中國儲能網(wǎng)訊：目前我國正處于能源生產(chǎn)與消費模式的關(guān)鍵轉(zhuǎn)型期，在這個關(guān)鍵轉(zhuǎn)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(jīng)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(tǒng)的化石能源供應(yīng)體系轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嵞茉垂?yīng)體系。但是，實現(xiàn)這樣的能源轉(zhuǎn)型，需要經(jīng)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(jīng)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(chǎn)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(wǎng)、消納等一系列關(guān)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(nèi)，我國將處于清潔能源與傳統(tǒng)化石能源并存的時代。從我國情況來看，雖然我們現(xiàn)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(yù)計傳統(tǒng)化石能源消費比重會有所下降，風(fēng)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(jié)構(gòu)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(tǒng)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(wǎng)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(tǒng)化石能源的開發(fā)與利用的思維模式。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的本質(zhì)是使發(fā)電輸出功率通過電網(wǎng)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(wǎng)后，這個系統(tǒng)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(tǒng)從“單側(cè)隨機系統(tǒng)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤半p側(cè)隨機系統(tǒng)”了。對這樣的系統(tǒng)而言，其運行、分析、控制都與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)有著本質(zhì)的差異。由此可見，清潔能源的開發(fā)利用與傳統(tǒng)能源的開發(fā)利用存在著本質(zhì)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(yīng)當是一個包含“電源、電網(wǎng)、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(tǒng)化石能源的開發(fā)利用相脫離，因此相應(yīng)的解決方案要實現(xiàn)傳統(tǒng)化石能源與清潔能源之間的相互協(xié)調(diào)，并且要將電源、電網(wǎng)、用戶統(tǒng)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(wǎng)技術(shù)、先進輸電技術(shù)、負荷響應(yīng)技術(shù)以及先進的儲能技術(shù)作為支撐，實現(xiàn)電源與電網(wǎng)、電網(wǎng)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(guān)技術(shù)我們稱之為 “源—網(wǎng)—荷—儲”協(xié)調(diào)優(yōu)化模式與技術(shù)。
我們認為，區(qū)域多能源體的理念和“源—網(wǎng)—荷—儲”協(xié)調(diào)優(yōu)化的模式與技術(shù)是我國由傳統(tǒng)電力系統(tǒng)向新能源電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的兩個關(guān)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(nèi)由能源供應(yīng)主體、能源傳輸主體和能源消費 主體構(gòu)成的，各類能源資源多維協(xié)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(wǎng)、負荷”整體協(xié)調(diào)、相互配合的具體實現(xiàn)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(nèi)部與跨區(qū)域兩個層面。首先，在區(qū)域內(nèi)部層面上，構(gòu)建包括能源開發(fā)利用、電能生產(chǎn)、電能傳輸、需求側(cè)用電4個環(huán)節(jié)的多能源實體，實現(xiàn)以上4個環(huán)節(jié)的有效協(xié)同。其次，在跨區(qū)域?qū)用嫔?，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(wǎng))，實現(xiàn)多個“區(qū)域多能源體”之間的優(yōu)勢互補與有效協(xié)同。
從能源的供應(yīng)與使用上講，“區(qū)域多能源體”一方面要求在一定區(qū)域內(nèi)部實現(xiàn)能源資源的統(tǒng)籌規(guī)劃、整體開發(fā)、協(xié)同建設(shè)，形成各類能源資源的優(yōu)勢互補;另一方面要求實現(xiàn)電能生產(chǎn)與傳輸?shù)挠行浜?，同時將需求側(cè)資源納入到電力系統(tǒng)調(diào)控的范圍中來，配合儲能設(shè)施的有序(智能)充放電，實現(xiàn)“源—網(wǎng)—荷—儲”的有機協(xié)調(diào)。
