Энерговектор
О насНовостиНаука и технологииСтратегияАрхив

Парус для ветра перемен

24.04.2016, Алина Федосова
Чего можно ожидать от внедрения промышленных накопителей электроэнергии

Большие склады или резервуары для хранения продукции имеются во всех отраслях, кроме электроэнергетики. Невозможность запасать электроэнергию заставляет диспетчеров энергосистемы постоянно в реальном времени балансировать спрос и предложение. Энергетики не могут, как, например, автопроизводители, некоторое время поработать на склад. Но технологический прогресс ведёт к внедрению мощных накопителей электроэнергии (после чего, как ожидается, отрасль изменится кардинальным образом и навсегда). Иначе невозможно развитие ветряной и солнечной генерации, крайне нестабильная выработка которых создаёт вызовы для энергосистемы. При этом во многих странах регуляторы не ждут, пока промышленные накопители станут экономически эффективными, и развивают возобновляемую генерацию. Возникает вопрос: смогут ли они обойтись без накопителей?

 

Гибко и зелено

Альтернативная энергетика стала нарастающей головой болью для отраслевых регуляторов Европы. Солнечные и ветряные источники необходимо интегрировать в рынок, но они не способны подчиняться законам рынка – реагировать на колебания спроса изменением объёмов производства электроэнергии. Кроме того, профиль выработки этих ВИЭ трудно предсказать, а место расположения электростанций нельзя выбрать в зависимости от потребности в покрытии нагрузки. Поэтому для интеграции ВИЭ в энергосистему необходимо повысить её гибкость и/или внедрить накопители электроэнергии. Пока что в энергосистемах с ВИЭ принят первый подход, второй отложен на будущее.

В экспертном сообществе существует мнение, что запаса гибкости энергосистемы хватит надолго и что в неё можно интегрировать большие объёмы возобновляемой генерации без применения накопителей. Так, по оценкам Международного энергетического агентства (исследование “The Power of Transformation. Wind, Sun and the Economics of Flexible Power Systems”, 2014 г.), в большинстве стран доля ВИЭ в обеспечении конечного электропотребления может быть увеличена до 45% только за счёт гибкости энергосистем. Немецкие авторы из аналитической компании Agora Energiewende утверждают: «В ближайшие 10–20 лет гибкость, необходимая энергосистеме, может быть обеспечена гораздо более эффективными средствами, нежели накопители электроэнергии большой мощности. В частности, её можно получить за счёт манёвренных электростанций и систем управления нагрузкой. Накопители электроэнергии необходимы только при очень высокой доле ВИЭ в энергобалансе».

 

В ожидании революции

Непредсказуемость ВИЭ приводит к тому, что ответственность за балансировку спроса и предложения переходит на потребителей и генерирующие компании, которые используют традиционное источники энергии.

Определённую гибкость энергосистеме способны придать программы управления спросом, нацеленные на то, чтобы потребители реагировали на состояние энергосистемы. К сожалению, возможности изменения нагрузки сильно ограничены: по результатам пилотных проектов, снижение пикового спроса в среднем оценивается в 15%. Основной вклад в это улучшение, как правило, вносят промышленные потребители, оптимизирующие график своей нагрузки для снижения затрат. Домашние потребители более инерционны, их труднее вовлечь в программы управления спросом, хотя потенциал энергосбережения в домашних хозяйствах значителен. Кроме того, далеко не все программы управления спросом эффективны. В частности, попытки повлиять на электропотребление, только предоставляя информацию о нём, без введения почасовой тарификации не дали никаких результатов.

Генерирующие компании лучше справляются с задачей компенсации колебаний мощности ВИЭ, чем потребители. Однако для этого нужны электростанции, обладающие достаточной мобильностью (атомные не годятся). Согласно ряду исследований, наилучшим образом для роли резервных мощностей подходят манёвренные газовые ТЭС на основе ПГУ и ГТУ. Газотурбинные установки с авиационными турбореактивными двигателями обладают очень высокой манёвренностью: на пуск из холодного состояния до набора полной нагрузки требуется всего 2–4 мин. Кроме того, они могут быть полностью автоматизированы и управляться дистанционно.

Таким образом, энергосистема действительно имеет некоторый запас гибкости, который может быть использован для интеграции переменчивых ВИЭ. Но на практике получается, что сами ВИЭ подпиливают сук, на котором сидят. Каким образом?

 

Закон джунглей

С подачи энергетиков Германии, которая обладает крупнейшей энергосистемой в Европе и лидирует во внедрении солнечных и ветровых станций, международное отраслевой сообщество сейчас широко обсуждает противоестественный эффект, возникший в механизме ранжированной загрузки мощностей (“merit order effect”). Он заключается в том, что возобновляемые источники энергии выталкивают с рынка газовую генерацию, которая жизненно необходима для их же собственного резервирования (см. рис.).

