Интеллектуальные технологии на электроэнергетическом рынке Японии

Введение

В результате аварии на АЭС Фукусима в 2011г. Япония оказалась вовлеченной в серьезный энергетический кризис, поскольку правительство начало выводить из эксплуатации действующие атомные электростанции. В настоящее время электроэнергетическая отрасль страны продолжает сталкиваться с трудностями, связанными с ограничениями производства электроэнергии. С тем чтобы компенсировать крупные потери генерации, Япония импортирует значительные объемы природного газа из других стран и одновременно стимулирует рост производства электроэнергии за счет энергии ветра и солнца, применение систем хранения электроэнергии и систем управления энергетической нагрузкой зданий.

Правительство Японии активно продвигает развитие микросетей и интеллектуальных технологий, при этом управление спросом (DR) рассматривается в качестве главного решения вопроса нехватки мощности на рынке как в среднесрочной, так и долгосрочной перспективе. Средства, выделенные Министерством экономики, торговли и промышленности Японии на внедрение интеллектуальных технологий в 2014 г. составили 3,8 млрд. долларов США, что на 29% выше по сравнению с 2013 г. Большая часть средств была направлена на внедрение мер по энергоэффективности и DR.

В настоящее время в Японии осуществляется большое число пилотных проектов в области интеллектуальных сетей. Крупные международные игроки в сфере DR, такие как, Schneider Electric, EnerNOC и Comverge, а также ассоциация OpenADR уже начали вести деятельность на электроэнергетическом рынке страны посредством реализации таких проектов, многие из которых финансируются японским Советом по развитию новой энергетики. В случае если пилотная стадия проектов завершится успешно, тестируемые технологии начнут быстро внедряться в массовом масштабе.

Обзор электроэнергетического рынка Японии

Энергосистема Японии
Энергосистема Японии

Энергосистема и электроэнергетический рынок Японии разделены на две части в соответствии с используемой частотой: 50 Гц и 60 Гц (использование разных частот электрического тока в разных частях страны сложилось исторически). На рынке ведут деятельность 10 крупных вертикально-интегрированных компаний и независимые участники рынка, представленные компаниями в области производства и сбыта электроэнергии. За последние пятнадцать лет розничный рынок Японии был либерализован на 60%, и к 2015 г. потребители на розничном рынке, включая крупные и мелкие промышленные предприятия, а также крупный бизнес, могли выбирать поставщика электроэнергии. До 2015 г. доля независимых участников рынка оставалась дольно низкой и составляла 3-4%, однако затем она начала активно расти и в июле 2015г. достигла 7,7%.

Регулирование электроэнергетического рынка Японии

В 2002 г. правительство Японии одобрило «Основной закон об энергетической политике», целью которого является разработка национальной энергетической политики Японии. В документе определяются следующие принципы энергической политики страны: 1. обеспечение энергетической безопасности; 2. соответствие требованиям защиты окружающей среды; 3. применение рыночных механизмов с учетом указанных выше принципов. Документ также определяет роли участников рынка, включая федерльные и местные органы управления, энергокомпании и бытовых потребителей. В соответствии с требованиями закона правительство Японии должно было разработать «Основной энергический план» на базе принципов энергетической политики, который определит основные направления внедрения энергетической политики и обеспечит соответствующее регулирование отрасли в долгосрочной перспективе.

«Основной закон об энергетической политике»

Первый «Основной энергический план» был разработан правительством Японии в октябре 2003 г., второй - в марте 2007 г. и третий - в июне 2010 г. Четвертый «Стратегический энергетический план», опубликованный в апреле 2014 г., стал первым после землетрясения в Японии и аварии на АЭС Фукусима и учел сложную ситуацию, сложившуюся в энергетической отрасли страны.

Новый План включает меры по реформе электроэнергетики Японии, включая изменения энергетической политики, детальности энергокомпаний и структуры рынка. В то время как ряд атомных ректоров будет заново введен в эксплуатацию в течение последующих лет, природный газ, уголь и возобновляемые источники энергии (далее – ВИЭ) будут составлять значительную часть национального энергетического баланса энергопоставок в будущем. План не устанавливает конкретных задач для интеграции ВИЭ, но указывает на то, что к 2030 г. их доля в топливном балансе страны превысит 20%.

