Tesla планируют изменить энергетическую инфраструктуру в мире?

Аккумуляторы способны изменить традиционные энергетические системы таким образом, что станет возможным создание микросистем и интеллектуальных систем.

Исполнительный директор Tesla Элон Маск на прошлой неделе официально заявил о том, что его компания по производству электромобилей открывает новое направление деятельности — производство аккумуляторов. Tesla Energy, новое отдельное подразделение Tesla Motors, теперь занимается производством литий-ионных аккумуляторов для бытового использования и для бизнеса, которые могут использоваться в дополнение к солнечным и ветровым электроустановкам, а также для обеспечения дополнительной степени надежности для потребителей, подключенных к обычной энергосети.

Но на протяжении нескольких последующих лет аккумуляторы Tesla потребительской категории не приносили достаточно заметной финансовой отдачи в бытовом секторе во многих странах за пределами США. Если обычная электроэнергия в вашем штате не стоит слишком много (как это наблюдается на Гавайях), в тех местах, где солнце садится каждый день, менее затратно будет пользоваться традиционной электросетью, особенно, если муниципальные сети покупают излишек электроэнергии, вырабатываемой солнечными установками (как, например, в Калифорнии). И, даже если потребители могут использовать аккумуляторы в качестве резервной системы электроснабжения, в случае аварийного отключения электроснабжения на несколько дней генератор способен выработать большее количество электроэнергии за меньшие деньги. Так в чем же заключается бизнес-модель Tesla Energy?

Аккумуляторы потребительского класса привлекают к себе основную массу внимания СМИ, но, как г-н Маск отметил на телеконференции, посвящённой финансовой деятельности компании, компания Tesla Energy в ближайшем будущем планирует переключить основное внимание на бизнес-сектор и коммунальный сектор. Как он выразился: «Мы рассчитываем, что наибольшая доля продаж стационарных накопителей электроэнергии будет приходиться на коммунальные и промышленные модели».

Это то направление, которое будет приносить деньги. Маск уверен, что Tesla будет заниматься установкой аккумуляторов для крупных предприятий и коммунальных учреждений, а установка и техническое обслуживание установок потребительского класса Powerwall будет передана подрядным организациям. Это может означать, что Tesla Energy будет зарабатывать на маломощных аккумуляторах меньше.

Концентрация усилий на коммунальном секторе также имеет большое значение, если Tesla Energy планирует «коренным образом изменить способ использования энергии во всем мире в тераваттном масштабе», как заявил г-н Маск во время презентации новых аккумуляторов на прошлой неделе. Для этого Tesla должны сделать нечто большее, чем просто бытовую установку для хранения запасов электроэнергии — они должны изменить нашу традиционную, устаревающую систему электроснабжения на муниципальном уровне.

Новые аккумуляторы Tesla поставляются со встроенным управляющим программным обеспечением и возможностью подключения к интернету «позволяя создавать интеллектуальные микросистемы», как заявил г-н Маск во время рассказа о принципах запланированного фундаментального изменения. На текущий момент ни один из городов в США не имеет электросети, управляемой такими микросистемами, за исключением экспериментальных программ, так что энтузиазм Элона Маска заставляет нас гадать: как все-таки выглядит микросистема электроснабжения будущего и какую роль в ней сыграют новые аккумуляторы Tesla коммунального класса?

Оптимальное место для таких сетей – маленькие острова

Старший научный сотрудник Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) Роб Пратт говорит, что оптимальным местом размещения микросистемы является место с небольшим количеством потребителей, которые совместно владеют множеством местных энергетических ресурсов — такое, как, например, студенческий городок или индустриальный парк. Это позволяет обеспечить изоляцию микросети от общественной энергосети и от соседних микросетей в случае аварийной ситуации или других случаях.

По мнению г-на Пратта, идеальный вариант микросети начинается с использования дизельных генераторов или генераторов, работающих на природном газе, а также достаточного количества возобновляемых источников энергии для обеспечения экологичности сети — как минимум, на стандартном современном уровне.

«Я считаю, что оптимальным следующим шагом было бы использование выделяемой на работающем дизельном генератора тепловой энергии», – говорит Партт, – «Если использовать выделяемую тепловую энергию, можно получить эффективный выход энергии из топлива до 70-80%, в то время как на данный момент он составляет около 40%».

Аккумуляторы можно использовать при наличии существующей микросети. Если микросеть частично использует энергию возобновляемых источников энергии, например, солнечную энергию, аккумуляторы коммунального класса могут позволить хранить некоторое количество выработанной электроэнергии для использования во время неблагоприятных периодов, так же, как и бытовые модели аккумуляторов. Это дает оператору микросети некоторую дополнительную свободу маневра и может снизить необходимость использования дополнительных генераторов.

