Тому вкрай необхідним є пошук нових шляхів підвищення ефективності балансування ОЕС України, зокрема за рахунок залучення споживачів електричної енергії та використання сучасних технологій «розумних мереж».
До 2022 року графік споживання електроенергії в ОЕС України мав тенденцію до вирівнювання у денний період доби (тобто пікові години були не так явно виражені). У певні дні максимум навантаження спостерігався навіть у ранкові пікові години (рис.1)
З боку виробництва електроенергії мали місце:
- надлишок базових потужностей, сконцентрованих на АЕС;
- надлишок негарантованої генерації на електростанціях, що виробляють електроенергію з відновлюваних джерел енергії (ВДЕ), особливо у денний період, внаслідок неконтрольованого їх будівництва протягом 2018-2021 рр., та необхідності обов’язкового врахування у добовому графіку виробництва електроенергії з ВДЕ;
- обмеженість обсягів маневреної генерації для підтримання балансу потужності в ОЕС України (в першу чергу через зношеність обладнання ТЕС та ТЕЦ);
- необхідність врахування водогосподарських обмежень на ГЕС/ГАЕС при здійсненні балансування в енергосистемі країни.
В енергосистемах європейських країн нерівномірність графіку споживання електроенергії з технічної точки зору компенсують шляхом створення достатніх обсягів резервів потужності, сконцентрованих на маневрених агрегатах та енергоблоках. Проте резерви потужності в таких енергосистемах не є нескінченними, а їх підтримання вимагає додаткових витрат з боку виробників електроенергії. Тому на допомогу технічним заходам прийшли ринкові механізми, які дозволяють регулювати обсяги споживання електроенергії в залежності від балансу потужності та у певні години доби. Так, у дефіцитні години ціна на електроенергію зростає, а у профіцитні години ціна на електроенергію може знижуватися до нульової позначки, й навіть бути від’ємною. Таким чином, ринкові механізми створюють стимули для споживачів електроенергії переносити обсяги споживання електроенергії на більш дешеві години.
Наведений механізм отримав назву «управління попитом» (demand side management), що розглядається як процес впливу на обсяги або моделі (технологічні, організаційні, економічні) споживання електричної енергії кінцевими споживачами. При цьому реагування на попит (demand response) є змінами в споживанні електричної енергії кінцевими споживачами внаслідок управління попитом на електричну енергію та у відповідь на зміни умов постачання електричної енергії, зокрема на зміну економічних стимулів (цін або тарифів на електричну енергію), або коли надійність функціонування електроенергетичної системи є під загрозою.
Запровадження управляння попитом та реагування на попит з боку споживачів задля забезпечення надійності електроенергетичної системи набуло особливої актуальності під час проходження осінньо-зимового періоду 2022/2023.
Із початком повномасштабних бойових дій на території України значну частину промислового споживання було втрачено. При цьому графік споживання в ОЕС України знову перетворився на явно вираженого «двогорбого верблюда» (з чітко вираженими ранковими та вечірніми піками навантажень, спричинених, в першу чергу, споживанням електроенергії побутовими споживачами та електротранспортом у ранкові та вечірні години доби). На фоні суттєвого зниження обсягів споживання електричної енергії спостерігається збільшення коефіцієнту нерівномірності графіку споживання в енергосистемі країни.
Після руйнації енергоблоків великих ТЕС та ТЕЦ внаслідок ракетних обстрілів у 2022-2023 рр., в ОЕС України спостерігався не тільки дефіцит маневрених потужностей, а й дефіцит виробництва електроенергії взагалі. Часткове відновлення зруйнованого обладнання ТЕС та ТЕЦ, а також збільшення дозволеного обсягу імпорту електроенергії з енергосистем європейських країн дозволили припинити примусове обмеження споживання електроенергії в країні. Також за допомоги закордонних донорів (таких, як USAID, IOM та інших) в Україні розпочалося будівництво розподіленої генерації, в першу чергу - газопоршневих та газотурбінних установок. Це маневрені електростанції із дуже коротким часом включення та набору номінальної потужності. Проте, через наявні певні бюрократичні бар’єри, зокрема існуючі складнощі практичного застосування нормативно-правової бази щодо підключення зазначених електроустановок до газових, теплових та електричних мереж, а також складність забезпечення сервісного обслуговування та швидкого надання запчастин, процес введення в експлуатацію електроустановок, що постачаються донорами в Україну, є довготривалим. Дефіцит маневрених потужностей, особливо у пікові години добового графіку споживання електроенергії, залишається суттєвою проблемою балансування ОЕС України.
