154
м
и
р
о
в
о
й
о
п
ы
т
мировой опыт
В
рамках
совместного
проекта
журнала
«
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распределение
»
и
Системного
оператора
Единой
энергетической
системы
,
реализуемого
при
поддержке
Ассо
-
циации
GO15,
мы
продолжаем
знакомить
читателей
с
си
-
стемными
операторами
круп
-
нейших
энергосистем
мира
.
Серию
интервью
продолжает
беседа
со
Стивом
Бербери
-
хом
—
президентом
и
исполни
-
тельным
директором
California
Independent System Operator.
Компания
CAISO
основана
в
1998
году
как
независимый
системный
оператор
.
Ее
по
-
явление
стало
следствием
принятия
в
1992
году
в
США
«
Федерального
закона
об
энергетике
»,
который
потре
-
бовал
создания
конкурентных
оптовых
рынков
электроэнер
-
гии
в
США
.
Сегодня
CAISO
является
одним
из
девяти
системных
операторов
на
тер
-
ритории
Северной
Америки
.
Калифорния:
особенности управления
энергосистемой
с большой долей ВИЭ
— Господин Берберих, как вы
можете охарактеризовать опера-
ционную зону вашего системного
оператора? В чем заключаются ее
уникальные особенности?
— Если говорить о структуре ге-
нерации, то Калифорнийская энер-
госистема, как, впрочем, и вся За-
падная синхронная зона (Western
Interconnection) энергосистемы США,
отличается большим разнообразием
типов располагаемых энергоресур-
сов, в том числе весьма значитель-
ным объемом ветровых, солнечных
и гидро- и геотермальных, а также ге-
ографией их размещения. От CAISO
это требует, во-первых, четкой коор-
динации планов по развитию элек-
троэнергетического комплекса. Во-
вторых — применения эффективных
Операционная
зона
CAISO
охватывает 80% штата Калифорния и не-
большую часть штата Невада, на территории которых проживает около
30 млн потребителей. Компания обеспечивает поставку 260 млн МВт·ч
электроэнергии ежегодно и контролирует перетоки электроэнергии по ма-
гистральным линиям электропередачи общей протяженностью порядка
42 тысяч километров. Установленная мощность 760 электростанций энер-
госистемы — 60 000 МВт.
155
рыночных механизмов, учитываю-
щих не только такие товары, как
электроэнергия и мощность, но
и ресурсный потенциал энергоси-
стемы.
Главной уникальной особенно-
стью энергосистемы, безусловно,
является широкомасштабная ин-
теграция ВИЭ — преимуществен-
но солнечных и ветровых элек-
тростанций. Штат Калифорния,
практически полностью входящий
в операционную зону CAISO, ли-
дирует в США по использованию
возобновляемых источников энер-
гии. Так, на сегодняшний день
суммарная мощность солнечных
станций, обслуживающих быто-
вых потребителей, уже превысила
11 000 МВт, ветровых — 6000 МВт.
И со временем эта тенденция бу-
дет только нарастать. Управление
интегрированными
объектами
ВИЭ-генерации, количество ко-
торых быстро увеличивается, ос-
ложняется еще и наличием более
5000 МВт солнечных станций ка-
тегории behind-the-meter, то есть
не участвующих в формировании
планового диспетчерского графи-
ка (солнечные панели на крышах
частных домов и т.п.). В такой
ситуации, во-первых, требуется
обеспечить достаточную гибкость
балансирования энергосистемы,
чтобы сгладить непостоянную вы-
работку солнечных станций и ней-
трализовать ее резкие скачки вну-
три суток. Во-вторых, необходимо
справиться с излишком предло-
жения в полуденные часы, когда
выработка солнечной энергии
достигает своего максимума. На-
растание этих проблем в опера-
тивно-диспетчерском управлении
прогнозировалось «кривой утки»
на графике суточного потребле-
ния с 2014 года, но реальность
превзошла прогнозы.
— Как изменились тенденции
в развитии энергосистемы за
последние 10 лет? Какие задачи
стоят перед CAISO сегодня?
