Широкомасштабное развитие возобновляемых источников энергии и его влияние на рынок электроэнергии и сетевую инфраструктуру
 Скачать 2.33 Mb.
|
|
2.3 Опыт Китая Быстрое внедрение VRE в течение последнего десятилетия в Китае сопровождалось значительным недоотпуском электроэнергии. Тем не менее, ряд мер позволил учесть растущие доли солнечной и ветровой энергии, в результате чего значительно снизились уровни сокращения (Рис. 4). Рис.3. Сокращение уровня недоотпуска электроэнергии в регионах Китая Как и во многих других странах, проекты ветрогенерации расположены вдали от центров нагрузки. Кроме того, в тех же регионах, где развивалась ветрогенерация, остальная часть выработки электроэнергии обеспечивалась негибкими угольными электростанциями (ТЭЦ), на которые приходится значительная доля тепловой и электрической энергии. Эти агрегаты имеют решающее значение для подачи тепла в зимний период и, следовательно, работают на высоких эксплуатационных уровнях в течение сезона (минимальная нагрузка составляет 70%). Уровень недоотпуска электроэнергии на ветряных электростанциях снизился до 7% в 2018 году с 13% в предыдущем году, в то время как на солнечных PV станциях он снизился до 3% с 5,8% за тот же период. Негибкость угольных электростанций представляет очень ограниченные возможности для развития VRE генерации. Из-за этого китайское правительство модернизировало старые угольные электростанции, чтобы уменьшить минимальные уровни нагрузки. Это оказалось наиболее выполнимым подходом для добавления гибкости в краткосрочной перспективе из-за более низких сроков и более низких затрат по сравнению с инвестициями в газовые турбины с открытым циклом или 67 гидроаккумулирование, среди других вариантов. Кроме того, финансовые инструменты предоставили электростанциям стимулы для гибкости, такие как выпуск вспомогательных услуг и пилотные проекты на спотовом рынке. Эти новые потоки доходов также сыграли важную роль в компенсации потерь доходов из-за сокращения рабочих часов. Усиление энергосистемы и другие действия по улучшению использования сетевых активов, такие как создание механизмов совместного использования резервов для региональных электрических сетей, балансирование в реальном времени и центры торговли электроэнергией на национальном и провинциальном уровнях, также поддержали развитие VRE в Китае. Помимо приоритетного внимания к диспетчеризации проектов VRE, Китай с 2016 года также запустил динамическую (ежегодную) систему оповещения о рисках, чтобы предотвратить дальнейшее развития ветрогенерации в местах, с сетевыми ограничениями, до тех пор, пока не будут приняты необходимые меры, перенаправляя инвестиции туда, где сеть готова разместить дополнительную переменную генерацию. 68 П.3 Основные вызовы и возможности децентрализации Децентрализация опирается на несколько технологий с различными последствиями для сети: – Распределенная генерация из возобновляемых источников (прежде всего фотоэлектрических солнечных) снижает спрос в солнечные часы дня. – Распределенное аккумулирование хранит электрическую энергию локально для использования в пиковые периоды или в качестве резервного питания, выравнивая пики и спады спроса. – Энергоэффективность позволяет снизить энергопотребление, предоставляя те же услуги, что снижает общий спрос. – Управление спросом позволяет контролировать использование энергии в периоды пикового спроса и высоких цен, снижая пиковый спрос. Рис.4. Технологии децентрализации 3.1 Распределенная генерация Программы стимулирования, направленные на поощрение распределенной генерации в форме солнечных PV крышных технологий, чрезвычайно эффективны во многих случаях, и потребители приняли их во многих странах. В последние годы развертывание солнечных фотоэлектрических панелей резко возросло: глобальная установленная мощность достигла 260 ГВт (пик в гигаватт) в 2015 году и, как ожидается, превысит 700 ГВт к 2020 году. Этот рост привел к снижению установленной цены на бытовые солнечные фотоэлектрические системы примерно с 7 долларов США за Ватт в 2009 году до 3 долларов за ватт в 2015 году в США (и менее 3 долларов в некоторых частях Европы, например, в Германии). Новые технологии, такие как солнечная черепица на крыше и встроенная в оболочку дома фотоэлектрическая система, теперь становятся доступными, расширяя будущий потенциал распределенной генерации. 