Пікери та балансери: які технології необхідні енергосистемі України

27 листопада 2020Олеся Натха, спеціально для “Української енергетики”

“Зелену” енергію балансуватимуть не лише батареї

“Зелений” енергетичний перехід – це постійний процес, і Україна активно долучається до нього разом з іншими країнами світу. Одним із важливих аспектів зростання частки ВДЕ в енергосистемі є необхідність їх балансування, що зумовлено непостійністю виробництва електроенергії з вітру й сонця. Питання про необхідність будівництва високоманеврених потужностей в Україні обговорюють на всіх рівнях. При цьому, в останні часи виникла певна плутанина в термінах “пікові” та “балансуючі” потужності, адже часто їх ототожнюють лише з батареями, що є хибним.

Ця тема стала набагато актуальнішою, оскільки в Україні невдовзі планують оголосити конкурс на державну підтримку будівництва генеруючих потужностей і здійснення заходів з управління попитом.

Різні технології гнучкості енергосистеми в умовах зростання частки “зеленої” генерації мають великі відмінності, і важливо визначити, яка з них є найбільш придатною для України в найближчі роки.

“Зелена” енергія потребує все більшої гнучкості

Вимога до збільшення гнучкості енергосистем у різних країнах через зростання частки “зеленої” генерації є світовим трендом. За даними ресурсів, глобальний приріст потужностей зі змінних відновлюваних джерел перевищуватиме половину від загальної кількості до 2040 року.

Згідно зі сценарієм нових політик, світовий попит на електроенергію зросте більше ніж на 20% протягом наступного десятиліття, а попит на гнучкість, тобто здатність системи швидко реагувати на зміни в енергопостачанні, збільшиться приблизно на 80%. Саме тому гнучкість вважають основою майбутніх електричних систем.

Надалі все більше уваги буде приділятися батареям для забезпечення гнучкості мереж, однак наразі основне навантаження лягає на інші технології, оскільки висока вартість великих накопичувачів енергії заважає їх масовому впровадженню.

“Усі батареї, про які зараз багато говорять, є короткочасними, – зазначив директор з розвитку ринків фінської компанії Wärtsilä Energy в Східній Європі Ігор Петрик. – Для перенесення енергії на добу або більше необхідні батареї з тривалістю акумулювання 4-8 годин”.

Коли вартість потужних систем накопичення енергії, здатних працювати протягом декількох годин, стане конкурентоздатною, лише тоді можна буде сподіватись на їхнє широке застосування для балансування.

Наразі у світі для цього активно використовують газопоршневі, газотурбінні та парогазові установки. В Україні ж балансування здебільшого виконується за допомогою вугільної генерації. Важливо зазначити, що деякі технології використовуються через необхідність (оскільки такі потужності вже були збудовані раніше), і поки що немає нових сучасних рішень, потрібних в енергосистемі з великим відсотком ВДЕ.

Які технології балансування зростатимуть, окрім батарей

найекономічнішим сценарієм розвитку енергосистеми України від Wärtsilä, електроенергія з сонця та вітру стане основною і займатиме провідне місце вже з середини 2030-х років, а до 2050 року її частка сягне 83%. Потужності СЕС та ВЕС досягнуть 44 ГВт та 35 ГВт відповідно. Додатково встановлена потужність маневрених газових станцій складе 18 ГВт. Батареям у цій моделі відведено також 18 ГВт станом на 2050 рік.

У найближчому майбутньому, починаючи з 2023 року, очікується стрімке зростання вітрової та маневреної газової генерації. “На 2030 рік потрібно забезпечити 9 ГВт маневреної газової генерації, – зазначив Ігор Петрик.

Джерело: Wärtsilä Energy

Фахівець зазначив, що при згадці про високоманеврені потужності зазначається багато різних технологій. “Проте дуже часто, говорячи про необхідність маневрених потужностей, багато хто згадує лише батареї, – підкреслив він. – Однак не можна забувати, що газова генерація є актуальною і тепер, і до 2050 року, що також підтверджує прогноз Bloomberg”.

За підрахунками експерта, до моменту переходу газової генерації на використання водню або інших екологічних газів пройде дуже багато років, ймовірно до 2040-х, можливо, трохи раніше в Німеччині. За прогнозами Bloomberg за період з 2018 по 2030 рік  потужності батарей та газових балансуючих технологій зростуть у 13 разів. Очікується, що темпи зростання і для вітрових, і для сонячних станцій складуть 3 і 2 рази відповідно. Хоча в них початкова потужність значно вища. Таким чином, до 2030 року темпи розвитку газових і “батарейних” технологій очікуються приблизно однаковими.

