Локальні зони мережевої стійкості та локальні віртуальні електростанції: як це має працювати

Уявімо звичайний житловий квартал. На дахах уже є сонячні станції. У кількох будинках встановлені батареї. У дворі – зарядні станції для електромобілів. У підвалі працюють насоси, вентиляція, теплові насоси та інше обладнання, частину якого можна ненадовго перенести в часі або обмежити без шкоди для людей.

Сьогодні всі ці пристрої здебільшого живуть окремим життям. Для мешканця батарея – це резерв. Для власника зарядної станції – спосіб зарядити автомобіль. Для оператора системи розподілу – це часто просто ще одне навантаження, яке треба врахувати в мережі.

Ми пропонуємо подивитися на це інакше.

Якщо такі ресурси об’єднати в одну керовану систему, вони можуть одночасно виконувати три функції: допомагати місцевій електромережі у звичайному режимі, заробляти на гнучкості та ринку електроенергії, а під час аварії – підтримувати електроживлення учасників локальної зони.

Саме для цього Wesfin Flex підготував пакет нормативних пропозицій щодо локальних зон мережевої стійкості, локальних віртуальних електростанцій та аварійного електрозабезпечення їх учасників.

Важливо одразу розділити чинне право і нашу пропозицію. Українське законодавство вже визнає агрегацію, реагування попиту та послуги з гнучкості, а оператори систем розподілу отримали правову основу для закупівлі гнучкості як альтернативи або доповнення до розвитку мережі. Але цілісного режиму локальної зони, яка поєднує щоденну гнучкість, керовану зарядну інфраструктуру та аварійний острівний режим, поки немає. Саме цю прогалину ми пропонуємо закрити.

Що таке локальна зона мережевої стійкості

Простими словами, це електрично визначена частина мережі, де батареї, локальна генерація та кероване споживання можуть працювати узгоджено.

Такою зоною може бути:

• один багатоквартирний будинок;
• кілька будинків, підключених до однієї трансформаторної підстанції;
• житловий комплекс;
• вулиця або квартал;
• частина села чи невеликої громади;
• промисловий майданчик;
• одна або кілька секцій мережі 0,4 кВ;
• частина фідера 10 кВ або фідер у цілому.

Межа зони визначається не адміністративною картою і не тим, кому належить земля. Вона визначається фізикою електромережі: точками приєднання, трансформаторами, захистами, можливістю відокремлення, комерційним обліком та допустимими перетоками.

За нашою пропозицією ці параметри погоджуються з оператором системи розподілу і фіксуються у цифровому паспорті локальної зони.

Завантажуємо схему…

Це принципово важливо: локальна зона не стає новим оператором системи розподілу і не забирає в ОСР мережу. Власність та відповідальність за мережеву інфраструктуру залишаються там, де вони є. З’являється лише новий керований шар – можливість координувати розподілені ресурси в межах погоджених технічних обмежень.

А що таке локальна віртуальна електростанція

Локальна зона – це електрична територія. А локальна віртуальна електростанція – це сукупність керованих ресурсів усередині цієї території, якими агрегатор управляє як одним ресурсом.

Наприклад:

Жоден із цих ресурсів окремо не є великою електростанцією. Але разом, якщо їхня доступність перевіряється і ними можна безпечно керувати, вони стають 500 кВт керованої потужності.

Саме в цьому і полягає сенс агрегації: не будувати одну величезну станцію там, де можна зібрати тисячі малих ресурсів у єдину координовану систему.

Для чого це потрібно оператору системи розподілу

Мережі традиційно розвиваються дуже просто: якщо навантаження зростає і трансформатор або кабель наближаються до межі, треба ставити більший трансформатор, будувати нову лінію або посилювати підстанцію.

Іноді це єдино правильне рішення. Але не завжди.

Пік навантаження може тривати дві години на добу. Перевантаження може виникати тільки взимку ввечері. У районі може бути багато сонячної генерації вдень і великий дефіцит споживання в цей момент. Через кілька років може з’явитися сотня електромобілів, які всі почнуть заряджатися після 18:00.

У таких ситуаціях частину проблем можна вирішити не тільки міддю і трансформаторами, а керуванням часом і напрямком потоків енергії.

Чинне законодавство України вже рухається в цьому напрямку: послуги з гнучкості визначені як послуги для покриття потреб системи розподілу, а ОСР може купувати їх, якщо це допомагає ефективній та безпечній роботі мережі. Ми пропонуємо довести цю логіку до конкретного місцевого рівня – до трансформатора, фідера, кварталу, житлового комплексу або села.

