数字化与碳中和 以及特斯拉的虚拟电厂

北极星火力发电网讯:碳中和这个概念最近很热，我也来扯两句，专业性不够，请多多包涵。

（来源：鱼眼看电改 作者：俞庆）

碳中和是能源发展的目标之一，不是全部

个人认为，我国能源中长期发展目标，是一个动态平衡的过程，既要绿色（碳中和），又要安全，还要经济。

碳中和是绿色发展指标，非常重要，但另外两个也很重要。

从静态的资产建设角度，绿色VS安全VS经济，似乎是一种不可能三角。

两个目标叠加，是有解决方案的，比如既要绿色，又要安全，那么必须应对大规模风光并网带来的不确定性风险，比如电网扩容搞到N-1，N-2，上各种储能，然后火电给新能源兜底（新能源带基荷，火电去调频调峰）。

这么做的结果就是电价必然升高，经济性问题突出。

所以个人认为简单靠堆资产的方式，尤其是在集中式电源或者输变电环节（即供给侧）大规模的上风光或者储能，是无法在中长期维度上，解决绿色+安全+经济的多目标优化问题的。

需求侧可能是未来碳中和的主战场

原来的输变电系统，在设计时就不是为了大规模消纳可再生能源的，是一种“以产定销”的建设和运行模式，虽然会考虑负荷的情况，但是在平衡的时候，为了电力系统安全，发用之间产生矛盾时，一定是限制用，去确保发输，最典型的就是“有序用电”，甚至事故情况下的拉闸限电。

大规模风光集中式并网，带来的是巨大的系统不确定——原来只是一端不确定（负荷侧的波动性），现在变成的两端不确定，发电侧从发电计划运行，变成了靠天吃饭——如何在不抬高输配电价和上网电价的情况下去解决这个问题，这不是一个简单的技术问题，而是一个复杂的技术-经济-政治问题。

复杂问题求解，首先是分层，就是把问题在较低层次去解决，比如把这种复杂性限制在城市电网、园区电网去解决，然后是解耦，就是把需求侧和供给侧解耦，能否在需求侧小范围实现自平衡，然后再上一个层次自平衡，逐层平衡，层间松耦合。

所以个人认为，未来大规模的分布式+负荷侧管理（需求响应和能效优化）+微电网+分布式储能，将可能是成为碳中和的最主要手段，然后再到大电网去平衡负荷和电源。

从经济的角度来说，在最靠近负荷的地方直接消纳可再生能源，至少可以省掉2毛钱/度的输配电价，而且消纳的价格是销售电价而非上网电价，最利于投资收益。从技术的角度来说，大量分布式就近消纳+储能+负荷曲线价格响应，最后负荷曲线可能较为理想，对电网冲击最小。

下图是特斯拉在国外做的一个虚拟电厂案例：

用户初始的负荷曲线是灰色实线，而通过虚拟电厂的调度，把负荷曲线变成和灰色的虚线，并且实现了绿色电力的最大消纳。

需要说明的是，这个虚拟电厂还没有更进一步做到负荷控制，只是根据负荷曲线和价格型号，把储能+分布式光伏+充放电控制策略结合起来了，所以实际负荷曲线还有进一步优化的可能。

需要说明的是：这是一个多用户、多个分布式光伏项目联合调度的案例，不是单个用户。

电力行业的发展重心，将从发输转向配售用

如果传统火电企业看到这条灰色的虚线——虚拟电厂场景下的实际负荷曲线，估计会心里一凉，因为这个曲线和电价曲线对应下，基本上大电源是赚不到钱的。

电网企业估计也会心里一凉，不需要那么多投资了。

个人认为，如果碳中和的主战场移到了需求侧，那么整个电力行业的发展重心，也将从发输，转到配售用。

所谓一转百转，很多东西可能就不一样了。比如原来发电企业只要把电网伺候好就可以了，现在得自己去做下沉市场——需求侧、负荷侧的用户了。

电网企业原来的统购统销模式，不仅被电改政策所打破，也在物理上被打破，当在配网里出现了一大堆做虚拟电厂的、做共享储能的、做分布式隔墙售电的，能够到110kV及以上去交易的负荷，将会是怎么样的一种曲线？