Внаслідок значної нерівномірності добового графіку споживання, основне навантаження щодо його балансування, особливо у пікові години, покладається на агрегати ГЕС/ГАЕС та енергоблоки ТЕС.
Наприклад, у 2023 році спостерігалася ситуація, коли енергоблоки та корпуси теплових електростанцій після проходження ранкового максимуму навантаження відключалися від мережі з включенням на вечірній максимум на 2-3 години та подальшим відключенням на нічний провал споживання в ОЕС України. На кожний пуск корпусу енергоблоку 300 МВт витрачається близько 500 тис. грн, на кожний пуск енергоблоку 300 МВт – 1-1,2 млн грн. І це без врахування суттєвого зносу обладнання через постійні пуски та зупинки енергоблоків, які проектувалися для роботи в безперервному режимі з регулюванням потужності в межах мінімального (Рmin) та максимального (Рmax) навантажень. Така робота енергоблоків ТЕС призводить до підвищення їх аварійності та виходу з ладу.
Ситуація погіршується також через особливості механізму функціонування ринку електроенергії, коли ціноутворення на всіх сегментах ринку електроенергії в певній мірі прив’язане до сегменту ринку «на добу наперед» (РДН). У свою чергу, сьогодні індекс РДН не відображає реальних ринкових коливань через ринкову владу окремих учасників на цьому сегменті, а також вплив цінових обмежень. Відповідно, існуюча поведінка учасників та регулювання РДН спричиняють викривлення цінових сигналів не лише для цього сегменту, а і як наслідок для всієї системи ринку електричної енергії. За таких умов ціни на ринку, не даючи коректні цінові сигнали його учасникам, не в повній мірі сприяють задоволенню реальних потреб енергосистеми у виробництві електроенергії у певні години доби.
Не покращує ситуацію і довготривалий механізм покладання спеціальних обов'язків на ринку електроенергії (ПСО) стосовно забезпечення доступною електроенергією населення, затверджений Постановою Кабінету Міністрів України від 5 червня 2019 р. № 483 (за рахунок продажу виробленої НАЕК «Енергоатом» та ПрАТ «Укргідроенерго» електроенергії за ціною значно нижчою за собівартість її виробництва). Тариф на електричну енергію для побутових споживачів, який є нижчим за ринкову ціну, а також відсутність дієвих механізмів для відключення боржників за спожиту електричну енергію призводять як до нераціонального її споживання, так і до нарощування боргів на ринку електроенергії України. На фоні дефіциту маневрених потужностей та недостатності резервів на ТЕС та ГЕС у години максимального споживання в ОЕС України, додаткове навантаження з боку споживачів у такі години, через відсутність ринкових механізмів, призводить до складнощів балансування потужностей в енергосистемі країни та додаткового навантаження на чергових диспетчерів НЕК «Укренерго», які і так працюють на межі можливого в умовах значного пошкодження обладнання електричних мереж і електростанцій та їх непроектних режимів роботи.
Останнім часом почастішали випадки обговорення у ЗМІ питань щодо необхідності підвищення тарифів на електричну енергію для побутових споживачів з метою приведення їх до ринкових. Звичайно, приведення тарифів на електроенергію для споживачів у відповідність до економічно обґрунтованих цін є вкрай необхідним в перспективі.
Проте підвищення тарифів на електроенергію може викликати нерозуміння (невдоволення) з боку споживачів, додаткове фінансове навантаження на соціально незахищені верстви населення (малозабезпечені сім’ї, пенсіонери, внутрішньо переміщені особи та інші), а також зменшення надходження коштів за спожиту електроенергію на рахунки постачальників універсальних послуг через припинення оплати з боку певної частини споживачів.
На відміну від промислових споживачів, які отримують електроенергію за цінами, що прив’язані до цін на РДН, побутові споживачі мають можливість отримувати електроенергію за тарифом 2,64 грн (з ПДВ) за 1 кВт·год, відповідно до постанови КМУ від 27 грудня 2023 року № 1375.
Споживачі, які мають дво- або тризонний облік електроенергії, мають можливість зменшення витрат за спожиту електроенергію відповідно до Постанови КМУ від 5 червня 2019 р. № 483 (зі змінами). Проте відсоток споживачів, які користуються цією можливістю, дуже низький. З іншого боку, навіть дво- та тризонне диференціювання за періодами часу не відображує ні реальних потреб ОЕС України в достатніх резервах для балансування, ні ринкових цінових показників у певний період доби.
