Шановні колеги!
До Вашої уваги надаємо статтю експерта Юрія Касіча – “Гібридні системи виробництва е/е з ВДЕ допоможуть уникнути кризи їх інтеграції”.
Енергетика з відновлювальних джерел енергії (ВДЕ) може “безболісно” інтегруватися в будь-яку електроенергетичну систему лише за наявності в державі відповідних Стратегій інтеграції.
У міру здешевлення систем накопичення енергії (СНЕ) на світовому ринку з’являється все більше об’єктів, в яких ВДЕ-установки комбінуються з накопичувачами енергії.
Гібридна система виробництва з ВДЕ максимально наближується за своїми характеристиками до класичної генерації з гарантованим виробництвом електричної енергії.
“Виробники з ВДЕ + СНЕ + інерційність = гібридна система з ВДЕ”
Так, і це загальноприйнятний висновок – основний шлях на ринок відновлюваної енергетики має пролягати через проведення державних аукціонів з підтримки розвитку ВДЕ, так званих зелених аукціонів.
Але в описах поточних умов проведення аукціонів з підтримки ВДЕ немає визначення необхідних параметрів для підтримання гнучкості енергосистеми, а отже, відсутня можливість і визначення самої необхідності надійного розвитку проектів гібридних систем виробництва з ВДЕ.
Щоб на нашому ринку електроенергії, яка виробляється з ВДЕ, почали з’являтися проекти з гібридних систем ВДЕ, треба кардинально змінити загальносистемні підходи до принципів побудови роботи галузі.
Для аукціонів потрібно розробити нові умови, які мають зацікавити інвесторів у створенні оптимальних гібридних конфігурацій систем виробництва з ВДЕ, але, звісно, залишаючи при цьому достатньо економічного простору для маневру, щоб дозволити еволюцію інших послуг, наприклад, систем підтримання інерційності енергосистеми.
СНЕ мають бути насамперед використані в рамках гібридних проектів систем виробництва з ВДЕ, а не в якості автономних проектів, які потребують додаткових витрат на підтримку (через встановлення окремих виплат). Тут постає низка питань. Якщо проекти СНЕ будуть суто автономними, яке джерело генерації виробить енергію для її зарядження? Чи може акумулятор заряджатися “вуглецевою” енергією, а потім розряджатися за спеціальною ціною, гарантованою на аукціоні? Якщо енергія генерується з ВДЕ за спеціальною ціною аукціону і ця генерація вже “зелено” оплачена, чи має ця енергія бути знову “зелено” оплачена при розрядженні акумулятора в разі існування автономного проекту?
Вирішення цих питань можна значно спростити в разі застосування гібридних систем виробництва з ВДЕ та елементарного механізму обліку електроенергії на майданчику ВДЕ.
Те ж стосується і систем забезпечення чи підтримання інерційності в енергосистемі.
Інерційність дуже важлива для стійкої та стабільної роботи електроенергетичних систем. Традиційно вона забезпечується синхронним обертанням багатотонних турбін та генераторів на АЕС, ТЕС та потужних ГЕС, і дозволяє згладжувати коливання частоти. З ростом виробництва з ВДЕ (асинхронних генераторів з невеликою масою та відповідно невеликим моментом інерції) частка теплової (“важкої”) генерації в енергосистемі знижується, у зв’язку з цим знижується і інерційність. В енергосистемі з низькою інерційністю швидкість зміни частоти вище, і це може викликати серйозні проблеми, якщо не приділяти цьому належної уваги. Без наявності сучасних пристроїв підтримання інерційності, системному оператору доведеться відключати генерацію з ВДЕ і збільшувати виробництво електроенергії на основі викопного палива.
Згідно з узагальненою оцінкою, 1 МВт споживаної активної потужності “синхронної машини з обертовим стабілізатором” (GE Rotating Stabilizer) дозволить додатково безпечно інтегрувати в енергосистему 100 МВт генерації з ВДЕ.
“Від’ємна вартість товару – реальність і виклик!”
