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IT与新的商业模式有望改善弃风吗?

北极星风力发电网  来源:《风能》    2018/4/17 8:57:15  我要投稿  

北极星风力发电网讯:问题

• 信息互联网正在迅速地改变着人们的生活与生产方式。互联网作为一种强大的工具,在金融支付、交通出行、购物、出版等方面已经对传统的行业形态进行了摧枯拉朽式的改造,诞生了诸多新的“互联网+”的商业与经济模式。从全球来看,受信息技术的影响与推动,基于可再生能源所具有的更分散化、更大波动性(相比需求的波动)、配网潮流可能逆向、需要额外无功补偿与电压控制等属性,整个电力系统从发电(辅助服务提供,软硬件结合设计)、输配电(优化控制)、用电(比如点对点交易)到计量核算(比如区块链应用),也正在经历深刻变革。

弃风限电严重影响着风电场的收益,也对经济能源结构的尽快改变,以及风电的经济性与技术进步提升造成了严重的负面影响,必须加以大幅度改善。那么,信息技术(IT)(可以称之为“能源系统的数字化”)有望改善我国的严重弃风限电(如果不限于风电,可以加上弃光)现状吗?其特定的时间(比如几年内还是10 几年,甚至更长)与空间尺度(只适用于个别特定情况还是全部都适用,以及市场容量问题——不断扩大还是迅速自我摧毁,后者比如储能)如何?

• 这些就是本期“专栏”聚焦的话题。

事实

• 在欧洲地区,大部分风电(除了海上风电)与光伏发电往往接入中低压配网(110kV 及以下)。相比电压等级更高、范围更大的输电网,配网的电力需求与供应波动往往更加剧烈,电压与无功控制资源选择更有限。因此,借助智能电网与信息技术实现配网的更安全稳定运行,往往是比新建线路甚至输电网更经济有效的选择。奥地利萨尔茨堡开展的中低压电网智能电网示范项目表明:这种自动化系统,可以多接纳超过20% 的波动性可再生能源。新的商业模式,比如系统中的集合者Aggregator,相比配网运营者(DSO)直接控制每一个产销者Prosumer 往往更经济,而不会严重损害整个系统的灵活性。

• 在荷兰、德国边境地区有两个小村庄,一个发电资源丰富,一个电价很高。5 年前,因为分属不同国家的调度控制区,这两个村庄无法进行直接电力交易,后来通过特殊安排进行了联网,才使得电力交换与降低电价成为可能。在丹麦,基于区块链点对点交易,充分或者完全依赖可再生能源的“能源公社”乌托邦计划正在安静但是坚实地展开。

• 尽管存在上述先进的应用与模式,但是总体而言,目前的配电网仍旧处于输电网的从属地位,系统仍旧是中心化的,尤其是在电网调度(解决平衡与安全问题)与数据管理方面。在一定的平衡控制区域(Balance Area)内,由市场价格信号(能量市场)来实现系统粗略的平衡,然后系统运营商(TSO/ISO) 运行平衡市场处理偏差的部分。在区域定价体系①中,系统运营商还需要通过二次调度(Redispatch)处理阻塞问题。尽管这种阻塞可能是由配电网(比如某区域风电过于集中,某些时刻汇集联络线超容)部分造成的,并且解决它的最好方式也在配电网侧(比如配电网充电动汽车,消解阻塞问题),而不是改变输电网电厂的出力。

• 我国存在的5级调度体系与保持系统平衡的方式,与国外如何映射比较是一个很复杂的问题。一方面,我国的省级调度具有较大的操作能力与责任,类似欧美一定平衡控制区内TSO/ISO 的角色,但是区域调度也在更大范围内进行频率等调控;另一方面,整个体系中,市场的参与者(比如发电商与大用户)往往没有平衡责任(不需要对小尺度的平衡误差负责),或者具有绝对的平衡责任(义务出力调整比例超过50%)。整个体系既非中心化(一统到底)的,也非分布式(各管各的,然后彼此间通过明确规则协调)的,而是更像一个分级科层(Hierarchical)结构。

• 我国在配电网内的灵活交易方面无疑走在了世界的前列,已经开展了有益的市场、监管、定价探索。2017 年11 月,国家发展改革委、国家能源局发布《关于开展分布式发电市场化交易试点的通知》,决定组织分布式发电市场化交易试点。分布式发电市场化交易有三种可选的模式:分布式发电项目与电力用户进行电力直接交易、分布式发电项目单位委托电网企业代售电、电网企业按国家核定的各类发电标杆上网电价收购并在110 千伏及以下的配电网内就近消纳。

推理与讨论

• 可再生能源分散、波动、不可控,使得系统保持平衡所需要的供给与需求侧的灵活性成为一种有价值的稀缺资源。要灵活快速地调配发电、需求侧响应、储能、电网平衡区协调等各种灵活性资源,必须依赖信息通信技术(ICT)进行信息的共享处理、以及快速实时操作。这不仅仅存在于输电网与大的平衡控制区,也出现在日益复杂的中低压配电网中。

• 上述的第一个案例证明,依托先进的技术与商业模式,有可能在保持系统足够稳定与安全的前提下改善弃风限电。第二个案例表明,基于新的技术与商业模式,有可能对传统电力供应范式产生颠覆性的创新与改造。当然,这种改变有可能与现有的系统平衡方式存在一定冲突,比如输电网运营者与配电网运营者的角色,乃至挑战整个监管体系与管理体制,比如是否允许点对点交易、平衡责任如何界定、如何核算余缺平衡服务成本等。以消费者为中心的电力系统再次被提出,包含了点对点、联网型与离网型微网,以及产销者集合等几种形态(见图1)。

• 由于我国调度与系统平衡体系的特点,目前分布式发电就近交易试点如何与调度体系互动,或者完全没有互动,而仅是财务结算方面的变化(将影响输电网资产利用率与成本回收),这些都有待进一步观察。一个符合逻辑的映射是,这种分布式交易往往可以配对(上述提及的几种模式),逐渐扩大,形成类似目前中西欧辅助系统平衡的“平衡基团”(Balance Responsible Parties), 可以是集合商、大能源企业、甚至是配电网运营者的角色,帮助实现系统的平衡。但是,目前的调度模式对这种平衡责任并无需要,系统的调度尺度(比如往往超过5 个小时)也过大。这其中并不存在自然演化进步的可能,需要以政策与监管体系的变化为前提。

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