В начале июня в городе Порту (Португалия) в гибридном формате прошел Семинар CIRED, посвященный актуальным темам развития распределительных электрических сетей в связи с наблюдаемым и прогнозируемым ростом числа электромобилей в мире. Организатором семинара стала Ассоциация инженеров Монтефиоре (Association des Ingénieurs de Montefiore — AIM). Журнал «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» вновь выступил официальным информационным партнером CIRED.
Павлов А.С., директор по стратегическим проектам журнала «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»
Благодаря гибридному формату мероприятие объединило более 440 участников. По сравнению с предыдущим семинаром, состоявшимся в Берлине в 2020 году, рост числа зарегистрированных участников составил порядка 30%.
Открыл мероприятие Председатель организационного комитета CIRED-2022, Рикардо Прата (Ricardo Prata). Председатель сердечно поприветствовал всех экспертов, собравшихся в зале конференц-центра Alfandega dô Porto и у экранов своих компьютеров и мобильных устройств, а также подчеркнул роль развития электротранспорта в концепции перехода к зеленой энергетике и энергоэффективным технологиям.
Энергетический переход и технологическая эволюция стимулируют рост электромобильности, включая автомобили, автобусы, междугородние автобусы, скутеры, грузовики, самолеты и суда, заменяя традиционную ископаемую энергию зеленой возобновляемой электроэнергией. Это значительное изменение также создает новые проблемы для систем распределения электроэнергии.
Зарядка электромобиля может привести к существенному потреблению электроэнергии в существующих сетях низкого и среднего напряжения, которые не были изначально спроектированы для этих целей. Распределительные сети должны будут удовлетворить этот новый спрос, сохраняя при этом свою надежность и поддерживая необходимый уровень качества электроэнергии.
Ожидается, что к 2030 году в ЕС будет циркулировать 50–70 миллионов электромобилей, в результате чего потребности в инвестициях в сеть превысят 25 миллиардов евро. Кроме того, следуя схожим инициативам из многих стран мира, Европейская комиссия в июле 2021 года предложила ввести запрет на продажу новых бензиновых и дизельных автомобилей с 2035 года, что может привести к еще более быстрому внедрению электромобильности.
Приток электромобильности может потребовать значительного увеличения инвестиций в сеть, но их можно сократить и оптимизировать с помощью сочетания новых инструментов управления нагрузкой, включая интеллектуальную зарядку, портативные зарядные станции nomadic, автоматизацию и гибкость спроса. Внедрение таких инструментов требует новых бизнес-моделей и нормативно-правовой базы. Цифровизация также станет незаменимым фактором, прокладывающим путь к электронной мобильности, делая ее более плавной и эффективной.
Кроме того, сами электромобили могут быть активом распределительной системы в качестве мобильных накопителей, способных вносить вклад в развертывание гибких механизмов обмена электроэнергией между транспортными средствами и сетью, которые могут способствовать работе систем электроснабжения и способствовать увеличению пропускной способности возобновляемых источников энергии, поддерживая более устойчивую электрическую систему на основе возобновляемых источников.
Семинар CIRED-2022 объединил ведущих специалистов для обсуждения наиболее важных вопросов развития распределительных сетей, поиска оптимальных технических решений, выбора направлений перспективных научных изысканий.
На пленарной части первого дня семинара выступили три ключевых спикера, своими докладами представившие аудитории различные точки зрения на тенденции развития электротранспорта и проблемы интеграции электромобилей в экосреду и электросетевую инфраструктуру.
О развитии электротранспорта с точки зрения муниципальных властей рассказал вице-президент, член городского совета по вопросам окружающей среды и изменения климата, инноваций и цифрового перехода в ратуше города Порту (Португалия) Филиппе Араухо (Filipe Araujo).
В настоящее время муниципалитетом Порту реализуется комплексная схема развития городской среды и городской инфраструктуры, предусматривающая существенное улучшение экологической обстановки и уровня жизни населения. Среди мероприятий масштабное озеленение (более 65 000 деревьев), активное использование солнечной энергии (на крышах установлено более 1,5 МВт солнечных панелей для электроснабжения и нагрева воды), светодиодное уличное освещение и др. Важную роль в этом процессе играет и электрический транспорт. Уже сегодня порядка 70% муниципального транспорта — электромобили. В ближайшем будущем планируется довести этот показатель до 75%. На территории муниципалитета установлено порядка 300 зарядных станций.
