中國儲能網(wǎng)訊：“自由電力市場下，人們很可能享受不到太陽能、風(fēng)能等清潔能源帶來的便宜電價。而且，儲能的發(fā)展有可能與碳中和目標(biāo)漸行漸遠(yuǎn)?！?/span>
近日，英國劍橋大學(xué)博士生秦鑫作為第一作者在《焦耳》發(fā)表論文，提出上述顛覆常識的結(jié)論。但論文同時指出，碳中和與便宜電價，對美國而言可能將面臨二選一，而中國通過后發(fā)優(yōu)勢有機(jī)會避開美國踩過的坑。
該工作由太原理工大學(xué)教授孫宏斌團(tuán)隊與美國哥倫比亞大學(xué)助理教授徐博倫團(tuán)隊、劍橋大學(xué)教授Ioannis Lestas團(tuán)隊、清華大學(xué)清華-伯克利深圳學(xué)院教授郭燁團(tuán)隊合作完成。
“斷層”學(xué)科煥發(fā)生機(jī)
初入劍橋大學(xué)的秦鑫發(fā)現(xiàn)，在這所大學(xué)里，研究電力系統(tǒng)的教授，年齡差距非常明顯：要么不到40歲，要么年過花甲甚至古稀。不到35歲的徐博倫在美國也發(fā)現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象。
教授年齡斷層的背后，揭示了電力市場設(shè)計這門學(xué)科所處的境地。美國工程院評選的20世紀(jì)對人類社會生活影響最大的20項工程技術(shù)成就中，電力系統(tǒng)排在首位。然而三四十年來，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)基本停滯不前，無法吸引人才。
電力系統(tǒng)是構(gòu)成整個社會傳輸能量的大動脈，“牽一發(fā)而動全身”是其最顯著特點(diǎn)。該系統(tǒng)既要求安全、高效，現(xiàn)在又要求重視低碳，是人類自創(chuàng)的最復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，也是黑客最感興趣的“軟肋”。
一個經(jīng)典案例極具代表性。曾經(jīng)，加拿大溫哥華一個發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)小規(guī)模震蕩，蝴蝶效應(yīng)傳至數(shù)千里，最后在美國加利福尼亞州演化為一場停電事故。電力系統(tǒng)這“牽一發(fā)而動全身”的特點(diǎn)，放在交通等其他系統(tǒng)里幾乎不可想象，就像一場汽車追尾事故能影響另一個省的高速路網(wǎng)絡(luò)。
秦鑫假設(shè)，如果有一天人工智能誕生了自我意識，能夠如科幻片中描述的那樣統(tǒng)治世界，那么電力系統(tǒng)將是人類最后的防線。因?yàn)闆]有電，人工智能的一切都無從談起，而電力系統(tǒng)的復(fù)雜程度，更令今天的人工智能暫時難以攻破。
“希望我們能跑贏黑客和有自主意識的人工智能。”博士二年級，秦鑫繼續(xù)用數(shù)學(xué)、計算機(jī)工具分析、診斷、修復(fù)這張最復(fù)雜的網(wǎng)。
電價和碳減排不可兼得
儲能是電網(wǎng)里的大型“充電寶”，風(fēng)電、光伏等新能源都是“看天吃飯”，發(fā)電量具有波動性、間歇性，而有了這個“充電寶”，就可以在電量豐足時吸收余電、在電量虧欠時放電補(bǔ)能。為了減少波動，當(dāng)風(fēng)電、光伏裝機(jī)量大踏步前進(jìn)時，很多國家的儲能設(shè)施也在同步興建。
儲能稍微改變了一些電力市場的游戲規(guī)則，但是誰也無法精確測算出它的影響有多大。
徐博倫在美國麻省理工學(xué)院做博士后時研發(fā)出一套用于儲能參與電力市場競價的算法，運(yùn)算速度非?？臁Ｒ源藶榛A(chǔ)，他想把儲能的市場定價模型、市場出清模型和電力系統(tǒng)市場運(yùn)行模擬平臺結(jié)合到一起，預(yù)測儲能增加后的定價盈利模式，以及它在電力系統(tǒng)中的表現(xiàn)。
在更龐大復(fù)雜的系統(tǒng)里增加了關(guān)鍵變量，模擬結(jié)果定然超乎想象。
儲能在市場中就像個投機(jī)商，每天要和火力機(jī)組競爭比價，把電賣給電網(wǎng)。今天從新能源風(fēng)電、太陽能那里進(jìn)點(diǎn)貨，明天再高價賣出賺差價。左右儲能報價的是一只“看不見的手”——系統(tǒng)成本、碳排放需求、儲能競價、發(fā)電機(jī)競價、負(fù)荷需求和可再生能源份額等多種因素疊加，市場瞬息萬變。
