Місцеві мікромережі на основі відновлюваних джерел енергії як тригер переходу до надійної безвуглецевої енергетики загалом
Місцеві мікромережі на основі відновлюваних джерел енергії як тригер переходу до надійної безвуглецевої енергетики загалом
Нещодавно на сайті ініціатора створення АЕМУ і нашого найстарішого партнера ENERGY CITIES опубліковано документ, важливий у контексті майбутньої енергетичної політики ЄС – «Безпечна і стійка енергетична система ЄС? Місцеві зацікавлені сторони можуть допомогти! Через гнучкість без використання викопного палива і децентралізоване виробництво».
Автор – експерт з питань енергетичного переходу та міської енергетики Матйо Буржуа, відомий своїми рекомендаціями для ЄС стосовно відновлюваної енергетики, енергетичної безпеки та кліматичної політики.
Нижче – короткий виклад основних положень цього 28-сторінкового документу.
Документ складається з анотації, чотирьох розділів та пакету рекомендацій на завершення.
Розділ І. Еволюція енергетичної безпеки
Розділ описує трансформацію розуміння енергетичної безпеки ЄС в умовах енергетичного переходу: від залежності від імпорту викопного палива і централізованих електростанцій – до системи, що базується на відновлюваних джерелах енергії та електрифікації.
Частка ВДЕ в енергетичному балансі ЄС стрімко зростає: якщо у 2023 році вона становила 19%, то у 2030 має сягнути щонайменше 42%. Водночас за цей період має зрости також внесок ВДЕ у продукування електроенергії – з 44% до 66%.
У свою чергу, масштабна електрифікація кінцевого споживання енергії розглядається в ЄС як потужний чинник скорочення попиту на викопне паливо: збільшення частки електроенергії з нинішніх 23% до запланованих 50% у 2050 році дасть змогу скоротити імпорт викопного палива на дві третини.
Оскільки ВДЕ мають місцеве походження та не залежать від імпорту, це суттєво підвищує енергетичну безпеку ЄС, роблячи його енергетичну систему більш автономною та менш вразливою до геополітичних ризиків, таких як війни або торговельні конфлікти. Також децентралізовані системи, що складаються з багатьох малих одиниць генерації, як засвідчує сучасний воєнний досвід великих українських міст, є набагато стійкішими до фізичних атак і кіберзагроз порівняно з великими електростанціями.
Розділ ІІ. Зростання потреб у гнучкості
Водночас постають нові виклики. Дедалі більше використання енергії з відновлюваних джерел, що залежать від погоди, ускладнює балансування системи, а електрифікація кінцевого споживання енергії посилює коливання попиту. Відповідно зростають вимоги до гнучкості електроенергетичної системи, себто її здатності адаптуватись до мінливості генерування і споживання енергії, а також до доступності самої мережі.
Потреба у гнучкості виникає в різні часові періоди, як-от:
▪ секунди і хвилини (для підтримання стабільної частоти мережі в режимі реального часу);
▪ доба (переважно для інтеграції сонячної генерації та денних коливань попиту);
▪ тиждень (переважно для інтеграції вітрової генерації);
▪ сезон (для збалансування системи впродовж різних пір року).
Запропоновано три способи збільшення гнучкості:
▪ Гнучка генерація. Наразі її забезпечують головно потужності, що працюють на викопному паливі, передусім газові турбіни (близько 50% потреб ЄС у 2023 році). Альтернативою є гнучка генерація на основі ВДЕ (гідроенергетика, біомаса, біогаз, зелений водень), а також часткове обмеження або зупинка роботи вітрових і сонячних електростанцій у разі надлишку енергії в системі.
▪ Гнучкість з боку попиту. Полягає у зміні часу споживання (перенесенні навантаження з пікових періодів на інші) або його обсягу (тимчасовому відключенні чи зниженні некритичного споживання).
▪ Зберігання енергії. Може застосовуватись як виробником, так і споживачем енергії, слугуючи містком між ними. Охоплює всі часові періоди. Основні технології – це електрохімічні акумулятори, зокрема акумулятори електромобілів (за умови підключення до мережі вони можуть працювати в обох напрямках) та системи накопичення теплової енергії.
Розділ ІІІ. Гнучкість без використання викопного палива як рішення
З огляду на нову кризу цін на енергоносії, пов’язану з подіями на Середньому Сході, цінова доступність виступає одним із ключових елементів європейської енергетичної системи (поряд із безпекою і сталістю). В цьому контексті гнучкість без використання викопного палива розглядається як інструмент подолання високих цін на енергію.
