Виртуальная электростанция: «переключатель», повышающий гибкость энергосистемы 

Новости Китайской сети накопления энергии: Для достижения целей «двойного углеродного баланса» Китай ускоряет перестройку энергетической структуры и увеличивает долю возобновляемых источников энергии. К 2030 году общая установленная мощность ветровой и солнечной энергетики в Китае должна составить более 1,2 млрд кВт, что позволит сформировать энергетическую систему, основанную преимущественно на возобновляемых источниках энергии. Подключение к сети высокого доли возобновляемых источников энергии, повышение уровня электрификации конечного потребления энергии, переход на электронные системы управления электроэнергией, а также подключение к энергосистеме крупномасштабных распределенных источников возобновляемой энергии создадут огромные вызовы для способности энергосистемы обеспечивать баланс, регулирование и поддержку. Повышение гибкости энергосистемы является важным средством для обеспечения чистого и низкоуглеродного развития энергетики и электроэнергетики.

В период реализации «13-го пятилетнего плана» недостаточная гибкость энергосистемы Китая уже привела к тому, что она не может в полной мере адаптироваться к взрывному росту доли возобновляемых источников энергии. Энергосистема сталкивается с целым рядом проблем, вызванных ограниченностью гибких ресурсов, в том числе с недостаточной способностью поглощения энергии из возобновляемых источников, снижением надежности системы, повышением рисков для потребителей и постоянным ростом системных затрат.

Для подключения значительной доли возобновляемых источников энергии и повышения регулирующей способности энергосистемы необходимо в большей степени задействовать гибкие ресурсы, например, ускорить строительство виртуальных электростанций.

Виртуальные электростанции (Virtual Power Plants, VPP) объединяют один или несколько ресурсов, таких как регулируемая (прерываемая) нагрузка в различных географических зонах, системы накопления энергии, микросети, электромобили и распределенные источники энергии, обеспечивая автономное скоординированное и оптимизированное управление, а также участвуя в работе энергосистемы и торговле на электроэнергетическом рынке. Новая модель виртуальных электростанций позволяет им выступать как в роли «положительных электростанций», обеспечивающих пиковую нагрузку системы, так и в роли «отрицательных электростанций», увеличивающих поглощение нагрузки для выравнивания долинного потребления.

По сравнению с традиционной энергосистемой, главным изменением в экосистеме виртуальной электростанции является переход от четко разграниченных сфер генерации, передачи, распределения и потребления в традиционной энергосистеме, где действует принцип «источник следует за нагрузкой», к модели, в которой границы между генерацией, передачей, распределением и потреблением пересекаются, а участники одновременно выступают в роли производителей и потребителей. Такой режим работы характеризуется «взаимодействием источника и нагрузки», причем каждая внутренняя часть представляет собой небольшую энергетическую систему, что является расширением концепции «умной» электросети.

Виртуальные электростанции можно разделить на три основные категории: (1) Виртуальные электростанции на стороне нагрузки: под этим понимается ситуация, когда оператор виртуальной электростанции объединяет связанных с ним рыночных потребителей электроэнергии, обладающих способностью регулировать нагрузку (включая электромобили, регулируемые нагрузки, прерываемые нагрузки и т. д.), в единое целое (представляющееся в виде состояния нагрузки) и формирует виртуальную электростанцию, предоставляющую внешним сторонам услуги по гибкому реагированию и регулированию на стороне нагрузки. (2) Виртуальные электростанции со стороны генерации: создание виртуальных электростанций на стороне распределённых источников генерации. (3) Интегрированные виртуальные электростанции, объединяющие генерацию, сеть, нагрузку и накопление энергии: объединение источников генерации и потребителей электроэнергии, которые в качестве централизованной электростанции участвуют в рынке электроэнергии как независимый рыночный субъект и, в принципе, не занимают пиковые мощности системы.

С 2021 года на государственном и местном уровнях последовательно вводятся меры политики, касающиеся виртуальных электростанций, а в некоторых провинциях и городах также приняты конкретные планы реализации или стандарты субсидирования.

С точки зрения политической среды, демонстрационные проекты виртуальных электростанций, запущенные двумя крупнейшими энергосистемными компаниями, в основном используют реагирование со стороны потребителей в качестве модели получения прибыли. Местные власти постепенно вводят в действие меры по развитию рынка вспомогательных услуг, стимулируя участие виртуальных электростанций в регулировании пиковых нагрузок и частоты в энергосистеме. По мере дальнейшего развития спотового рынка электроэнергии все больше демонстрационных проектов, вероятно, будут предлагать инновационные и жизнеспособные бизнес-модели.