徐博倫在模擬中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)儲能作出自認(rèn)為“準(zhǔn)確”的形勢預(yù)判后，給終端用戶報出一個看似合理的價格，當(dāng)這個價格高于競爭對手火力機(jī)組，儲能就會基于自身利益，把市場拱手相讓，任由火力機(jī)組去發(fā)電，完全不顧減少火力機(jī)組、使用低碳能源的初衷。
儲能不僅肩負(fù)保持電網(wǎng)穩(wěn)定的職責(zé)，還有降低用電成本、減少碳排放兩大任務(wù)。前者是技術(shù)問題，后者本質(zhì)上是市場機(jī)制問題。
徐博倫說，儲能參與電力市場存在飽和效應(yīng)，即到了一個極限值，增加儲能容量可能會加大運(yùn)行成本和碳排放。這就意味著，不僅用戶電費(fèi)上漲，電網(wǎng)也不“脫碳”了。
更多的儲能需要調(diào)動額外的資源去抵消波動，最后的成本壓力都會轉(zhuǎn)嫁到用戶身上。如果市場機(jī)制不調(diào)整，便宜電價和清潔能源坐上了蹺蹺板，美國將面臨保用電成本和保碳中和目標(biāo)二選一的艱難抉擇。
因?yàn)樾履茉窗l(fā)電量攀升勢頭太猛，徐博倫的結(jié)論揭示了原本幾年后才會發(fā)生的現(xiàn)象。這是全世界電力市場領(lǐng)域第一篇直接表達(dá)“儲能在市場參與中會對電力系統(tǒng)起反作用”觀點(diǎn)的學(xué)術(shù)論文。
摸著石頭過河
在電力行業(yè)專家眼里，這篇論文像經(jīng)濟(jì)學(xué)論文；而在經(jīng)濟(jì)學(xué)家眼里，該論文又具有電力行業(yè)的烙印。這篇另類文風(fēng)的論文，放在綜合性期刊中也是別具一格。
隨著研究的深入，研究人員拋棄滿篇的數(shù)據(jù)和公式，將全文內(nèi)容重新替換了好幾遍，使文章讀起來通俗易懂。淺顯的文字背后則是來之不易的數(shù)據(jù)以及對電力市場深邃的洞察力。
徐博倫經(jīng)常與美國各州的電網(wǎng)公司打交道，一方面與企業(yè)探討新能源儲能給電力市場設(shè)計帶來的新挑戰(zhàn)，一方面幫助產(chǎn)業(yè)界解決實(shí)際問題。他還參與了數(shù)個州電網(wǎng)和電力公司的科研項目。
據(jù)他觀察，美國的電力自由市場像是諸侯爭霸，各有特色，而我國的電力市場早已實(shí)現(xiàn)了大一統(tǒng)。徐博倫收集了已公開的美國得克薩斯州、加利福尼亞州和新英格蘭地區(qū)，以及澳大利亞和德國等國家的拓?fù)鋽?shù)據(jù)，作為研究的切入點(diǎn)。
濃縮簡化后的拓?fù)鋽?shù)據(jù)既能反映市場整體面貌，又不會暴露安全和隱私問題。拓?fù)鋽?shù)據(jù)相當(dāng)于燃油車，新能源發(fā)電和用電數(shù)據(jù)相當(dāng)于汽油，有車沒油、有油沒車都跑不動。完整的數(shù)據(jù)集對市場研究非常關(guān)鍵。
儲能在復(fù)雜模型下展示出的趨勢，讓徐博倫開始思考如何在市場機(jī)制方面作出調(diào)整，這項極為煩瑣的工作只能通過論文貢獻(xiàn)一些思路，更多是要通過政策激勵引導(dǎo)儲能合理參與電力市場。
具體怎么改？美國曾經(jīng)用過兩個辦法：一個是給儲能補(bǔ)貼，鼓勵同時興建新能源和儲能設(shè)備；另一個是通過法律和政策推進(jìn)改革，但是阻力極大。
徐博倫表示，如果未來有碳交易市場或碳稅等機(jī)制，儲能的盈利手段就會更多，也會更容易權(quán)衡經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。還有一種手段是儲能因?yàn)閹椭蛹{新能源而獲得補(bǔ)貼，不過這樣做的前提是在一個大電力系統(tǒng)中量化某一個儲能系統(tǒng)的貢獻(xiàn)，這在技術(shù)上還無法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槲覀儫o法記錄自己用的每一度電是來自風(fēng)電還是光伏。
由于各個國家和地區(qū)的實(shí)際情況差異較大，徐博倫暫時無法給每個國家提出更具體的指導(dǎo)建議，但是推演的結(jié)論具有普適性，并且還有更廣闊的研究空間。
太原理工大學(xué)副校長孫宏斌認(rèn)為，我國正處于電力市場建設(shè)的早期，儲能和電力市場設(shè)計的關(guān)系是一個需要及早考慮且挑戰(zhàn)重重的課題?！拔覀儞碛泻蟀l(fā)優(yōu)勢，一定可以設(shè)計出更合理、更靈活的電力市場，既能用上便宜的新能源，又能加快實(shí)現(xiàn)碳中和?！?
（原標(biāo)題：碳中和與電價，二者能兼得嗎？）