Принимая во внимание проводимые администрацией мероприятия по улучшению городской среды, муниципальные власти заинтересованы в быстром и адекватном развитии децентрализованной электросетевой инфраструктуры, а также в усилении разъяснительной работы с гражданами на тему преимуществ, которые им предоставляет реализация такой концепции.
О мероприятиях и пилотных проектах, реализуемых электросетевыми компаниями, рассказал доктор наук в области электротехники в Университете Цинхуа (Китай) Лили Ли (Lili Li).
В первую очередь, докладчик напомнил собравшимся преимущества интеграционных проектов Vehicle-to-Grid (V2G), которые могут обеспечить дополнительную гибкость для распределительных электрических сетей с децентрализованной архитектурой, в том числе в часы пиковых нагрузок, а также повышают экономическую эффективность владения электрическим транспортным средством.
Ориентируясь на соответствующие эффекты и при соответствующей поддержке рынок электромобилей Китая стремительно растет: в 2021 году в стране было продано 3,1 млн электромобилей, что составляет 12,4% от всего объема. Рост продаж по сравнению с предыдущим годом составил 150%. Ожидается, что доля продаж электромобилей по итогам 2022 года увеличится до 15,3%.
Далее Лили Ли рассказал о множестве стимулирующих мер, разработанных и внедренных как на уровне Правительства КНР, так и на местных и корпоративных уровнях. Электросетевой корпорацией Китая было инициировано и реализовано множество пилотных проектов, в рамках которых были отработаны все основные технические решения и тарифная политика.
В настоящее время соответствующие интеграционные проекты уже реализуются во многих провинциях Поднебесной, разработана соответствующая дорожная карта. С ростом числа электромобилей в стране будет расширяться и сеть зарядных станций. Ожидается, что к 2035 году общая установленная мощность зарядной инфраструктуры для обслуживания 240 млн электромобилей составит 1518 ГВт.
Об усилиях, прикладываемых компаниями, занимающимися развитием зарядной инфраструктуры, рассказал представитель Норвегии, руководитель отдела Северной и Западной Европы в компании IONITY, ответственный руководитель по развитию и созданию сети зарядных станций высокой мощности IONITY в странах Северной Европы, Балтии, Великобритании, Ирландии, Франции, Португалии и Испании Ян Хауген Иле (Jan Haugen Ihle).
На сегодняшний день компанией установлено и обслуживается более 1600 зарядных станций на 400 объектах вдоль автомагистралей стран Европы. Устанавливаются и станции большой мощности (до 350 кВт). Территория присутствия IONITY охватывает 24 страны.
С точки зрения поддержки развития электротранспорта Ян Хауген Иле пояснил, что соответствующие компании готовы наращивать объемы производства, чтобы обеспечить растущий спрос на обеспечение зарядной инфраструктурой. При этом компании готовы предложить ряд решений, обеспечивающих возможность размещения мощных зарядных станций в зонах с недостаточно развитой электросетевой инфраструктурой.
На примере отдельных стран была дана укрупненная оценка потребностей в электросетевой инфраструктуре. Так перспективные потребности Норвегии оцениваются в 5000 зарядных станций, а Испании — в 58 000 станций быстрой зарядки. Общая мощность зарядных станций при этом оценивается в 75 и 870 ГВт соответственно.
Второй день семинара CIRED-2022 практически полностью был посвящен обсуждению проблем регулирования услуг зарядки электромобилей. Помимо всестороннего рассмотрения поднимаемых вопросов, участники мероприятия также делились опытом внедрения различных методов регулирования в своих странах.
В начале дня со вступительной речью к участникам семинара обратился заместитель директора Департамента регулирования инфраструктуры итальянского регулирующего органа в области энергетики (ARERA) Лука Ло Скьяво (Luca Lo Schiavo).