«Кроме того, аккумуляторы могут быть полезны в качестве буфера», – Говорит Пратт, – «Дизельные генераторы не очень эффективно работают на половинной нагрузке; оптимальное значение нагрузки для них составляет 70 процентов. На такой нагрузке они имеют больший КПД и наносят меньший ущерб окружающей среде». В переходные периоды по утрам и вечерам, «Когда приходит время включить другой генератор, но вы бы так не хотели этого делать», можно включать аккумулятор.

«Включая на некоторое время аккумулятор, я могу позволить генераторам сохранять скорость движения, при которой они достигают максимального КПД», – говорит Пратт.

Кроме того, аккумулятор позволяет преодолевать кратковременные переходные процессы по частоте в старых вращающихся генераторах, в которых выходная мощность колеблется несколько секунд перед установлением стабильного режима работы. Если происходит такое явление, «аккумулятор может обеспечить достаточно быструю реакцию, компенсируя и сглаживая такие переходные процессы», – объясняет Пратт.

Для обеспечения возможности связи между различными микросетями, необходимо программное обеспечение. Здесь на сцену выходят такие компании, как RTI (Real Time Innovations). Дэвид Барнетт, вице-президент по продукции и маркетингу компании, говорит, что в настоящий момент RTI разрабатывает и реализует аналитическое программное обеспечение, позволяющее предсказать спрос на электроэнергию в реальном времени, то есть позволяющей оператору микросети решить, сколько и какой энергии потребуется в ближайшее время.

Это очень непростая задача. «Если кто-нибудь включает в сеть установку производства Tesla, это приводит к пику в сети», ¬– говорит г-н Барнетт, и микросеть имеет «время на реагирование всего порядка десяти миллисекунд». Программное обеспечение производства RTI совмещает данные в реальном времени и прогнозные аналитические данные для обеспечения коммунальной подстанции возможности отреагировать на значительные скачки за короткое время.

Аккумуляторы могут обеспечить необходимую быстроту реакции микросети на подобные скачки. «Сегодня многие решения [по вопросу коммутации силовых линий] принимаются централизованно», говорит г-н Барнетт. Но, в случае с микросетью, «аккумуляторы [находятся] в подстанции, так что они распределены по городу. Все вычислительные мощности находятся прямо в подстанции, и обеспечивают связь между ней и потребителем» – добавляет он.

Все это – признаки новой, более эффективной сети электроснабжения, в отличие от сети старой конструкции, которую мы имеем на данный момент – и она может быть такой же, если не более, экологически чистой.

«Аккумуляторы могут реагировать на возникающие переходные процессы различного временного масштаба, начиная от сезонных, и заканчивая минутами и секундами, и противодействовать им, что усложняет управление сетью (и увеличивает его стоимость)», – написал г-н Пратт в сопроводительном письме в Ars.

Впрочем, аккумуляторы – не единственный инструмент, который может это обеспечить.

Обоснованное назначение цен на электроэнергию

Гибкая потребительская нагрузка — например, кондиционеры, которые могут отключать компрессоры на короткий срок во время пиковых нагрузок на сеть — может дать аналогичный результат.

Еще один способ, которым коммунальные службы могут создать гибкую потребительскую нагрузку, заключается во введении некоторого аналога дифференцированных тарифов в зависимости от спроса. При дифференцированной тарификации вместо фиксированных тарифов за единицу потребленной электроэнергии цена за нее изменяется в соответствии со спросом. Это позволяет потребителям снизить потребление энергии в периоды, когда тариф наиболее высок.

В настоящее время дифференцированные тарифы исследуются и проверяются г-ном Праттом и его исследовательской группой в PNNL, которые разрабатывают технологию, позволяющую сравнивать статистические данные по потреблению энергии с информацией по стоимости производства и передачи электроэнергии в конкретный момент времени. Этот многолетний проект – наиболее крупный из аналогичных проектов в США, в нем участвуют 11 коммунальных учреждений в пяти штатах. Потребители на соответствующей территории участвуют в «местном 5-минутном аукционе по возврату стоимости электроэнергии по энергетической системе дома или здания клиента, позволяющем принимать экономичные решения в части применения устройств или нагрузки с высоким потреблением», согласно прейскуранту Департамента энергетики США.

