Центральная Азия богата ресурсами возобновляемых источников энергии (ВИЭ), такими как солнечная и ветровая энергия. Например, в настоящее время в Казахстане имеется около 1200 МВт установленной мощности ВИЭ, и ожидается, что к 2025 году этот показатель удвоится.

В Узбекистане же пока нет электростанций, но его правительство определило приоритетность строительства электростанций мощностью 1000 МВт к 2023 году, а также мощностью около 5000 МВт и около 8000 МВт к 2025 и 2030 годам соответственно. Возобновляемые источники энергии в стране могут быть увеличены для сокращения выбросов парниковых газов (ПГ) в энергетическом секторе. Как показали недавние аукционы по ВИЭ в Узбекистане, стоимость солнечной и ветряной энергии также быстро снижается, и предлагаемая стоимость солнечной энергии составила около 1,8 цента США за кВт*ч, что ниже, чем стоимость за кВт*ч энергии на основе ископаемого топлива.

Кроме того, подсек­тор ВИЭ является основным для инве­стиции и развития. В настоящее время наблюдается рост иностран­ного и внутреннего интереса, а также доступного капитала для развития ВИЭ, вто время как правительства повыша­ют целевые показатели для создания и интеграции ВИЭ. Однако существуют препят­ствия для интеграции и гене­рирования высоких уровней ВИЭ из-за затрат на интегра­цию сетей и необходимости подготовки сетей для по­глощения ВИЭ. Что является очень позитивным трендом, за последние два десятиле­тия накоплен значительный объем международных знаний, опыта и решений для устранения этих препятствий. Хотя решения зависят от конкретной страны, методология моделирования и анализа является общей, а меры по смягчению последствий могут быть обобщены и применены на основе опыта прошлых лет.

Цель настоящей статьи состоит в том, чтобы предложить инструменты и методы наилучшей мировой практики для смягчения последствий интеграции и созда­ния высоких уровней ВИЭ на национальном и региональ­ном уровнях в Центральной Азии. В данной статье также будет рассмотрен вопрос о том, каким образом региональный рынок электроэнергии в Центральной Азии будет предоставлять устойчивое долгосрочное решение для развития большого объема воз­обновляемых источников энергии с переменным характером выра­ботки электроэнергии на нацио­нальном и региональном уровнях. В дополнение к снижению затрат на электроэнергию региональ­ный рынок поможет смягчить последствия развития возобнов­ляемых источников энергии за счет содействия региональной торговле маневренными генери­рующими мощностями. Имеющи­еся маневренные генерирующие мощности будут способствовать реализации инициатив отдельных стран Центральной Азии по без­опасной и надежной выработке больших объемов электроэнергии и переходу к экономике с низким уровнем выбросов, устойчивой к изменению климата и чистой энергии.

Как планы перестройки повлияют на работу региональной системы? Конкретные примеры

Как уже упоминалось ранее, эксплуатация электростанций на вторичном топливе оказывает влияние на национальные и региональные сети - это влияние как положительное, так и отрицательное. Предлагаем разделить на две категории воздействие подключенных ВИЭ элек­тростанций коммунального масштаба на систему передачи:

Технические и инфраструктурные затраты на смягчение этих последствий оплачиваются национальной энергетической системой и назы­ваются «затратами на интеграцию ВИЭ». Влия­ние развития ВИЭ можно проиллюстрировать, рассмотрев случай, когда большее количество возобновляемых источников энергии разраба­тывается в южном регионе страны. Поскольку южный регион испытывает дефицит электроэнергии и большое количество электроэнергии поступает в эту зону из северного региона, развитие ВИЭ на юге приведет к следующим последствиям.

1.    Влияние на региональную систему пере­дачи.

1.1. Пропускная способность является важным эксплуатационным параметром сети передачи и определяется пределом статической устойчивости энергосистемы. Системный оператор использует пропуск­ную способность для краткосрочного плани­рования, начиная с планирования на сутки вперед и заканчивая планированием в ре­альном времени. В случае Казахстана более высокие объемы сжигания на юге приведут как к снижению потребности в пропускной способности, так и к ограничению. Подроб­ное моделирование энергосистем должно быть выполнено для различных сценариев­, соответствующих временным срезам, которые представляют собой экстремальные условия на юге, такие как высокая выработка возобновляемой энергии и нагрузка. Такое моделирование энергосистемы позволит выяснить, является ли сокращение пределов пропускной способности больше, чем выра­ботка возобновляемой энергии на юге, что повлияет на региональный поток электроэнергии. В этом случае для смягчения по­следствий потребуются инвестиции, напри­мер на установку синхронных конденсаторов или последовательных реакторов.

