Flexibilitatea sistemului de alimentare
Starea transformării sistemului energetic 2019

Citați raportul

IEA (2019), Starea transformării sistemului energetic 2019, IEA, Paris https://www.iea.org/reports/status-of-power-system-transformation-2019

Copiați în clipboard

Distribuiți acest raport

În acest raport
Rezumat

Sistemele energetice din întreaga lume se confruntă cu schimbări semnificative, determinate în special de disponibilitatea tot mai mare a energiei regenerabile variabile cu cost redus (VRE), de utilizarea resurselor distribuite de energie (DER), de progresele în digitalizare și de oportunitățile tot mai mari de electrificare. Aceste modificări pot fi gestionate în procesul de transformare a sistemului de alimentare (PST).

Starea transformării sistemului energetic 2019 identifică provocările și oportunitățile de a debloca flexibilitatea sistemului și de a accelera PST. O multitudine de strategii, abordări și instrumente cunoscute pentru a sprijini flexibilitatea sistemului de alimentare poate fi ușor aplicată și adaptată la sistemele de alimentare.

Există mai multe categorii de active ale sistemului de alimentare care pot fi utilizate pentru a oferi flexibilitate. Centralele electrice convenționale sunt în prezent sursa predominantă de flexibilitate a sistemului în sistemele moderne de energie, iar multe strategii sunt disponibile pentru a „flexibiliza” în continuare aceste resurse. Sursele VRE, cum ar fi centralele eoliene și solare fotovoltaice, apar ca o resursă de flexibilitate, mai multe țări introducând recent reforme de piață și reglementări care activează flexibilitatea VRE. Rețelele de energie electrică rămân un factor esențial al flexibilității sistemului, iar o serie de instrumente de politică și de reglementare sunt disponibile pentru a risca noi investiții în rețea și pentru a promova implementarea VRE mai „prietenoasă cu sistemul”. Depozitarea energiei, în special sistemele de stocare a energiei pe baterii (BESS), devin un furnizor de flexibilitate competitiv. Modificările aduse politicilor, pieței și cadrelor de reglementare asigură faptul că BESS poate participa la sistemul de energie electrică pentru a oferi servicii de flexibilitate. DER oferă un potențial semnificativ de flexibilitate, dar poate necesita reforme de piață și de reglementare pentru a furniza servicii valoroase de flexibilitate a sistemului.

Există un corp de cunoștințe consolidat și în creștere rapidă cu privire la gestionarea cu succes a sistemelor moderne de energie în tranziție. Există o cantitate substanțială de cunoștințe, experiență și expertiză acumulate în PST în ultimul deceniu. O mulțime de măsuri pentru a sprijini flexibilitatea sistemului de alimentare pot fi ușor aplicate și adaptate sistemelor de alimentare, acestea includ modificări la: strategii energetice; cadre juridice; politici și programe; cadre de reglementare; regulile pieței; protocoale de operare a sistemului; și coduri de conexiune.

Toate activele sistemului energetic pot oferi servicii de flexibilitate dacă sunt permise de politici, piețe și cadre de reglementare adecvate. Chiar și resursele VRE apar ca o resursă de flexibilitate. Mai multe țări (de exemplu, Australia, Irlanda, Spania și Statele Unite) au introdus reforme de piață și reglementări care activează flexibilitatea VRE. În Statele Unite, investițiile inovatoare de modernizare a flexibilității au fost demonstrate în centralele electrice convenționale existente, cum ar fi hibridizarea cu BESS. Înainte, eforturile de modificare a codurilor de conexiune și a regulilor pieței vor fi esențiale pentru toate activele - inclusiv centralele electrice, rețelele de electricitate, DER și stocarea energiei - pentru a primi o remunerație echitabilă pentru serviciile lor de flexibilitate.

