中國儲能網(wǎng)訊：“就地開發(fā)與消納（分布式）是可再生能源應(yīng)用最經(jīng)濟(jì)的形式，基于分布式電源激增背景，鼓勵用戶參與需求響應(yīng)和基于協(xié)議的負(fù)荷控制，是實(shí)現(xiàn)電力供需平衡的有效方法。”在日前召開的“2024 年電力需求側(cè)管理創(chuàng)新大會”上，中國工程院院士余貽鑫指出。
隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)的加快推進(jìn)，分布式發(fā)電迎來大發(fā)展，與此同時配電網(wǎng)將發(fā)生顛覆性重大變革。當(dāng)前，配電網(wǎng)正逐步由單純接受、分配電能給用戶的電力網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)樵淳W(wǎng)荷儲融合互動、與上級電網(wǎng)靈活耦合的電力網(wǎng)絡(luò)。余貽鑫指出，電網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)具有一致性，這包括監(jiān)管結(jié)構(gòu)、行業(yè)結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)等，在當(dāng)前形勢下，電網(wǎng)需要采用分層分群體系結(jié)構(gòu)模型以確?？煽啃载?zé)任。實(shí)踐中已出現(xiàn)不合乎分層分群規(guī)范的案例，其雖然電氣上與當(dāng)?shù)嘏潆娋W(wǎng)相接，但不支持當(dāng)?shù)嘏潆娬{(diào)度，責(zé)權(quán)利不 統(tǒng) 一 ，甚至造成部分法律問題。
余貽鑫進(jìn)一步指出，我國現(xiàn)階段應(yīng)高質(zhì)量地建設(shè)分布式智能電網(wǎng)，大力推進(jìn)總配電系統(tǒng)運(yùn)營商模式（下文簡稱“配電系統(tǒng)運(yùn)營商”，英文縮寫是DSO），統(tǒng)籌考慮輸配電網(wǎng)絡(luò)的安全和經(jīng)濟(jì)問題，實(shí)現(xiàn)責(zé)權(quán)利相統(tǒng)一。同時，在電網(wǎng)現(xiàn)代化過程中，采用市場激勵措施促進(jìn)新型電力需求和分布式發(fā)電增長，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型更具經(jīng)濟(jì)性，為此需要重新定義配電服務(wù)、開放電力市場并使其標(biāo)準(zhǔn)化。
分布式發(fā)電發(fā)展離不開智能電網(wǎng)的支持
在余貽鑫看來，可再生能源就地開發(fā)與消納，即分布式發(fā)電優(yōu)勢顯著，但海量分布式發(fā)電并網(wǎng)，正在顛覆傳統(tǒng)配網(wǎng)中潮流的單向流動模式，與大規(guī)模資產(chǎn)的傳統(tǒng)投資的邏輯也不完全一致，這對電力系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)、行業(yè)結(jié)構(gòu)和監(jiān)管結(jié)構(gòu)均提出了挑戰(zhàn)，建設(shè)智能電網(wǎng)已是大勢所趨。
余貽鑫研究表示，我國太陽能和風(fēng)能資源極其豐富，不論西部還是東部，都已達(dá)到“平價”上網(wǎng)，且就地開發(fā)與消納的分布式發(fā)電供電成本低、可靠性和韌性高?！安徽撌瞧毡榍闆r場景還是極端情況場景，在可靠性成本、受端系統(tǒng)過網(wǎng)費(fèi)和網(wǎng)損成本方面，就地開發(fā)與消納模式都表現(xiàn)出顯著的供電成本優(yōu)勢。消納方面，具體算例已表明，在目前風(fēng)光火打捆的形態(tài)下，若大規(guī)模遠(yuǎn)距離輸送模式和就地開發(fā)與利用同時采用時，受端系統(tǒng)（負(fù)荷中心）能夠?qū)崿F(xiàn)約25%的‘風(fēng)光’電量滲透率，而僅采用就地開發(fā)與消納的模式卻能實(shí)現(xiàn)‘風(fēng)光’電量滲透率28%?！?