2.“區(qū)域多能源體”的作用能源開發(fā)利用方式與國家經(jīng)濟社會發(fā)展、科學(xué)技術(shù)水平以及能源資源稟賦密切相關(guān)。在傳統(tǒng)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(zhuǎn)型、協(xié)調(diào)各能源領(lǐng)域改革影響因素的必然選擇。主要體現(xiàn)在以下3個方面。
第一，“區(qū)域多能源體”是實現(xiàn)清潔能源有效利用、多種能源協(xié)調(diào)配合的重要手段。在混合能源的時代，大量的實踐已經(jīng)證明，如果缺少協(xié)調(diào)，那么傳統(tǒng)化石能源的開發(fā)利用與清潔能源的大規(guī)模并網(wǎng)消納是存在明顯抵觸的。而“區(qū)域多能源體”理念強調(diào)清潔能源與傳統(tǒng)化石能源之間的協(xié)調(diào)配合，一方面，利用傳統(tǒng)化石能源發(fā)電的可調(diào)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(xié)調(diào)配合與資源優(yōu)化配置，消除清潔能源并網(wǎng)障礙;另一方面，通過構(gòu)建高效能源傳輸平臺，實現(xiàn)各能源體之間的相互協(xié)調(diào)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(tǒng)模式桎梏，實現(xiàn)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(diào)根據(jù)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(xiàn)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(xiàn)能源供需全國性平衡、能源運輸體系有機協(xié)調(diào)的關(guān)鍵切入點?；谀壳暗膫鹘y(tǒng)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(xiàn)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(zhì)的清潔能源，但是這些清潔能源無法實現(xiàn)就地消納，傳統(tǒng)的能源傳輸模式也難以將清潔能源產(chǎn)生的電力送到東部地區(qū)，因此“棄風(fēng)”“棄光”現(xiàn)象大量發(fā)生。而“區(qū)域多能源體”強調(diào)區(qū)域之間的能源優(yōu)勢協(xié)調(diào)互補，要求在加快建設(shè)鐵路、公路交通運輸網(wǎng)絡(luò)的同時，運用特高壓輸電線路等高效能源傳輸平臺，實現(xiàn)輸煤、輸電并舉，將西北部的優(yōu)質(zhì)清潔能源轉(zhuǎn)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(xiàn)全國能源供需平衡的必然選擇。
三、“源—網(wǎng)—荷—儲”協(xié)調(diào)優(yōu)化管理模式與技術(shù)
1.“源—網(wǎng)—荷—儲”協(xié)調(diào)優(yōu)化模式與技術(shù)的內(nèi)涵“源—網(wǎng)—荷—儲”協(xié)調(diào)優(yōu)化模式與技術(shù)是指電源、電網(wǎng)、負荷與儲能四部分通過多種交互手段，更經(jīng)濟、高效、安全地提高電力系統(tǒng)的功率動態(tài)平衡能力，從而實現(xiàn)能源資源最大化利用的運行模式和技術(shù)。該模式是包含“電源、電網(wǎng)、負荷”的整體解決方案的關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)主要包含以下3個方面：
第一，源源互補。該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)不同電源之間的有效協(xié)調(diào)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(xié)調(diào)互動的能源供應(yīng)體系。
第二，源網(wǎng)協(xié)調(diào)。該技術(shù)將實現(xiàn)新能源發(fā)電與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)配合，可通過微網(wǎng)、智能配電網(wǎng)等技術(shù)將數(shù)量龐大、形式多樣的電源進行靈活、高效的組合應(yīng)用，同時提高電網(wǎng)運行的自主調(diào)節(jié)能力，降低可再生能源并網(wǎng)對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的影響。
第三，網(wǎng)荷儲互動。該技術(shù)將需求側(cè)資源視為與儲能、供應(yīng)側(cè)資源相同的、可調(diào)控的資源，實現(xiàn)儲能、需求側(cè)資源與電網(wǎng)之間能量的多向交互，從而將儲能、需求側(cè)資源能夠參與電網(wǎng)調(diào)控，引導(dǎo)需求側(cè)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(wǎng)運行的安全穩(wěn)定性。
2.“源—網(wǎng)—荷—儲”協(xié)調(diào)優(yōu)化模式與技術(shù)的作用與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)規(guī)劃、運行、控制相比，“源—網(wǎng)—荷—儲”協(xié)調(diào)優(yōu)化技術(shù)具有以下幾方面作用：第一，充分發(fā)揮需求側(cè)資源在電網(wǎng)運行中的調(diào)控作用。傳統(tǒng)電網(wǎng)按“發(fā)電跟蹤負荷”的常規(guī)電網(wǎng)運行控制理論來滿足日益增長的用電需求，沒有讓需求側(cè)資源成為電網(wǎng)調(diào)節(jié)和消納新能源的重要手段。而“源—網(wǎng)—荷—儲”協(xié)調(diào)優(yōu)化技術(shù)使電網(wǎng)、需求側(cè)資源形成真正的協(xié)調(diào)互動，充分發(fā)揮需求側(cè)響應(yīng)資源的調(diào)控作用，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。
