Енергетична автономія і децентралізоване виробництво: як втілити в життя і з ким співпрацювати?

Масштабний конфлікт суттєво трансформував українську енергетичну модель. У нових умовах енергоавтономність та децентралізоване виробництво електроенергії стали вирішальними для підприємств, промисловості, комунальних служб, населення та самої енергетичної системи України. Деякі компанії виявилися більш підготовленими до цих змін, інші - менш, а деякі - зовсім не були готові. Проте всім довелося адаптувати свої стратегії в сфері енергетичного постачання. Ліга Енергетичного Розвитку України, напередодні Дня Енергетика (22 грудня), провела дослідження, щоб з’ясувати, як бізнес адаптувався до нових викликів та хто сприяв цьому процесу.

Сонячна енергетична незалежність

Сонячна енергетика в Україні з'явилася наприкінці нульових, тоді її стимулювали спеціальним "зеленим" тарифом від держави. Будувалися переважно комерційні промислові СЕС для вироблення і продажу електроенергії за вартістю, що значно перевищувала звичайну ціну е\е. Поступово стали впроваджуватись сонячні станції і в домогосподарствах, що теж могли продавати її в енергосистему без отримання спецліцензій. Проте на виплати за "зеленим тарифом" у держави все частіше не вистачало коштів і в 2020-2021 рр. галузь страждала від кризи неплатежів. Проте з початком широкомасштабного вторгнення та повітряних атак по енергосистемі в сфері СЕС для бізнесу, промисловості, комунальних закладів (лікарні, школи, соцсфера тощо), домогосподарств наступив ренесанс. Бо сонячна стація - це, перш, за все, енергоавтономність. Кожен власник СЕС може отримувати енергію прямо з атмосфери, забезпечуючи себе необхідною електроенергією.

Для демонстрації такого підходу ми звернулися до однієї з найвідоміших компаній у цій сфері - компанії Atmosfera, яка має 18-річний досвід роботи. Це підприємство спеціалізується на створенні енергетичних рішень "під ключ" для житлових і комерційних об'єктів, займаючись проєктуванням, будівництвом та обслуговуванням сонячних електростанцій.

Для компанії "Бренвель" у 2023 проєкт з розбудови СЕС став стратегічним кроком у напрямі енергонезалежності. Основний напрям діяльності підприємства- теплопостачання на основі біопалива - обслуговування низки котелень у Волинській, Житомирській та Сумській областях, які працюють на дровах, пелетах та деревних відходах. Також компанія виробляє деревні паливні гранули, що експортуються до країн ЄС. Саме зважаючи на необхідність додержання строків експортних поставок та забезпечення діяльності котелен, постійна наявність електроенергії надактуальна для "Бренвель".

Власне споживання компанії - 935 000 кВт·год на рік. Для його забезпечення було прийнято рішення збудувати на 3 виробничих майданчиках у Волинській області СЕС загальною потужністю 1 МВт, зокрема: у Турійську - 251 кВт, Ковелі - 222 кВт, два об'єкти в Камінь-Каширському - 342 кВт. Проєктантом та монтажною організацією було обрано інсталятора Atmosfera. Вона ж забезпечила придбання сонячних панелей, інверторів, мережевого обладнання. Загальний обсяг інвестицій склав близько 650 тисяч доларів США. Це, як вважають у "Бренвель", довгостроковий актив, який знижує операційні витрати, підвищує енергонезалежність та посилює репутацію компанії як екологічно відповідального виробника. Наразі очікувана та фактична річна генерація становить близько 1,1 МВт·год. За порадами інсталяторів з Atmosfera на підприємстві підлаштували внутрішні процеси під власну генерацію, щоб максимально ефективно використовувати енергію від сонячних електростанцій. Сьогодні 85% виробленої енергії споживається безпосередньо нашими підприємствами, ще 15% реалізується на ринку за схемою "Активний споживач".

