Бурхливий розвиток відновлювальної енергетики приводить до істотного збільшення їх частки у виробленні електроенергії, тому питання інтеграції нестабільних джерел енергії в мережу без послаблення надійності системи стоїть на порядку денному в багатьох розвинених країнах. Крім збільшення частки ВДЕ в національному енергобалансі, нестабільність попиту і пропозиції енергії посилюється розвитком розподіленої генерації, електрифікацією легкового транспорту, а також секторів тепло- і холодопостачання. Україна не може ігнорувати факт світові зміни технологічної моделі в електроенергетиці і пов'язані з цим виклики і зрушення в розвитку галузі. В іншому випадку країна зіткнеться з низкою ризиків. Перший з них - ризик отримати дорожчу і менш гнучку електроенергетику в порівнянні з іншими індустріально розвиненими країнами, позбутися ряду нових ринків (наприклад, ринку зберігання енергії) та істотно обмежити розвиток нової (цифровий) індустрії.
Базові поняття
Комплексний підхід до трансформації енергетики розроблено в трендовій концепції «3D» (Decarbonization, Decentralization, Digitalization). Decarbonization («декарбонізація») - перехід до екологічно чистої «безвуглецевої» економіки та енергетики, яка поєднана у збільшенні частки ВДЕ в енергетичному балансі, збільшенні частки електричного транспорту і високі податки на використання викопних палив. Decentralization («децентралізація») - перехід до територіально розподіленої електроенергетики з великим числом різнорівневих виробників і споживачів, що виражається в зростанні частки приєднаних до розподільних мереж, малопотужних і різноманітних за своїм характером джерел енергії; поява просьюмерів - нового типу суб'єктів електроенергетики, які є одночасно і виробниками і споживачами електроенергії; появі активних споживачів, що які використовують електроенергію гнучко, в тому числі по віддаленим командам, здатних змінювати профіль свого споживання з мережі. Digitalization («диджиталізація») - перехід до широкомасштабного застосування в електроенергетиці цифрових керованих пристроїв, підключених до інформаційної мережі Інтернет, на всіх рівнях енергосистеми від виробництва і електричних мереж до пристроїв кінцевих споживачів. Споживачів електроенергії, які забезпечують можливість реалізації інтелектуального управління енергосистемами, заснованого на основах машинної (M2M, IoT) взаємодії. В цій статті ми застосовуватимемо ще декілька нових термінів, які описують функціонування 3D енергетичної системи, тож давайте дамо їм визначення, щоб уникнути розбіжності тлумачень та будемо вільно використовувати сучасні дефініції.
Блокчейн - розподілена база даних, яка зберігає інформацію про всі транзакції учасників системи у вигляді «ланцюгів блоків» (саме так з англ. перекладається Blockchain). Доступ до реєстру є у всіх користувачів блоку, які виступають як колективні нотаріуси, що підтверджує істинність інформації в базі даних.
Смарт-контракт (англ. Smart contract - розумний контракт) - комп'ютерний алгоритм, призначений для укладання і підтримки комерційних контрактів в технології блокчейн. Вперше ідея смартконтракта були запропонована в 1994 р Ніком Сабо (США) - вченим у сфері інформатики, криптографії та права. Він описав смарт-контракт як «цифрове представлення набору зобов'язань між сторонами, що включає в себе протокол виконання цих зобов'язань».
Сучасним прикладом ідеї смартконтракта можна назвати формат роботи компаній Убер. Агрегатори грають роль посередника і арбітра, який забезпечує виконання угоди між водієм таксі і клієнтом: клієнт висловлює згоду оплатити поїздку за вартістю, заздалегідь визначеної системою-посередником (агрегатором), а водій, в свою чергу, зобов'язується виконати послугу з перевезення клієнта до заздалегідь визначеного місця.
