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5個問題沒解決 智慧能源指南也是空談

   2020-09-01 互聯(lián)網(wǎng)維庫儀器儀表網(wǎng)3830
核心提示:中國版能源互聯(lián)網(wǎng)路線圖的面紗即將被揭開。據(jù)媒體報道,能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的第一本指南——由國家能源局牽頭、

中國版能源互聯(lián)網(wǎng)路線圖的面紗即將被揭開。據(jù)媒體報道,能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的第一本指南——由國家能源局牽頭、工信部等參與制定的《互聯(lián)網(wǎng) 智慧能源行動計劃》正在收官。然而,在構(gòu)想能源互聯(lián)網(wǎng)美好未來的同時,如果本文提到的這5個電力系統(tǒng)的配套問題沒有解決,美好的愿景難免是空談。
  據(jù)《第一財經(jīng)日報》報道:
  能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的第一本指南——《互聯(lián)網(wǎng) 智慧能源行動計劃》將涉及分布式、儲能、電動、電網(wǎng)等諸多細分市場,雖然內(nèi)容中可能不會有詳細的目標數(shù)字,但會包含一批能源互聯(lián)網(wǎng)的示范區(qū)。這份行動計劃中,會確定中國能源互聯(lián)網(wǎng)的定位、目標、功能、主要任務及保證機制、政策等,在大框架下還會確定相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)和研究課題、商業(yè)模式。行動計劃中,也會論證能源互聯(lián)網(wǎng)和智能電網(wǎng)的關(guān)系。作為“能源互聯(lián)網(wǎng)頂層設計”的行動計劃,會有六步逐級推進:互聯(lián)網(wǎng)售電、可再生能源市場交易、碳市場交易、儲能、電動車以及智能家居等,且第一個目標可在近一兩年內(nèi)實現(xiàn)。而該權(quán)威人士稱,上述六步屬于商業(yè)模式的一種,是行動計劃的一部分。
  建設能源互聯(lián)網(wǎng)將是我國調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)碳減排目標、治理環(huán)境污染的重要支柱。電力系統(tǒng)作為連接一次能源與終端能源之間的核心紐帶,將成為未來能源互聯(lián)網(wǎng)的重要物理載體與主要能量樞紐平臺。在大家熱議能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展、展望能源互聯(lián)網(wǎng)美好未來時,我國電力系統(tǒng)是否已經(jīng)準備好步入能源互聯(lián)網(wǎng)?在技術(shù)與機制上需要準備些什么?從我國電力系統(tǒng)現(xiàn)狀出發(fā),從機制及技術(shù)的角度,將其總結(jié)為以下5個方面。
  
一、電力系統(tǒng)要有反映電能價值的市場與電價機制
  在9號文出臺之前,我國發(fā)電側(cè)與售電側(cè)電價長期處于管制階段,在發(fā)電側(cè),發(fā)電企業(yè)固定上網(wǎng)電價沒有反映不同時間與空間上電能價值的變化,間接導致新能源上網(wǎng)困難;在售電側(cè),居民、工業(yè)商業(yè)、農(nóng)用電存在交叉補貼,居民電價被長期低估,造成了分布式發(fā)電、節(jié)能方案、儲能、需求側(cè)響應技術(shù)難以具有經(jīng)濟性?,F(xiàn)行電價機制難以為能源互聯(lián)網(wǎng)的生長提供良好的生態(tài)環(huán)境。當前我國雖然在售電側(cè)引入分時電價,但其仍無法與新能源接入后系統(tǒng)供需隨機波動相匹配。
  引導電力價格向價值回歸,不僅需要中長期市場,也需要短期現(xiàn)貨市場反映電力系統(tǒng)供給需求的實時平衡。這對于高比例接入新能源具有重要意義:新能源大量發(fā)電時,將系統(tǒng)邊際電價逼近零甚至負電價,迫使常規(guī)電源降低出力,鼓勵儲能及需求側(cè)響應消納新能源發(fā)電,而新能源則通過政府度電補貼盈利;新能源出力較低時,系統(tǒng)邊際電價上升,常規(guī)機組合理盈利,并吸引儲能及需求側(cè)響應參與“發(fā)電”。
  在西班牙,風電因波動性與不確定性而付出的成本約占其盈利的10%,其中包括風電大發(fā)時系統(tǒng)邊際電價降低的損失以及備用、調(diào)頻等輔助服務費用??梢?,通過實時電價機制,使新能源的“紅利”在電力用戶、常規(guī)電源、新能源以及儲能等多個利益方之間合理分配。而我國目前電價機制中沒有讓紅利轉(zhuǎn)移的通道,反而因棄風導致更大的利益損失。
  