Враховуючи вартість для промислових споживачів в Україні 7,6-8 грн/кВт·год без ПДВ., отриманий економічний від впровадження власних СЕС, складає близько 7,3 млн грн на рік (173 тис. дол США). Термін окупності інвестицій становить 3,5-3,7 років, без урахування додаткового доходу від реалізації надлишкової енергії. Це підтверджує як правильність зробленого підприємством вибору, так і ефективність запропонованого інсталятором Atmosfera технічного рішення та його реалізації.

"В умовах хронічної нестабільності енергосистеми бізнес більше не може розглядати електроенергію як гарантований сервіс. Власна генерація -- це інструмент управління ризиками, прогнозування витрат і збереження операційної стійкості. Сонячні електростанції сьогодні -- не про "зелену ідеологію", а про контроль над критично важливим ресурсом", - зазначає Олександр Клепалов, CEO Atmosfera.

Інженерія - запорука продуктивності.

Висококваліфіковані інженери та їхній досвід є важливими не лише для монтажу сонячних електростанцій, вітрових електростанцій, газопоршневих станцій чи створення мікрогрід, а перш за все для професійного підходу на всіх стадіях реалізації проектів. Сучасна децентралізація енергетичних систем і балансування енергетичних потоків не обмежується лише когенераційними установками. Важливу роль відіграють також установки для зберігання енергії. Яскравим прикладом цього є нещодавній проект, реалізований групою компаній ОККО у співпраці з інжиніринговою компанією ІКНЕТ, яка є експертом у сфері альтернативної та традиційної енергетики. Вони успішно впровадили установку зберігання енергії потужністю понад 20 МВт і ємністю більше 40 МВт∙год на заході України.

Завдяки наданим ІКНЕТ девелопменту, проєктним роботам та інжиніринговим послугам група компаній ОККО прийняла рішення реалізовувати проєкт УЗЕ, ще до оголошення НЕК "Укренерго" спеціальних аукціонів на допоміжні послуги. Попри жорстку конкуренцію ОККО виграла спеціальні аукціони та, завдяки злагодженій роботі ІКНЕТ і ПЕК першою в Україні ввела промислову УЗЕ в експлуатацію, отримала ліцензію, сертифікувала об'єкт і успішно працює на ринку електричної енергії. Впроваджена УЗЕ надає послуги первинного та вторинного регулювання на ринку допоміжних послуг, тим самим підтверджуючи, що група компаній ОККО - це не лише понад 400 автозаправних станцій, а багатопрофільний бізнес, зокрема й у сфері енергетики (у складі групи діє компанія "ОККО ЕНЕРДЖІ").

Серед численних постачальників УЗЕ, для реалізації проекту було вибрано обладнання, яке є найкращим варіантом з технічної та економічної перспективи і відповідає всім вимогам для УЗЕ типу D. Підключення об'єкта було виконано шляхом зведення нової підстанції 110/10 кВ та лінії 110 кВ.

Цей проєкт став першим великим ініціативом УЗЕ в Україні, тому "школу молодого бійця" проходили всі залучені сторони: спеціалісти ОККО, проектувальники, будівельники та НЕК "Укренерго".

Протягом 14 років своєї діяльності ІКНЕТ успішно реалізувала більше 540 проєктів у галузі енергетики, а загальна потужність об'єктів, підключених до мереж, перевищує 6 ГВт. Як підкреслює керівник компанії Юрій Подоляк, перші виклики у реалізації даного проєкту виникли вже на етапі вибору постачальників обладнання, які могли б забезпечити не лише доставку, а й пусконалагоджувальні роботи, шеф-монтаж, запуск в експлуатацію та сервісне обслуговування в умовах війни.

Чимало часу було витрачено на узгодження проекту АСКОЕ, оскільки потрібно було створити оригінальні алгоритми для роботи УЗЕ, яка за лічені секунди може підвищувати потужність від нуля до максимуму. Крім того, важливо було підібрати електротехнічне обладнання, яке здатне точно враховувати та відображати ці процеси.

