中國儲能網訊：目前我國正處于能源生產與消費模式的關鍵轉型期，在這個關鍵轉型期，電力管理體制和運行機制如何改革，或者說如何革命是一個非常重要的問題。目前普遍認為，要想節(jié)能環(huán)保地滿足國民經濟以及全社會的發(fā)展對于電力的需求，就必須向以可再生能源為主的新能源開發(fā)與利用時代過渡，也就是逐步將傳統的化石能源供應體系轉變?yōu)榍鍧嵞茉垂w系。但是，實現這樣的能源轉型，需要經歷一個漫長的“混合能源時代”。
一、混合能源時代
目前我國已經初步形成了以煤炭為主體、電力為中心、石油天然氣和可再生能源全面發(fā)展的能源開發(fā)利用總體格局。近幾年來，我國能源生產與消費總量迅速增長，隨之而來的是大量的污染排放與環(huán)境的日益惡化。針對這些問題，政府出臺了多項促進清潔能源發(fā)展的政策措施，取得了一定的成果，但是清潔能源安全高效地發(fā)電、并網、消納等一系列關鍵問題仍未得到有效的解決。
從全球范圍來看，人類正在進入一個混合能源時代，我國也是。也就是說未來很長一段時間內，我國將處于清潔能源與傳統化石能源并存的時代。從我國情況來看，雖然我們現在看到更多的是化石能源過度利用所帶來的問題，而未來預計傳統化石能源消費比重會有所下降，風電、核電等清潔能源的比例會有所上升，但是“以煤為主”的能源消費結構還將長期存在。這就意味著，在努力開發(fā)利用清潔能源的同時，還絕對不能忽視對傳統化石能源的清潔、高效利用。
我們認為，造成當前大規(guī)模清潔能源并網困難問題的根本原因是人們對清潔 能源電力開發(fā)利用的認識還沒有到位。很多的認識以及解決問題的思路和方法還是基于對傳統化石能源的開發(fā)與利用的思維模式。傳統電力系統的本質是使發(fā)電輸出功率通過電網來隨時滿足隨機波動的用電需求。當大規(guī)模隨機性波動的清潔能源并網后，這個系統既要面對用戶用電需求的不確定性，又要面對發(fā)電出力的不確定性，也就是電力系統從“單側隨機系統”轉變?yōu)椤半p側隨機系統”了。對這樣的系統而言，其運行、分析、控制都與傳統電力系統有著本質的差異。由此可見，清潔能源的開發(fā)利用與傳統能源的開發(fā)利用存在著本質區(qū)別。
因此，原有的思路和方法顯然無法滿足大規(guī)模消納清潔能源發(fā)電的需求。
我們認為，清潔能源的開發(fā)和利用應當是一個包含“電源、電網、負荷”的整體解決方案。一方面，如上所述，我國將長期處于混合能源時代，因此，可再生的、清潔能源的開發(fā)利用不能與傳統化石能源的開發(fā)利用相脫離，因此相應的解決方案要實現傳統化石能源與清潔能源之間的相互協調，并且要將電源、電網、用戶統一為一個整體，實施綜合資源規(guī)劃，這個理念我們稱之為“區(qū)域多能源體”理念;另一方面，這個整體解決方案需要通過智能電網技術、先進輸電技術、負荷響應技術以及先進的儲能技術作為支撐，實現電源與電網、電網與用戶、電源與用戶之間的資源優(yōu)化配置，這個管理模式與相關技術我們稱之為 “源—網—荷—儲”協調優(yōu)化模式與技術。
我們認為，區(qū)域多能源體的理念和“源—網—荷—儲”協調優(yōu)化的模式與技術是我國由傳統電力系統向新能源電力系統轉型的兩個關鍵。
二、“區(qū)域多能源體”理念及其作用
