BESS жүйелері жаңартылатын энергия көздерін пайдалану ауқымы кеңейген сайын энергетикалық жүйелердің тұрақтылығы мен икемділігін қамтамасыз етуде маңызды рөл атқаруға арналған. 2023 жылы Дубайда өткен COP 28 климаттық саммитінде 200-ге жуық ел 2050 жылға қарай энергетикалық секторда нөлдік шығарындыларға қол жеткізуге, қазба отындарынан кетуге, жаңартылатын энергия қуатын үш есеге арттыруға және энергия тиімділігін арттыру қарқынын 2030 жылға дейін екі есеге арттыруға уағдаласты.

Қазақстан бұл процестен ерекшелік емес. Ел 2060 жылға қарай көміртегі бейтараптығына қол жеткізуді мақсат етіп қойды. Осылайша, 5 жылдық кезеңге арналған аукциондық сауда-саттықты өткізудің бекітілген кестесіне сәйкес аукционға қойылған жалпы қуат 6,7 ГВт құрады, бұл ретте өткізілген сауда-саттықтың қорытындысы бойынша 2027 жылдың соңына дейін 592 МВт енгізу жоспарлануда. Энергетикада белгіленген мақсаттарды іске асыру мақсатында Қазақстан Республикасының электр энергетикасы саласын дамытудың 2035 жылға дейінгі іс-шаралар жоспары қабылданды. Жоғарыда аталған құжатты іске асыру шеңберінде ЖЭК ірі гигаваттық жобаларын енгізу жоспарланғанын атап өту қажет. Бұл – Total Energies, Masdar, Acwa Power, China Power, Hevel (жел электр станциясы + күн электр станциясы) сияқты компаниялармен 300 МВт сақтау жүйелері бар 1 ГВт жел станциясының жобалары. Осылайша, Қазақстанда энергия жинақтау жүйелерінің белгіленген қуаты алдағы онжылдықта 1 ГВт-тан асуы мүмкін. Жоспарды сәтті іске асыру кезінде энергия жүйесіндегі ЖЭК белгіленген қуаттарының көлемі 2035 жылға қарай 24,4% құрайды.

BESS энергетикалық қауіпсіздікті арттыруда шешуші рөл атқарады. Мұндай жүйелер электр желілерінің тұрақтылығы мен төзімділігін қолдайды, үйлерге, кәсіпорындарға (ауруханалар мен басқа да маңызды инфрақұрылымды қоса алғанда) резервтік қуат беру әдісін ұсынады. Сондай-ақ, батареялар төтенше ауа-райынан немесе басқа ақаулардан туындаған төтенше жағдайлар кезінде маңызды қызмет көрсете алады.

Аккумуляторлық батареялардың әлемдік нарығы 90 ГВтсағ шамасына жетіп және пайдаланылатын көлемді 190 ГВтсағ шамасына ұлғайтып, 2023 жылы екі есеге өсті. Аккумуляторлар сатылымының ең үлкен өсуі өнеркәсіптік ауқымдағы жүйелерге келеді, ал есептегіш артында орналасқан аккумуляторлық батареялар (behind-the-meter) 2023 жылы жылдық өсімнің 35%-ын құрады. Автономды қайта зарядталатын батареялар қазіргі уақытта әлдеқайда аз көлемде. Барлық өлшемдегі BESS қысқа мерзімді икемділікті қамтамасыз ету үшін жақсы жұмыс істейді – энергияны секундтар, минуттар немесе бірнеше сағат ішінде жылжыту, бірақ жүйенің жұмысын қамтамасыз ету үшін кеңірек қызмет көрсете алады. Оларға қосалқы және резервтік қызметтер, жүйенің сәйкестігін қамтамасыз ету және тарату жүйелеріндегі шамадан тыс жүктемелерді басқару кіреді. Қаржылық ынталандырулар, соның ішінде салықтық жеңілдіктер мен гранттар, сондай-ақ сақтауды жаңа күн немесе жел жобаларымен біріктіру талаптары да осы жүйелерді енгізуді ынталандырады.

