Тимур Шалабаев, исполнительный директор SPAQ

Важность развития систем накопления энергии для Казахстана

На сегодняшний день сложилась ситуация, когда технические воз­можности ЕЭС Казахстана не позволяют дальше развиваться воз­обновляемым источникам энергии ввиду дисбалансов, которые вносят объекты ВИЭ в систему с учетом дефицита маневренных мощ­ностей. Подтверждением этому являются низкие объемы для проектов ВИЭ, которые были выставлены на аукционные торги по отбору проек­тов ВИЭ последние два года. Так, к примеру, в 2020 году для реализации проектов солнечных электростанций было выделено55 МВт, которые были разбиты на три небольших лота: 15, 20 и 20 МВт. Для ветровых стан­ций на аукционы вынесены объемы в размере 65 МВт, разбитые на 15 и 50 МВт. Аукционы на 120 МВт установленных мощностей прошли в рамках двух тендеров на 20 и 100 МВт, причем последний аукцион признан несостоявшимся. Для БиоЭС были разыграны объемы в размере 10 МВт.

В Стратегическом плане развития Республики Казахстан до 2025 года зафиксирован показатель, согласно которому доля генерации электроэнергии ВИЭ должна составить 6%. Таким образом, для его достижения ВИЭ должны вырасти как минимум в два раза, если отталкиваться от по­казателя по итогам развития сектора в 2020 году. В связи с этим встает закономерный вопрос: каким образом мы собираемся достичь цели по достижению 6% 6%-ной доли генерации электроэнергии за счет ВИЭ к 2025 году?

Решение данного вызова требует активных мер, которые, с одной стороны, решали бы вопросы технических возможностей ЕЭС Казах­стана, а с другой - позволяли бы реализовывать проекты ВИЭ в рамках аукционных торгов. На текущий момент таким решением могла бы стать реализация проектов ВИЭ с накоплением энергии. Системы накопления энергии - быстроразвивающийся класс высокотехнологичных устройств, открывающих принци­пиально новые возможности для развития электроэнергетики. Они делают электрическую энергию запасаемой и портативной, снимая необходимость строгой одновре­менности процессов ее генерации и потре­бления, - то основополагающее ограниче­ние по обеспечению баланса мощности, которое выступило ключевым фактором формирования современной архитектуры действующих во всем мире энергосистем. Здесь мы попробуем разобраться с основ­ными процессами, которые происходят в мире в рамках развития ВИЭ с системами накопления энергии.

Системы накопления энергии в качестве маневренных мощностей

Седьмого декабря 2020 года Глава государ­ства подписал Закон Республики Казахстан «О внесении изменений и дополнений в некоторые законодательные акты Респу­блики Казахстан по вопросам поддержки использования возобновляемых источни- ковэнергии и электроэнергетики». При­нятые поправки впервые за многие годы обсуждений и дискуссий отразили нормы по развитию маневренных мощностей.

На сегодняшний день в республике профицит электрической мощности (3000 МВт) сопровождается дефицитом маневренных мощностей. Потребление электроэнергии в течение суток носит неравномерный характер, с повышением в вечерние часы и снижением ночью. Это, соответственно, требует оперативной переменной работы электрических станций. Очевидные дисба­лансы «по своей природе» вносят и станции ВИЭ. Развитие маневренных мощностей для привлечения их к регулированию дисба­лансов производства-потребления позволит перенаправить покупку части услуг по компенсации отклонений на электростанции Казахстана вместо использования российско­го регулирования.

Согласно принятым дополнениям в Закон приведена следующая дефиниция: «Генери­рующая установка с маневренным режимом генерации - генерирующая установка, рас­полагающая регулировочной электрической мощностью». Да, исходя из этого, система накопления энергии сама по себе не является маневренной мощностью, так как не генерирует электричество, однако вкупе с проектом, использующим технологию ВИЭ, к примеру ветрогенераторами или солнечными станция­ми, такое решение обладало бы необходимой возможностью для регулирования.

Еще в 2015 году Международное агентство по ВИЭ IRENA привело весьма любопытное сравнение систем накопления энергии с традиционной газотурбинной станцией. Так, согласно отчету, в контексте регулирования аккумуляторные батареи часто называют ресурсом быстрого реагирования. Время отклика может относиться к времени, которое требуется энергетическому ресурсу для первоначального ответа на сигнал полезно­сти, или к времени, которое требуется для достижения желаемого конечного состояния. В любом определении аккумуляторная батарея реагирует быстро. Это происхо­дит потому, что батарея хранения энергии может заряжаться и разряжаться энергией за секунды или меньше, быстрее и точнее, чем тепловые электростанции.

Система электроснабжения выигрывает в нескольких отношениях от быстрого и точного изменения мощности, обеспечива­емого аккумулятором. Батарея может быстро и точно компенсировать кратковременные отклонения мощности от переменных генера­торов возобновляемой энергии для поддер­жания частоты системы.