Спикер обратил внимание собравшихся на тот факт, что электромобиль не является стандартным потребителем электрической энергии и в зависимости от образа жизни владельца может подключаться как от бытовой сети жилого дома, так и от сетей коммерческих организаций (торговые центры, офисы) или специализированных зарядных станций. В каждом из описанных случаев за потребленную электроэнергию плата может взиматься по различным тарифам (для бытового или коммерческого потребления). Еще одной задачей, которую необходимо решать регулятору, является оптимальное распределение тарифных решений по временным интервалам с целью стимулирования зарядки в часы минимумов нагрузок во избежание перегруза сети. Отдельное важное направление — регулирование отношений между водителем электромобиля как конечным потребителем и владельцами коммерческих организаций (торговые центры, офисы, заправки) — операторами станций зарядки для предотвращения неконтролируемого роста цен от перепродажи электроэнергии и обеспечения равных прав доступа для всех.
Рассказывая об опыте итальянских специалистов по поиску соответствующих взвешенных решений, Лука Ло Скьяво привел несколько примеров успешных и требующих доработки решений. Первыми необходимыми шагами для решения поставленных задач являются установка интеллектуальных приборов учета и устройств регулирования мощности с изменяемыми параметрами. Для совершенствования регуляторных механизмов в области интеллектуальной зарядки электротранспорта ведомства должны активно осваивать новые методы прогнозирования нагрузок, способствовать внедрению цифровых технологий в распределительные сети, прорабатывать тарифные решения, основанные на величине подключенной мощности, а не потребляемой энергии, развивать линейку потребительских сервисов для обеспечения большей экономической гибкости.
В заключение своего доклада Лука Ло Скьяво призвал регуляторов к более тесной кооперации с другими ведомствами, в том числе со смежными с направлением электроэнергетики, для выработки более комплексных решений.
Более подробно все технические, экономические и организационные вопросы развития распределительных электрических сетей обсуждались на трех тематических сессиях:
- Сессия 1. Планирование, развитие и эксплуатация систем распределения электроэнергии, обеспечивающих зарядную инфраструктуру;
- Сессия 2. Оборудование и компоненты для интеграции электромобилей в системы распределения электроэнергии;
- Сессия 3. Участие сообщества, проблемы регулирования и бизнес-модели, связанные с развитием электротранспорта: интеграция электромобилей в умных городах и интеллектуальных системах распределения электроэнергии.
В рамках Сессии 1 об опыте применения алгоритмов системы Capten для определения наиболее оптимальных мест размещения зарядных станций для электромобилей с учетом фактической загрузки сети, показателей надежности и качества рассказали представители французской компании Enedis (доклад 1171).
Для получения необходимой точности расчетов производится ежемесячное обновление данных о пропускной способности сети, с использованием технологий обработки больших данных делается перерасчет для порядка 35 миллионов точек возможного подключения. На основе этих данных, благодаря веб-платформе Capten, пользователи теперь могут свободно моделировать свои проекты и мгновенно видеть оставшуюся пропускную способность сети. При этом заявлена точность прогнозирования до 95%.
С информацией о результатах более комплексного и научного подхода по выбору мест размещения зарядных станций (проект FASTER) выступили представители университета Стратклайда, Шотландия (доклад 1126).
Помимо оценки пропускной способности электрической сети в ходе работы по выбору мест размещения более 70 новых мощных зарядных станций (> 50 кВт) учитывались транспортная доступность, интенсивность дорожного движения, наличие инфраструктуры взимания платы за проезд, прогнозируемый перспективный спрос. Подобный подход позволил выбрать оптимальные с технико-экономической точки зрения места размещения зарядной инфраструктуры.
О результатах реализации проекта, направленного на поддержку развития зарядной инфраструктуры для коммерческого транспорта рассказали другие коллеги из Великобритании, представив совместный доклад двух компаний: UK Power Networks и Hitachi Europe (доклад 1301).
Пиковый спрос на мощность возникает в автопарках в период между 17:00 и 20:00, что совпадает с пиками внутреннего спроса в электросети. С учетом этих особенностей было проведено моделирование режимов интеллектуальной зарядки. Кроме этого, в ходе работы было доказано, что интеллектуальная зарядка потенциально может способствовать эффективной работе на гибких рынках, что должно обеспечить еще большую эффективность для сетевой организации за счет адаптации графика зарядки с учетом динамических запросов на снижение энергопотребления.