Peer-to-peer, P2P (з англ. — рівний до рівного) — варіант архітектури системи, в основі якої стоїть мережа рівноправних вузлів. Комп'ютерні мережі типу peer-to-peer (або P2P) засновані на принципі рівноправності учасників і характеризуються тим, що їх елементи можуть зв'язуватися між собою, на відміну від традиційної архітектури, коли лише окрема категорія учасників, яка називається серверами, може надавати певні сервіси іншим.
Одним із можливих напрямів застосування такого підходу є «Інтернет енергії» - тип децентралізованої електроенергетичної системи, в якій реалізовано інтелектуальне розподілене управління, здійснюване за рахунок енергетичних трансакцій між її користувачами.
«Інтернет енергії» - відповідно до дослідження Navigant research «Transactive Energy Markets», який опубліковано у 2018 році - це peer-to-peer електроенергетика, в якій взаємодія між виробниками і споживачами електроенергії, торгівля електроенергією і різними послугами, а також режимне управління енергосистемою здійснюються за рахунок прямих трансакцій між користувачами. Простіше кажучи, енергосистема стає мультивекторна, всі учасники енергетичного ринку матимуть багато функцій, таких як постачання електричної енергії, участь в режимному управлінні і підтримці частоти і рівня напруги, надання енергетичного обладнання в «віртуальну» оренду, забезпечення резерву потужності і будь-які інші види послуг, які можуть бути надані в електроенергетиці.
Досягнення світових лідерів
Багато міжнародних енергетичних компаній наразі розробляють проекти, які в майбутньому об'єднають всіх споживачів в одну мережу - децентралізовану систему. Існує думка, що в 2050 році так працюватиме вся світова енергетика. Ближче до споживача. Із розподіленим рівномірно між всіма учасниками центром прийняття рішень. Давайте зробимо невеличке дослідження. Які переваги такої системи? За допомогою смарт-контрактів спроститься існуюча багаторівнева система, що складається з виробників електроенергії, операторів розподільчих мереж, операторів-обліковців, постачальника платіжних банківських послуг, трейдерів і самих споживачів. Усі транзакції по отриманню та оплаті енергії будуть виконуватися безпосередньо в мережі, що об'єднує рівноправних учасників - виробників енергії і споживача. Завдяки цьому електрику стане дешевим. Але ми з вами не прості читачі, мі розуміємо, дешевої енергії більше не буде ніколи.
Сукупність таких мікромереж дозволить мінімізувати кількість енергії, втраченої через передачу на далекі відстані. На сайті Світового Банку є статистика втрат в мережах ЛЕП магістральних і розподільних. Цікаво, Україна втрачає 11% виробленої енергії. Кажуть, це в основному завдяки втратам в мережах низької напруги. Це не багато і не мало. Залиште такі оцінки "експертам". Це цифра. А де ще стільки? Бангладеш. Ботсвана. Колумбія. Коста Ріка. Єгипет. Сальвадор. Йордан. Оман. Перу. Румунія. Шрі Ланка. Найнижчі цифри - це 2-3%. Тринідад і Тобаго - за рахунок розподіленої генерації. місце генерації і споживання збігаються. Або Корея - за рахунок технологічності. Максимум - 73% в Того і 70% в Лівії. І справа там не в зношеному устаткуванні. Там крадуть електроенергію. Грошей немає платити. Мікромережі забезпечують альтернативні як технологічні ланцюги так і бізнес-моделі.
І якщо навести фокус на технологічність, така енергосистема дозволить додати гнучкості всім учасникам. Гнучкість енергосистеми це новий термін, який походить із Західного енергетичного бізнес середовища. Виділяють два джерела гнучкості: розподілені джерела енергії та управління попитом на електроенергію. Англійська мережевий оператор Ofgem визначає гнучкість як здатність до зміни патернів (режимів) виробництва і споживання енергії у відповідь на зовнішні, як правило, цінові сигнали для надання системних послуг. Економічна вигода від підвищення гнучкості в англійській енергосистемі оцінюється в 17-40 млрд. Фунтів стерлінгів в 2020-2050 рр.
