Европейские балансирующие энергорынки, тенденции и особенности работы

Исторически сложилось так, что системы energy storage  использовались для балансировки энергосистем в Европе, ограничивая их использование  или рассматривая их в качестве «вспомогательных» к активам генерации солнечных или ветровых электростанций. Однако, по мере роста рыночных цен и появления новых источников дохода, заинтересованные стороны должны открывать для себя различные области применения стационарных систем накопления энергии, сообщает Naim El Chami, аналитик рынка консалтинговой компании Clean Horizon.

За последнее десятилетие в европейской отрасли систем накопления энергии наблюдался заметный рост: с 9 МВт объявленных проектов Bess в 2010 году до 5700 МВт в 2020 году (по состоянию на сегодняшний день). Из этих проектов energy storage около 1,7 ГВт находятся в эксплуатации, а остальные 4 ГВт либо объявлены, либо находятся в стадии строительства (рис. 1) [1].

Такая динамика была в основном обусловлена применением систем Bess для частотного регулирования. Однако с появлением новых источников дохода и тенденций к снижению рыночных цен на системы Bess, ситуация в отрасли меняется.

Рис. 1. Европейские крупномасштабные проекты систем хранения энергии по состоянию на август 2020 г. Изображение: Clean Horizon.

 

Взлет и падение рынков частотного регулирования сетей.

Европейские рынки частотного контроля сыграли важную роль в потреблении энергии благодаря прибыльным доходам и доступности новых аккумуляторных технологий. Фактически, системы Bess хорошо подходят для первичного частотного регулирования благодаря их быстрому реагированию, а активы получают вознаграждение от оператора сети за каждый имеющийся МВт (платежи в €/МВт/ч) для обеспечения высокой устойчивости системы.

В Западной Европе 3 ГВт резервов для контроля частоты (именуемые резервы ограничения частоты или FCR) закупаются совместно шестью странами на общей платформе.  Текущий аукцион FCR проводится ежедневно и включает в себя Германию (603 МВт), Францию ​​(561 МВт), Нидерланды (74 МВт), Швейцарию (68 МВт), Австрию (62 МВт) и Бельгию (47 МВт) с Данией (DK1, 30 МВт), которая, как ожидается, скоро присоединится, а также Испания (275 МВт) и Польша (168 МВт) в ближайшие годы.  В настоящее время 477 МВт аккумуляторных систем хранения уже предоставляют эту услугу (из которых 87% расположены в Германии), и еще 209 МВт на подходе.

Для каждой страны требование по резерву мощностей для частотного регулирования сетей, основано на соотношении годового национального производства (в МВт/ч) к годовому общему объему производства в синхронной европейской зоне.  Цели закупок незначительно меняются каждую неделю в зависимости от требований TSO (оператора системы передачи) и объемов производства за прошлые годы.  Фактически, 30% резервов каждой страны должны поступать из национальных источников, а экспорт другим участникам сотрудничества FCR ограничен максимумом от 100 МВт до 30% от каждого блока мощности.

Однако, доходы этого рынка упали со среднего уровня €26/МВт/ч в 2015 г. и €18/МВт/ч в 2017 г. до уровня €5/МВт/ч в начале 2020 г. Отныне этот рынок больше не может оправдывать жизнеспособность проекта сам по себе, требуя новых и дополнительных источников  доходов.

Рисунок 2. Наиболее распространенные Bess для европейских крупномасштабных систем накопления энергии.  Изображение: Clean Horizon.

Рисунок 3. График аукциона FCR.  Изображение: Clean Horizon.

Падение цен FCR и влияние на них систем хранения энергии

Аукционы Frequency Conservation Reserve проводятся на платформе Regelleistung.  До июля 2019 года эти аукционы проводились еженедельно, а затем переходили к ежедневным, поскольку товары закупались на сутки вперед.  Более старая модель аукциона побуждала участников торгов «угадывать» цены торгов, что делало их нерепрезентативными для фактического порядка оценки ресурсов FCR.

