избыток электроэнергии туда, где в ней нуждаются, или сохранив некоторое ее количество. (Слово «перенаправить» можно заменить словом «перепродать», так как ВЭ объединяет не только производителей, но и потребителей.) Короче говоря, ВЭ играет роль стабилизатора энергосистемы. Большая гибкость позволяет системе лучше реагировать на колебания, но ее сложность требует сложной оптимизации, контроля и защиты.
«Физического тела» у ВЭ нет, если не считать системы датчиков, устанавливаемых у производителей и потребителей энергии, и сложного комплекса программного обеспечения. Поэтому цифры рынка ВЭ сравнительно скромны и сильно разнятся у различных маркетологов. Inkwood Research оценивает глобальный рынок ВЭ в 2017 году всего в $ 214,5 млн, Allied Market Research дает цифры в три с лишним раза больше, а P&S Market Research считает, что рынок ВЭ к 2023 году «дорастет» до $ 5510 млн. Однако все компании сходятся на том, что до 2026 года этот рынок будет расти на 25−26% в год.
Услуги виртуальных электростанций предоставляют как «традиционные» энергетические предприятия (Statkraft, RWE, E. ON, ABB, AGL Energy, AutoGrid Systems, Comverge и т. п.), ищущие новые бизнес-модели, так и независимые компании и даже стартапы из IТ-сектора.
В мире действуют сотни ВЭ. Больше всего их в странах с развитой возобновляемой энергетикой: США, Германии, Австралии, Дании, Японии. Ведь чем больше солнечных и ветряных мощностей входит в электрическую сеть, тем выше потребность в ее регулировании и балансировании. Лидер внедрения ВЭ, безусловно, Германия.
Что такое виртуальная электростанция (ВЭ)? Самое краткое и емкое определение: это цифровое сообщество децентрализованных генераторов и потребителей. Центральная идея ВЭ — распределенная облачная система-агрегатор, объединяющая и перераспределяющая электроэнергию различных источников и производителей. Такая система «умного контроля» — часть «умных сетей» — обеспечивает получение дополнительных мощностей без инвестиций в их строительство. Инфраструктура В Э — "Интернета вещей" (IoT): системы учета потребления и отдачи в сеть электроэнергии, связь через Интернет (часто беспроводная) и программное обеспечение для балансирования системы и сглаживания пиковых нагрузок.
Таким образом, ВЭ — это информационная система, в которой в режиме реального (или почти реального) времени циркулируют сведения о доступной генерации и/или спросе на подключенной территории, настоящем и прогнозируемом, возможностях разгрузки/гибкой мощности потребителей, желаемом графике нагрузки системы. Такая система обеспечивает гибкость использования генерации или доступной мощности потребителя, автоматически определяя наиболее эффективный в данный момент источник с учетом массы факторов, от ситуации на рынке до прогноза погоды.
Цифровое сообщество децентрализованных генераторов, подающих энергию в сеть, объединяет мощности солнечных панелей, ветроферм, когенерации, малых гидроустановок и других децентрализованных производителей электроэнергии. Источник генерации роли не играет: ВЭ может объединить практически любые технологии выработки и накопления энергии, будь то ТЭЦ, ветряки, солнечные, гидро-, дизельные и угольные электростанции, биогаз или биомасса.
Такое цифровое сообщество — и, следовательно, архитектура ВЭ — может принимать разнообразные формы. Участники В Э могут быть интегрированы горизонтально (снабженные солнечными панелями жилые дома или офисные здания) или вертикально (контроль генерации, передачи и распределения). Сообщество может быть частью более широкой системы или работать независимо. Также В Э можно подключить к общей энергосистеме.
Цель формирования такого сообщества — совместный маркетинг электроэнергии и предоставление услуг электросетевым компаниям (к примеру, краткосрочных резервов для регулирования частоты). Но первое и главное достоинство ВЭ — она способна стабилизировать сеть, сгладив пики недиспетчеризуемой генерации и пики потребления, перенаправив избыток электроэнергии туда, где в ней нуждаются, или сохранив некоторое ее количество. (Слово «перенаправить» можно заменить словом «перепродать», так как ВЭ объединяет не только производителей, но и потребителей.) Короче говоря, ВЭ играет роль стабилизатора энергосистемы. Большая гибкость позволяет системе лучше реагировать на колебания, но ее сложность требует сложной оптимизации, контроля и защиты.