— При разработке планов по
развитию энергосистемы мы
должны учитывать цели и про-
граммы экологической политики,
принятые как на федеральном
уровне, так и властями штата. Зна-
ковым документом в этом отноше-
нии является Renewable Portfolio
Standard (RPS) — «Стандарт по
развитию ВИЭ», законодательно
утвержденный в штате Калифор-
ния в 2015 году и устанавливаю-
щий обязательный минимальный
объем производства электроэнер-
гии на основе конкретного типа
ВИЭ на определенный период.
В соответствии с RPS перед шта-
том поставлена амбициозная за-
дача довести долю ВИЭ в общем
балансе энергоресурсов до 60%
к 2030 году, а долю нагрузки роз-
ничных потребителей, использую-
щих электроэнергию, произведен-
ную с нулевым уровнем выбросов
СО
2
, до 100% к 2045 году. Кроме
того, стандарт выдвигает доста-
точно высокие требования к со-
кращению уровня выбросов и за-
крытию объектов традиционной
генерации, использующих прямо-
точные теплообменники.
В течение последних десяти
лет CAISO занимался планирова-
нием развития электроэнергети-
ческой системы и строительством
новых объектов с таким расчетом,
чтобы обеспечить интеграцию
ВИЭ-ресурсов без ущерба для на-
дежности. В результате инвести-
ции в передающую сеть за счет
местных налогоплательщиков со-
ставили около 7 млрд долларов.
Выполнение к 2045 году задач
RPS может потребовать допол-
нительных
капиталовложений,
и сейчас в тесном взаимодействии
с отраслевым регулятором — Ко-
миссией штата по коммунальному
обслуживанию (California Public
Utility Commission, CPUC) — мы
работаем над тем, чтобы опре-
делить
оптимальный
состав
энергоресурсов и сетевых объ-
ектов. Поддержание надежности
в условиях широкомасштабного
внедрения ВИЭ подразумевает
тщательно продуманный и мак-
симально инновационный подход
к планированию развития Кали-
форнийской энергосистемы. Кар-
динальное изменение структуры
генерации ставит перед CAISO
новые технические задачи, но
вместе с тем и обеспечивает но-
вые возможности для совершен-
ствования
оперативно-диспет-
черского управления. И здесь мы
должны учитывать потенциаль-
ную роль механизмов управления
ценозависимым потреблением,
технологий накопления энергии
и ресурсов с непостоянной выра-
боткой.
«
Кривая
утки
» (Duck Curve)
— это фигура, образующаяся на
суточном графике потребления электроэнергии в энергосистеме
и обозначающая дисбаланс времени между максимальным спро-
сом и производством возобновляемой энергии.
«
Кривая
утки
»
на
графике
суточного
потребления
№
1 (52) 2019
156
— Какую роль в процессе
перспективного планирования
развития энергосистемы играет
системный оператор?
— Планы по развитию энер-
госистемы
регламентируются
властями штата — как правило,
Комиссией штата по коммуналь-
ному обслуживанию. Так, напри-
мер, любая новая магистральная
линия электропередачи строит-
ся только с разрешения данного
органа. Развитие генерирующих
мощностей также во многом за-
висит от указаний CPUC в части
регулирования закупок мощ-
ности. CAISO, поддерживая от-
раслевую политику штата, игра-
ет ведущую роль в процессе
перспективного
планирования
развития энергосистемы как на
муниципальном, так и на регио-
нальном уровне. В частности, мы
ежегодно готовим десятилетний
план по развитию магистральных
сетей, утверждаемый Советом
управляющих CAISO. Разрабо-
танный нами четко структуриро-
ванный процесс планирования
развития энергосистемы опреде-
ляет необходимые условия обе-
спечения надежности, а также
экономические и политические
задачи и служит основой для ре-
гулирования инвестиционных по-
токов в отрасли.
