Виртуальная электростанция: Виртуальная электростанция – «умный контроль» распределенной генерации — Энергетика и промышленность России — № 08 (244) апрель 2014 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Виртуальные электростанции. Можно ли управлять источниками «зелёной» энергии? / Хабр

Человечество наращивает потребление и производство электроэнергии, уделяя особое внимание возобновляемым или «зелёным» источникам. Согласно данным исследовательской компании REN21, в 2017 году доля возобновляемых источников энергии в мировом производстве составила 10,4%. Причём в передовых странах эта доля выше: ЕС в 2017 году получал 17,5% энергии из возобновляемых источников, а цель на 2020-й год — 20%. По мере увеличения доли ВИЭ в выработке увеличивается и значимость связанных с ними проблем. Что это за проблемы, как их решают виртуальные электростанции и что вообще это такое? Рассказываем.

Что не так с «зелёной» энергетикой?

В целом всё так. На сайте компании Enerdata можно посмотреть данные о производстве энергии за 1990-2017 год с разбивкой по странам — по графикам видно, что большинство стран наращивают долю возобновляемых источников энергии. Наше будущее неизбежно связано с альтернативной энергетикой, а для самых продвинутых стран и отдельных отраслей в них это и вовсе уже настоящее. Так, Нидерландские железные дороги с 2017 года ездят исключительно на электричестве от ветряков. И перевозят таким образом порядка 320 млн пассажиров в год, что в 18,5 раз больше, чем всё население страны (для сравнения: РЖД перевозят в год примерно 1 млрд пассажиров, то есть 7-8 населений России). Другой пример — Норвегия: более 97,8% энергии, производящейся в этой стране, вырабатывается альтернативными источниками.

Некоторые страны Европы не только достигли целевых показателей по увеличению доли электроэнергии из возобновляемых источников, но и превысили их. В лидерах Швеция, Финляндия и Латвия. Источник: Eurostat

То есть вроде бы всё здорово, но свои сложности всё-таки есть: при всех своих преимуществах альтернативная энергетика не может обеспечить постоянный уровень производства электричества. Иногда электричества меньше, чем нужно потребителям электросети. Иногда — наоборот, и это тоже проблема, так как излишки электричества нужно куда-то девать. Солнечные батареи работают только днём, их КПД зависит от времени года и погодных условий. Ветряные фермы зависят не только от наличия ветра, но и, к примеру, прекращают работу на время сезонного перелёта птиц. Приливные электростанции и вовсе работают по нескольку часов в день, во время приливов и отливов. В этом и заключается главная проблема и главное отличие от атомных и тепловых электростанций. И чем больше выработки приходится на «зелёные» источники, тем выше важность этих проблем. Также возобновляемые источники энергии часто находятся далеко друг от друга, что требует более сложной инфраструктуры, чем в случае централизованного производства сравнимого объёма энергии.

Что с этим делать?

Для решения этих проблем придумали виртуальные электростанции (ВЭС, они же VPP — Virtual Power Plants). Так называют программно-аппаратные комплексы, которые позволяют управлять огромным количеством разрозненных установок генерации энергии, будто это одна электростанция. Программное обеспечение, созданное с использованием технологий машинного обучения, распределяет электричество между потребителями, а также резервирует излишки, используя их для компенсации суточных спадов. И тут особенно важны внедрённые в код элементы самообучаемого ИИ, которые учатся прогнозировать спады производства и пики потребления, оптимизируя движение энергии внутри системы.

Если объяснять проще, виртуальная электростанция — это биржа продавцов и покупателей электроэнергии, которая уравновешивает спрос и предложение энергии. В результате все потребители электричества пользуются «зелёной» энергией так, как если бы она была сгенерирована классической АЭС или ТЭЦ. То есть электричество в сети есть всегда и напряжение в сети постоянное. А производители энергии гарантированно продают произведённое.

Виртуальная электростанция — всегда индивидуальный проект, поскольку структура возобновляемых источников энергии и их потребителей всегда уникальна и зависит от географических и демографических особенностей региона. Однако в любой ВЭС есть следующие элементы:

1. источники энергии (возобновляемые и традиционные),
2. потребители электричества (бизнес и население),
3. система накопления энергии (аккумуляторы),
4. датчики IoT для сбора информации и управления работой потребителей,
5. ПО, управляющее работой энергосети.

Виртуальные электростанции могут легко масштабироваться до глобальной всепланетной инфраструктуры, не говоря уже о потребностях любого отдельно взятого государства. Источник: Toshiba


В энергосистемах, где электричество вырабатывается солнечными и ветряными электростанциями и распределение энергии осуществляется без использования виртуальных электростанций, приходится резервировать энергию, и не менее 13-15% выработанной и зарезервированной энергии в норме не используется. В результате выработка электричества оказывается менее выгодной. В системах с виртуальными электростанциями количество ненужных резервов намного меньше. В идеале оно вообще должно стремиться к нулю.

Также программные алгоритмы ВЭС позволяют снизить потребление энергии в системе за счёт минимизации потерь при передаче энергии и тонкой работе с датчиками интернета вещей. Так, с их помощью можно регулировать отопление зимой и кондиционеры летом, экономя энергию при достижении заданных температур. А можно привязать вентиляцию здания к количеству человек внутри, заставив её функционировать на максимум только в рабочие часы.

Перспективность рынка виртуальных электростанций видна по финансовым вложениям. Согласно отчету Markets and Markets, в 2016 годы мировой рынок ВЭС составлял 193,4 млн долларов США, а прогноз до 2021 года составляет 709 млн долларов США. В абсолютном выражении это все еще немного, но динамика вполне однозначная, и далее, когда технологии обкатаются, а интернет вещей получит дальнейшее развитие, нас ждёт рывок.

