BESS играют решающую роль в повышении энергетической безопасности. Такие системы поддерживают стабильность и устойчивость электросетей, предлагают способ обеспечить резервное питание для домов, предприятий (включая больницы и другую критически важную инфраструктуру). Батареи также могут обеспечивать критически важное обслуживание в случае чрезвычайных ситуаций, вызванных экстремальными погодными условиями или другими сбоями.

Мировой рынок аккумуляторных батарей в 2023 году удвоился, достигнув более 90 ГВт·ч и увеличив объем используемых аккумуляторных батарей до более 190 ГВт·ч. Наибольший рост продаж аккумуляторов приходится на системы промышленного масштаба, а на аккумуляторные батареи, расположенные «за счетчиком» (behind-the-meter), приходится 35% годового прироста в 2023 году. Автономные аккумуляторные батареи в настоящее время находятся в гораздо меньших объемах.

BESS всех размеров хорошо подходят для обеспечения краткосрочной гибкости — перемещения энергии в течение секунд, минут или нескольких часов, но могут предоставить более широкий спектр услуг для обеспечения работоспособности системы. К ним относятся вспомогательные и резервные услуги, обеспечение адекватности системы и управление перегрузками в системах передачи и распределения. Финансовые стимулы, включая налоговые льготы и гранты, а также требования по сочетанию хранения с новыми солнечными или ветроэнергетическими проектами также стимулируют внедрение этих систем.

Выгодно ли использовать батареи, зависит от индивидуальных ситуаций и частных случаев. Ответ может варьироваться от региона к региону, в зависимости от особенностей электроэнергетической системы и нормативно-правовой базы. Объединение разных рыночных механизмов за счет одновременного предоставления нескольких услуг может повысить экономическую привлекательность BESS, но это и усложняет бизнес-кейс.

СИСТЕМЫ ХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ BESS ПРОМЫШЛЕННОГО МАСШТАБА

Применение BESS в промышленном масштабе особенно важно в энергосистемах с высокой долей ВИЭ. Такие системы имеют возможность хранения энергии от одного до восьми часов и могут обеспечить пиковую мощность: их можно заряжать в непиковые часы с низким спросом на электроэнергию, например, во время пиковой выработки солнечной фотоэлектрической энергии в течение дня. Разряжаются такие системы, когда спрос на электроэнергию в пиковые часы высок, например, вечером, когда солнечные фотоэлектрические системы не производят электроэнергию.

На конкурентных рынках электроэнергии аккумуляторные батареи могут монетизировать свой потенциал, участвуя в энергетическом арбитраже, используя преимущества, когда распределение тарифов на оптовых рынках электроэнергии происходит за счет зарядки BESS при низкой цене и разрядки в часы, когда она выше.

Благодаря мгновенному реагированию аккумуляторы также являются идеальными поставщиками вспомогательных услуг в электросетях, таких как регулирование частоты, поддержка напряжения и управление резервами. Кроме того, их возможности «запуска с нуля» (blackstart) могут восстановить обслуживание после сбоев в системе.

 Во многих европейских странах, особенно в Германии, Швеции, Великобритании, системы BESS уже стали ключевыми поставщиками услуг по поддержке частоты и резервов, чему способствовали реформы, которые позволили BESS получить доступ к рынкам для оказания этой услуги. В системах с растущей долей переменных возобновляемых источников энергии и снижением синхронной генерации, поскольку традиционные тепловые электростанции выводятся из эксплуатации, увеличивается потребность в инерционной мощности и мощности короткого замыкания (short-circuit power), которыми обладают батареи, оснащенные сетообразующими инверторами. Однако необходимо учитывать, что не все сетообразующие инверторы обеспечивают ток короткого замыкания.

Предоставление вспомогательных услуг появилось в последние годы как важный источник дохода от аккумуляторных батарей на нескольких рынках по всему миру. Ежегодно он обеспечивает более 15% развертываний новых проектов, особенно для аккумуляторов с продолжительностью хранения в два часа.

Обеспечение достаточной мощности для поддержки адекватности системы также является все более растущим применением аккумуляторных батарей хранения. Там, где это позволяет регулирование, участие в рынках мощности дает возможность владельцам BESS инвестировать в доходы в долгосрочной перспективе.

