Местные энергетические рынки «переосмысливают отношения с потребителями коммунальных услуг». По мере того, как солнечные батареи, домашние аккумуляторы и электромобили становятся широкодоступны, распределенные энергоресурсы (DER) являются общей чертой современных электрических сетей, пишет Джонатон де Вильер (Johnathon de Villier), аналитик исследовательской компании Guidehouse Insights.
По прогнозам Guidehouse Insights, в период между 2020 и 2025 годами по всему миру будет установлено около 300 ГВт новых распределенных солнечных батарей и 37 ГВт новых распределенных накопителей энергии.
Переход от централизованной однонаправленной сети к сети распределенной и динамичной, а, следовательно, и более сложной, представляет собой сложную задачу для коммунальных предприятий и операторов сетей, которые предоставляют своим клиентам безопасное и надежное электроснабжение.
В то время как коммунальные предприятия стремятся поддерживать баланс энергосистемы, для владельцев DER главным является контроль собственных активов. Это включает в себя возможность свободного самопотребления генерируемой электроэнергии и получение компенсации за электроэнергию или услуги, которые они предоставляют в сеть. Все чаще даже потребители, не владеющие DER, хотят иметь представление о том, откуда поступает их электроэнергия. Часто они платят больше за электричество из возобновляемых источников.
Чистые измерения и зеленые тарифы не устарели как механизм для согласования потребностей коммунальных предприятий и потребителей. Фактически, эта политика «настраивает обе стороны друг против друга». Профессионалы заинтересованы в максимальном увеличении генерирующих мощностей и выступают за максимально высокие тарифы, независимо от воздействия на сеть, в то время как коммунальные предприятия имеют противоположные стимулы. Наряду с трудностью установления справедливых и гибких тарифных ставок эта напряженность вызывает сопротивление распределенного использования солнечной энергии. Многие страны постепенно отказываются от программ чистого учета и льготных тарифов.
Местные энергетические рынки - это концепция следующего поколения, которая может обеспечить решение, согласовывающее потребности коммунальных предприятий, сетей и потребителей электроэнергии. В настоящее время рассматриваются два пилотных проекта на местном энергетическом рынке с различными моделями реализации: «один, в котором коммунальные предприятия находятся в центре внимания, а другой предоставляет потребителям возможность активно участвовать в работе сетевой системы».
DER сверху вниз: пилотный проект Корнуолла.
В 2017 году британские коммунальные предприятия Centrica, LO3 Energy, Western Power Distribution, National Grid и другие партнеры запустили местный энергетический рынок Корнуолла, «чтобы произвести революцию в энергетическом будущем». Основную поддержку проекту оказал Европейский фонд регионального развития в размере 13 миллионов фунтов стерлингов (15 миллионов долларов США).
Партнеры по проекту признали потенциал DER в плане повышения гибкости распределительных систем, особенно когда они могут реагировать на сетевые сигналы как единый агрегированный объект (иногда называемый виртуальной электростанцией). Было выбрано 100 домохозяйств, которые получили бесплатные солнечные батареи, домашние аккумуляторы или их комбинацию в обмен на участие в экспериментальной программе. Затем сетевые операторы заранее запланировали мероприятия, в которых они будут одновременно запрашивать мощность у группы DER. Пилотная программа прошла в основном успешно и показала, что операторы передачи и распределения могут надежно обеспечить необходимую гибкость от сети DER-активов, расположенных на территории заказчика. В начале второго этапа в 2018 году Centrica сообщила, что коммунальные предприятия закупили 32 МВт-ч электроэнергии из примерно 5 МВт распределенной мощности, установленной в ходе программы.
Однако пилотный проект Корнуолла (по крайней мере, на начальных этапах) мало повлиял на переосмысление роли потребителей, которые так и оставались пассивными ценообразователями, выполняя лишь вспомогательную роль на местном энергетическом рынке. Постпилотный опрос показал, что участники остались довольны получением бесплатного оборудования и снижением стоимости электроэнергии, но не знали, какой вклад вносят в будущую энергетическую систему. Они также были разочарованы отсутствием видимости деятельности местного энергетического рынка и масштабными целями.
Проектирование местного энергетического рынка Корнуолла сверху вниз означало, что участники не могли устанавливать цены на покупку и продажу энергии, покупать электроэнергию у других участников или осуществлять контроль над источником энергии. По сути, участники «просто выступали в качестве хостов для распределенных активов», предоставляемых и контролируемых местным ритейлером.