«Физического тела» у ВЭ нет, если не считать системы датчиков, устанавливаемых у производителей и потребителей энергии, и сложного комплекса программного обеспечения. Поэтому цифры рынка ВЭ сравнительно скромны и сильно разнятся у различных маркетологов. Inkwood Research оценивает глобальный рынок ВЭ в 2017 году всего в $ 214,5 млн, Allied Market Research дает цифры в три с лишним раза больше, а P&S Market Research считает, что рынок ВЭ к 2023 году «дорастет» до $ 5510 млн. Однако все компании сходятся на том, что до 2026 года этот рынок будет расти на 25−26% в год.
Услуги виртуальных электростанций предоставляют как «традиционные» энергетические предприятия (Statkraft, RWE, E. ON, ABB, AGL Energy, AutoGrid Systems, Comverge и т. п.), ищущие новые бизнес-модели, так и независимые компании и даже стартапы из IТ-сектора.
В мире действуют сотни ВЭ. Больше всего их в странах с развитой возобновляемой энергетикой: США, Германии, Австралии, Дании, Японии. Ведь чем больше солнечных и ветряных мощностей входит в электрическую сеть, тем выше потребность в ее регулировании и балансировании. Лидер внедрения ВЭ, безусловно, Германия.
Модели
Энергосбытовые компании давно — еще до возникновения термина «ВЭ» — создавали сети и внедряли контроль распределенной генерации и управления мощностью потребителей.
Сегодня популярна модель ВЭ-агрегатора. Она предусматривает создание независимого оператора ВЭ, который подключает к ней потребителей. Они участвуют в программах управления потреблением (условия которой разнятся в зависимости от требований оператора и ситуации на рынке) и получают бонусы плюс моральное удовлетворение от участия в передовой, модной, «зеленой» программе.
Классический пример — инициатива немецкой энергетической компании RWE, которая недавно объединила в ВЭ возобновляемую генерацию на территории Рейнско-Рурского региона, самого густонаселенного в Германии. Связь и система управления, разработанная Siemens, позволили получить свободные мощности, которые RWE продает на Европейской энергетической бирже (European Energy Exchange). Особенность проекта в том, что к биржевой торговле электроэнергией привлечена генерация на базе ВИЭ, размещенных у бытовых потребителей.
Примером может служить и финская Fortum, в 2016 году запустившая первую в Европе В Э по управлению потреблением, электрическая мощность которой предложена национальной сетевой компании. Эту В Э компания строила вместе с частными потребителями энергии, в чьих 70 домах были установлены электрические водонагреватели. Суммарная мощность котлов — всего 100 кВт. Когда системе нужна бóльшая мощность, Fortum с помощью контрольных устройств берет на себя управление водонагревателями, ограничивая потребление, но так, что это не влияет на отопление дома и подачу горячей воды. Потребители могут следить за потреблением электроэнергии в реальном времени с помощью специального мобильного приложения и, видя ситуацию, анализировать свои потребительские привычки.
Мощность этой «электростанции» предлагается к покупке финской национальной сетевой компании Fingrid для поддержания постоянного энергобаланса в системе электроснабжения.
К этой модели близка традиционная архитектура, которую выстраивают энергосбытовые компании: они создают сеть, управляющую различными объектами распределенной генерации и гибких потребительских мощностей.
Не существует единственно верной модели. ВЭ по определению — гибкая система, которую производители и потребители энергии выстраивают под собственные нужды.
Энергосбытовые компании давно — еще до возникновения термина «ВЭ» — создавали сети и внедряли контроль распределенной генерации и управления мощностью потребителей.
Сегодня популярна модель ВЭ-агрегатора. Она предусматривает создание независимого оператора ВЭ, который подключает к ней потребителей. Они участвуют в программах управления потреблением (условия которой разнятся в зависимости от требований оператора и ситуации на рынке) и получают бонусы плюс моральное удовлетворение от участия в передовой, модной, «зеленой» программе.
Классический пример — инициатива немецкой энергетической компании RWE, которая недавно объединила в ВЭ возобновляемую генерацию на территории Рейнско-Рурского региона, самого густонаселенного в Германии. Связь и система управления, разработанная Siemens, позволили получить свободные мощности, которые RWE продает на Европейской энергетической бирже (European Energy Exchange). Особенность проекта в том, что к биржевой торговле электроэнергией привлечена генерация на базе ВИЭ, размещенных у бытовых потребителей.