Кроме того, батареи могут помочь снизить перегрузку сети, сохраняя избыточную электроэнергию, вырабатываемую возобновляемыми источниками энергии в периоды высокого производства, что снижает затраты на ограничения выработки (curtailment) и интеграцию в энергосистему.

При использовании для управления нагрузками батареи сводят к минимуму потребность в передаче или инвестициях в распределительную сеть. Это основное применение так называемых сетевых усилителей (grid boosters) в Германии, которые представляют собой аккумуляторы промышленного масштаба, развернутые для устранения узких мест в системе передачи электрической энергии. Таким образом, они служат для снижения потребности в дополнительных инвестициях для укрепления определенных линий.

Ниже представлены различные примеры использования BESS в энергосистемах.

Регуляторная среда и технические характеристики сетей являются ключевыми факторами, определяющими использование BESS. Во многих юрисдикциях с рыночными механизмами в электроэнергетических системах, включая Европейский союз, требования законодательства налагают строгие ограничения на владение и эксплуатацию систем хранения энергии операторами систем передачи и распределения (за исключением отдельных пилотных проектов, таких как grid boosters), поэтому любые услуги по управлению нагрузками должны быть заключены по контракту с третьими сторонами.

В Великобритании недавно были созданы рынки гибкости систем распределения, основанные на открытых публичных тендерах, в которых затраты и выгоды от гибких решений, предоставляемых третьими сторонами, сравниваются со стоимостью усиления сетей: в 2022–2023 годах — более 30% заключенных контрактов, или почти 600 МВт аккумулирующих мощностей. Во Франции операторы системы передачи и отдельные операторы системы распределения недавно запустили местные тендеры на гибкость (маневренность), открытые для проектов по системам хранения энергии. В Калифорнии и штате Нью-Йорк операторы распределительных систем все чаще используют системы хранения энергии, которые находятся в совместной собственности или приобретены у третьих лиц по договорам купли-продажи электроэнергии (PPA-контракты) с целью уменьшения нагрузок в сети, тем самым избегая или откладывая дорогостоящие инвестиции в их усиление.

 Микросети — еще одно применение BESS промышленного масштаба. В Австралии и некоторых штатах США, например, регулирующие органы ввели специальные меры и программы, стимулирующие развитие микросетей, часто основанных на использовании систем хранения энергии, чтобы увеличить устойчивость критически важных объектов, таких как больницы, или крупных промышленных потребителей, а также услуг для сообществ с низким уровнем дохода.

Микросети повышают устойчивость системы, предоставляя системным операторам возможность отключения от основной сети посредством «адаптивного изолирования» в случае серьезных сбоев и поддержания энергоснабжения, несмотря на потерю основного источника энергии.

Некоторые аккумуляторные технологии также могут использоваться для многодневного хранения энергии и более длительных периодов пикового спроса или компенсации эпизодов низкого уровня выработки возобновляемых источников энергии. Примером является строящийся проект железо-воздушной батареи длительного действия на 100 часов в Калифорнии, первый в своем роде, который будет работать в рамках программы обеспечения достаточности ресурсов штата. Однако то, как в настоящее время устроены энергетические рынки, означает, что большинство сетевых услуг сосредоточены при кратковременном хранении. Например, существующие в США требования к продолжительности рынка оперативных резервов (менее одного часа) и мощности (четыре часа) привели к формированию условий по времени работы большинства установленных систем хранения энергии на четыре часа или меньше.

Исторически сложилось так, что BESS промышленного масштаба в основном использовались для регулирования частоты или перемещения времени спроса на энергию. С увеличением количества энергии, вырабатываемой переменными возобновляемыми источниками энергии, и из-за небольшого размера рынков вспомогательных услуг функция по перемещению времени спроса на электрическую энергию стала основной функцией систем хранения энергии. На ее долю в 2023 году приходилось около 85% установленной мощности BESS.

Например, в Германии обеспечение поддержки частоты было основным стимулом для развертывания BESS в промышленном масштабе, но появление новых рыночных механизмов открыло дополнительные возможности для их развития. К ним относятся организация инновационных тендеров генерации ВИЭ с системами хранения энергии, использование BESS для регулирования передачи электрической энергии (усилители сети, grid boosters) и оптимизация энергопотребления на промышленных объектах.