Увесь світ в 2020 році спостерігав за формуванням на європейських ринках в окремі періоди часу від’ємних цін на електричну енергію, що було деякою мірою спровоковано достатньо великими обсягами виробництва з ВДЕ. За даними з різних джерел, від’ємні оптові ціни на ринках на добу наперед в 2020 році спостерігалися в 3-4 рази частіше, ніж у період з 2015 по 2018 рік, і більш ніж в два рази частіше ніж у 2019 році. У ці періоди енергосистема не могла спожити (не було попиту) всю електроенергію, яка пропонувалася виробниками до виробництва. Оскільки в енергосистемі завжди має підтримуватися баланс між виробництвом та споживанням, ціни на ринку на добу наперед опускалися все нижче і навіть нижче “нуля”. За “привілей” виробляти електроенергію в ці години виробники були змушені платити покупцям (учасникам ринку), щоб збільшити попит. Найбільш часті випадки від’ємних цін були зазначені на ринках з високою часткою ВДЕ – Ірландії, Данії і Німеччині. 1 квітня 2020 року в Німеччині негативні ціни сягнули “мінус 8,4 євроцента за 1 кВт-г” і трималися вісім годин. У цей проміжок часу частка вітрової та сонячної генерації становила 88% споживання. 13 квітня 2020 року в Бельгії були також зафіксовані рекордно низькі ціни “мінус 11,5 євроцентів за 1 кВт-г”. Поєднання низькоманеврової генерації АЕС та рекордного виробництва сонячної енергетики призвело до значного надлишку пропозиції в умовах низького попиту.
У сучасному світі СНЕ застосовані разом з ВДЕ, а також з системами підтримання інерції можуть сприяти пом’якшенню цих викликів. Нові технології, які надають послуги без вироблення активної потужності, вкрай необхідні енергосистемі і можуть допомогти знизити вимушене виробництво, яке вимагається від традиційних джерел енергії.
В якості прикладу – Великобританія, де впроваджуються технології “синхронних стабілізаторів”, що забезпечують таку необхідну інерцію енергосистемі без виробництва електроенергії.
Це дозволяє відмовитися від послуг традиційних обертових багатотонних турбогенераторів, які в даному випадку вимушено виробляють електроенергію для підтримки інерції в енергосистемі в умовах відсутності попиту на електроенергію, а якщо сказати інакше, то – в умовах великої пропозиції на електроенергію з боку ВДЕ.
Світові приклади :
- Італійська Enel планує на наступне десятиліття приблизно 85 млрд. євро інвестицій спрямувати на розвиток ВДЕ, плануючи збільшити свої власні ВДЕ-потужності з нинішніх 45 ГВт до 120 ГВт в 2030 році. Близько 5 млрд. євро протягом 2021-2030 будуть інвестовані в “гібридизацію” ВДЕ за допомогою електрохімічних СНЕ.
- Станом на сьогодні у низці регіонів світу системи виробництва з ВДЕ, дообладнані СНЕ, здатні пропонувати електроенергію за досить конкурентоспроможними цінами. Наприклад, такі гібридні системи в Ізраїлі будуть продавати електрику по 5,8 центів США за 1 кВт-г. Це на 25% нижче за вартість електроенергії, виробленої на основі вугілля та газу. У Каліфорнії ФЕС з чотиригодинною СНЕ продає електрику по 4 центи США за 1 кВт-г. Це ж підтверджують висновки Австралійського дослідного центру CSIRO в опублікованому проекті оновленого дослідження економічної ефективності різних технологій генерації електроенергії в Австралії GenCost 2020-2021.
- 9 серпня 2019 року в Великобританії відбулася велика системна аварія (блек-аут). Системний оператор ESO National Grid пов’язав подію з недостатністю інерційності системи. У підсумку було проведено конкурсний відбір, на якому кілька виробників отримали можливість надавати на платній основі спеціальні послуги щодо забезпечення стабільності (інерційності) системи. Одне з таких рішень було представлено компаніями General Electric (GE) і Statkraft – “синхронні машини з обертовим стабілізатором” (GE Rotating Stabilizer). По суті, це великі обертові колеса, які мають великий момент інерції. Очікується, що для обертання стабілізаторів планується використовувати електроенергію, законтрактовану з виробником з ВДЕ.
ОЕС України – шляхи вирішення кризи інтеграції ВДЕ
Управління енергосистемою, а особливо великою енергосистемою, якою і є Об’єднана Електроенергетична Система України (ОЕС) – це достатньо тонка і складна наука.