69 Вызовы Традиционная структура регулирования системы электроснабжения была разработана для ограниченного числа крупномасштабных централизованных генерирующих активов, подключенных к сети, по которой электричество передавалось потребителям, и делилось односторонним потоком энергии с различными стоимостями для различных типов потребителей. При распределенной генерации, распределительные сети становятся активными и электроэнергия течет в обоих направлениях, с большим количеством активных потребителей, участвующих в управлении и изменении профиля нагрузки, снижая спрос со стороны централизованной генерации. Требования, которые позволяют управлять потоком электроэнергии в режиме реального времени, включая пересмотренные роли сетевых операторов и надлежащие сетевые технологии, еще не полностью разработаны в большинстве стран наряду с надежными схемами оценки услуг распределенной генерации. Возможности Распределенная генерация может принести пользу потребителям и системе несколькими способами. Для потребителей солнечная энергия может быть привлекательным и экономичным вариантом, особенно в солнечных районах, где PV установки вырабатывают больше электроэнергии. Для системы в целом и для коммунальных услуг распределенная генерация может поставлять электроэнергию напрямую некоторому проценту потребителей и, в зависимости от состояния сетевой инфраструктуры, позволяет откладывать капитальные вложения на техническое обслуживание и модернизацию сетей и связанных с ними услуг, в периоды когда они становятся менее экономичными. В некоторых случаях распределенная генерация может быть наиболее доступным и целесообразным способом удовлетворения роста нагрузки, особенно когда это будет слишком дорого или требует много времени или затруднено добавлением новой инфраструктуры. Например, в Южной Калифорнии закрытие атомной электростанции в Сан-Онофре и нехватка централизованной мощности привели к увеличению потребности в электроэнергии в напряженной зоне энергосистемы в западном Лос-Анджелесе. В результате сотни мегаватт были закуплены из распределенных ресурсов, что соответствует почти 10% от покрываемой нагрузки. На Гавайях высокие цены на землю и очень гористая местность в сочетании с солнечным климатом делают распределенную генерацию прагматическим решением. Эти технологии могут также играть роль в сельских микросетях, что будет особенно важно в районах, где нет доступа к электричеству. 3.2 Распределенное аккумулирование По мере появления новых мощностей возобновляемых источников энергии потребность в аккумулировании будет становиться все более острой. Без аккумулирования, когда слишком много электроэнергии поступает в сеть в солнечные и ветреные дни или дни со сниженным спросом, предложение превышает спрос, и происходит отрицательное ценообразование. Таким образом, аккумулирование предлагает способ сглаживать пики и спады поставок и предотвратить экономические потери. Сегодня аккумулирование в масштабах энергосистемы (перед счетчиком) составляет большую часть установленной емкости аккумуляторов, обеспечивая многочисленные функции системы, а также является эффективным способом дополнения пиковых электростанций. Аккумулирование за счетчиком позволяет потребителям хранить электроэнергию, вырабатываемую солнечными батареями на крыше, и использовать ее позднее, когда это необходимо, например, после захода солнца. 70 Прогнозы показывают, что спрос на хранение энергии, за исключением гидроаккумулирования, вырастет с 400 МВтч в мире в 2015 году до почти 500 ГВтч в 2025 году. Литий-ионные аккумуляторы будут составлять большую часть рынка, и они, вероятно, станут более экономичными, поскольку в огромных количествах разрабатываются и распространяются для использования в электромобилях, рынок, на котором спрос на эти батареи может достичь 293 ГВтч к 2025 году. Аккумулирование становится дешевле в результате технологических достижений и роста единичных емкостей, что позволяет увеличить масштаб внедрения. Согласно текущим прогнозам, к 2023 году сетевые аккумуляторы могут стать жизнеспособной альтернативой пиковым электростанциям. По мере снижения стоимости батарей стоимость аккумулирования может достичь сетевого паритета в конце 2020-х годов – переломный момент, после которого системные операторы смогут заменить маневренность пиковых станций путем использования сохраненного электричества, произведенного возобновляемыми источниками энергии. Вызовы Структурные барьеры включают в себя отсутствие ценовых сигналов для поощрения распределенного аккумулирования, отсутствие четкого определения аккумулятора как актива и плохую интеграцию с текущими процессами планирования. Эффективное хранение зависит от аккумулирования и выдачи электроэнергии в оптимальное время, а это, в свою очередь, зависит от четких и автоматических ценовых сигналов, отправляемых в интеллектуальные системы хранения. В настоящее время в большинстве электрических систем такие ценовые сигналы отсутствуют в реальном времени на уровне потребителей. На сетевом уровне структура собственности и потенциальные