Чиста, надійна, місцева енергія. Пілотний проект.
Перший випадок передачі енергії за допомогою блокчейна був зафіксований в 2016 році, коли один житель Брукліна продав надлишки відновлюваної енергії до свого сусіда за допомогою смарт-контракту на платформі Ethereum. Після цього багато західних енергетичних компаній зацікавилися даною технологією. За рік в енерго-проекти, засновані на блокчейні, було залучено понад $ 300 мільйонів.
Проекти, подібні тому, який був реалізований вперше в Брукліні дозволяють співтовариству вибирати зелену енергетичну альтернативу. Тобто ваша кав’ярня може купити електроенергії у локальної сонячної електростанції, замість вугільного недружнього екології холдингу. Іншим мотивом є надійність локалізованих джерел електроенергії. Наприклад, урагани по типу Сенді викликала серію відключень електроенергії в США в 2012 році і надійність мережі експерти поставили під питанням. Довгі лінії електропередачі не потрібні для енергетичного кооперативу в Брукліні, тому їх не можуть пошкодити все більш регулярні екстремальні погодні умови. Завдяки партнерству LO3 Energy з Брукліну з компанією Siemens, проект вже включає в себе систему керування мережею, що дозволяє виробляти електроенергію, коли це необхідно, та поставляти до лікарень, притулків та громадських центрів.
Пряма мова: «Вся ця концепція дуже виграшна для того регіону, в якому ви живете. При покупці енергії на місцевому рівні, а не від національного органу, гроші йдуть назад в кишені людей які живуть в спільноті. Ми встановили платформу транзактивної мережі, яка в значній мірі працює сама, в результаті чого енергія оцінюється автоматично і споживачі дбають про неї. Ми вважаємо, що таким чином зможемо краще задовольнити потреби споживачів. Надалі ми плануємо дати можливість людям, встановлювати переваги для максимальної економії, робити добро в спільноті, і потенційно продавати енергію дешевше жителям з більш низьким рівнем доходів "- Джозеф Любін, співзасновник мережі. Зараз розглядається питання поширення таких мікромереж на інші громади штату Нью-Йорк, щоб скоротити витрати на електроенергію споживачам і просувати екологічно чисту енергію.
Світовий тренд
Напередодні форуму Blockchain2Energy Asia, який відбудеться 27 листопада 2018року в Сінгапурі, вийшов свіжий «хіт-парад» азіатських блокчейн-проектів в енергетиці. Ці проекти претендують на те, щоб стати «головним калібром» майбутніх трендів.
Багато з проектів ведуться технологічними консорціумами, в які крім технологічних стартапів входять банки, великі компанії галузі, ритейлери і університети.
У рейтингу - сервіси продажу надлишків з ВДЕ-мікрогенераціі, р2р-ринки електроенергії, облік зниження емісії і «вуглецеві кредити», «зелені» сертифікати і рейтинги споживачів, ринки «гнучкості» і навіть звичний енергетичний ритейл.
Від початку рішення, коли уряд Японії дозволив роздрібним продавцям продавати надлишки «зеленої» енергії на вільному ринку, число клієнтів енергетичної компанії Tokyo Electric Power впало на 15%. В Японії запустився найбільший в світі кластер розподілених систем накопичення електроенергії, керований штучним інтелектом. Його створює британська MOIXA, одна з портфельних компаній First Imagine! Система об'єднує понад 3500 домогосподарств і 35 МВТ ∙ год акумуляторної ємності і забезпечує узгоджене оптимальне управління зарядом і розрядом батарей, підключених до мережі.