Різні ролі пікерів і балансерів

Важливо розуміти відмінності між пікерами і балансерами, оскільки це впливає на те, які технології гнучкості варто розвивати в Україні в першу чергу, враховуючи їх вартість та ефективність.

Як пояснив Петрик, на багатьох ринках газова генерація представлена станціями базового навантаження (зазвичай мають на увазі парогазові установки або газотурбінні комбіновані цикли), а також пікерами, які запускаються в рідкісних випадках, коли не вистачає потужності.

“Однак, за даними досліджень і досвіду таких країн, як Німеччина та Велика Британія, їхні ролі поступово змішуються. – зауважив експерт, – це відбуватиметься через зростання вимог до маневреності газових станцій базового навантаження, а також зміни в режимах роботи пікерів, які ставатимуть більш частими та швидкими.”

Одна з технологій, які широко використовуються для балансування ВДЕ в світі, – парогазові станції. “Наприклад, у Німеччині є багато величезних парогазових станцій, які є набагато маневренішими, ніж вугільні, тому їх застосовують для балансування, – пояснює Петрик. – Проте через технологічні особливості вони не можуть швидко й часто вмикатися та вимикатися, адже це негативно впливає на обладнання. Вони більш пристосовані для роботи в режимі постійного навантаження з обмеженим діапазоном регулювання потужності. Коли навантаження знижується нижче певного рівня, вони змушені вимикатися, що їм шкодить.”

Існуючі великі парогазові станції в Європі поступово будуть виконувати більше маневрових функцій, про що свідчить прогноз Bloomberg. “Таким чином, великі парогазові станції в Німеччині стають частково балансуючими, регулюючи потужність у все ширшому діапазоні. Хоча це не надто ефективно. Але їх використовують, адже вони вже є в енергосистемі”,– резюмує фахівець.

В Україні таких станцій не має, тож будувати їх на наступні 30 років не має сенсу, на думку Петрика, адже вони не створені для циклічної роботи, а основне навантаження найближчим часом не буде стабільним.  

Ще одна газова технологія – газотурбінні станції (станції прямого циклу) здатні залишатися в резерві, запускатися за 15-20 хвилин і знову зупинятися без шкоди для себе.

“Суть пікера в тому, що його використовують як резерв потужності, коли енергосистемі не вистачає. Це не має нічого спільного з ВДЕ, – зауважив експерт. – Така потреба може виникнути у разі аварійних ситуацій (коли один з блоків вийшов з ладу або відключилася лінія електропередач, яка призвела до відключення цілої області). Пікер виконує спеціальну, не щоденну роль. Однак, з часом виникли нові терміни, й тепер кажуть, що пікери виконуватимуть функцію балансувальної потужності через розвиток потужностей з відновлюваних джерел”.

Фахівці Wärtsilä впевнені, що використання газотурбінних станцій (пікерів) з відносно низькія ефективністю пального та високими витратами на кожен запуск для балансування енергосистеми виявляється неефективним. “Bloomberg прогнозує збільшення коефіцієнта використання встановлених потужностей пікерів, тож їх паливна ефективність стане більш важливою. Тому будувати пікери для балансування ВДЕ не буде доцільно, – робить висновок фахівець фінської компанії. – І великі парогазові станції, і пікери – це потужності, які були побудовані деякий час тому. Відповідно, якщо вони вже є, має сенс їх використовувати для балансування, однак інвестувати в будівництво нових таких станцій не варто.”

Україна повинна зосередитися на будівництві технологій, які можуть задовольнити її актуальні технічні потреби. Це має бути технологія, що може багаторазово вмикатися впродовж дня, працює на різних навантаженнях, з широким діапазоном регулювання. Якщо для пікера, який переважно перебуває в резерві, паливна ефективність не була критично важливою, то для установки, яка працює 20-25% часу, вартість енергії має бути нижчою. “Ми називаємо це “балансер”, – пояснив Петрик. – “Балансер має покривати відновлювальні ресурси, виконуючи щоденну функцію, без непередбачуваних ситуацій. Тому тут важливі як капітальні витрати (вартість обладнання та будівництва), так і операційні витрати, оскільки енергія має бути економічною”.

Переваги газопоршневих станцій  

Порівнюючи парогазову установку й газотурбінну станцію, бачимо, що у парогазових установок (ПГУ) висока паливна ефективність (до 60%), але знижується при частковому навантаженні. До того ж ПГУ є дорогими  в будівництві й менш маневреними, тому ця технологія є досить ефективною, але дорогою.