Батареяларды үнемді пайдалану жеке жағдайларға байланысты. Жауап электр энергетикасы жүйесі мен нормативтік-құқықтық базаның ерекшеліктеріне байланысты әр аймақта әр түрлі болуы мүмкін. Бір уақытта бірнеше қызмет көрсету арқылы әр түрлі нарықтық тетіктерді біріктіру BESS экономикалық тартымдылығын арттыруы мүмкін, бірақ бұл бизнес жағдайының күрделілігін арттырады.

ӨНЕРКӘСІПТІК АУҚЫМДАҒЫ BESS ЭНЕРГИЯНЫ САҚТАУ ЖҮЙЕЛЕРІ

Өнеркәсіптік масштабта BESS қолдану ЖЭК үлесі жоғары энергия жүйелерінде аса маңызды. Мұндай жүйелерде энергияны 1-ден 8 сағатқа дейін сақтау мүмкіндігі бар және ең жоғары қуатты қамтамасыз ете алады: оларды электр энергиясына сұранысы төмен ең жоғары емес сағаттарда, мысалы, бір күн ішінде күн фотоэлектрлік энергиясының ең жоғары өндірісі кезінде зарядтауға болады. Мұндай жүйелер ең жоғары сағаттарда электр энергиясына сұраныс жоғары болған кезде, мысалы, кешке, күн фотоэлектрлік жүйелері электр энергиясын өндірмеген кезде таусылады. Бәсекеге қабілетті электр нарықтарында аккумуляторлық батареялар энергетикалық төрелікке қатысу арқылы, көтерме электр нарықтарында тарифтерді бөлу – төмен баға кезінде BESS зарядтау және жоғары баға кезінде разрядтау арқылы пайда болатын артықшылықтарды пайдаланып ақшаға айналдыра алады.

Лездік ден қоюдың арқасында аккумуляторлар жиілікті реттеу, кернеуді қолдау және резервтерді басқару сияқты электр желілеріндегі көмекші қызметтердің тамаша жеткізушілері болып табылады. Сонымен қатар, олардың «нөлден бастау» (blackstart) мүмкіндіктері жүйенің бұзылуынан кейін қызметті қалпына келтіре алады.

Еуропаның көптеген елдерінде, әсіресе Германияда, Швецияда, Ұлыбританияда, BESS жүйелері жиілік пен резервтік қолдау қызметтерінің негізгі жеткізушілеріне айналды, бұл BESS-ке осы қызметті көрсету үшін нарықтарға қол жеткізуге мүмкіндік беретін реформалар көмектесті. Айнымалы жаңартылатын энергия көздерінің үлесі артып келе жатқан және синхронды генерацияның төмендеуі бар жүйелерде дәстүрлі жылу электр станциялары пайдаланудан шығарылғандықтан, инерциялық қуат пен қысқа тұйықталу қуатына (short-circuit power) қажеттілік артады, оларда тор түзетін инверторлармен жабдықталған батареялар бар. Алайда, барлық желілік түрлендіргіштер қысқа тұйықталу тогын қамтамасыз етпейтінін ескеру қажет.

Қолдау қызметтерін ұсыну соңғы жылдары бүкіл әлем бойынша бірнеше нарықтарда аккумуляторлық батареялардан түсетін кірістің маңызды көзі ретінде пайда болды, жыл сайын жаңа жобаларды орналастырудың 15%-дан астамын қамтамасыз етеді, әсіресе сақтау мерзімі екі сағаттық батареялар үшін.

Жүйенің жеткіліктілігін қолдау үшін жеткілікті қуат беру де сақтау батареяларын қолданудың артуы болып табылады. Бұл реттеуге мүмкіндік беретін жерде, қуат нарықтарына қатысу BESS иелеріне ұзақ мерзімді перспективада кірістерге инвестиция салуға мүмкіндік береді.

Сонымен қатар, батареялар жоғары өндіріс кезеңдерінде жаңартылатын энергия көздерінен өндірілетін артық электр энергиясын үнемдеу арқылы желінің шамадан тыс жүктемесін азайтуға көмектеседі, бұл өндірісті шектеу (curtailment) шығындарын және электр жүйесіне интеграцияны азайтады.

