Виртуальная электростанция – «умный контроль» распределенной генерации

Концепция виртуальной электростанции (ВЭС) зародилась несколько лет назад, но все еще является достаточно новой, а от того немного пугающей.

Между тем, ВЭС может помочь решить сразу несколько задач в энергетике – такие, как оптимизация, стабилизация, гибкость, интеграция. Иными словами, концепция ВЭС стремится к достижению ситуации win-win, когда все участники энергосистемы, включая потребителей, находятся в выигрыше.

Либерализация рынка, строительство объектов распределенной генерации и возобновляемых источников энергии, развитие информационных систем и увеличение потребности в электроэнергии, а также рост тарифа за счет роста инвестиционной нагрузки стимулируют к поиску новых и эффективных технологических решения в энергетике. На сегодняшний день одной из самых проработанных концепций «умного» контроля распределенной генерации является Концепция Виртуальной Электростанции (ВЭС).

Виртуальная электростанция может объединять (соединять) ресурсы нескольких источников: мелких генераторов, объектов распределенной генерации, ВИЭ, потребителей и т. п. ВЭС может выступать балансирующим механизмом всей энергетической системы – например, регулировать непостоянную выработку возобновляемых источников энергии и пиковые нагрузки. Она также может быть инструментом регулирования взаимоотношений с клиентами, а также инструментом маркетинга и рекламы для отдельного игрока рынка. Например, энегосбытовой компании, которая с помощью ВЭС может гарантировать своим клиентам бесперебойную поставку, более точный биллинг и низкие цены.

ВЭС поможет сэкономить средства на строительство дополнительных мощностей, дорогостоящих пиковых электростанций. Кроме того, она может быть регулятором всей ЕНЭС и регулировать нагрузку сети, получая команды, например, от Системного оператора.



Подробнее о ВЭС

Виртуальная электростанция (ВЭС) – это высокотехнологичная система, которая агрегирует электроэнергию сразу от нескольких производителей и / или потребителей. Можно сказать, что ВЭС фактически управляет поведением как производителей, так и потребителей. Производителями в данном случае могут выступать объекты распределенной генерации, солнечные панели, биогазовые станции, ветровые станции, когенерация (CHP), небольшие гидроустановки и т. п. Потребителями могут выступать потребители электроэнергии, владеющие холодильными установками, кондиционерами, теплицами, дренажными насосами, дробильными установками, прокатными станами, электролизерами и многим другим.

Необходимо заметить, что такие объекты потребителей и производителей должны обладать гибкостью в производстве или потреблении электроэнергии. ВЭС не вмешивается непосредственно в производственный процесс, так, на цементном заводе можно высвободить 3 5 МВ на стадии измельчения без нарушения объема выпуска, в сталелитейном заводе электродуговые печи – 5 30 МВ. Таким образом, ВЭС регулирует объекты, обеспечивая поддержку энергосистеме, когда производство и потребление находятся в дисбалансе (пиковые нагрузки).

Для работы ВЭС необходима «умная» инфраструктура: «умные» системы учета электроэнергии, коммуникация, например связь через интернет, а также специальное программное обеспечение, которое будет балансировать доступные источники электроэнергии, сглаживая пиковые нагрузки в системе.



Основная концепция ВЭС

В настоящее время много внимания уделяется распределенной генерации. Учитывая то, что данные источники можно использовать во время пиковых нагрузок локально, то почему бы не использовать те же источники (замечу, без дополнительных инвестиций на строительство станций), чтобы генерировать дополнительную энергию во внепиковое время? Агрегированная из разных источников электроэнергия затем может быть продана на энергорынке по рыночным ценам. Таким образом, распределенная генерация будет упорядочена центрально с помощью ВЭС, что даст ей возможность иметь больший вес на рынке, а с точки зрения ЕНЭС – все источники генерации упорядочены, обеспечивая стабильность.

Виртуальная электростанция может играть роль стабилизатора энергосистемы. ВЭС, располагая информацией в реальном времени о возможностях разгрузки мощностей каждого из подключенных к системе потребителя, получает сигнал от регулятора или СО. По предварительной и общей договоренности она контролирует потребление каждого потребителя, тем самым сглаживает общий график пиковой нагрузки и стабилизирует сеть.