Пока все основные проекты ВЭС либо реализуются, либо уже работают в тестовом режиме. Одним из первых в мире практических примеров применения ВЭС стал проект PowerShift Atlantic, реализованный в канадской провинции Нью-Брунсвик и окрестностях в 2010-2015 годах. Он объединил энергосистемы Нью-Брунсвика, Новой Шотландии и острова Принца Эдуарда, состоящие как из «ископаемых», так и возобновляемых источников энергии. В результате запуска виртуальной электростанции, были практически полностью сглажены пиковые нагрузки в сети.

Природные условия на юго-востоке Канады благоприятны для развития альтернативных источников энергии: ветровых ферм и гидроэлектростанций. Однако до внедрения ВЭС их развитие стопорилось невозможностью обеспечить производство энергии на постоянном и прогнозируемом уровне. В рамках реализации проекта PowerShift Atlantic этого удалось добиться. Источник: PowerShift Atlatic

С началом работы ВЭС переключение между источниками энергии начало происходить незаметно для пользователей, устранена зависимость от погодных условий, что позволило дальше развивать ветряные и гидроэлектростанции. Совокупная мощность контролируемой ВЭС энергосистемы составляет более 6200 МВт.

Один из самых известных и масштабных проектов ВЭС, реализуемых прямо сейчас, —детище Tesla, гигантская виртуальная электростанция в Южной Австралии, объединяющая 50 тыс. домов с установленными солнечными панелями и батареями Powerwall 2. Важность проекта заключается в том, что это уже разработка государственного уровня, а не инструмент для решения локальной проблемы. Главная цель австралийской ВЭС — дополнить и усилить общегосударственную энергосистему и снизить стоимость электроэнергии для абонентов. Когда проект будет завершен, солнечная ферма Tesla будет производить 250 МВт энергии, а ее батареи смогут накапливать до 650 МВт/ч. Это крупнейший «зелёный» проект Австралии на данный момент.

Что объединяет эти проекты? Доступность возобновляемых ресурсов (на Атлантическом побережье Канады одна из лучших в мире ветровых обстановок для создания ветряных электростанций; в южной Австралии 180 солнечных дней в году) и наличие жилых кварталов городов с неплотной протяженной застройкой.

Аналогичные проекты реализованы в Финляндии (в результате работы ВЭС, выбросы парниковых газов там снизились на 0,5%), Словении, Германии, Гавайских островах.

Что мешает виртуальным электростанциям?

Развитие виртуальных электростанций серьёзно тормозится на законодательном уровне. Дело в том, что продажа электроэнергии потребителям во многих странах разрешена только для государства, которое выкупает её у частных производителей. Поэтому организовать частную распределенную сеть без государственного участия оказывается невозможно.

Если посмотреть на российский опыт, нужно отметить медленный, но неотвратимый прогресс. В 2017-м году Правительство РФ утвердило «План мероприятий по стимулированию развития генерирующих объектов на основе возобновляемых источников энергии с установленной мощностью до 15 кВт», который подразумевает полноценную работу малых возобновляемых источников энергии, таких как частные ветряки и солнечные панели. Специальный льготный «зелёный тариф», по которому владельцы домашних электростанций могли бы продавать государству излишки электричества, до сих пор не введён, но законопроект рассматривается в Госдуме, и есть хорошие шансы, что он будет принят в этом году.

Также слабым местом виртуальных электростанций является высокая стоимость внедрения, которую трудно спрогнозировать. Необходимы альтернативные электростанции, которые производят дорогое электричество, которое само нуждается в субсидировании. Необходима установка и синхронизация IoT-датчиков, которые, в свою очередь, предъявляют высокие требования к качеству интернет-подключения (впрочем, в передовых странах эта проблема будет решена с развёртыванием сетей 5G). Необходимо сложное программное обеспечение и постоянная его поддержка. И это опять приводит нас к необходимости поддержки государства или иного крупного инвестора на этапе запуска ВЭС.

Что нас всех ждёт?

Виртуальные электростанции будут активно развиваться, постепенно продавливая устаревшее законодательство по всем странам мира. Приблизительно к 2021 году мы станем свидетелями появления совершенно нового рынка электричества, тесно связанного с виртуальными электростанциями, умным распределением энергетических резервов и оптимизацией энергопотребления всех участников рынка. Именно к этому году в США, ЕС и Японии завершатся проекты строительства крупных виртуальных электростанций, и их преимущества станут очевидными.

Налаженные системы ВЭС стимулируют мир увеличить долю альтернативных источников энергии, что поспособствует улучшению экологической обстановки на планете и экономии природных ресурсов. Плюс, полностью поменяется энергетическая инфраструктура: вместо гигантских электростанций и паутины проводов, расходящихся к потребителям, мы получим децентрализованную сеть. А это означает, что будущие энергосистемы человечества станут менее уязвимы в случае катаклизмов — в той же Японии, где доля возобновляемых источников энергии невелика и составляет около 17%, активно интересуются ВЭС именно в этом контексте. Децентрализация энергопотоков поможет японцам избежать массовых отключений электричества во время землетрясений и тайфунов.

Также децентрализованная сеть производителей и потребителей электричества сможет создать больше станций заряда для электромобилей и стимулирует этим отрасль. И не стоит сбрасывать со счетов то, что чем меньше человечество нуждается в сверхмощных производителях электроэнергии, чем меньше вероятность крупных техногенных катастроф. Так постепенно мы делаем нашу планету лучше, комфортнее и безопаснее. И все останутся в выигрыше.

Виртуальные электростанции и реальные киловатты

ТЕХНОЛОГИИ / #9_2018

Текст: Татьяна ДАНИЛОВА / Фото: Flickr.com, Sonnenbatterie.de, Tesla.com, Eex.com

Виртуальные электростанции — цифровые сообщества, объединяющие распределенную генерацию, — позволяют получить дополнительные мощности без инвестиций в их строительство и сбалансировать энергосети. Новая технология уже нашла применение в развитых странах, где «зеленая» идеология набирает популярность.