Так, системным оператором
CAISO согласована масштабная
модернизация
магистральных
сетей для ликвидации инфра-
структурных ограничений и уре-
гулирования стоимости передачи
электроэнергии. На рынке элек-
троэнергии, функционирование
которого обеспечивает CAISO,
действует узловое ценообразо-
вание, что обеспечивает прозрач-
ность при определении затрат
на перегрузки в сети и источника
ограничений. Используя данные
за прошлые периоды и перспек-
тивную модель энергосистемы, мы
определяем наиболее экономиче-
ски эффективные способы устра-
нения существующих сетевых
ограничений. Процедура плани-
рования позволяет поддерживать
коммерческую модель сетевого
строительства, когда собственник
строит сети в обмен на получение
дохода от использования про-
пускной способности. Однако этот
вариант используется довольно
редко. На практике модернизация
сетевой инфраструктуры почти
полностью финансируется за счет
дохода от регулируемого тарифа
на электроэнергию, устанавли-
ваемого в Калифорнии для по-
требления и экспорта в соседние
энергосистемы.
— Как рыночные механизмы
встроены в процесс управле-
ния энергосистемой?
— На сегодняшний день CAISO
удалось полностью объединить
модель
равновесного
рынка
с системой оперативно-диспет-
черского управления. Рыночные
механизмы стали эффективным
инструментом,
позволяющим
управлять энергосистемой по-
средством специальных продук-
тов и сигналов. Как и другие не-
зависимые системные операторы
США, CAISO обеспечивает работу
рынков с маржинальным цено-
образованием — на сутки вперед
и балансирующего. Стоимость
электроэнергии на балансирую-
щем рынке определяется за счет
проводимой каждые пять минут
корректировки графиков нагрузки
и проводимой каждые 15 минут
актуализации состава включенно-
го генерирующего оборудования.
Кроме того, на балансирующем
рынке представлены услуги по
обеспечению системной надежно-
сти, такие как регулирование ча-
стоты, поддержание оперативных
резервов, услуги по управлению
нагрузкой и ограничениями пере-
дающей сети.
— Насколько активно в Ка-
лифорнийской
энергосисте-
ме используются технологии
управления спросом Demand
Response? Каким вы видите их
потенциал?
– План CAISO по продвиже-
нию Demand Response и энерго-
эффективных технологий опира-
ется на прогрессивную политику
штата, направленную на продви-
жение экологически чистых ис-
точников энергии, таких как изо-
лированные мини-энергосистемы
MicroGrid, фотоэлектрические па-
нели на крышах домов, электро-
мобили и накопители энергии. Мы
считаем, что данные типы ресур-
сов могут быть использованы для
обеспечения необходимой гибко-
сти при управлении энергосисте-
мой в реальном времени, обеспе-
чивая одновременно выполнение
Системные
операторы
на
территории
Северной
Америки
МИРОВОЙ
ОПЫТ
157
требований по надежности, ба-
лансированию и снижению вы-
бросов в атмосферу, и послужат
фундаментом для активно про-
должающейся интеграции ВИЭ.
В настоящее время CAISO позво-
ляет потребителям, использую-
щим Demand Response, подавать
заявки на рынке, тем самым при-
влекая потребителей к участию
в поддержании баланса спроса
и предложения в энергосистеме.
К примеру, при прохождении не-
давнего летнего максимума сни-
жение нагрузки за счет Demand
Response
составило
около
300 МВт. На рынке CAISO также
предусмотрен специальный ме-
ханизм привлечения ресурсов
Demand Response к обеспечению
надежности — снижение потре-
бления по команде при возник-
новении чрезвычайной ситуации
в энергосистеме.
— Какое влияние на рынок
оказывает широкомасштабное
внедрение ВИЭ-генерации?
— Растущий объем генерации
на основе ВИЭ требует от CAISO
определенной креативности при
решении задач технологическо-
го управления через рыночные
механизмы. По мере того, как
преобразуется структура энерго-
ресурсов, рыночные механизмы
и система оперативно-диспетчер-
ского управления также должны
изменяться и адаптироваться
к новым условиям. Отмечу, что
технические возможности энер-
гообъектов и в целом энергоси-
стемы становятся сегодня все
более гибкими и разнообразными,
что предоставляет нам бóльший,
чем раньше, набор ресурсов для
управления электроэнергетиче-
ским режимом. Речь идет в том
числе и о привлечении объектов
распределенной генерации к ока-
занию услуг по надежности.