Примеры элементов пользовательского интерфейса из пилотной версии Quartierstrom:
По большей части пилотный проект был инновационным, но его конструкция оставила некоторые потенциальные преимущества трансактивной энергии на столе.
Балансировка снизу вверх: пилотный проект Quartierstrom.
Местный энергетический рынок Quartierstrom в Валенштадте, Швейцария, начинался как проект с 37 участвующими домохозяйствами, рассчитанный на 1 год. Группу Quartierstrom возглавлял Университет Санкт-Галлена и ETH Zurich совместно с коммунальным предприятием (Water and Electricity Works Walenstadt, или WEW). В отличие от пилотного проекта Корнуолла, проект Quartierstrom был направлен на построение рынка снизу вверх.
Для этого Quartierstrom создал одноранговую торговую площадку в пределах локальной микросети, где отдельные владельцы DER могли устанавливать цены, по которым они были готовы покупать и продавать электроэнергию. Платформа на основе блокчейна собирала ставки на двойном аукционе каждые 15 минут, упорядочивала заявки и рассчитывала транзакции с использованием логики смарт-контрактов.
Коммунальные предприятия в рамках пилотного проекта Корнуолла запросили конкретный объем электроэнергии на местном энергетическом рынке в заранее запланированные моменты времени.
В пилотном проекте Quartierstrom WEW служил опорой для устранения дисбалансов, возникших в результате двойного аукциона. Когда микросеть производила избыточную мощность, коммунальное предприятие выкупало энергию обратно. Когда МЭД в микросети не могла производить достаточно энергии для удовлетворения потребностей всех участников, коммунальное предприятие разряжало систему хранения аккумуляторной батареи масштаба сети для восполнения дефицита и компенсировало его соответствующим образом.
Микросеть также включала потребителей, у которых не было собственных активов РЭР. В отличие от пилотного проекта в Корнуолле, эти потребители по-прежнему могли получать выгоду от местного рынка энергии, решив покупать электроэнергию местного производства по сниженным ценам. Как потребителям, так и покупателям была предоставлена детальная информация о том, откуда поступает их электроэнергия и доходы (см. Рисунок слева). Подводя итоги первого этапа, Quartierstrom отметил, что его восходящий дизайн вызвал энтузиазм среди участников и «значительно увеличил собственное потребление» микросетей.
Корнуолл и Quartierstrom подчеркивают потенциал платформ трансактивной энергии для поддержки распределенной и динамической сетевой системы, переосмысливая отношения между коммунальными предприятиями и их потребителями. Корнуолл подошел к проблеме сверху вниз, сосредоточив внимание на роли передающих и распределительных предприятий; Quartierstrom начинал снизу вверх, ставя во главу угла качество обслуживания клиентов. Для будущих пилотных проектов в области трансактивной энергии ключевой задачей является поиск способа встретиться посередине и объединить эти два видения для местных энергетических рынков.
Ничто в восходящей модели не требует, чтобы коммунальное предприятие или поставщик оставались без внимания. Гибридный подход позволит коммунальным предприятиям посылать на рынок ценовые или контрольные сигналы для закупки электроэнергии или услуг. Затем ключевым проектным решением становится то, каким образом местный энергетический рынок должен расставлять приоритеты и реагировать на различные местные сигналы (например, ставки и предпочтения) и сетевые сигналы (например, операционные ограничения или требования к мощности), которые он получает.
У восходящего подхода есть некоторые преимущества.
Структура рынка Quartierstrom позволяет всем, кто работает на местном энергетическом рынке, извлекать выгоду из новой структуры рынка, поскольку клиенты, которые не могут инвестировать в свои собственные DER, все еще имеют возможность покупать электроэнергию по сниженным ценам у своих соседей-потребителей.
Структура Quartierstrom также создает основу для автоматизированного ценообразования (что позволяет клиентам выбирать стоимость покупки / продажи или «установить и забыть») и возможности для отдельных домохозяйств выбирать своего поставщика электроэнергии - функции, которые уже находятся в разработке. Эта платформа может быть адаптирована для поддержки программ реагирования на спрос и других программ гибкости, управляемых коммунальными службами.
Оба проекта демонстрируют ценность сотрудничества между академическими учреждениями, технологическими стартапами и операторами коммунальных служб. Уроки, извлеченные из этих пилотных проектов, ускорят разработку более 70 экспериментов с реактивной энергией, которые в настоящее время проводятся во всем мире.