По итогам работы были выявлены основные особенности развития сети зарядных станций для коммерческого транспорта в Лондоне, построено несколько моделей для прогнозирования будущей потребности электромобилей в электроэнергии. В ходе анализа поездок Uber были сделаны первоначальные выводы относительно адекватности существующей инфраструктуры взимания платы, и была проведена работа по сравнению простоев электромобилей при предоставлении услуг (пробеги до зарядной станции и время зарядки) с пропускной способностью сети.
Бразильскими специалистами из центра устойчивой энергетики Фонда CERTI была представлена реализация системы энергоменеджмента (EMS), предназначенной для управления парками зарядки электромобилей при параллельной работе с возобновляемыми источниками энергии (доклад 1260).
В рамках работы была проработана структура парка зарядных станций (e-Park), обеспечивающих работу в режиме V2G. В зависимости от возможности размещения зарядного парка на различных участках сети были проработаны многочисленные режимы функционирования интеллектуальных контроллеров, обеспечивающих дозированный расход электроэнергии из сети, ограничивающих потребляемую мощность в пиковые часы и использующих емкости электромобилей для сглаживания пиковых нагрузок.
Об опыте создания крупного кластера зарядной инфраструктуры — дома мобильности — рассказали специалисты из Уппсальского университета (Швеция) (доклад 1442). Поскольку Уппсала является одним из районов с ограниченной пропускной способностью, особенно важно свести к минимуму потенциальное воздействие на сеть от интенсивной зарядки электромобилей.
Концепция дома мобильности заключается в том, чтобы сократить время использования автомобиля, сделав удобным передвижения по городу на велосипедах и автобусах, работающих на биогазе. А если автомобиль все же нужен, поощрять использование электромобилей. Основная цель дома мобильности — выступать в качестве транспортного узла в сочетании с коммерческими зарядными станциями для электромобилей, магазинами, местными службами и, возможно, жильем. В 2020 году в Уппсале открылся первый дом мобильности под названием «Dansmästaren».
Dansmästaren состоит из трех основных частей: гаража, 133 студенческих квартир и продуктового магазина. Гараж предлагает 460 парковочных мест, 60 из которых поддерживают зарядку электромобилей мощностью 22 кВт, фотоэлектрические панели и система хранения энергии на основе литий-ионных
аккумуляторов мощностью 60 кВт / 137 кВт·ч (BESS). Система управления энергопотреблением (EMS) находится в стадии разработки и будет использована для сбора данных и управления потоком энергии. Это позволит контролировать зарядку электромобилей таким образом, чтобы уменьшить их влияние на загрузку сети.
На Сессии 2 специалисты из корейской KEPCO продемонстрировали свои достижения по реализации пилотного проекта по интеграции электромобилей и электросетей (VGI) (доклад 1142).
Система управления VGI контролирует график зарядки или разрядки отдельных электромобилей в соответствии с первоначальными настройками заказчика, что обычно сводит к минимуму затраты на зарядку. Клиенты обычно устанавливают время отправления и целевой уровень заряда во время подключения с помощью приложения charge.
В ноябре 2020 года была запущена демонстрационная программа V1G smart managed charging для более чем 100 электромобилей парка электромобилей KEPCO и обычных клиентов. Как правило, от 10 до 20 клиентов участвуют в сеансах зарядки V1G каждый день в течение более 1 года.
Результаты исследований гармоник различного порядка при использовании зарядных станций были представлены учеными технического университета Дрездена (Германия) (доклад 1435).
В работе рассмотрены существующие рамки стандартизации для предельных значений гармонического излучения на основе устройств и установок как для потребления, так и для генерации. Рассчитаны предельные значения гармонических составляющих для одного устройства быстрой зарядки зарядной установки, состоящей из 12 быстрых зарядных устройств. Даны предложения по необходимым ограничениям использования устройств и поправкам, которые должны быть внесены в существующие стандарты, в том числе в МЭК 61000-3-12.
Испанскими экспертами были предложены решения по развертыванию комплекса устройств, которые могут использоваться для мониторинга сети в режиме реального времени, что поможет создать устойчивую сеть для адекватного реагирования на возрастающие нагрузки заряда электромобилей (доклад 1146). Электронные и электромеханические устройства управляются по шине Ethernet с помощью удаленного терминального устройства LV (или LV RTU) с использованием DLMS/COSEM по протоколу TCP/IP.