В сфере инноваций для при-
влечения на оптовый рынок рас-
пределенных ресурсов, в част-
ности, накопителей категории
behind-the-meter, CAISO занимает
лидирующие позиции в мире. Мы
разработали и отладили рыноч-
ные механизмы таким образом,
чтобы стимулировать участие
распределенных ресурсов не
только в Demand Response, но
и в рынках в целом. Не так давно
CAISO внедрил новый рыночный
механизм, который позволяет по-
ставщикам распределенных ре-
сурсов объединяться в группы из
объектов разных типов и с разным
местоположением и участвовать
в рынке как единый ресурс. Мы
также расширили возможности
мониторинга участия потребите-
лей behind-the-meter в Demand
Response: измерения могут сни-
маться теперь напрямую с нако-
пителя, установленного у потре-
бителя.
Что касается новых типов ре-
сурсов и методов управления
ими в составе энергосистемы, то
в дополнение к ветровой и сол-
нечной генерации, доля которой
в составе Калифорнийской энер-
госистемы за последние десять
лет значительно выросла, CAISO
привлекает и другие типы ВИЭ-
генерации — геотермальные, на
биомассе, малые ГЭС и аккуму-
ляторные батареи. Для их эффек-
тивной интеграции в энергоси-
стему разработаны специальные
меры — рыночные и компенса-
ционные механизмы. Например,
экономическая поддержка уча-
стия ВИЭ-ресурсов в рынке или
новые экономические механизмы,
такие как гибкий график нагрузки,
позволяющий возместить затра-
ты на участие в оказании услуг
системному оператору, новейшая
модель для оценки рыночных ре-
сурсов, дающая возможность оце-
нить физические характеристики
и фактические ограничения в ра-
боте аккумуляторных батарей.
— Какие инновационные ре-
шения рассматриваются CAISO
в связи с переходом к «энер-
госистеме будущего»? Какие
реальные шаги предпринима-
ются в этом направлении уже
сегодня?
— Наша концепция предусма-
тривает расширенный набор ре-
сурсов и инновационных реше-
ний, которые в самом ближайшем
времени должны быть использо-
ваны для управления «энерго-
системой будущего». К ним от-
носятся новые ВИЭ, накопители,
распределенные ресурсы, а так-
же прорывные технологии, такие
как интернет вещей, блокчейн,
системы силовой электроники.
Чтобы обеспечить присоеди-
нение к энергосистеме большого
количества ВИЭ-ресурсов, CAISO
активно сотрудничает с участни-
ками рынка и исследовательскими
организациями. Наша основная
задача — расширить возможности
ВИЭ в оказании услуг по обеспе-
чению системной надежности (на-
пример, в увеличении/снижении
мощности по команде), тем самым
минимизировав негативные по-
следствия их интеграции в энерго-
систему. Так, недавно нами были
проведены успешные испытания
по участию фотоэлектрических
солнечных станций в регулирова-
нии частоты и напряжения.
Расширение географической
диверсификации за пределы шта-
та — еще одно фундаментальное
решение в арсенале CAISO. Речь
идет о расширении круга участ-
ников балансирующего рынка за-
падных штатов США EIM (Energy
Imbalance Market). С ноября
2014 года в EIM задействованы
соседние с CAISO операционные
зоны. Данная мера позволяет
участникам из всех штатов поль-
В
Единой
энергосистеме
России
участие ВИЭ в регулирова-
нии также входит в число перспективных направлений развития тех-
нологий управления электроэнергетическим режимом, причем они
разрабатываются сразу с применением новейшей цифровой тех-
нологии дистанционного управления. Так, в 2018 году осуществлен
проект организации дистанционного управления мощностью сол-
нечной электростанции из диспетчерского центра АО «СО ЕЭС».