Розширення доступу до енергії
Європейські споживачі енергії, долучившись до гнучкості з боку попиту, могли б до 2030 року заробляти щорічно до 86 мільярдів євро або 600 євро на домогосподарство. Заміна ж газових електростанцій, що підвищують ціни в пікові години, на рішення без викопного палива стабілізує ринок та знизить ціни на електроенергію. Також підвищення гнучкості з боку попиту разом зі збільшенням потужностей зі зберігання енергії дозволило б використовувати надлишкову відновлювану енергію, яка втрачається через диспетчерські обмеження. Згідно з підрахунками через це в ЄС щороку може втрачатись 50-131 ТВт-год «зеленої» електроенергії.
Посилення енергетичної безпеки та стійкості системи
Децентралізовані ВДЕ та електрифікація кінцевого споживання роблять Європу більш незалежною від імпорту палива й геополітичних ризиків. Водночас через мінливість генерації й попиту на електроенергію вони ускладнюють балансування потужностей та збільшують навантаження на електромережі. Саме тому гнучкість має стати одним із ключових елементів європейської електроенергосистеми. Наявні сьогодні технологічні рішення без використання викопного палива вже готові забезпечити адаптацію енергосистеми до таких коливань. Однак швидкість переходу залежить від відмови від субсидування викопного палива та ухвалення політики і законів стосовно зберігання енергії та гнучкості з боку попиту.
Значний потенціал гнучкості без використання викопного палива
За останнє десятиліття вартість акумуляторів падала в середньому на 20% щороку, що разом із великою різницею цін на електроенергію протягом доби робить інвестиції в них надзвичайно привабливими. Втім, наприклад, в Італії у вересні 2025 року акумулятори у вечірній час забезпечували лише 3% попиту на енергію. Водночас розгортання нових систем зберігання вже починає гальмуватись через перевантаження електромереж, які фізично нездатні прийняти нові об'єкти.
Головна перешкода впровадженню гнучкості з боку попиту в ЄС – недостатнє правове врегулювання в національних законодавствах. Тож у 2024 році лише 12% європейських домогосподарств мали теплову помпу, а електромобілі у 2025 році становили лише 3,25% європейського автопарку. Відстає впровадження в домогосподарствах розумних лічильників. Також залишається невикористаним потенціал багатьох промислових підприємств щодо зміни графіків споживання енергії.
Розділ ІV. Критична важливість місцевого рівня для забезпечення доступної, безпечної та сталої енергетичної системи
Місцеві зацікавлені сторони можуть виробляти значні обсяги відновлюваної енергії
Багато технологій використання ВДЕ (енергії сонця, землі, вітру) можна розгорнути в малих масштабах, що вимагає помірних інвестицій та площ. Це дозволяє громадянам, малим і середнім підприємствам та місцевій владі бути власниками й операторами таких систем.
Фінансування відповідних проєктів відбувається як індивідуально, так і колективно через енергетичні спільноти або спільне володіння разом з інвесторами-забудовниками. Цей підхід має величезний потенціал для зростання: за попередніми оцінками, сонячні панелі на будівлях здатні забезпечити 2,3 ТВт потужності, що покрило б 40% попиту ЄС на електрику до 2050 року. Важливою перевагою є те, що індивідуальне або колективне власне споживання такої енергії місцевими учасниками знижує загальну потребу енергосистеми у гнучкості.
Місцеві зацікавлені сторони відіграють ключову роль у забезпеченні гнучкості без використання викопного палива
Вони є основними користувачами активів, зокрема, теплових насосів, електричних бойлерів і систем зберігання (стаціонарних акумуляторів, відключених від загальної мережі, та батарей електромобілів). Малі і середні системи зберігання енергії (житлові та комерційні) становлять 65% від загальної потужності зберігання енергії в ЄС.
Місцеві зацікавлені сторони важливі для забезпечення гнучкості в періоди найбільшого попиту на неї
Найбільший попит очікується на щоденну гнучкість та, дещо меншою мірою, на тижневу. Основні рішення для задоволення цих потреб – це гнучкість з боку попиту, гнучка генерація з ВДЕ та системи зберігання енергії.