Здесь в игру снова может вступить малогабаритная аккумуляторная установка Powerwall потребительского класса от Tesla. С применением дифференцированной тарификации потребители, имеющие домашнюю аккумуляторную установку, например, производства Tesla, могут практиковать такую методику использования электроэнергии — заряжать аккумуляторы в те периоды, когда электроэнергия стоит недорого, и использовать накопленную энергию в периоды, когда ее стоимость при покупке непосредственно от коммунальных электросетей возрастает.

В то время как потребители могут не увидеть преимуществ динамической дифференцированной тарификации, над которой г-н Пратт и его группа работают уже на протяжении нескольких лет, некоторые частные компании вводят у себя более простые варианты дифференцированных тарифов. Когда компания Tesla запустила производство серии аккумуляторных установок, некоторые коммунальные учреждения и поставщики коммунальных услуг вошли в число ее партнеров. Среди них компания Southern California Edison, филиал Edison International, которая заключила с Tesla и другими поставщиками аккумуляторных установок договоры на добавление емкостей-накопителей на 264 мегаватт к своим электростанциям в ближайшие годы. Но данная компания уже заложила некоторый фундамент для создания автоматизированной онлайн-системы. В испытательных установках, применяемых в универмаге Nordstrom и на оптовой базе Railex, компания Southern California Edison установила систему, которая позволяет отключать некоторые наименее важные потребители электроэнергии в моменты пиковой нагрузки в зданиях компании. Такой метод позволил компаниям добиться заметного снижения счетов за электроэнергию в конце месяца.

Теоретически, Southern California Edison может распространить применяемую схему на бытовых потребителей, используя встроенное управляющее оборудование бытовых аккумуляторных установок Powerwall от Tesla. Во время периодов пиковых нагрузок, вместо того, чтобы запускать мощный дополнительный генератор или электростанцию, поставщик коммунальных услуг может просто предложить скидку для домов, которые имеют возможность использовать аккумуляторную установку в течение нескольких часов до спада нагрузки на сеть.

Tesla: управление отношениями между компаниями и поставщиками электроэнергии

Вышеописанный метод вовсю применяется на виноградниках Jackson Family Wines, семейных виноградниках в Калифорнии, которые имеют наиболее крупную из всех установленных компанией Tesla Energy электроэнергетических установок: 21 электроустановку коммунального класса, которые могут обеспечить добавочную мощность в 8,4 МВт*ч (то есть 8 400 кВт*ч) в шести винодельческих заводах в Северной Калифорнии. Жюльен Жервро, Старший менеджер по вопросам развития Jackson Family Wines, рассказал изданию Ars о том, что на тот момент, когда компания Tesla вышла на связь с их компанией, они уже сотрудничали с Pacific Gas & Electric (PG&E) в сфере внедрения базовой дифференцированной стратегии тарификации.

С 2010 года PG&E начала реализацию программы, призванной дать виноградникам Jackson Family Wines «от 30 минут до четырех часов» до того, как электроустановка, обслуживающая виноградники, столкнется с запланированной пиковой нагрузкой. На винограднике в обмен на финансовые поощрения принудительно отключались охлаждение, освещение, подача сжатого воздуха, а также системы очистки воды на срок от двух до шести часов.

«По правде говоря, для нас это было очень выгодным условием, потому что повышение спроса на электроэнергию, согласно дифференцированной системе тарифов, приходилось на 3 часа пополудни, а наш рабочий день к этому времени уже заканчивался», – говорит г-н Жервро, – «Все равно ранним утром никто, кроме фермеров, не работает».

В 2013 году компания Tesla связалась с Jackson Family Wines через поставщика программного обеспечения для виноделия, EnerNOC (который также является партнером Tesla Energy), и предложила идею с накопителями электроэнергии. За последующие два года компания Tesla выполнила анализ энергетической нагрузки на различных виноградниках и создала соответствующую требованиям компании систему, в которую в окончательном варианте вошла 21 электроустановка; установка системы производилась в январе и феврале этого года. На текущий момент Jackson Family Wines использует аккумуляторные хранилища для осуществления «сглаживания пиков» при помощи накопленной в аккумуляторных установках энергии для задач, которые требуют большого потребления электроэнергии. Но г-н Жервро говорит, что программное обеспечение аккумуляторов должно быть «умнее», и придет время, когда оно будет напрямую вести сообщение между PG&E и Jackson Family Wines в те летние дни, когда сеть электроснабжения перегружена.

«Tesla, на самом деле, обеспечивает некоторую степень взаимодействия» между поставщиком электроэнергии и новыми аккумуляторами, установленными на Jackson Family Wines, говорит изданию Ars г-н Жервро. Он отмечает, что Tesla даже взяла на себя часть расходов на аккумуляторные установки для виноделов. Jackson Family Wines отдают компании часть денег, которые они экономят на электричестве при помощи Tesla, а эта сумма, по приблизительным оценкам, составляет «сотни тысяч долларов ежегодно», что стало следствием применения спроектированной системы, а также обширной установки для генерирования солнечной электроэнергии.

