Стан трансформації енергетичної системи 2019

Гнучкість системи живлення

Стан трансформації енергетичної системи 2019

Звіт про цитування

МЕА (2019), Стан трансформації енергетичної системи 2019, МЕА, Париж https://www.iea.org/reports/status-of-power-system-transformation-2019

Копіювати в буфер обміну

Поділіться цим звітом

У цьому звіті

Резюме

Електроенергетичні системи у всьому світі зазнають значних змін, зумовлених, зокрема, зростаючою доступністю дешевих змінних відновлюваних джерел енергії (VRE), використанням розподілених енергетичних ресурсів (DER), досягненнями в оцифруванні та зростанням можливостей для електрифікації. Цими змінами можна керувати в процесі трансформації енергосистеми (PST).

Статус трансформації енергетичної системи 2019 визначає проблеми та можливості для розблокування гнучкості системи та прискорення PST. Багато відомих стратегій, підходів та інструментів для підтримки гнучкості енергетичної системи можна легко застосувати та адаптувати до енергосистем.

Існує кілька категорій активів енергосистеми, які можна використовувати для забезпечення гнучкості. Звичайні електростанції в даний час є переважним джерелом гнучкості системи в сучасних енергетичних системах, і існує безліч стратегій для подальшої «гнучкості» цих ресурсів. Джерела VRE, такі як вітрові та сонячні фотоелектричні електростанції, з’являються як ресурс гнучкості, і кілька країн нещодавно запровадили ринкові реформи та правила, що активізують гнучкість VRE. Електричні мережі залишаються важливим фактором, що сприяє гнучкості системи, і доступний цілий ряд політичних та регуляторних інструментів для зменшення ризику нових інвестицій у мережі та сприяння більш «системному» розгортанню VRE. Зберігання енергії, зокрема акумуляторні системи накопичення енергії (BESS), стають конкурентоспроможними постачальниками гнучкості. Модифікації політичної, ринкової та нормативної бази забезпечують можливість участі BESS в енергосистемі для надання послуг гнучкості. ПЕД пропонують значний потенціал гнучкості, але можуть вимагати ринкових та регуляторних реформ для надання цінних послуг з гнучкості системи.

Існує усталений і швидко зростаючий набір знань про успішне управління сучасними енергосистемами в перехідному періоді. Існує значна кількість знань, досвіду та досвіду, накопичених PST за останнє десятиліття. Багато заходів для підтримки гнучкості енергетичної системи можна легко застосувати та адаптувати до енергосистем, до них належать модифікації: енергетичних стратегій; правові рамки; політика та програми; нормативні рамки; правила ринку; протоколи роботи системи; та коди з'єднання.

Усі активи енергосистеми можуть надавати послуги гнучкості, якщо це передбачено відповідною політикою, ринком та нормативно-правовою базою. Навіть ресурси VRE з'являються як ресурс гнучкості. Кілька країн (наприклад, Австралія, Ірландія, Іспанія та США) запровадили ринкові реформи та правила, що активізують гнучкість VRE. У Сполучених Штатах продемонстровано інноваційні гнучкі інвестиції у модернізацію існуючих звичайних електростанцій, таких як гібридизація з BESS. Просуваючись вперед, зусилля щодо модифікації кодексів підключення та ринкових правил будуть ключовими для всіх активів - включаючи електростанції, електромережі, ПЕД та сховища енергії - для отримання справедливої винагороди за свої гнучкі послуги.

Електричні мережі залишаються критично важливим фактором гнучкості системи. Різні політичні та регуляторні інструменти можуть зменшити ризик нових інвестицій у мережу на підтримку гнучкості системи та сприятимуть більш “системному” розгортанню VRE. У Сполученому Королівстві регулюючий режим "обмеження і зниження" пом'якшує інвестиційний ризик у проектах взаємозв'язку торговців, захищаючи інвестора в роки з низьким ринковим доходом в обмін на обмеження доходів у роки з високими доходами. Недавній аналіз китайської енергетичної системи в 2035 році Міжнародним енергетичним агентством (МЕА) показує, що посилення координації з метою кращого використання існуючих регіональних зв'язків може дати значні економічні та екологічні вигоди. В Індії стратегія сонячних парків допомагає пом'якшити ризики підключення до мережі для розробників, одночасно сприяючи більш системному впровадженню сонячної фотоелектрики (PV).

