Еще сто лет назад образ электростанции представлялся нам как нечто громоздкое: уходящие в небо дымовые трубы, бесконечные составы с углем и оглушительно гудящие турбины. Однако станции, которые будут питать наше будущее, выглядят совершенно иначе — многие из них, по сути, не будут иметь физической формы. Добро пожаловать в эпоху виртуальных электростанций (ВЭС).
Переход от традиционных источников энергии, таких как уголь и газ, к возобновляемым, зависящим от погодных условий (солнце и ветер), кардинально меняет десятилетиями устоявшиеся принципы эксплуатации энергосистемы.
И власти, и частные компании сегодня возлагают большие надежды на потенциал ВЭС. Они могут помочь сдерживать рост цен и предотвращать перегрузку энергосети.
Вот что необходимо знать о виртуальных электростанциях и почему они могут стать ключом к более широкому внедрению чистой энергии и систем накопления.
Что такое виртуальные электростанции и как они работают?
Виртуальная электростанция — это система распределенных энергетических ресурсов, куда входят домашние солнечные панели, зарядные станции для электромобилей и «умные» водонагреватели, работающие сообща для балансировки спроса и предложения энергии в крупном масштабе. Как правило, управлением этого сложного баланса занимаются местные коммунальные предприятия.
По словам Руди Шанкара, директора Инженерной школы энергетических систем Университета Лихай, ВЭС — это способ «сшить воедино» портфель ресурсов, который помогает сети реагировать на пиковый спрос, одновременно снижая углеродный след всей энергосистемы.
«Виртуальность» ВЭС обусловлена отсутствием централизованного физического объекта, подобного традиционной угольной или газовой станции. Агрегированные аккумуляторы и солнечные панели, генерируя электричество и балансируя нагрузку, выполняют функции, которые ранее были прерогативой конвенциональных АЭС.
Однако у них есть и уникальные преимущества.
Кевин Брем, менеджер Института Скалистых гор, специализирующийся на безуглеродном электричестве, считает аналогию с традиционными станциями «полезной», но подчеркивает, что ВЭС «делают некоторые вещи иначе и, следовательно, могут предоставлять услуги, недоступные для обычных электростанций».
Одно из существенных отличий — способность ВЭС формировать потребление энергии конечными пользователями в реальном времени. В отличие от традиционных станций, ВЭС могут взаимодействовать с распределенными ресурсами, позволяя операторам сети управлять спросом со стороны потребителей.
Например, «умные» термостаты, подключенные к кондиционерам, могут регулировать температуру в домах и контролировать объем потребляемой ими электроэнергии. В жаркие летние дни такие термостаты могут предварительно охлаждать помещения перед пиковыми часами, когда потребление резко возрастает. Рассредоточение времени работы кондиционеров помогает избежать резких скачков спроса, которые могут вызвать перегрузки и отключения. Аналогичным образом, зарядные устройства для электромобилей могут адаптироваться к требованиям сети, либо отдавая, либо потребляя электричество.
Эти распределенные источники энергии подключаются к сети посредством таких технологий связи, как Wi-Fi, Bluetooth и сотовая связь. В совокупности, внедрение ВЭС повышает общую устойчивость системы. Координируя работу сотен тысяч устройств, ВЭС оказывают ощутимое влияние на сеть: они формируют спрос, поставляют энергию и обеспечивают бесперебойное электроснабжение.
Какова популярность ВЭС сегодня?
До недавнего времени ВЭС в основном использовались для управления потреблением энергии у потребителей. Но по мере развития технологий солнечной энергетики и аккумуляторов, коммунальные службы теперь могут использовать их для возврата электричества в сеть по мере необходимости.
В Соединенных Штатах Министерство энергетики оценивает общую мощность ВЭС примерно в 30-60 гигаватт. Это составляет около 4–8% от пикового спроса на электроэнергию по стране — незначительная, но растущая доля в общей системе. Тем не менее, некоторые штаты и коммунальные компании активно наращивают объемы ВЭС в своих сетях.