Жүктемелерді басқару үшін пайдаланған кезде батареялар тарату желісіне аудару немесе инвестициялау қажеттілігін азайтады. Бұл – Германиядағы желілік күшейткіштердің (grid boosters) негізгі қолданылуы, олар электр энергиясын беру жүйесіндегі кедергілерді жою үшін орналастырылған өнеркәсіптік масштабтағы батареялар болып табылады және осылайша белгілі бір желілерді нығайту үшін қосымша инвестиция қажеттілігін азайтуға қызмет етеді.

Төменде қуат жүйелерінде BESS қолданудың әртүрлі мысалдары келтірілген.

Реттеушілік орта және желілердің техникалық сипаттамалары BESS қолданудың негізгі факторлары болып табылады. Еуропалық одақты қоса алғанда, электр энергетикасы жүйелеріндегі нарықтық тетіктері бар көптеген юрисдикцияларда заң талаптары тасымалдау және тарату жүйелері операторларының энергияны сақтау жүйелерін иеленуіне және пайдалануына қатаң шектеулер қояды (grid boosters сияқты жеке пилоттық жобаларды қоспағанда), сондықтан кез келген жүктемені басқару қызметтері үшінші тараптармен келісімшартқа отыруы керек.

Жақында Ұлыбританияда үшінші тараптар ұсынатын икемді шешімдердің шығындары мен пайдасын желіні күшейту құнымен салыстыратын ашық қоғамдық тендерлерге негізделген тарату жүйелерінің икемділік нарықтары құрылды: 2022-2023 жылдары жасалған келісімшарттардың 30%-дан астамы немесе 600 МВт-қа жуық жинақтау қуаты. Францияда тарату жүйесінің операторлары мен жеке тарату жүйесінің операторлары жақында энергияны сақтау жобалары үшін ашық жергілікті икемділік (маневрлік) тендерлерін бастады. Калифорния мен Нью-Йорк штатында тарату жүйесінің операторлары электр энергиясын сатып алу-сату шарттары (РРА-келісімшарттар) бойынша бірлескен меншіктегі немесе үшінші тұлғалардан сатып алынған энергияны сақтау жүйелерін желідегі жүктемелерді азайту мақсатында көбірек пайдаланады, осылайша оларды күшейтуге қымбат инвестицияларды болдырмайды немесе кейінге қалдырады.

Микрожелілер – BESS өнеркәсіптік ауқымының тағы бір қолданылуы. Мысалы, Австралияда және АҚШ-тың кейбір штаттарында реттеушілер ауруханалар немесе ірі өнеркәсіптік тұтынушылар сияқты маңызды нысандардың, сондай-ақ табысы төмен қауымдастықтарға арналған қызметтердің тұрақтылығын арттыру үшін көбінесе энергияны сақтау жүйелерін пайдалануға негізделген микрожелілерді дамытуды ынталандыратын арнайы шаралар мен бағдарламаларды енгізді. Микрожелілер жүйенің тұрақтылығын арттырады, бұл жүйелік операторларға негізгі қуат көзінің жоғалуына қарамастан, елеулі ақаулар болған жағдайда және энергиямен жабдықтауды ұстап тұру кезінде «бейімделген оқшаулау» арқылы негізгі желіден ажырату мүмкіндігін береді. Кейбір аккумуляторлық технологияларды бірнеше күндік энергияны сақтау және ең жоғары сұраныс кезеңдері немесе жаңартылатын энергия көздерінің төмен эпизодтарын өтеу үшін пайдалануға болады. Мысал ретінде Калифорнияда 100 сағатқа созылатын темір-ауа батареясының салынып жатқан алғашқы жобасы болып табылады, ол мемлекеттік ресурстардың жеткіліктілігін қамтамасыз ету бағдарламасының бөлігі ретінде жұмыс істейді. Дегенмен, қазіргі уақытта энергетикалық нарықтардың қалай жұмыс істейтіні желілік қызметтердің көпшілігі қысқа мерзімді сақтауға бағытталғанын білдіреді. Мысалы, АҚШ-та операциялық резервтер нарығының ұзақтығына (бір сағаттан аз) және қуатқа (төрт сағат) қойылатын қолданыстағы талаптар орнатылған энергияны сақтау жүйелерінің көпшілігінің жұмыс уақыты бойынша төрт сағат немесе одан аз уақытқа жағдай туғызды.

