1. Введение
С развитием технологий возобновляемых источников энергии передовые технологии связи и управления широко применяются в интеллектуальных сетях для информатизации, автоматизации и оцифровки. Высокое проникновение возобновляемых источников энергии стало одной из главных особенностей интеллектуальной сети. Увеличение использования возобновляемых источников энергии является крайне неустойчивым и непостоянным, что затрудняет поддержание баланса между спросом и предложением в режиме реального времени и ставит под угрозу стабильную работу энергосистемы. Новые экономические модели и инструменты регулирования необходимы для решения ряда проблем, связанных с крупномасштабным использованием возобновляемых источников энергии в интеллектуальных сетях.
В экономике существует термин «экономика совместного использования» (Шеринг) [1]. Суть данного понятия в том, что существует разница в спросе между владельцем и пользователем, и эффективность использования социальных ресурсов максимизируется за счет временной передачи прав на использование ресурсов для удовлетворения потребностей обеих сторон.
Интеграция экономики совместного использования с интеллектуальными сетями имеет большое значение для электроэнергетики и социального обеспечения. Ожидается, что это исследование станет важным руководством для инженеров, изучающих интеллектуальные сети. Целью статьи является объединение первоначальных исследований и выявление предпринимаемых мер для следующего шага в области инвестиционной привлекательности данного проекта. Немаловажным является акцент на экономической выгоде для органов власти в долгосрочной перспективе что поможет установить стандарты, совместимые с каждым приложением, чтобы все интеллектуальные сети могли координироваться под контролем одних и тех же органов власти.
2. Основные результаты
2.1. Трансактивная энергия
В последние годы экономика совместного использования первоначально применялась в интеллектуальных сетях для решения проблем, вызванных увеличением использования возобновляемых источников энергии. Типичным примером экономики совместного использования является совместное хранение энергии.
Накопитель энергии обладает характеристиками пространственной и временной передачи энергии и считается наиболее прямым и эффективным решением для крупномасштабной интеграции возобновляемых источников энергии. Однако высокая стоимость и низкая масштабируемость становятся препятствиями для крупномасштабного применения накопителей энергии. Суть совместного хранения энергии заключается в разделении владения, контроля и использования ресурсов хранения энергии. Для общего хранилища энергии основными субъектами могут являться владельцы, операторы и пользователи.
Владельцы хранилищ энергии передают право использования пользователям для получения дополнительного дохода, что позволяет избежать растраты ресурсов хранения энергии; операторы хранилищ энергии разумно распределяют ресурсы хранения энергии в соответствии с потребностями пользователей и получают плату за обслуживание за счет профессионального управления и контроля энергии; пользователи используют ресурсы хранения энергии, подписывая контракты с операторами для экономии затрат на самодельные устройства хранения энергии. Режим совместного хранения энергии может привлечь больше капитала для активных инвестиций в отрасль хранения энергии, ускорить развитие масштаба хранения энергии и максимизировать эффективность использования накопителей энергии.
Концепция ТЭ может быть использована в качестве рыночного механизма для стимулирования динамического балансирования в режиме реального времени между спросом и предложением энергосистем. Соответственно, производители и потребители рационализируют свои планы производства и потребления энергии, руководствуясь ценностными сигналами, для повышения экономической эффективности и предоставления услуг энергетическим системам. Торговая архитектура для систем TЭ показан на рис. 1.
Торговая архитектура для систем ТЭ
Таким образом, совместное хранение энергии – это бизнес-модель, которая отделяет собственность от права на ресурсы хранения энергии [2]. И тогда клиенты могут арендовать право использования накопителей энергии у владельцев накопителей энергии в соответствии со своими собственными потребностями. Владельцы ресурсов хранения энергии могут получить дополнительные экономические выгоды, отказавшись от права использовать неработающие хранилища энергии в определенное время.
Совместное накопление энергии показано на рис. 2.
Базовая структура общего хранилища энергии
2. Сценарии применения
Совместное накопление энергии на стороне поставщика в основном может быть использовано для потребления возобновляемой энергии. Совместное хранение энергии может эффективно сгладить непостоянство возобновляемой энергии [3]. Совместное хранение энергии на стороне сети помогает решить проблемы с блокировкой линий и снизить инвестиционные затраты на расширение и модернизацию линий. По мере увеличения проникновения возобновляемых источников энергии это часто приводит к перегрузке сети и снижению надежности электроснабжения, что необходимо устранить и повысить коэффициент использования оборудования для хранения энергии.
2.3. Планирование и конфигурация
Размер хранилища энергии играет важную роль при проектировании и эксплуатации общего хранилища энергии. Соответствующий размер хранилища может снизить инвестиционные затраты пользователей при одновременном удовлетворении их потребностей в хранении. В общем, распределение мощности общего хранилища энергии тесно связано с потребностями пользователей. Инвесторы и операторы совместного хранения энергии должны адекватно прогнозировать и количественно оценивать спрос пользователей, и размышлять о поведении пользователей по аренде хранилища.
По сравнению с автономным хранилищем энергии пользователи с общим хранилищем энергии имеют возможность обновить доступную емкость хранилища за счет перераспределения и уменьшить общую требуемую емкость хранилища.