Серед основних викликів виявилися питання логістики, зокрема обробка небезпечних та негабаритних вантажів, розробка системи EMS для управління та балансування УЗЕ на всіх рівнях, а також інтеграція з Оператором ринку для можливості торгівлі електроенергією без залучення диспетчерів чи трейдерів. Однак, усі ці труднощі були успішно подолані, і УЗЕ вдалося ввести в експлуатацію в заплановані терміни.

На даний момент ОККО займається реалізацією другої черги будівництва УЗЕ, яка має потужність більше 20 МВт. У майбутньому компанія планує залучити установку до балансуючого ринку, ринку "на добу наперед" та пропонувати послуги black start.

Приклад вдалого впровадження проєкту УЗЕ компанією ОККО свідчить про те, що розвиток енергозберігаючих установок в Україні є не лише можливим, але й вигідним з економічної точки зору. За словами керівника ІКНЕТ Юрія Подоляка, важливо "не дотримуватись стандартних підходів і мати сміливість прийматися за складні виклики. Лише тоді інженерія може запропонувати ефективні рішення, які відповідають актуальним потребам енергетичної системи та специфічним вимогам бізнесу".

Сховища: елемент мережі Smart Grid чи незалежне джерело енергії?

Електроенергія суттєво здорожчала, графік споживання підприємства не постійний а генерація мережевої сонячної станції обмежена потужністю включеного навантаження і компенсує до 30% обсягів споживання електрики. Ваше підприємству бажає збільшити потужність генерації сонячної станції та необхідно джерело безперебійного живлення, життєво необхідно працювати на погодинному ринку РДН. В сучасній енергетиці є рішення - мікро мережі (Smart Grid) з установками зберігання енергії УЗЕ (термін BESS -- це абревіатура від Battery Energy Storage System - акумуляторна система накопичення енергії). Це головний елемент технологічного рішення для зберігання електроенергії в BESS та для ефективного використання в найбільш потрібний час, як для забезпечення резервного живлення, стабілізації мережі, економії та додаткового доходу на різниці тарифів гуртового ринку РДН. Bess працює як великий акумулятор для домогосподарств, бізнесу чи енергосистем. Але просто однієї батарейки, як свідчать наш наступний експерт цього недостатньо, - роботу будь якої генерації - СЕС або ВЕС, когенераційна установка, дизельний генератор тощо потрібно синхронізувати не тільки між собою, та ще в сучасну мікро мережу підприємства.

Отже, давайте розглянемо мікромережі та УЗЕ на прикладі проекту, реалізованого компанією Smart Power Engineering, яка спеціалізується на системах зберігання енергії та їх інтеграції з різними видами генераційних установок. Варто зазначити, що наші фахівці розробили власне апаратно-програмне забезпечення для такої інтеграції – це платформа управління енергетичними ресурсами. Вона виконує функцію Master EMS (Системи управління енергією) та призначена для організації роботи системи УЗЕ, гібридної або мережевої сонячної електростанції підприємства та оптимізації процесів управління на ринку РДН, наприклад, в ролі активного споживача. Розглянемо конкретний випадок.

До компанії Smart Power Engineering звернулося одне промислове підприємство (не будемо називати його з міркувань безпеки), яке вже експлуатувало власну сонячну електростанцію потужністю 2 МВт. Ця станція слугувала для покриття власних енергетичних потреб та продажу надлишкової електроенергії в мережу, а також підприємство використовувало дизельний генератор. Щомісячне споживання електроенергії становило 520 000 кВт*год. Проте, через часті відключення зовнішньої електромережі, генераторні установки працювали некоректно: мережеві станції зупинялися, або ж спостерігалися значні коливання частоти, що унеможливлювало їх надійну та ефективну роботу в автоматичному режимі. Сьогодні будь-який бізнес прагне до енергонезалежності, оптимізації витрат та підвищення доходів. Тому основним завданням стало забезпечення повної автономності підприємства (у режимі "острів") з можливістю отримання додаткового прибутку шляхом енергетичного арбітражу, використовуючи різницю в ціні електроенергії на гуртовому ринку РДН (Ринок на Добу Наперед).