Бізнес-модель виглядає наступним чином:
Проект реалізується міжнародним технологічним консорціумом: торговий дім ITOCHU здійснює виробництво та продаж накопичувачів Smart Star, збутова компанія TRENDE, продає електроенергію домогосподарствам за спеціальним тарифом idenki, стимулюючого використання накопичувачів для розвантаження енергосистеми, NF Corp. надає IoT-платформу для віддаленого доступу до накопичувачів, нарешті, MOIXA виступає провайдером AI-сервісу узгодженого управління мережею накопичувачів Grid Share
Вражають подальші плани консорціуму розгорнути на базі цієї ж інфраструктури р2р-ринок для домогосподарств, мереж зарядок електромобілів, сервіси demand response, включаючи можливість участі в підтримці частоти в мережі та роботу в режимі віртуальної електростанції (VPP).
Структура локального ринку гнучкості. Джерело: Regen SW.
Великі перспективи вбачаються у розвитку децентралізованих цифрових енергетичних технологій в пустельних державах Перської Затоки - Бахрейн, ОАЕ, Катар. Ну по перше через колосальний потенціал сонячної енергетики, на яку мало хто звертав увагу через багаті, майже невичерпні, запаси нафти та газу. Ну уявіть, у Бахрейні потужність сонячних електростанцій становить якихось 10 МВт. Це в 100 разів менше, ніж в Україні В Об’єднаних Арабських Еміратах встановлена потужність сонячних фотоелектричних станцій становить лише 160 МВт. Десь схожі з ОАЕ показники по СЕС у Катарі. Але, вже сьогодні ці країни готуються до впровадження грандіозних планів по розгортанню сонячної енергетики та смарт-систем управління цими активами на базі цифрових технологій. І це не дивно, адже сонячна інсоляція там одна з найвищих в світі, і це їх нова нафта.
Іншим цікавим аспектом розвитку децентралізованих цифрових енергетичних структур є системи життєзабезпечення відомих хмарочосів в Перській затоці. Перспективним є впровадження комплексних рішень з використанням відновлювальної енергетики в підході building-to-grid: сонячні панелі або вітрогенератори як архітектурний елемент конструкції, вбудовані накопичувачі, розумні лічильники, системи управління попитом, націлені на сумарну оптимізацію споживання та управління хмарочосу. Прикладом такої системи є Башта Бурдж Халіфа – «вертикальне місто». Уявіть - 35 тисяч чоловік відвідувачів-мешканцців-працюючих, 57 надшвидкісних ліфтів, 30 тисяч термопанелей, які вирівнюють температуру поверхні будівлі, єдина система кондиціонування і ароматизації повітря (унікальний аромат - невід'ємний компонент дизайну вежі - створював Армані), система водопостачання та водяного охолодження з оборотом в 946 тисяч літрів води на добу і сотні інших унікальних інженерних систем. Все це, незважаючи на відповідність дуже строгому стандарту енергоефективності LEED, робить хмарочос дуже великим споживачем, пікова потужність якого досягає 50 МВт. Але 828 метрів - не межа, тільки в сусідніх країнах наразі реалізуються два ще більш амбітних проекти: The Tower в районі Дубай Крик-Харбор висотою 928 метрів і Jeddah Tower в Саудівській Аравії високою 1007 метрів на 80 тисяч осіб. І їх ефективна та надійна система життезабезпечення неможлива без цифрових технологій. Уявіть собі державу, яка являє собою сукупність енергонезалежних міст-островів, мегаполісів які сформовані із хмарочосів, які самостійно забезпечують себе енергією, або купують надлишок виробництва сусіднього хмарочосу за смарт-контрактами, які функціонують на блокчейн-платформах. Це суттєво відрізняється від того, як система працює зараз і чому вчать нас професора в університетах.
Перспективи та виклики.