Будівлі є одним із ключових напрямів забезпечення гнучкості без використання викопного палива
Вони слугують основним майданчиком, де місцеві зацікавлені сторони можуть впроваджувати відповідні рішення. Завдяки синергії дахових сонячних панелей, акумуляторів, теплових насосів, електромобілів та розумних систем управління енергією будівлі до 2030 року зможуть забезпечити 52% щоденних, 35% щотижневих та 29% річних потреб у гнучкості. Підвищення енергоефективності будівель безпосередньо сприяє реалізації цього потенціалу гнучкості.
Органи місцевого самоврядування та енергетичні спільноти можуть сприяти залученню місцевих зацікавлених сторін, зокрема вразливих домогосподарств, до забезпечення гнучкості без використання викопного палива
Така гнучкість може бути як явною, так і неявною. В першому випадку енергетичні спільноти та місцева влада надають послуги гнучкості операторам мереж на основі контрактів, а у другому – спільноти організовують обмін електроенергією (переважно дешевою сонячною) між своїми членами.
Розуміючи місцеву ситуацію та потреби децентралізованої енергетики, місцева влада, як орган просторового планування, координує діяльність зацікавлених сторін, організовує простір для розміщення гнучких активів та співпрацює з операторами мереж.
Мікромережі є місцевим джерелом гнучкості та стійкості
Це групи взаємопов'язаних споживачів та енергетичних активів, що діють як єдина керована система у чітко визначених межах (наприклад, кампус університету, лікарня або індустріальний парк). Бувають двох типів:
• Автономні: повністю незалежні від загальної мережі. Поєднують генерацію з ВДЕ з акумуляторами для досягнення 100% самостійності. Через високу розвиненість традиційних мереж у материковій Європі цей тип вважається малоактуальним.
• Інтегровані в мережу: їх під'єднують через єдину точку обліку (один лічильник). Об'єднують групу об'єктів (будівлі, промислові потужності, зарядні станції), підвищуючи їхню самодостатність за допомогою власних ВДЕ та систем зберігання.
Ключова особливість інтегрованих мікромереж – це їхня здатність працювати в автономному режимі. В разі аварій або перебоїв, щоб підтримувати енергопостачання своїх користувачів, вони можуть тимчасово від'єднуватись від загальної мережі.
Забезпечення інтеграції ВДЕ в електромережі та вивільнення потужності електромереж
Поєднання систем зберігання та генерації з ВДЕ в одній точці підключення дає змогу мікромережам згладжувати свій графік споживання та генерації. В результаті максимальна потужність, яку мікромережі забирають або видають у загальну мережу через точку підключення, зменшується. Ця вивільнена потужність у загальній мережі стає доступною для під'єднання інших об'єктів (наприклад, нових житлових будинків чи підприємств) або нових станцій ВДЕ, яким раніше могло бракувати місця в мережі через її перевантаження.
Мікромережа як об’єднувач попиту на гнучкість з боку споживання
Мікромережі, під’єднані до загальної мережі, можуть функціонувати як єдиний агрегатор, що об'єднує гнучкі навантаження, малі активи генерації та пристрої зберігання енергії з боку споживача за спільною точкою під’єднання. Це дає операторам мереж доступ до чітко визначеної та передбачуваної потужності для полегшення заторів у мережі та забезпечення її стабільності через допоміжні послуги (наприклад, регулювання частоти і напруги).
Водночас виникає складність із моніторингом. Оскільки всі учасники підключені через один лічильник, оператору важко перевірити, чи дійсно кожен окремий користувач мікромережі скоригував своє споживання. Це створює труднощі з обґрунтуванням справедливої винагороди для тих учасників, які фактично не внесли реального вкладу в балансування мережі у відповідь на сигнал оператора.
Підвищення стійкості електромереж і споживачів
Мікромережі здатні запобігати аваріям у загальній мережі, від'єднуючись від неї для зняття навантаження при небезпечних коливаннях частоти. Завдяки здатності працювати автономно, вони забезпечують безперервне живлення споживачів під час перебоїв, що особливо важливо для критичної інфраструктури (лікарень, аеропортів, дата-центрів) та дає змогу уникати витрат на дорогу резервну генерацію.
Проте використання автономного режиму потребує строгого регулювання, щоб збалансувати стійкість системи із фінансовою справедливістю, оскільки зменшення внесків користувачів мікромереж у загальні витрати може збільшити навантаження на інших споживачів. Також має бути чітко визначено між оператором мікромережі та оператором мережі відповідальність за рішення про від'єднання. Крім того, мікромережі прискорюють і здешевлюють процес відновлення стабільної частоти після масштабних перебоїв у роботі енергосистеми.