Отримати надшвидку та точну відповідь на питання, а яка ж конфігурація “систем виробництва з ВДЕ – систем накопичення енергії СНЕ – систем підтримання інерційності енергосистеми” може замінити “традиційній набір електростанцій” без втрати надійності, стабільності та стійкості, не вийде. Ба більше – точної відповіді не отримаємо, використовуючи глобальний досвід чи усереднений підхід. Вирішення можливе лише за умов конкретної енергосистеми, оскільки відповідь залежить від багатьох місцевих і змінних чинників. Втім, проведення всіх необхідних досліджень, а тим більше за умови виконання всіх передбачених законом процедур відбору дослідника, в нашій країні затягнеться на роки. Як, наприклад, пішли роки на дослідження української енергосистеми з точки зору безпечної кількості інтегрованих джерел ВДЕ. Тим більше – немає жодних результатів. Тому для початку треба хоча б мінімально “озброїтися” – визначити правильний напрямок руху.
Як перший і важливий крок – змінити правила проведення аукціонів на розподіл квот підтримки.
Наразі можливо та вкрай необхідно чітко визначити, що державну підтримку (тариф за результатами аукціонів на 20 років) можуть отримувати виключно “гібридні” системи виробництва з ВДЕ.
Саме про такий підхід йшлося у висновках до проекту Звіту з оцінки відповідності потужностей-2020, але, на жаль, чомусь було прибрано з фінальної версії, відправленої в НКРЕКП. Лишилося лише “легеньке прохання” ОСП “Укренерго” до інвесторів щодо впровадження СНЕ в межах 20% потужності ВДЕ-об’єкта в якості “буфера” для небалансів.
Але сьогодні вкрай необхідно застосовувати більш “переконливі” методи ведення перемовин з потенційними інвесторами у ВДЕ з одного боку, та впроваджувати чіткі, прозорі та зрозумілі методи та механізми стимулювання (підтримки) розвитку ВДЕ.
Які вимоги мають бути до СНЕ?
На мій погляд, інвестором має бути забезпечено будівництво та встановлення на майданчику ВДЕ СНЕ, розрахованої на можливість чотиригодинного накопичення енергії при потужності не менше ніж 25% від встановленої потужності ВДЕ.
Чому саме 25% і 4 години? На сьогодні коефіцієнт нерівномірності добового графіку електричного навантаження (споживання) ОЕС України складає приблизно 0,75. Тривалість нічного “провалу” споживання – 4-5 годин. Тому в разі спроможності кожної нової ВДЕ-системи насамперед оперативно знижувати власне виробництво на 25%, її інтеграція в ОЕС України щонайменше не погіршить існуючий стан гнучкості ОЕС. Цей обсяг “маневреної” спроможності “гібридної” системи ВДЕ має бути доступним лише для застосування ОСП.
По факту, на об’єкті ВДЕ може бути встановлена і більш потужна СНЕ (але надлишок вище 25% за “власний” кошт інвестора), яка може використовуватися для компенсації власних небалансів ВДЕ (похибка прогнозу тощо), для надання додаткових послуг на РДН та БР.
Для мінімізації штрафних санкцій на ринку, всі власні небаланси ВДЕ можуть автоматично «скидуватися» в СНЕ з подальшим використанням в інший період часу. Кожен рік коефіцієнт можна переглядати, виходячи з реального середньозваженого коефіцієнту нерівномірності в ОЕС України за останній рік. Це буде також гарантією використання СНЕ на “чистій” енергії ВДЕ, а не підтримці життя джерелам, які забруднюють світ.
Додам до цього, що запропонована вище модель дозволить також уникнути вибіркового підходу до видів відновлюваних джерел. На мою думку, встановлювати квоти підтримки, а отже, стимулювати їхній розвиток, для окремих видів ВДЕ – не правильно. Квота – це спроба чи можливість ручного регулювання, маніпулювання чи преференціонізму для окремих груп виробників обладнання. Де “немає вітру” – ВЕС не запрацює навіть за великої квоти. Треба проводити винятково технологічно нейтральні аукціони. Після двох-трьох аукціонів “економічна конкуренція” розставить все на свої місця. Стосовно ж визначення річних загальних обсягів ВДЕ, які мають отримати державну підтримку, все насправді достатньо просто: є чинна Енергетична Стратегія України на період до 2035 року, яка має відповідати міжнародним зобов’язанням України і яку треба виконувати.
Згодом на сайті з’явиться друга частина від Юрія Касіча.