Примером может служить и финская Fortum, в 2016 году запустившая первую в Европе В Э по управлению потреблением, электрическая мощность которой предложена национальной сетевой компании. Эту В Э компания строила вместе с частными потребителями энергии, в чьих 70 домах были установлены электрические водонагреватели. Суммарная мощность котлов — всего 100 кВт. Когда системе нужна бóльшая мощность, Fortum с помощью контрольных устройств берет на себя управление водонагревателями, ограничивая потребление, но так, что это не влияет на отопление дома и подачу горячей воды. Потребители могут следить за потреблением электроэнергии в реальном времени с помощью специального мобильного приложения и, видя ситуацию, анализировать свои потребительские привычки.
Мощность этой «электростанции» предлагается к покупке финской национальной сетевой компании Fingrid для поддержания постоянного энергобаланса в системе электроснабжения.
К этой модели близка традиционная архитектура, которую выстраивают энергосбытовые компании: они создают сеть, управляющую различными объектами распределенной генерации и гибких потребительских мощностей.
Не существует единственно верной модели. ВЭ по определению — гибкая система, которую производители и потребители энергии выстраивают под собственные нужды.
Немецкая компания Sonnen предлагает своим клиентам универсальное решение для хранения и управления потреблением чистой энергией в доме
Экологические батареи-накопители EcoLinx емкостью от 4 до 16 кВт · ч интегрируются с системами домашней автоматизации и интеллектуальными выключателями
Экологические батареи-накопители EcoLinx емкостью от 4 до 16 кВт · ч интегрируются с системами домашней автоматизации и интеллектуальными выключателями
Союз солнца и аккумулятора
Сегодня все больше говорят о модели виртуальной электростанции, связанной со святым Граалем возобновляемой энергетики, с недостающим звеном концепции «энергетического поворота» (Energiewende — полного переходя на ВИЭ) и с бумом хранения излишков энергии возобновляемых источников. Этот бум происходит сегодня в Германии и в других странах с высокими доходами населения, развитой децентрализованной генерацией, отсутствием существенных запасов ископаемых и популярной «зеленой» идеологией.
В Германии, на родине Energiewende, где доля «зеленой» энергии уже превышает треть потребления, недели не проходит без сообщений СМИ об инновационных проектах хранения энергии. Переход на децентрализованное энергоснабжение — одна из основных тенденций в энергетическом секторе, и здесь объединение децентрализованных генераторов в ВЭ и хранение энергии играют центральную роль. Главным фактором бума домашних аккумуляторов стало резкое падение цен на литий-ионные батареи, знакомые нам по бытовой электронике и электрическим автомобилям. За пять лет цены на такие аккумуляторы упали более чем вдвое и продолжают снижаться. По прогнозу McKinsey, к 2035 году общая стоимость систем хранения энергии должна снизиться на 50−70%.
Уже сегодня около половины всех новых солнечных фотоэлектрических систем Германии устанавливаются в комплекте с батареями. Лавинообразное распространение бытовых аккумуляторных систем связано не с экономическими соображениями, поскольку они обычно снижают рентабельность автономных солнечных панелей, а с тем, что покупатели хотят участвовать в энергетическом переходе и стремятся уменьшить свою зависимость от энергетических компаний. Именно люди все чаще делают следующий шаг, образуя цифровые сообщества владельцев домашних «энергоскладов», к чему их поощряют производители батарей Sonnen и Solarwatt. Виртуальные электростанции улучшают возможности хранения энергии из возобновляемых источников, что упрощает проблему балансирования спроса и предложения. Например, Sonnen, перешагнувшая масштабы Германии, планирует построить в Австралии крупнейшую в мире сеть жилых батарей, объединив 40 000 домашних хозяйств в виртуальную электростанцию, которая сможет обойтись без традиционных поставщиков энергии, потребляя накопленные в аккумуляторах излишки солнечной энергии.
Рыночные аналитики McKinsey предупреждают, что децентрализованная генерация домохозяйств и офисов, объединенных в ВЭ, поддержанная недорогими устройствами хранения энергии, может поставить традиционных производителей энергии в некоторых регионах на грань исчезновения. Но генерирующие компании Германии уже поняли это сами. Например, концерн EnBW, один из крупнейших производителей электроэнергии и собственников электросетей страны, предлагает клиентам комбинацию из солнечной батареи и домашнего устройства хранения энергии, которые можно подключить к ВЭ и таким образом поставлять энергию сообществу «подключенных» и по мере надобности получать ее. В начале 2018 года EnBW объявила о покупке производителя батарей Senec, чтобы стать «полноценным дистрибьютором децентрализованного энергетического перехода» и «расширить цепочку создания стоимости и опыт в области интеллектуальных систем управления энергией». В EnBW считают, что компании, которые не разрабатывают новые бизнес-модели для децентрализованного энергоснабжения, вскоре могут попасть в сложное положение или даже исчезнуть с рынка.