15 рекомендацій для посилення на місцевому рівні безпечної, доступної та сталої енергетичної системи (подано без скорочень)
Рамкова основа енергетичної безпеки ЄС
(Рекомендації 1–4)
• Визнати гнучкість без використання викопного палива ключовим ресурсом для заміни гнучкої генерації енергії з викопного палива та забезпечення незалежності енергетичної системи й економіки ЄС, а також стійкості до перебоїв.
• Визнати роль місцевих зацікавлених сторін у забезпеченні гнучкості без використання викопного палива та в залученні децентралізованих місцевих генераційних потужностей до енергосистеми.
• Розглядати децентралізовані відновлювані джерела енергії, поєднані зі стійкими мережами, як стратегічну перевагу у випадку війни.
• Розглядати мікромережі як джерело стійкості в разі проблем із мережею або постачанням, а також як засіб забезпечення гнучкості з боку попиту та розвантаження потужностей мережі.
Стратегії ЄС і національного рівня та підтримка гнучкості без використання викопного палива
(Рекомендації 5–12)
• ЄС має забезпечити, щоб майбутній Фонд конкурентоспроможності ЄС та національні/регіональні плани партнерства передбачали фінансування рішень у сфері накопичення енергії і гнучкості попиту, зокрема, на місцевому рівні.
• Майбутні Національні плани з клімату й енергетики (НПКЕ) повинні містити заходи та ключові показники функціонування, що сприятимуть розвитку гнучкості без використання викопного палива. Лише меншість країн-членів ЄС (зокрема, Німеччина, Іспанія, Данія та Нідерланди) у своїх НПКЕ належним чином врахували питання гнучкості та зберігання енергії.
• Європейська Комісія має запобігати подальшій залежності від газу, ухваливши схему підтримки, що фінансуватиме лише послуги для енергосистеми, а не розбудову окремих потужностей, та забезпечуватиме повну інтеграцію гнучкості без використання викопного палива.
• Законодавство ЄС стосовно розвитку електромереж має запровадити підхід «гнучкість насамперед» та містити обов’язкові цілі з розвитку гнучкості без використання викопного палива.
• Щоб полегшити ухвалення інвестиційних рішень, законодавство ЄС має зобов’язати операторів електромереж своєчасно надавати наявні докладні дані про пропускну спроможність мережі.
• Країни-члени та регулятори мають заохочувати мережеві тарифи, диференційовані за часом використання, та новаційні роздрібні пропозиції для споживачів. Вони також мають усунути подвійне стягнення плати за користування мережею та запровадити цільові пільги для систем зберігання енергії в районах із перевантаженою мережею.
• Регламент ЄС має стандартизувати обмін даними, пов’язаними з гнучкістю, між усіма сторонами (споживачами, виробниками обладнання, агрегаторами, операторами мереж тощо), щоб забезпечити оптимізовану та безперебійну гнучкість з боку попиту.
• Країни-члени та регулятори мають переглянути правила винагороди для операторів мереж, щоб стимулювати їх до використання гнучкості з боку попиту.
Надання мікромережам можливості реалізовувати свої переваги
(Рекомендації 13–15)
Регламент ЄС має:
• забезпечити правову визначеність для розробників мікромереж, дозволяючи роботу в острівному режимі (за чітких і прозорих умов), гібридну генерацію та поєднання відновлюваних джерел енергії і систем зберігання енергії у всіх країнах-членах ЄС;
• визнати інтегровані мікромережі учасниками ринку, надавши їм уніфікований доступ до ринків гнучкості і допоміжних послуг та запровадивши передбачувану винагороду за послуги, надавані операторам розподільчих і магістральних мереж. Це дасть змогу мікромережам повною мірою реалізовувати свої переваги для енергетичної системи та формувати більш стійкі бізнес-моделі для мікромереж;
• забезпечити на рівні ЄС спільні правила для кодексів електромереж і стандартів приєднання до них, які спрощують і структурують технічні, безпекові й ті, що стосуються відповідності, вимоги до мікромереж. Як перший крок, законодавство ЄС могло б забезпечити, щоб до повного запровадження спільних правил у національних нормативних актах було передбачено експериментальні регуляторні режими.
Олег Гарасевич
Асоціація «Енергоефективні міста України»