“電從身邊取”雖益處多多，但面臨一系列“成長的煩惱”。近年來，我國分布式光伏爆發(fā)式增長，導(dǎo)致配電網(wǎng)線路、變壓器反向過負(fù)載嚴(yán)重，電壓越限問題突出，對配電網(wǎng)運(yùn)行提出了重大挑戰(zhàn)，多地消納空間告急，多地接入“紅區(qū)”頻現(xiàn)以減緩發(fā)展速度具有間歇性、多變性和不確定性的海量分布式發(fā)電并網(wǎng)，電力系統(tǒng)靈活性需求迫切，同時也考驗(yàn)著電力系統(tǒng)的韌性和信息安全。
余貽鑫表示，傳統(tǒng)上我們僅將韌性視為承受“出現(xiàn)的概率很小而損失很大的事件”的能力對其影響進(jìn)行評估方法存在片面性，因?yàn)樽钚桕P(guān)注的是事件波及的局部地區(qū)的生命安全問題，此時需要緊急救援、醫(yī)療和食品服務(wù)等基本服務(wù)，所有這些都需要電力提供支持。因此，必須把韌性問題納入城市和區(qū)域的規(guī)劃?！靶畔踩矫妫b于電網(wǎng)的物理浩瀚、互聯(lián)性和高度的運(yùn)營復(fù)雜性，惡意的賽博威脅發(fā)生的頻度和強(qiáng)度與日劇增，會對電網(wǎng)構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。當(dāng)主電網(wǎng)受到攻擊或因其他威脅而癱瘓時，用于應(yīng)急運(yùn)行的微電網(wǎng)在維持關(guān)鍵負(fù)荷的電力供應(yīng)方面可能特別重要?！?
面對上述機(jī)遇和挑戰(zhàn)，發(fā)展智能電網(wǎng)為解決之道。智能電網(wǎng)是如同互聯(lián)網(wǎng)一樣智能的電網(wǎng)，是電網(wǎng)的第二次智能化?；ヂ?lián)網(wǎng)之所以智能，是因?yàn)樗怯啥鄬拥姆秩悍绞綐?gòu)造的子網(wǎng)絡(luò)組成的，且每一個互聯(lián)網(wǎng)子域的協(xié)議棧都是分層結(jié)構(gòu)，有應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、通信層，這些子網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議非常明確?；ヂ?lián)網(wǎng)的智能化分布在整個網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)當(dāng)中，智能電網(wǎng)將把工業(yè)界最好的技術(shù)和理念應(yīng)用于電網(wǎng)，以加速智能電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，如開放式的體系結(jié)構(gòu)、互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議、即插即用、共同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、非專用化和互操作性等。
余貽鑫指出，智能電網(wǎng)將從根本上改變?nèi)藗兊纳詈凸ぷ鞣绞?，并像互?lián)網(wǎng)一樣激勵產(chǎn)業(yè)變革。
關(guān)注配電網(wǎng)的頂層結(jié)構(gòu)
推進(jìn)總配電運(yùn)營商模式
余貽鑫認(rèn)為，鑒于未來電網(wǎng)的超復(fù)雜性，電網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究至關(guān)重要，是整個電網(wǎng)的最頂層的模型。具有分層分群體系結(jié)構(gòu)的電網(wǎng)使可靠性責(zé)任分擔(dān)成為可能，且特別適合于技術(shù)創(chuàng)新，能夠很好地適應(yīng)未來電網(wǎng)的需求，智能配電網(wǎng)的總配電運(yùn)營商模式采用的是分層分群體系結(jié)構(gòu)，應(yīng)該大力推進(jìn)。