1.“區(qū)域多能源體”的理念!!“區(qū)域多能源體”是指一定區(qū)域內由能源供應主體、能源傳輸主體和能源消費 主體構成的，各類能源資源多維協同、多方互動的一體化能源供用實體，是如上所述的“電源、電網、負荷”整體協調、相互配合的具體實現途徑。
從區(qū)域上講，“區(qū)域多能源體”中的區(qū)域不單純是我國的行政區(qū)域劃分，而是以能源資源稟賦、地理位置、國家能源發(fā)展戰(zhàn)略為主要考慮因素劃分的地域范圍，主要分為區(qū)域內部與跨區(qū)域兩個層面。首先，在區(qū)域內部層面上，構建包括能源開發(fā)利用、電能生產、電能傳輸、需求側用電4個環(huán)節(jié)的多能源實體，實現以上4個環(huán)節(jié)的有效協同。其次，在跨區(qū)域層面上，充分考慮多個“區(qū)域多能源體”之間的資源稟賦差異，依托高效電能傳輸平臺(如特高壓電網)，實現多個“區(qū)域多能源體”之間的優(yōu)勢互補與有效協同。
從能源的供應與使用上講，“區(qū)域多能源體”一方面要求在一定區(qū)域內部實現能源資源的統籌規(guī)劃、整體開發(fā)、協同建設，形成各類能源資源的優(yōu)勢互補;另一方面要求實現電能生產與傳輸的有效配合，同時將需求側資源納入到電力系統調控的范圍中來，配合儲能設施的有序(智能)充放電，實現“源—網—荷—儲”的有機協調。
2.“區(qū)域多能源體”的作用能源開發(fā)利用方式與國家經濟社會發(fā)展、科學技術水平以及能源資源稟賦密切相關。在傳統方式無法解決清潔能源開發(fā)利用所面臨的問題的情況下，“區(qū)域多能源體”將成為加快我國能源轉型、協調各能源領域改革影響因素的必然選擇。主要體現在以下3個方面。
第一，“區(qū)域多能源體”是實現清潔能源有效利用、多種能源協調配合的重要手段。在混合能源的時代，大量的實踐已經證明，如果缺少協調，那么傳統化石能源的開發(fā)利用與清潔能源的大規(guī)模并網消納是存在明顯抵觸的。而“區(qū)域多能源體”理念強調清潔能源與傳統化石能源之間的協調配合，一方面，利用傳統化石能源發(fā)電的可調控性、靈活性來彌補清潔能源的間歇性、波動性，形成不同類電源之間的有效協調配合與資源優(yōu)化配置，消除清潔能源并網障礙;另一方面，通過構建高效能源傳輸平臺，實現各能源體之間的相互協調配合，促進清潔能源電力的高效外送和消納。因此“區(qū)域多能源體”機制將是突破傳統模式桎梏，實現清潔能源電力優(yōu)化、合理開發(fā)利用的重要機制。
第二，“區(qū)域多能源體”是優(yōu)化我國能源總體布局、促進能源開發(fā)利用一體化的突破口。我國能源資源與能源需求具有典型的逆向分布特性，長期以來，我國各區(qū)域能源開發(fā)利用的“分散化”和“無序性”問題嚴重，造成能源利用效率低下、資源浪費嚴重等問題。而“區(qū)域多能源體”強調根據各區(qū)域能源資源稟賦進行“區(qū)域化”的能源開發(fā)利用，突破時間和空間上的限制，在一定程度上實現區(qū)域能源一體化，提高能源利用效率，優(yōu)化我國能源總體布局。