О выгодах и невыгодах возобновляемой энергетики и созданной на ее базе распределенной генерации знают все. Энергия возобновляемых источников не загрязняет окружающую среду (если не рассматривать загрязняющих этапов производства солнечных панелей и ветрогенераторов, а также истощения почв под посевами растений для биомассы), дешева (до тех пор, пока обильно субсидируется) и в целом надежна (пока существуют и работают предприятия, которые обеспечивают базовую нагрузку и приходят на помощь в пасмурные или безветренные дни).

Такие источники используются локально, в основном во время пиковых нагрузок. А если дополнительную электроэнергию разных источников, полученную во внепиковое время, агрегировать, упорядочивать, а затем продавать на энергорынке по рыночной цене?

Это возможно. То есть можно получить дополнительные мощности без инвестиций в их строительство. Вложения все же понадобятся, но гораздо меньше необходимых для строительства новых генерирующих мощностей, в том числе резервных.

Мы подошли к идее виртуальной электростанции — в промышленно развитых странах их число растет. Рост распределенной генерации и возобновляемой энергетики, дерегуляция энергорынков и высокая инвестиционная нагрузка стали вызовом для энергетиков. Развитие инфотехнологий помогло найти ответ на этот вызов: создание цифровых сообществ децентрализованных генераторов, подающих энергию в сеть.

ВЭ применяет модели финансового трейдинга к «зеленой» энергии, определяя благоприятные моменты покупок/продаж, и увеличивает прибыльность

Цифровые сообщества
Что такое виртуальная электростанция (ВЭ)? Самое краткое и емкое определение: это цифровое сообщество децентрализованных генераторов и потребителей. Центральная идея ВЭ — распределенная облачная система-агрегатор, объединяющая и перераспределяющая электроэнергию различных источников и производителей. Такая система «умного контроля» — часть «умных сетей» — обеспечивает получение дополнительных мощностей без инвестиций в их строительство. Инфраструктура В Э — «Интернета вещей» (IoT): системы учета потребления и отдачи в сеть электроэнергии, связь через Интернет (часто беспроводная) и программное обеспечение для балансирования системы и сглаживания пиковых нагрузок.

Таким образом, ВЭ — это информационная система, в которой в режиме реального (или почти реального) времени циркулируют сведения о доступной генерации и/или спросе на подключенной территории, настоящем и прогнозируемом, возможностях разгрузки/гибкой мощности потребителей, желаемом графике нагрузки системы. Такая система обеспечивает гибкость использования генерации или доступной мощности потребителя, автоматически определяя наиболее эффективный в данный момент источник с учетом массы факторов, от ситуации на рынке до прогноза погоды.

Цифровое сообщество децентрализованных генераторов, подающих энергию в сеть, объединяет мощности солнечных панелей, ветроферм, когенерации, малых гидроустановок и других децентрализованных производителей электроэнергии. Источник генерации роли не играет: ВЭ может объединить практически любые технологии выработки и накопления энергии, будь то ТЭЦ, ветряки, солнечные, гидро-, дизельные и угольные электростанции, биогаз или биомасса.

Такое цифровое сообщество — и, следовательно, архитектура ВЭ — может принимать разнообразные формы. Участники В Э могут быть интегрированы горизонтально (снабженные солнечными панелями жилые дома или офисные здания) или вертикально (контроль генерации, передачи и распределения). Сообщество может быть частью более широкой системы или работать независимо. Также В Э можно подключить к общей энергосистеме.

Цель формирования такого сообщества — совместный маркетинг электроэнергии и предоставление услуг электросетевым компаниям (к примеру, краткосрочных резервов для регулирования частоты). Но первое и главное достоинство ВЭ — она способна стабилизировать сеть, сгладив пики недиспетчеризуемой генерации и пики потребления, перенаправив избыток электроэнергии туда, где в ней нуждаются, или сохранив некоторое ее количество. (Слово «перенаправить» можно заменить словом «перепродать», так как ВЭ объединяет не только производителей, но и потребителей.) Короче говоря, ВЭ играет роль стабилизатора энергосистемы. Большая гибкость позволяет системе лучше реагировать на колебания, но ее сложность требует сложной оптимизации, контроля и защиты.

«Физического тела» у ВЭ нет, если не считать системы датчиков, устанавливаемых у производителей и потребителей энергии, и сложного комплекса программного обеспечения. Поэтому цифры рынка ВЭ сравнительно скромны и сильно разнятся у различных маркетологов. Inkwood Research оценивает глобальный рынок ВЭ в 2017 году всего в $ 214,5 млн, Allied Market Research дает цифры в три с лишним раза больше, а P&S Market Research считает, что рынок ВЭ к 2023 году «дорастет» до $ 5510 млн. Однако все компании сходятся на том, что до 2026 года этот рынок будет расти на 25−26% в год.

Услуги виртуальных электростанций предоставляют как «традиционные» энергетические предприятия (Statkraft, RWE, E. ON, ABB, AGL Energy, AutoGrid Systems, Comverge и т. п.), ищущие новые бизнес-модели, так и независимые компании и даже стартапы из IТ-сектора.

В мире действуют сотни ВЭ. Больше всего их в странах с развитой возобновляемой энергетикой: США, Германии, Австралии, Дании, Японии. Ведь чем больше солнечных и ветряных мощностей входит в электрическую сеть, тем выше потребность в ее регулировании и балансировании. Лидер внедрения ВЭ, безусловно, Германия.

Модели
Энергосбытовые компании давно — еще до возникновения термина «ВЭ» — создавали сети и внедряли контроль распределенной генерации и управления мощностью потребителей.