Еще одно изменение произошло 1 июля 2020 года, так как график аукционов FCR был в очередной раз изменен: вместо торгов на 24-часовой период участники рынка теперь могут ежедневно делать ставки на шесть четырехчасовых периодов поставки. Такая эволюция обеспечивает большую гибкость для участников рынка, позволяя им участвовать в торгах на других рынках и диверсифицировать потоки дохода в течение одного и того же дня. Таким образом, ожидается лучшая прозрачность рынка, поскольку цены FCR, вероятно, будут отражать рыночную конъюнктуру (более высокие цены днем, более низкие ночью).

Эту эволюцию можно увидеть на Рисунке 4, где представлены предельные цены FCR за последние три года.  Наиболее значительным событием является резкое снижение доходов рынка, поскольку цены упали со среднего уровня 18 евро / МВт / ч в 2017 году до всего 5 евро / МВт / ч в начале 2020 года. Такое падение цен еще больше усиливает динамику нового рынка, имеет решающее значение для обеспечения жизнеспособности проекта за счет нескольких источников доходов, которые будут обсуждаться в следующей части этой статьи.

Одной из причин падения цен является высокий объем использования аккумуляторных систем Bess : около 477 МВт, предоставляющих услуги FCR, что снижает цены, так как АКБ по своей природе более конкурентоспособны, чем любой другой участник этого рынка, так как предельная цена на предоставление услуг FCR ниже. Такое влияние наблюдалось во многих случаях, например, во французском, после завершения аукционов на рынке долгосрочных объёмов   («Appel d’Offres Long Terme» — AOLT), на которых было заключено соглашение на поставку 253 МВт систем Bess из 377 МВт новой емкости.

Анализ Clean Horizon показывает, что развертывание 100 МВт новых емкости  систем Bess может привести к снижению доходов от FCR на 18%. Анализ повторяет аукционы FCR, интегрируя дополнительные акции (т.е. вводя дополнительные «этажные» заявки в тендерную лестницу для каждого дня аукциона).

Поэтому, как уже упоминалось ранее, рынок должен был справляться с такими колебаниями цен, для предоставления владельцам активов дополнительной гибкости, чтобы они могли использовать новые и дополнительные источники дохода, обеспечивая при этом жизнеспособность проекта.

Рисунок 4. Динамика предельных цен FCR за последние три года (связанный рынок) (€ / МВт / ч).  Изображение: Clean Horizon.

Арбитраж на балансирующих рынках Европы.

Изменение в июле 2020 года сроков проведения аукционов по FCR позволило стационарным системам накопления энергии в тот же день диверсифицировать свою деятельность. Во Франции, по крайней мере, две другие вспомогательные услуги развиваются в направлении создания удобной для систем energy storage конфигурации в ближайшие два года: Балансирующий рынок должен быть открыт для автономных систем energy storage к концу 2020 года в соответствии с рекомендацией Французской комиссии по регулированию энергетики (CRE); а французский вторичный резерв (aFRR), как ожидается, будет открыт для новых участников к середине 2021 года, что позволит нынешним специализированным генерирующим установкам  перейти к различным видам деятельности, создавая при этом новый потенциальный источник доходов для систем хранения энергии.

Что касается арбитража на балансирующем рынке, то структура управления дисбалансом весьма схожа между многочисленными европейскими странами, такими как Франция и Германия. TSO может корректировать системные дисбалансы с помощью двух механизмов: балансирующий рынок (ex-ante) и урегулирование дисбалансов (ex-post).

Актив, предлагающий услуги по управлению дисбалансом, может быть вознагражден предоставлением третичных резервов (балансирующий рынок), либо внесением положительного вклада в баланс системы, чтобы впоследствии воспользоваться ценой на балансировку. В обоих случаях размер вознаграждения зависит от возможностей прогнозирования и гибкости рынка.

