Локальные, или местные рынки электроэнергии (LEM) – формат организации энергетической инфраструктуры, который в последние годы активно развивается в странах Европы. Этот тип рынка использует и комбинирует технологии «умных сетей», координирующих операции между сетью, производителями, потребителями и распределенной генерацией. LEM может включать в себя множество источников электроэнергии и гибкости, таких как возобновляемая распределенная генерация, гибкий спрос и хранение. Задача LEM состоит в повышении устойчивости, надежности и доступности энергетической системы, для чего в её управление должны быть включены местные сетевые операторы и конечные пользователи. В LEM применяются технологии Интернета вещей и концепция транзактивной энергетики (отметим, что подобная модель – Internet of Distributed Energy Architecture – была разработана и Центром "Энерджинет").
Предлагаем вашему вниманию обзор LEM, опубликованный группой авторов из Португалии (Рикардо Файа, Фернандо Лезама, Жоао Соареш, Тьяго Пинто, Зита Вейл) в журнале Renewable and Sustainable Energy Reviews (№ 190 за 2024 год).
Структура местных рынков электроэнергии
Ожидается, что к 2050 году европейская электрическая система будет включать миллионы просьюмеров, электромобилей (EVS) и распределенных систем хранения энергии (ESS). Согласно годовому отчету REScoop.eu за 2021 год, сеть энергетических сообществ в Европе насчитывает почти 2000 кооперативов (это явление наш канал ранее уже освещал). Такие сообщества проявляют растущий интерес к LEM, обусловленный широким распространением ВИЭ.
LEM актуальны для распредсетевых структур, поскольку они позволяют выстроить рыночные отношения на среднем и низком уровнях напряжения сети. В LEM могут участвовать различные субъекты: потребители, просьюмеры, распределенные генераторы, хранилища, энергосервисные компании, агрегаторы, операторы распределительных систем (DSO). Концепция LEM охватывает целый ряд услуг, которые предоставляются на основе контрактов, заключенных между конечными пользователями и розничными продавцами: обеспечение гибкости, поддержка агрегации, повышение энергоэффективности, хранение и выработка энергии, техническое обслуживание.
Авторы выделяют в обзоре три модели локальных рынков.
Модель 1: рынок P2P
Внедрение P2P-рынков может быть осуществлено на основе моделей, подобных тем, которым следуют такие компании, как Airbnb или Uber, используя концепцию совместной экономики и переводя ее на уровень рынка электроэнергии (рис. 1). При такой структуре рынка платформа P2P позволяет производителям и потребителям электроэнергии напрямую продавать и покупать электроэнергию и другие связанные с энергетикой услуги без поддержки центрального органа.
Структура рынка P2P основана на децентрализованном управлении, что позволяет осуществлять прямую торговлю энергией между потребителями и просьюмерами. Такой подход предполагает высокую социальную активность, способствуя активному сотрудничеству и вовлеченности, облегчает прямые одноранговые транзакции, устанавливая более прочные связи между потребителями и просьюмерами. Однако данная структура демонстрирует относительно низкую гибкость системы.
Модель 2: рынок на основе сообщества (сommunity-based market)
Центральным субъектом в этой модели выступает локальный агрегатор, который контролирует взаиморасчеты и обеспечивает надзор за работой рынка (рис. 2).
Структура обеспечивает баланс между локализованной торговлей в рамках LEM и взаимодействием с оптовым рынком. Система обладает умеренной гибкостью, что позволяет ей адаптироваться к условиям электросетей и интеграции ВИЭ. При этом социальная активность участников рынка остается на среднем уровне. В рамках этой структуры предлагаемые продукты – энергия и мощность, предлагаемые услуги – регулирование напряжения, снижение пиковых нагрузок, компенсацию потерь и управление перегрузками.
Модель 3: рынок на основе группы сообществ (group of communities-based market)
В этой модели (рис. 3) каждый местный оператор рынка представляет сообщество и может вести переговоры с другими сообществами. Такой тип рынка, как правило, представлен в среде «умных сетей», ему соответствуют одноранговые подходы, которые дают некоторые преимущества для гибких транзакций по сравнению с рынками P2P. Данная модель может обеспечить как централизованное, так и распределенное управление, она позволяет осуществлять взаимодействия между LEM и оптовыми рынками с участием потребителей, просьюмеров, поставщиков ВИЭ, агрегаторов и DSO. Уровень социальной вовлеченности в ней относительно низок.