Пікери (газотурбінні установки) є відносно дешевими в капітальних витратах. “Якщо будівництво ПГУ оцінюється у приблизно 1200 євро за кВт встановленої потужності, то будівництво 1 кВт газотурбінної станції обійдеться у 600-700 євро, але ефективність у них зазвичай становить близько 40%, а при часткових навантаженнях, що є теперішньою вимогою, цей показник знижується до 30%. Крім того, газотурбінні технології мають обмеження у частоті запусків, що, наприклад, впливає на вартість кожного пуску станції, – пояснює Петрик. – Тобто, газотурбінні установки досить дешеві, але не є ефективними для балансування, адже електроенергія, яку вони виробляють, коштує більше.”

У газопоршневих станцій капітальні витрати аналогічні газотурбінним (600-700 євро на 1 кВт), а їхня ефективність становить близько 50%. Отже, електроенергія з них буде щонайменше на чверть дешевшою, ніж з газотурбінних станцій. Таке співвідношення капітальних та експлуатаційних витрат є суттєвою перевагою. Таким чином, для балансування ВДЕ та “підхоплення” пікових навантажень газопоршневі станції є універсальним і найекономічнішим рішенням.

Розвиток балансуючих технологій у світі

“Сучасні балансуючі потужності найкраще розвинені на повністю лібералізованих ринках, – зазначив представник Wärtsilä. – Це лише кілька енергосистем, наприклад Техас, де ринок повністю вільний, а волатильність контролюється ринком реального часу, торгуючи та постачаючи електрику кожні 5 хвилин. Це створює можливості для інвесторів заробити, орієнтуючись на баланс попиту та пропозиції. Там побудовано багато балансуючих станцій, оскільки вони користуються попитом.

Цікавий приклад Німеччини, де паралельно з годинним ринком існує ринок, що діє кожні 25 хвилин, і на ньому ціни ведуть себе інакше, ніж на годинному. За словами Петрика, це є суттєвою перевагою.

У багатьох країнах ЄС (Німеччина, Італія, Франція, Польща, Литва) вводяться механізми державної підтримки будівництва балансуючих потужностей. Як зазначив Арбен Кллокочі, експерт з електроенергетики Ради органів регулювання Енергетичного Співтовариства (ECRB) при Секретаріаті Енергетичного Співтовариства, країни ЄС розробили механізми, що мають забезпечити балансуючу надійність енергосистеми та допомогти у вирішенні питань безпеки постачання. Однак він також підкреслив важливість відповідальності при використанні цих механізмів.

“Країни повинні здійснювати суворі оцінки балансової надійності, які виходять за межі їхніх кордонів. Лише тоді, коли країни зможуть довести, що ринок не в змозі здійснити необхідні інвестиції, можна розробити та впровадити програми підтримки, які відповідатимуть певним вимогам, пов'язаним з державною підтримкою, прозорістю, нейтралітетом щодо різних учасників ринку та оптимізацією економічної ефективності”, – зазначив експерт.

Кллокочі також наголосив, що в країнах ЄС механізм балансування вважається частиною вільного та відкритого ринку. “Втручання державних органів має бути дуже обмеженим, – зазначив він. – У Європейському Союзі розбудовується система, що включає платформи для транскордонного обміну балансуючими послугами, щоб оптимізувати ринок балансуючих ресурсів по всій Європі. Це вимагає європейське законодавство, яке найближчим часом буде включено до нормативно-правової бази Енергетичного Співтовариства”.

Що потрібно для інвестицій у нові балансуючі потужності в Україні

Відповідно до постанови Кабміну, оператор системи передачі “Укренерго” може ініціювати перед Міненерго проведення конкурсу на будівництво нової потужності з держпідтримкою. Такий конкурс уже декілька разів анонсований. Саме системний оператор має визначити, яких потужностей і з якими характеристиками не вистачає в енергосистемі.

Як повідомили “Українській енергетиці” в “Укренерго”, системний оператор повинен розробити проект конкурсної документації та подати його на затвердження конкурсній комісії, що формується відповідно до постанови Кабміну. Це має статися після прийняття рішення Кабінетом міністрів щодо оголошення конкурсу на будівництво генеруючих потужностей. “На цей момент такого рішення уряду ще немає”, – зазначили в компанії.

Для мінімізації ризиків, пов’язаних із тим, що конкурс проводитиметься вперше і процедури конкурсу ще не відпрацьовані, “Укренерго” запропонувало провести його не на повний обсяг потреби (2000 МВт), а лише на 500 МВт високоманеврових генеруючих потужностей з швидким запуском, які критично необхідні енергосистемі для забезпечення наявності гарантованих резервів заміщення та швидкодіючих резервів вторинного регулювання. При цьому передбачено розвиток нової потужності в обсязі 100 МВт в зоні “острова Бурштинської ТЕС” та 400 МВт в основній частині ОЕС України.