Для прикладу, у другій декаді січня 2024 року температура навколишнього середовища у країні суттєво знизилася. Як наслідок, ціни на РДН (рис.2) у вечірні години підвищувалися до 7,3-7,5 грн/кВт·год (без ПДВ). При цьому ціна базового навантаження у січні 2024 року на Українській енергетичний біржі складала трохи більше 3,75 грн/МВт·год (без ПДВ). Цей приклад наявно демонструє, що навіть за тризонного диференціювання тарифів за періодами доби, тарифи для побутових споживачів не відповідають ринковим цінам у пікові години добового графіку споживання. Така ситуація не сприяє економії споживання електроенергії побутовими споживачами у пікові години та призводить до необхідності підключення до електромережі додаткових дорогих енергоблоків ТЕС на ці години, що, в свою чергу, спричиняє подорожчання виробництва електричної енергії та додаткові витрати, в тому числі і у державної генерації, що експлуатує енергоблоки ТЕС.
З метою підтримання балансу потужностей в ОЕС України в умовах дефіциту маневреної генерації у пікові години добового графіку споживання, доцільним є добровільне зменшення споживання з боку споживачів електричної енергії та/або регулювання такого споживання за рахунок надання цінових сигналів шляхом збільшення погодинних цін або тарифів (та зон їх застосування) у ці періоди.
З метою запровадження комплексного підходу до зменшення фізичного дефіциту в енергосистемі через регулювання попиту побутових споживачів та, водночас, для зменшення негативного впливу від підвищення тарифів на електричну енергію для побутових споживачів до рівня, наближеного до рівня ринкових цін, на думку авторів статті можливо застосувати наступний підхід:
- Виокремити споживачів електроенергії, які віднесені до соціально незахищених верств населення і не мають можливості сплачувати за спожиту електроенергію за більшими, зокрема ринковими, цінами;
- Зафіксувати для цих споживачів електроенергії тарифи на рівні діючого тарифу на певний період часу (наприклад, два-три роки або більш тривалий термін);
- До споживачів, які не будуть віднесені до соціально незахищених верств населення та, відповідно, мають змогу сплачувати ринкову ціну електроенергії (очікується, що таких буде близько 70-80% від загального обсягу), довести до їх відома про необхідність поетапного скасування субсидування ціни електроенергії; розробити покроковий графік приведення тарифів на електричну енергію для цих споживачів до рівня економічно обґрунтованих цін, особливо, для «пікових» годин добового графіку споживання;
- Водночас запропонувати суттєвій частці зазначених у п.3 споживачів взяти участь у пілотному Проекті «Балансування енергосистеми за рахунок потужностей споживачів» (про деталі проекту буде зазначено нижче) та провести роз’яснювальну роботу щодо доцільності заходів з запровадження погодинного обліку електричної енергії з метою економії коштів споживачів та балансування енергосистеми країни;
- Збільшити контрольованість та керованість споживання електроенергії протягом доби.
Запропонований підхід буде мати ряд переваг через наступне. По-перше, на ринку електричної енергії зменшиться обсяг перехресного субсидіювання. Навантаження на державних виробників електроенергії – НАЕК «Енергоатом» та ПрАТ «Укргідроенерго» через механізм ПСО буде зменшений, що з одного боку дозволить продавати додаткові обсяги електроенергії по ринкових цінах і, як наслідок – до збільшення дохідної частини державних підприємств, а з іншого боку призведе до ринкового визначення цін на електроенергію для усіх споживачів через збільшення обсягів пропозиції на ринку. По-друге, соціально незахищені верстви населення не відчують підвищення цін на ринку електричної енергії – вони матимуть можливість споживати будь-який обсяг електроенергії у «непікові» години добового графіку споживання та обмежений обсяг (без енергоємних електроприладів) у «пікові» години. Фактично, споживачі матимуть можливість користуватися найбільш затребуваним електрообладнанням – холодильниками, телевізорами, комп’ютерною технікою, роутерами, електрочайниками та іншими дрібними електроприладами протягом всієї доби за непідвищеним тарифом. По-третє, енергосистема країни відчує зменшення навантаження у пікові години за рахунок запровадження запропонованого підходу з балансування енергосистеми за рахунок потужностей споживачів. Крім того, збільшиться спостережуваність, прогнозованість та керованість електроспоживання в енергосистемі країни.