Системи акумуляторної енергії стають конкурентоспроможними постачальниками гнучкості. Модифікації політичної, ринкової та нормативної бази можуть пришвидшити впровадження BESS та забезпечити можливість участі цих ресурсів у енергетичній системі для надання послуг гнучкості. Подальші регуляторні нововведення можуть допомогти розблокувати безліч потоків цінності накопичення енергії. Австралія, Великобританія, США та Директиви ЄС щодо електроенергетики пропонують корисні приклади регуляторних нововведень.

Розподілені енергетичні ресурси пропонують значний потенціал гнучкості, але можуть вимагати ринкових та регуляторних реформ. Можна запровадити ініціативну політику та інноваційні нормативні акти, щоб дозволити агрегаторам ПЕР та впорядкувати реєстрацію ПЕР, щоб надати цінні гнучкі послуги. З’являються інноваційні підходи, що дозволяють агрегувати ПЕД, як це продемонстрували віртуальні електростанції в Італії та Фінляндії. У Німеччині випробовується ринковий підхід до використання ПЕД для надання локалізованих послуг з гнучкості, щоб полегшити перевантаження мережі. У Сінгапурі використання ПЕД для надання гнучкості послуг стало можливим завдяки лібералізації роздрібного ринку.

Вступ

Гнучкість енергосистеми визначається як «здатність енергосистеми надійно та економічно ефективно управляти мінливістю та невизначеністю попиту та пропозиції у всіх відповідних часових строках, починаючи від забезпечення миттєвої стабільності енергосистеми до підтримки довгострокової безпеки постачання» 1,2. Гнучкість - це вже важлива характеристика всіх енергосистем. Доступний цілий ряд оперативних, політичних та інвестиційних втручань, щоб зробити сучасні системи більш гнучкими, тим самим полегшивши чисту, надійнішу, стійкішу та доступнішу енергію. Однак очевидно, що під час PST необхідний більший акцент на підтримці гнучкості енергосистеми, щоб сприяти та сприяти переходу до більш доступних, чистих, надійних та еластичних енергосистем.

Гнучкість енергосистеми стала глобальним пріоритетом

Зростаюча популярність VRE - та пов'язані з цим проблеми “системної інтеграції” - є одним з найважливіших факторів PST у всьому світі, і різні рівні проникнення VRE вимагають нового підходу до забезпечення гнучкості енергосистеми. МЕА розробило етапну категоризацію, щоб охопити зміни, які VRE може мати на енергосистеми, а також пов'язані з цим питання інтеграції. Інтеграція VRE може бути класифікована на шість різних фаз 3. Ця система може бути використана для визначення пріоритетів різних заходів для підтримки гнучкості системи, виявлення відповідних викликів та реалізації відповідних заходів для підтримки системної інтеграції VRE (рис. 1).

Змінна відновлювана енергія є ключовим фактором вимог до гнучкості системи

Рисунок 1. Основні характеристики та виклики на різних етапах системної інтеграції

Зі збільшенням проникнення VRE в енергосистеми виникає певний набір проблем системної інтеграції

Джерело: Адаптовано з МЕА (2018a), World Energy Outlook 2018.

На малюнку 2 представлені річні частки VRE та відповідні етапи системної інтеграції для вибраних країн та регіонів. На сьогодні Фаза 4 - це найвищий етап інтеграції VRE, який був досягнутий на практиці. Невелика кількість країн і регіонів (наприклад, Данія, Ірландія та Південна Австралія) досягли фази 4, але багато інших енергосистем все ще перебувають на фазах 1 і 2 і мають 5-10% частки VRE у щорічному виробництві електроенергії. Однак загальний напрямок цього переходу вже чіткий: для більшості країн очікуються вищі фази системної інтеграції, що відображається у підвищеному рівні розгортання VRE та нових національних зусиллях щодо підвищення гнучкості енергетичної системи.

Рисунок 2. Щорічна частка VRE та відповідний етап інтеграції системи у вибраних країнах/регіонах, 2018 рік

VRE все більше впливає на роботу енергетичних систем у всьому світі

Джерело: МЕА (майбутнє), Відновлювані джерела енергії 2019: Аналіз та прогнози до 2024 р. Примітки: Китай = Китайська Народна Республіка.

VRE все більше впливає на роботу енергетичних систем у всьому світі.
Частка VRE у багатьох країнах зросла за останні кілька років. У 2015 році було трохи більше 30 країн із щорічною часткою VRE понад 5%; до 2018 року ця кількість зросла майже до 50 країн. Очікується, що частки VRE у багатьох країнах та/або регіонах зростуть з 5-10% до 10-20% протягом наступних п'яти років; також передбачається суттєве збільшення юрисдикцій з частками 20-40%, як показано на малюнку 3 4.