Сегодня популярна модель ВЭ-агрегатора. Она предусматривает создание независимого оператора ВЭ, который подключает к ней потребителей. Они участвуют в программах управления потреблением (условия которой разнятся в зависимости от требований оператора и ситуации на рынке) и получают бонусы плюс моральное удовлетворение от участия в передовой, модной, «зеленой» программе.

Классический пример — инициатива немецкой энергетической компании RWE, которая недавно объединила в ВЭ возобновляемую генерацию на территории Рейнско-Рурского региона, самого густонаселенного в Германии. Связь и система управления, разработанная Siemens, позволили получить свободные мощности, которые RWE продает на Европейской энергетической бирже (European Energy Exchange). Особенность проекта в том, что к биржевой торговле электроэнергией привлечена генерация на базе ВИЭ, размещенных у бытовых потребителей.

Примером может служить и финская Fortum, в 2016 году запустившая первую в Европе В Э по управлению потреблением, электрическая мощность которой предложена национальной сетевой компании. Эту В Э компания строила вместе с частными потребителями энергии, в чьих 70 домах были установлены электрические водонагреватели. Суммарная мощность котлов — всего 100 кВт. Когда системе нужна бóльшая мощность, Fortum с помощью контрольных устройств берет на себя управление водонагревателями, ограничивая потребление, но так, что это не влияет на отопление дома и подачу горячей воды. Потребители могут следить за потреблением электроэнергии в реальном времени с помощью специального мобильного приложения и, видя ситуацию, анализировать свои потребительские привычки.

Мощность этой «электростанции» предлагается к покупке финской национальной сетевой компании Fingrid для поддержания постоянного энергобаланса в системе электроснабжения.

К этой модели близка традиционная архитектура, которую выстраивают энергосбытовые компании: они создают сеть, управляющую различными объектами распределенной генерации и гибких потребительских мощностей.

Не существует единственно верной модели. ВЭ по определению — гибкая система, которую производители и потребители энергии выстраивают под собственные нужды.

Немецкая компания Sonnen предлагает своим клиентам универсальное решение для хранения и управления потреблением чистой энергией в доме

Экологические батареи-накопители EcoLinx емкостью от 4 до 16 кВт · ч интегрируются с системами домашней автоматизации и интеллектуальными выключателями

Союз солнца и аккумулятора
Сегодня все больше говорят о модели виртуальной электростанции, связанной со святым Граалем возобновляемой энергетики, с недостающим звеном концепции «энергетического поворота» (Energiewende — полного переходя на ВИЭ) и с бумом хранения излишков энергии возобновляемых источников. Этот бум происходит сегодня в Германии и в других странах с высокими доходами населения, развитой децентрализованной генерацией, отсутствием существенных запасов ископаемых и популярной «зеленой» идеологией.

В Германии, на родине Energiewende, где доля «зеленой» энергии уже превышает треть потребления, недели не проходит без сообщений СМИ об инновационных проектах хранения энергии. Переход на децентрализованное энергоснабжение — одна из основных тенденций в энергетическом секторе, и здесь объединение децентрализованных генераторов в ВЭ и хранение энергии играют центральную роль. Главным фактором бума домашних аккумуляторов стало резкое падение цен на литий-ионные батареи, знакомые нам по бытовой электронике и электрическим автомобилям. За пять лет цены на такие аккумуляторы упали более чем вдвое и продолжают снижаться. По прогнозу McKinsey, к 2035 году общая стоимость систем хранения энергии должна снизиться на 50−70%.

Уже сегодня около половины всех новых солнечных фотоэлектрических систем Германии устанавливаются в комплекте с батареями. Лавинообразное распространение бытовых аккумуляторных систем связано не с экономическими соображениями, поскольку они обычно снижают рентабельность автономных солнечных панелей, а с тем, что покупатели хотят участвовать в энергетическом переходе и стремятся уменьшить свою зависимость от энергетических компаний. Именно люди все чаще делают следующий шаг, образуя цифровые сообщества владельцев домашних «энергоскладов», к чему их поощряют производители батарей Sonnen и Solarwatt. Виртуальные электростанции улучшают возможности хранения энергии из возобновляемых источников, что упрощает проблему балансирования спроса и предложения. Например, Sonnen, перешагнувшая масштабы Германии, планирует построить в Австралии крупнейшую в мире сеть жилых батарей, объединив 40 000 домашних хозяйств в виртуальную электростанцию, которая сможет обойтись без традиционных поставщиков энергии, потребляя накопленные в аккумуляторах излишки солнечной энергии.

Рыночные аналитики McKinsey предупреждают, что децентрализованная генерация домохозяйств и офисов, объединенных в ВЭ, поддержанная недорогими устройствами хранения энергии, может поставить традиционных производителей энергии в некоторых регионах на грань исчезновения. Но генерирующие компании Германии уже поняли это сами. Например, концерн EnBW, один из крупнейших производителей электроэнергии и собственников электросетей страны, предлагает клиентам комбинацию из солнечной батареи и домашнего устройства хранения энергии, которые можно подключить к ВЭ и таким образом поставлять энергию сообществу «подключенных» и по мере надобности получать ее. В начале 2018 года EnBW объявила о покупке производителя батарей Senec, чтобы стать «полноценным дистрибьютором децентрализованного энергетического перехода» и «расширить цепочку создания стоимости и опыт в области интеллектуальных систем управления энергией». В EnBW считают, что компании, которые не разрабатывают новые бизнес-модели для децентрализованного энергоснабжения, вскоре могут попасть в сложное положение или даже исчезнуть с рынка.