二、電力系統(tǒng)需要堅強靈活的輸配電網(wǎng)絡設施
  靈活的電能交換需要充裕的輸電通道作為基礎(chǔ)。我國電網(wǎng)系統(tǒng)目前正處于滿足不斷增長的能源需求的階段,還尚未達到使所有接入電源及用戶靈活的分享電能的階段。特高壓電網(wǎng)的發(fā)展能夠解決大規(guī)模電力的跨大區(qū)輸送問題,同時使電力系統(tǒng)更加堅強。但“強身”的同時,還需要“健體”,目前,很多新能源發(fā)電還沒有走上特高壓電網(wǎng)的”高速公路“,就被堵在了”國道“上,輸電瓶頸問題依然十分突出。河北張家口,吉林白城等地風電送出通道僅為風電裝機容量的一半左右。
  輸配電網(wǎng)絡的建設需要大量消耗大量金屬及土地等資源,使電力系統(tǒng)的建設無法像通信網(wǎng)等其他網(wǎng)絡一樣設計較多冗余。相反,電力系統(tǒng)對安全的要求還會使電力系統(tǒng)運行相對于其設計容量而言更加保守,進一步壓低其可用容量。目前提高輸配電能力的主要措施仍然還是以建設更多的線路為主,導致輸配電網(wǎng)絡投資成本過高。在新能源高比例接入、分布式能源廣泛存在的能源互聯(lián)網(wǎng)中,輸電線路利用率將不可避免的降低,單純靠新建線路滿足輸電容量需求的方式將難以為繼。對于一年僅發(fā)生幾十小時線路潮流重載的時段,應采用串補、安控措施、導線動態(tài)增容等技術(shù)合理利用其輸電潛力。英國的Skegness到Boston的132kV風電場送出線路采用動態(tài)增容技術(shù)使線路容量提升了20%~40%。
  
三、電力系統(tǒng)需要適應分散自組織的調(diào)度、控制機制及技術(shù)
  長期以來,我國電力系統(tǒng)均由集中式電力調(diào)度機構(gòu)負責運行,電力系統(tǒng)不存在電網(wǎng)公司以外的利益相關(guān)方參與調(diào)度運行。但大規(guī)模分布式能源、儲能以及需求側(cè)的參與將極大增加電力系統(tǒng)中的信息處理負擔,使集中式?jīng)Q策的效率和可行性都將降低。未來電力發(fā)電與負荷的界限將變得模糊,能源管理公司將承擔大部分分布式能源的調(diào)度控制工作,對于電力系統(tǒng)而言能源管理公司將成為同時具有可控性與隨機性、既可能發(fā)電也可能購電的虛擬電廠。根據(jù)NavigantResearch調(diào)查公司的統(tǒng)計,2014年全球虛擬電廠已經(jīng)達到4.8GW,主要集中于美國和歐洲。
  能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過程中,電力系統(tǒng)必將逐步接受并適應集中與分散相協(xié)調(diào)的調(diào)度運行方式,其中涉及到分散決策下維持電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定問題,需要先進的調(diào)度控制技術(shù)的支撐,同時,也涉及到如何通過價格等機制引導每個個體的決策,實現(xiàn)分散個體的自組織,需要電網(wǎng)管理機制的革新。此外,分散式?jīng)Q策將降低電網(wǎng)企業(yè)對電力系統(tǒng)的控制力,電網(wǎng)企業(yè)的管理思維需要從掌控電網(wǎng)的管理者向服務用戶的運營商轉(zhuǎn)變,這需要電力體制改革的推動。
  