Аккумуляторная батарея предлагает все свои отрицательные и положительные мощности для регулирования, а также более высокую скорость линейного изменения вырабатываемой мощности, чем электро­станции на ископаемом топливе. Напротив, завод по сжиганию ископаемого топлива ограничен минимальным требованием к рабочему уровню, ниже которых будут стра­дать затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание.

Ресурсу аккумулятора требуется меньшая емкость, чем у генератора регулирования на ископаемом топливе, из-за его положи­тельных показателей регулирования. Это потому, что аккумуляторная батарея быстрее, более точна и способна обеспечить полную мощность для положительных и отрицательных диапазонов регулирования. Эти показатели позволяют чаще их использовать, чем генератор на ископаемом топливе для регулирования из-за растущих ограничений этих ресурсов.

Кроме того, услуги по регулированию на основе ископаемого топлива могут вызы­вать более высокие требования, потому что они медленнее реагируют на сигнал опера­тора. В этом случае они требуют повышенной и ненужной частоты резерва, чем ресурс, который может предоставить более точное регулирование.

Кроме того, батареи хранения энергии могут избавить от необходимости содержать турбины на ископаемом топливе в состоянии онлайн. Это позволяет избежать выброса парниковых газов от этих дополнительных станций традиционной генерации. В случае, если добавочное регулирование осущест­вляется на электростанциях на природном газе или дизельном топливе, а не на аккуму­ляторе, сравнительные выбросы могут быть значительными. Частота регулирования, обе­спечиваемая традиционными установками, также может ускорить износ оборудования из-за требований к изменениям вырабатыва­емой мощности частотного регулирования. Это увеличит затраты на обслуживание этих заводов и, следовательно, общую стоимость дополнительных услуг.

Понятно, что традиционное мышление государственных органов и системного оператора в целях реализации принятой на законодательном уровне нормы по развитию маневренных мощностей будет склоняться к традиционным путям решения задачи через развитие газотурбинных электростанций и крупных ГЭС, которые, кстати, также не являются ВИЭ.

Однако в данной ситуации необходимо взвешенное решение, основанное на точном сравнительном анализе различных сценари­ев и технологий, который, помимо экономи­ческих и технических аспектов, принимал бы также во внимание вопросы выбросов, охраны окружающей среды и взятых на себя Казахстаном обязательств по снижению вы­бросов парниковых газов и целей по достижению углеродной нейтральности.

Драйверы развития систем накопления энергии в мире

Согласно данным анализа развития систем накоплений РОСНАНО, основными драйвера­ми развития рынка и практики применения СНЭ в мире были - в порядке значимости - пять основных факторов.

• 1.Удешевление и массовое распространение генерации на основе ВИЭ, эффективное масштабное применение которой невозможно без СНЭ.

2.   Развитие и начало массового рас­пространения частного электрического транспорта.

3.   Массовое промышленное освоение литий-ионных АКБ, выступающих своего рода строительными блоками наиболее распространенных сегодня СНЭ, и резкое снижение их стоимости.

4.   Развитие и снижение стоимости силовой электроники, способной эффек­тивно преобразовывать ток из постоян­ного в переменный, и наоборот, а также развитие систем коммуникаций, позво­ляющих координировать и управлять значительным количеством объектов в энергосистеме.

5.   Рост потребности в пиковых гене­рирующих и сетевых мощностях (в том числе вследствие увеличения доли более неравномерного бытового потребления в совокупном балансе электропотребле­ния), приводящий к росту стоимости мощ­ности для потребителей и к снижению эффективности работы энергосистем.

Сегодня системы накопления электро­энергии сами выступают одним из основных драйверов развития мировой энергетики, ускоряя и облегчая ее цифровой пере­ход: развитие свободного энергообмена, р2р-рынковэнергии и мощности; примене­ние распределенных энергетических ресур­сов и их агрегаторов, управление спросом (Demand Response); рост доли ВИЭ в энерго­балансе, в том числе за счет распределенной и микрогенерации; развитие и массовое рас­пространение электромобилей, беспилотных летательных аппаратов и другого электриче­ского транспорта.

Зарубежные аналитические агентства также рассматривают СНЭ как компоненту новой энергетики и «умных» энергетических технологий, рынок которых расширяется в контексте роста инвестиций в новую энергетику: за последние десять лет объем мирового рынка СНЭ увеличился почти в три раза.

Типы технологий аккумулирования

Сегодня на рынке доступно множество различных аккумуляторов, и технические характеристики и производительность различаются в зависимости от технологии, производителя и поставщиков. Их время раз­ряда колеблется от одной секунды до суток, а емкость -от1 кВт до десятков МВт. Кроме того, в каждой технологии есть вариации в зависимости от уровня напряжения, желае­мой глубины разряда, требований к обслуживанию и нагрузке. Следовательно, не существует единой аккумуляторной техно­логии, которая бы обслуживала конкретное приложение, а, скорее, множество вариантов в зависимости от критериев решения.