Микола Чабанюк, засновник і керівник компанії Smart Power Engineering, стверджує, що їхня фірма завжди уникає пропозицій стандартних рішень, які зазвичай мають обмежену ефективність. Після детального аналізу потреб клієнтів, фахівці розробляють індивідуальні рішення, під які підбирається відповідне обладнання. У даному випадку була спроектована мікромережа smartgrid для підприємства, з пропозицією інтегрувати установку для зберігання енергії обсягом 10 МВт*годин. Усе це було синхронізовано з роботою наявної мережевої сонячної електростанції та потужного дизель-генератора за допомогою впровадження системи управління енергією (EMS) та власної розробки "Платформи управління енергетичними активами".

Після узгодження з клієнтом компанія Smart Power Engineering здійснила постачання необхідного обладнання, включаючи автоматизовані системи енергетичного управління (УЗЕ), а також виконала їх установку. У процесі реалізації проекту був також налаштований локальний сервер для управління мікромережею та проведено навчання персоналу. Завдяки інтеграції сучасного рішення мікрогрід, підприємство отримало повну автономність у своїй діяльності, додаткові фінансові надходження та зниження витрат на електроенергію на рівні від 30 до 60%. На сьогоднішній день підприємство функціонує з автоматичним «безшовним» перемиканням (0 мС) у острівний режим без шкоди для якості роботи виробничого обладнання. Найголовніше, що всі ці досягнення реалізовані на основі вже існуючих генеруючих установок різних виробників із різним програмним забезпеченням, що дозволило уникнути необхідності в придбанні нових інверторів для сонячної станції або заміні дизельного генератора.

У контексті економіки, за зазначеними параметрами, реалізоване рішення забезпечує промисловому підприємству економію приблизно 2 мільйони гривень щомісяця. Крім того, воно відкриває можливість отримання додаткового доходу від арбітражу, що може становити до 25% від доступних обсягів електричної енергії. Оцінений період повернення інвестицій у цей проєкт складає від 3 до 3,5 років.

На думку директора Smart Power Engineering Миколи Чабанюка, такого роду рішення "дозволяє підприємствам перейти на сучасні стандарти за принципом децентралізації, де кожен об'єкт зможе практично самостійно забезпечувати власні потреби в електроенергії. А також забезпечити джерело додаткового доходу працючі на ринку допоміжних послуг (балансуванні мереж операторів ОСР та ОСП). Що корисно і всій ОЕС України, бо скорочує шлях між генерацією та кінцевим споживачем та дозволяє замінити традиційні балансуючий генеруючі потужності ТЕЦ на сучасні рішення систем накопичення енергії.

Газові системи – монтаж і експлуатація.

На фоні значних ушкоджень теплової генерації навесні 2024 року, коли країна втратила до 9 ГВт переважно балансуючих потужностей (більшість з яких були згодом відновлені), уряд ініціював програму розвитку розподіленої генерації. Відповідно до Закону України "Про ринок електричної енергії", розподілена генерація визначається як "електростанції з встановленою потужністю до 20 МВт, які підключені до електричної мережі". Ці компактні електростанції розташовуються безпосередньо в районі споживання та використовують локально доступні джерела енергії. Серед них, окрім сонячних і вітрових, значну роль відіграють газогенераційні установки, зокрема газотурбінні (ГТУ) та газопоршневі (ГПУ). Це пояснюється тим, що на відміну від СЕС та ВЕС, вони можуть функціонувати в будь-який час за наявності газу і швидко запускатися та зупинятися, що робить їх важливими для маневрової генерації.