1.2. Переходные процессы и устойчивость системы при малых возмущениях играют важную роль в периоды, когда внедрение ВИЭ близко к 50% средней нагрузки. По­скольку генераторы ВИЭ не обладают инер­цией, данное внедрение может привести к снижению инерции сети, что приведет к увеличению колебаний и меньшему затуханию колебаний. Детальное моделиро­вание энергосистем может быть выполнено для количественной оценки воздействия на Южно-Казахстанскую область и энер­госистему Центральной Азии (ЭСЦА). При значительном воздействии синхронные конденсаторы соответствующего размера или стабилизаторы энергосистемы могут смягчить воздействие.

1.2.1. Региональная энергосистема под­ключена через линии напряжением 500 киловольт (кВ), которые образуют контур от Восточного Казахстана до Кыргызстана, Таджикистана, Узбекистана и Южного Казахстана. Кроме того, Туркменистан и Афганистан соединены через сеть Узбеки­стана. Более интенсивное внедрение ВИЭ, например в Туркестанской и Жамбылской областях Южного Казахстана и центральной зоне Узбекистана, изменит поток электроэнергии в замкнутой системе и, следова­тельно, повлияет на региональный поток электроэнергии. В этом случае также может быть использовано подробное моделирова­ние энергосистем для оценки воздействия на потоки электроэнергии и системы защиты и разработки соответствующих мер по смяг­чению последствий.

2. Локализованное воздействие на переда­ющую и распределительную сеть Южного Казахстана.

2.1. Установки ВИЭ обычно расположе­ны далеко от центров нагрузки или в более слабых частях сети. Строительство элек­тростанций в данных слабых сетях требует укрепления сети вблизи электростанций путем строительства новых линий передачи и распределения и модернизации подстан­ций. Дополнительные меры включают, в частности, компенсацию реактивной мощности, увеличение тока короткого замыкания и модернизацию системы защиты.

3. Влияние на работу региональных систем.

Большое количество солнечной генерации в сети может вызвать циклы резких скачков из-за снижения солнечной генерации в вечернее время при одновременном увеличении нагрузки. Это называется феноменом duck curve. В этом случае по­требуется большая гибкая маневренность нагрузки, контролируемая диспетчером (LFC) от тепловых и гидрогенераторов для предотвращения резкого скачка и обеспече­ния баланса потребности и снабжения в каждый момент. Учитывая целевые пока­затели правительств Казахстана и Узбе­кистана в области солнечной энергетики, планирование на сутки вперед потребует увеличения запланированного экспорта электроэнергии во время пиковой выработ­ки солнечной энергии и импорта во время резких скачков.

Кроме того, тепловые и гидрогенераторы должны будут работать с меньшими коэффи­циентами мощности и обеспечивать резкие скачки и снижения и будут чаще запускаться и останавливаться.

3.1.1.    Крупномасштабная разработка ВИЭ с переменным характером выработки элек­троэнергии потребует больших объемов пер­вичной частотной характеристики (PFR, или резервов сдерживания частоты, FCR). Более интенсивное внедрение ВИЭ с переменным характером выработки электроэнергии при­ведет к высоким колебаниям генерации - от секунды до минуты (более высокие не прогнозируемые изменения и более высокие резкие скачки), что потребует более высокой PFR. В настоящее время PFR обеспечивается российским соединением. Учитывая ожидаемое увеличение PFR, региональным системным операторам, возможно, потре­буется объединить ресурсы, которые могут обеспечить PFR.

3.2. Требования к большему объему резерва регулирования (RR) и вторичных резервов мощности (FRR). Более интенсивное внедре­ние ВИЭ с переменным характером выра­ботки электроэнергии приведет к большим колебаниям при поминутной генерации (бо­лее высокие не прогнозируемые изменения, более высокие скачки и ошибка прогноза), что потребует более высоких RR. В настоящее время RRобеспечивается местными генера­торами и энергообъединением с Россией. Учитывая ожидаемую потребность в более высоком RR, региональным системным опе­раторам, возможно, потребуется объединить ресурсы для RR.

Все вышеперечисленные проблемные вопросы повышают стоимость внедрения ВИЭ-технологий. Как показывает опыт, при этом стоимость интеграции очень мала, и нет оснований пола­гать, что в Центральной Азии она будет иной.

ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ РЕГИОНАЛЬНОЙ ЭНЕР­ГОСИСТЕМЫ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИНТЕГРАЦИИ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ

Во времена СССР пять национальных систем передачи электроэнергии Казахстана, Кыргыз­стана, Таджикистана, Узбекистана и Туркмени­стана были взаимосвязаны и функционировали синхронно как единая система. Централизован­ная координация работы и планирование всех национальных систем были возложены на региональный диспетчерский центр, базирую­щийся в Ташкенте (Узбекистан), на который была возложена функция управления распределением нагрузки между электростанциями в регионе.

После распада Советского Союза страны Центральной Азии начали проводить политику автономности и энергетической независимости, что привело к нарушению обмена электроэнер­гией через государственные границы и резкому сокращению объемов торговли. Так, в 2003 году Туркменистан в одностороннем порядке принял решение отключить свою сеть от ЭСЦА и рабо­тать параллельно с Ираном в островном режиме. Позже, в декабре 2009 года, из-за разногласий с Таджикистаном Узбекистан объявил о своем выходе из региональной электросети.

В настоящее время ЭСЦА продолжает рабо­тать в синхронном режиме только с тремя наци­ональными взаимосвязанными энергетическими сетями, которые обмениваются электроэнергией на сезонной основе: Кыргызстан, Узбекистан и Казахстан. А также через Казахстан - с Единой энергетической системой России. Однако в настоящее время ожидается, что все страны вернутся к параллельному и скоординированному управлению своими сетями. Таджикистан и Узбекистан уже повторно подключили свои системы, работающие в островном режиме (асинхронная работа) в качестве первого шага к полной реинтеграции Таджикистана в ЭСЦА, которая согласно прогнозам будет осуществлена к 2022 году.

Синхронизированная, скоординированная работа всех национальных энергосистем повы­сит необходимую маневренность и будет иметь решающее значение для эффективной интегра­ции проектов по ВИЭ с переменным характером выработки электроэнергии в регионе.

ПОДДЕРЖКА USAID РЕГИОНАЛЬНОГО РЫНКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ АЗИИ (CAREM)

В 2018 году Агентство США по международному развитию (USAID) начало деятельность на Реги­ональном рынке электроэнергии Центральной Азии (CAREM) по оказанию технической помощи и наращиванию потенциала в странах Централь­ной Азии в их усилиях по созданию экономически жизнеспособного и устойчивого регионального рынка электроэнергии. Ожидается, что регио­нальный рынок повысит надежность электро­снабжения в Центральной Азии, принесет суще­ственные экономические выгоды каждой стране и будет способствовать экономическому росту за счет привлечения частных инвестиций в на­циональные энергетические секторы. Конкурен­тоспособный CAREM в конечном итоге послужит платформой для расширения энергетического рынка Центральной и Южной Азии, способствуя коммерческому обмену электроэнергией с Афганистаном и Пакистаном через инфраструк­туру передачи CASA-1000. Чтобы достичь данной цели, CAREM содействует эффективному исполь­зованию ресурсов региона для производства электроэнергии, что позволяет увеличить объем электроэнергии, которую страны могут прода­вать через государственные границы.

При содействии USAID CAREM сотрудничает со странами Центральной Азии в проведении многочисленных мероприятий, направленных на разработку правил, процедур и создание институтов, необходимых для формирования регионального рынка. Например, деятельность CAREM заключается в оценке текущих условий электроснабжения и возможностей региональ­ной сети передачи и всех объединений, а также их потенциала для обеспечения более крупных объемов трансграничных обменов электроэнер­гией. Цель исследования состоит в том, чтобы определить существующие физические и эксплуатационные ограничения и предложить странам меры по их устранению. Ожидается, что региональный рынок будет поддерживаться на­дежными высоковольтными соединениями между странами и модернизированными национальны­ми инфраструктурами передачи. Как только все национальные энергосистемы будут снова инте­грированы, их работа будет синхронизирована и позволит централизованно координироваться CDC-Energy. Это приведет к большим объемам трансграничных потоков электроэнергии и позволит энергосистемам совместно исполь­зовать операционные резервы и обеспечивать эффективную поддержку во время системных чрезвычайных ситуаций. В то же время интегри­рованная эксплуатация будет способствовать развитию и стимулировать крупномасштабное производство электроэнергии, а также окажет влияние на размещение солнечных и ветряных электростанций по всему региону.