Вместе с тем именно литий-ионные бата­реи хранения энергии представляют интерес для солнечных и ветровых станций по всему миру. Как группа, литий-ионные аккумуляторы обладают преимуществом высокой удельной энергии, а также высокой энергией и плот­ностью мощности по сравнению с другими аккумуляторными технологиями. Они также демонстрируют высокую скорость и высокую мощность разряда, отличную эффективность кругового хода, относительно длительный срок службы и низкую скорость саморазряда. Впервые представленные корпорацией Sony в начале 1990-х годов перезаряжаемые литий- ионные аккумуляторы быстро стали самой важной технологией для потребительской электроники.

Более того, технологии литий-ионных бата­рей становятся все более доступными. Соглас­но исследованию цен на аккумуляторы BNEF за 2019 год прогнозирует, что средняя цена на аккумуляторы для хранения энергии будет близка к $100/кВт*ч к 2023 году по сравнению с$156/кВт*ч в этом году. В целом наблюдается падение цен на 87% с 2010 года, когда цена кВт*ч в реальном выражении составляла около $1100.

На сегодняшний день совокупность факторов продолжает снижать затраты: новые конструкции упаковки, снижение производственных затрат, размер заказов, рост продаж аккумуляторных электромобилей и продолжающееся проникнове­ние катодов с высокой плотностью энергии.

Согласно прогнозам BNEF, к 2030 году рынок аккумуляторов будет стоить $116 млрд в год, и это не включает инвестиции в цепочку поставок.

Падение цен служит хорошим предзнаменованием для усилий по электрификации, особенно в сфере транспорта. По данным BNEF, к 2024 году цены на аккумуляторы энергии будут настолько низкими, что в некоторых регионах электромобили начнут достигать ценового паритета с обычны­ми автомобилями.

Падение цен и увеличение доли рынка идут рука об руку в анализе BNEF, который показывает, что совокупный спрос на аккумуляторные бата­реи достигнет 2 ТВт*ч в 2024 году.

«Генерить нельзя накопить»: где поставить запятую?

На сегодняшний день одной из основных задач ЕЭС Казахстана является решение проблемы с балансированием. В целом эта проблема техни­чески не дает возможности дальше развивать возобновляемую энергетику. Как видится, для ВИЭ потенциальным решением было бы, помимо стро­ительства генерирующих мощностей с маневрен­ным режимом генерации, реализация проектов с системами накопления энергии. Безусловно, существуют и другие инструменты регулирования, к примеру, такие как управление спросом (demand response), которые позволяют разгрузить систему в пиковые нагрузки. Но пока все возможные реше­ния -либо на бумаге, либо в режиме обсуждений и горячих дискуссий, либо в чаяниях игроков рынка ВИЭ.

Именно сегодня появляется осознание того, что наступило время действий! Как сказал Прези­дент РК К. К. Токаев в Послании народу Казахстана в 2020 году: «Конкурентоспособность будущих государств-лидеров зарождается именно в эпоху кризисов и фундаментальных изменений... Вызо­вы времени заставляют нас постоянно развивать­ся, совершенствоваться, становиться сильнее».

С точки зрения текущего состояния выработ­ки электроэнергии на основе ВИЭ в Казахстане, каждый вправе выбрать, куда поставить запятую в названии этого материала. Все-таки хочется, чтобы была возможность и дальнейшей реализа­ции проектов ВИЭ, и развития систем накопления энергии.

Вместо заключения остановимся на наиболее значимых барьерах для развития систем накопле­ния, которые выделяются экспертами и в настоящее время препятствуют старту рынка и на преодоление которых должна быть направлена политика государства и бизнеса в этой области.

1. Отсутствие референтной и достаточно известной успешной практики применения систем накопления энергии (даже на уровне единичных примеров), из-за которого такие системы вызывают обоснованные сомнения и видятся рискованным технологическим решением.

2. Недоверие потенциальных потребителей к стоимостным и техническим характеристикам систем накопления, в том числе заявляемым за­рубежными производителями; в силу новизны недоверие куровню ее готовности, к реальным стоимости и ресурсу работы.

3.   Сложность демонстрации эффективности применения систем накопления энергии в ограниченных по масштабам проектах на уровне отдельных домохозяйств или предпри­ятий, проявление экономического эффекта только в результате реализации комплексных проектов на уровне районов или промышлен­ной площадки.

4. Несовершенство действующего норма­тивно-правового и нормативно-технического регулирования электроэнергетики в части его неадаптированности к применению систем накопления энергии, особенно на базе современных технологий.