Кругосветка по энергетическим сообществам. Австралия
Микрогриды энергетических сообществ
В первой части аналитического путешествия по энергетическим сообществам мы сделали акцент на новых практиках создания локальных рынков электроэнергии и гибкости, яркие образцы которых создаются в Великобритании. В фокусе нашего внимания сегодня будут микрогриды энергетических сообществ — локальные энергосистемы с единым контуром управления, создаваемые для решения задач энергоснабжения энергетических сообществ. Мы посетим Австралию, в которой микрогриды создаются, чтобы сделать электроснабжение энергетических сообществ более экологичным, экономичным и надежным.
Часть вторая. Вниз — под экватор
Пускай кто-то хвалит свой берег родной,
А мне дайте буш с его далью степной.
Так едем на запад, за линию гор,
Где сцены из детства так радуют взор.Генри Лоусон
Интерес энергетических сообществ к созданию собственных микрогридов во многом объясняется продолжающимся удешевлением технологий распределенной энергетики, таких как ВИЭ и накопители энергии. Новые данные Bloomberg New Energy Finance показывают, что LCOE солнечной генерации составляет в среднем $44 за МВт·ч, LCOE наземной ветрогенерации — $50 за МВт·ч. В импортирующих природный газ регионах ВИЭ для микрогридов — самые дешевые источники энергии. При этом LCOS систем накопления электроэнергии опустился до $150 за МВт·ч, в связи с чем накопители стали в регионах с завозным газом самым дешевым решением для регулирования баланса мощности и покрытия пикового спроса на электроэнергию, если каждый пик длится не более двух часов [1].
В Австралии дополнительным фактором, увеличивающим привлекательность микрогридов, становится такая особенность централизованной энергосистемы, как отсутствие достаточно развитой и плотной инфраструктуры электрических сетей. С одной стороны, в условиях масштабной декарбонизации это существенно повышает спрос на энергетическую гибкость, которая почти ни в одном регионе Австралии не может быть обеспечена сетевой передачей недостающей или избыточной мощности, и микрогриды могут стать такими источниками гибкости. С другой стороны, в Австралии значимая доля экономической активности и энергетических сообществ сосредоточена на территориях, вообще не имеющих централизованного электроснабжения, что делает востребованными автономные микрогриды.
Наиболее ярким примером австралийского энергетического сообщества, использующего микрогрид не только для экономической оптимизации своего электроснабжения, но и для того, чтобы зарабатывать на сервисах для большой энергетики, является кампус Университета Монаша в Клайтоне, в 20 км юго-западнее Мельбурна [2]. Микрогрид стоимостью более $7 млн, из которых почти $3 млн вложило Австралийское агентство по возобновляемой энергии (ARENA), создается силами университета и местной высокотехнологичной компании Indra [3]. Микрогрид объединяет 20 зданий с общей нагрузкой до 3,5 МВт, часть которой — управляемая, 8 групп солнечных панелей в сумме на 1 МВт, гибридный накопитель от компании redT в составе редокс-ванадиевой проточной батареи мощностью 180 кВт на 900 кВт·ч емкости и литий-ионной батареи мощность 120 кВт на 120 кВт·ч заряда, а также две зарядных станции для электромобилей общей мощностью 22 кВт [4].
Архитектурным ядром этой локальной энергосистемы является Оператор энергетического рынка микрогрида (MEMO) — полностью роботизированная система рыночного и технологического управления микрогридом и его взаимодействием с внешним миром [5]. MEMO осуществляет интеллектуальное управление активами самого микрогрида (генерацией и накопителем), а также генерацией на стороне просьюмеров и управляемыми нагрузками потребителей. Внутри микрогрида развернут локальный рынок, в котором MEMO торгует с этими просьюмерами и потребителями, кроме того, MEMO взаимодействует с субъектами энергетического рынка штата Виктория — местными сетевыми и сбытовыми компаниями и различными агрегаторами, — и может сам быть участником этого рынка и рынка системных услуг.
Архитектура, по которой микрогрид формируется вокруг MEMO, состоит из трех слоев: интеграции распределенных источников энергии и гибкости (DER), управления активной сетью и интеллектуального управления энергетикой [6].
