中國儲能網(wǎng)訊：配電網(wǎng)突然成為能源行業(yè)的熱點和焦點。我們?yōu)槭裁撮_始紛紛談?wù)撆潆娋W(wǎng)？因為分布式新能源、不符合預(yù)期的新負(fù)荷，還有那些迅速增長的電動汽車們，實在是上得太快太多了！
傳統(tǒng)配電網(wǎng)是單向電流動，只接收負(fù)荷，變壓器為普通配電網(wǎng)臺區(qū)變壓器，配以簡單的保護(hù)和自動化、通信設(shè)備，以實現(xiàn)最基本的兩遙或者三遙操作。當(dāng)下和未來的配電網(wǎng)，即所謂的智能配電網(wǎng)將擁有復(fù)雜的分布式供電系統(tǒng)，造就了配電網(wǎng)雙向潮流，需要安裝智能電表、智能網(wǎng)關(guān)等測量裝置，同時其低壓側(cè)還存在儲能設(shè)備和電動汽車等并入電網(wǎng)，需要配電網(wǎng)對低壓端口進(jìn)行調(diào)控和雙向通信，不論中壓還是低壓都將配有復(fù)雜的線路保護(hù)。
這些巨大的變化來自于飛速發(fā)展的新能源并網(wǎng)。2024年，德國的新能源發(fā)電量占比已經(jīng)超過60%，至今，德國電力網(wǎng)絡(luò)在幾十年的發(fā)展過程中已經(jīng)成為歐洲最堅強(qiáng)的電網(wǎng)系統(tǒng)，年平均停電時間在12分鐘以內(nèi)。但盡管如此，也只有少數(shù)配電網(wǎng)運(yùn)營商擁有效率極高的監(jiān)控系統(tǒng)，能夠快速、經(jīng)常性地應(yīng)對動態(tài)的發(fā)電曲線、潮流逆向、配網(wǎng)側(cè)頻繁無功補(bǔ)償裝置投切和電壓調(diào)節(jié)等新的挑戰(zhàn)。
配電網(wǎng)如何調(diào)節(jié)頻率？如何調(diào)節(jié)電壓？這在以前是輸電網(wǎng)的任務(wù)，隨著分布式發(fā)電比例的提高，這一任務(wù)現(xiàn)在落到了配電網(wǎng)的肩上。
配電網(wǎng)何以成為“永動機(jī)”
嚴(yán)格意義上講，一向“屈居人下”的配電網(wǎng)，因為其電壓等級低、情況復(fù)雜，一直被輸電網(wǎng)當(dāng)作調(diào)節(jié)的對象而不是平等的合作者。但是在新能源規(guī)模越來越大的當(dāng)下，輸電網(wǎng)已經(jīng)搬走了所有的“壓艙石”，現(xiàn)在需要配電網(wǎng)成為“永動機(jī)”。
調(diào)頻市場
當(dāng)一個電網(wǎng)中的功率失衡時，前30秒內(nèi)，電網(wǎng)的轉(zhuǎn)動慣量會起作用，也可稱為瞬時備用，亦即一次備用。
一次備用功率需要在30秒內(nèi)完全激活，并且必須至少提供15分鐘的備用。一次備用的提供方主要是火電廠的旋轉(zhuǎn)備用。整個歐洲大陸區(qū)域，一次備用功率大約為3吉瓦，可以支持任何時候兩個或三個大型電站機(jī)組同時發(fā)生故障的情況。
15分鐘到半小時這個時間段是頻率控制的重點。當(dāng)二次備用啟動后，一次備用被代替，以便盡快盡可能地使一次備用為其他需要功率調(diào)節(jié)的情況提供支持。二次備用大多是電池儲能，以及能快速啟動的水電和抽水蓄能電站。
三次備用在45分鐘甚至一小時后會被啟動。除了旋轉(zhuǎn)備用以外，可以作為三次備用的還有能夠迅速開機(jī)的電廠，如燃?xì)廨啓C(jī)電廠。
這種三次備用單列的市場模式影響著不同類型電廠的收益模型，同時與需求側(cè)管理相結(jié)合，在不同的時序上，構(gòu)建反向回饋電網(wǎng)的發(fā)電可能，可以極大程度地豐富能源互聯(lián)網(wǎng)的金融收益空間，并且能大批量地引入邊際成本幾乎為零的可再生能源進(jìn)入能源供應(yīng)體系。從這個角度來看，如果要建設(shè)新能源比例超過50%的能源互聯(lián)網(wǎng)體系，一個基于配網(wǎng)端的多元化、并與收益掛鉤的備用容量市場幾乎就是必需的。
無功市場
光伏和風(fēng)電發(fā)出的電都要經(jīng)過逆變或整流才能成為50赫茲的交流電，傳統(tǒng)的逆變器無法提供無功功率，而傳統(tǒng)電廠的規(guī)模容量在能源占比中逐漸下降，使得電網(wǎng)能夠用以調(diào)控功率因數(shù)的手段越來越少，而目前電價只以有功功率來衡量也使得調(diào)用無功功率更加困難。目前還沒有一個國家建立起無功功率市場，但隨著光伏和風(fēng)電的增加，無功功率可能也需要建立一個市場來反映其價值, 這對提高電網(wǎng)的功率因數(shù)、減小線損有很大的幫助。