На жаль, кейсу з інсталяції газової установки для потреб конкретного бізнесу навести наразі не маємо можливості з точки зору нюансів безпеки. Проте проілюструвати особливості функціонування та інсталяції маємо - наразі наводимо кейс від експертів "Центр-Монтаж-Енерго", компанії, що вже 19 років спеціалізується на інженерно-технічних, монтажних та будівельних роботах: від проєктно-кошторисної документації, геодезичних робіт до безпосередньої здачі обʼєктів в експлуатацію. Мова йде саме про інфраструктурні об'єкти - електричні мережі, електропідстанції, газогони, водоканалізаційні мережі (серед клієнтів - "Черкасиобленерго", корпорація "Укравто", Уманський тепличний комбінат, УМАНЬПИВО SOCAR).

Клієнт "Центр-Монтаж-Енерго", компанія "Астроінвест-енерджі", що спеціалізується на видобутку нафти і газу, вирішила розширити свої горизонти, увійшовши в сектор виробництва електричної енергії через встановлення газопоршневих установок. Для проектування та реалізації всіх етапів їх інсталяції були залучені наші фахівці.

Енергетична компанія вирішила інвестувати в агрегати чеської фірми RSE, придбавши чотири одиниці моделі RSE 2300, кожна з яких має потужність 2,3 МВт. Двигуни TCG 3020V 20, виготовлені минулого року німецькою компанією MWM, мають розрахунковий термін експлуатації до 10 років. Для створення електростанції загальною потужністю 9,2 МВт необхідно було підготувати ділянку, спроектувати газові та електричні мережі, а також систему розподілу електроенергії. Додатково, слід було узгодити технічні деталі з операторами системи розподілу та газорозподільними компаніями відповідно до раніше отриманих технічних умов для підключення.

Згідно з проектом, розробленим компанією "Центр-Монтаж-Енерго", фахівці здійснили монтаж комірки на підстанції напругою 110/35/10 кВ, а також проклали дві кабельні лінії, довжина яких сягала до одного кілометра. Після підготовки бетонної основи на ній були зведені дві трансформаторні підстанції з напругою 0,4-10 кВ, обладнані розподільчими пунктами. Крім того, колеги реалізували будівництво газопроводу для постачання газу. Важливо зазначити, що електростанція буде оснащена двома установками для зберігання енергії потужністю по 125 кВт·год кожна, для яких також було забезпечено електричні комунікації з ГПУ та енергетичною мережею.

Комплекс робіт, виконаних компанією "Центр-Монтаж-Енерго", охоплював весь процес — від проектування до введення в експлуатацію — та тривав 7 місяців, з яких 2 місяці було витрачено на розробку проекту, а решту часу присвячено реалізації. Проектування виконувалося внутрішнім відділом проектування та конструювання, а для реалізації залучалися дві команди, що складалися з будівельників, монтажників, операторів спеціальної техніки та електронних інженерів. Кількість фахівців коливалася від 7 до 15 осіб залежно від стадії виконання робіт.

ККД цієї газопоршневої установки досягає 87,3%, з яких 45% припадає на електричну енергію, а 42,3% - на теплову. Крім того, система може бути активована всього за одну хвилину і працювати на рівнях потужності 50%, 75% та 100%. Враховуючи специфіку діяльності власника, який є оператором газового ринку, а також спеціальні тарифи на газ для когенераційних установок, проект демонструє значний потенціал. Установка здатна функціонувати не лише за двосторонніми контрактами, а й на балансуючому та внутрішньодобовому ринку, де ціна за 1 кВт може бути в 2-3 рази вищою, ніж на ринку добового балансування чи за прямими угодами, що робить його економічно вигідним.

Для "Центр-Монтаж-Енерго" це вже не перший кейс з проєктування та підключення когенераційної установки (ГПУ). "Розвиток децентралізованої генерації, зокрема газопоршневих станцій в сьогодняшніх умовах дуже актуальний для України - як з точки зору енергоавтономності промислового виробництва, так і з точки зору балансу ОЕС. Однак мало придбати якісний агрегат - необхідно задіяти досвід в проєктуванні, монтажу мереж та ТП - і тоді газова установка принесе надійне електропостачання та економічний ефект", - вважає директор "Центр-Монтаж-Енерго" Павло Гончаренко.

Якщо ви виявили помилку в написанні, будь ласка, дайте нам знати.