Rețelele de energie electrică rămân un factor esențial al flexibilității sistemului. Diverse instrumente politice și de reglementare pot risca noi investiții în rețea în sprijinul flexibilității sistemului și pot promova implementarea VRE mai „prietenoasă cu sistemul”. În Regatul Unit, un regim de reglementare „cap-and-floor” atenuează riscul de investiții în proiectele de interconectare a comercianților, protejând investitorul în anii cu venituri reduse ale pieței, în schimbul plafonării veniturilor în anii cu venituri mari. Analiza recentă a sistemului energetic chinez în 2035 de către Agenția Internațională pentru Energie (AIE) arată că o coordonare sporită pentru a utiliza mai bine interconectările regionale existente ar putea aduce beneficii economice și de mediu semnificative. În India, o strategie de parcuri solare ajută la atenuarea riscurilor de conectare la rețea pentru dezvoltatori, favorizând în același timp o implementare mai prietenoasă cu sistemul fotovoltaic solar (PV).

Sistemele de stocare a energiei bateriilor devin un furnizor de flexibilitate competitiv. Modificările aduse cadrelor politice, de piață și de reglementare pot accelera implementarea BESS și se pot asigura că aceste resurse pot participa la sistemul energetic pentru a oferi servicii de flexibilitate. Alte inovații de reglementare pot ajuta la deblocarea fluxurilor de valori multiple de stocare a energiei. Australia, Regatul Unit, Statele Unite și Directivele Uniunii Europene privind energia electrică oferă exemple utile de inovații de reglementare.

Resursele energetice distribuite oferă un potențial semnificativ de flexibilitate, dar pot necesita reforme de piață și de reglementare. Elaborarea de politici proactive și reglementări inovatoare pot fi introduse pentru a permite agregatoarelor DER și a simplifica înscrierea DER pentru a oferi servicii valoroase de flexibilitate. Abordări inovatoare pentru a permite agregarea DER apar, așa cum s-a demonstrat cu centralele virtuale din Italia și Finlanda. În Germania, o abordare bazată pe piață pentru utilizarea DER pentru a furniza servicii de flexibilitate localizată este testată pentru a ameliora congestia rețelei. În Singapore, utilizarea DER pentru a furniza servicii de flexibilitate a fost permisă prin liberalizarea pieței cu amănuntul.

Introducere

Flexibilitatea sistemului de alimentare este definită ca „capacitatea unui sistem de alimentare de a gestiona în mod fiabil și rentabil variabilitatea și incertitudinea cererii și ofertei pe toate intervalele de timp relevante, de la asigurarea stabilității instantanee a sistemului de alimentare la susținerea securității aprovizionării pe termen lung” 1.2. Flexibilitatea este deja o caracteristică importantă a tuturor sistemelor de alimentare. O serie de intervenții operaționale, politice și bazate pe investiții sunt disponibile pentru a face sistemele moderne mai flexibile, facilitând astfel o energie mai curată și mai fiabilă, mai rezistentă și mai accesibilă. Cu toate acestea, este evident că este nevoie de un accent mai mare pe sprijinirea flexibilității sistemului de alimentare în timpul PST, pentru a promova și a facilita tranziția către sisteme de alimentare mai accesibile, mai curate, fiabile și rezistente.

Flexibilitatea sistemului de alimentare a devenit o prioritate globală

Proeminența crescândă a VRE - și problemele sale asociate de „integrare a sistemului” - se numără printre cei mai importanți factori de PST la nivel global, iar diferitele niveluri de penetrare a VRE necesită o abordare în evoluție pentru asigurarea flexibilității sistemului de alimentare. AIE a dezvoltat o clasificare a fazelor pentru a surprinde impactul în evoluție pe care VRE îl poate avea asupra sistemelor de alimentare, precum și problemele legate de integrare. Integrarea VRE poate fi clasificată în șase etape diferite 3. Acest cadru poate fi utilizat pentru a stabili priorități diferite măsuri pentru a sprijini flexibilitatea sistemului, a identifica provocările relevante și a implementa măsuri adecvate pentru a sprijini integrarea sistemului VRE (Figura 1).

