Возобновляемые источники энергии удобно использовать локально, во время пиковых нагрузок. Однако, когда пик нагрузки пройден, излишки выработанной энергии нужно или аккумулировать, или продавать.
В последнем случае можно существенно снизить затраты и даже получить прибыль. Рост возобновляемой энергетики и распределённой генерации подталкивает к идее создания децентрализованных генерирующих сообществ, объединённых в одну сеть — виртуальных электростанций.
Сложности «зелёной» энергетики
Если мы обратимся к статистике, то можем увидеть, что доля выработки энергии от возобновляемых источников неуклонно растёт.
К примеру, в Голландии с 2017 года, железнодорожное сообщение на 100% обеспечивается электроэнергией, произведённой на ветроэлектростанциях.
Однако, как уже было написано, почти все источники возобновляемой энергии не могут обеспечить стабильную выработку электроэнергии.
Работа солнечных электростанций зависит от уровня инсоляции, времени суток, погоды и времени года. На работу ветряных электростанций также оказывает влияние изменение направления ветра и т. п. Ко всему прочему такие электростанции размещены на значительных расстояниях относительно друг друга.
С увеличением доли «зелёной» энергетики, подобные проблемы будут только увеличиваться.
Решение
Обозначим проблему: необходимо обеспечить эффективное управление большим количеством электростанций, работающих на разных физических принципах. Другими словами, нужно объединить разнотипную генерацию электроэнергии в одну, «виртуальную» электростанцию VPP — virtual power plants.
VPP — это программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий управление различными генераторами электроэнергии. Для этого применяются технологии машинного обучения, при помощи которых распределяется энергия между различными потребителями. При этом излишки электроэнергии могут аккумулироваться для выдачи потребителям во время пиковых нагрузок.
Составные части VPP
Из-за того, что сами потребители, а также источники электроэнергии, могут существенно различаться, в зависимости от различных особенностей конкретного региона, любая виртуальная электростанция уникальна.
Однако, в каждой виртуальной электростанции можно выделить следующие составные части:
- Источники электрической энергии.
- Электроустановки потребителей.
- Аккумулирующие установки.
- Датчики, необходимые для сбора данных.
- Программное обеспечение.
Принципы работы
Для достижения наибольшей эффективности VPP должна собирать и обрабатывать множество данных о доступной генерации, имеющихся возможностях загрузки потребителей, о графике нагрузки энергосистемы и т. п. Все поступающие данные обрабатываются в режиме реального времени, что даёт возможность VPP определять, какой тип генерации наиболее эффективен на данный момент, с учётом действующей ситуации на рынке и с учётом прогноза погоды.
Виртуальные электростанции могут снизить потери электроэнергии при её передаче. Работая по специальным алгоритмам, можно, например, оптимизировать отопление, кондиционирование и вентиляцию помещений. Причём такая оптимизация производится с учётом графика нагрузок и даже с учётом времени года и действующей погоды.
Сам тип генерации здесь не имеет никакого значения. Электроэнергия может производиться при помощи возобновляемых источников, газовых, или дизельных электростанций, а также выдаваться в сеть аккумуляторными батареями. При этом крайне важно, что, сами потребители не должны страдать от вмешательства в производственные процессы.
Примеры
Разумеется, что некоторые проекты VPP уже реализованы. Так, с 4 февраля 2017 года была начата организация VPP в Южной Австралии. Проект предусматривает установку солнечных панелей и аккумуляторов Tesla Powerwall 2 в 50 тысячах частных домов, объединённых в единую виртуальную электростанцию.
Проект имеет социальную направленность и призван снизить цену на электроэнергию. При этом установка солнечных панелей на 5 кВт, аккумуляторной батареи и умного электросчётчика бесплатно для арендаторов жилья. Само же правительство продаёт излишки электроэнергии.
Внедрение этого проекта позволило объединить генерацию электроэнергии на 250 МВт и аккумуляторы, ёмкостью на 650 МВт*ч.
Это в 2,5 раза превосходит показатели, уже введённой в строй, 1 декабря 2017 года, системы Hornsdale Power Reserve. Она имеет ёмкость 129 МВт*ч и предназначена для хранения энергии, вырабатываемой местными ветроэлектростанциями в количестве 100 МВт*ч.
Также компания Elektro Ljubljana — одна из энергосбытовых компаний в Словении, имеющая крупнейшую распределительную сеть и приблизительно 350 тысяч абонентов, ввела в строй VPP в 2011 году.
Благодаря этому компании удалось достигнуть эффективного управления выработкой, накоплением и потреблением «зелёной» электроэнергии. Это позволяет поддерживать работу «пиковых» электростанций или даже в некоторых случаях, полностью заменить их.
Заключение
Повсеместное внедрение VPP для распределительных и магистральных электросетей позволяет сделать более прозрачной их деятельность для всех участников рынка, снизить пиковые нагрузки, а значит, и уменьшить риск перебоев в электроснабжении. Такие возможности позволяют снизить финансовые затраты, в том числе и за счёт контроля за работой распределённой генерации.
Для потребителей появляется новая возможность доступа к дешёвой электроэнергии, а для владельцев объектов распределённой генерации это означает возможность участия в рыночных отношениях в качестве полноправного производителя.
