Энергосистема будущего – разнообразие и баланс

ВИЭ активно развивается во всём мире, в том числе в рамках экологической повестки. Страны EC взяли курс на выполнение своих обязательств как в рамках Парижского соглашения, так и в рамках Зеленой сделки EC со стремлением создать к 2050 году энергетику с нулевым уровнем выбросов углерода.

Однако следует признать, что ВИЭ пока не могут полностью заменить традиционную генерацию. Принято считать, что малый объем ВИЭ (доля до 3% в установленной мощности) практически не влияет на работу энергосистемы. Однако объем ВИЭ в размере 3-15% приводит к необходимости изменения режимов работы энергосистемы. Дальнейшее увеличение доли ВИЭ требует изменений как режимов различных видов генерации, так самой энергосистемы.

Поэтому во многих странах мира доля ВИЭ обозначена в пределах 3-20%, при одновременном формировании инструментов и механизмом обеспечения стабильной работы энергосистемы.

Так, например, для нивелирования зависимости ВИЭ от периодических солнечных и ветровых воздействий в Германии было решено обеспечить достаточный объем балансирующих и резервных мощностей путем сооружения новых высокоэффективных и способных к улавливанию и хранению СО₂ ТЭС, работающих на ископаемом топливе. Финансируются эти проекты за счет сетевой составляющей в тарифе для промышленных потребителей.

В Польше также поддерживается высокоэффективная когенерация (которая, в том числе, может регулировать ВИЭ), предусматривающая поддержку – систему надбавок за когенерацию.

В Бельгии закон от 2014 года ввел механизм стратегического резерва, позволяющий бельгийской TSO возвращать в эксплуатацию генерирующие мощности, которые временно выбыли из эксплуатации или планируются к такому выводу. Данный механизм позволяет повторно задействовать такие мощности для выработки электроэнергии, необходимой для обеспечения стабильности энергосистемы. Правительство страны также инициировало инвестиционную поддержку посредством конкурса на комбинированные парогазовые установки и газовые установки открытого цикла.

В Швеции стратегический резерв обеспечивается за счет механизм конкурсных торгов (в рамках публичных правил закупок), который проводится ежегодно для покрытия пикового спроса в зимний сезон. Компании, участвующее в конкурсных торгах, предлагают фиксированную плату за поддержание доступности и переменную плату, если мощность активирована.

В Португалии есть 2 вида стимулов: для поддержки непрерывной работы ТЭС, и для поддержки новых инвестиций в ГЭС. Их могут получить только те электростанции, которые считаются по закону «приемлемыми», а именно, соответствуют минимальному коэффициенту готовности (CDF).

В Испании нет полноценного механизма оплаты мощности, но есть механизмы стимулирования на основании доступности наличия мощности. Правительство предоставляет компенсации инвестиций в новые мощности и вознаграждение предприятиям в соответствии с их установленной мощностью и их готовностью.

Таким образом, нельзя не признать тот факт, что тепловая энергетика не только продолжает оставаться фундаментальной частью энергобаланса европейских государств, но и получает поддержку.

Необходимое балансирование

Режим работы энергосистемы – это постоянное балансирование потребления и генерации электроэнергии. При этом, как отметили  в Совете производителей электроэнергии и стратегических инвесторов электроэнергетики увеличение объемов ВИЭ оказывает существенное влияние как на энергосистему в целом, и на функционирование действующей «традиционной» части генерирующих мощностей в частности.

Изменения электропотребления с соответствующей корректировкой производства электроэнергии происходят одновременно на разных временных интервалах, которые можно условно выделить две основные зоны работы генерации. Первая – это, так называемая, «базовая» генерация, покрывающая основную долю потребления до уровня минимального суточного потребления. «Базовая» генерация должна быть надежной, стабильной и относительно дешевой. Поэтому «традиционная» генерация выполняет роль «базовой».

А вторая – «пиковая», покрывающая потребление в объемах от минимального до максимального в течение суток, а также обеспечивающая необходимое резервирование. «Пиковая» же должна быть высокоманевренной и легко управляемой.

Пока объемы ВИЭ достаточно невелики, неравномерность их загрузки «закрывается» объемом горячего резерва в энергосистеме традиционной генерацией. Постепенное увеличение доли ВИЭ будет приводить к частым изменениям технологических режимов «пиковой» генерации и, в первую очередь, ТЭС. Увеличится частота переходных режимов работы ТЭС с разгрузками.

Основная часть тепловой генерации не рассчитана на частые пуски и остановы. Тепловая генерация, обеспечивающая горячий резерв мощности в энергосистеме, убыточна большую часть времени своей работы. То есть оборудование таких ТЭС работает практически на уровне технического минимума с себестоимостью, превышающей фактические цены реализации электроэнергии на оптовом рынке.

Пока у теплогенерирующих компаний есть возможность покрытия убытков от работы отдельных генерирующих объектов, обеспечивающих горячий резерв, за счет других более эффективных блоков. Однако при существенном увеличении доли ВИЭ в балансе, доля прибыльной тепловой генерации будет сокращаться с ростом выпадающих доходов. Это потребует решения вопроса увеличения платы за мощность для компенсации эксплуатационных издержек, даже в случае недопущения роста объемов горячего резерва.

В нашей стране при возрастающей доле ВИЭ надо задуматься о новых механизмах и правилах, системных услугах. Даже эксперты, считающие возможным увеличение доли ВИЭ до уровня нескольких десятков процентов, отмечают необходимость мер по сохранению стабильности энергосистемы. Это расширение использования высокоманевренных («балансирующих») ГТУ и ГПУ, повышение маневренности оборудования ТЭС, расширение регулировочного диапазона, увеличения скорости изменения нагрузки, увеличение допустимого числа пусков, повышения КПД и снижение выбросов на низки х нагрузках. Эти меры однозначно приведут к росту затрат со стороны тепловой генерации.

Таким образом, и традиционная, и альтернативная энергетика, в том числе ВИЭ, обеспечивают в конечном итоге баланс интересов: стабильность и надёжность энергосистемы, ее экологичность, снижение рисков Blackout. Именно поддержка тепловой генерации является одним из основных способов балансирования энергосистемы с большой долей ВИЭ.