Если нормативная база позволяет объединять возможности различного использования BESS и применять различные рыночные механизмы, то это даст возможность улучшить экономику проектов BESS и избежать ограниченности единичных долгосрочных контрактов (PPA-контракты). Однако для достижения этого требуется более сложная система управления энергосистемой. В то же время увеличение количества использования циклов заряда-разряда BESS будет ускорять процессы деградации таких систем. Кроме этого, некоторые услуги могут быть несовместимы. К примеру, если система BESS оптимизирована для высокочастотных и кратковременных услуг, она может не работать должным образом для потребностей в нечастотных и более длительных услугах по регулированию.

СИСТЕМЫ ХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ BESS «ЗА СЧЕТЧИКОМ»

Автономные системы хранения энергии применяются на уровне распределения электрической энергии и устанавливаются в жилые, коммерческие и промышленные объекты, принадлежащие конечным пользователям. Они подключаются напрямую к солнечным фотоэлектрическим системам в здании и на крыше за счетчиком электроэнергии с подключением самого здания к электросети и составляют часть распределенных энергетических ресурсов, которые приобретают все большее значение в интеграции возобновляемых источников энергии.

Эти системы могут обеспечить выгоды как для потребителей, так и для сети за счет минимизации затрат и воздействия на окружающую среду, одновременно укрепляя электробезопасность и поддерживая электрификацию промышленного сектора.

Системы хранения энергии BESS «за счетчиком» предлагают потребителям множество способов экономии. Используя излишки солнечной фотоэлектрической генерации в дневное время для зарядки батарей, находящихся «за счетчиком», потребители могут увеличить собственное потребление электроэнергии, вырабатываемой солнечной фотоэлектрической батареей на крыше, и снизить потребление из сети.

Во время заряда в часы, когда цены на электроэнергию самые низкие, аккумуляторная батарея «за счетчиком» позволяет потребителям сократить свои счета за электроэнергию. Использование BESS также может быть рассчитано на снижение пикового спроса потребителей, позволяя им сэкономить затраты в пиковые часы.

Кроме того, отдельные системы BESS, используемые на уровне домохозяйств, могут быть объединены в так называемые виртуальные электростанции (virtual power plants — VPP) и участвовать в рынке. Виртуальные электростанции агрегируют распределенные энергетические ресурсы, в том числе системы BESS «за счетчиком», распределенные возобновляемые источники энергии и гибкие нагрузки и диспетчерируют их в виде единого источника электроэнергии.

Для создания виртуальных электростанций каждый распределенный энергетический ресурс должен быть подключен к централизованной системе управления, которая оптимизирует их коллективную работу и реагирует на сигналы рынков и сетевых операторов. Если правила рынка позволяют, они могут продавать электроэнергию по оптовым ценам на рынке, а также предоставлять вспомогательные услуги и поддерживать энергобезопасность посредством участия в поддержке мощности.

У таких виртуальных станций есть возможность гибко реагировать на ограничения в локальных сетях путем регулирования мощности отдельных энергетических ресурсов, входящих в их состав. Это делает их потенциально ценным ресурсом для устранения перегрузок при передаче и распределении электроэнергии в сети.

Помимо мер по экономии средств, системы BESS «за счетчиком» могут улучшить надежность электроснабжения за счет обеспечения резервного питания во время незапланированных отключений и обеспечения электроэнергией: это особенно важно для промышленности, социальной инфраструктуры (к примеру, больниц) и уязвимых потребителей с потребностями бесперебойного питания.

С точки зрения системы, системы BESS, расположенные «за счетчиком», могут обеспечить многие из тех же преимуществ, которые предоставляют системы BESS промышленного масштаба. Если имеются правильные сигналы и стимулы, они могут помочь снизить общую потребность в сети, снизить нагрузку на сеть за счет ограничения пиковых нагрузок и обеспечить резерв мощности.

Однако по сравнению с системами BESS промышленного масштаба системы хранения энергии «за счетчиком» действуют на локальном уровне, который может создать возможности для отсрочки расширения распределительной сети или обновления. При объединении в виртуальные электростанции системы BESS «за счетчиком» также могут обеспечивать вспомогательные услуги, такие как регулирование частоты, поддержка напряжения и обеспечение резервов.

Однако степень, в которой системы BESS «за счетчиком» получают преимущества от реализации, во многом зависит от нормативно-правовой базы, в первую очередь от структуры тарифов для конечного потребителя электроэнергии и правил доступа агрегаторов на рынок. Это также зависит от уровня внедрения систем интеллектуального учета.