Агрегаторами децентрализованной генерации заинтересовались и в Японии, где по плану на 2030 год возобновляемые источники энергии должны обеспечить от 22% до 24% потребления энергии в стране. Этот план неосуществим без ВЭ. Солнечный остров Кюсю уже сегодня генерирует избыточную энергию, которая превосходит спрос, и в перспективе ВЭ смогут хранить этот избыток в батареях. Собственно, технически это можно делать и сегодня. Но для внедрения этого проекта в повседневность понадобится преодолеть ценовой барьер, так как домашние батареи, которые предполагается объединить в ВЭ, стоят около 2 млн иен ($ 17 700).

Еще несколько вариантов удовлетворения потребностей в электроэнергии придумали в Австралии. В ближайшие четыре года на юге континента предполагается построить крупнейшую ВЭ мира под условным названием Powerwall & Solar. Она объединит солнечные панели на крышах домов с батареями Tesla Powerwall (одного из энергопродуктов компании Илона Маска), которые будут установлены не менее чем в 50 000 домов. Такая В Э за долю секунды сможет обнаружить перебой в работе, отключиться от сети и автоматически восстановить мощность дома. Правительство Южной Австралии утверждает, что стоимость виртуальной электростанции, объединяющей мощности 250 МВт, снизит расходы на электроэнергию для ее участников на 30% и повысит надежность электроснабжения, с которым юг Австралии испытывает большие проблемы. (Даже название Tesla, ставшее в последние месяцы несколько токсичным, не снижает привлекательности проекта: свято место пусто не бывает, и, если рухнет проект Илона Маска, на его место неизбежно придут другие производители домашних батарей.)

На пробном этапе австралийская супер-ВЭ объединит 1100 домов SA Housing Trust, на крыше каждого из которых установят солнечную батарею мощностью 5 кВт. Ее соединят с расположенной в доме батареей Tesla Powerwall (5 кВт / 13,5 кВт∙ч). Датчик-измеритель (вы уже слышали слово «смарт-метр»?) позволит этим двоим жить в согласии друг с другом и с центральной диспетчерской, балансирующей ВЭ в целом.

Программа сначала будет помогать сокращать расходы на электроэнергию тем, кто больше всего нуждается в финансовой помощи. Если эксперимент окажется удачным, программу с 2019 года распространят на тех арендаторов SA Housing Trust, которые пожелают в ней участвовать (таковых уже более 37 тыс.), а выгоды от агрегирования энергии будут распределены среди всех участников.

Система компоновки домашней батареи Tesla Powerwall

ВЭ из электромобилей?
Виртуальные электростанции, объединяющие хранилища энергии, нашли применение даже в индустрии электромобилей. Как и стационарные домашние батареи, электромобили, подключенные к зарядному устройству, могут не только хранить электроэнергию, но и при необходимости подавать ее в сеть. Объединенные в систему зарядные устройства могут выделять необходимое время для зарядки и использовать остаток для стабилизации сети. Основное свойство батарей — поглощение и разрядка большого количества энергии в короткое время — делает их идеальным инструментом для предоставления вспомогательных услуг электросети. Они могут сгладить поток энергии для стабилизации сети, могут стать резервным источником питания для повышения надежности и обеспечить сдвиг потребления энергии на время, когда ее много и она дешева.

Эта так называемая двунаправленная зарядка уже тестируется в пилотных проектах. К примеру, немецкий оператор виртуальной электростанции Next Kraftwerke объединился с голландским провайдером зарядных смарт-устройств Jedlix, чтобы использовать автомобильные аккумуляторы для стабилизации сетей. Правда, неизвестно, как отнесутся к этой инициативе производители автомобильных батарей. Не станет ли «нецелевое использование» батарей предлогом для снятия заводской гарантии?

Рост числа электромобилей, скорее всего, изменит кривую электрической нагрузки, увеличив вечерние пики, когда люди приходят с работы и ставят автомобили на зарядку. В национальном масштабе система сможет поглотить этот нежелательный эффект, но в районах, где таких автомобилей много, может понадобиться модернизация трансформаторов. Есть и альтернативное решение, предусматривающее размещение устройства хранения энергии вместе с трансформатором. Такие блоки, объединенные в сети, могут сглаживать пиковые нагрузки за счет энергии, накопленной в батареях: из стационарной батареи энергия перетечет в автомобильный аккумулятор.

ТЕРСО, Nissan Motor и другие разрабатывают технологию распределенного хранения энергии для объединения батарей, используемых в электромобилях, домах и офисах, в виртуальные сети хранения энергии. Цель проекта — создать ВЭ, быстро и точно управляющую мощностями до 50 МВт, что эквивалентно потреблению примерно 15 000 домашних хозяйств. На первом этапе ВЭ по управлению батареями объединят 500 накопителей. Такая сеть хранения предназначена прежде всего для излишков солнечной энергии, генерируемой в течение дня, а в условиях кризиса она может стать «аварийным ­аккумулятором».

Этот проект уже реализуется. В октябре 2018 года Nissan, Tohoku Electric Power, Mitsui & Co., а также другие партнеры проекта начали в порядке эксперимента использовать электромобили, подключенные к электросети, для регулирования энергоснабжения в северо-восточном городе Сендай. Устройства для зарядки аккумуляторов электромобилей Nissan Leaf потребляют энергию от батарей транспортных средств или заряжают их в зависимости от спроса в регионе. Суть в том, чтобы литий-ионные батареи электромобилей стали «распределенной батареей» для питания бытовых приборов и других устройств. Honda Motor также разработала зарядное устройство для электромобилей, которое может снабжать дома электроэнергией из автомобильных батарей, а также преобразовывать энергию из солнечных и других источников для бытового использования.

Next Kraftwerke: цифры и факты

Проблемы
Технология виртуальных электростанций очень молода. (Возможно, этим объясняется недостаточность статистики ее экономических показателей.) В ходе развертывания ВЭ появляется — и отчасти решается! — много проблем, в том числе программного обеспечения и беспроводной связи. В германской Next Kraftwerke считают, что технологиям ВЭ только предстоит раскрыть свой потенциал, для чего потребуется, в частности, развернуть мобильные сети 5G и последующих поколений.