Согласно положениям Плана, основные направления развития энергетической отрасли включают обеспечение стабильного энергоснабжения, экономической эффективности, безопасности и охраны окружающей среды с учетом мировых тенденций и экономического роста с тем, чтобы создать многослойную, разнообразную и гибкую структуру электроэнергетики. План предусматривает внедрение долгосрочных мер в области поставок и потребления электроэнергии. Основные инструменты достижения поставленных целей включают применение мер по энергоэффективности в каждом секторе экономики, сбережение электроэнергии, а также применений интеллектуальных технологий потребителями и использование потенциала гибкости потребления (DR).

Дополнительные реформы, предусмотренные Планом, включают создание единого национального системного оператора, полную либерализацию розничного рынка и отделение деятельности по производству и сбыту электроэнергии от деятельности по передаче электроэнергии по магистральным и распределительным сетям в рамках вертикально-интегрированных энергокомпаний.

Четвертый «Стратегический энергетический план»:

http://www.enecho.meti.go.jp/en/category/others/basic_plan/pdf/4th_strategic_energy_plan.pdf

Регулирующие органы

Министерство экономики, торговли и промышленности Японии.  В рамках министерства Агентство по природным ресурсам и энергетике отвечает за разработку энергетической политики и регулирование отрасли, а Комитет по контролю над деятельностью электроэнергетического рынка, созданный в сентябре 2015г., обеспечивает справедливую торговлю электроэнергией и нейтральность процесса передачи электроэнергии по магистральным и распределительным сетям.

Комиссия Японии по добросовестной конкуренции несет ответственность за обеспечение конкуренции в отрасли.

Совет по развитию новой энергетики был создан с целью поддержки развития систем, обеспечивающих использование новых видов энергии, как например, ВИЭ, и систем хранения электроэнергии и занимается предоставлением субсидий компаниям, осуществляющим установку таких систем.

Реформа электроэнергетического рынка Японии

Реформа электроэнергетического рынка Японии направлена на решение следующих задач:

  1. увеличение объёма межрегиональных перетоков электроэнергии, в особенности между зонами с разной частотой;
  2. сдерживание роста цен на электроэнергию, обусловленного выводом из эксплуатации  атомных электростанций;
  3. обеспечение конкуренции между основными вертикально-интегрированными компаниями и новыми участниками рынка и предоставление более широко выбора услуг для потребителей.

В рамках реформы будет проведена полная либерализация электроэнергетической отрасли. Так, к апрелю 2016 г. планируется полностью завершить либерализацию розничного рынка, в результате чего бытовые и мелкие коммерчески потребители также смогут выбирать поставщика электроэнергии. В течение 4 лет с момента либерализации потребители будут платить за электроэнергию либо на основе цен, предлагаемых независимыми участниками рынка, либо на базе регулируемого тарифа на электроэнергию, который впоследствии будет отменен (предположительно в 2020г.).

В 2020 г. также планируется провести юридическое разделение вертикально-интегрированных компаний и отделить регулируемую деятельность по передаче электроэнергии по магистральным и распределительным сетям от конкурентной деятельности по производству и сбыту электроэнергии. В рамках полной либерализации розничного рынка запланировано массовое внедрение интеллектуальных счетчиков. К 2024 г. их число должно достигнуть 84 млн.

Внедрение интеллектуальных счетчиков 10 крупнейшими энергокомпаниями Японии
Внедрение интеллектуальных счетчиков 10 крупнейшими энергокомпаниями Японии

DR на электроэнергетическом рынке Японии

Крупные электроэнергетические компании Японии, включая TEPCO, планируют начать применение DR с крупных коммерческих и промышленных потребителей, а затем продолжить его внедрение для мелких коммерческих и бытовых потребителей.

Осенью 2013 г. Министерство экономики, торговли и промышленности Японии объявило конкурс на участие в демонстрационном проекте в области применения программ DR с использованием стимулирующих выплат участвующим потребителям (incentive-based demand-response program). Целью проекта является оценка потенциала DR и его применения для предоставления системных услуг энергосистеме. В результате конкурсного отбора было выбрано 6 энергокомпаний. В ходе проекта эти компании заключают контракты с агрегаторами DR, которые в ответ на сигналы о событиях DR обеспечивают снижение нагрузки и получают за это соответствующие компенсационные выплаты. Министерство, в свою очередь, проводит анализ эффективности этой инициативы, в том числе ее экономического аспекта. Результаты демонстрационного проекта позволят произвести общую оценку ценности DR и будут способствовать его дальнейшему применению в Японии.