Green Mountain Power, крупнейшая коммунальная компания Вермонта, в прошлом году привлекла внимание общественности, расширив свою программу субсидирования домашних аккумуляторов. Клиенты могут арендовать домашнюю батарею Tesla по сниженной цене или приобрести собственную, получив субсидию до 10 500 долларов, если согласятся по требованию делиться накопленной энергией с коммунальной службой. Комиссия по коммунальным услугам штата Вермонт, которая одобрила эту программу, заявила, что она также может обеспечить экстренное питание во время перебоев.
В Массачусетсе три компании (National Grid, Eversource и Cape Light Compact) внедрили программу ВЭС, которая выплачивает компенсации клиентам в обмен на право управления их домашними аккумуляторами.
Тем временем в Колорадо ведутся работы по запуску первой в штате системы ВЭС. Комиссия по коммунальным услугам Колорадо настоятельно призывает Xcel Energy, крупнейшую коммунальную компанию штата, разработать полностью работоспособный пилотный проект ВЭС к этому лету.
Почему ВЭС важны для перехода к чистой энергии?
Операторы сетей обязаны покрывать ежегодную или ежедневную «пиковую нагрузку» — момент максимального потребления электроэнергии. Для этого им часто приходится задействовать газовые «пиковые» станции, которые в остальное время года просто простаивают, но могут быть быстро запущены при высоком спросе. ВЭС позволят снизить зависимость сетей от этих установок.
По данным Министерства энергетики США, к 2030 году планируется увеличить национальную мощность ВЭС до 80–160 ГВт. По словам Бремма, это эквивалентно тому, что не понадобится строить 80–160 электростанций, работающих на ископаемом топливе.
Многие коммунальные службы заявляют, что ВЭС могут не только сократить выбросы, но и снизить счета потребителей. Исследования показывают, что использование распределенных источников во время пикового спроса до 60% экономически выгоднее, чем полагаться на газовые установки.
Ещё одно важное, пусть и менее осязаемое, преимущество ВЭС заключается в том, что они вовлекают людей в энергетическую систему. Обычно потребители просто получают электричество. В рамках системы ВЭС они одновременно потребляют энергию и вносят свой вклад в сеть. Эта двойная роль помогает им лучше понять работу сети и глубже заинтересоваться переходом на чистую энергетику.
Что ждет ВЭС в будущем?
Мощность распределенных источников энергии стремительно растет благодаря широкому распространению электромобилей, зарядных станций и устройств «умного» дома, как сообщает Министерство энергетики. Подключение этих компонентов к системам ВЭС повышает способность сети балансировать спрос и предложение в реальном времени. По словам Шанкара, улучшение искусственного интеллекта также поможет ВЭС стать более умелыми в координации разнообразных активов.
Регуляторы также начинают активно подключаться. Национальная ассоциация регуляторов коммунальных предприятий начала проводить совещания и семинары для обучения своих членов особенностям ВЭС и их внедрения в своих штатах. Комиссия по энергетике Калифорнии планирует финансировать исследования, изучающие преимущества интеграции ВЭС в энергосистему штата. Брем отмечает, что такой интерес со стороны регуляторов является новым и весьма многообещающим явлением.
Тем не менее, препятствия остаются. Включение в программу ВЭС может быть сложным для потребителей, поскольку процедура варьируется в зависимости от штата и компании. Упрощение этого процесса поможет коммунальным службам максимально использовать потенциал распределенных ресурсов, таких как электромобили и тепловые насосы. Стандартизация развертывания ВЭС также может ускорить их рост в национальном масштабе, упрощая тиражирование успешных проектов в разных регионах.
«В конечном счете, всё упирается в политику», — заключает Брем. «Технологическая база уже сформирована. Мы продолжаем изучать, как лучше всего внедрять эти решения и как взаимодействовать с потребителями».