Проект реализован на базе Бурибаевской СЭС — первой солнеч-
ной электростанции, введенной в работу на территории Республики
Башкортостан. Проведенные в октябре испытания новой системы
доказали ее эффективность и позволяют распространить техноло-
гию на другие солнечные электростанции.
№
1 (52) 2019
158
зоваться преимуществами дивер-
сификации и оптимизации соста-
ва задействованных ресурсов на
большой территории.
Поскольку постоянный рост
доли ВИЭ и распределенной ге-
нерации в Калифорнийской энер-
госистеме продолжается, суще-
ствует риск, что нормативная
база не будет успевать за изме-
нениями в инфраструктуре и тех-
нологиях. Поэтому еще одной
важной частью нашей работы
является выстраивание взаимо-
отношений с отраслевыми регу-
ляторами как штата, так и феде-
рального уровня. Это позволит
CAISO инициировать необходи-
мые изменения в нормативной
базе, а также в целом консуль-
тировать власти о возможных
последствиях влияния тех или
иных регуляторных решений на
стабильность функционирования
энергосистемы.
— Какие бизнес-модели и нор-
мативные изменения необхо-
димы для обеспечения эконо-
мической
жизнеспособности
«энергосистемы будущего»?
— Чтобы устранить препят-
ствия для совместной работы
с соседними штатами, а также
повысить эффективность и на-
дежность работы энергосистемы,
требуется реализовать следую-
щие шаги. Во-первых, обеспечить
возможность формирования цен
не только на основе данных о вы-
работке электроэнергии во всей
энергосистеме в целом, а также
установленной мощности ее гене-
рации, но и с учетом технических
возможностей и местоположе-
ния конкретной генерации. Когда
цена на электроэнергию снижа-
ется, отражая проблему нулевых
предельных издержек ВИЭ-гене-
рации, не имеющей топливных
затрат, должны соблюдаться при-
нятые стандарты надежности,
а услуги компаний, обеспечиваю-
щих соблюдение этих стандартов,
соответственно оплачиваться.
Во-вторых, требуется согласо-
вание розничных цен и структуры
оптового рынка, что позволит сти-
мулировать конечных пользова-
телей и собственников распреде-
ленных энергоресурсов активно
участвовать в создании «энерго-
системы будущего». Реализация
этого шага, в свою очередь, потре-
бует слаженного взаимодействия
между системными, сетевыми опе-
раторами и операторами распре-
делительных сетей.
В-третьих, необходима четко
установленная ответственность за
предоставление мощности и тех-
ническую возможность участво-
вать в поддержании надежности,
поскольку количество опций, ко-
торыми располагает потребитель,
с каждым годом растет, захваты-
вая сферы передачи, распределе-
ния и учета электроэнергии. Здесь
могут быть использованы раз-
личные модели. Однако в любом
случае для решения этой задачи,
требующей также учитывать цели
экологической политики, нам нуж-
ны долгосрочные инвестиции в от-
расль. Кроме того, обеспечение
эффективного функционирования
энергосистемы подразумевает на-
личие разумных цен для потреби-
телей при соблюдении стандартов
надежности.
Материал
подготовлен
пресс
-
службой
АО
«
СО
ЕЭС
»
Диспетчерский
центр
CAISO
МИРОВОЙ
ОПЫТ
Оригинал статьи: Калифорния: особенности управления энергосистемой с большой долей ВИЭ
В рамках совместного проекта журнала «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» и Системного оператора Единой энергетической системы, реализуемого при поддержке Ассоциации GO15, мы продолжаем знакомить читателей с системными операторами крупнейших энергосистем мира. Серию интервью продолжает беседа со Стивом Берберихом — президентом и исполнительным директором California Independent System Operator. Компания CAISO основана в 1998 году как независимый системный оператор. Ее появление стало следствием принятия в 1992 году в США «Федерального закона об энергетике», который потребовал создания конкурентных оптовых рынков электроэнергии в США. Сегодня CAISO является одним из девяти системных операторов на территории Северной Америки.