Розглянемо більш детально, у чому полягає вищезазначений підхід та загальні аспекти реалізації відповідного Пілотного проекту для опрацювання технологій та підтвердження ефективності запропонованих заходів. Споживачі, які зацікавлені у непідвищенні тарифів на електричну енергію, матимуть можливість підписати договори з операторами систем розподілу щодо встановлення багатозонних «розумних» лічильників (з можливістю встановлення до 24-х зон) з дистанційною передачею показників про спожиту електричну енергію. Крім того, таким споживачам можуть бути вмонтовані «розумні» розетки на енергоємне обладнання – електричні бойлери, посудомийні та пральні машини, а також пристрої електроопалення, які дозволятимуть застосовувати енергоємні електричні прилади у «непікові» години доби та припинятимуть їх електроживлення у «пікові» години. Орієнтовна вартість комплекту з монтажем для одного домогосподарства (споживача електричної енергії) може складати близько 20 тис. грн: 12-15 тис. грн – «розумний» лічильник з модемом для передачі показників, 3-4 «розумні» розетки вартістю по 400-600 грн кожна.
За попередніми розрахунками, при залученні на початковому етапі 10000 споживачів електроенергії до Проекту «Балансування енергосистеми за рахунок потужностей споживачів», загальні витрати складатимуть 200 млн грн, або близько 5 млн доларів США.
Для участі у проекті соціально незахищених верств населення та забезпечення їх осель відповідними пристроями, важливим стане залучення донорської допомоги від USAID, International Organization for Migration (UN) або інших організацій чи фондів.
За умови споживання трьома енергоємними електроприладами електроенергії в середньому 5 кВт, залучення до проекту 10000 споживачів електроенергії дасть змогу знизити навантаження у пікові години на 50 МВт. Якщо до проекту будуть залучені споживачі електроенергії, які використовують електроопалення, це дасть змогу зменшити навантаження у «пікові» години загалом на 300-400 МВт в межах всієї країні. В свою чергу, це дасть можливість не підключати декілька корпусів або навіть енергоблоків на ТЕС або не завантажувати додаткові агрегати ГЕС, забезпечуючи економію гідроресурсів. Економія при відмові від додаткових пусків одного корпусу енергоблоку 300 МВт на ТЕС державної генерації протягом 6 місяців складає близько 180 млн грн. Тобто загальна економія для державного виробника, що використовує ТЕС, за пів року може скласти більше ніж 500 млн грн.
Додатковою перевагою Проекту є те, що покращується комерційний облік електричної енергії. Споживачам, які долучаться до Проекту, будуть встановлені багатозонні лічильники (з можливістю встановлення 24 зон), що дозволить отримати профілі добового споживання електроенергії. Відповідно, постачальники зможуть більш точно прогнозувати обсяги закупівлі електроенергії, зменшуючи небаланси та оптимізуючи свої витрати. ОСР та ОСП отримають інформацію про профілі навантаження побутових споживачів та їх загальне споживання у розрізі кожної години доби, що також покращить спостережуваність систем розподілу і передачі та забезпечить прогнозованість та керованість їх роботи, за умови, що споживачі, які долучаться до Проекту «Балансування енергосистеми за рахунок потужностей споживачів», не матимуть права втручатися у роботу «розумних» лічильників та розеток. У випадку, якщо споживач порушить умови та буде підключати енергоємні електроприлади у «пікові» години, ОСР та Постачальник універсальних послуг відразу отримають про це інформацію, і споживач може втратити можливість споживання електроенергії за пільговим тарифом. Крім того, ОСР отримає додатковий інструмент контролю за несанкціонованим відбором (крадіжками) електроенергії. Іншою вагомою умовою участі у Проекті може бути своєчасна та в повному обсязі оплата з боку споживачів за спожиту електроенергію, що може покращити дисципліну платежів на ринку електроенергії.
Слід зазначити, що в Україні на поточний момент опрацьовується ще один підхід, в якому пропонується долучати споживачів, що мають електробойлери, до надання послуг з балансування, а, можливо, і допоміжних послуг з метою третинного регулювання частоти та потужності в ОЕС України.