Модели функционирования ВЭС

Формально модели функционирования ВЭС можно разделить на следующие:

1. Модель агрегатора: на рынке создается независимая энергосервисная организация (Агрегатор), которая является оператором ВЭС. Агрегатор активно подключает потребителей к своей ВЭС, при этом участникам выплачивается вознаграждение за участие в так называемых программах «Управления Потреблением», которое зависит от условий Системного оператора конкретного рынка.

2. Традиционная модель / модель энергосбытовой компании: компания, работающая на энергорынке (например, энергосбытовая), создает сеть, контролирующую различные объекты распределенной генерации и гибкой мощности своих потребителей.

3. Клиентоориентированная модель: потребители устанавливают на своей базе технологию ВЭС для обеспечения своих нужд. В данном случае ВЭС используется для управления собственным потреблением. Например, такие крупные супермаркеты, как Wal-Mart в Америке, используют подобные системы для контроля потребления электро­энергии различными объектами в магазинах по всей стране: холодильные установки, кондиционеры, освещение и т. п. Когда система обнаруживает, что какое либо устройство потребляет слишком много энергии, она подает сигнал менеджеру данного магазина об устройстве.

На самом деле, в мире не существует какой то одной «правильной» модели функционирования ВЭС, т. к. это напрямую зависит от сложившегося энергорынка и его развития, а также от того, кто выступает инициатором внедрения виртуальной электростанции в систему и какие задачи он пытается решить. Оператором ВЭС может выступать сетевая компания, Системный оператор, сбытовая компания или группа сбытовых компаний, потребитель или группа потребителей.

Огромное преимущество ВЭС состоит в том, что она обладает информацией о доступной генерации и / или спросе в близком к реальному режиме времени на подключенной к ВЭС территории. Кроме того, она располагает гибкостью в использовании той или иной генерации или доступной мощности потребителя, т. к. система автоматически высчитывает наиболее эффективный источник на данный момент времени.

Преимуществом виртуальной электростанции также является то, что архитектура ВЭС очень гибкая и может принимать множество различных форм. ВЭС можно интегрировать вертикально или горизонтально. Она может работать отдельно / независимо, а может быть частью большей системы ВЭС. В дополнение, несколько ВЭС можно подключить к общей энергосистеме.

Основная цель ВЭС – достижение ситуации win-win, когда все участники энергосистемы, в том числе и ее потребители, находятся в выигрыше.



Принцип работы ВЭС

Система ВЭС собирает множество информации о доступных мощностях от генерации, спросе настоящем и прогнозируемом, возможностях разгрузки / гибкой мощности потребителей, желаемом графике нагрузки системы (обычно исходящем от Системного оператора). Вся собранная информация обрабатывается в режиме времени, близком к реальному. ВЭС обладает информацией о наиболее эффективном производителе и / или потребителе на данном промежутке времени, учитывая настоящую ситуацию на рынке, прогноз погоды, который важен для объектов ВИЭ.

На рис. 2 представлен пример приборной панели, где на карте представлены все доступные мощности (заводы, потребители и т. д.), на графике представлен общий реальный график нагрузки, доступные гибкие мощности и желаемый график нагрузки. Система автоматически высчитывает эффективность каждого объекта, а также общие затраты и конечную прибыль.



Пример внедрения ВЭС

С точки зрения использования концепции ВЭС непосредственно энергосбытовыми компаниями интересен опыт внедрения такого проекта компанией Elektro Ljubljana (Словения). Технология ВЭС была предоставлена компанией cyberGRID (Австрия). Основными задачами проекта были снижение нагрузки сети и регулирование распределенной генерации. Если сбытовая компания способна оптимизировать потоки электроэнергии, то она способна минимизировать затраты дисбаланса либо торговать высвобожденной электроэнергией на рынке системных услуг.

Elektro Ljubljana является самой крупной энергосбытовой компанией в Словении, она поставляет электроэнергию более чем 350 тысячам потребителей.