新能源發(fā)電占比已經(jīng)超過60%的德國，很早就在eTelligence和RegModHarz示范項目中進(jìn)行了無功功率市場的模擬，其價格有時候能達(dá)到60歐元/兆瓦的水平，即有功功率電價的兩倍。這一市場的引入更多的是為了給消費者灌輸一種理念：即電網(wǎng)的輔助服務(wù)并非只能以“義務(wù)”的形式存在，實際上輔助服務(wù)同樣可以有合適的商業(yè)模式。
靈活性管理
需求側(cè)響應(yīng)和儲能可以統(tǒng)稱為負(fù)荷側(cè)的靈活性管理，能夠在一定時間內(nèi)增加或者減少功率。對于層級式電網(wǎng)管理來說，細(xì)胞電網(wǎng)、微電網(wǎng)對上級電網(wǎng)的電力進(jìn)出口也可以看作是給配電網(wǎng)提供的靈活性。
我們首先要承認(rèn)接入配電網(wǎng)的主體不再是單一的負(fù)荷消耗者，也存在很多電力生產(chǎn)者，他們的生產(chǎn)非常靈活且和負(fù)荷融為一體，產(chǎn)銷難辨。因此，靈活性的本質(zhì)是在時序、功率顆粒度上對配電網(wǎng)內(nèi)的產(chǎn)銷者提供可預(yù)期的管理。我們要承認(rèn)這些產(chǎn)銷者的訴求來自于他們對預(yù)期的管理，而不是實際的需求。這一點變化非常重要，且一般難于理解。但這恰恰就是配電網(wǎng)最大的轉(zhuǎn)變。
儲能并沒有實際的用電需求，它只是對價格信號進(jìn)行追逐。電網(wǎng)企業(yè)必須嘗試去理解這一點，市場信號的作用就是去管理這些預(yù)期并且利用這樣的預(yù)期優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行，避免各類主體同時處于用電高峰。
為此，電網(wǎng)正在對配售電側(cè)進(jìn)行重構(gòu)：除去發(fā)電側(cè)的AGC電廠自動化和輸電網(wǎng)的EMS能量自動化控制，整個智能電網(wǎng)的精華幾乎全部集聚在配電和用戶端：地理信息系統(tǒng)GIS，智能表計AMI，需求側(cè)響應(yīng)DSM，資產(chǎn)管理Asset，電力交易系統(tǒng)Trading，能效管理分析EA，移動操作端App等，可以挖掘很多創(chuàng)新點。
調(diào)度中心對配電網(wǎng)原本沒有抱太高的期望。多年以來，饋線自動化、故障檢測和隔離、電壓無功優(yōu)化、潮流及短路電流計算這些基本配置優(yōu)化功能均可通過各種自動化設(shè)備與風(fēng)機(jī)、光伏板、儲能裝置相連并實現(xiàn)控制，以達(dá)到優(yōu)化電網(wǎng)控制的目的。對此，一般可以看作是配電網(wǎng)自動化的高級應(yīng)用。
但隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和通訊技術(shù)的發(fā)展，智能電表的大量安裝必然在配電網(wǎng)形成海量大數(shù)據(jù)。結(jié)合需求側(cè)管理技術(shù)應(yīng)用的智能配電網(wǎng)可以使大規(guī)模新能源并網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)化，充分利用有限的電網(wǎng)傳輸容量，并且保證高質(zhì)量的電能供應(yīng)。當(dāng)然，需求側(cè)和售電端的靈活應(yīng)用依賴于電力體制的變化，也將伴隨著能源供應(yīng)和科技發(fā)展的變化而變化。
不論怎樣，新型電力系統(tǒng)場景下的配電網(wǎng)將主要包括以下關(guān)鍵要素：新能源發(fā)電，即節(jié)能環(huán)保的發(fā)電形式，更具可持續(xù)性的智能化發(fā)電模式；電力數(shù)據(jù)的測量和處理，如智能電表、大數(shù)據(jù)云端處理、智能網(wǎng)關(guān)；智能電力消費終端，如智能產(chǎn)業(yè)園區(qū)、智能樓宇、智能工廠、智能家居等；多種儲能和電動汽車等智能負(fù)荷。同時還有更加開放的市場機(jī)制，以便于在配電網(wǎng)內(nèi)開展電力服務(wù)、電力保障和電力交易。