Energia regenerabilă variabilă este un factor cheie al cerințelor de flexibilitate a sistemului

Figura 1. Caracteristici cheie și provocări în diferitele faze ale integrării sistemului

Un set distinct de probleme de integrare a sistemului se confruntă cu creșterea penetrărilor VRE în sistemele de alimentare

transformării

Sursa: Adaptat din IEA (2018a), World Energy Outlook 2018.

Figura 2 prezintă cotele anuale VRE și fazele corespunzătoare de integrare a sistemului pentru anumite țări și regiuni. În prezent, Faza 4 este cea mai înaltă fază de integrare VRE realizată în practică. Un număr mic de țări și regiuni (de exemplu, Danemarca, Irlanda și Australia de Sud) au atins faza 4, dar multe alte sisteme de alimentare sunt încă în fazele 1 și 2 și au 5-10% cote de VRE în producția anuală de energie electrică. Cu toate acestea, direcția generală a acestei tranziții este deja clară: faze superioare de integrare a sistemului sunt viitoare pentru majoritatea țărilor și se reflectă în nivelurile crescute de implementare a VRE și în noile eforturi naționale pentru a spori flexibilitatea sistemului de alimentare.

Figura 2. Ponderea anuală a VRE și faza corespunzătoare de integrare a sistemului în anumite țări/regiuni, 2018

VRE influențează din ce în ce mai mult operațiunile sistemului de energie din întreaga lume

Sursă: IEA (în curs), Renewables 2019: Analiză și prognoze până în 2024. Note: China = Republica Populară Chineză.

VRE influențează din ce în ce mai mult operațiunile sistemului de energie din întreaga lume.
Ponderea VRE în multe țări a crescut în ultimii ani. În 2015, existau puțin peste 30 de țări cu o cotă anuală de generație de VRE mai mare de 5%; până în 2018, acest număr a crescut la aproape 50 de țări. Cotele VRE în multe țări și/sau regiuni sunt de așteptat să crească de la 5-10% la 10-20% în următorii cinci ani; jurisdicțiile cu acțiuni de 20-40% sunt, de asemenea, de așteptat să crească semnificativ, după cum se arată în Figura 3 4.

Figura 3. Numărul de țări în intervalul anual de penetrare a VRE, istoric și proiectat

Întrucât numărul țărilor cu ponderi medii până la mari de VRE crește semnificativ, este de așteptat ca flexibilitatea sistemului electric să devină o problemă mai importantă în următorii ani

Sursă: Adaptat din IEA (2018b), Energii regenerabile 2018: analiză și prognoze până în 2023.

Descoperiri cheie

Există un corp de cunoștințe consolidat și în creștere rapidă cu privire la gestionarea cu succes a sistemelor moderne de energie în tranziție

PST a acumulat o cantitate substanțială de cunoștințe, experiență și expertiză în ultimul deceniu. O mare parte din aceste cunoștințe au fost documentate în rapoartele globale, inclusiv în rapoartele anterioare 21CPP și IEA 5; 6. Multe dintre mesajele esențiale menționate anterior către factorii de decizie politică despre sprijinirea flexibilității sistemului se aplică în continuare, inclusiv importanța:

  • Atenuarea cerințelor de flexibilitate a sistemului de alimentare prin operațiuni îmbunătățite ale sistemului și extinderea amprentei geografice a sistemelor de alimentare.
  • Coordonarea și integrarea exercițiilor de planificare pe segmente ale pieței energiei și chiar sectoare economice, cum ar fi transporturile și industria.
  • Dezvoltarea regulilor pentru evoluția piețelor de energie care permit și recompensează flexibilitatea sistemului.
  • Angajamentul publicului de frunte, în special pentru noile proiecte de transmisie cu termene de livrare lungi.

O multitudine de strategii, abordări și instrumente pot fi ușor aplicate și adaptate la sistemele de putere

Există o varietate de opțiuni pentru instrumente de politică, piață și reglementare care pot spori flexibilitatea sistemului - aceste opțiuni pot fi grupate în mai multe categorii de intervenții pe care factorii de decizie politică să le ia în considerare și sunt prezentate în casetele albastre din Figura 4.