Концепция гибридной системы со вспомогательным хранилищем, которое используется в случае перерывов питания зарядных станций электромобилей, была предложена специалистами университета Брно Чешской Республики (доклад 1212). Возможности гибридной системы также расширены за счет использования в ее составе фотоэлектрических панелей.
Одной из целей проекта было также уменьшить негативное влияние массового развития электромобилей на распределительную сеть.
В конце 2020 года система была протестирована в ходе имитации реальной эксплуатации — была проверена стабильность автономной работы и отдельные переходы между режимами работы при переменной нагрузке отдельных зарядных станций. Результаты реализованного стресс-теста пилотной системы показывают, что выбранная концепция системы (зарядная станция с поддержкой накопления и ВИЭ с возможностью автономной работы) имеет потенциал для более широкого использования.
Интеллектуальный узел мощностью до 50 кВт для зарядки электромобилей был представлен специалистами из Бельгии (доклад 1409).
Трехпотоковый узел в основном работает в режиме переменного тока с питанием от сети (порт AC1), возможно также питание от аккумулятора (порт DC2), к порту DC3 подключается станция быстрой зарядки электромобилей. Такая конфигурация предназначена для зарядки электромобилей непосредственно от аккумулятора при поддержке сети для оптимальной скорости зарядки.
В условиях, когда электромобиль не подключен к зарядной станции, интеллектуальная система управления узлом позволяет заряжать аккумулятор от сети либо от установки ВИЭ. Также в отдельных ситуациях возможно поддержать работу небольшого участка сети на период устранения технологических нарушений.
О повышении эффективности зарядки электомобилей с применением различных устройств говорилось в совместном докладе специалистов из Греции и Испании (доклад 1368).
Слушателям был представлен проект FEVER (Flexible Energy Production, Demand and Storage-based Virtual Power Plants for Electricity Markets and Resilient DSO Operation) который реализует решения, использующие потенциал гибкости в производстве, потреблении и хранении электроэнергии для оптимального управления электросетями. Набор инструментов и сервисов, реализованных в проекте, предоставляет сетевым организациям возможность улучшить управление сетями.
Пилотный проект применения этой системы реализуется в компании Estabanell Distribució.
Участникам 3-й Сессии специалисты из Италии представили инновационные решения для обеспечения гибкости сети с помощью моделей энергетического рынка с участием всех возможных участников (электросетевые компании, клиенты, агрегаторы) на многих уровнях (доклад 1121).
Platone Open Framework разрабатывает архитектуру для тестирования и внедрения системы сбора данных, основанную на двухуровневом подходе (уровень доступа для клиентов и уровень наблюдения оператора распределительной системы), который позволит более активно привлекать заинтересованные стороны и обеспечит эффективное и интеллектуальное управление сетью. Инструменты, используемые для этой цели, основаны на платформах, способных получать данные из разных источников, таких как системы прогнозирования погоды или распределенные интеллектуальные устройства, разбросанные по всей городской территории. Эти платформы, взаимодействуя друг с другом и обмениваясь данными, позволят собирать и обрабатывать информацию, полезную для ТСО, клиентов и агрегаторов.
Platone продвигает новый подход к управлению системой. В частности, он состоит из комбинации инновационных функциональных возможностей, реализованных на полевых устройствах системы управления распределением (DMS) для сбора и сертификации данных заказчика, активации реагирования на спрос благодаря стандартному решению и технологиям Smart Grid, нацеленным на интеллектуальное и устойчивое взаимодействие между сетью и подключенными к ней нагрузками.
Итальянский пилотный проект Platone реализует в сотрудничестве с сетевыми организациями «сквозной» рынок гибкости, который позволяет массово вовлекать всех клиентов, подключенных к распределительной сети (как среднего, так и низкого напряжения), с помощью двойного уровня блокчейна и усовершенствованных технологий сетевого пользовательского интерфейса.
Различные модели работы сетей низкого напряжения, обеспечивающих электроснабжение домашних хозяйств, малых и средних предприятий с большой долей распределенных возобновляемых источников энергии, системами аккумулирования и тепловыми насосами были представлены учеными из Дармштадтского университета (Германия).