第三，“區(qū)域多能源體”是實現能源供需全國性平衡、能源運輸體系有機協調的關鍵切入點?；谀壳暗膫鹘y能源開發(fā)利用方法，并且受制于我國能源資源的典型逆向分布特性，各區(qū)域難以實現能源開發(fā)利用的自我平衡。我國西北部地區(qū)有大量、優(yōu)質的清潔能源，但是這些清潔能源無法實現就地消納，傳統的能源傳輸模式也難以將清潔能源產生的電力送到東部地區(qū)，因此“棄風”“棄光”現象大量發(fā)生。而“區(qū)域多能源體”強調區(qū)域之間的能源優(yōu)勢協調互補，要求在加快建設鐵路、公路交通運輸網絡的同時，運用特高壓輸電線路等高效能源傳輸平臺，實現輸煤、輸電并舉，將西北部的優(yōu)質清潔能源轉化為電的方式輸送到東部加以有效利用，這無疑將顯著提高我國的綜合能源利用效率，因此“區(qū)域多能源體”將是實現全國能源供需平衡的必然選擇。
三、“源—網—荷—儲”協調優(yōu)化管理模式與技術
1.“源—網—荷—儲”協調優(yōu)化模式與技術的內涵“源—網—荷—儲”協調優(yōu)化模式與技術是指電源、電網、負荷與儲能四部分通過多種交互手段，更經濟、高效、安全地提高電力系統的功率動態(tài)平衡能力，從而實現能源資源最大化利用的運行模式和技術。該模式是包含“電源、電網、負荷”的整體解決方案的關鍵技術。該技術主要包含以下3個方面：
第一，源源互補。該技術能夠實現不同電源之間的有效協調互補，彌補可再生能源易受地域、環(huán)境、氣象等因素影響的缺點，克服單一的可再生能源發(fā)電固有的隨機性和波動性缺點，形成多樣化、協調互動的能源供應體系。
第二，源網協調。該技術將實現新能源發(fā)電與電網的協調配合，可通過微網、智能配電網等技術將數量龐大、形式多樣的電源進行靈活、高效的組合應用，同時提高電網運行的自主調節(jié)能力，降低可再生能源并網對電網安全穩(wěn)定運行的影響。
第三，網荷儲互動。該技術將需求側資源視為與儲能、供應側資源相同的、可調控的資源，實現儲能、需求側資源與電網之間能量的多向交互，從而將儲能、需求側資源能夠參與電網調控，引導需求側主動追尋可再生能源出力波動，配合儲能資源的有序(智能)充放電，增強電網運行的安全穩(wěn)定性。
2.“源—網—荷—儲”協調優(yōu)化模式與技術的作用與傳統電力系統規(guī)劃、運行、控制相比，“源—網—荷—儲”協調優(yōu)化技術具有以下幾方面作用：第一，充分發(fā)揮需求側資源在電網運行中的調控作用。傳統電網按“發(fā)電跟蹤負荷”的常規(guī)電網運行控制理論來滿足日益增長的用電需求，沒有讓需求側資源成為電網調節(jié)和消納新能源的重要手段。而“源—網—荷—儲”協調優(yōu)化技術使電網、需求側資源形成真正的協調互動，充分發(fā)揮需求側響應資源的調控作用，保證電網的安全穩(wěn)定運行。
第二，實現常規(guī)電源與新能源電源的協 調配合。傳統電網通過火電、水電等常規(guī)能源被動地為新能源進行調峰，提供輔助服務。而“源—網—荷—儲”協調優(yōu)化技術使新能源與具有良好調節(jié)和控制性能的可控電源協調配合，因此使得新能源發(fā)電向可預測、可調控的方向發(fā)展。
第三，實現負荷、儲能與電源的協調互動與動態(tài)平衡。傳統電網運行被動地滿足用戶側的用電需求，而“源—網—荷—儲”協調優(yōu)化技術通過完善的信息交互，使電源側、需求側不僅能感知自身狀態(tài)的變化，同時還能獲知其他個體的全面的信息，從而使電源、負荷、儲能相互之間的全面互動變成了可能。
四、關鍵實現路徑