Gama de măsuri disponibile la diferite niveluri joacă roluri unice și adesea complementare, în îmbunătățirea flexibilității sistemului. În cele din urmă, contextul instituțional va avea impact asupra setului de instrumente disponibile pentru a sprijini flexibilitatea sistemului de alimentare. Aceste măsuri pot fi clasificate după cum urmează:

Strategii energetice iau în considerare din ce în ce mai mult flexibilitatea sistemului de alimentare într-un mod mai detaliat pentru a se asigura că sunt îndeplinite cerințele de flexibilitate ale viitoarelor sisteme de alimentare. De exemplu, Republica Populară Chineză („China”) a vizat aproape 220 GW de centrale termice pentru modernizarea flexibilității și/sau îmbunătățiri ale performanței în cel de-al 13-lea plan cincinal (2016-2020) pentru sectorul energetic.

Cadrele juridice să ofere îndrumări cu privire la rolurile și responsabilitățile din sectorul energetic, inclusiv gradul de separare, concurență și privatizare, definiții juridice ale participanților permiși, tipurile de active și impozitele și subvențiile aplicabile. Cadrele juridice pot oferi, de asemenea, obiective la nivel înalt și îndrumare factorilor de decizie politică și/sau pot stabili ținte sau obiective specifice. Cadrele juridice generale necesită adesea modificări pentru a permite participarea din resurse agregate DER și/sau de stocare a energiei. De exemplu, Chile are în vedere legislația în prezent pentru a introduce flexibilitate în activele de sistem existente și noi și pentru a permite participarea DER la serviciile de sistem.

Politici și programe sunt create în mod obișnuit pentru a sprijini atingerea obiectivelor specifice în strategiile energetice stabilite, de exemplu „flexibilizarea” flotelor de centrale electrice prin programe de stimulare și/sau mandate de politici. Factorii de decizie politică pot, de asemenea, finanța programe specifice pentru a testa sau pilota anumite abordări inovatoare utilizați resursele de stocare sau cererea flexibilă; un exemplu în acest sens este studiul de fezabilitate al Italiei privind „Sistemul de stocare virtuală” (discutat mai târziu).

Cadrele și deciziile de reglementare alocați costurile și riscul diferitelor companii de utilități și întreprinderile din sectorul privat pentru a opera și moderniza sectorul energiei electrice. De exemplu, pe piețele cu un singur cumpărător, condițiile standard ale contractelor de cumpărare a energiei electrice sunt de obicei specificate prin reglementări. Aceste cadre ajută, de asemenea, la implementarea cerințelor legale specifice și a obiectivelor de dezvoltare a infrastructurii în timpul exercițiilor de planificare a resurselor utilitare. Un exemplu în acest sens este adoptarea de către Comisia de utilități publice din Colorado a unui ordin care solicită utilităților să ia în considerare resursele de stocare a energiei în procesul lor de planificare și achiziție a resurselor. Deciziile de reglementare pot contribui, de asemenea, la stimularea inovației și experimentării pentru flexibilitatea sistemului. De exemplu, autoritatea de reglementare spaniolă a emis o decizie prin care solicita generatoarelor să efectueze o serie de analize care au caracterizat capacitatea flotei de turbine eoliene spaniole de a furniza servicii auxiliare. Acest prim pas, motivat de autoritatea de reglementare, a condus în cele din urmă la o participare mai largă a turbinelor eoliene pe piața serviciilor auxiliare spaniole.

Exerciții de planificare a sectorului energetic ajută la direcționarea investițiilor în sistemul energetic, promovând în același timp accesibilitatea și fiabilitatea. Din ce în ce mai mult, exercițiile de planificare a sistemului de energie electrică încorporează evaluări ale cerințelor de flexibilitate și se integrează pe segmente de piață a energiei electrice (de exemplu, luând în considerare atât investițiile de producție, cât și de transport în comun) și sectoarele economice (de exemplu, rețeaua de distribuție și planurile de transport pentru a implementa infrastructura de încărcare). Aceste abordări integrate pot ajuta la descoperirea de soluții inteligente pentru a reduce cerințele de flexibilitate, dar factorii de decizie politică ar putea avea nevoie să intervină pentru a încuraja aceste tipuri de abordări. De exemplu, Ministerul Energiei din Thailanda a fugit recent pentru a lua în considerare cerințele de flexibilitate a sistemului în formularea Planului său de dezvoltare a energiei din 2018, atribuind utilității electrice naționale pentru a efectua studii privind „modernizarea rețelei”, ceea ce a condus ulterior la lansarea proiectelor pilot de flexibilitate.