四、電力系統(tǒng)需要融合多能源類型的終端能量管理技術(shù)
  電力系統(tǒng)單純依靠電儲能、需求側(cè)響應不足以應對高比例新能源的接入,需要從更大的能源系統(tǒng)中考慮這個問題?,F(xiàn)有的終端能源管理系統(tǒng)實際上僅僅是小區(qū)或樓宇配電網(wǎng)的管理系統(tǒng),并沒有考慮供熱/供冷系統(tǒng)以及燃氣系統(tǒng)之間的協(xié)同。實質(zhì)上,目前單獨在用電方面的節(jié)能與優(yōu)化的空間并不大,只有把其他類型能源一同考慮才能獲得較大的經(jīng)濟效益。
  目前儲熱/蓄冷的成本遠低于存儲電能,可以利用多能源系統(tǒng)的協(xié)同利用儲熱蓄冷以及系統(tǒng)熱慣性間接的實現(xiàn)“虛擬儲電”。此外,通過冷熱電聯(lián)產(chǎn)等技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)能源的梯級利用,極大的提高終端能源使用效率。實現(xiàn)從單純的“節(jié)電”到全面“節(jié)能”。這一目標的實現(xiàn),需要面向多能源的能量管理平臺,電力系統(tǒng)應當作為樞紐實現(xiàn)跨能源互聯(lián)互濟,例如,對于我國北方冬季的供暖,在新能源發(fā)電較多時采用電熱鍋爐供暖,而沒有新能源發(fā)電時采用燃氣鍋爐,或提前進行蓄熱供暖。目前世界各國都在這一領(lǐng)域開展研究并推進示范應用,NREL在2013年成立了能源系統(tǒng)集成(EnergySystemIntegration,ESI)部門,專門針對多能源系統(tǒng)集成進行研究。國際上多所大學及研究院也聯(lián)合成立了國際多能源系統(tǒng)集成聯(lián)席會(TheInternationalInstituteforEnergySystemsIntegration,iiESI)。
  
五、儲能資源的潛力挖掘及合理利用
  儲能對于電力系統(tǒng)而言具有顛覆性意義,對于現(xiàn)階段電力系統(tǒng)而言需要解決兩方面問題。
  首先,對于能源互聯(lián)網(wǎng)暢想的利用儲能平抑新能源發(fā)電的愿景,儲能容量相比需求而言在短期還具有較大差距。呼和浩特2014年已建成的抽水蓄能電站,蓄水量達到840萬kWh,相當于10萬輛特斯拉P85的蓄電容量,也相當于蒙西電網(wǎng)中每個家庭中都安裝一個10kWh的Powerwall,但今年年初蒙西電網(wǎng)的棄風比例仍然沒有本質(zhì)上的降低,第一季度棄風率高達27%??梢?,想實現(xiàn)電力的大規(guī)模存儲,儲能的需求量遠比想象中更大。在目前儲能普遍缺乏經(jīng)濟性的情況下,在發(fā)展純粹的儲能設備的同時,還應盤活現(xiàn)有系統(tǒng)中隱性的儲能資源,包括數(shù)據(jù)中心的UPS電源、樓宇應急電源等。
  其次,儲能在電力系統(tǒng)中的角色遠比簡單充電放電復雜。新能源高比例接入對系統(tǒng)備用容量、調(diào)頻容量等需求很高。儲能為系統(tǒng)提供備用容量或調(diào)頻容量可能比充放電參與調(diào)峰更加經(jīng)濟。此外,儲能還具有電壓支撐、黑啟動、改善電能質(zhì)量的功能,在未來電力系統(tǒng)儲能不斷增加時,如何對不同類型的儲能資源進行有效的管理和調(diào)度,并設計能夠反映儲能各類服務價值的價格機制,是電力系統(tǒng)面臨的另一大挑戰(zhàn)。

 
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