За словами системного оператора, одна з ключових технічних вимог до генеруючих одиниць це їхня здобутність щонайменше 4 рази на добу забезпечувати пуск/зупинку із швидкістю виходу на максимальну потужність не більше ніж за 15 хвилин від моменту отримання команди диспетчера. Це може бути будь-яка технологія, що відповідатиме технічним вимогам та завданням конкурсної документації.

Як повідомили в “Укренерго”, пропозиції системного оператора з докладними технічними вимогами наразі обробляються у Міністерстві енергетики, остаточну їх форму буде сформовано та включено в конкурсну документацію, яку затвердить конкурсна комісія. Протягом десяти днів після цього затвердження фінальна документація буде оприлюднена на офіційних веб-сайтах Міністерства енергетики, “Укренерго” та надана Секретаріату Енергетичного Співтовариства.

Як зазначила “Українській енергетиці” перший заступник міністра енергетики Ольга Буславець, конкурс на будівництво балансуючих потужностей і систем управління попитом, ймовірно, буде оголошений на початку наступного року.

Серед потенційних інвесторів у цій сфері, скоріш за все, слід очікувати компанії ДТЕК, “Донбасенерго”, “Київтеплоенерго”… “Існуючий портфель активів енергокомпаній в Україні не є конкурентоспроможним у майбутньому ринку через зношеність та низьку ефективність технологій, що спалюють багато пального, недостатню маневреність тощо. – зазначив Петрик. – Не здивуюсь, якщо вони звернуть увагу на ці можливості та розглянуть нові інвестиції”.

У “Донбасенерго” підтвердили інтерес до інвестицій у створення балансуючих потужностей. “ПАТ “Донбасенерго” вже проводить переговори з основними виробниками високоманеврового обладнання та планує активно взяти участь у конкурсі на будівництво балансуючих потужностей”,– прокоментував комерційний директор компанії Олег Ларіонов.

Він також зазначив, що, хоча Україна наразі має нагальну потребу в залученні інвестицій у сектор високоманеврової генерації, як на ринкових умовах, так і в рамках майбутньої конкурсної процедури на будівництво генеруючих потужностей, сьогоднішні ціни на ринку додаткових послуг за ставками внутрішнього фінансування мають такий термін окупності, який нецікавий навіть для розгляду цього проекту. “За зовнішнього фінансування термін окупності становить близько 12 років”, – додав Ларіонов, висловивши сподівання, що конкурси на будівництво балансуючих потужностей дозволять реалізувати проєкти з прийнятними термінами окупності.

На думку Петрика, щоб компанії приймали рішення про будівництво балансуючих потужностей, має існувати ліквідний ринок електроенергії, який не буде підпадати під жорсткі обмеження цін (price caps). “Це дозволить новим технологіям з’являтись на ринку, адже потреба в балансуючих потужностях зростає”, – пояснив він.

Нерівні умови для нової та існуючої генерації – це суттєвий фактор. “На старих станціях амортизація не враховується у собівартість виробленої електричної енергії, адже їхні капітальні витрати давно амортизовані. У той час, як на нових об’єктах капітальні інвестиції збільшують собівартість електроенергії”, – підкреслив економічний експерт Ігор Ляшенко.

За оцінками представника Wärtsilä, щоб новий учасник ринку міг побудувати нову потужність, необхідно, щоб його капітальні витрати були виключені з конкурентних умов, тому що існуючі потужності конкурують лише з змінними та умовно-постійними витратами. Без вилучення капітальних витрат з ціни на енергію жодна, навіть найсучасніша інвестиція не буде конкурентоспроможною, як би вона сильно не була потрібна для енергосистеми.

“Нові учасники ринку за умов виключно ринкових принципів не з’являться, – вважає Петрик. На його думку, для створення умов для бізнес-моделі з передбачуваною прибутковістю потрібно, щоб ринок електроенергії був ліквідним, конкурентним із механізмами, що підтримуватимуть інвестиції. Для цього потрібно зняти адміністративні обмеження. Після переходу на 15-хвилинні ринки без обмежень цін, як це передбачено європейськими законами, можливості для отримання прибутку зростуть. Поки ринок не стане вільним, без державної підтримки для будівництва або бонусу за когенерацію, навряд чи хтось ухвалить рішення про інвестиції. Як зауважено, потреба в додаткових маневрених потужностях існує вже давно, але на сьогодні ще не зроблено жодних інвестицій.

Олеся Натха, спеціально для “Української енергетики”

Теги:Поділитись