Prețul cu amănuntul al energiei electrice determină modul în care clienții sunt taxați pentru energia electrică pe care o consumă și compensează orice electricitate injectată înapoi în rețea. Modificările aduse prețurilor de energie electrică cu amănuntul pot elimina factorii de descurajare pentru ca DER-ul plasat de clienți să participe la scheme de agregare care altfel ar putea crește facturile de energie electrică. Dacă sunt concepute în mod robust, noile structuri tarifare cu amănuntul pot sprijini flexibilitatea sistemului, crescând simultan veniturile pentru proprietarii DER. De exemplu, piața de electricitate deschisă din Singapore permite participarea la programele de răspuns la cerere, permițând consumatorilor să își aleagă retailerul sau să cumpere direct de pe piața angro la prețuri pe jumătate de oră 7.

Regulile și codurile pieței energiei 8 stabiliți cine poate participa la piețele angro 9, serviciile auxiliare și/sau piețele de capacitate. Acestea definesc, de asemenea, un set de reguli comune pentru comerțul cu energie electrică, inclusiv modul de a încorpora restricții tehnice la formarea prețurilor. Modificarea metodologiilor de formare a prețurilor pieței serviciilor energetice și auxiliare sunt utilizate pentru a recompensa mai bine flexibilitatea și reprezintă o strategie cheie pentru sistemele de energie liberalizate în tranziție. Dezvoltarea unei suite de produse de piață pentru a recompensa în mod corespunzător flexibilitatea în transformarea sistemelor de alimentare este o provocare continuă, deși piețele existente oferă o serie de posibilități de luat în considerare. În majoritatea cazurilor, un principiu cheie de bază este deschiderea piețelor de energie către toate tehnologiile. O serie de abordări inovatoare oferă potențialul de a recompensa flexibilitatea: reforma recentă a Regatului Unit al regulilor de decontare a prețurilor pentru dezechilibrele de energie electrică este un exemplu de îmbunătățire a semnalelor de preț pentru a recompensa mai bine activele flexibile 10.

Protocoale de operare a sistemului specificați atât procedurile, cât și regulile privind modul de funcționare a unui sistem de alimentare. Modificările aduse protocoalelor operaționale sunt un punct comun de intervenție pentru a sprijini flexibilitatea sistemului de alimentare și includ măsuri, cum ar fi: (a) funcționarea mai rapidă a sistemului de alimentare; (b) comunicare și coordonare sporite între sistemele de alimentare învecinate; și (c) utilizarea sistemelor de prognoză VRE centralizate. De exemplu, în Danemarca, desfășurarea contoarelor inteligente și crearea unui DataHub centralizat pentru a facilita toate tranzacțiile de sistem au îmbunătățit capacitatea comercianților cu amănuntul de a prognoza încărcarea și VRE și a simplificat procesul de decontare pentru serviciile DER.

Coduri de conexiune specificați diferitele cerințe tehnice pentru conectarea resurselor și sarcinilor sistemului de alimentare la infrastructura de distribuție și transport în condiții normale și excepționale de operare. Modificările aduse codurilor de conexiune pot contribui la asigurarea faptului că toate resursele sistemului de alimentare sunt capabile să se conecteze la rețea și să ofere servicii de flexibilitate. De exemplu, modificările codurilor de conexiune care necesită VRE pentru a contribui la servicii de flexibilitate pe termen scurt (de exemplu, răspunsul în frecvență primară) devin din ce în ce mai frecvente.

1. Managementul sistemelor de alimentare în tranziție

Figura 4. Straturi de flexibilitate a sistemului de alimentare