Едил Сарыев, эксперт по ВИЭ

За последние несколько лет в отрасли электроэнергетики наблюдаются значительные перемены по перенаправлению вектора генерации электрической энергии с традиционных источников на объекты возобновляемых источников энергии (далее - ВИЭ). Такого рода трансформации ставят серьезные вызовы перед специалистами по обеспечению устойчивости всей электроэнергетической системы и поиску эффективных методов прогнозирования производства энергии от объектов ВИЭ.

Для комплексного решения существующей проблемы необходимо рассматривать два основных направления:

1. Повышение эффективности и гибкости энергосистемы посредством строительства маневренной генерации.

2. Повышение качества прогнозирования выработки электрической энергии объектами ВИЭ.

В настоящее время АО «KEGOC» как оператор Единой электроэнергетической системы осуществляет фактическое балансирование производства/потребления электрической энергии. Учитывая дефицит маневренных источников электрической энергии на территории РК, возникающие дисбалансы покрываются в основном за счет перетоков из ЕЭС Российской Федерации и Кыргызской Республики, в связи с чем прослеживается необходимость строительства собственных маневренных мощностей на территории РК. При этом рост объектов ВИЭ можно рассматривать только как одну из причин потребности увеличения объема маневренных мощностей. Основным же фактором является необходимость увеличения надежности всей энергосистемы РК, в том числе при возникновении технологических нарушений на станциях, а также обеспечение возможности осуществления покупки балансирующей электроэнергии на электростанциях Казахстана, а не за его пределами.

Что касается повышения качества

Прогнозов по выработке электрической энергии объектами ВИЭ. Прогнозирование вырабатываемой энергии объектами ВИЭ показывает ожидаемый объем генерации энергии в определенный момент времени (годовой, месячный, суточный, часовой).

В частности, на доступность ветровой энергии в значительной степени влияют колебания метеорологических условий, в том числе сезонные изменения. Именно поэтому прогнозирование выработки энергии объектами ВИЭ, в отличие от традиционных электростанций, является крайне сложным процессом, зачастую характеризующимся множественными факторами неопределенности.

Выработка электроэнергии объектами ВИЭ изменчива. Так, величина энергии, вырабатываемой ветряной электростанцией, напрямую зависит от качества прогноза метеорологических данных на площадке ВЭС, что зачастую имеет непредсказуемый характер, учитывая климатические условия региона. Приведенный ниже график (рисунок 1) отражает работу ВЭС в посуточном разрезе в течение года, на котором генерация возрастает до уровня установленной мощности и снижения до 0 МВт.

В качестве примера прогнозирования выработки электрической энергии ниже предлагается рассмотреть работу классической ветровой электростанции мощностью 100 МВт, находящейся в Северной зоне РК (далее - ВЭС).

Прогноз по выработке электрической энергии ВЭС осуществляется различными методами: самостоятельно сотрудниками станции, с использованием данных по прогнозируемой скорости ветра из открытых источников, в сотрудничестве с заводом-производителем ветровых турбин, а также сведущими мировыми компаниями в сфере прогноза по выработке электрической энергии (рисунок 2).

Что характерно, прогнозные данные на аналогичные периоды, представляемые компаниями-верификаторами, тоже имеют существенные расхождения.

Качество эффективности прогнозов выработки электрической энергии на более долгосрочные периоды времени на порядок выше, чем краткосрочные (почасовые). К примеру, прогнозы на год, месяц и даже сутки достигаются с минимальными отклонениями. На графике ниже отражены данные по прогнозным и фактическим данным по выработке электрической энергии в помесячном/годовом разрезе.

При этом, рассматривая прогнозирование в почасовом разрезе, за период эксплуатации наблюдаются периоды с отклонением, близким к 0% (рисунок 4), так и отклонения, достигающие 1000% и более (рисунок 5).

Какие факторы способствуют этим обстоятельствам?

Ветровые турбины выходят на номинальный режим работы при определенной скорости ветра, как правило, при 11-12 м/с, соответственно, качество прогнозных данных будет улучшаться в период устойчивого ветреного периода, в частности для резко континентального климата в зимние и осенне-весенние фазы.