Недоліком такого підходу є те, що він не враховує можливість підвищення тарифів на електроенергію для соціально незахищених верств населення. Організація та контроль за наданням послуг з балансування та допоміжних послуг є досить складним, довготривалим та ресурсоємним процесом, а також вимагатиме довготривалого процесу внесення змін до нормативно-правової бази. Вартість програмно-апаратного забезпечення тільки на рівні Оператора системи передачі може складати десятки мільйонів доларів, а реалізація такого підходу не забезпечить відповідного підвищення спостережуваності та прогнозованості споживання електроенергії в енергосистемі.
На відміну від інших підходів, Проект «Балансування енергосистеми за рахунок потужностей споживачів» забезпечить не тільки короткострокові вигоди у вигляді додаткових механізмів для підтримання балансу потужностей, а і довгострокову вигоду, яка полягає у отриманні додаткової інформації від споживачів електроенергії у вигляді погодинних профілів навантаження, покращенні комерційного обліку електроенергії та прогнозованості роботи систем розподілу і передачі та, потенційно, призведе до зменшення комерційних втрат (крадіжок) електроенергії в енергосистемі країни, а також до більш ринкового ціноутворення на всіх сегментах ринку електроенергії.
Висновки:
Запропонований підхід до балансування енергосистеми за рахунок потужностей споживачів та реалізація відповідних пілотних проектів спрямовані на вирішення комплексної задачі прогнозування, обліку та керування попитом споживачів електроенергії, а також їх залучення до вирішення проблем управління режимами роботи ОЕС України. При цьому як учасники ринку електричної енергії, так і ОСР та ОСП, а також міжнародні організації отримають певні вигоди від його реалізації.
Споживачі електричної енергії, яких віднесено до соціально незахищених верств населення, отримуватимуть електроенергію протягом, принаймні перехідного періоду, відповідно до діючого тарифу на електричну енергію. Інші споживачі, що готові долучитися до пілотного проекту, зможуть економити за рахунок меншої вартості електроенергії у непікові години. Орієнтуючись на їхній приклад, запроваджувати заходи з погодинного обліку і управління попитом зможуть й інші побутові споживачі.
Державні виробники електроенергії НАЕК «Енергоатом» та ПрАТ «Укргідроенерго» зменшать обсяги продажу електроенергії для цілей ПСО та, відповідно, збільшать обсяги електроенергії, які будуть продаватися за ринковими цінами, що також має сприяти прозорості ціноутворення та наданню більш адекватних цінових сигналів на ринку.
Всі споживачі електричної енергії, які не будуть залучені до Проекту – відчують поступове наближення тарифів до економічно обґрунтованих (ринкових) цін на електроенергію. Це має призвести до ціноутворення на ринку електричної енергії України, яке в більшій мірі відповідатиме ринковим механізмам і зменшить необхідність регулювання відповідних цін та тарифів.
Оператори систем розподілу та постачальники електроенергії отримають профілі споживання електричної енергії через застосування «розумних» багатозонних лічильників у споживачів, а також можливість прогнозування та контролю споживання електроенергії у регіоні. У випадку порушень умов договорів з боку споживачів (включення енергоємних електричних приладів у пікові години) можливе розірвання таких договорів та їх переведення на тарифи, що відповідатимуть ринковим цінам.
НЕК «Укренерго» та ОЕС України отримають додатковий механізм балансування потужностей в енергосистемі в пікові години навантажень, зменшення нерівномірності добового графіку споживання електроенергії, а також зменшення кількості додаткових пусків та зупинок енергоблоків ТЕС та агрегатів ГЕС.
Виробники, що використовують ТЕС, зможуть зекономити кошти через припинення додаткового пуску-зупинки корпусів енергоблоків.
В свою чергу, реалізація пілотних проектів дозволить уточнити вимоги та розвинути нормативну базу задля успішного впровадження запропонованого підходу, а міжнародні організації та фонди за рахунок участі в таких проектах зможуть ефективно допомогти енергосистемі України подолати кризу, а також тиражувати отриманий досвід у інших країнах.
Автори: Ігор Блінов, заступник директора з наукової роботи Інституту електродинаміки; Микола Когут, помічник голови Комітету ВРУ з питань енергетики та житлово-комунальних послуг;
Дмитро Олефір, член Наглядової ради ПрАТ «ЗТР»; Фарід Сафаров, заступник Міністра енергетики України (2021-2024), Голова Наглядової ради ПАТ «Укртатнафта»; Микола Житник, консультант Комітету ВРУ з питань енергетики та житлово-комунальних послуг (2019-2023), аспірант КНУ ім. Т.Шевченка.