Последний бой – он трудный самый

Несмотря на то, что микросети и дифференцированные тарифы выглядят привлекательно, существует препятствие в их реализации. Соответствующие поставщики электроэнергии могут не согласиться инвестировать средства в более сложные схемы, которые затруднят для них получение доходов.

«Это камень преткновения», – говорит изданию Ars г-н Пратт. – «Если микросеть используется лишь время от времени, и то, в основном в качестве аварийного источника электроэнергии, это позволяет более легко предотвратить отключение электроэнергии… Но если такую микросеть эксплуатировать интенсивно, тогда она снижает количество продаваемой электроэнергии – и снижает значительно».

Точно так же, дифференцированные системы тарификации, которые используются для того, чтобы разгрузить перегруженную сеть, могут быть превосходным выходом из сложившейся ситуации. Но если спрос становится излишне эластичным, поставщики могут перестать хотеть идти на такое сотрудничество.

«Для воплощения в жизнь идеи микросетей необходима, как минимум, некоторая реструктуризация нормативных актов, и некоторые из них уже проходят процесс реструктуризации в настоящее время», – говорит Пратт. – «Для того чтобы добиться добровольного выбора поставщиками коммунальных услуг микросетей, органы нормативного регулирования должны позволить поставщикам устанавливать более высокие тарифы на электроэнергию в периоды пиковой нагрузки или найти другие средства мотивировать их создавать новую инфраструктуру».

На федеральном уровне Верховный суд в прошлый понедельник утвердил пересмотр законности постановления администрации Обамы, которое требует выплаты компенсации поставщиками коммунальных услуг потребителям за снижение потребления электроэнергии в пиковые периоды — что-то вроде дифференцированной тарификации (апелляционный суд отклонил данное постановление в предыдущем разбирательстве).

Впрочем, некоторые общины уже делают первые шаги в направлении развития микросетей. «Это очень важно для Нью-Йорка», и связано это с мощным ураганом Сэнди, говорит Пратт. «Существует ряд муниципалитетов, [где] хотят взять управление над микросетями в свои руки». Ранее в этом месяце штат Нью-Йорк в рамках инициативы «Реформирование энергетической концепции (Reforming the Energy Vision, REV) выделил 500 000 долларов предприятиям, обслуживающим студгородок медицинского университета Буффало Ниагара и четыре муниципалитета — Бат, Уэстфай, Шерберн и территорию Ист-Гэмптон острова Лонг-айленд — для проведения исследования финансово-экономической эффективности постройки микросетей.

С другой стороны, RTI недавно реализовали экспериментальную систему аналитического программного обеспечения, разработанную в сотрудничестве с Duke Energy, Cisco и другими компаниями. Компания «предлагает реконструкцию электросетей с целью включения в них отдельных микросетей, которые будут контролировать небольшие участки спроса с определенной способностью к генерации и накоплению электроэнергии». Заключительной стадией испытаний будет внедрение технологии интеллектуальных микросетей в Сан-Антонио, штат Техас.

Г-н Барнетт согласен с тем, что такое постановление сыграло значительную роль в том, что микросети стали тем, чем они являются на данный момент. «Определенно, я вижу [применение микросетей] через пять лет некоторыми поставщиками электроэнергии, потому что сейчас на них оказывается давление с целью заставить использовать технологию отдельных генераторных мощностей», – говорит он. – «А этого можно достичь лишь с применением технологии микросетей. В некоторых городах поставщики электроэнергии не имеют особого выбора. Обычно считается, что сфера коммунальных услуг – это медленно развивающаяся сфера, так как это сфера, регулируемая законодательно. Но в данном случае правительственные органы действительно подталкивают коммунальщиков к максимально быстрому принятию новой технологии, которую они сами бы принимали на вооружение намного медленнее».

Если его прогноз оправдается, ставка компании Tesla на аккумуляторы, способные обслуживать частные дома и нужды коммунальных предприятий, может стать выигрышной; этому могут поспособствовать усилия регулирующих органов, которые стремятся модернизировать системы энергоснабжения и выйти за рамки устаревающих и проблемных электросетей.

Однако на прошлой неделе г-н Маск явно дал понять, что его планы не ограничиваются одними США. «Наша цель – полная модернизация всеобщей энергетической инфраструктуры мира», – закончил исполнительный директор под громогласные аплодисменты.

Автор: Irina_Ua

Источник ^[5]