Сети, обеспечивающие достижение углеродной нейтральности

27 января представители журнала «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» приняли участие в видеоконференции: «Как создать сеть с нулевыми выбросами». Мероприятие проводилось в рамках 2-й Конференции Глобальной Платформы Ведущих распределительных электросетевых компаний, созданной по инициативе компаний «Россети» и Enel GI&N. Организаторами видеоконференции выступили Ассоциация Европейских операторов распределительных систем (E.DSO), Научно-исследовательский институт электроэнергетики (EPRI) и Союз электроэнергетики — Eurelectric (Eurelectric).

Модератором видеоконференции выступил Генеральный секретарь E.DSO Роберто Зангранди (Roberto Zangrandi), который поприветствовал более 130 участников со всего мира, присоединившихся к мероприятию, а также озвучил порядок докладов и основные правила проведения видеоконференции.

Первым ключевым спикером Конференции выступил директор по территориям, клиентам и Европе французской компании Enedis и председатель E.DSO Кристиан Бюхель (Christian Buchel). В своем докладе «Оценка европейских усилий по достижению лидерства в области интеллектуальных сетевых технологий» докладчик в первую очередь отметил изменяющиеся существенным образом условия работы энергетических компаний Европы и, в частности, стремительно растущие цены на природный газ. Подобные рыночные изменения дестабилизируют энергосистему, влияя не только на производство электроэнергии, но и на поведение потребителей, делая его менее предсказуемым для электросетевых организаций, задача которых — обеспечение устойчивости системы, надежности электроснабжения.

Со своей стороны, электросетевые компании реагируют на изменения энергорынка новыми тарифными решениями, которые не всегда приемлемы для потребителей. В конечном итоге и первоначальные ценовые изменения на энергоносители, и итоговые тарифные решения для конечных потребителей становятся предметом манипуляций и спекуляций со стороны политиков. В этих условиях необходимой задачей становится создание новых рыночных моделей, при которых появятся единые правила игры и возможности для ценового регулирования по всей цепочке: от производителей электроэнергии до конечных потребителей в распределительных сетях.

Также Кристиан Бюхель подчеркнул важную роль распределительных электросетевых компаний в решении задачи достижения углеродной нейтральности, поскольку именно сети связывают между собой и производителей, и потребителей электроэнергии, имеют в своем распоряжении необходимые инструменты прогнозирования и регулирования энергопотребления, в том числе обладают современными цифровыми технологиями, с помощью которых могут быть решены соответствующие задачи. Он отметил, что суммарно в ближайшие десять лет европейские компании будут вынуждены инвестировать порядка 400 млрд. евро в соответствующие проекты по развитию электросетевой инфраструктуры.

В этом направлении Кристиан Бюхель видит важной объединяющую роль организации E.DSO, в рамках которой электросетевые компании имеют возможность обмениваться необходимым опытом и решениями, важными для достижения целей углеродной нейтральности. В этом направлении важно установить определенные стандарты работы и компании, входящие в E.DSO, обладают соответствующими компетенциями для их разработки.

С докладом о возможностях обеспечения устойчивости сети при ее дальнейшем развитии выступил глава подразделения развития глобальной электросетевой инфраструктуры компании Enel Антонио Каммисекра (Antonio Cammisecra). Он отметил, что в последние годы многие крупные электросетевые компании, в том числе и распределительные, осознали важную роль движения в сторону декарбонизации и осознали свою ключевую роль в этом процессе. Также, по мнению докладчика, достижение необходимых целей углеродной нейтральности возможно только путем совместных усилий всех энергокомпаний. Вот почему роль организаций, объединяющих профессионалов и способствующих распространению прогрессивных технологий и решений, является неоспоримой.

Также Антонио Каммисекра поддержал мнение предыдущего докладчика о необходимости введения единых стандартов в области развития электроэнергетической и, в частности, электросетевой инфраструктуры. Эти стандарты должны учитывать не только новые технологии и технические решения, появившиеся за последние годы, благодаря движению в сторону декарбонизации, но и современные требования к обеспечению устойчивости системы.

Вновь инициируемые и реализуемые проекты по развитию сетей должны не только отталкиваться от сложившейся ситуации и краткосрочных требований потребителей, но и учитывать перспективу на горизонт планирования как минимум 10 лет, в идеале — на ключевые даты поставленных целей декарбонизации. В противном случае достижение этих целей в заявленные сроки будет поставлено под вопрос.