доходы не были последовательно и четко разработаны, и эта неопределенность задерживает потенциальные инвестиции в сетевые активы. Аккумулирование может также обеспечить решение некоторых локальных проблем перегрузки на уровне распределения и, следовательно, отложить или избежать потенциальные инвестиции в обновление сетевой инфраструктуры. Однако аккумулирование обычно не включается в процессы планирования системы и, следовательно, его влияние не может быть полностью реализовано. Возможности В последние годы использование аккумулирования в коммерческих и промышленных условиях резко возросло. Однако аккумулирование достигает своего наибольшего эффекта на системном уровне, когда оно подключено к сети, и полный набор услуг может быть реализован на различных уровнях, таких как услуги управления сетью (регулирование частоты, поддержка напряжения), сетевые услуги (адекватность ресурсов, снижение перенасыщений) и обслуживание потребителей (резервное питание, снижение платы за потребление). 3.3 Энергоэффективность В странах МЭА инвестиции в эффективность с 1990 года помогли избежать потребления электроэнергии, эквивалентного примерно 5 миллионам домов в год. Потребление на освещение упало более чем на 75%, так как компактные люминесцентные лампы и светодиоды заменяют лампы накаливания. В США продукты с маркировкой Energy Star EPA, подтверждающей их эффективность, составляют 46% новых холодильников, 84% новых посудомоечных машин, 93% новых ЖК-мониторов, 53% новых компьютеров и 67% новых компактных люминесцентных ламп. 71 Вызовы Несмотря на этот очевидный успех, внедрение энергоэффективных продуктов по- прежнему связано с длительными циклами замены приборов и оборудования (девять или более лет) и в значительной степени основано на технологических инновациях и стимулах. Стандарты доказали свою эффективность в ускорении циклов замены, но не все программы повышения энергоэффективности были одинаково успешными. Некоторые были приняты в ограниченном виде и не оказали должного влияния, особенно программы переработки и сбыта, которые основаны на одобрении потребителями. Например, программа Green Deal в Великобритании, которая предоставляла кредиты для финансирования мероприятий по повышению энергоэффективности, получила менее 1% погашений кредита в течение первых 16 месяцев, а позднее финансирование было остановлено. Программы переработки и сбыта были более эффективными, такие как Energy Star и программы, которые поощряют светодиодное освещение. Возможности Несмотря на ограничения, продукты и программы в области энергоэффективности заслуживают внимания, поскольку они часто являются самым дешевым способом удовлетворения потребностей в ресурсах. Снижение спроса в киловатт-часах обычно дешевле, чем удовлетворение спроса любым другим доступным ресурсом. При средней цене около 2–3 центов за кВт-ч, включая все составляющие цены, энергоэффективность является экономически эффективным ресурсом и значительно дешевле, чем инвестиции в дополнительную генерацию (см. Рис.5). Рис.5 Полные приведенные затраты (LCOE) по ресурсам По оценкам МЭА, каждый доллар, потраченный на энергоэффективность, позволяет избежать более 2 долларов на инвестиции в генерацию. 72 3.4 Управление спросом Энергетическая политика во всем мире все в большей степени признает важность управления спросом и начинает решать задачи, которые препятствуют его полному освоению. По мере появления в сети большего количества распределенных энергоресурсов программы реагирования спроса могут стать еще более гибкими и, по некоторым оценкам, могут сократить необходимые ежегодные инвестиции в сетевую инфраструктуру США на 10%. Многие программы ориентированы на коммерческих и промышленных потребителей, поскольку жилой сектор может быть более сложным из-за ряда факторов, в том числе высоких затрат на приобретение для физических лиц и ограниченного диапазона гибкости, доступного для них. Однако новые интеллектуальные устройства, такие как кондиционеры с предварительным охлаждением, интеллектуальные холодильники и мелкое освещение, которые могут реагировать на автоматические ценовые сигналы, а также прогресс в области цифровизации, который расширяет технические возможности агрегирования, помогают упростить программы реагирования спроса даже для бытовых потребителей. Государственные и частные усилия, демонстрирующие эти новые технологии, оказываются успешными. В Готланде, Швеция, несколько сотен потребителей электроэнергии приняли участие в программе, которая объединила ценовые сигналы (например, более низкие цены в непиковое время) с приложением для смартфона, которое позволило им выбирать между четырьмя предварительно установленными уровнями. В начале программы 