Основные сложности прогнозирования электрической энергии на территории РК, в сравнении, к примеру, с Европой, «усеянной» многочисленными объединенными в единую сеть метеорологическими мачтами, связаны с резко-континентальным климатом, с характерными значительными амплитудами суточных и сезонных температур воздуха, и недостаточностью развитости аппаратно-технического комплекса системы мониторинга и прогнозирования метеорологических условий. К примеру, в весенний и осенний периоды на территории ВЭС перепады по скорости ветра между ветроэнергетическими установками могут достигать 6 м/с и более. При этом наибольшее расстояние между турбинами не превышает 10 километров. Эти факторы способствуют колоссальным перепадам между фактическими и прогнозными данными в почасовом разрезе.

В целом, учитывая достаточно серьезную проблематику в сфере прогноза выработки электрической энергии объектами ВИЭ, резкий переход на балансирующий рынок электрической энергии ожидается весьма болезненным.

Для примера: игроки ВИЭ европейских стран, в том числе Испания, Дания, Великобритания и Германия, несколько лет назад перешли на предлагаемую (с 1 июля этого года в Казахстане) уполномоченным органом и системным оператором модель балансирующего рынка электроэнергии. Однако, в отличие от нашей страны, в Европе такой переход был обеспечен поэтапно, на основании тестового периода и с существенными отличиями.

Так, в период вечернего и утреннего максимума уровень тарифа от объектов ВИЭ достигает 0,35 евроцент/кВт*ч. Кроме того, объектам ВИЭ предоставляются налоговые и инвестиционные преференции, наравне с реализацией квот СО₂ по тарифам 60 евро/тонна в текущем периоде, с повышением до 170 евро/тонна к 2035 году4. Кроме того, установлены предельные возможные отклонения от прогнозных данных.

Из всего этого можно сделать вывод, что планируемый переход объектов ВИЭ на балансирующий рынок электрической энергии повлечет за собой ряд существенных проблем ввиду практически отсутствия возможности достичь высокой точности прогнозирования выработки электрической энергии объектами ВИЭ. Эти факторы окажут непосредственное влияние на снижение темпов развития ВИЭ, приведут к потере инвестиционной привлекательности в этом секторе ВИЭ, поскольку, распространяя БРЭ на проекты ВИЭ, имеющие действующие договоры с РФЦ, Минэнерго меняет правила по ходу игры. Кроме того, эта ситуация в целом нанесет огромный удар по репутации страны как надежного и стабильного места для инвестиций.

Предлагаемый уполномоченным органом и системным оператором ввод балансирующего рынка в режиме реального времени в большей степени вызван отсутствием достаточного объема маневренных мощностей, технологическими нарушениями на традиционных объектах генерации и в сетях энергопередающих организаций. Соответственно, допускается предположение, что решение ряда давно назревавших и имеющихся проблем в энергетической системе страны посредством введения балансирующего рынка электрической энергии перекладывается на «плечи» объектов ВИЭ.

Вместе с тем создание полностью объективных прогнозов в настоящее время не представляется возможным вследствие неопределенности будущего состояния атмосферы. Поэтому в рамках перехода Республики Казахстан на балансирующий рынок для объектов ВИЭ необходимо указывать вероятность выпускаемых прогнозов в терминах и допущениях, которые должны быть учтены системным оператором при составлении графиков нагрузки.

Для решения этой проблемы, с учетом опыта ведущих европейских стран, предлагается установить для объектов ВИЭ предельные суточные (не часовые) отклонения между плановыми и фактическими значениями выработки электрической энергии в допустимом диапазоне. Кроме того, такой допустимый диапазон должен быть установлен только по итогам опытно-тестового переходного периода (с учетом оценки успешности прогнозов и интенсивности/повторяемости синоптических циклов раз в три-пять лет) для обеспечения объектов ВИЭ необходимыми техническими, информационно-вычислительными комплексами.

В качестве итога отмечу, что в Казахстане необходимо создать благоприятные условия с понятными и справедливыми правилами игры для развития маневренных мощностей. В отношении сектора ВИЭ, во-первых, для новых проектов следует предусмотреть предельно допустимые отклонения фактических от прогнозных данных, определяемые по результатам тестового периода. В свою очередь, затраты на балансирование должны быть учтены при формировании аукционных цен на электрическую энергию. Во-вторых, балансирующий рынок электрической энергии не должен распространяться на действующие объекты ВИЭ, так как он значительно ухудшает их положение по сравнению с условиями, указанными в ранее заключенных с РФЦ договорах.