Это происходит, во-первых, из-за общего снижения оптовой цены электроэнергии под действием очень низких маржинальных затрат ВИЭ. В часы низкого спроса возобновляемые источники продолжают вырабатывать электроэнергию, отчего её цена на оптовом рынке порой выходит в отрицательную зону. Это периодически случается на энергорынке Германии. Подобная ситуация оборачивается убытками для тех «традиционных» генераторов, которые не способны быстро остановить энергоблоки или вообще не могут этого сделать.

Во-вторых, ВИЭ, как правило, имеют приоритетный доступ к сетевой инфраструктуре, причём вырабатываемая ими дешёвая электроэнергия гарантированно поступает на рынок. Как показано на рисунке, это ведёт к тому, что кривая предложения сдвигается вправо, ценовые заявки газовых электростанций на рынке на сутки вперед не удовлетворяются, отчего генераторы вынуждены уходить на балансирующий рынок.

Газовые ТЭС, имеющие высокие топливные затраты, крайне уязвимы перед привилегированными ВИЭ. Кроме того, загрузка газовых энергоблоков (из-за их проигрыша в соревновании с ВИЭ) снижается, а потому удельные постоянные затраты на киловатт-час выработки повышаются. То есть газовым установкам приходится покрывать постоянные и переменные производственные затраты за счёт меньшего числа часов работы. Это естественным образом ведёт к сокращению инвестиций в газовую генерацию, которое в профильной прессе уже окрестили «проблемой пропавших денег» (missing money problem).

Ущемляемая газовая генерация приходит в упадок, но остаётся необходимой для оперативной балансировки спроса и предложения электроэнергии в условиях нестабильной выработки возобновляемых источников. Для решения этой проблемы во многих странах Евросоюза были введены элементы рынка мощности, о чём мы недавно писали в «Энерговекторе» (см. № 1/2016, с. 5), но некоторые государства, такие как Германия, отказали газовым электростанциям в какой-либо дополнительной поддержке.

 

Наследники

Появление и широкое внедрение накопителей энергии большой мощности, безусловно, создаст дополнительные возможности для балансирования ВИЭ. Накопители смогут запасать электроэнергию в часы, когда возобновляемые источники работают и цена на рынке низкая, и поставлять её в сеть, когда ВИЭ недоступны. Теоретически, вкупе с управлением спросом эта технология поможет решить проблему балансировки энергосистемы без участия традиционных генераторов, но не всё так просто.

Для эффективной интеграции накопителей в энергосистему требуются внедрение интеллектуальных сетей и перестройка модели рынка электроэнергии. Интеллектуальные энергосистемы в масштабах страны пока ещё нигде не были реализованы, поэтому их технико-экономические показатели и характеристики регулирования остаются очень неопределёнными.

Новые модели рынка потребуются для эффективной интеграции накопителей электроэнергии в рынок. Применение промышленного накопителя на каждой ВИЭ-установке, вероятно, будет слишком затратным и создаст избыток резервной мощности, поэтому потребуется вывод накопителей на балансирующий рынок. В то же время возникнет вопрос компенсации затрат на амортизацию и обслуживание накопителей, схожий с нынешней проблемой недофинансирования газовых электростанций в Европе. Кроме того, нет гарантий, что одного балансирующего рынка электроэнергии будет достаточно для содержания накопителей. Тогда встанет вопрос об их участии в рынке мощности.

* * *

Подводя итог, отметим, что основная проблема с увеличением доли ВИЭ в энергобалансе сводится к обеспечению резервных мощностей, способных «подхватить» нагрузку в часы отсутствия возобновляемой энергии. Это могут быть как традиционные газовые генераторы, так и накопители электроэнергии. И те, и другие при текущей европейской модели рынка сталкиваются с необходимостью покрывать свои затраты только за счёт участия в балансирующем рынке электроэнергии. Так что, пребывая в ожидании накопителей, регуляторам не стоит пренебрегать газовой генерацией, которая «по наследству» передаст свои проблемы накопителям.

Эта статья изначально была опубликована в мартовском номере газеты «Энерговектор» за 2016 г. здесь.



 

Редакция

Главный редактор: Иван Рогожкин
Консультант: Людмила Зимина
Корректор: Анатолий Печейкин
Дизайнер: Мария Хомутская
Руководитель проекта:
Максим Родионов

Контакты

Россия, 101000,
г. Москва, а/я 230.
Тел.: +7 (916) 422-95-19
Web-site: www.enegrovector.com
E-mail: oilru.com
facebook.com/energovector


©2011-2017. Ежемесячная газета «Энерговектор». Все права защищены.