Кругосветка по энергетическим сообществам. Голландия и США
После Великобритании, где на базе энергетических сообществ реализуются пилотные проекты локальных рынков энергии и гибкости, и Австралии, где энергетические сообщества создают микрогриды на базе оригинальных системных и технологических решений, мы отправляемся в Нидерланды — страну, знаменитую своими передовыми архитектурными и дизайнерскими экспериментами. Пробуя новые стили жизни и способы организации поселений, голландцы не менее решительно берутся за опыты по созданию энергетических сообществ, основой которых выступают peer-to-peer отношения между их жителями — одноранговый энергообмен между соседями.
Из Нидерландов наш путь будет лежать в США. Там в энергетических сообществах в Тихоокеанских штатах и на американском Юге возникает новый тип практики — создание «резервных» микрогридов, основное назначение которых — обеспечить электроснабжение в условиях регулярных природных стихийных бедствий, таких как опустошительные лесные пожары и разрушительные сезонные ураганы.
Часть третья. Домики на воде
Июньский вечер засветил огни,
И озарил зеркальные озера.
Наш столик посреди лужайки скоро
Совсем потонет в лиственной тени.
Мартинус Нейхоф
Национальная традиция жизни на воде возникла в Нидерландах очень давно — в ответ на дефицит места под жилую застройку. Нехватка жилья после Второй Мировой войны при избытке подлежащего списанию водного транспорта всех мастей породила своего рода жилищный бум на воде — сегодня в Нидерландах более 10 тыс. барж-домов. По иронии судьбы, к концу XX века самым дефицитным стало как раз место на каналах.
Впрочем, по понятным причинам, жизнь на старых тесных баржах и лодках лишена полноценного комфорта. Голландские архитекторы из компании Space & Matter, посмотрев свежим взглядом на многовековую традицию, нашли решение этих проблем в том, чтобы перевернуть идею жизни на кораблях и начать строить вместо этого полноценные дома на воде.
Оригинальный квартал Schoonschip с плавающей застройкой находится на севере Амстердама [1]. Каждый из 47 плавучих домов оборудован солнечными панелями, системами накопления электроэнергии и тепла, солнечными водонагревательными коллекторами и погруженными в воду тепловыми насосами, в некоторых домах установлены обогревательные системы на биогазе. При этом все дома объединены в микрогрид с единой системой управления SECS, разработанной компанией Spectral [2]. Система управления использует технологии машинного обучения и обеспечивает как оптимизацию энергоснабжения, так и возможность предоставлять сервисы гибкости на внешнем рынке, полностью автоматизирует учет и финансовые расчеты за электроэнергию и предоставленные сервисы. Она позволяет также подключать к микрогриду лодки на электрической тяге, как используемые для передвижения по кварталу, так и любые другие, поскольку уже несколько лет весь водный транспорт, плавающий в городах Нидерландов, может быть только на электрической тяге.
Поселение Schoonschip стремится к максимальной ресурсной эффективности и минимальному воздействию на окружающую среду. Кроме собственного микрогрида, в нем развернута интеллектуальная система управления тепловыми потоками и утилизации тепловыделения, практически замкнутая система водоотведения, водоочистки и переработки биологических отходов, вырабатывающая биогаз для микрогрида. На крышах развернута даже система сбора и очистки дождевой воды. По степени инженерной сложности и продуманности квартал оказывается, таким образом, сродни космическому кораблю.
В Schoonschip все энергетические ресурсы в составе микрогрида управляются централизованно, как единая система. Более радикальный подход к энергетике поселения нового типа реализован в рамках коммуны De Ceuvel, находящейся совсем недалеко от плавучих домов [3]. Эта коммуна, о которой мы уже писали в своих статьях, состоит из жилых барж, часть из которых размещена на суше.
В ней действует локальный peer-to-peer рынок, на котором баржи торгуют друг с другом электроэнергией, вырабатываемой установленными на них солнечными панелями, и покупают электроэнергию из сети [4]. В рамках этого проекта, совместного с крупной голландской сетевой компанией Alliander, Spectral использует другую свою разработку — платформу локального рынка энергии и гибкости SPEX, в которой реализованы одноранговые трансакции с фиксацией на базе блокчейна [5]. В коммуне De Ceuvel для взаимных расчетов за электроэнергию создана даже собственная криптовалюта Jouliette — по имени Джеймса Джоуля и названию единицы измерения энергии, — которая позволяет конвертировать поставленную соседям электроэнергию в товары и услуги внутри коммуны, например, в местном ресторане, магазине, на ферме или для оплаты каршеринга.