– Наша миссия состоит в том, чтобы поставлять конкурентоспособную и высококачественную, безвредную для окружающей среды электроэнергию нашим потребителям. ВЭС позволяет нам предоставлять им несколько инновационных решений с целью снижения их затрат на электроэнергию, – говорит Игорь Подбелчек, директор Elektro Energija, энерго­сбытовой компании, входящей в состав ГК Elektro Ljubljana. Он видит внедрение ВЭС одним из самых важных шагов к максимально оптимизированной цепочке создания энергетической ценности.

– Внедрение умного учета в функционирование ВЭС закладывает прочный фундамент для предоставления продвинутых услуг потребителям, что имеет большое влияние на общую оптимизацию цепочки энергетической ценности, – подчеркнул глава компании.

ВЭС на базе Elektro Ljubljana полностью функционирует на коммерческой основе с 2011 года и включает мощность ВЭС для целей третичного резерва. С тех пор удалось успешно достичь: 100 процентного наличия положительного пика и отрицательной мощности и более 63 МВ подключенной мощности. Потребители Elektro Ljubljana, которые участвуют в проекте ВЭС, это сталелитейные заводы, литейные, бумажные комбинаты, торговые центры, производители стекла и керамики, химическая промышленность.

По мнению Рейнхарда Корзитцке, директора и основателя компании cyberGRID (Австрия), виртуальные электростанции являются фундаментом построения электрической сети будущего и могут функционировать в масштабах ГВт на уровне энергосбытовых и сетевых компаний.

– Продвинутые компьютерные системы позволяют энергосбытовым компаниям эффективно управлять всевозрастающим количеством объектов непредсказуемых ВИЭ, накопителями энергии и гибким потреблением. Агрегирование различных ресурсов распределенной генерации (включая потребление) может вполне эффективно заменить или поддержать работу традиционных пиковых станций, – отметил глава cyberGRID.



Выгоды от внедрения ВЭС

В завершение хотелось бы еще раз подчеркнуть некоторые выгоды различным участникам рынка от внедрения ВЭС:

1. Распределительные и магистральные сети:

∙ Более прозрачная деятельность объектов распределенной генерации и контроль их активности на рынке

∙ Снижение пиковых нагрузок сети за счет регулирования нагрузками потребителей

∙ Снижение рисков перебоев сети

∙ Снижение уровня инвестиций в сеть

∙ Улучшение контроля работы негибкой и непостоянной распределенной генерации и ВИЭ

2. Сбытовые компании:

∙ Улучшенный контроль над коммерческими рисками

∙ Новый уровень работы с потребителями, возможность предлагать новые программы управления потреблением

∙ Доступ к более дешевым ресурсам

∙ Улучшение надежности энерго­снабжения

∙ Улучшенный биллинг

3. Владельцы распределенной генерации и потребители:

∙ Получение платы за гибкую мощность, за участие в программах управления потреблением

∙ Возможность участвовать на рынке в полном объеме в качестве производителя, продажа электроэнергии на рынке

∙ Увеличение стоимости активов

∙ Более осмысленное потребление электроэнергии

∙ Экономия средств за счет снижения потребления электроэнергии (в случае предоставления гибкой мощности)

4. Регулятор или Системный оператор:

∙ Балансирование и оптимизация рынка

∙ Открытие рынка для более мелких участников

∙ Получение дополнительной гибкой мощности

∙ Интеграция объектов распределенной генерации и объектов ВИЭ в систему, сохраняя при этом ее стабильность

∙ Достижение целей страны по снижению выбросов CO2

∙ Создание новых рабочих мест и снижение общей безработицы

ВЭС также может служить решением обеспечения электроэнергией отдаленных и изолированных областей. Например, области, где существует скопление мелких, независимых генерирующих компаний и распределенной генерации, промышленных и коммерческих потребителей, а также ВИЭ, могут обрести полную или частичную независимость, оптимизируя непостоянное производство электроэнергии перечисленных выше объектов.

Согласно последним исследованиям Pike Research, мировой рынок услуг ВЭС продолжит стабильный рост в течение следующих нескольких лет. Мировой доход увеличится от 5,2 млрд долларов в 2010 году до 7,4 млрд долларов в 2015 году. Хотя по более агрессивному прогнозу доход от внедрения ВЭС может достичь в мире 12,7 млрд долларов за тот же период времени.

Дарья КЕННЕДИ, независимый консультант, умные сети и управление поведением (smart grid and demand response)