Энергорынок: новые решения для надежности и перехода к "зелёным" технологиям

На фоне стремительного роста возобновляемых источников энергии, составляющих уже более 20% энергобаланса США и продолжающих удвоение производства с 2000 года, исследование изучает варианты развития рынка электроэнергии.

Высокопрофильные сбои в энергоснабжении подчеркивают сохраняющиеся проблемы с недостатком мощностей для обеспечения достаточной энергией в пиковые периоды, отмечает Чиара Ло Прете, профессор энергетической экономики Пенсильванского университета.

Проблема заключается не в дефиците генерации, а в ненадежности доставки достаточного количества энергии при резких скачках потребления, особенно там, где доминируют возобновляемые ресурсы и природный газ. Для поддержки перехода к чистой энергетике Ло Прете и ее коллеги изучили 11 предложений по дизайну рынка электроэнергии, находящихся на рассмотрении у операторов энергосистем. Эти предложения предусматривают различные подходы к управлению генерацией, источниками энергии и потреблением во всех секторах рынка.

Предложения, которые еще предстоит протестировать на практике, варьируются от незначительных изменений в существующих рыночных механизмах до полной их перестройки. Исследователи классифицировали предложения по пяти категориям, от наименее до наиболее радикальных, включая концепции аукционов долгосрочных контрактов и двухуровневые системы, сочетающие долгосрочные и краткосрочные рынки.

"Структура рынка должна позволять операторам покрывать как постоянные, так и переменные затраты, тем самым способствуя повышению общей надежности системы", – подчеркивает Ло Прете.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Energy Economics, акцентируют внимание на ключевых вопросах, стоящих перед лицами, принимающими решения в энергетической отрасли, и могут стимулировать дальнейшие исследования по адаптации рынков электроэнергии. Ло Прете объясняет, что прогнозирование общего спроса, который, как ожидается, исторически вырастет на 25% к 2030 году и на 78% к 2050 году, будет особенно сложным в связи с электрификацией транспорта и ростом числа дата-центров.

Обязательные "форвардные контракты", или авансовые обязательства дистрибьюторов по закупке определенного объема электроэнергии у генераторов, могли бы помочь в инвестировании в ресурсы, необходимые для достижения целей декарбонизации.

Ло Прете приводит в пример сбой энергосистемы в Техасе в феврале 2021 года, оставивший без света более 4,5 миллионов домов, периодические отключения в Калифорнии в августе 2020 года и почти полные блэкауты в той же Калифорнии в сентябре 2022 года. Во всех случаях основной проблемой был дефицит доступной энергии в момент пикового спроса.

Подобные ситуации заставили операторов энергосистем рассматривать рыночные подходы, проанализированные исследователями. Реформы направлены на адаптацию к текущим изменениям в производстве электроэнергии, будь то посредством долгосрочного аукционирования будущих поставок, более централизованного планирования ресурсов или других механизмов, таких как "свинг-контракты". Их цель – обеспечить наличие генерирующих мощностей для ввода в эксплуатацию в будущие операционные периоды.

"Когда рынки были реструктурированы в конце 1990-х, энергетическая система сильно отличалась от сегодняшней", – отмечает Ло Прете. Тогда система была ориентирована на тепловые электростанции, работающие на ископаемом топливе, и атомную энергетику. Современные рынки не приспособлены для интеграции и поддержания возобновляемых источников и крупномасштабных систем хранения энергии, которые появились с тех пор.

При этом сохранение разнообразного портфеля генерации жизненно важно, поскольку старые объекты, такие как угольные электростанции, вносят меньший вклад в энергоснабжение, но остаются важными для стабильного обслуживания. В прошлом году уголь составлял 8% национального потребления первичной энергии, снизившись с 23% в 2000 году.

В рамках своего исследования Ло Прете и ее партнеры из некоммерческой организации Resources for the Future (RFF) проанализировали рыночные предложения с точки зрения их влияния на ценовую доступность, эффективность, достаточность энергии и другие факторы. Ло Прете, являясь преподавателем Института энергетики и окружающей среды EMS и приглашенным научным сотрудником Института Вильсона при Пенсильванском университете, провела sabbatical в RFF перед публикацией статьи.

Среди их выводов – организация регуляторного надзора затрудняет интеграцию политики в области чистой энергетики в рынки электроэнергии. "Форвардные контракты", требующие определенных закупок электроэнергии, могут способствовать развитию систем хранения энергии и повышению общей способности энергосистем удовлетворять потребности клиентов.

В то же время авторы признают сложность вынесения рекомендаций или одобрения одного предложения над другими, отчасти из-за различий в стадиях разработки концепций. Исследователи отметили конкретные опасения по поводу недостаточных стимулов для инвестиций в текущих энергетических рынках.

Авторы также призвали к сотрудничеству между исследователями энергетических рынков, предлагая им делать свои предложения доступными для широкой аудитории и содействовать обратной связи от заинтересованных сторон. Общение поможет исследователям понять проблемы и возможные неясности.

В RFF в подготовке статьи участвовали Карен Палмер, старший научный сотрудник и директор программы электрической энергии, и младший научный сотрудник Молли Робертсон.