Если говорить о текущем состоянии развития отрасли виртуальных электростанций, то на рынках электроэнергии Европы и США эта отрасль уже достаточно зрелая, и виртуальные электростанции уже внедрены в коммерческую эксплуатацию, тогда как в Китае она пока находится на ранней стадии пилотных проектов, а бизнес-модель ещё недостаточно четко сформирована; пилотные проекты по созданию виртуальных электростанций запущены в провинциях Цзянсу и Чжэцзян, а также в городах Шэньчжэнь и Шанхай.

Большинство виртуальных электростанций в Китае находятся на этапе пилотных проектов и демонстрационных экспериментов, их бизнес-модели остаются неясными, а рентабельных проектов не так много. Почему виртуальные электростанции за рубежом уже достигли зрелости, а в Китае они все еще находятся на стадии пилотных проектов?

Давайте обратимся к успешному опыту крупнейшей в Европе виртуальной электростанции Next Kraftwerke.

Next Kraftwerke является сертифицированным оператором на европейском рынке торговли электроэнергией (EPEX) и участвует в торговле на спотовом рынке энергии.

Компания Next Kraftwerke, благодаря высокому уровню эффективности в объединении ресурсов и инновационной бизнес-модели, добилась поразительных темпов развития и отличных операционных результатов. Ее основные модели получения прибыли включают: (1) участие в торгах на рынке электроэнергии; (2) реагирование на спрос, сглаживание пиковых нагрузок; (3) участие в оказании вспомогательных услуг для энергосистемы.

Опыт успешного функционирования виртуальных электростанций в Европе показывает: зрелый спотовый рынок электроэнергии является достаточным условием для обеспечения экономической эффективности виртуальных электростанций, а широкое развитие распределенных источников энергии в сочетании с распределительными сетями — необходимым условием для развития виртуальных электростанций.

Если европейские виртуальные электростанции уделяют больше внимания стороне генерации, ориентируясь на интеграцию распределенных источников энергии и ресурсов накопления энергии и ставя своей основной целью поглощение энергии из возобновляемых источников, то американские виртуальные электростанции сосредоточены на ресурсах со стороны потребителей и используют в качестве модели получения прибыли компенсацию за оказание вспомогательных услуг.

США обладают богатыми солнечными ресурсами, и благодаря значительным государственным субсидиям и стимулирующим мерам бытовые фотоэлектрические системы с накопителями энергии постепенно становятся альтернативным способом снижения расходов на электроэнергию для населения, позволяя им самостоятельно вырабатывать и потреблять электроэнергию. Компания Tesla продвигает бытовую систему хранения энергии Powerwall и в сотрудничестве с коммунальными предприятиями реализует проекты виртуальных электростанций. Tesla последовательно реализовала проекты виртуальных электростанций совместно с коммунальными компаниями и розничными поставщиками электроэнергии, такими как EnergyLocals, Green Mountain Power и PG&E. Эти проекты помогли Tesla быстро увеличить количество установленных систем накопления энергии. В то же время розничные поставщики электроэнергии, заключая соглашения с пользователями Powerwall, получают право на частичное использование электроэнергии, генерируемой этими распределёнными батареями, что позволяет им объединять ресурсы со стороны спроса и обеспечивать коммерческое расширение виртуальных электростанций.

Успешный опыт виртуальных электростанций в США показывает: полноценное использование регулирующей роли накопителей энергии в системе распределенной энергетики позволяет преобразовать конечный энергопотребление из «жесткой нагрузки» на энергосистему в «гибкую нагрузку», что способствует достижению «углеродной нейтральности» за счет полной электрификации и нулевых выбросов.

По сравнению со странами Европы и Америки виртуальные электростанции в Китае появились позже, а спотовый рынок электроэнергии находится на ранней стадии развития; их структура довольно сложна, поскольку они объединяют различные ресурсы, включая генерацию, накопление энергии и потребителей. Поскольку переход к «двойным углеродным целям» стимулирует трансформацию энергетической структуры, это создает огромные вызовы для обеспечения гибкости энергосистемы, и виртуальные электростанции могут стать «переключателем», повышающим гибкость энергосистемы.

В перспективе, благодаря сочетанию внешних факторов и внутреннего спроса в энергосистеме, виртуальные электростанции смогут обеспечить быстрое развитие.