Прогнозируемый повышенный темп роста спроса на электроэнергию, который наблюдается в России и в мире, формирует вызов не только в виде необходимости ввода новых генерирующих мощностей, но и усиления электросетевой инфраструктуры, что влечет за собой существенные инвестиции и зачастую повышение стоимости электроэнергии для потребителей.
Технологическим решением указанной проблемы может стать формирование на стороне потребителя индивидуальных гибридных энергокомплексов (ИГЭК), включающих микрогенерацию, системы накопления энергии (СНЭ) и цифровые информационные системы автоматизированного управления. Создание ИГЭК может иметь системное значение в случае их масштабного развития и участия в регулировании энергосистем. Так как жилые, офисные и коммерческие здания потребляют примерно 30–40 % от общего объема потребления энергии, то перевод их в формат ИГЭГ создает огромный потенциал для предоставления услуг гибкости. Для раскрытия этого потенциала помимо новых технологических решений на стороне потребителей требуется осуществить цифровую трансформацию распределительной сети и создать эффективные местные рынки электроэнергии (локальные энергетические сообщества) для торговли энергетической гибкостью.
Подход к формированию «гибкой» энергосистемы «снизу вверх» на основе ИГЭК, локальных энергетических сообществ (LEC) и цифровых распределительных сетей представлен в журнале IEEE Power & Energy, т. 21, № 4 за 2023 г. коллективом авторов (Ясон-Ираклис Аврамидис, Флорин Капитанеску, Герт Деконинк, Химаншу Нагпал, Пер Гейзельберг и Андре Мадурейра).
Базовым единичным элементом такой энергосистемы является технология «умных устойчивых зданий» (SSB). По мнению авторов, она имеет следующие характерные особенности:
- В течение года производство энергии (в т.ч. на базе ВИЭ) конечным потребителем почти точно соответствует его потреблению (сальдо близко к нулю).
- Используется система энергетического управления (EMS) здания: осуществляется оптимизация профиля потребления, микрогенерации и накопления энергии на стороне потребителя.
- Здания и сооружения потребителя экологически эффективны на всем жизненном цикле, начиная с выбора строительных материалов и заканчивая утилизацией строительного мусора после сноса.
Законодательная база для LEC в форме «гражданских энергетических сообществ» и «сообществ возобновляемой энергии» в странах ЕС заложена в «Европейском пакете чистой энергии», согласно которому их члены могут осуществлять производство, распределение, поставку, хранение, потребление энергии, агрегацию и совместное использование распределенных источников энергии и гибкости, предоставление энергетических услуг. LEC могут реализовывать местные энергетические проекты, повышать автономию своего энергоснабжения и предоставлять экономически эффективный доступ к местной возобновляемой энергии, в т.ч. для малообеспеченных клиентов. Кроме того, LEC могут разрабатывать и реализовывать на практике инновационные решения и новые бизнес-модели.
В статье описан эксперимент по внедрению SSB, проведенный в Дании и Люксембурге. Трехэтапный дизайн эксперимента включал оптимизацию сети «сверху вниз», частично - добровольную оптимизацию отдельных клиентов «снизу вверх» и локальный рынок гибкости. Этот подход дал положительные результаты.
Основной состав энергетических устройств в зданиях включал солнечную панель, электромобиль, накопитель энергии, систему отопления, систему вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), водонагреватель, стиральную машину и сушилку. Здания были оснащены EMS, которая планировала и контролировала работу перечисленных устройств. Электроэнергия покупалась и продавалась зданиями по оптовой цене. Конечные пользователи могли программировать нагрузки (например, стирку или зарядку электромобиля). EMS могла поддерживать желаемый диапазон комфорта для трех типов зданий – жилых, офисных и медицинских, – одновременно оптимизируя экономику. Например, каждая система HVAC наиболее интенсивно работала в периоды низких цен на электроэнергию.
В ходе эксперимента, проведенного в Дании в два 10-дневных периода в летние и зимние месяцы (с EMS и без нее), выяснилось, что зимой здания достигли сокращения за указанный период времени потребления энергии в среднем на 45 кВт·ч (экономия затрат на 40 %), а летом смогли продать в сеть 70 кВт·ч электроэнергии.
В рамках эксперимента были исследованы вопросы участия SSB в LEC. Была отработана модель управления, в которой сначала каждый клиент оптимизировал свое энергопотребления собственными ресурсами, а затем дополнительно на LEC осуществлялась координация коллективного профиля потребления для оптимизации использования ресурсов и максимизации самодостаточности. Данная модель управления была признана менее подверженной кибератакам и утечкам данных, а также финансово выгодной для всех участников. LEC достигла уровня самодостаточности более 97 % летом, а отдельные здания могли косвенно получать в течение 2-часового периода до €3 дохода за счет предоставления услуг по обеспечению гибкости.
Переход на новый энергетический уклад на основе подхода "снизу вверх" открывает новые возможности для развития электроэнергетики, он обеспечивает снижение объема необходимых капиталовложений для ввода новых централизованных генерирующих мощностей и усиления электросетевой инфраструктуры.
В России данный подход развивается сообществом НТИ Энерджинет на основе референтной архитектуры Интернета энергии (IDEA), описанной в ПНСТ 913-2024.
Подробнее читайте в IEEE Power & Energy, том 21, № 4 за 2023 год
Подготовлено АНО «Центр «Энерджинет» при поддержке Фонда НТИ и Минобрнауки России