“電網(wǎng)的變化已經(jīng)日益偏離20世紀(jì)電網(wǎng)發(fā)展所依據(jù)的基本原理和假設(shè)，如果不指出這些，會對電網(wǎng)的可靠性和功能造成嚴(yán)重的不良后果。置于高壓輸電系統(tǒng)內(nèi)的能量管理系統(tǒng)覆蓋了數(shù)百個發(fā)電機(jī)和變電站，數(shù)十年來在管理和控制電力系統(tǒng)以確保其經(jīng)濟(jì)可靠的運(yùn)行方面取得了巨大的成功。但是如果將這個系統(tǒng)及其底層的集中式操作范式擴(kuò)展到配電系統(tǒng)，并擴(kuò)展到未來網(wǎng)絡(luò)中成千上萬的生產(chǎn)型消費(fèi)者將導(dǎo)致效率低下，是不明智和站不住腳的?！庇噘O鑫說。
如何解決這一問題？余貽鑫表示，未來的配電網(wǎng)、微網(wǎng)、建筑單元等與輸電系統(tǒng)的差異將逐步消失，具有本地發(fā)電和雙向電力潮流的特點(diǎn)，都將配有電能管理系統(tǒng)，并按照“群集（cluster）”的理念實(shí)現(xiàn)各自的凈功率平衡。其實(shí)這里所謂的“群集”，就是平衡區(qū)，意指區(qū)域內(nèi)電功率能夠保持近乎瞬時的凈功率平衡，其所對應(yīng)的智能電網(wǎng)就是分布式智能電網(wǎng)。
分布式智能電網(wǎng)具有分層分群的體系結(jié)構(gòu)，分層分區(qū)的概念看似與當(dāng)今的電力系統(tǒng)并無太大不同，實(shí)則不然。余貽鑫指出，有一個根本區(qū)別，與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，潮流不再只是從大型系統(tǒng)到用戶單向流動，智能電網(wǎng)通過電力和信息的雙向流動，建立起高度自動化和廣泛分布的能量交換網(wǎng)絡(luò)。
具有分層分群體系結(jié)構(gòu)電網(wǎng)的嚴(yán)謹(jǐn)性何在？余貽鑫表示，具有分層分群體系結(jié)構(gòu)的電網(wǎng)能像互聯(lián)網(wǎng)一樣智能，因?yàn)槎呔W(wǎng)絡(luò)的均由多層的分群方式構(gòu)造的子網(wǎng)絡(luò)組成，使責(zé)任分擔(dān)成為可能；同時每個群集內(nèi)的管理系統(tǒng)（如電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議棧）均具有分層結(jié)構(gòu)，其明確的分工，使其可以容易地適應(yīng)各種新技術(shù)的應(yīng)用。具有這樣的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的電網(wǎng)能夠適應(yīng)多變可再生能源的利用，為生產(chǎn)型消費(fèi)者賦權(quán)和提供激勵，明確群集間的責(zé)任分擔(dān)，助力納米、迷你和微電網(wǎng)無縫集成，快速適應(yīng)技術(shù)創(chuàng)新的同時增強(qiáng)韌性、抵御不斷增加的賽博攻擊。
余貽鑫以虛擬電廠為例，闡述在分層分群體系結(jié)構(gòu)的電網(wǎng)中，DSO將扮演的重要角色。在一個子輸電系統(tǒng)上的可能連接有數(shù)千個由配電系統(tǒng)運(yùn)營商運(yùn)營的本地配電區(qū)域。當(dāng)前，虛擬電廠中有一類是隸屬于不同配電變壓器的供電片的分散式電源聚合而成的，深深依賴并影響其所處局部地區(qū)配電網(wǎng)的安全運(yùn)行，但平時不參與當(dāng)?shù)匕踩s束優(yōu)化調(diào)度，這使地方電網(wǎng)失去了更優(yōu)的運(yùn)行方式，發(fā)生事故時，當(dāng)?shù)卣{(diào)度也不能直接對其進(jìn)行快速控制，而失去快速恢復(fù)供電的機(jī)會。與智能配電網(wǎng)的總配電系統(tǒng)運(yùn)營商模式相比，在責(zé)權(quán)利相統(tǒng)一上有所欠缺。