Первый — коммуникационный — слой архитектуры обеспечивает информационную интеграцию DER при помощи оригинальной системы IoT от компании Minsait Utilities («дочки» INDRA), в которой помимо распространенной технологии PRISM использована программно-аппаратная платформа Node#1 с шиной данных на собственном протоколе реального времени iSPEED, который поддерживают все приложения не только этого, но и двух других архитектурных слоев.
Второй — технологический — слой использует IoT-инфраструктуру для распределенного управления перетоками мощности и качеством электроэнергии в сети микрогрида. В рамках этого слоя также развернута система iPA для мониторинга и аналитики состояния сети в реальном времени.
Третий — трансакционный — слой представляет собой энергетический рынок, на котором осуществляются агрегация, планирование и оркестрирование работы активов микрогрида, просьюмеров и потребителей. В рамках этого слоя развернуты внутренний рынок, на котором целью торгов является снижение совокупных расходов на электроснабжение, и участие на внешних рынках для формирования общего заработка. Коммерческие отношения в микрогриде устроены таким образом, что его участники платят MEMO за интеллектуальное управление и использование активов микрогрида, при этом сами получая плату как от MEMO — за использование своих активов на внешних рынках, так и друг от друга — за вклад своих активов в общее электроснабжение.
На основе работы микрогрида кампуса в Клайтоне Университет Монаша по заказу правительства штата Виктория провел детальный анализ рыночных возможностей таких микрогридов как поставщиков энергетической гибкости для штата. В период 2019–2023 годов удовлетворение потребностей энергосистемы штата в системных услугах могло бы приносить владельцам и резидентам гипотетических микрогридов — таких же, как уже построенный в Университете Монаша,— от $22,3 млн до $35,8 млн в год [7]. Более половины из них — за счет продажи услуг гибкости: снижения потерь в сетях, управления уровнем напряжения, регулирования частоты и снижения потребления в пиковые часы.
Похожий по масштабу проект микрогрида создает недалеко от Сиднея сообщество эко-поселения Навара. Его цель — обеспечить эко-поселение на 100% возобновляемым электрическом. Для этого в составе микрогрида уже развернута солнечная генерация мощностью 526 кВт и 460 кВт накопителей, подключены 60 домохозяйств с управляемой нагрузкой. Планы предусматривают увеличение мощности солнечных панелей до 1052 кВт, накопителей — до 825 кВт, а числа домохозяйств — до 120 [8]. Микрогрид имеет возможность выдавать мощность в сети Нового Южного Уэльса. В микрогриде действует централизованная система оптимального управления, в том числе — нагрузками домохозяйств. Стоимость проекта — $2,47 млн, из которых половина — финансирование со стороны ARENA [9].
Австралия — один из мировых лидеров в создании микрогридов для островных энергетических сообществ, во многом — в силу географического фактора. На островах основная задача микрогридов — снизить расход привозного дизельного топлива за счет использования ВИЭ, тем самым сделав электроснабжение одновременно и более автономным, и более дешевым, и более экологичным.
Визитная карточка австралийских remote microgrid для энергетических сообществ находится на острове Кинг рядом с Тасманией [10]. Микрогрид стоимостью $17,7 млн включает 6 МВт дизельных генераторов на биотопливе, 470 кВт солнечных панелей, 5 ветрогенераторов общей мощностью 2,5 МВт, а также системы накопления электроэнергии — батареи на 3 МВт мощности и 1,5 МВт·ч емкости, а также два маховиковых накопителя по 1 МВт мощности для регулирования частоты. Кроме того, в задачах оптимизации и регулирования используется управление нагрузками потребителей и специальная динамическая резистивная система мощностью 1,5 МВт. Динамическая резистивная система — специальная тонко регулируемая резистивная нагрузка, необходимая для компенсации избыточной выработки на ВИЭ, когда этот избыток мощности уже не может быть ни использован потребителями на острове, ни накоплен СНЭ. Она участвует в регулировании частоты в изолированной энергосистеме.
