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2.2.2 “ 互联网+”电能替代特征
1)技术特征。
广义泛在互联:本文中所提出的“互联网+”电能替代,是对从互联网的全球互联,到能源互联网中的泛在互联的进一步阐述,即广义泛在互联。不仅包含从能源生产到消费、从供给到终端的全过程中各主体相互连接交互,而且是具备信息流、能量流、业务流多层次的互联。
低碳环保:低碳环保是电能替代的重要目的,也是“互联网+”电能替代的基本特征。“互联网+”电能替代的发展路线的主旨在更好地消纳可再生能源,改善终端能源消费结构、提升能源利用效率。
高聚合性:高聚合性是“互联网+”电能替代的必要特征。“互联网+”电能替代的优势不仅在于终端能源消费更加清洁,更重要的是在高技术水平下电力负荷所具备的集群调控潜力,而电能替代增量负荷的高聚合性是充分发挥分散设备集群效应的关键。
2)模式特征。
逆向长尾理论:不同于传统的互联网市场,能源市场中生产端的可再生能源波动性强、可控制柔性差,因而不能以传统的长尾理论解读;相反,能源消费端的电力负荷则愈渐呈现柔性化的趋势,诸如空调、电采暖设备、热水器以及电动汽车等大功率耗电设备,在规模化的市场范围内,具有强大的可控柔性,以需求侧这些高聚合性的柔性负荷来逆向匹配生产端的可再生能源长尾,则是“互联网+”电能替代的主要特征,见图 1。
多元主体跨界融合是“互联网+”电能替代的重要特征。 与传统意义的电能替代发展模式不同,“互联网+”电能替代的特征在于,能源服务商的角色定位不再局限于自己所提供的能源类型; 如推广电锅炉广泛替代散烧煤, 服务商提供的能源形式是电能,但其计费形式可以是采用供暖费用的形式收取。 因而用户不再需要受额外用电量和电价的约束,只需关注自身的供暖需求即可; 其中服务商所承担的价格差则可通过其他收益方式进行平衡,具体关系在后文中进行了详细分析。 这一角色形式的转变,为能源服务提供了更多样化的市场运营模式,激活了能源的商品属性。
售电侧改革为“互联网+”智慧能源路线的发展延伸提供了市场环境,允许多元主体根据发展需求开拓新型市场。基于前述发展现状和需求分析,以能源产业发展为目标、电能替代为手段、“互联网+”为支撑、用户服务为主旨,提出售电侧改革背景下的“互联网+”电能替代技术路线,如图 2所示。其特点在于以下方面:
1)以具备售电能力的聚合商为枢纽,协调新背景下多方收益关系。
在售电侧改革的新背景下,负荷聚合商可以将地理位置分散的某一类型可中断或可转移负荷(如电取暖锅炉、商用电热水器、电动汽车等)聚合到自己的一条虚拟母线上,通过公众信息通信基础设施对这些虚拟母线上的聚合负荷进行集中控制来提高其对电网需求的整体响应能力。聚合的负荷愈多,其响应电网波动的能力及消纳突发性可再生能源电量的能力就愈强,聚合商通过为电网提供辅助服务来平衡收益的能力也就愈强。与此同时,聚合商可通过供暖费、热水费等变通方法实现其收益,亦可通过获取政府的需求响应补贴、未来的碳交易收益或直购价格低廉的新能源(如弃风)电量来平衡其收益。
2)以高聚合性电力负荷替代化石能源设备。
能源改革的推进中,清洁可替代性成为关键话题,电能替代的首要对象即为分散的低效化石能源设备,如散烧供暖、商业锅炉等;而主要的替代手段应采用高聚合性电力负荷,即能源利用率高、功率范围大、可调节能力强、具备智能通信信息支撑的新型负荷,如智能化电锅炉、电动汽车等,为增强电网调峰调频能力和消纳可再生能源能力提供支持。根据目前电能转换技术情况,电锅炉的热效率已经达 95%以上,而电动汽车的传动转换效率也已达 70%左右,远高于传统化石燃料方式;同时,化石能源集中性转化为电能的效率和环保性也远高于原有的散烧型方式,从整体上有效节能减排。
3)充分利用弃风、弃光电量。目前新能源的装机量虽然稳步上升,但由于能源结构、储能规模和需求侧柔性的限制,仍然存在局部地区 10%以上的弃风现象及 20%以上的弃光现象[15-16]。
“互联网+”电能替代的发展模式下,增量的高聚合性负荷为风电消纳提供了良好的调控能力,有学者称之为负荷的虚拟储能特性[17]。互联网+电能替代模式下,该类资源不再局限于对面向削峰填谷需求的电网价格或激励响应,还可以充分利用负荷柔性对可再生能源出力的波动性进行跟踪拟合,可提升能源利用率,减少弃风、弃光现象。
4)动态集群利用高聚合性负荷的可调控潜力。
高聚合性负荷可调控潜力的挖掘需要大规模集群化的调控实现[18], 且为满足应急调控等短时调控需求, 集群调控应具备时间尺度[19]的动态灵活性;大规模集群情况下,还应具有多空间尺度的广域协调互补机制,均衡各用户的参与度,达到整体最优化。
4 “互联网+”电能替代关键技术
“互联网+”电能替代发展路线不仅依托于能源互联网发展的基本技术需求,如新能源发电技术[20]、先进输配电技术[21]、云平台技术、区块链技术[22]以及先进信息通信技术等。由于售电改革背景下发展模式的多元化,对于承担售电角色的聚合商而言,需要更加智能、精准、科学的需求侧资源调控策略,所涉及的关键技术架构见图 3。
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