ДОРОЖНАЯ КАРТА И ПЛАН ДЕЙСТВИЙ CAREM АГЕНТСТВА США ПО МЕЖДУНАРОДНОМУ РАЗ­ВИТИЮ (USAID)

USAID и CAREM тесно сотрудничали с централь­ноазиатскими партнерами в процессе разработ­ки Дорожной карты и Плана действий CAREM, которые предусматривают поэтапный подход к созданию регионального рынка электроэнер­гии. Для содействия внедрению CAREM страны Центральной Азии создали три группы экспертного уровня (РГ): техническая группа, группа по развитию рынка и нормативно-правовая группа. В координации с командой CAREM рабо­чие группы пересмотрели Дорожную карту и План действий, подробное руководство по вне­дрению регионального рынка электроэнергии. 20 октября 2020 года USAID провело совещание, на котором заместители министров энергетики Казахстана, Кыргызстана, Таджикистана и Узбекистана утвердили Дорожную карту и План действий. Модель и концепция CAREM предусматривают, что рынок будет реализован в четыре этапа, и большинство преимуществ данной реализации можно будет увидеть уже на двух начальных этапах. Для реализации начальных этапов требуется всего несколько региональных соглашений.

РЕГИОНАЛЬНЫЙ РЫНОКЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ - СТРАТЕГИЯ РЕАЛИЗАЦИИ

С тех пор как USAID запустило деятельность CAREM, команда работала над созданием рынка, следуя четырем параллельным направлениям работы. Данная стратегия направлена на максимизацию эффективности и отдачи от отдельных мероприятий, сосредоточив внимание на текущих проблемах расширения торговли электроэнергией в Центральной Азии: технические, правовые/нормативные, коммер­ческие и обучение персонала.

Посредством исследований и оценокCAREM работает над устранением препятствий, меша­ющих торговле электроэнергией в больших объ­емах, включая технические пробелы в правовых основах для установления коммерческих отно­шений, регулятивные барьеры, коммерческие проблемы (ценообразование), отсутствие четких процедур торговли и скоординированной рабо­ты системы передачи.

Команда CAREM также пересматривает национальную политику, законы, нормативные акты и правила эксплуатации для их гармони­зации. Входе пересмотра команда рекомендует внести необходимые поправки и дополнения, которые позволили бы осуществлять многосто­ронние трансграничные обмены энергией через региональную торговую платформу. Работая с партнерами, команда также разрабатывает коммерческие правила и положения, обеспечивающие соблюдение двусторонних контрактов и предоставление платежей.

Наконец, CAREM тесно сотрудничает со стра­нами-партнерами на региональном уровне, что­бы помочь преодолеть определенные барьеры и слабые места и создать необходимые условия для функционирования внутрирегиональной многосторонней платформы для торговли элек­троэнергией.

ВОЗМОЖНОСТИ CAREM ПО СОДЕЙСТВИЮ ИНТЕГРАЦИИ ВИЭ И СОКРАЩЕНИЮ ВЫБРОСОВ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ

Во всем мире национальные сети, в которых наблюдалась значительная интеграция ВИЭ, такие как Дания, Ирландия, Калифорния, Техас, Индия и Китай, в частности, должны были провести значительные преобразования для эффектив­ной и экономичной интеграции ВИЭ.

Расширение зоны балансировки

Одним из ключевых преобразований является увеличение зоны балансировки (BA). Зона ба­лансировки - это географические границы, в пределах которых спрос и предложение уравновешиваются системным оператором (балансирующим органом). Таким образом, рас­ширение зоны балансировки означает усиление координации между соседними балансирую­щими органами для обеспечения более эффек­тивного потока электроэнергии. Важно, чтобы в зоне балансировки с высокой интеграцией ВИЭ, в случае высокой генерации в одной зоне балансировки, она была ниже в другой зоне балансировки. Сотрудничество между зонами балансировки способствует повышению оперативной гибкости системных операторов и, таким образом, снижает влияние изменений и неопределенности генерации ВИЭ.

Во всем мире применялись три подхода для расширения сотрудничества в области зон балан­сировки, и они актуальны для Центральной Азии:

1.    Совместное использование резервов.