Используемая в De Ceuvel платформа SPEX позволяет не только торговать электроэнергией внутри энергетического сообщества, но также торговать настраиваемыми сервисами гибкости среди ее абонентов и агрегировать ресурсы гибкости этих абонентов для оказания услуг гибкости на внешних рынках. Платформа использует технологию торговых агентов, реализующих заданные пользователями настройки в своих стратегиях. Наиболее полно этот функционал развернут в Гронингене, где к платформе присоединены домохозяйства кварталов Рейтдип и Сельверг, торгующие как друг с другом, так и продающие электроэнергию и гибкость местной энергоснабжающей компании [6].
Не менее оригинальный взгляд на поселение будущего предлагает экологические сообщество “Земные корабли” (Aardehuizen), также построенное вокруг идеи максимальной ресурсной эффективности и автономности [7]. Необычные домики с заросшими крышами и прозрачными куполами для лучшего естественного освещения оснащены солнечными панелями в сумме на 80 кВт.
Кроме того, в поселении есть микро-ТЭЦ на 35 кВт, тепловой насос на 10 кВт, система накопления электроэнергии мощностью 100 кВт и зарядные станции для электромобилей общей мощностью 580 кВт, а также присоединение к электрической сети. Сформированный из этих источников энергии и гибкости микрогрид управляется системой Интеллектуальной интеграции распределенной энергетики (SIDE) от компании Metabolic — материнской компании Spectral [8]. SIDE обеспечивает, помимо оптимального управления, функцию peer-to-peer торговли электроэнергией между объектами микрогрида, принадлежащими разным собственникам, в среднем в размере 11,5 МВт·ч в год.
Университет Фраунгофера совместно с Metabolic и Spectral провел детальное технико-экономическое исследование описанных нами микрогридов в энергетических сообществах. Результаты этого исследования показывают, что для микрогридов возможно подобрать конфигурацию, которая обеспечит положительный экономический эффект для их владельцев и потребителей. Например, в случае экопоселения Aardehuizen LCOE снижается до €0,12 за кВт·ч в варианте использования микрогрида в сравнении с €0,29 за кВт·ч в варианте покупки всей энергии из сети. Срок окупаемости проекта — 8 лет. В случае лодочной коммуны De Ceuvel LCOE падает до €0,19 за кВт·ч при сроке окупаемости проекта в 7 лет [9].
Три описанных нами поселения нового типа — Schoonschip, De Ceuvel и Aardehuizen — объединяет не только стремление к экономии, экологичности и ресурсной автономии, но и желание построить новый, пост-капиталистический формат экономических отношений между их жителями, в котором, с одной стороны, остается очень важен экономический обмен, но при этом, с другой стороны, целью участников этих отношений является не извлечение финансовой прибыли, но коллективное достижение тех самых экологичности и автономии, точнее — трудно переводимой комплексной “sustainability” (долгосрочной устойчивости) жизни поселения. И важную роль в технологической реализации таких новых типов экономических отношений играют платформы одноранговых локальных энергетических рынков.
Часть четвертая. Страна Элли и Тото
Но ветер с востока ворвался сюда,
А море вернуться должно
Туда, где когда-то, бог знает, когда,
Безбрежно шумело оно.
Роберт Фрост
По данным Wood Mackenzie, в США в 2018 году действовало 2 250 микрогридов, установленная мощность которых за 2019 год возросла на 545 МВт [10]. Американский рынок микрогридов — один из самых больших в мире. На нем представлены и микрогриды энергетических сообществ, например, проект «Умное соседство» в Алабаме. В составе микрогрида — 333 кВт солнечных панелей, литий-ионный накопитель на 333 кВт и газовая микро-турбина мощностью 400 кВт. Американский вариант архитектуры микрогрида в Алабаме — более традиционный: все активы находятся в собственности соответствующего кооператива и управляются централизованно системой SCEISMIC, разработанной в Ок-Риджской национальной лаборатории. В контур управления включены также системы кондиционирования и вентиляции у потребителей. Важной особенностью микрогрида является возможность проработать 12 часов на одном только заряде батарей — на случай отключения электроэнергии во время нередких в Алабаме сезонных ураганов.
Создание микрогридов как способа обеспечить надежное электроснабжение энергетических сообществ во время стихийных бедствий становится в США своеобразным трендом, особенно в Калифорнии и штатах американского Юга. В Калифорнии такие микрогриды выступают экологичной и технологичной альтернативой решению местной энергоснабжающей и сетевой компании PG&E установить по всему штату множество резервных дизельных генераторов, которые будут включаться во время превентивных сетевых отключений, регулярно используемых для предотвращения лесных пожаров [11]. Альянс интеллектуальной электроэнергетики (SEPA) недавно выпустил два доклада, посвященные этой новой практике «резервных» микрогридов. Согласно исследованию SEPA, только за 2019 год в США произошло 14 природных, в частности, погодных катаклизмов с ущербом более миллиарда долларов каждый [12].