Аналогичная конфигурация применена в микрогриде стоимостью $6 млн на острове Роттнест недалеко от Перта [11]. Интересная особенность проекта — использование опреснительной установки на 14 млн литров мощностью 145 кВт в качестве управляемой нагрузки. Кроме того, в составе микрогрида — 7 дизельных генераторов общей мощностью 2,2 МВт, по 600 кВт солнечной и ветрогенерации, динамическая резистивная система мощностью 0,5 МВт.
Похожий проект стоимостью $13,4 млн реализуется на острове Флиндерс в проливе Басса рядом с Тасманией. 900 жителей острова составят энергетическое сообщество с микрогридом в составе 2 МВт дизельных генераторов, 0,5 МВт солнечной генерации и накопителей на 0,5 МВт·ч [12]. Еще один проект — на далеком острове Лорд-Хау в 600 км от побережья, где за $10,4 млн в дополнение к имеющейся дизельной генерации строится микрогрид с 1,2 МВт солнечных панелей и 3,2 МВт·ч накопителей для энергоснабжения 350 жителей [13].
Наверное, самое необычное из «островных» энергетических сообществ Австралии находится вообще не на острове. Это — подземный город Кубер-Педи, мировая столица добычи опалов, где живут более 1,5 тысяч человек. Для его электроснабжения вместо существующей дизельной генерации создается микрогрид в составе 4 МВт ветрогенерации, 1 МВт солнечных панелей, аккумуляторного накопителя на 1,5 МВт с емкостью 0,5 МВт·ч, двух маховиков по 850 кВт и динамической резистивной системы на 3 МВт [14]. Дизельные генераторы до 70% времени будут использоваться только в качестве резервных источников энергии. Микрогрид располагается непосредственно над городом, большая часть которого находится в шахтах и туннелях под поверхностью.
Чувствуя перспективу роста числа энергетических сообществ со своими микрогридами и источниками гибкости, ARENA запустила в прошлом году крупный проект по созданию цифровой платформы deX для локальных рынков распределенной энергетики [15]. В рамках проекта с бюджетом более $31 млн создается платформенное решение для локальной торговли электроэнергией, торговли сервисами гибкости, а том числе — работы в режиме виртуальной электростанции.
Следующие точки нашего маршрута — Нидерланды, где энергетические сообщества создают микрогриды как часть своей архитектуры, и США, где главная задача микрогридов — обеспечить надежность электроснабжения в случае стихийных бедствий.
Подготовлено IC ENERGYNET / Автор: Игорь Чаусов
[1] https://about.bnef.com/blog/scale-up-of-solar-and-wind-puts-existing-coal-gas-at-risk/
[2] https://www.monash.edu/net-zero-initiative/microgrid
[3] https://arena.gov.au/projects/indra-monash-smart-city/
[4] https://www.monash.edu/__data/assets/pdf_file/0004/1980499/Monash-Net-Zero_Microgrid-Operator-Whitepaper_20190617-1.pdf
[5] https://www.monash.edu/__data/assets/pdf_file/0011/1980497/Monash-Net-Zero_Microgrid-Operator-Commercialisation-Brochure_20190617.pdf
[6] https://www.monash.edu/__data/assets/pdf_file/0010/1980496/Smart-Energy-City_Introductory-Report_20190731.pdf
[7] https://www.monash.edu/__data/assets/pdf_file/0006/1980501/Monash-Net-Zero_Microgrid-Operator-Factsheet_20190617.pdf
[8] https://nararaecovillage.com/nev-power/
[9] https://arena.gov.au/projects/narara-ecovillage-smart-grid/
[10] https://www.hydro.com.au/clean-energy/hybrid-energy-solutions/success-stories/king-island
[11] https://arena.gov.au/assets/2017/02/rottnest-island-water-renewable-energy-nexus.pdf
[12] https://microgridnews.com/flinders-island-microgrid-tasmania/
[13] https://arena.gov.au/blog/lord-howe-island-renewables-replace-diesel-fuel/
[14] https://www.hydro.com.au/clean-energy/hybrid-energy-solutions/success-stories/coober-pedy
[15] https://arena.gov.au/assets/2019/03/dex-project-progress-report.pdf