Демонстрационный проект «Программы DR с использованием стимулирующих выплат»

http://www.meti.go.jp/english/press/2013/1122_02.html

Япония активно привлекает к участию в рынке DR зарубежные энергокомпании, в частности компании из США, которые имеют большой опыт в этой области. Так, в июне 2015 г. один из ведущих поставщиков услуг DR для энергокомпаний в мире американская компания Comverge была одобрена Министерством экономики, торговли и промышленности Японии для участия в разработке технико-экономического обоснования «Сэкономленный ватт» (Negawatt) с целью оценки потенциала применения DR в Японии. Партнерами Comverge стали Kansai Electric Power Company (KEPCO), являющаяся второй по величине вертикально-интегрированной энергокомпанией Японии, и MID Facility Management (MID-FM), поставщик услуг по управлению зданиями и сооружениями, являющийся частью KEPCO.

Несмотря на активное внедрение DR на территории Японии, существует ряд препятствий, которые необходимо преодолеть:

  1. получение уведомлений о пиковых периодах спроса может создавать стресс для потребителей, которые могут лучше реагировать на систему компенсационных выплат, чем на систему ценообразования. Кроме того, программа DR, представленная в виде игры, может быть более привлекательной для участников;
  2. необходимо провести сокращение затрат, связанных с разработкой систем управления энергопотреблением и технологий автоматического DR с тем, чтобы сократить стоимость внедрения DR для потребителей;
  3. должны быть разработаны стратегии для предоставления финансирования проектов в области DR.

Программы DR в Японии все еще находятся на начальной стадии применения, но продолжают активно расти. Энергосистема страны является одной из самых развитых в мире, и это позволит Японии быстро внедрить DR.

Проекты интеллектуальных городов в Японии

Иллюстрация ценообразования по времени потребления (TOU), на основе критических пиковых периодов (CPP) и на основе стандартной фиксированной цены
Иллюстрация ценообразования по времени потребления (TOU), на основе критических пиковых периодов (CPP) и на основе стандартной фиксированной цены

Правительство Японии финансирует четыре крупных проекта интеллектуальных городов: Киото, Йокогама, Тойота и Китакюсю. Эти проекты направлены на разработку модели интеллектуального города за счет совместных действий жителей городов, частных компаний и муниципальных органов управления. В будущем эта модель будет использована на территории всей Японии.

В рамках проектов активно используются системы энергетического менеджмента, которые позволяют управлять энергопотреблением на уровне бытовых потребителей и энергосистемы в целом. Каждая из систем энергетического менеджмента осуществляет управление энергопотреблением в рамках своей зоны обслуживания и обеспечивает визуализацию энергопотребления для потребителей.

Стоимость использованной электроэнергии рассчитывается  на основе принципа динамичного ценообразования, т.е. когда самые высокие цены на электроэнергию устанавливаются в пиковые периоды спроса. Динамичное ценообразование включает ценообразование по времени потребления и ценообразование на основе критических пиковых периодов потребления. Разница между этими видами заключается в том, что при использовании ценообразования на основе критических пиковых периодов цена в пиковые периоды потребления чрезвычайно высокая и остается таковой в течение нескольких часов пикового спроса.

Портал интеллектуальных городов Японии

 