23% общего потребления электроэнергии приходилось на пять самых дорогих часов. В первый и второй год программы оно упало до 19% и 20%. Кроме того, компании начали предлагать более продвинутые программы управления спросом. Программа Opower оповещает клиентов о пиковом времени с помощью текстовых сообщений или сообщений электронной почты. Enernoc предлагает готовую программу реагирования на спрос системным и сетевым операторам, а также коммерческим и промышленным компаниям. Вызовы Три основные проблемы препятствуют управлению спросом: отсутствие рыночной интеграции (включая доступ к рынку, определение стандартизированных процессов для измерения, проверки и расчета, неясная роль или неразрешенная независимая агрегация), отсутствие ценовых сигналов и неудобства. Возможности Гибкость спроса создает преимущества для потребителей и энергосистемы, сокращая счета клиентов (до 40%), сокращая пиковый спрос и смещая потребление в более низкую ценовую зону в непиковые часы. Гибкость спроса также может помочь поставщикам, в некоторых случаях, избегать или откладывать инвестиции в централизованную генерацию, передачу и распределение, а также в электростанции. 3.5 Цифровизация Цифровые технологии позволяют устройствам по всей сети взаимодействовать и предоставлять данные, полезные для клиентов, а также для управления сетью и ее эксплуатации. Интеллектуальные счетчики, новые интеллектуальные датчики / IoT- датчики, сетевые системы дистанционного управления и автоматизации, а также цифровые платформы, ориентированные на оптимизацию и агрегацию, позволяют в реальном времени управлять сетью и связанными с ней ресурсами и собирать сетевые данные для улучшения ситуационной осведомленности и сетевых услуг. Данные от интеллектуальных устройств и распределенных ресурсов в целом будут иметь решающее значение для новых бизнес-моделей и для облегчения привлечения клиентов и внедрения новейших технологий. Правильно предоставленные и подробные 73 данные могут улучшить качество обслуживания клиентов в нескольких аспектах, таких как улучшение обслуживания клиентов за счет лучшего доступа к большей информации и обеспечения автоматизированных операций, которые помогут клиентам гибко управлять своими потребностями в электроэнергии и оптимизировать расходы. Вызовы Развертыванию цифровых технологий в сети может препятствовать устаревшее регулирование, когда модель взаиморасчетов ориентирована в сторону капиталовложений в сетевую инфраструктуру за счет потенциально экономически эффективных альтернатив в области цифровизации и эксплуатации распределенных ресурсов. Поскольку цифровизация продолжается и все больше цифровых устройств развертываются, связь между ними будет иметь жизненно важное значение. Инфраструктура широкополосной связи, поддерживающая широкий набор услуг - как сетевых, так и абонентских - является основой, обеспечивающей цифровизацию. Отсутствие технологических стандартов может препятствовать развитию этой инфраструктуры связи и может замедлить инновации. Отсутствие четкой правовой структуры данных о клиентах и распределенных ресурсах ограничивает рост в этой области. Отсутствие динамической модели ценообразования, которая помогла бы экономически обосновать принятие интеллектуальных устройств, является еще одним препятствием. Высокие закупочные наценки и длительные циклы замены этих приборов затягивают их массовое внедрение. Возможности Растущее развертывание современной измерительной инфраструктуры предоставляет четкие возможности для улучшения качества обслуживания, наблюдения за сетью низкого напряжения и сбора данных (эти данные предоставляют возможности для автоматического обнаружения перебоев в работе, определения местоположения для распределенных объектов генерации и повышения энергоэффективности, более подробного прогнозирования спроса). Некоторые энергосистемы предпринимают серьезные шаги в этом направлении, внедряя миллионы интеллектуальных счетчиков в США, Европе и Азии. Цифровое преобразование сетей - это явная возможность для экономически эффективного развития и управления системой электроснабжения с подтвержденной отдачей в улучшении качества обслуживания (длительность и частота отключений, время обслуживания) и в стоимости обслуживания. Существует множество технических преимуществ интеллектуальных сетей и интеллектуальных счетчиков. Со стороны потребителя, поскольку стоимость датчиков снижается, расширяются возможности использования более интеллектуальных технологий. Интеллектуальные устройства являются важнейшим фактором поддержки новейших технологий, и данные от них помогут информировать о новых инновационных продуктах и услугах, что, в свою очередь, поможет ускорить дальнейшее внедрение. |