要從傳統化石能源時代發(fā)展成為清潔能源時代，必須要經歷混合能源時代這個中間體。為了能更好地利用“區(qū)域多能源體”理念及“源網荷儲”協調模式與技術，我們提出以下幾點建議：第一，將電網企業(yè)逐步定位成為公用事業(yè)型企業(yè)，行使電力系統整體規(guī)劃職能，并且由電網企業(yè)實施綜合資源規(guī)劃模式。我國目前電力系統的規(guī)劃與決策過于分散，專業(yè)化程度嚴重不足，造成電源與電源建設不協調、電源與電網建設不協調等問題。因此我們建議將電網企業(yè)逐步定位為公用事業(yè)企業(yè)，實施綜合資源規(guī)劃，統籌進行包括電源、電網規(guī)劃在內的電力系統整體規(guī)劃，實現清潔能源開發(fā)利用與傳統化石能源開發(fā)利用的協調配合、電源建設與電網規(guī)劃的協調配合，實現清潔能源與化石能源之間的優(yōu)勢互補。同時，改變其傳統的考核與監(jiān)管機制，避免電網企業(yè)攫取壟斷利益。這樣電網企業(yè)就能擺脫目前定位不明的尷尬，同時也使電網企業(yè)的運作更公開、更有效率，從而實現“區(qū)域多能源體”中要求的多種能源的協調配合以及電源與電網的協調配合。
第二，建立多層次多元化的電力市場，通過市場化手段促進清潔能源的開發(fā)與消納。目前大用戶直購電試點工作已經在多個地區(qū)開展。這種供需雙方直接見面的雙邊合約交易模式是比較符合我國實際情況，并且具有一定可操作性的電力市場化改革模式。
但是從目前的試點情況來看，清潔能源在市場中并不具備競爭力，有些省份甚至明確只 進行火電的大用戶直購電交易，這顯然不利于未來清潔能源的發(fā)展。因此我們建議，在電力市場化改革的過程中，對于所有調峰資源，包括電源側、電網側、負荷側，都應當通過建立和運營電力輔助服務市場來支撐清潔能源的高效開發(fā)與使用，實現各電源之間的協調互補。
第三，加快開發(fā)需求側響應資源，并且建立化石能源與清潔能源協調運行機制，使得一個雙側隨機性波動的系統變成一個較穩(wěn)定的可控的系統。如上所述，混合能源時代下的電力系統是一個雙側隨機系統，要改變這種現狀需要從以下兩方面著手：一方面，加強需求側資源的開發(fā)利用。需求側響應資源往往具有虛擬性、不確定性與不可直接量測等特征。在傳統的電力系統中，普遍將用電需求作為即取即用的剛性需求，用戶負荷的“可調控性”沒有得到開發(fā)和利用，因此未來需要設法利用需求側響應資源的可調控性，也就是需求彈性，引導需求側逐步適應清潔能源發(fā)電的波動性，并且通過儲能裝置的有序充放電(智能充放電)開平抑可再生能源發(fā)電波動性對電網安全穩(wěn)定運行的不利影響。另一方面，要從規(guī)劃和運行兩個層面上同時實現化石能源與清潔能源的優(yōu)勢互補，將各種傳統化石能源發(fā)電作為清潔能源發(fā)電的各種調峰資源，提高火電機組的控制水平，提升火電機組可控制容量，降低電源側的出力不穩(wěn)定性。以上的做法就是同時從供需雙側入手，同時降低供需雙側(而不是單側)的隨機波動性，以使得大規(guī)模隨機性可再生能源并網的電力系統依然是一個比較穩(wěn)定的可控的系統。
五、結語
從我國現狀來看，要想從傳統化石能源時代發(fā)展成為清潔能源時代，還有很長一段路要走，不能忽視混合能源時代這一重要的過渡階段。不論是電能市場及其相關的輔助市場機制的建設工作，還是需求側響應資源的開發(fā)與利用的體制機制建設工作，都應當成為以“區(qū)域多能源體”理念為核心的能源體制革命的重要內容，它也是在規(guī)劃和運行兩個層面上同時實現“源—網—荷—儲”協調優(yōu)化的重要前提條件。
(作者系華北電力大學教授、博士生導師)