Среди интересных примеров микрогридов, необходимых энергетическим сообществам для обеспечения надежности на случай стихийных бедствий — крупный микрогрид в городе Бивертон (штат Орегон) в составе 300 кВт солнечных панелей и 1 МВт дизельных генераторов, принадлежащих городу, а также 250 кВт накопителей, принадлежащих энергоснабжающей компании. Микрогрид может обеспечить питание наиболее важных потребителей в течение 21 дня в полностью автономном режиме. Другой пример — микрогрид на острове Окракок (штат Северная Каролина), в котором установлены 3 МВт дизельной генерации, накопитель энергии мощностью 500 кВт и емкостью 1 МВт·ч, 15 кВт солнечных панелей, 175 термостатов и 50 электрических водонагревателей с удаленным управлением. Во время урагана Дориан в 2019 году за счет микрогрида электроснабжение острова было восстановлено в течение 3 дней — быстрее, чем возобновлено сетевое энергоснабжение с материка [13].
Еще один вариант использования микрогридов — энергоснабжение наиболее важных для поддержания жизни на территории объектов. Так, в индейской резервации Блю Лейк (штат Калифорния) микрогрид на базе микро-ГЭС используется для энергоснабжения водоканала и станции подачи чистой воды [14].
Особенно сильный интерес к обеспечению надежности за счет создания микрогридов в Калифорнии проявляют те энергетические сообщества, которые питаются от энергосистемы по длинным линиям, риск аварий на которых в период лесных пожаров особенно велик, и которые проходят по труднодоступной лесистой или горной местности, а потому первыми попадут под превентивное отключение. Примеры таких сообществ — в городах Голета, Калистога и в районе Монтесито в Санта-Барбаре [15]. Везде в этих местах микрогриды создавались совместными инвестициями жителей — членов энергетических сообществ — в целях предотвращения длительных отключений во время сезонных лестных пожаров.
P.S. И вновь — Туманный Альбион
За время этого аналитического путешествия в Великобритании произошли события, заставляющие нас как бы на обратном пути снова заглянуть туда. В стадию реализации вступил масштабный проект Локальная энергетика Оксфордшира (LEO) по созданию локального энергетического сообщества масштабов целого графства — один из самых масштабных и амбициозных проектов такого рода в мире [16]. В частности, в рамках проекта предполагается развернуть платформу рынка гибкости Piclo Flex с подключением к ней всех просьюмеров и владельцев источников гибкости графства. Проект реализуется крупным консорциумом в составе Электрических сетей Шотландии и Юга (SSEN), EDF Energy и технологических компаний Piclo, Origami и Nuvve, а также Оксфордского университета и Университета Брукса. В числе задач проекта помимо разворачивания локального рынка гибкости — выработка общего подхода к быстрому подключению новых просьюмеров и распределенной генерации, разработка новых подходов к долгосрочному планированию развития энергосистем в условиях существования энергетических сообществ и исследование новых вариантов архитектуры энергетического рынка в ситуации, когда распределенная энергетика превалирует над централизованной [17].
Одновременно с переходом к реализационной стадии этого проекта компания Piclo на днях анонсировала пилотный проект по созданию рынка гибкости на базе платформы Piclo Flex в Словении. В качестве заказчиков и будущих пользователей участвуют словенский системный оператор ELES и три крупнейшие DSO страны [18].
Подготовлено IC ENERGYNET / Автор: Игорь Чаусов
[1] https://schoonschipamsterdam.org/#site_header
[2] https://spectral.energy/solutions/secs/
[3] https://deceuvel.nl/en/about/sustainable-technology/
[4] https://spectral.energy/news-3/jouliette-at-deceuvel/
[5] https://spectral.energy/solutions/spex/
[6] https://spectral.energy/projects/#groningen
[7] https://www.earthshipglobal.com/design-principles
[8] https://www.metabolic.nl/news/how-side-systems-can-unlock-an-energy-revolution/
[9] https://www.metabolic.nl/projects/side-systems/
[10] https://www.energy-storage.news/blogs/smart-neighbourhood-smart-microgrid
[11] https://www.greentechmedia.com/articles/read/why-pges-wildfire-blackout-resiliency-plans-rely-so-much-on-backup-diesel-generators
[12] https://sepapower.org/resource/the-microgrid-playbook-community-resilience-for-natural-disasters/
[13] https://sepapower.org/resource/the-microgrid-case-studies-community-resilience-for-natural-disasters/
[14] https://microgridknowledge.com/community-microgrids-examples/
[15] https://energycentral.com/c/ec/achieving-resilience-through-renewables-driven-community-microgrids
[16] https://www.current-news.co.uk/news/project-leo-to-get-larger-and-more-complex-as-it-moves-onto-second-phase
[17] https://project-leo.co.uk/about/leo-workstreams/
[18] https://www.current-news.co.uk/news/piclo-announces-first-international-flexibility-trial-joining-slovenian-consortium