Чому це не просто резервне живлення

Звичайна батарея, яку купило ОСББ, часто більшу частину року просто стоїть і чекає відключення.

Це дорога інфраструктура, яка використовується лише під час проблем.

У запропонованій моделі та сама батарея працює щодня:

1. зберігає погоджений аварійний резерв;
2. рештою доступної ємності допомагає власнику економити;
3. надає гнучкість оператору системи розподілу;
4. може брати участь через агрегатора в інших дозволених сегментах ринку;
5. під час аварії переходить до режиму аварійного електрозабезпечення.

Тобто одна інвестиція створює кілька видів цінності.

Це суттєво покращує економіку систем зберігання енергії. І саме це може перетворити батарею з дорогого «страхового поліса» на повноцінний енергетичний актив.

Аварійне електрозабезпечення – окрема добровільна послуга

Другий великий блок наших пропозицій стосується аварійного режиму.

Уявімо, що зовнішня мережа пошкоджена. Якщо схема зони технічно підготовлена, автоматика може відокремити її від решти мережі. Після цього батареї та локальна генерація підтримують напругу і живлять погоджені навантаження.

Але тут виникає не тільки технічне, а й юридичне питання: хто кому в цей момент постачає електроенергію, як вона обліковується і за якою ціною?

Ми пропонуємо окрему конструкцію – договір аварійного електрозабезпечення.

Такий договір:

• укладається добровільно;
• не скасовує звичайний договір постачання;
• діє лише під час офіційно підтвердженого острівного режиму;
• визначає гарантовану аварійну потужність;
• визначає пріоритет критичних навантажень;
• може містити плату за готовність і окрему плату за фактично спожиту аварійну електроенергію;
• після завершення острівного режиму автоматично перестає застосовуватися до нових обсягів.

Для побутового споживача це особливо важливо: звичайний режим постачання і спеціальні умови для населення не повинні зникати через участь у локальній зоні. Аварійна послуга – це додатковий добровільний продукт, а не примусова заміна звичайного постачальника.

Завантажуємо схему…

Один і той самий кіловат-годину при цьому не можна одночасно порахувати як звичайне постачання і як аварійне. Для цього потрібні валідовані дані комерційного обліку та чітка фіксація початку і завершення острова.

ОСББ – природний перший учасник

Для багатоквартирного будинку така модель майже ідеальна.

ОСББ уже має:

• спільне майно;
• спільну електричну інфраструктуру;
• юридичну особу;
• механізм колективного прийняття рішень;
• ліфти, насоси, освітлення, вентиляцію та інші спільні навантаження;
• дах, на якому може бути сонячна генерація;
• паркінг, де з’являтимуться зарядні станції.

Замість того щоб кожен мешканець окремо купував інвертор, генератор і батарею, ОСББ може створити спільний енергетичний вузол.

Наприклад:

• 500 кВт установки зберігання енергії;
• 300 кВт·год аварійного резерву для ліфтів, насосів, зв’язку, освітлення та частини квартир;
• дахова сонячна станція;
• керовані зарядні станції;
• автоматична система розподілу доступної потужності.

У звичайний день система заробляє та оптимізує споживання. Під час аварії пріоритет автоматично змінюється: на першому місці вода, тепло, зв’язок, ліфти, освітлення безпеки та погоджені ліміти мешканців.

Орган самоорганізації населення – модель для вулиці або кварталу

Орган самоорганізації населення може бути зручним організаційним рівнем там, де немає одного ОСББ, але є кілька будинків, одна вулиця, квартал або невелика територія з природною спільною інфраструктурою.

У нашому нормативному пакеті ми пропонуємо надати зареєстрованому як юридична особа органу самоорганізації населення право ініціювати створення локальної зони, укладати рамкові договори з агрегатором та представляти спільний проєкт перед оператором системи розподілу.

Це не означає передачу мережі такому органу. Йдеться про представництво учасників, організацію інвестиції та координацію ресурсів.

Енергетичний кооператив – спосіб залучити гроші багатьох людей

І тут виникає, на нашу думку, одна з найцікавіших можливостей.

Установки зберігання енергії можуть стати інструментом колективного інвестування в енергетичну інфраструктуру.

Колись тисячі людей купували обчислювальне обладнання для видобування біткоїна. Окремий комп’ютер був маленьким учасником великої системи, а програмне забезпечення дозволяло об’єднувати потужність багатьох власників.

З батареями може виникнути певною мірою схожа модель – не за рівнем ризику і не як обіцянка доходності, а за принципом об’єднання великої кількості невеликих приватних інвестицій у спільний керований ресурс.