技术范式—组织范式—商业范式都将发生变化。

至少我认为，电网公司总部的专家领导们，内心早就认识到这一点了，无论是国网提出的“能源互联网企业”，还是南网的“五者三商”转型，一直到所有能源企业关注的综合能源服务转型，其实都是在顺应这个大趋势而已。

数字化的价值

虽然现在所有能源大企业都在谈数字化转型，但是我认为数字化的不同的范式里，价值是完全不同的。在大机组+大系统的时代，集中式管理的数字化，更多的是管理价值的提升，从部门信息化，到班组信息化，到现场自动化，再到集团信息化，运营精益化管控，本质上是打破原有的信息不透明，实现管理效率提升，本质上是一种财务价值驱动的数字化——所有的数字化手段，都是以劳动生产率提升为目标，否则就是假的数字化。

但是在以中低压配网为基础，以双向潮流，互动协作的虚拟电厂为特征的需求侧、负荷侧数字化，出发点就不是单纯的一家企业财务成本最优为目标，而是多市场主体的整体效益最优为目标。

而这个目标，取决于如何解决可再生能源出力、负荷曲线、价格信号的多重不确定性，即实现绿色+安全+经济的最优平衡，而不是混乱。

所以我个人认为这才是数字化在需求侧的第一性原理：

当能源物理系统的不确定性上升（尤其是碳中和带来的风光不确定性）——即能源物理系统的热力学熵增，那么只有通过能源数字化的信息化熵减才能去平衡，使得能源信息物理系统整体是熵减的。

特斯拉开发了自己的虚拟电厂平台——AutoBidder。

（图片来自特斯拉公司的技术介绍）

用双向的控制，以社区配电网为单位，把分散式的源网荷储充都纳入进来，实现了上述的虚拟电厂控制。

（图片来自特斯拉公司的技术介绍）

（图片来自特斯拉公司的技术介绍）

看到这里大家可能会有点理解Musk的那句话了：特斯拉是一家能源公司，特斯拉汽车只是能源公司的一个产品而已。

特斯拉的AutoBidder（这平台的名字叫做自动投标，说白了以后就是参与辅助服务或者市场投标的），基本上已经处于商业验证阶段，如果我没记错的话应该是在澳洲做的项目，目前已经有若干场景，比如集中式风光+集中储、单用户光储充、多用户光储充等等。

但是特斯拉的主要目标很明确，就是冲着需求侧去的，毕竟它的SolarCity光伏系统、PowerWall储能、特斯拉电动车和充电桩都是分布式的资产。

而且最具有震撼力的一点是，特斯拉玩的是颠覆式——它的Autobidder架构全部采用开源协议，不是传统电力系统的IEC协议，或者工业自动化协议，Musk认为这些都已经老了，对行业的壁垒保护已经阻止的创新，要实现低成本的数字化，必须基于互联网的开源架构——这个玩法，Musk在SpaceX的航天系统，以及特斯拉的车载系统里都采用了，比如SpaceX直接用了商用计算机架构，把载人航天的任务控制系统成本下降了1000倍。

在涉及人命的航太系统里，经过测试验证都敢不用航天军标，在电力系统更是用开源打封闭——很轻量化而且非常快的部署迭代。

当然，由于中国目前的市场化水平，电价还不能充分波动，所以大家也不用特别惧怕特斯拉。只不过某些花了几千万上亿，用了传统架构，还号称很数字化转型的企业，可能要思考下，目前的技术是不是代表未来，是不是代表了战略转型的方向，或者是给领导汇报很好看的“数字化转型”。

总之，趋势已经出现了，如果说电动汽车领域，蔚来、小鹏都是跟着特斯拉跑的，那么特斯拉在虚拟电厂和需求侧开源创新的领域，是不是也很代表了未来的方向呢？

值得我们进一步深思。