Агрегаторами децентрализованной генерации заинтересовались и в Японии, где по плану на 2030 год возобновляемые источники энергии должны обеспечить от 22% до 24% потребления энергии в стране. Этот план неосуществим без ВЭ. Солнечный остров Кюсю уже сегодня генерирует избыточную энергию, которая превосходит спрос, и в перспективе ВЭ смогут хранить этот избыток в батареях. Собственно, технически это можно делать и сегодня. Но для внедрения этого проекта в повседневность понадобится преодолеть ценовой барьер, так как домашние батареи, которые предполагается объединить в ВЭ, стоят около 2 млн иен ($ 17 700).
Еще несколько вариантов удовлетворения потребностей в электроэнергии придумали в Австралии. В ближайшие четыре года на юге континента предполагается построить крупнейшую ВЭ мира под условным названием Powerwall & Solar. Она объединит солнечные панели на крышах домов с батареями Tesla Powerwall (одного из энергопродуктов компании Илона Маска), которые будут установлены не менее чем в 50 000 домов. Такая В Э за долю секунды сможет обнаружить перебой в работе, отключиться от сети и автоматически восстановить мощность дома. Правительство Южной Австралии утверждает, что стоимость виртуальной электростанции, объединяющей мощности 250 МВт, снизит расходы на электроэнергию для ее участников на 30% и повысит надежность электроснабжения, с которым юг Австралии испытывает большие проблемы. (Даже название Tesla, ставшее в последние месяцы несколько токсичным, не снижает привлекательности проекта: свято место пусто не бывает, и, если рухнет проект Илона Маска, на его место неизбежно придут другие производители домашних батарей.)
На пробном этапе австралийская супер-ВЭ объединит 1100 домов SA Housing Trust, на крыше каждого из которых установят солнечную батарею мощностью 5 кВт. Ее соединят с расположенной в доме батареей Tesla Powerwall (5 кВт / 13,5 кВт∙ч). Датчик-измеритель (вы уже слышали слово «смарт-метр»?) позволит этим двоим жить в согласии друг с другом и с центральной диспетчерской, балансирующей ВЭ в целом.
Программа сначала будет помогать сокращать расходы на электроэнергию тем, кто больше всего нуждается в финансовой помощи. Если эксперимент окажется удачным, программу с 2019 года распространят на тех арендаторов SA Housing Trust, которые пожелают в ней участвовать (таковых уже более 37 тыс.), а выгоды от агрегирования энергии будут распределены среди всех участников.
Сегодня все больше говорят о модели виртуальной электростанции, связанной со святым Граалем возобновляемой энергетики, с недостающим звеном концепции «энергетического поворота» (Energiewende — полного переходя на ВИЭ) и с бумом хранения излишков энергии возобновляемых источников. Этот бум происходит сегодня в Германии и в других странах с высокими доходами населения, развитой децентрализованной генерацией, отсутствием существенных запасов ископаемых и популярной «зеленой» идеологией.
В Германии, на родине Energiewende, где доля «зеленой» энергии уже превышает треть потребления, недели не проходит без сообщений СМИ об инновационных проектах хранения энергии. Переход на децентрализованное энергоснабжение — одна из основных тенденций в энергетическом секторе, и здесь объединение децентрализованных генераторов в ВЭ и хранение энергии играют центральную роль. Главным фактором бума домашних аккумуляторов стало резкое падение цен на литий-ионные батареи, знакомые нам по бытовой электронике и электрическим автомобилям. За пять лет цены на такие аккумуляторы упали более чем вдвое и продолжают снижаться. По прогнозу McKinsey, к 2035 году общая стоимость систем хранения энергии должна снизиться на 50−70%.