 Тарихи тұрғыдан алғанда, өнеркәсіптік масштабтағы BESS негізінен энергияға сұраныстың жиілігін немесе уақытын реттеу үшін пайдаланылды. Айнымалы жаңартылатын энергия көздері өндіретін энергия көлемінің ұлғаюымен және қолдау нарықтарының шағын көлеміне байланысты электр энергиясына сұраныс уақытын жылжыту функциясы энергияны сақтау жүйелерінің негізгі функциясына айналды. Оның үлесі 2023 жылы BESS орнатылған қуатынан шамамен 85% құрады.

Мысалы, Германияда жиілікті қолдауды қамтамасыз ету BESS өнеркәсіптік ауқымда орналастырудың негізгі ынталандырушысы болды, бірақ жаңа нарық тетіктерінің пайда болуы олардың дамуына қосымша мүмкіндіктер ашты. Оларға энергияны сақтау жүйелерімен ЖЭК генерациялаудың инновациялық тендерлерін ұйымдастыру, электр энергиясын беруді реттеу үшін BESS пайдалану (желілік күшейткіштер, grid boosters) және өнеркәсіптік нысандарда энергия тұтынуды оңтайландыру кіреді.

Егер нормативтік-құқықтық база BESS-ті әртүрлі пайдалану мүмкіндіктерін біріктіруге және әртүрлі нарықтық тетіктерді қолдануға мүмкіндік берсе, онда бұл BESS жобаларының экономикасын жақсартуға және бірыңғай ұзақ мерзімді келісімшарттардың (РРА-келісімшарттар) шектелуіне жол бермеуге мүмкіндік береді. Алайда, бұған жету үшін энергетикалық жүйені барынша күрделі басқару жүйесі қажет. Сонымен қатар, BESS заряд-разряд циклдерін пайдалану санының артуы мұндай жүйелердің деградация процестерін жеделдетеді. Бұған қоса, кейбір қызметтер сәйкес келмеуі мүмкін. Мысалы, егер BESS жүйесі жоғары жиілікті және қысқа мерзімді қызметтер үшін оңтайландырылған болса, ол жиілікті емес және ұзағырақ реттеу қызметтерінің қажеттіліктері үшін дұрыс жұмыс істемеуі мүмкін.

«ЕСЕПТЕГІШ АРТЫНДА» BESS ЭНЕРГИЯНЫ САҚТАУ ЖҮЙЕЛЕРІ

Автономды энергияны сақтау жүйелері электр энергиясын тарату деңгейінде қолданылады және соңғы пайдаланушыларға тиесілі тұрғын үй, коммерциялық және өндірістік нысандарға орнатылады. Олар ғимараттың өзі электр желісіне қосылған электр есептегіші арқылы ғимараттағы және шатырдағы күн фотоэлектрлік жүйелеріне тікелей қосылады. Олар жаңартылатын энергия көздерін біріктіруде маңыздылығы артып келе жатқан таратылған энергия ресурстарының бір бөлігін құрайды. Бұл жүйелер электр қауіпсіздігін нығайту және өнеркәсіптік секторды электрлендіруді қолдау кезінде шығындар мен қоршаған ортаға әсерді азайту арқылы тұтынушыларға да, желіге де пайда әкелуі мүмкін.

BESS энергияны сақтау жүйелері тұтынушыларға үнемдеудің көптеген жолдарын ұсынады. «Есептегіш артында» орналасқан батареяларды зарядтау үшін күндізгі артық күн фотоэлектрлік генерациясын пайдалана отырып, тұтынушылар шатырдағы күн фотоэлектрлік батареясы өндіретін электр энергиясын тұтынуды арттырып, желіден тұтынуды азайта алады. Электр қуатының бағасы ең төмен болған сағаттарда зарядтау кезінде «есептегіш артындағы» аккумуляторлық батарея тұтынушыларға электр энергиясына төлемдерін азайтуға мүмкіндік береді. BESS пайдалану сонымен қатар тұтынушылардың ең жоғары сұранысын төмендетуге арналған, бұл оларға ең жоғары сағаттарда шығындарды үнемдеуге мүмкіндік береді.