Не следует, по мнению Антонио Каммисекра, забывать и о промышленности, которая в свою очередь также является серьезным источником выбросов парниковых газов и в свою очередь производит продукцию, которая влияет на выбросы. Здесь в определенной степени также должна быть совместная работа энергокомпаний и крупных промышленных предприятий на общую цель — углеродная нейтральность. А для этого необходим поиск и совместное внедрение новых, чистых источников энергии, а также адекватное тарифное регулирование, нацеленное на соответствующую мотивацию всех участников этого процесса.

В панельной дискуссии, развернутой после вводных докладов, приняли участие Осей Икэда (Ohsei Ikeda), главный инженер, Tokyo Electric Power Grid; Ганеш Сринивасан (Ganesh Srinivasan), генеральный директор, Tata Power Delhi Distribution Limited; д-р Чанг-Хун Шин (Chang-Hoon Shin), руководитель лаборатории распределительных сетей, KEPCO; Ювэй Шан (Yuwei Shang), старший инженер и заместитель директора, Центр технологий распределения электроэнергии, Китайский научно-исследовательский институт электроэнергетики.

В своем докладе Осей Икеда отметил эффект снижения качества электроэнергии (нестабильное напряжение) вследствие включения в сеть большого числа фотоэлектрических установок. Перепады напряжения настолько велики, что это видно невооруженным глазом по лампам освещения, которые то вспыхивают, то начинают светить тускло. Этот эффект проявляется при большом объеме неконтролируемой реактивной энергии, генерируемой элементами в сеть.

Решением данной проблемы может стать как модификация фотоэлектрических элементов, направленная на сокращение выдаваемой в сеть реактивной мощности, так и установка в сетях устройств STATCOM, компенсирующих чрезмерные отклонения по реактивной мощности.

Ганеш Сринивасан рассказал собравшимся о целях компании Tata Power Delhi Distribution Limited по достижению углеродной нейтральности. Основная цель — достижение доли чистых энергоресурсов 60% к 2025 году и 80% к 2030 году. Кроме того, предполагается полный отказ от выбросов CO₂ к 2050 году и внедрение других экологически важных технологий по очистке воды и почв.

Определенные шаги в этом направлении уже сделаны. На сегодняшний день компания Tata Power Delhi Distribution Limited обслуживает более 1,8 млн. потребителей суммарной пиковой нагрузкой 2100 МВт. В сетях компании на сегодняшний день установлено более 250 тысяч интеллектуальных приборов учета, активно внедряется малая генерация на ВИЭ: суммарная мощность солнечных панелей в системе более 42 МВт, объем хранилищ электроэнергии превышает 10 МВт.

Однако, несмотря на усилия компании, все еще сохраняются различного рода барьеры, препятствующие более интенсивному внедрению «зеленых» технологий. Среди таких барьеров Ганеш Сринивасан отметил долгосрочный период работы существующих угольных электростанций, необходимость внедрения дополнительных инструментов регулирования напряжения и частоты в сети, решения задач выдачи мощности в ночное время, экономических вопросов высокой стоимости элементов ВИЭ и систем хранения, внедрения современных стандартов построения сетей и управления ими.

В направлении управления развитием электрической сети Tata Power-DDL активно реализует проект по популяризации электротранспорта. По мнению руководства компании, управление подобными изменениями позитивным образом скажется на будущих технологических процессах и подготовит персонал к соответствующим изменениям.

Доктор Чанг-Хун Шин представил участникам видеоконференции доклад о политике углеродной нейтральности, принятой в Южной Корее. Документ, принятый в сентябре 2021 года, устанавливает цели по сокращению выбросов на 40% к 2030 году и на 100% до 2050 года. По сравнению с другими странами это очень амбициозная задача, поскольку политикой задан фактический темп сокращения выбросов на 4,17% в год, тогда как в Европе это 1,98%, в США — 2,81%, в Японии — 3,56%. В этом процессе ожидается и высокая роль энергетического сектора — 45,5%.