Уже сегодня около половины всех новых солнечных фотоэлектрических систем Германии устанавливаются в комплекте с батареями. Лавинообразное распространение бытовых аккумуляторных систем связано не с экономическими соображениями, поскольку они обычно снижают рентабельность автономных солнечных панелей, а с тем, что покупатели хотят участвовать в энергетическом переходе и стремятся уменьшить свою зависимость от энергетических компаний. Именно люди все чаще делают следующий шаг, образуя цифровые сообщества владельцев домашних «энергоскладов», к чему их поощряют производители батарей Sonnen и Solarwatt. Виртуальные электростанции улучшают возможности хранения энергии из возобновляемых источников, что упрощает проблему балансирования спроса и предложения. Например, Sonnen, перешагнувшая масштабы Германии, планирует построить в Австралии крупнейшую в мире сеть жилых батарей, объединив 40 000 домашних хозяйств в виртуальную электростанцию, которая сможет обойтись без традиционных поставщиков энергии, потребляя накопленные в аккумуляторах излишки солнечной энергии.
Рыночные аналитики McKinsey предупреждают, что децентрализованная генерация домохозяйств и офисов, объединенных в ВЭ, поддержанная недорогими устройствами хранения энергии, может поставить традиционных производителей энергии в некоторых регионах на грань исчезновения. Но генерирующие компании Германии уже поняли это сами. Например, концерн EnBW, один из крупнейших производителей электроэнергии и собственников электросетей страны, предлагает клиентам комбинацию из солнечной батареи и домашнего устройства хранения энергии, которые можно подключить к ВЭ и таким образом поставлять энергию сообществу «подключенных» и по мере надобности получать ее. В начале 2018 года EnBW объявила о покупке производителя батарей Senec, чтобы стать «полноценным дистрибьютором децентрализованного энергетического перехода» и «расширить цепочку создания стоимости и опыт в области интеллектуальных систем управления энергией». В EnBW считают, что компании, которые не разрабатывают новые бизнес-модели для децентрализованного энергоснабжения, вскоре могут попасть в сложное положение или даже исчезнуть с рынка.
Агрегаторами децентрализованной генерации заинтересовались и в Японии, где по плану на 2030 год возобновляемые источники энергии должны обеспечить от 22% до 24% потребления энергии в стране. Этот план неосуществим без ВЭ. Солнечный остров Кюсю уже сегодня генерирует избыточную энергию, которая превосходит спрос, и в перспективе ВЭ смогут хранить этот избыток в батареях. Собственно, технически это можно делать и сегодня. Но для внедрения этого проекта в повседневность понадобится преодолеть ценовой барьер, так как домашние батареи, которые предполагается объединить в ВЭ, стоят около 2 млн иен ($ 17 700).
Еще несколько вариантов удовлетворения потребностей в электроэнергии придумали в Австралии. В ближайшие четыре года на юге континента предполагается построить крупнейшую ВЭ мира под условным названием Powerwall & Solar. Она объединит солнечные панели на крышах домов с батареями Tesla Powerwall (одного из энергопродуктов компании Илона Маска), которые будут установлены не менее чем в 50 000 домов. Такая В Э за долю секунды сможет обнаружить перебой в работе, отключиться от сети и автоматически восстановить мощность дома. Правительство Южной Австралии утверждает, что стоимость виртуальной электростанции, объединяющей мощности 250 МВт, снизит расходы на электроэнергию для ее участников на 30% и повысит надежность электроснабжения, с которым юг Австралии испытывает большие проблемы. (Даже название Tesla, ставшее в последние месяцы несколько токсичным, не снижает привлекательности проекта: свято место пусто не бывает, и, если рухнет проект Илона Маска, на его место неизбежно придут другие производители домашних батарей.)
На пробном этапе австралийская супер-ВЭ объединит 1100 домов SA Housing Trust, на крыше каждого из которых установят солнечную батарею мощностью 5 кВт. Ее соединят с расположенной в доме батареей Tesla Powerwall (5 кВт / 13,5 кВт∙ч). Датчик-измеритель (вы уже слышали слово «смарт-метр»?) позволит этим двоим жить в согласии друг с другом и с центральной диспетчерской, балансирующей ВЭ в целом.
Программа сначала будет помогать сокращать расходы на электроэнергию тем, кто больше всего нуждается в финансовой помощи. Если эксперимент окажется удачным, программу с 2019 года распространят на тех арендаторов SA Housing Trust, которые пожелают в ней участвовать (таковых уже более 37 тыс.), а выгоды от агрегирования энергии будут распределены среди всех участников.
Система компоновки домашней батареи Tesla Powerwall
ВЭ из электромобилей?