На D-1 (за день до дня поставки, D) владелец актива может делать ставки на балансирующем рынке через 30-минутные блоки (во французском случае, 15-минутные блоки в Германии), предварительно определив доступную мощность (в МВт), а также цену за активацию энергии (в €/МВт-ч) для данного направления (вверх или вниз).

В день D неожиданные колебания в генерации или ошибки в спросе или прогнозе приводят к дисбалансу энергии, что требует балансировки активов для обеспечения стабильности системы. Отныне резервы активируются с учетом заслуженного порядка их цен на активацию энергии. В День выставления счетов, TSO компенсирует дополнительные затраты на активацию резервов, налагая штраф или выплачивая вознаграждение участникам рынка в зависимости от их вклада в событие дисбаланса. Энергия компенсируется через Расчетную Цену.

Подобно концепции FCR, с 2019 года национальные балансирующие рынки (RR или Replacement Reserves) движутся в направлении европейской стандартизации продукта с проектами MARI (для ручных частотных восстановительных запасов или mFRR) и TERRE (для Replacement Reserves). Основными целями являются создание общей платформы, а также 15-минутных аукционных блоков, которые будут благоприятствовать хранению энергии.

Отсрочка инвестиций в развитие сетевых инфраструктур 

В периоды пикового спроса мощность, протекающая по передающим и распределительным сетям, может превысить нагрузочную способность таких сетей и привести к возникновению проблем с перегрузками. Эта проблема решается системными операторами с помощью традиционной практики, такой как инвестирование в новые передающие и распределительные активы для увеличения первоначальной пропускной способности. Однако, когда такие события происходят время от времени и в течение ограниченных периодов времени, инвестиции в укрепление всей сети не представляются оптимальным решением.

Системы energy storage, расположенные в точках перегрузки, могут действовать как «виртуальные линии электропередачи» (также называемые альтернативами без проводов) для повышения производительности энергосистемы без необходимости перестраивать передающие и распределительные активы. Эти «виртуальные линии» действуют как дополнительная линия, которая появляется всякий раз, когда это необходимо для обеспечения дополнительной емкости энергии, необходимой для обеспечения надежности и резервирования системы при меньших габаритах. Таким образом, вместо того, чтобы, например, модернизировать мощность подстанции с 15 МВт до 20 МВт, чтобы справиться с нерегулярной нагрузкой, операторы энергосистемы могут обеспечить точную емкость хранения энергии для удовлетворения своих прогнозов потребления. Более того, поскольку на согласование и изготовление сетевых линий электропередач может уйти до семи (или более) лет, крупномасштабные аккумуляторные системы накопления энергии могут быть введены в эксплуатацию в течение двух лет. Следовательно, системы хранения энергии не сталкиваются с теми же жесткими разрешительными процессами, что и новые линии электропередач, и столбы.

Европейские страны проявляют значительный интерес к хранению энергии в качестве альтернативы работы в режиме  «виртуальных линий»  благодаря множеству про активных подходов.

Системный оператор Франции (RTE), так и оператор системы распределения (Enedis) начали эксперименты с альтернативами, не связанными с проводами, такими как Bess для управления перегрузками в сетях. В 2017 году RTE приступила к реализации проекта RINGO, который предусматривает развертывание трех аккумуляторных систем BESS общей мощностью 32 МВт/98 МВт-ч для проведения экспериментов по управлению перегрузкой сети после их ввода в эксплуатацию в 2021 году. Однако, согласно европейскому законодательству, операторам систем не разрешается участвовать в энергетических рынках. Поэтому RTE предложила реализовать определенный операционный протокол: в любой момент времени чистый энергобаланс трех систем должен быть нулевым — когда одна Bess разряжается, другие заряжаются одновременно. RTE планирует продать эти активы «виртуальной линии» после завершения эксперимента и заключить контракт с третьими сторонами на предоставление необходимых услуг, начиная с 2024 года.