Есть и проблемы на других уровнях — от прав потребителя до технических характеристик электросетей, объединяющих участников ВЭ. Связанные в единую сеть потребительские солнечные панели действительно могут работать как небольшая электростанция. Если потребителю, А понадобится чуть больше мощности, ВЭ слегка «прикрутит» отопление своего соседа В, а также кондиционер соседа С и несколько увеличит отдачу солнечной батареи соседа D. И вот здесь начинаются проблемы: что, если сосед В болен и переохлаждение может ухудшить его состояние? Что, если электросети в районе соседей В или С уже нагружены почти до технического предела? Что, если компания-изготовитель батареи соседа D пригрозит снять гарантию в случае ее использования сетью ВЭ?

Простая В Э, объединяющая распределенных генераторов, обычно не может оптимально использовать их мощности. Она не учитывает потери в сети в режиме реального времени, не рассматривает сетевые технические ограничения по току и напряжению, не умеет учитывать потребности домашних хозяйств и не откликается на ценовые сигналы времени и места. Также программное обеспечение ВЭ не учитывает равных прав потребителей и вопросов справедливого распределения мощностей, может запросить информацию об энергетическом поведении ­потребителей.

Эти и другие вопросы заставили разработчиков рассмотреть более совершенную модель ВЭ, позволяющую управлять энергосистемой с большим числом распределенных генераторов, своего рода ВЭ 2.0. Пример такой усовершенствованной ВЭ — проект CONSORT, который запускается на острове Бруни в Тасмании. Он объединяет в сеть 33 дома, снабженных солнечными батареями и домашними аккумуляторами. Сеть управляется координирующими алгоритмами, которые учитывают изменения в ценовых сигналах как по месту, так и по времени.

Другая модель управления цифровым сообществом основана на балансировании спроса и предложения мощностей посредством рыночного подхода. Деятельность рынка распределенной генерации и расчеты на этом рынке сложны, не в последнюю очередь из-за физических ограничений, налагаемых самой электрической сетью. Снятие этих ограничений позволяет узнать истинную стоимость распределенного генератора энергии, влиять на других участников рынка и получать наиболее эффективные результаты для электроэнергетической системы в целом.

Это мнение разделяют сторонники проекта deX (decentralised energy exchange — обмен децентрализованной энергией), который финансирует Австралийское управление возобновляемой энергетики. Цель проекта — продемонстрировать работающий цифровой рынок услуг распределенного электроснабжения.

Конечно, рынок сам по себе не разовьется — должны быть развернуты достаточные объемы распределенных ресурсов, и таким образом, чтобы они могли взаимодействовать с платформой обмена на рынке, автоматически предлагая мощности к купле-продаже и исполняя принятые предложения.

На данный момент развертывается не так много распределенных ресурсов. Но там, где нет условий для предложения услуг в реальном времени, развитие рынка на ранней стадии можно простимулировать, например, долгосрочными контрактами. Это поощряло бы поставщиков развертывать распределенные энергетические ресурсы там, где они ценятся наиболее высоко.

ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ #9_2018

НОВОСТИ

Новости: ноябрь–декабрь 2018

Пересмотрена Международная система единиц СИ; эксперты Европейского атомного форума представили три основных сценария развития ядерного потенциала до 2050 года; АРМЗ разработал для Казахстана технологию извлечения редкоземельного металла.

ТОЧКА ЗРЕНИЯ

Макроэкономика в действии

Декан факультета управления и экономики высоких технологий НИЯУ МИФИ Александр Путилов — о полезных для России и Росатома разработках лауреатов самой престижной премии в области экономики.

ТЕМА НОМЕРА

Всемогущий венчур

Венчур: это мы не проходили. Когда Россия сможет оседлать волну новой технологической революции?

ОБЗОР

Нейтронные заводы

Исследовательские реакторы — тяжелые орудия атомной науки.

НОВЫЕ БИЗНЕСЫ

«Электротехника»: первые итоги работы

Первые итоги работы нового направления бизнеса Росатома, связанного с разработкой и производством высокотехнологичного электротехнического оборудования, подвел директор филиала АО «РАСУ» — «РЭТ» Алексей Воронин.

НОВЫЕ БИЗНЕСЫ

Росатом переводит на «цифру» российские города

Особенности платформы Росатома «Умный город» и эффект от внедрения ее элементов.

В МИРЕ

Как ляжет дорожная карта

Четыре столпа и белые пятна дорожной карты Канады по разработке и развертыванию малых модульных реакторов.

В МИРЕ

RIP THORP

История британского завода по переработке отходов ядерного топлива.

ЛЕКТОРИЙ

Александр Румянцев — ученый, министр, дипломат

Экс-глава Минатома, академик РАН Александр Румянцев — о самых сложных и интересных моментах своего руководства атомной отраслью.

ВНЕКЛАССНОЕ ЧТЕНИЕ

Опасное соседство

Как американское командование объясняет скачок наркопреступлений в вооруженных силах США?

Итак, что такое виртуальные электростанции?

Мы живем во все более виртуальном мире. Вы можете проводить виртуальные встречи с виртуальными друзьями, используя системы виртуальной реальности, размещенные на виртуальных серверах. А в энергетических кругах одним из самых модных словечек последних лет является виртуальная электростанция, или ВЭС.

Термин впервые начали использовать в 1990-х годах. Но за последние 10 лет VPP действительно стали популярны не только как концепция, но и как нечто, что все большее число энергетических компаний создают, используют и коммерциализируют. Вот реальная сделка с этим феноменом виртуальной энергии.