Виртуальные электростанции, объединяющие хранилища энергии, нашли применение даже в индустрии электромобилей. Как и стационарные домашние батареи, электромобили, подключенные к зарядному устройству, могут не только хранить электроэнергию, но и при необходимости подавать ее в сеть. Объединенные в систему зарядные устройства могут выделять необходимое время для зарядки и использовать остаток для стабилизации сети. Основное свойство батарей — поглощение и разрядка большого количества энергии в короткое время — делает их идеальным инструментом для предоставления вспомогательных услуг электросети. Они могут сгладить поток энергии для стабилизации сети, могут стать резервным источником питания для повышения надежности и обеспечить сдвиг потребления энергии на время, когда ее много и она дешева.
Эта так называемая двунаправленная зарядка уже тестируется в пилотных проектах. К примеру, немецкий оператор виртуальной электростанции Next Kraftwerke объединился с голландским провайдером зарядных смарт-устройств Jedlix, чтобы использовать автомобильные аккумуляторы для стабилизации сетей. Правда, неизвестно, как отнесутся к этой инициативе производители автомобильных батарей. Не станет ли «нецелевое использование» батарей предлогом для снятия заводской гарантии?
Рост числа электромобилей, скорее всего, изменит кривую электрической нагрузки, увеличив вечерние пики, когда люди приходят с работы и ставят автомобили на зарядку. В национальном масштабе система сможет поглотить этот нежелательный эффект, но в районах, где таких автомобилей много, может понадобиться модернизация трансформаторов. Есть и альтернативное решение, предусматривающее размещение устройства хранения энергии вместе с трансформатором. Такие блоки, объединенные в сети, могут сглаживать пиковые нагрузки за счет энергии, накопленной в батареях: из стационарной батареи энергия перетечет в автомобильный аккумулятор.
ТЕРСО, Nissan Motor и другие разрабатывают технологию распределенного хранения энергии для объединения батарей, используемых в электромобилях, домах и офисах, в виртуальные сети хранения энергии. Цель проекта — создать ВЭ, быстро и точно управляющую мощностями до 50 МВт, что эквивалентно потреблению примерно 15 000 домашних хозяйств. На первом этапе ВЭ по управлению батареями объединят 500 накопителей. Такая сеть хранения предназначена прежде всего для излишков солнечной энергии, генерируемой в течение дня, а в условиях кризиса она может стать «аварийным аккумулятором».
Этот проект уже реализуется. В октябре 2018 года Nissan, Tohoku Electric Power, Mitsui & Co., а также другие партнеры проекта начали в порядке эксперимента использовать электромобили, подключенные к электросети, для регулирования энергоснабжения в северо-восточном городе Сендай. Устройства для зарядки аккумуляторов электромобилей Nissan Leaf потребляют энергию от батарей транспортных средств или заряжают их в зависимости от спроса в регионе. Суть в том, чтобы литий-ионные батареи электромобилей стали «распределенной батареей» для питания бытовых приборов и других устройств. Honda Motor также разработала зарядное устройство для электромобилей, которое может снабжать дома электроэнергией из автомобильных батарей, а также преобразовывать энергию из солнечных и других источников для бытового использования.
Виртуальные электростанции, объединяющие хранилища энергии, нашли применение даже в индустрии электромобилей. Как и стационарные домашние батареи, электромобили, подключенные к зарядному устройству, могут не только хранить электроэнергию, но и при необходимости подавать ее в сеть. Объединенные в систему зарядные устройства могут выделять необходимое время для зарядки и использовать остаток для стабилизации сети. Основное свойство батарей — поглощение и разрядка большого количества энергии в короткое время — делает их идеальным инструментом для предоставления вспомогательных услуг электросети. Они могут сгладить поток энергии для стабилизации сети, могут стать резервным источником питания для повышения надежности и обеспечить сдвиг потребления энергии на время, когда ее много и она дешева.
Эта так называемая двунаправленная зарядка уже тестируется в пилотных проектах. К примеру, немецкий оператор виртуальной электростанции Next Kraftwerke объединился с голландским провайдером зарядных смарт-устройств Jedlix, чтобы использовать автомобильные аккумуляторы для стабилизации сетей. Правда, неизвестно, как отнесутся к этой инициативе производители автомобильных батарей. Не станет ли «нецелевое использование» батарей предлогом для снятия заводской гарантии?