Для достижения этих целей KEPCO развивает активную распределительную электрическую сеть, способную гибко работать с различными распределенными энергетическими ресурсами, адекватно реагировать на небалансы и иные различные нарушения нормальных режимов работы. Пошаговое достижение такого результата предполагает три основных этапа развития распределительных сетей:

• DSO 1.0 — ограниченная гибкость с поддержкой ручного регулирования;
• DSO 2.0 — повышенная гибкость обеспечивается через энегоменеджмент с применением распределенных энергетических ресурсов;
• DSO 3.0 — активное управление распределенными энергоресурсами на основе требований рынка.

На сегодняшний день в KEPCO завершается создание сети поколения 2.0 на острове Чеджу. В рамках проекта установлено 690 МВт ВИЭ, что составляет 16,2% от всего объема генерации. В период с 2022 по 2024 KEPCO планирует завершить проект с вовлечением в него производителей энергии и других ТСО. На этом пилотном проекте будут отработаны новые принципы регулирования, рыночных операций, продемонстрированы новые бизнес-модели и получены данные для разработки новых нормативных документов.

Ювэй Шан поделился с собравшимися мнением Центра технологий распределения электроэнергии относительно дальнейших направлений развития распределительных электрических сетей и вызовов, стоящих перед ТСО. Сделано это было на примере электросетевого комплекса ГЭК Китая.

Согласно этой концепции, распределительные электрические сети — центральная платформа для «зеленой» трансформации энергетики как в городской, так и в сельской местности. За годы своего развития электросетевой комплекс накопил самые современные технологии, направленные на повышение эффективности, запаса прочности, устойчивости и уровня клиентских сервисов. На сегодняшний день электрические сети способны интегрировать большое количество распределенных энергетических ресурсов, обеспечивая переход к Интернету энергоресурсов.

Докладчик отметил, что большое количество различных потребительских устройств, таких как распределенная генерация, зарядные станции, подключенных к сети, фундаментально меняют подходы к архитектуре распределительных электрических сетей, кратно повышая сложность управления. Развитие подобных распределенных ресурсов неизбежно. К примеру, к концу 2025 года ожидается, что общая установленная мощность фотоэлектрических элементов превысит 180 млн. кВт. Совершенно естественно, что в этих условиях электросетевым компаниям необходимо планировать развитие сетей с учетом подобных изменений, уделяя особое внимание рыночным изменениям. Также крайне важно для управления изменениями и достижения эффективности в самое кратчайшее время организовать систему связи между сетевыми организациями и потребителями для координации действий.

Также должна быть перестроена система эксплуатации и технического обслуживания объектов электросетевого комплекса. Традиционные подходы должны уступить место риск-ориентированному управлению и обслуживанию на основе оценки технического состояния оборудования.

В заключительной части видеоконференции выступила главный специалист по энергетическому моделированию, МЭА Лаура Коцци (Laura Cozzi).

По данным МЭА, в условиях обеспечения углеродной нейтральности к 2050 году, мировой рост потребности в электроэнергии будет практически трехкратным (с существующих 23 тыс. ТВт·ч до 60 тыс. ТВт·ч). Значительную долю этого энергопотребления (около 40%) будет составлять электротранспорт и производство водорода.

При этом эксперт отметила, что трансформация электроэнергетики в мире продвигается существенно более медленными темпами, чем это необходимо для достижения соответствующих целей. При общей ежегодной потребности в инвестициях в 2 трлн. долларов США существующие вложения составляют чуть более 1 трлн. долларов США. Ежегодные инвестиции в распределительные электрические сети должны составлять от 300 млрд. долларов в период с 2021 по 2030 годы и порядка 450 млрд. долларов в период с 2031 по 2050. Более половины соответствующих инвестиционных источников должно быть получено от внедрения новых рыночных механизмов и развития энергосберегающих технологий.

Электроэнергетика — системообразующая отрасль. К 2030 году в результате ее развития будет создано более 14 миллионов новых рабочих мест, появится более 16 миллионов новых потребителей. Разумеется, в результате вывода из эксплуатации угольных и мазутных электростанций часть рабочих мест будет потеряна (5 млн.), однако в целом МЭА дает позитивный прогноз.

Работа мировых экспертов в направлении развития сетей для достижения целей углеродной нейтральности продолжается. Журнал «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» будет следить за дискуссиями и информировать своих читателей обо всех ключевых решениях и изменениях.