Наприклад, сто людей через енергетичний кооператив можуть профінансувати батарею біля трансформаторної підстанції. Вона може:

• зменшувати місцеві піки;
• допомагати приєднувати нову зарядну інфраструктуру;
• продавати доступну гнучкість;
• працювати через агрегатора на дозволених сегментах ринку;
• отримувати плату за готовність;
• підтримувати локальну зону під час аварії.

Фінансова модель, права інвесторів, розподіл доходу та ризиків мають бути врегульовані корпоративними й договірними механізмами. Дохід не є гарантованим – він залежить від вартості обладнання, деградації батареї, режиму роботи, ринкових цін, правил закупівлі гнучкості та фактичної кількості активацій.

Але принцип дуже важливий: енергетична інфраструктура може стати сферою, куди заходить не лише великий енергетичний капітал, а й тисячі малих приватних інвесторів.

Завантажуємо схему…

Зарядна інфраструктура – не проблема, якщо нею управляти

Електромобілі часто розглядаються операторами мереж як майбутня проблема: десятки машин приїхали ввечері додому і одночасно почали заряджатися.

Але це проблема лише тоді, коли зарядка некерована.

Якщо автомобіль стоїть із 19:00 до 07:00, а для поїздки потрібно отримати 30 кВт·год, зовсім не обов’язково заряджати його в момент вечірнього піку. Частину машин можна зарядити після опівночі, частину – під час надлишку сонячної генерації, частину – швидше, коли в мережі з’являється вільна потужність.

Тому в нашому пакеті є окрема пропозиція щодо керованої зарядної інфраструктури.

Якщо в локальній зоні вже є кваліфікована установка зберігання енергії, а зарядні станції підключені до автоматизованої системи керування, ми пропонуємо дозволити спеціальний режим приєднання керованої потужності.

Ключова умова: платформа повинна в реальному часі гарантувати, що:

• не перевищується технічний ліміт трансформаторної підстанції;
• не перевищується погоджений ліміт локальної зони;
• заряджання можна дистанційно зменшити або припинити за необхідності;
• при втраті зв’язку система переходить у безпечний режим;
• зберігається погоджений аварійний резерв батареї;
• фактичні потужність та енергія вимірюються.

Тоді встановлення, наприклад, 500 кВт зарядних пристроїв не обов’язково означає 500 кВт нового пікового навантаження. Автоматизована система може обмежувати їх одночасну роботу, наприклад, до 150 кВт, а батарея додатково згладжуватиме пік.

Саме за це держава і повинна стимулювати керовану зарядну інфраструктуру, а не просто кількість встановлених розеток.

Чому державі вигідно стимулювати такі зони

Пільга заради пільги – погана політика. Ми не пропонуємо безкоштовно приєднувати будь-яку батарею або зарядну станцію лише тому, що вона називається «гнучкою».

Стимул має надаватися за вимірювану користь для мережі.

Наш підхід передбачає поняття кваліфікованого ресурсу локальної мережевої стійкості. Такий ресурс повинен:

• пройти технічну кваліфікацію;
• мати достовірний облік;
• мати надійний канал зв’язку;
• виконувати погоджені команди ОСР;
• дотримуватися мережевих лімітів;
• за потреби підтримувати аварійний режим.

Для таких ресурсів можна передбачити:

1. спеціальний режим приєднання – якщо ресурс не вимагає збільшення потужності зовнішньої мережі;
2. плату за готовність – за те, що певна керована потужність доступна ОСР у визначені години;
3. плату за активацію – за фактично виконану зміну відбору або відпуску;
4. довгострокову винагороду за відкладену реконструкцію – якщо економічний ефект для мережі доведений;
5. компенсацію мережевого платежу щодо обсягів, які підтверджено використані саме для команди місцевої гнучкості або аварійного режиму.

Це не субсидія власнику батареї. Це оплата за конкретну інфраструктурну послугу, яку інакше ОСР довелося б отримувати шляхом додаткового будівництва мережі.

Що отримує кожен учасник

Яку роль тут відіграє Wesfin Flex

У такій системі найскладніше – не купити батарею.

Найскладніше – змусити сотні різних пристроїв працювати як один передбачуваний ресурс.

Саме це має робити Wesfin Flex.

Платформа повинна:

• знати електричні межі кожної локальної зони;
• зберігати її цифровий паспорт;
• бачити батареї, генерацію, зарядні станції та керовані навантаження;
• знати, скільки потужності реально доступно саме зараз;
• окремо резервувати частину енергії для аварійного режиму;
• прогнозувати навантаження та генерацію;
• розподіляти команди між ресурсами;
• не дозволяти перевищити ліміт трансформатора або точки приєднання;
• фіксувати, що саме було активовано і що фактично виконано;
• звіряти оперативні дані з комерційним обліком;
• проводити розрахунки з власниками ресурсів;
• надавати ОСР підтверджений обсяг місцевої гнучкості;
• при аварії переходити до заздалегідь погодженого алгоритму роботи.