Объясните эту штуку с «виртуальной электростанцией»…

Согласно немецкой компании Next Kraftwerke, одной из пионеров современных VPP, это «сеть децентрализованных средних энергетических установок, таких как ветряные электростанции, солнечные парки и комбинированные электростанции». теплоэнергетические блоки, а также гибкие энергопотребители и аккумулирующие системы».

На практике VPP может состоять из нескольких единиц активов одного типа, таких как батарея или устройство в программе реагирования на спрос, или из разнородной смеси активов.

Эти блоки «диспетчеризируются через центральную диспетчерскую виртуальной электростанции, но, тем не менее, остаются независимыми в своей эксплуатации и владении», — добавляет Next Kraftwerke.

Другими словами, VPP является для традиционной электростанции тем же, чем группа настольных компьютеров, подключенных к Интернету, для мейнфрейма. Оба могут выполнять сложные вычислительные задачи, но один использует уже существующую распределенную ИТ-инфраструктуру.

Ключевой особенностью VPP является то, что они могут агрегировать гибкие мощности для удовлетворения пиковых нагрузок на электроэнергию. В этом отношении они могут имитировать или заменять пикеры, работающие на природном газе, и помогать устранять узкие места в распределительной сети, но обычно без таких же капитальных затрат.

В чем разница между виртуальной электростанцией и микросетью?

Микросети (и минисети) также часто включают сочетание распределенных возобновляемых источников энергии, хранения, гибкого спроса и заводов, работающих на ископаемом топливе. Но есть и важные отличия:

• VPP интегрированы в сеть. Микросети часто находятся вне сети, а в сети они предназначены для изолирования, чтобы они могли продолжать работать независимо, если сеть выйдет из строя.
• VPP могут быть собраны с использованием активов, подключенных к любой части сети, тогда как микросети обычно ограничены определенным местом, например, островом или районом.
• В этих двух концепциях используются разные системы управления и эксплуатации. VPP управляются с помощью программного обеспечения для агрегации, предлагающего функции, имитирующие функции традиционной диспетчерской электростанции. Микросети полагаются на дополнительные аппаратные инверторы и коммутаторы для изолирования, управления потоком электроэнергии на месте и качеством электроэнергии.
• Еще одно отличие касается рынков и регулирования. VPP нацелены на оптовые рынки и обычно не требуют специального регулирования. С другой стороны, микросети больше ориентированы на электроснабжение конечного пользователя.

В чем разница между виртуальной электростанцией и реагированием на спрос?

Этот вариант немного сложнее и связан с семантикой энергетической отрасли. Термин «реагирование на спрос» восходит к программам, которые привлекали фабрики или коммерческие здания к ручному отключению нагрузок для борьбы с аварийными ситуациями в сети. Несмотря на то, что за последнее десятилетие отрасль стала намного более сложной, она по-прежнему включает в себя эти ручные программы наряду с более автоматизированными и гибкими.

Другое семантическое различие заключается в том, на какой стороне кривой спроса-предложения он находится. Согласно документу, цитируемому Институтом экономики энергетики Японии, реагирование на спрос — это инициатива со стороны спроса; VPP — это инициатива на стороне предложения.

Но на практике это не имеет большого значения. VPP, подобные той, которую эксплуатирует Enel X на Тайване, в основном основаны на реагировании на спрос, при этом нагрузки составляют большую часть ее мегаватт.

По этой причине в настоящее время проще всего думать об активах реагирования на спрос просто как об одном типе гибкой единицы, которая может быть включена в VPP.

Как виртуальные электростанции зарабатывают деньги?

Традиционные тепловые электростанции поставляют мощность, когда это необходимо, а также предоставляют ряд вспомогательных услуг по стабилизации сети, от стабилизации напряжения до частотной характеристики. VPP потенциально могут зарабатывать деньги и на обоих типах операций.

Что касается пропускной способности, например, VPP уже развернуты, чтобы обойти необходимость укрепления сети. В одном случае в Австралии коммунальное предприятие под названием Evoenergy смогло сэкономить около 2 миллионов австралийских долларов (1,6 миллиона долларов США), используя VPP, чтобы избежать модернизации подстанции.

А в Орегоне Portland General Electric собирает 4-мегаваттную VPP в качестве предшественника распределенной гибкости мощностью 200 МВт. Семьи, участвующие в эксперименте VPP, получают скидку на покупку батареи или получают 20 или 40 долларов США в месяц за использование существующих батарей.

Наконец, в знак того, что VPP становятся товаром массового потребления, компания AutoGrid из Редвуда, штат Калифорния, которая эксплуатирует VPP в 12 странах по контракту на 5 000 МВт, предлагает свои системы управления для покупки на торговой площадке Amazon Web Services. Попробуйте сделать это с газовой турбиной с комбинированным циклом.

Разве вам не нужно модное программное обеспечение, чтобы собрать виртуальную электростанцию ?

Да. Технологии являются одним из ключевых компонентов проектирования VPP, и первопроходцами, как правило, были компании, которым приходилось создавать программные платформы для мониторинга и управления активами, расположенными на территории клиента, такими как аккумуляторы.

К 2016 году только в Германии над концепцией VPP работало не менее полдюжины компаний по хранению энергии.

Какие компании создают виртуальные электростанции?

В последние годы большинство пионеров VPP были поглощены более крупными группами, что сделало концепцию виртуальной электростанции широко распространенной. Например:

• Компания Ormat Technologies, занимающаяся геотермальной и возобновляемой энергией, приобрела Viridity Energy в начале 2017 года.
• В том же году компания Greensmith Energy была куплена финским энергетическим гигантом Wärtsilä.
• Итальянская компания Enel активно тратит средства на технологии распределенной энергетики, приобретая Demand Energy, EnerNOC и eMotorWerks, чтобы заложить основу своего предложения VPP.
• Engie купила долю* в Kiwi Power в Великобритании в 2018 году и Tiko в Швейцарии в 2019 году. 
• Shell купила Sonnen, немецкого производителя аккумуляторов для дома, который разрабатывает VPP в Австралии, Германии и США в 2019 году. 
• В августе этого года Hanwha Q Cells приобрела поставщика технологий VPP в Сан-Франциско Geli.
• Generac Power Systems купила Enbala Power Networks за нераскрытую сумму в октябре.
• Также в октябре компания Fluence, лидер в области систем хранения энергии, приобрела AMS.
• Крупнейшая нефтегазовая компания Испании Repsol в прошлом году инвестировала неустановленную сумму в Ampere.