Более высокая степень интеграции ВИЭ требует более высоких объемов запасов и, следова­тельно, более высоких затрат на балансировку. Данные затраты могут быть снижены за счет объединения запасов по всем зонам баланси­ровки: для каждой зоны балансировки простым способом увеличения запасов без физического добавления новых запасов в собственную зону балансировки является получение доступа к пулу запасов в большей зоне балансировки. Учитывая распространенность гидроэнергетики в Таджикистане и Кыргызской Республике, эти страны могли бы объединить резервы и служить ключевыми поставщиками PFR, RR и LFC. Постав­ка запасов в региональную зону балансировки может принести этим странам бонусы, которые намного выше, чем предоставление соседу базо­вой генерации на двусторонней основе.

1.    Скоординированное планирование. Зоны балансировки могут координировать пла­нирование генерации в различные временные рамки (на сутки вперед, на час вперед

и в течение часа) для заполнения периодов недостаточной и избыточной подачи. На регио­нальном рынке электроэнергии более высокие цены могут быть снижены в узлах в периоды не­достаточного снабжения за счет использования локальных предельных цен и выбора состава работающего оборудования электростанций и экономичного распределения нагрузки для скоординированного регионального рынка.

2.    Консолидированная операция. Более интенсивная интеграция ВИЭ требует более динамичной сети и, следовательно, требует более динамичной сети и, следовательно, требует от системного оператора выполнения очень быстрых и хорошо скоординированных действий с генераторами (внутричасовые диспетчерские службы и вспомогательные службы в режиме реального времени). Данная проблема не может быть решена путем заключения статических двусторонних или многосторонних соглашений. Она требует выполнения консолидированных операций, аналогичных Европейской сети операторов систем передачи электроэнергии (ENTSO-E), которая представлена 42 оператора­ми систем передачи электроэнергии из 35 стран Европы.

     ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ИНТЕГРАЦИИ ВИЭ В РЕГИОНАЛЬНУЮ СЕТЬ Для оценки и смягчения воздействия ВИЭ на ре- гиональнуюэнергосистему необходимо провести различные исследования воздействия на систему для разработки устойчивых долгосрочных реше­ний. Основываясь на опыте передовой мировой практики, выделяют три основных типа исследо­ваний воздействия на систему.

1.    Исследование энергосистемы для оценки влияния ВИЭ на статическую и динамическую устойчивость. Результатом данного исследования является модернизация сетей передачи, включая линии передачи, подстанции, компенсацию реактивной мощности, системы защиты, а также управление активной и реактивной мощностью.

2.    Исследование выбора состава работаю­щего оборудования электростанций и эконо­мичного распределения нагрузки для оценки влияния ВИЭ на диспетчеризацию обычной гене­рации и ВИЭ. Оно также определяет влияние ВИЭ на себестоимость производства электроэнергии. Результатом исследования является модерниза­ция системных операций, включая ускоренную диспетчеризацию, рынки электроэнергии, про­гнозирование генерации ВИЭ, автоматическое управление генерацией, автоматизированные системы диспетчеризации и другое.

3.    Исследование требований к гибкости и запасам для оценки воздействия ВИЭ. Резуль­татом исследования является оценка потребно­сти в гибкой мощности (LFC, PFR, RR и др.) и рекомендации по модернизации существующих генераторов и установке новых генераторов для удовлетворения новых требований к гибкости и резерву.

Сводный обзор. Отдельные страны Центральной Азии, такие как Казахстан и Узбекистан, поставили амбициозные цели по увеличению доли возобновляемых источников энергии. Для достижения этих целей правительствам этих стран необходимо будет разработать различные технические решения для минимизации затрат на интеграцию переменной генерации. В данной статье представлены различные решения, основанные на принятой практике, для оценки и смягчения последствий переменной генера­ции ВИЭ на региональном уровне. Технические решения направлены на смягчение воздействия ВИЭ на сеть за счет модерни­зации системы передачи и функционирования системы, а также внедрения регионального рынка электроэнергии и зон баланси­ровки. Одним из самых дешевых решений является увеличение зон балансировки для охвата всего региона Центральной Азии, тем самым обеспечивая совместное использование резервов и координируя планирование и эксплуатацию. Как уже отмечалось, данные решения могут быть эффективно реализованы на функциональном и скоординированном региональном рынке электроэ­нергии.

В настоящее время CAREM, финансируемая USAID, оказывает поддержку правительствам стран Центральной Азии в разработке правил, процедур и институциональных механизмов для создания данного рынка и расширения внедрения и разви­тия возобновляемых источников энергии во всех странах Центральной Азии.