Рост числа электромобилей, скорее всего, изменит кривую электрической нагрузки, увеличив вечерние пики, когда люди приходят с работы и ставят автомобили на зарядку. В национальном масштабе система сможет поглотить этот нежелательный эффект, но в районах, где таких автомобилей много, может понадобиться модернизация трансформаторов. Есть и альтернативное решение, предусматривающее размещение устройства хранения энергии вместе с трансформатором. Такие блоки, объединенные в сети, могут сглаживать пиковые нагрузки за счет энергии, накопленной в батареях: из стационарной батареи энергия перетечет в автомобильный аккумулятор.
ТЕРСО, Nissan Motor и другие разрабатывают технологию распределенного хранения энергии для объединения батарей, используемых в электромобилях, домах и офисах, в виртуальные сети хранения энергии. Цель проекта — создать ВЭ, быстро и точно управляющую мощностями до 50 МВт, что эквивалентно потреблению примерно 15 000 домашних хозяйств. На первом этапе ВЭ по управлению батареями объединят 500 накопителей. Такая сеть хранения предназначена прежде всего для излишков солнечной энергии, генерируемой в течение дня, а в условиях кризиса она может стать «аварийным аккумулятором».
Этот проект уже реализуется. В октябре 2018 года Nissan, Tohoku Electric Power, Mitsui & Co., а также другие партнеры проекта начали в порядке эксперимента использовать электромобили, подключенные к электросети, для регулирования энергоснабжения в северо-восточном городе Сендай. Устройства для зарядки аккумуляторов электромобилей Nissan Leaf потребляют энергию от батарей транспортных средств или заряжают их в зависимости от спроса в регионе. Суть в том, чтобы литий-ионные батареи электромобилей стали «распределенной батареей» для питания бытовых приборов и других устройств. Honda Motor также разработала зарядное устройство для электромобилей, которое может снабжать дома электроэнергией из автомобильных батарей, а также преобразовывать энергию из солнечных и других источников для бытового использования.
Next Kraftwerke: цифры и факты
Проблемы
Технология виртуальных электростанций очень молода. (Возможно, этим объясняется недостаточность статистики ее экономических показателей.) В ходе развертывания ВЭ появляется — и отчасти решается! — много проблем, в том числе программного обеспечения и беспроводной связи. В германской Next Kraftwerke считают, что технологиям ВЭ только предстоит раскрыть свой потенциал, для чего потребуется, в частности, развернуть мобильные сети 5G и последующих поколений.
Есть и проблемы на других уровнях — от прав потребителя до технических характеристик электросетей, объединяющих участников ВЭ. Связанные в единую сеть потребительские солнечные панели действительно могут работать как небольшая электростанция. Если потребителю, А понадобится чуть больше мощности, ВЭ слегка «прикрутит» отопление своего соседа В, а также кондиционер соседа С и несколько увеличит отдачу солнечной батареи соседа D. И вот здесь начинаются проблемы: что, если сосед В болен и переохлаждение может ухудшить его состояние? Что, если электросети в районе соседей В или С уже нагружены почти до технического предела? Что, если компания-изготовитель батареи соседа D пригрозит снять гарантию в случае ее использования сетью ВЭ?
Простая В Э, объединяющая распределенных генераторов, обычно не может оптимально использовать их мощности. Она не учитывает потери в сети в режиме реального времени, не рассматривает сетевые технические ограничения по току и напряжению, не умеет учитывать потребности домашних хозяйств и не откликается на ценовые сигналы времени и места. Также программное обеспечение ВЭ не учитывает равных прав потребителей и вопросов справедливого распределения мощностей, может запросить информацию об энергетическом поведении потребителей.
Эти и другие вопросы заставили разработчиков рассмотреть более совершенную модель ВЭ, позволяющую управлять энергосистемой с большим числом распределенных генераторов, своего рода ВЭ 2.0. Пример такой усовершенствованной ВЭ — проект CONSORT, который запускается на острове Бруни в Тасмании. Он объединяет в сеть 33 дома, снабженных солнечными батареями и домашними аккумуляторами. Сеть управляется координирующими алгоритмами, которые учитывают изменения в ценовых сигналах как по месту, так и по времени.
Другая модель управления цифровым сообществом основана на балансировании спроса и предложения мощностей посредством рыночного подхода. Деятельность рынка распределенной генерации и расчеты на этом рынке сложны, не в последнюю очередь из-за физических ограничений, налагаемых самой электрической сетью. Снятие этих ограничений позволяет узнать истинную стоимость распределенного генератора энергии, влиять на других участников рынка и получать наиболее эффективные результаты для электроэнергетической системы в целом.