Другими словами, пользователи имеют разные потребности в выборе периодов зарядки и разрядки, что одновременно приводит к дополнительным требованиям. Следовательно, помимо совокупной потребности в накоплении энергии данные пользователей, влияние дополнительного спроса, обусловленного распределением мощностей и энергии, также должны учитываться при планировании и настройке совместного хранения энергии.
В 2020 году в России запущена программная платформа управления распределенной энергетикой на блокчейне [4].
Проект «Разработка российской программной платформы управления распределенной энергетикой – ∀Платформа» [5] выполняется в рамках дорожной карты Национальной технологической инициативы (НТИ) по направлению EnergyNet [6], [7]. Разработка нацелена на решение задачи модернизации энергетической инфраструктуры посредством внедрения цифровых технологий и платформенных решений и соответствует приоритетным направлениям развития науки, технологии и техники в РФ, таким как информационно-телекоммуникационные системы, энергоэффективность и энергосбережение.
«∀Платформа» – это цифровая платформа, предназначенная для разработки, внедрения и исполнения прикладных систем управления объектами интеллектуальной распределённой энергетики и сопутствующих сервисов. «∀Платформа» представляет собой информационную площадку для размещения информационных ресурсов, в том числе функциональных подсистем, которые могут поставляться вместе с платформой, и приложений на платформе, разрабатываемых сторонними разработчиками и решающих задачи управления распределенной энергетикой.
Архитектурные и программные решения, заложенные в «∀Платформу», позволят работать на стыке современных цифровых технологий интеллектуального управления, таких как промышленный интернет вещей, машинное обучение, онтологическое моделирование, цифровые двойники, оптимальное управление, блокчейн и другие.
«∀Платформа» призвана обеспечить потребителей высококачественными малозатратными механизмами доступа к полному спектру возможностей и функций субъектов энергетики: от производства и хранения энергоресурсов до комплексного управления жизненным циклом активов.
Целью информационной «∀Платформы» является обеспечение автоматического и автоматизированного выполнения функций по сбору и передаче информации, ее хранению, обработке и предоставлению, а также функций интеллектуального управления.
«∀Платформа» обеспечивает реализацию различных бизнес-функций, в том числе:
- ценозависимое управление спросом на электроэнергию;
- взаимную торговлю электроэнергией между владельцами энергооборудования;
- интеграцию микроэнергосистемы с внешней (централизованной) энергосистемой с сильной или слабой связью для обеспечения возможности их параллельной работы с учетом особенностей реализации систем оперативно-технологического управления электросетевых компаний в части режимного и противоаварийного управления;
- координированное управление генерацией источников ЭЭ (в том числе ВИЭ) в части управления частотой, напряжением и потерями ЭЭ;
- балансирование изолированной энергосистемы (управление балансом электроэнергии и мощности в энергосистеме без подключения к внешней энергосистеме);
- дезагрегацию потребления электроэнергии (контроль потребления каждого электроприбора в составе умного дома для составления поведенческой модели потребителя);
- оптимизацию совершения платежей за фактически полученную электроэнергию, в том числе с возможностью учета ее качества;
- учет показателей качества электроэнергии (КЭ) и их соответствия предъявляемым требованиям стандартов для предоставления легитимной информации при необходимости формирования стоимости электроэнергии;
- проактивный анализ потребностей в электроэнергии пользователей.
Основными клиентами цифровой платформы будут владельцы распределенных энергоресурсов, сетевые организации и сбытовые компании, промышленные предприятия, а в экосистему платформы войдут разработчики программного обеспечения, производители оборудования, вузы и НИИ.
Платформа позволит использовать на объектах малой энергетики современные цифровые технологии. В дальнейшем платформа сможет послужить основой для создания единой модели розничного энергетического рынка с интеграцией блокчейн-технологий.
3. Заключение
Традиционно потребители энергии оплачивают расходы, не связанные с сырьевыми товарами (например, расходы на передачу, охрану окружающей среды и сети), в качестве основного компонента своих счетов за электроэнергию. При распределенном производстве энергии возможность потребления энергии вблизи производителей может минимизировать такие затраты [8].
Трансактивная энергия это применение экономики совместного использования в области рынка электроэнергии [9], [10], [11]. Увеличение использования возобновляемых источников энергии ухудшает баланс между спросом и предложением. Наиболее важной особенностью трансактивной энергетической системы является децентрализованное взаимодействие в режиме реального времени между сторонами спроса и предложения. «∀Платформа» предназначена для совместного использования различных информационных ресурсов, в том числе сервисов, подсистем и модулей, как общесистемных, так и специализированных, доступ к которым обеспечен по единым правилам (адресация, стандартизованные интерфейсы и протоколы) в рамках управления распределенной энергетикой. Экономика совместного использования отвечает требованиям эффективной интеграции распределенных ресурсов и повышения эффективности использования энергии, которые стали важной частью интеллектуальных сетей. Совместное хранение энергии и транзакционная энергия, как приложения экономики совместного использования в интеллектуальных сетях, значительно улучшают работу энергосистем. Процесс развития распределенной энергетики в настоящий момент носит мало управляемый и слабо регулируемый характер.
Развитие экономики совместного использования позволит получить высокие технико-экономические результаты для субъектов Российской Федерации. Для масштабного развития экономики совместного использования энергосистем необходимо реализовать шаги, направленные на ликвидацию административных, нормативных и технологических барьеров, а также создание условий для притока частных инвестиций.