Наблюдаемое в последние годы учащение экстремальных погодных явлений угрожает надежности электросетей, что приводит к длительным отключениям электроэнергии, значительным экономическим потерям и человеческим жертвам. В качестве примеров можно привести ураган «Мария» в Пуэрто-Рико (2017) и зимние штормы в Техасе (2021). Подобные явления создают угрозу для жизни людей, экономики и инфраструктуры.
Одним из решений данной проблемы является создание центров устойчивости (Resilience Hub) – общественных объектов, предназначенных для обеспечения устойчивости локальных сообществ до, во время и после экстремальных событий. Центры устойчивости сочетают энергетические, социальные и инфраструктурные ресурсы, управляются местными организациями и доступны для всех.
Обзор объектов такого типа приводится в статье, вышедшей в № 4, т. 22 журнала IEEE Power & Energy за 2024 год (авторы Alex Farley, Hollis Belnap, Masood Parvania). Подробно рассмотрены структура таких центров, активы и цели, описана схема скоординированного оперативного управления сетью центров для создания максимальных выгод для местных сообществ, энергосистем и других заинтересованных сторон. Предлагаем вашему вниманию краткий обзор статьи.
Центр устойчивости — это общественный объект, предназначенный для предоставления ресурсов, поддержки и оказания срочно необходимых услуг до, во время и после экстремального погодного явления для поддержания устойчивости и стабильности местного сообщества.
Центры устойчивости, как правило, располагаются в энергоэффективных сейсмостойких зданиях, защищенных от наводнений, с хорошей транспортной доступностью (например, в библиотеках, школах), оборудованных средствами коммуникации (интернетом, Wi-Fi, экстренной связью).
Энергетическая система типичного центра включает ВИЭ (обычно - солнечные панели, реже - ветрогенераторы, топливные элементы, микро-ГЭС), накопители энергии, дизельные или газовые резервные генераторы, а также интеллектуальные инверторы, которые позволяют работать как в изолированном режиме, так и взаимодействовать с сетью.
Во время стихийных бедствий центры устойчивости предоставляют энергетические услуги другим узлам в распределительной сети. При отключениях они обеспечивают резервную генерацию для соседних зданий, например, медицинских центров. Также они выполняют функции убежищ и мест координации спасательных служб, в них оказывается медицинская помощь, предоставляется вода и питание.
После окончания опасного периода центр, оснащенный инвертором, способным работать в режиме источника напряжения, может помочь в восстановлении после отключения на соседних фидерах с помощью автоматической координации переключения. Также центры занимаются распределением гуманитарной помощи и поддержкой ремонта инфраструктуры.
В обычное время центры за счет своих мощностей могут продавать избыточную генерацию в распределительные сети, участвовать в пиковом регулировании, обеспечивая гибкость на местных или оптовых рынках электроэнергии и предоставлять услуги сети. Также они осуществляют зарядку электромобилей.
Кроме того, в центрах устойчивости проводятся образовательные программы (например, по энергосбережению), они работают в качестве фитнес-залов, общественных детских садов, мест поддержки уязвимых групп (например, пенсионеров).
Помимо социальных услуг, центры устойчивости приносят сообществу значительные экономические выгоды. Например, общественные солнечные проекты повышают стоимость недвижимости в сообществе, обеспечивая при этом экономию от 5% до 25% на ежемесячных счетах за электроэнергию домохозяйств.
Центры устойчивости может быть структурированы как основы общественной энергетической системы, где члены сообщества могут подписываться на акции генерации и получать скидки на электроэнергию, получая пассивные экономические выгоды. Общественные энергетические системы уже разрабатываются для поддержки доступа малоимущих к распределенным энергетическим ресурсам (DER).
При моделировании системы управления центрами устойчивости каждый центр со своим набором энергетических ресурсов и точек подключения к сетям рассматривается как единый узел с общим спросом на активную и реактивную мощность и своими генерирующими мощностями.
Скоординированная работа центров устойчивости, объединенных в сеть, может быть реализована с использованием двухэтапной интеллектуальной иерархической схемы, в которой локальные контроллеры устойчивости (LRC), разработанные для отражения приоритетов сообщества, принимают локальные решения о планировании ресурсов для каждого центра, а затем отправляют свои решения центральному контроллеру устойчивости (CRC), который вносит коррективы для координации их работы с учетом ограничений сети. Эта модель создает эффективную и масштабируемую схему управления, которая может быть адаптирована к потребностям каждого сообщества, гарантируя при этом стабильность, максимизируя устойчивость и решая проблемы энергетического неравенства между сообществами (рис.1).
Локальные контроллеры (LRC) оптимизируют энергопотребление внутри одного центра, учитывая приоритеты сообщества (например, запас энергии для медицинских устройств).
Центральный контроллер (CRC) координирует всю сеть центров, балансирует нагрузку, перераспределяет энергию между центрами, обеспечивает стабильность энергосистемы.
Примером реализации является сеть центров в Солт-Лейк-Сити (США), которая демонстрирует, как координация между центрами помогает снизить воздействие волн тепла (экстремальной жары) на уязвимые сообщества с низким доходом. Преимуществами такой координации являются повышение устойчивости энергосистемы, социальное и экономическое равенство, снижение локального загрязнения.
Центры устойчивости финансируются из государственных, частных и некоммерческих источников при активном участии сообществ. Источниками могут быть государственные гранты, частные инвестиции (компании получают налоговые льготы), коммунальные предприятия (участвуют в обмен на доступ к энергоресурсам), а также общественные фонды (краудфандинг, пожертвования).
Таким образом, центры устойчивости – это не просто аварийные убежища, а инновационный инструмент для создания устойчивых сообществ, сочетающий энергетическую надежность, социальную справедливость и климатическую адаптацию. Их успех зависит от скоординированных усилий заинтересованных сторон и учета местных потребностей. Они снижают зависимость от централизованных сетей, помогают уязвимым группам населения пережить кризисы, создают локальные рабочие места и ускоряют переход к низко-углеродной энергетике.
Подробнее читайте исходную статью в журнале IEEE Power & Energy (Т. 22, № 4 за 2024 год)
Подготовлено АНО «Центр «Энерджинет» при поддержке Фонда НТИ и Минобрнауки России