這些應(yīng)用無論出現(xiàn)在智能手機(jī)PAD還是電腦終端，指向的用戶群只可能是有特定需求的個人或者能耗企業(yè)?？梢哉f在10年之內(nèi)，隨著電力在國家能源整體消費中的比例不斷提升，配網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力和企業(yè)能源管理將成為最受人關(guān)注的焦點，以及最需要跨界組合的新業(yè)務(wù)增長點。
我們必須明確地提出結(jié)論：以大數(shù)據(jù)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的節(jié)能增效軟件，是所有電網(wǎng)自動化控制系統(tǒng)最終的重點和難點所在。它將凝聚著電網(wǎng)自動化領(lǐng)域最高的智慧，同時伴隨著電動汽車、智能建筑、分布式能源和電力交易的發(fā)展，帶著這些新生事物真正走進(jìn)千家萬戶，面對終端消費者。
這就是智能配電網(wǎng)的終極目標(biāo)。是的，它將是“永動機(jī)”，能自主地應(yīng)對配電網(wǎng)用戶側(cè)任何細(xì)致入微的變化，提供永無止盡的靈活性。
最早提出能源互聯(lián)網(wǎng)的里夫金大約在10年前就這樣描述，“到2030年，每個商業(yè)企業(yè)都會成為一個數(shù)據(jù)中心、可再生能源生成點以及電動汽車充電站，都會成為網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點。它們能夠做到跨境實時收集數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)將被傳輸?shù)酵ㄓ?、能源、交通網(wǎng)絡(luò)上，從而讓每個行業(yè)都能通過網(wǎng)絡(luò)更有效、更高效地管理、賦能、驅(qū)動自身的經(jīng)濟(jì)活動。也就是說，到2030年，我們會有一個‘全球大腦神經(jīng)系統(tǒng)’，實時同步數(shù)據(jù)，構(gòu)建零邊際成本社會，這也意味著社會企業(yè)家精神的潛在蔓延和經(jīng)濟(jì)機(jī)會的大幅增加?！?
嚴(yán)格意義上講，在類似的模式出現(xiàn)以前，單純的能源轉(zhuǎn)型并未實現(xiàn)真正的轉(zhuǎn)型，實際上只是新能源在增加以及電網(wǎng)在增強(qiáng)，全球知名未來學(xué)家里夫金作為沃頓商學(xué)院畢業(yè)的高材生，其高明之處不在于多么具體地描述了能源互聯(lián)網(wǎng)的藍(lán)圖，而是以經(jīng)濟(jì)學(xué)家的視角指出了這場能源轉(zhuǎn)型的實質(zhì)：零邊際成本——零成本才得以泛在，正如讓信息成為零邊際成本的互聯(lián)網(wǎng)。
所以嚴(yán)格意義上來講，以新能源為主的能源系統(tǒng)最重要的任務(wù)并非是物理和數(shù)學(xué)意義上的消納新能源，而是整個能源經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)是否做好了容許邊際成本近乎于零的新能源徹底扭轉(zhuǎn)整個行業(yè)的運(yùn)營邏輯，以及對配售電體系進(jìn)行重構(gòu)。
超過900家的德國配電網(wǎng)運(yùn)營商運(yùn)營著超過178萬千米的電力網(wǎng)絡(luò)，其中多數(shù)是低壓網(wǎng)絡(luò)，連接著本地的配電網(wǎng)運(yùn)營商，最終并入高壓網(wǎng)絡(luò)。這種布局已經(jīng)存在了數(shù)十年沒有改變，這些傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是上個世紀(jì)設(shè)計的，并沒有考慮應(yīng)對大規(guī)模新能源并入、大量節(jié)能減排要求和新的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，所以配電網(wǎng)升級換代已經(jīng)刻不容緩。盡管技術(shù)落后，比如智能電表的比例極低，依舊存在手動抄表等場景，卻反而倒逼德國在市場設(shè)計上以靈活開放的理念去彌補(bǔ)技術(shù)產(chǎn)品的匱乏。在這一背景下，德國的配電網(wǎng)市場反而成了歐洲乃至全世界最具活力的開放性市場。