Программа
Описание проекта
Тип ценообразования/Технологии
Keihanna Eco-City Next Generation Energy and Social Systems.
Период внедрения: 2012-2013
Проект «Энергосистемы и социальные системы будущего Кейханна Эко-сити» направлен на крупномасштабную интеграцию солнечной генерации (с участием 1000 домов бытовых потребителей), внедрение наносетей в домах и зданиях, местное производство электроэнергии с целью местного потребления, снижение выбросов СО2 и визуализацию спроса.
по времени потребления, на основе критических пиковых периодов
Kita-Kyushu Smart Community Project
Период внедрения: 2012-
Проект «Интеллектуальный город Китакюсю» направлен на тестирование управления энергопотреблением в режиме реального времени (с участием 70 компаний и 100 домов), интеграцию новых источников энергии (доля потребления - 10%) и снижение выбросов СО2.
на основе критических пиковых периодов
Toyota City Low-carbon Society Verification Project
Период внедрения: 2013-
Проект «Тойота-сити: общество, заботящееся об окружающей среде» включает применение DR в 70 домах бытовых потребителей, использование энергоэффективных мер населением города и развитие низкоуглеродистой транспортной системы, включая электромобили, и снижение выбросов СО2.
на основе критических пиковых периодов
Yokohama Smart City Project
Период внедрения: 2013-
Проект «Интеллектуальный город Йокогама» направлен на крупномасштабное использование солнечной энергии (27 МВт), создание 4000 интеллектуальных домов и зданий и внедрение транспортной системы следующего поколения с использованием 2000 электромобилей.
по времени потребления, на основе критических пиковых периодов
 

В ходе проектов интеллектуальных городов проводится оценка влияния динамичного ценообразования на изменение режима энергопотребления. Так, в рамках проекта «Кейханна Эко-сити» участникам выдаются планшеты, которые представляют собой информационные терминалы для получения уведомлений о пиковых периодах спроса на электроэнергию. Они позволяют участникам проекта видеть свой «баланс баллов» или «сумму виртуальных денег». Участвующим объектам изначально присваивают 7000 баллов, затем они потребляют электроэнергию в соответствии с их уровнем спроса, и при этом происходит уменьшение суммы баллов в соответствии с объёмом потребляемой электроэнергии и периодом потребления. Затем участники получают компенсацию на основании оставшихся очков по окончании эксперимента. В результате внедрения проекта был сделан вывод о том, что 3,6% снижения пиковой нагрузки было осуществлено благодаря визуализации данных по энергопотреблению.

В рамках проекта города Йокохама используется несколько различных видов систем энергетического менеджмента, электромобили, станции зарядки электромобилей и системы хранения электроэнергии SCADA для стабилизации работы энергосистемы. Эти технологии станут ядром транспортной системы следующего поколения и обеспечат оптимальное управление энергопотреблением на уровне города. Иерархическое использование систем энергического менеджмента создает инфраструктуру, способствующую интеграции ВИЭ, например, за счет уменьшения воздействия нестабильности солнечной генерации, зависящей от погодных условий. В то же время в рамках проекта проводится тестирование DR, когда потребителям предоставляются стимулы для снижения объема энергопотребления в периоды пикового спроса. Кроме того, осуществляется проверка DR на предмет возможности потребления излишней электроэнергии, которая будет производиться в рамках крупномасштабного внедрения солнечной генерации.

Системы хранения электроэнергии и энергоэффективность на электроэнергетическом рынке Японии

Правительство Японии продолжает стимулировать развитие экологически чистых технологий и в 2015г. выделило по запросу Министерства экономики, торговли и промышленности средства в размере 779 млн. долларов США на внедрение программы, направленной на применение мер по энергоэффективности и систем хранения электроэнергии коммерческими и промышленными потребителями. Технологии в рамках программы включают использование светодиодных ламп, эффективной теплотехники и распределённых систем хранения электроэнергии. В рамках программы потребителям будут предоставлены стимулы для установки систем хранения электроэнергии на солнечных электростанциях и сетевых подстанциях. Активное внедрение систем аккумуляторных батарей направлено на поддержание стабильности энергосистемы при интеграции растущего объёма ВИЭ.

Согласно прогнозам, рынок систем хранения электроэнергии достигнет объёма в 1 195 708 кВтч в 2017 г. и  3 306 600 кВтч в 2020 г. в основном за счет установок систем бытовыми потребителями, которые обеспечивают 50% от общего числа установок. Предполагается, что к 2020г. этот показатель достигнет 66%. Бытовые потребители являются движущей силой развития этого рынка. При продаже оборудования его производители предлагают системы производства солнечной энергии и системы хранения электроэнергии в одном комплекте

Отраслевые организации в области интеллектуальных технологий

Союз интеллектуальных сообществ Японии

Документы и презентации