Несмотря на успехи во внедрении ВИЭ в ЕЭС РК, ряд вопросов, связанных с интеграцией ВИЭ, все еще предстоит решить.

К факторам, сдерживающим развитие ВИЭ, следует отнести острый недостаток балансирующих мощностей, ограниченность пропускной способности электрических сетей, в том числе из-за их большой протяженности, а также значительную потребность в тепловой энергии, превышающую потребление электроэнергии.

В то же время необходимо дальнейшее совершенствование законодательства, направленное на снижение инвестиционных рисков, привлечение эффективных источников энергии в энергобаланс, в том числе за счет развития микрогенерации, которая может стать важным источником надежного и доступного энергоснабжения уже в обозримом будущем.

КЛЮЧЕВЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ВЫЗОВЫ

Недостаток маневренной генерации (балансирующих мощностей)

На сегодня основным ограничением, сдерживающим дальнейшее развитие ВИЭ, и крупнейшим вызовом перед энергетическим сектором в целом является ограниченность доступных балансирующих мощностей в Казахстане.

В Казахстане, как и во многих других странах, невозможно не только полностью отказаться от традиционной энергетики в пользу ВИЭ, но и обеспечить внедрение ВИЭ на уровне европейских стран, например, Дании, потому что это вопрос энергобезопасности. В Казахстане ВИЭ нуждаются в резервировании за счет собственных маневренных мощностей, так как извне эти мощности недоступны в необходимом для динамично развивающихся ВИЭ объеме. К примеру, в той же Дании развитие ВИЭ идет быстрыми темпами, причем происходит энергозамещение традиционных источников на ВИЭ. На это есть несколько причин: высокие тарифы, активное поведение потребителей и своевременное внедрение технологий поддержания надежности функционирования энергосистемы. Важным фактором, помимо достаточных собственных маневренных резервов, является что, что Дания имеет 100%-ный резерв пропускной способности с энергосистемами соседних стран, что позволяет ей балансироваться за счет межгосударственных перетоков от соседних стран: Норвегии, Швеции и других. Для таких целей страны ЕС имеют сильные межгосударственные энергетические и экономические связи, способные обеспечить переток мощности, сопоставимый с мощностью энергосистемы Дании. Такой механизм их взаимодействия на наднациональном уровне закреплен в соответствующих директивах ЕС, которые обязательны к исполнению, что дает определенную гарантию энергобезопасности таким странам, как Дания. В этих условиях, к примеру, Дания может рассчитывать на поставку из соседних европейских стран всего необходимого объема мощностей. Для Испании это уже будет более сложная задача, так как электрические связи энергосистемы с Францией слабее. Сравнивая эти факторы с потребляемой мощностью энергосистемы Казахстана, следует отметить, что возможности его обменной мощности на границе с соседними государствами лимитированы. Также отсутствие унифицированного рынка балансирующей электроэнергии в энергосистемах Центральной Азии сдерживает дополнительные возможности для поддержания баланса.

Существующие возможности генерации РК по работе в переменном графике являются недостаточными для удовлетворения профиля потребления мощности потребителей. При текущей технологии организации регулирования частоты в синхронной зоне недостаток и избыток генерации относительно потребления приводят к перетокам мощности на границе с ЕЭС России.

Согласно текущему балансу мощности и возможностей генерации, на сегодня в Казахстане формально профицит мощностей составляет несколько ГВт. Однако, учитывая плановые и аварийные ремонты на электростанциях, недоступную мощность по причине недостатка топлива, износ оборудования, ограничения, накладываемые со стороны водохозяйственной деятельности и прочих в периоды максимума потребления мощности в энергосистеме РК, этот резерв недоступен и систематически приводит к отклонениям на границе с энергосистемой РФ, достигающим 1000 МВт и более.

В Казахстане ВИЭ нуждаются в резервировании за счет маневренных мощностей, так как возможности покрытия дисбалансов за счет межгосударственных обменов мощности практически исчерпаны. При допустимом отклонении мощности на границе РК и РФ, равном ±150 МВт, отклонения достигают ±1000^1500 МВт, то есть превышают в 10 раз и часто являются близкими к максимуму возможностей для балансирования со стороны России.