此外，用戶以及配電系統(tǒng)運(yùn)營商，都可以從參與大功率系統(tǒng)的市場和服務(wù)中受益。余貽鑫指出，相關(guān)研究指出，分布式電源直接參與批發(fā)市場的報酬可能比投資者預(yù)期的要低得多，且實(shí)施成本更高，如若配電系統(tǒng)運(yùn)營商是經(jīng)過適當(dāng)設(shè)計(jì)和規(guī)范的，并具有為分布式發(fā)電服務(wù)的透明開放的配電運(yùn)營商市場，則分布式發(fā)電運(yùn)營商不會在商業(yè)上處于不利地位。
重新定義配電服務(wù)
開放電表市場并將其標(biāo)準(zhǔn)化
余貽鑫指出，電網(wǎng)現(xiàn)代化過程中，除非采用激勵措施促進(jìn)新型電力需求和分布式資源增長，并提供電網(wǎng)服務(wù)機(jī)會，否則可能會增加運(yùn)行挑戰(zhàn)和基礎(chǔ)設(shè)施需求。
在傳統(tǒng)模式中，我國將電力需求和分布式發(fā)電裝機(jī)增長視為外生增長，在此基礎(chǔ)上遵循傳統(tǒng)的可靠性理念，集中規(guī)劃基礎(chǔ)設(shè)施以滿足高可靠性需求。現(xiàn)實(shí)情況是，電網(wǎng)的年持續(xù)負(fù)荷分布曲線上功率大于75%的時間少于5%。
余貽鑫指出：“在20世紀(jì)一直使用這種方法，這使得為滿足每年只有幾十小時的高峰負(fù)荷條件而增加了基礎(chǔ)設(shè)施投資，該理念在大多數(shù)情況下導(dǎo)致產(chǎn)能過剩。在智能電網(wǎng)環(huán)境下，應(yīng)促進(jìn)新型的電力需求和分布式發(fā)電的增長。為此需為電網(wǎng)上的每個互聯(lián)點(diǎn)創(chuàng)建激勵機(jī)制，包括互聯(lián)政策和經(jīng)濟(jì)激勵，以銷峰填谷，并使電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)的參數(shù)實(shí)時保持在指定范圍內(nèi)，從而把對電網(wǎng)的要求降至最低。配電系統(tǒng)運(yùn)營商必須具有激勵性結(jié)構(gòu)，以保證它們從合格的靈活的需求響應(yīng)系統(tǒng)獲得服務(wù)，而不需要昂貴的基礎(chǔ)設(shè)施投資或不在大系統(tǒng)中造成變化大和不確定性的潮流?！?
在余貽鑫看來，在建設(shè)新型電力系統(tǒng)的大背景下，應(yīng)重新定義配電網(wǎng)服務(wù)。盡管配電作為單向電功率傳輸服務(wù)的原始價值正在下降，用戶仍然可以從電網(wǎng)中受益。因此，在配電網(wǎng)中，每個互聯(lián)點(diǎn)都為其所接受的服務(wù)付費(fèi)、或?yàn)槠涮峁┑姆?wù)收費(fèi)，既可以以買方身份也可以以賣方的身份參與市場。
同時，應(yīng)開放電表市場，并將其標(biāo)準(zhǔn)化。余貽鑫指出，過去的電網(wǎng)是提供千瓦時商品的市場，預(yù)見未來，強(qiáng)大、成本效益高的小規(guī)模技術(shù)正在到來，智能電網(wǎng)中無處不在的通信聯(lián)系為電表市場的實(shí)施準(zhǔn)備好了條件，一個新的更大的市場將是電表能源資源的市場。在智能配電網(wǎng)中，所謂“新市場”的電表也是終端用戶與配電網(wǎng)之間的互聯(lián)點(diǎn)和實(shí)時接口。電表市場是配電運(yùn)營商的重要組成部分，包括管理和控制系統(tǒng)和互聯(lián)等等。每個互聯(lián)點(diǎn)既可以是電網(wǎng)用戶，也可以是電網(wǎng)服務(wù)的提供者。電表市場必然引發(fā)關(guān)于未來新的配電設(shè)施和角色的改變，其中包括運(yùn)行交易平臺和配電市場。為發(fā)展電表市場，監(jiān)管者必須規(guī)定切實(shí)可行的接口要求，支持配電網(wǎng)的可靠運(yùn)行。