Рисунок 3. Кількість країн, що перебувають у межах річного діапазону проникнення VRE, історична та прогнозована

Оскільки кількість країн із середньою та високою часткою VRE значно зростає, очікується, що гнучкість енергетичної системи стане більш помітною проблемою в найближчі роки

Джерело: Адаптовано з МЕА (2018b), Відновлювані джерела енергії 2018: Аналіз та прогнози до 2023 року.

Ключові висновки

Існує усталений і швидко зростаючий набір знань про успішне управління сучасними енергосистемами в перехідному періоді

За останнє десятиліття на PST накопичено значну кількість знань, досвіду та досвіду. Значна частина цих знань була задокументована у глобальних звітах, у тому числі в попередніх звітах 21CPP та МЕА 5; 6. Багато раніше заявлених основних повідомлень для політиків щодо підтримки гнучкості системи все ще застосовуються, включаючи важливість:

Пом'якшення вимог до гнучкості енергосистеми за рахунок вдосконалення роботи системи та розширення географічного сліду енергосистем.
Координація та інтеграція вправ з планування між сегментами ринку енергії та навіть секторами економіки, такими як транспорт та промисловість.
Розробка правил розвитку ринків електроенергії, що забезпечують та винагороджують гнучкість системи.
Провідне залучення громадськості, особливо для нових проектів передачі з тривалим часом виконання.

Багато стратегій, підходів та інструментів можна легко застосувати та адаптувати до енергетичних систем

Існує безліч варіантів політичних, ринкових та регуляторних інструментів, які можуть підвищити гнучкість системи - ці варіанти можуть бути згруповані в декілька категорій втручань для розгляду політиками та зображені у синіх полях на малюнку 4.

Спектр заходів, доступних на різних рівнях, відіграє унікальну та часто доповнюючу роль у підвищенні гнучкості системи. Зрештою, інституційний контекст вплине на набір доступних інструментів для підтримки гнучкості енергетичної системи. Ці заходи можна класифікувати наступним чином:

Енергетичні стратегії дедалі детальніше розглядають питання гнучкості енергосистеми, щоб забезпечити виконання вимог гнучкості майбутніх енергосистем. Наприклад, Китайська Народна Республіка ("Китай") у своєму 13-му п'ятирічному плані (2016-2020) для енергетичного сектору націлила майже 220 ГВт теплових електростанцій на модернізацію гнучкості та/або покращення продуктивності.

Правові основи надавати вказівки щодо ролей та відповідальності в енергетичному секторі, включаючи ступінь відокремлення, конкуренції та приватизації, юридичні визначення дозволених учасників, типи активів та відповідні податки та субсидії. Нормативно-правова база також може забезпечити цілі та керівництво на високому рівні для тих, хто формує політику, та/або передбачити конкретні цілі чи цілі. Всеохоплюючі правові рамки часто вимагають змін, щоб забезпечити можливість участі сукупних ПЕД та/або ресурсів для зберігання енергії. Наприклад, в даний час Чилі розглядає законодавство, щоб запровадити гнучкість в існуючих та нових системних активах та забезпечити участь ПЕД в системних послугах.

Політика та програми зазвичай створюються для підтримки досягнення конкретних цілей у встановлених енергетичних стратегіях, наприклад, "гнучкість" парків електростанцій через програми стимулювання та/або політичні мандати. Політики можуть також фінансувати конкретні програми для тестування або експериментальних досліджень певних інноваційних підходів для кращого використовувати ресурси для зберігання або гнучкість попиту; одним із прикладів цього є техніко-економічне обгрунтування Італії щодо „віртуальної системи зберігання” (обговорено пізніше).

Нормативно-правова база та рішення розподілити витрати та ризики різних підприємств комунального та приватного секторів для роботи та модернізації енергетичного сектору. Наприклад, на ринках єдиного покупця стандартні умови угод про придбання електроенергії, як правило, визначаються нормативними актами. Ці рамки також допомагають реалізувати конкретні законодавчі вимоги та цілі розвитку інфраструктури під час вправ з планування комунальних ресурсів. Прикладом цього є прийняття Комісією з питань комунальних послуг Колорадо розпорядження, яке вимагає від комунальних підприємств враховувати ресурси накопичення енергії у процесі планування та закупівлі ресурсів. Нормативні рішення також можуть сприяти стимулюванню інновацій та експериментів для гнучкості системи. Наприклад, іспанський регулятор видав рішення, в якому генератори вимагають провести ряд аналізів, що характеризують здатність іспанського парку вітрогенераторів надавати допоміжні послуги. Цей перший крок, спонуканий регулятором, зрештою призвів до більш широкої участі вітряних турбін на іспанському ринку допоміжних послуг.