В LEM активное участие в рынке мелких потребителей зависит от позиции агрегатора. Выступая в качестве посредника, агрегатор предоставляет множеству разрозненных энергетических ресурсов и потребителей доступ к оптовым рынкам, рынкам вспомогательных услуг и другим возможностям получения дохода, а также упрощает транзакции между ними. Кроме того, агрегаторы управляют распределенными энергетическими ресурсами, обеспечивая регулирование частоты, контроль напряжения и снижение пиковых нагрузок, и решают административные задачи.
Преимущества LEM
В обзоре приводится целый ряд потенциальных преимуществ формирования LEM для системы энергоснабжения. Например, вхождение LEM в распределительные сети снижает потребность в их строительстве и ремонте. Увеличение числа местных производителей энергии, расположенных в населенном пункте, уменьшит поток энергии от генерирующих предприятий, что, в свою очередь, снизит потери в сети.
Также LEM, использующий гибкие ресурсы, может компенсировать отклонения местного энергопотребления, вызванные ошибками прогноза, и обеспечить через ценовые стимулы перенос потребления с периодов высокого спроса на периоды с более низким.
Еще одним важным доводом в пользу внедрения структур LEM является растущее распространение ВИЭ и распределенных источников энергии (DER). В то время как для крупных производителей генерация ВИЭ может быть спрогнозирована с хорошим уровнем точности (85-95 %), спрогнозировать DER у потребителей более низкого уровня гораздо сложнее, что может вызвать проблемы с сетью. LEM смягчает эти отклонения, одновременно позволяя потребителям зарабатывать.
Наконец, появление LEMs позволит создать новые бизнес-модели для местного энергоснабжения, разработка которых создаст условия роста для небольшой местной генерации.
Риски и барьеры
Внедрение LEM сталкивается с рядом препятствий и проблем, связанных с существующей нормативной политикой, рыночными структурами и с природой самой технологии. Существующие рынки электроэнергии построены в ориентации на крупных централизованных поставщиков, в то время как LEM работают по децентрализованной модели, а изменение нормативно-правовой базы, необходимое для её реализации, является сложной и трудоемкой задачей. Масштабированию LEM препятствуют такие технологические аспекты, как интеллектуальный учет, балансировка нагрузки и интеграция с сетями, для внедрения которых требуется дорогостоящая и трудоемкая модернизация или замена инфраструктуры.
Из-за потока информации и точек доступа, необходимых для внедрения фреймворков LEM, гарантия конфиденциальности данных превращается в барьер, преодоление которого порождает серьезную проблему в области кибербезопасности.
Важным аспектом внедрения LEM является согласование гибкости с DSO. Для операций с электроэнергией структуры LEM используют распределительные сети низкого напряжения, к которым подключаются мелкие конечные пользователи. Такие сети принадлежат исключительно DSO, и их режим работы не предполагает двунаправленного потока энергии и информации, обязательного для LEM. Отсутствие законодательства и регулирования в этой области деятельности DSO также является препятствием для расширения новой модели рынка.
Авторы отмечают, что современные бизнес-модели энергорынка ориентированы на крупных пользователей энергосистемы и не способны продвигать интересы конечных потребителей энергии. Поэтому затраты конечного пользователя на внедрение технологии для участия в LEM могут оказаться чрезмерно высокими. Кроме того, успешное внедрение LEM требует полного вовлечения в рынок конечных пользователей, которые часто выступают против подобных изменений из-за недоверия или недостатка знаний.
В заключение авторы выражают уверенность в необходимости господдержки процесса масштабирования LEM – в частности, специального регулирования, стимулирующего участие DER на рынках.
Полную версию статьи читайте в журнале Renewable and Sustainable Energy Reviews, № 190, 2024.
Подготовлено АНО «Центр «Энерджинет» при поддержке Фонда НТИ и Минобрнауки России