В Казахстане нужно развивать маневренные мощности, поскольку угольная генерация, составляющая основу его генерирую­щих мощностей, не является достаточно гибкой, что сказывается на маневренности энергосистемы Казахстана.

Интегрировать ВИЭ в энергосистему страны с каждым годом становится труднее, потому что объемы выработки ВИЭ растут, а сама выработка остается нестабильной. Эту проблему можно решить либо с помощью создания дополнительной маневренной генерации, либо более дорогим, но быстрым способом - за счет внедрения накопителей электроэнергии. Оба этих решения требуют определенных инвестиций, увеличивая срок окупаемости проектов ВИЭ.

Также среди возможных решений дефицита маневренных мощностей дополнительно можно отметить следующие варианты:

•             эффективное использование существующих ГЭС, включая строительство контррегуляторов на действующих гидроэлектростанциях, что позволит высвободить «запертую» маневренную мощность;

•             стимулирование потребителей к активности на рынке электроэнергии за счет развития инструментов по управлению спросом, восстановления дифференцированных тарифов, стимулирования мер по энергосбережению.

Препятствием для развития газовых электростанций является загруженность газотранспортной инфраструктуры, учитывая, что основные источники газа находятся на западе страны, в то время как основный дефицит электроэнергии ощущается на юге. К тому же спрос на газ превышает возможности по его поставкам.

До недавнего времени не было достаточных рыночных сигналов для субъектов рынка электроэнергии (электростанций и потребителей), которые бы привлекли их к участию в регулировании нагрузки в энергосистеме. Однако рыночный механизм, предусмотренный на балансирующем рынке электроэнергии (БРЭ), позволяет стимулировать потенциал регулирования существующих электростанций и потребителей электроэнергии, что должно создать условия для оптимизации строительства определенного объема новых маневренных электростанций.

Аккумуляция энергии ВИЭ подразумевает установку накопителей энергии. Ряд проектов ВИЭ уже предусматривает установку систем накопления. Решение вопроса балансирующих мощностей с помощью накопления энергии становится более привлекательным, принимая во внимание тренд на удешевление стоимости и увеличение сроков эксплуатации батарей.

Развитие гидроэлектроэнергии также выглядит привлекательно, ведь гидроэлектростанции обладают высокой маневренностью и имеют низкие операционные расходы. Кроме того, гидроэнергетика наносит минимальный вред экологии и не имеет вредных выбросов. Однако на данный момент в Казахстане нет ни одного крупного проекта в этой области. Основными препятствиями на пути развития гидроэнергетики в Казахстане являются высокие капитальные вложения, необходимость отчуждения плодородных земель и географическая удаленность потенциальных площадок размещения ГЭС. В этом вопросе необходимо провести совместную работу как Министерству энергетики РК, так и Министерству экологии и природных ресурсов РК для понимания потенциала с точки зрения размещения, наличия линий, а также экологической составляющей (оказание потенциального вреда фауне рек и прибрежных территорий).

Еще одно перспективное направление - вовлечение потребителей в процесс балансирования. Управление спросом и ценозависимое потребление определенно дешевле, чем строительство маневренных станций. И самое главное, такой подход вовлечет потребителя в процесс, поспособствует повышению его энергетической осознанности, поскольку в данном случае он будет иметь возможность быть участником рынка системных услуг.

Когда вопрос резервирования электроэнергии будет решен, когда установится справедливая цена на рынке электроэнергии для всех источников энергии, тогда можно будет говорить о том, что ветровые и солнечные станции смогут конкурировать с традиционными источниками. Сейчас такой тренд наблюдается во всем мире, так как внедрение ВИЭ - это не только экологически правильно, но и экономически выгодно.

Развитие гидроэлектроэнергии также выглядит привлекательно, ведь гидроэлектростанции обладают высокой маневренностью и имеют низкие операционные расходы. Кроме того, гидроэнергетика при соответствующем проектировании наносит минимальный вред экологии и не имеет вредных выбросов. Основными препятствиями на пути развития гидроэнергетики в Казахстане являются высокие капитальные вложения, необходимость отчуждения плодородных земель и географическая удаленность потенциальных площадок размещения ГЭС. Для эффективного использования гидропотенциала страны необходим системный подход в планировании развития гидроэнергетики со стороны правительства. Это позволит максимизиро-вать мощности ГЭС при минимальных затратах.