Это мнение разделяют сторонники проекта deX (decentralised energy exchange — обмен децентрализованной энергией), который финансирует Австралийское управление возобновляемой энергетики. Цель проекта — продемонстрировать работающий цифровой рынок услуг распределенного электроснабжения.
Конечно, рынок сам по себе не разовьется — должны быть развернуты достаточные объемы распределенных ресурсов, и таким образом, чтобы они могли взаимодействовать с платформой обмена на рынке, автоматически предлагая мощности к купле-продаже и исполняя принятые предложения.
На данный момент развертывается не так много распределенных ресурсов. Но там, где нет условий для предложения услуг в реальном времени, развитие рынка на ранней стадии можно простимулировать, например, долгосрочными контрактами. Это поощряло бы поставщиков развертывать распределенные энергетические ресурсы там, где они ценятся наиболее высоко.
Технология виртуальных электростанций очень молода. (Возможно, этим объясняется недостаточность статистики ее экономических показателей.) В ходе развертывания ВЭ появляется — и отчасти решается! — много проблем, в том числе программного обеспечения и беспроводной связи. В германской Next Kraftwerke считают, что технологиям ВЭ только предстоит раскрыть свой потенциал, для чего потребуется, в частности, развернуть мобильные сети 5G и последующих поколений.
Есть и проблемы на других уровнях — от прав потребителя до технических характеристик электросетей, объединяющих участников ВЭ. Связанные в единую сеть потребительские солнечные панели действительно могут работать как небольшая электростанция. Если потребителю, А понадобится чуть больше мощности, ВЭ слегка «прикрутит» отопление своего соседа В, а также кондиционер соседа С и несколько увеличит отдачу солнечной батареи соседа D. И вот здесь начинаются проблемы: что, если сосед В болен и переохлаждение может ухудшить его состояние? Что, если электросети в районе соседей В или С уже нагружены почти до технического предела? Что, если компания-изготовитель батареи соседа D пригрозит снять гарантию в случае ее использования сетью ВЭ?
Простая В Э, объединяющая распределенных генераторов, обычно не может оптимально использовать их мощности. Она не учитывает потери в сети в режиме реального времени, не рассматривает сетевые технические ограничения по току и напряжению, не умеет учитывать потребности домашних хозяйств и не откликается на ценовые сигналы времени и места. Также программное обеспечение ВЭ не учитывает равных прав потребителей и вопросов справедливого распределения мощностей, может запросить информацию об энергетическом поведении потребителей.
Эти и другие вопросы заставили разработчиков рассмотреть более совершенную модель ВЭ, позволяющую управлять энергосистемой с большим числом распределенных генераторов, своего рода ВЭ 2.0. Пример такой усовершенствованной ВЭ — проект CONSORT, который запускается на острове Бруни в Тасмании. Он объединяет в сеть 33 дома, снабженных солнечными батареями и домашними аккумуляторами. Сеть управляется координирующими алгоритмами, которые учитывают изменения в ценовых сигналах как по месту, так и по времени.
Другая модель управления цифровым сообществом основана на балансировании спроса и предложения мощностей посредством рыночного подхода. Деятельность рынка распределенной генерации и расчеты на этом рынке сложны, не в последнюю очередь из-за физических ограничений, налагаемых самой электрической сетью. Снятие этих ограничений позволяет узнать истинную стоимость распределенного генератора энергии, влиять на других участников рынка и получать наиболее эффективные результаты для электроэнергетической системы в целом.
Это мнение разделяют сторонники проекта deX (decentralised energy exchange — обмен децентрализованной энергией), который финансирует Австралийское управление возобновляемой энергетики. Цель проекта — продемонстрировать работающий цифровой рынок услуг распределенного электроснабжения.
Конечно, рынок сам по себе не разовьется — должны быть развернуты достаточные объемы распределенных ресурсов, и таким образом, чтобы они могли взаимодействовать с платформой обмена на рынке, автоматически предлагая мощности к купле-продаже и исполняя принятые предложения.
На данный момент развертывается не так много распределенных ресурсов. Но там, где нет условий для предложения услуг в реальном времени, развитие рынка на ранней стадии можно простимулировать, например, долгосрочными контрактами. Это поощряло бы поставщиков развертывать распределенные энергетические ресурсы там, где они ценятся наиболее высоко.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ #9_2018