Сонымен қатар, үй шаруашылықтары деңгейінде қолданылатын жеке BESS жүйелерін виртуалды электр станциялары (virtual power plants – VPP) деп атауға және нарыққа қатысуға болады. Виртуалды электр станциялары бөлінген энергетикалық ресурстарды, соның ішінде «есептегіш артындағы» BESS жүйелерін және бөлінген жаңартылатын энергия көздері мен икемді жүктемелерді біріктіреді және оларды бірыңғай электр көзі ретінде басқарады. Виртуалды электр станцияларын құру үшін әрбір бөлінген энергия ресурсы олардың ұжымдық жұмысын оңтайландыратын және нарықтар мен желілік операторлардың сигналдарына жауап беретін орталықтандырылған басқару жүйесіне қосылуы керек. Егер нарық ережелері мүмкіндік берсе, олар электр энергиясын нарықта көтерме бағамен сата алады, сонымен қатар қосалқы қызметтерді ұсына алады және қуатты қолдауға қатысу арқылы энергия қауіпсіздігін сақтай алады. Мұндай виртуалды станцияларда жергілікті желілердегі шектеулерге олардың құрамына кіретін жеке энергетикалық ресурстардың қуатын реттеу арқылы икемді жауап беру мүмкіндігі бар. Бұл оларды электр қуатын беру және тарату кезінде кептелістерді жою үшін әлеуетті құнды ресурсқа айналдырады.

Шығындарды үнемдеу шараларынан басқа, «есептегіш артындағы» BESS жүйелері жоспарланбаған үзілістер кезінде резервтік қуатпен қамтамасыз ету және электр қуатымен қамтамасыз ету арқылы электрмен жабдықтау сенімділігін жақсарта алады: бұл, әсіресе, өнеркәсіп, әлеуметтік инфрақұрылым (мысалы, ауруханалар) және үздіксіз қуат қажеттіліктері бар осал тұтынушылар үшін өте маңызды.

Жүйе тұрғысынан алғанда, «есептегіш артындағы» BESS жүйелері өнеркәсіптік ауқымдағы BESS жүйелері ұсынатын көптеген артықшылықтарды қамтамасыз ете алады. Егер дұрыс сигналдар мен ынталандырулар болса, олар желінің жалпы қажеттілігін азайтуға, ең жоғары жүктемелерді шектеу арқылы желідегі жүктемені азайтуға және қуат резервін қамтамасыз етуге көмектеседі.

Өнеркәсіптік масштабтағы BESS жүйелерімен салыстырғанда, «есептегіш артында» энергияны сақтау жүйелері жергілікті деңгейде жұмыс істейді, бұл тарату желісін кеңейтуді немесе жаңартуды кейінге қалдыруға мүмкіндік береді.

Виртуалды BESS энергияны сақтау жүйелері тұтынушыларға үнемдеудің көптеген жолдарын ұсынады. «Есептегіш артында» орналасқан батареяларды зарядтау үшін күндізгі артық күн фотоэлектрлік генерациясын пайдалана отырып, тұтынушылар шатырдағы күн фотоэлектрлік батареясы өндіретін электр энергиясын тұтынуды арттырып, желіден тұтынуды азайта алады.

Электр станцияларына біріктірілген кезде есептегіш арқылы BESS жүйелері көмекші қызметтерді де қамтамасыз ете алады: жиілікті реттеу, кернеуді қолдау және резервтерді қамтамасыз ету. Алайда, «есептегіш артындағы» BESS жүйелерінің іске асырудан пайда алу дәрежесі көбінесе нормативтік-құқықтық базаға, ең алдымен, электр энергиясын түпкілікті тұтынушыға арналған тарифтер құрылымына және агрегаторлардың нарыққа кіру ережелеріне байланысты. Бұл сонымен қатар зияткерлік есеп жүйелерін енгізу деңгейіне байланысты.