第二，實現(xiàn)常規(guī)電源與新能源電源的協(xié) 調(diào)配合。傳統(tǒng)電網(wǎng)通過火電、水電等常規(guī)能源被動地為新能源進行調(diào)峰，提供輔助服務(wù)。而“源—網(wǎng)—荷—儲”協(xié)調(diào)優(yōu)化技術(shù)使新能源與具有良好調(diào)節(jié)和控制性能的可控電源協(xié)調(diào)配合，因此使得新能源發(fā)電向可預(yù)測、可調(diào)控的方向發(fā)展。
第三，實現(xiàn)負荷、儲能與電源的協(xié)調(diào)互動與動態(tài)平衡。傳統(tǒng)電網(wǎng)運行被動地滿足用戶側(cè)的用電需求，而“源—網(wǎng)—荷—儲”協(xié)調(diào)優(yōu)化技術(shù)通過完善的信息交互，使電源側(cè)、需求側(cè)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(guān)鍵實現(xiàn)路徑
要從傳統(tǒng)化石能源時代發(fā)展成為清潔能源時代，必須要經(jīng)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(wǎng)荷儲”協(xié)調(diào)模式與技術(shù)，我們提出以下幾點建議：第一，將電網(wǎng)企業(yè)逐步定位成為公用事業(yè)型企業(yè)，行使電力系統(tǒng)整體規(guī)劃職能，并且由電網(wǎng)企業(yè)實施綜合資源規(guī)劃模式。我國目前電力系統(tǒng)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(shè)不協(xié)調(diào)、電源與電網(wǎng)建設(shè)不協(xié)調(diào)等問題。因此我們建議將電網(wǎng)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(tǒng)籌進行包括電源、電網(wǎng)規(guī)劃在內(nèi)的電力系統(tǒng)整體規(guī)劃，實現(xiàn)清潔能源開發(fā)利用與傳統(tǒng)化石能源開發(fā)利用的協(xié)調(diào)配合、電源建設(shè)與電網(wǎng)規(guī)劃的協(xié)調(diào)配合，實現(xiàn)清潔能源與化石能源之間的優(yōu)勢互補。同時，改變其傳統(tǒng)的考核與監(jiān)管機制，避免電網(wǎng)企業(yè)攫取壟斷利益。這樣電網(wǎng)企業(yè)就能擺脫目前定位不明的尷尬，同時也使電網(wǎng)企業(yè)的運作更公開、更有效率，從而實現(xiàn)“區(qū)域多能源體”中要求的多種能源的協(xié)調(diào)配合以及電源與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)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(jīng)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(diào)峰資源，包括電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、負荷側(cè)，都應(yīng)當通過建立和運營電力輔助服務(wù)市場來支撐清潔能源的高效開發(fā)與使用，實現(xiàn)各電源之間的協(xié)調(diào)互補。
第三，加快開發(fā)需求側(cè)響應(yīng)資源，并且建立化石能源與清潔能源協(xié)調(diào)運行機制，使得一個雙側(cè)隨機性波動的系統(tǒng)變成一個較穩(wěn)定的可控的系統(tǒng)。如上所述，混合能源時代下的電力系統(tǒng)是一個雙側(cè)隨機系統(tǒng)，要改變這種現(xiàn)狀需要從以下兩方面著手：一方面，加強需求側(cè)資源的開發(fā)利用。需求側(cè)響應(yīng)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(tǒng)的電力系統(tǒng)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(diào)控性”沒有得到開發(fā)和利用，因此未來需要設(shè)法利用需求側(cè)響應(yīng)資源的可調(diào)控性，也就是需求彈性，引導(dǎo)需求側(cè)逐步適應(yīng)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(wǎng)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(xiàn)化石能源與清潔能源的優(yōu)勢互補，將各種傳統(tǒng)化石能源發(fā)電作為清潔能源發(fā)電的各種調(diào)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(cè)的出力不穩(wěn)定性。以上的做法就是同時從供需雙側(cè)入手，同時降低供需雙側(cè)(而不是單側(cè))的隨機波動性，以使得大規(guī)模隨機性可再生能源并網(wǎng)的電力系統(tǒng)依然是一個比較穩(wěn)定的可控的系統(tǒng)。
五、結(jié)語
從我國現(xiàn)狀來看，要想從傳統(tǒng)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(guān)的輔助市場機制的建設(shè)工作，還是需求側(cè)響應(yīng)資源的開發(fā)與利用的體制機制建設(shè)工作，都應(yīng)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(nèi)容，它也是在規(guī)劃和運行兩個層面上同時實現(xiàn)“源—網(wǎng)—荷—儲”協(xié)調(diào)優(yōu)化的重要前提條件。
(作者系華北電力大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師)