德國政府近年來不斷修改法律，促進(jìn)配電網(wǎng)側(cè)的規(guī)劃更新、價格信號引導(dǎo)，讓大家愿意投資配電網(wǎng)、愿意參加配網(wǎng)的各種收益型市場。在一個創(chuàng)新項目中，用戶側(cè)接受到來自電網(wǎng)中心調(diào)度室的數(shù)據(jù)處理結(jié)果，居民可以通過模擬指示器看到未來12小時內(nèi)預(yù)測的電價，該指示器用紅色、黃色、綠色來表示電能的價格變化。在允許的范圍內(nèi)，用戶可以自己通過智能手機(jī)提前決定啟用哪些設(shè)備。在這種情況下，用戶可以通過從電網(wǎng)得到的實時信息，制定更為靈活和復(fù)雜的負(fù)荷管理策略，而在電網(wǎng)的控制端，也可以根據(jù)用戶用電的反饋，提早計劃各個不同能源載體的接入。
實時在線，雙向互動，這就是最清晰有效的能源信息流。從2024年起，德國的電網(wǎng)運(yùn)營商將不再被允許拒絕接入新的熱泵或電動汽車私人充電設(shè)施，但他們將能夠在過載的情況下限制供應(yīng)，不再允許完全關(guān)閉可控消耗設(shè)備。這也適用于陽臺光伏發(fā)電和光伏系統(tǒng)的運(yùn)營商。
這個模式功率界限是4.2千瓦，任何高于這一數(shù)字的電力設(shè)備會被要求隨時被調(diào)整到4.2千瓦及以下。
聚沙成塔，每一粒沙子的最小顆粒度，目前就是4.2千瓦。
無限接入和可以操控，是解決用戶側(cè)圍墻問題的關(guān)鍵點。
打造能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈
在互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入能源行業(yè)之前，成熟的電力行業(yè)其實已經(jīng)達(dá)到了一個很高的境界：廠網(wǎng)分開，輸配分離，配售分開，現(xiàn)貨市場——這十六個字描述之下的電力生態(tài)圈非常健康，電廠與電網(wǎng)連接有序并且數(shù)字化、自動化程度很高，輸電網(wǎng)堅強(qiáng)智能，自動化和信息化水平也很高，成百上千的中小公司依托大的電力公司作為行業(yè)領(lǐng)頭羊進(jìn)行細(xì)分領(lǐng)域的耕耘，需求側(cè)響應(yīng)、能效管理、分布式能源站、多能互補(bǔ)等偏用戶側(cè)的技術(shù)層出不窮，十幾年來就沒停過。在如德國法國這樣市場化程度比較高的國家，OTT即過頂虛擬運(yùn)營業(yè)務(wù)（Over The Top）繁榮昌盛，電網(wǎng)公司們已經(jīng)被成功管道化，用戶都在互聯(lián)網(wǎng)小公司以及虛擬運(yùn)營商手里。
但自從2014年“能源+互聯(lián)網(wǎng)”高頻亮出后，電網(wǎng)公司高層們突然反應(yīng)過來，同樣是基礎(chǔ)設(shè)施的OT（運(yùn)營），無論是數(shù)字化還是通信系統(tǒng)，包括天然氣、水、熱等，運(yùn)營的條件和難度都是類似，還不如綜合到一起打穿互聯(lián)網(wǎng)的底部，把電力網(wǎng)與其他網(wǎng)整合在一起開展綜合運(yùn)營，如此一來效益倍增，同時提升競爭門檻，化解日進(jìn)斗金的互聯(lián)網(wǎng)公司搶奪地盤的憂虞。
配售電體系的變量就是電價。沒有高昂的價格就不會有用戶節(jié)能，沒有高低多變的價格就不會有用戶關(guān)注能效，沒有多元的電力產(chǎn)品和服務(wù)品種就不會刺激到用戶的多種需求，人類發(fā)明了復(fù)雜的電力市場就是用來應(yīng)對和調(diào)節(jié)市場的需求變化的。但目前的背景之下，無論是現(xiàn)貨市場，還是虛擬電廠、需求側(cè)響應(yīng)、儲能都只是加了新標(biāo)簽的電力系統(tǒng)場景下的生產(chǎn)工具。