На самому об’єкті локальний контролер Wesfin повинен зберігати критичні обмеження навіть без зв’язку з центральною платформою. Команда ззовні не може змусити батарею порушити мінімальний аварійний резерв або перевищити дозволений перетік.

Для користувача все це має виглядати значно простіше:

«Мій будинок має 30 кВт доступної гнучкості. Для аварії зарезервовано 40 кВт·год. Сьогодні система використала 12 кВт гнучкості. За місяць отримано стільки-то гривень економії та винагороди».

Уся складність – облік, команди, ринкові операції, мережеві ліміти та розрахунки – залишається всередині платформи.

Цифровий паспорт локальної зони

Щоб ОСР міг довіряти такій системі, зона не може бути «чорною скринькою».

Ми пропонуємо створювати цифровий паспорт, у якому фіксуються щонайменше:

• електричні межі;
• клас напруги;
• точки відокремлення;
• допустимі перетоки;
• установки зберігання;
• локальна генерація;
• керовані навантаження;
• точки комерційного обліку;
• агрегатор;
• доступна потужність гнучкості;
• аварійний резерв;
• режими паралельної роботи;
• готовність до острова;
• острівний режим;
• захисти та автоматика;
• правила повторної синхронізації.

Це дає ОСР найважливіше – видимість і передбачуваність, але не вимагає від нього керувати кожною батареєю чи зарядкою окремо.

Чого в цій моделі не повинно бути

Щоб система працювала, потрібні чіткі запобіжники.

По-перше, ніякого подвійного продажу однієї потужності. Якщо 100 кВт зарезервовано для аварійного режиму, цю саму потужність не можна одночасно безумовно продати в несумісний ринковий продукт.

По-друге, ніякого подвійного обліку електроенергії. Один кіловат-годину не може одночасно бути звичайним постачанням, аварійним електрозабезпеченням і ще якоюсь операцією.

По-третє, ніякого примусового аварійного тарифу. Людина повинна сама приєднатися до такого продукту і розуміти його ціну та умови.

По-четверте, ніякої безумовної пільги за сам факт встановлення батареї. Стимул існує лише поки ресурс реально готовий виконувати погоджену функцію для мережі.

По-п’яте, локальна зона не повинна перетворюватися на паралельного оператора мережі. ОСР зберігає свої повноваження, а агрегатор координує ресурси в межах погодженого технічного коридору.

Що варто запустити першими пілотами

На нашу думку, не треба одразу намагатися перебудувати всю країну.

Достатньо запустити кілька типових моделей:

1. ОСББ – батарея, дахова сонячна станція, ліфти, насоси та зарядні станції;
2. житловий комплекс – кілька будинків і спільна підстанція;
3. вулиця приватних будинків – орган самоорганізації населення або енергетичний кооператив;
4. село або невелика громада – батарея плюс локальна генерація й критична інфраструктура;
5. промисловий майданчик – велика УЗЕ, кероване виробниче навантаження та зарядний парк;
6. фідер 10 кВ – закупівля ОСР місцевої гнучкості замість частини запланованого посилення.

Для кожного пілота потрібно виміряти не презентаційні мегавати, а реальний результат: скільки пікової потужності вдалося зняти, скільки годин аварійного живлення забезпечено, скільки мережевих інвестицій відкладено, скільки коштів заробили або зекономили учасники.

Головна ідея

Українська енергосистема не повинна складатися лише з великих електростанцій угорі та пасивних споживачів унизу.

Між ними може з’явитися новий рівень – тисячі локальних енергетичних зон, у яких будинки, батареї, сонячні станції, електромобілі та керовані навантаження допомагають власній мережі й одночасно працюють як частина великої енергосистеми.

У мирний день така зона заробляє на гнучкості та зменшує потребу в дорогих пікових реконструкціях.

У складний день вона зменшує навантаження на мережу.

Під час аварії – відокремлюється і підтримує людей.

І якщо правила зробити правильно, приватна батарея або спільна УЗЕ біля трансформатора перестане бути просто коробкою з акумуляторами. Вона стане частиною інфраструктури стійкості країни.

Саме таку модель ми пропонуємо закласти в українське регулювання – а Wesfin Flex має стати програмною платформою, яка дозволить цим тисячам малих ресурсів працювати як одна керована енергетична система.