По результатам расчета авторов доклада 1148, годовой спрос на электроэнергию по сравнению с обычным энергопотреблением за счет широкого внедрения гибких решений (ВИЭ, системы аккумулирования, системы управления) может быть снижен до 42% в сельской местности, на 13% в пригородах и на 15% в городах. Для пиковых нагрузок потенциал снижения составляет до 35% в сельской местности, 51% в пригороде и 32% в городе.
О влиянии электронной мобильности на систему распределения электроэнергии говорили эксперты из Португалии (доклад 1219).
Стремясь изучить влияние электромобилей на свои электросети, компания E-REDES разработала модель оценки необходимых объемов инвестиций для повышения надежности сети в футуристическом сценарии 100% доли рынка электромобилей. В результате применения модели было выявлено, что около 20% существующих сетей E-REDES среднего и низкого напряжения потребуют усиления и модернизации для размещения электромобилей. При этом усиление сети составит лишь около 18% от общего объема инвестиций, необходимых в этом футуристическом сценарии. Большая часть инвестиций будет направлена на новые сетевые подключения к точкам зарядки электромобилей.
Также специалистами компании сделан вывод, что применение технологий интеллектуальной зарядки может существенно сократить инвестиции в реконструкцию сети (до 67% на основных и вторичных подстанциях и до 65% на линиях СН и НН). Общий объем инвестиций при этом может сократиться на 12%.
О тарифных решениях, стимулирующих снижение пикового энергопотребления в заданные часы, говорили специалисты из Швейцарии (доклад 1276).
Primeo Netz AG решила использовать сочетание ценовых стимулов и частичного прямого вмешательства путем введения добровольного тарифа на электронную мобильность для частных зарядных станций. Этот тариф предлагает более низкие цены на время использования сети для зарядных станций при условии, что выходная мощность может быть временно снижена до 50% в течение трех пиковых периодов дня (утро, полдень, вечер). Сокращение зарядной мощности должно быть динамичным, поскольку эта мера применяется только тогда, когда это требуется сети для улучшения управления нагрузкой и качества электроэнергии.
Ключевым преимуществом тарифов является удобство для пользователя. Вместо полного отключения нагрузки ее снижение позволяет пользователю заряжать электромобиль в любое удобное время. Более низкие цены вознаграждают конечного пользователя за оптимизацию сети, а не наказывают его за то, что он этого не сделал.
Бизнес-модель совместного использования зарядной структуры владельцами электромобилей предложили эксперты из Бельгии (доклад 1431).
Многие владельцы электромобилей установили у себя дома зарядные устройства для электромобилей, которые они используют для зарядки своих электромобилей, как правило, в нерабочее время (вечером и ночью, когда сетевой тариф низкий) и в выходные дни. Поскольку эти зарядные устройства доступны только для частного использования, они остаются неиспользуемыми в среднем от 16 до 18 часов в день (60–70% продолжительности).
Целью платформы WEcharge является снижение и равномерное распределение (увеличение коэффициента использования недоиспользуемых ресурсов) нагрузки на инфраструктуру зарядных станций для электромобилей путем привлечения зарядных станций, принадлежащих домовладельцам и частным компаниям, в основное русло с помощью бизнес-модели «зарядная станция как услуга».
Сервисы платформы представляют собой модель, основанную на подписке, которая включает в себя такие услуги, как предварительное бронирование зарядных станций, мониторинг заряда батареи электромобилей, ценообразование в режиме реального времени, прогнозирование цен и др.
Представленный компанией алгоритм подбора обеспечивает наиболее подходящую инфраструктуру зарядки, основанную на предпочтениях потребителей. В будущей работе предполагается расширить модели сопоставления, чтобы учитывать больше параметров в реальном времени и различные режимы взимания платы при предоставлении услуг сетевых организаций и частных лиц.
Большинство докладов, представленных на семинаре CIRED, основывались на результатах теоретических изысканий и пилотных проектов, реализованных в небольших масштабах. Однако ряд озвученных решений, безусловно, найдет свое дальнейшее развитие в промышленных масштабах уже в самом ближайшем будущем. Переход к использованию электротранспорта в Европе и других странах мира подстегивает реализация экологической политики, а также стремительно растущие цены на ископаемые виды топлива. С учетом этих тенденций распределительные электросетевые компании усиленными темпами ищут оптимальные и экономически эффективные способы интеграции зарядной инфраструктуры в сеть. 