Управление спросом и ценозависимое потребление - ещеодно перспективное направление, которое определенно дешевле строительства маневренных станций. Такой подход вовлечет потребителя в процесс, будет способствовать повышению его энергетической осознанности, поскольку в данном случае у него появится возможность быть участником рынка электроэнергии.

Наличие развитого рынка вспомогательных услуг с рыночным ценообразованием позволяет обеспечить достаточными объемами балансирующих мощностей независимо от природы источника гибкости, что, в свою очередь, будет способствовать установлению справедливых цен на энергетическом рынке, при условии профицита электроэнергии. При наличии работающего рынка балансирования с достаточными маневренными резервами традиционные электростанции и ВИЭ будут конкурировать в более одинаковых условиях.

Неудовлетворительное состояние традиционной генерации

По данным Комитета по атомному и энергетическому надзору и контролю Министерства энергетики Республики Казахстан, в ЕЭС Казахстана наблюдается высокий износ генерирующего оборудования. Парковый ресурс значительного количества работающего оборудования превышен. На рисунках ниже представлена информация о наработке котлоагрегатов, паро-турбинного оборудования, гидроагрегатов и газотурбинного оборудования.

Необходимость развития электроэнергетической сети

Для того чтобы возобновляемая энергетика в Казахстане эффективно развивалась, необходима развитая инфраструктура - это не только наличие маневренных электростанций, но и развитые электрические сети с высокой пропускной способностью.

Одна из особенностей энергосистемы Казахстана - неравномерное распределение узлов генерации и потребления.

Основная часть генерации расположена в Северной зоне, в то время как густонаселенные южные регионы республики демонстрируют наиболее динамичные показатели роста потребления на уровне 5% в год. В настоящее время Южная зона энергодефицитна примерно на 2000 МВт, и, согласно прогнозному балансу, этот дефицит будет сохраняться в последующие годы.

Следующей особенностью электрической сети энергосистемы Казахстана является то, что она не охватывает значительные малонаселенные территории республики, что ограничивает доступность подключения станций ВИЭ к НЭС. На диаграмме ниже представлены карты солнечных и ветровых ресурсов на территории Казахстана. При сравнении данных карт со схемой электрических сетей Казахстана можно заметить, что значительная часть потенциальных мест размещения ВИЭ имеет ограниченный доступ к магистральной сети. Строительство ВИЭ в этих локациях потребует дополнительных затрат на сетевое строительство и подключение.

Проблемы с устойчивостью параллельной работы

Дефицит Южной зоны покрывается в основном поставками энергии из энергоизбыточной Северной зоны по протяженному транзиту 500-220 кВ Север - Восток - Юг. Вследствие этого основные проблемы с устойчивостью в ЕЭС Казахстана наблюдаются на транзите, соединяющем Северную и Южную зоны. Непостоянный характер генерации ВИЭ подразумевает постоянную потребность в балансировании. Учитывая, что балансирующие мощности расположены в основном в Северной зоне, возникающие небалансы Южной зоны накладываются на переток мощности по транзиту Север - Восток - Юг. Следует отметить, что в настоящее время пропускная способность этого коридора практически исчерпана.

Вопросы влияния ввода ВИЭ на устойчивость транзита

Север - Юг были рассмотрены специалистами в исследовании в 2018 году. В проведенном исследовании рассмотрен сценарий потери части генерации ВИЭ в Южной зоне, вызывающей наброс мощности на транзит Север - Юг. При уровне потребления 2021 года пропускная способность транзита Север - Юг позволяла резервировать возможные потери генерации в Южной зоне за счет перетока из Северной зоны.

При сохранении ежегодного роста потребления в Южной зоне на уровне 5% запланированный рост доли ВИЭ не способен покрыть дефицит. В то же время увеличивающаяся доля ВИЭ приводит к увеличению возможных набросов мощности на сечение.

Учитывая значительную долю ВИЭ, особенно на юге РК, проблемы с устойчивостью становятся еще более актуальными, принимая во внимание снижение инерции системы. Уже сейчас требуется актуализация нормативных правовых актов РК, регламентирующих требования к надежности ЕЭС. Они должны учитывать мероприятия для предотвращения недопустимых состояний энергосистемы, в которых надежное функционирование Единой электроэнергетической системы не обеспечивается при нормативных нештатных ситуациях.