未來，在以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)背景下，市場上會出現(xiàn)大量新型主體參與電力交易 ，通常有以下幾種：
專注于收購發(fā)電側(cè)電力并將電能在電力現(xiàn)貨、期貨以及場外交易市場交易的批發(fā)商。參與電力批發(fā)市場的角色中又有細(xì)分，譬如發(fā)電集團(tuán)的銷售部門和下屬營銷公司專注于提高電站的銷售收入并合理避險，而倒電商則希望能從市場的電價變化中投機(jī)并獲得收益，銀行和金融機(jī)構(gòu)作為做市商，起到了最高層級的風(fēng)險承擔(dān)作用。
專注于分析用電側(cè)負(fù)荷并管理客戶，通過不同的市場手段購買電能并制定終端電價銷售給客戶的零售商。客戶關(guān)系和定價就是此類售電商關(guān)注的核心。在自由市場中，零售商要對目標(biāo)客戶群體有深入的了解，產(chǎn)品設(shè)計與服務(wù)都要以客戶為導(dǎo)向。
幫助新能源電站銷售電力，以綠色電力為營銷重點的可再生能源直接上網(wǎng)售電商。該類電力貿(mào)易公司既需要管理眾多的分布式可再生能源電站，還要通過接入電力現(xiàn)貨市場和場外交易市場保證新能源電力銷售渠道的暢通，他們重視利用市場和氣象信息并投入大量的精力在預(yù)測和數(shù)據(jù)分析上。與可再生能源相關(guān)的業(yè)務(wù)受政策的影響比較大，但是在發(fā)展可再生能源的大環(huán)境和新能源電力銷售市場化的大趨勢下，這類公司也逐漸形成了獨有的商業(yè)模式。
集合了眾多電站、儲能及需求側(cè)管理資源并能快速響應(yīng)市場價格信號的虛擬電廠運(yùn)營商。該類公司是典型的以新能源為主的電力市場的后起之秀，卻有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?
在市場的作用下，顆粒度更細(xì)、時間更短的預(yù)測是為了在用戶側(cè)提供更靈活的服務(wù)可能，我們通常把電力公司稱為公用事業(yè)（Utility），它代表的是一種公共和基礎(chǔ)的底層服務(wù)，長久以來以賣電提供用電服務(wù)只是最簡單也是最直接的商業(yè)模式。
在這個生態(tài)圈里，電力公司類似大自然的搬運(yùn)工，生產(chǎn)電力的搬運(yùn)工，它將電力從電源輸送到千家萬戶，然后收取電費作為營收和利潤的來源。現(xiàn)在，越來越多的用戶擁有分布式能源、電動汽車、儲能，當(dāng)有盈余時，他們自然希望將電力賣給其他需要的人。電力消費者的消費模式和消費期待完全變了。當(dāng)這樣使用電力的人越來越多，當(dāng)可以提供的電力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實際需求時，賣電這個簡單有效的商業(yè)模式就走到了盡頭。
電力系統(tǒng)發(fā)展至新能源為主體后，人們希望的是電力公司從Utility變成Flexibility靈活性，即從一個公司變成一種服務(wù)的載體，從一份期待變成一種選擇。可以說在10年之內(nèi)，只要我們堅持新能源發(fā)展的方向不逆轉(zhuǎn)，這種新能源的不穩(wěn)定性必然通過配電網(wǎng)傳遞到售電側(cè)，最終要通過不同的投資組合產(chǎn)品來獲取用戶的利潤和黏合度。
我們必須明確地提出結(jié)論：以大數(shù)據(jù)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的售電服務(wù)平臺，將凝聚著電力領(lǐng)域最高的智慧勞動，同時伴隨著電動汽車、智能建筑、分布式能源和電力交易這些新生事物真正走進(jìn)千家萬戶面對終端消費者。在這個過程中，為用戶定制而生的靈活性就成為必然。
所以，定制的靈活性、精密的預(yù)期控制、復(fù)雜多元的市場交易產(chǎn)品組合，這一切都讓配網(wǎng)成為一個“永動機(jī)”，只要電能不停，配售電的重構(gòu)也永不停。我們不必糾結(jié)“永動機(jī)”的來源構(gòu)成是否合理，它代表的是面向未來的創(chuàng)新預(yù)期，“壓艙石”代表的是以不變應(yīng)萬變的拆解思路，而“永動機(jī)”代表的卻是順應(yīng)變化、以瞬息萬變?yōu)閼?yīng)對策略的新思路。