Згадаємо, з чого мі розпочали – 3D енергосистема майбутнього це три складових - декарбонізація, дерегуляція, диджиталізація. Першим кроком еволюції енергетичних систем має стати перехід до комплексного планування розвитку енергосистем на базі показника системної цінності змінних джерел енергії - value of VRE. Цей показник оцінює зниження витрати палива і емісії парникових газів, оптимізацію капітальних витрат генерації, а також транспортування і розподілу енергії замість існуючого спрощеного підходу - оцінки нормованої вартості електроенергії (LCOE). Це щодо збалансованого розповсюдження низько емісійної генерації електроенергії та потреби в забезпеченні надійності системи.
Що стосується розповсюдження механізму смарт-контрактів на нерегульованих ринках, то вони гарантовано розвиватимуться, але для їх ефективного використання потрібно:
По-перше, переборити відсутність технологічної бази у вигляді сонячних батарей, вітроустановок, акумуляторів енергії в масштабах країни. Коли нові технології набудуть широкого поширення, або будуть впроваджуватися концентровано у локальних спільнотах, тоді люди зможуть використовувати блокчейн для власних цілей, об’єднуватися в конгломерати, впроваджувати взаємовигідні технологічні стратегії та фінансові механізми.
По-друге, через невизначений юридичний статус всієї крипто-індустрії державні та приватні енергетичні компанії не можуть в повній мірі реалізувати проекти, засновані на смарт-контрактах в зв'язку зі зростаючими репутаційніми ризиками, збоями в системі, гарантіями роботи і іншими аспектами, які можуть вплинути на функціонування електромереж. Тобто, система запрацює, коли на вітрині вашого звичного ресторану зявится баннер «Для приготування ваших улюблених страв ми купляємо тільки екологічно чисту енергію у локальних дахових сонячних електростанцій за біткоїни».
Вітчизняні перспективи
В Україні нараховується 6,5 мільйонів приватних домогосподарств. Станом на кінець ІІ кварталу 2018 року загальна кількість сонячних станцій приватних домогосподарств, яким встановлено «зелений» тариф, складає 4660 станцій, з яких у І півріччі 2018 року було встановлено 1650 станції. Таким чином, навіть менше одного відсотка приватних домогосподарств обладнано даховими сонячними електростанціями. За 6 місяців 2018 року загальна встановлена потужність сонячних станцій приватних домогосподарств зросла на 38 МВт та склала 89 МВт. Починаючи з 2015 року на встановлення сонячних електростанцій приватними домогосподарствами інвестовано понад 88 млн євро. Умовна вартість одного кіловату встановленої потужності для усередненого домогосподарства складала тисячу доларів США, хоча ми розуміємо що вона змінювалася протягом останніх років. Лідерами серед регіонів України з загальної кількості приватних домогосподарств, що встановили сонячні електростанції, є: - Київська область – 602 домогосподарств; - Дніпропетровська область – 541 домогосподарств; - Тернопільська область – 365 домогосподарств. Саме такі гравці можуть стати першим пулом учасників смарт-контрактів на основі технології блокчейн.
Крім того, бізнес-спільнота та великі підприємства можуть бути зацікавлені у власній участі у розподіленій генерації, регулюванні та системній оптимізації фінансових розрахунків. Чому так? Насамперед, тому що вартість електроенергії для великих споживачів в Україні вже зараз подекуди перевищує ціни для промисловців у Сполучених Штатах та Європі. А її якість часто залишає бажати кращого. Це негативно відображається на експортному потенціалі українських підприємств, тому що висока вартість електроенергії знижує конкурентоздатність, особливо беручи до увагу високу енергоємність вітчизняного виробництва. В багатьох країнах світу така ситуація мотивує розвивати нові методи виробництва енергії, локалізації мереж для уникнення втрат при транспортуванні та створення незалежних фінансових інструментів розрахунків, які дозволять забезпечити доступ до чистої та надійної енергії для об’єднань однодумців, таких кліматичних прагматиків. Людей, які бажають використовувати чисту енергію, вміють впроваджувати новітні технології і звикли цінувати власні інвестиції.
Поділитися