Это всего лишь пример деятельности по сделкам, связанным с VPP. Помимо приобретений:

• Green Mountain Power из Вермонта работает с разработчиком программного обеспечения Virtual Peaker над отправкой аккумуляторов Tesla Powerwall на территории заказчика в сеть Новой Англии.
• Немецкая компания Next Kraftwerke предлагает емкость аккумуляторов для электромобилей на вторичном резервном рынке Нидерландов, а стартап Tibber делает то же самое в Германии.
• Гигант солнечной энергетики для жилых помещений Sunrun установил VPP на основе солнечной энергии и накопителей на рынках США от Массачусетса до Калифорнии и Гавайев.
• В 2018 году Tesla объявила о крупнейшей в мире VPP, заключив сделку по установке 50 000 солнечных систем с аккумуляторами в Южной Австралии, и участвует во множестве других проектов по всему миру.
• Британский производитель смарт-хранилищ Moixa управляет 22 000 систем хранения в Японии, а также небольшими развертываниями VPP в других странах.
• Centrica собрала VPP в Корнуолле, западная Англия, совместно с Sonnen, бельгийской фирмой-разработчиком программного обеспечения N-Side, Western Power Distribution и National Grid.
• Компания GreenCom Networks, поддерживаемая Centrica, собирает «энергетические сообщества» в Германии с помощью программного обеспечения, которое может предоставлять услуги VPP.
• Компания General Electric исследовала возможность создания VPP с использованием технологии блокчейн и продает цифровые системы для разработки VPP наряду с традиционными электростанциями.

Опять же, это не исчерпывающий список, но он отражает жизнеспособность пространства VPP. Ожидайте новых приобретений и консолидации в пространстве, поскольку энергетические гиганты стремятся собрать воедино части, которые могут удовлетворить будущие потребности в сети.

Исправление: Изначально в истории говорилось, что Enel купил контрольный пакет акций Kiwi. По сути, он купил миноритарный пакет акций.

Виртуальная электростанция Tesla стремительно растет, достигла 50 МВт

Виртуальная электростанция Tesla в Калифорнии быстро растет, и к ней присоединяются новые владельцы Powerwall. Теперь он может выдавать до 50 МВт.

Виртуальная электростанция Теслы

В последнее время мы видим, как Тесла прилагает много усилий для создания виртуальных электростанций.

Виртуальная электростанция (VPP) состоит из распределенных систем хранения энергии, таких как Tesla Powerwall, которые совместно используются для предоставления сетевых услуг и предотвращения использования загрязняющих окружающую среду и дорогих пиковых электростанций.

В прошлом году Tesla запустила пилотную программу VPP в Калифорнии, к которой владельцы Powerwall присоединялись добровольно без компенсации, чтобы позволить VPP получать энергию от своих аккумуляторов, когда это необходимо сети. Это помогло Тесле доказать полезность такой системы.

После пилотной программы Tesla и PG&E (энергетическая компания, охватывающая Северную Калифорнию) в июне запустили первую официальную виртуальную электростанцию ​​через приложение Tesla.

Эта новая версия виртуальной электростанции фактически компенсирует владельцам Powerwall 2 доллара за кВтч, которые они вносят в сеть во время аварийного снижения нагрузки. Ожидается, что домовладельцы получат от 10 до 60 долларов за мероприятие.

В прошлом месяце мы сообщали, что Калифорнийская программа Tesla VPP расширилась до Южной Калифорнии Эдисон (SCE), и теперь она охватывает большую часть штата. Вскоре после этого VPP провела свое первое мероприятие, и оно было чрезвычайно успешным.

Tesla VPP достигает 50 МВт

За последние две недели после первого события виртуальная электростанция Tesla в Калифорнии значительно выросла.

Last Bulb отслеживает рост сети и отмечает, что она только что достигла 3500 домов и мощности 50 МВт:

Каждую неделю между PG&E и SCE к сети добавляется более 400 Powerwall.

VPP также провел второе мероприятие на этой неделе и выдал рекордные 20 МВт в сети PG&E:

Многие владельцы Tesla Powerwall, участвовавшие в мероприятии, сообщают, что им начислили от 30 до 40 долларов за короткое мероприятие.

Электроэнергетическая компания нуждалась в мощностях в условиях жары и возросшего спроса на электроэнергию, и VPP заменила использование пиковой электростанции, которая является более дорогостоящей и более загрязняющей окружающую среду.

FTC: Мы используем автоматические партнерские ссылки, приносящие доход. Подробнее.

Будьте в курсе последних новостей, подписавшись на Electrek в Google Новостях.

Вы читаете Electrek — экспертов, которые день за днем ​​сообщают новости о Tesla, электромобилях и экологически чистой энергии. Обязательно заходите на нашу домашнюю страницу, чтобы быть в курсе всех последних новостей, и подписывайтесь на Electrek в Twitter, Facebook и LinkedIn, чтобы оставаться в курсе событий. Не знаете, с чего начать? Посетите наш канал YouTube, чтобы быть в курсе последних обзоров.

Подпишитесь на Electrek на YouTube, чтобы получать эксклюзивные видео и подписывайтесь на подкасты.

Автор

Фред Ламберт
@FredericLambert

Фред — главный редактор и главный писатель Electrek.