Вправи з планування енергетичного сектору допомогти спрямовувати інвестиції в енергосистему, одночасно сприяючи доступності та надійності. Все частіше вправи з планування енергосистеми включають оцінки вимог до гнучкості та інтегрування між сегментами ринку електроенергії (наприклад, врахування як інвестицій у виробництво, так і передачу енергії разом) та секторів економіки (наприклад, розподільча мережа та транспортні плани для розгортання інфраструктури тарифікації). Ці інтегровані підходи можуть допомогти розкрити розумні рішення для зниження вимог до гнучкості, але, можливо, політичним діячам доведеться втрутитися, щоб заохотити подібні підходи. Наприклад, нещодавно Міністерство енергетики Таїланду почало розглядати вимоги до гнучкості системи при формулюванні свого Плану розвитку енергетики на 2018 рік, доручивши національній електромережі провести дослідження з питань «Модернізації мережі», що згодом призвело до запуску пілотних проектів гнучкості.

Роздрібне ціноутворення на електроенергію визначає спосіб оплати споживачів за спожиту електроенергію та компенсацію за електроенергію, введену назад у мережу. Зміни роздрібного ціноутворення на електроенергію можуть усунути стримуючі фактори для ПЕД, що розміщуються на замовлення, брати участь у схемах агрегування, які в іншому випадку можуть збільшити їхні рахунки за електроенергію. Якщо вони надійно розроблені, нові роздрібні тарифні структури можуть підтримувати гнучкість системи, одночасно збільшуючи дохід власникам ПЕР. Наприклад, Сінгапурський відкритий ринок електроенергії дозволяє брати участь у програмах реагування на попит, дозволяючи споживачам вибрати свого роздрібного продавця або купувати безпосередньо з оптового ринку за півгодинні ціни 7.

Правила та кодекси ринку електроенергії 8 визначити, хто може брати участь в оптовій торгівлі 9, допоміжних послугах та/або ринках потужності. Вони також визначають набір загальних правил торгівлі електроенергією, зокрема, як включати технічні обмеження щодо формування цін. Модифікація методологій формування цін на ринки енергоносіїв та допоміжних послуг використовується для кращого винагородження гнучкості та є ключовою стратегією для лібералізованих енергосистем у перехідному періоді. Розробка набору ринкових продуктів для належного винагородження гнучкості при трансформації енергосистем є постійним викликом, хоча існуючі ринки пропонують широкий спектр можливостей для розгляду. У більшості випадків ключовим принципом є відкриття енергетичних ринків для всіх технологій. Ряд інноваційних підходів пропонує потенціал винагороди за гнучкість: нещодавня реформа Сполученого Королівства правил врегулювання цін при дисбалансі електроенергії є прикладом вдосконалення цінових сигналів для кращого винагородження гнучких активів 10.

Протоколи роботи системи визначити як процедури, так і правила щодо роботи енергосистеми. Зміни в експлуатаційні протоколи є загальним пунктом втручання для підтримки гнучкості енергосистеми та включають такі заходи, як: (а) швидша робота енергосистеми; (b) посилення зв'язку та координації між сусідніми енергосистемами; та (c) використання централізованих систем прогнозування VRE. Наприклад, у Данії розгортання розумних лічильників та створення централізованого DataHub для полегшення всіх системних транзакцій покращили здатність роздрібних продавців прогнозувати навантаження та VRE та спростили процес розрахунку за послугами DER.

Коди підключення визначити різні технічні вимоги щодо підключення ресурсів та навантажень енергосистеми до інфраструктури розподілу та передачі в нормальних та виняткових умовах експлуатації. Зміни кодів підключення можуть допомогти забезпечити можливість підключення всіх ресурсів енергосистеми до мережі та надання гнучкості. Наприклад, зміни в кодах підключення, які вимагають від VRE надання короткострокових послуг гнучкості (наприклад, первинної частотної характеристики), стають все більш поширеними.

1. Управління енергосистемами в перехідному періоді

Рисунок 4. Шари гнучкості енергосистеми