中國儲能網(wǎng)訊：2017年4月24-26日，第七屆中國國際儲能大會在蘇州香格里拉酒店圓滿召開，來自中、美、英、德、澳、日、韓等國家的1400余位嘉賓到場參會。大會共邀請140余位行業(yè)專家與企業(yè)代表，圍繞產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)話題，發(fā)表了一系列精彩演講，中國儲能網(wǎng)將向讀者傳遞本次大會最具價(jià)值的聲音。
大會期間，清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院大數(shù)據(jù)平臺研究室主任高峰，在“電改&智慧能源專場”，以《能源互聯(lián)網(wǎng)與售電市場機(jī)制研究》為題發(fā)表演講，現(xiàn)將演講主要內(nèi)容發(fā)布，以饗讀者。
清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院大數(shù)據(jù)平臺研究室主任高峰
高峰：很榮幸來到這里跟大家分享和交流，我今天講座的題目是能源互聯(lián)網(wǎng)與售電改革研究，我是做電力系統(tǒng)出身，電力系統(tǒng)分析、優(yōu)化還有電力市場技術(shù)支持系統(tǒng)，包括能源大數(shù)據(jù)，包括現(xiàn)在的能源互聯(lián)網(wǎng)。前面很多專家對能源互聯(lián)網(wǎng)的一些理念，做了精彩的介紹和分享，我在這邊想對理念提一下，同時(shí)也提一下跟能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的優(yōu)化技術(shù)。但是在一開始的時(shí)候，我想回顧一下能源互聯(lián)網(wǎng)這個(gè)概念的發(fā)展歷程。能源互聯(lián)網(wǎng)這個(gè)概念，最早是由美國的科技作家里夫金提出的，這個(gè)概念最早來自于信息互聯(lián)網(wǎng)，通過信息互聯(lián)網(wǎng)我們每個(gè)人都可以成為信息的生產(chǎn)者和消費(fèi)者，我昨晚來到蘇州時(shí)間比較晚，通過互聯(lián)網(wǎng)我可以叫一個(gè)滴滴專車，通過百度訂一個(gè)晚飯，通過高德地圖找到酒店，互聯(lián)網(wǎng)信息給我的生活帶來了非常大的方便。
同時(shí)我也作為一個(gè)信息的創(chuàng)造者，我也可以把我的研究成果分享給所有的聽眾，通過論文、郵件的方式分享出來。在互聯(lián)網(wǎng)的平臺下，每個(gè)人都成為了信息的生產(chǎn)者，也成為信息共享的受益者。里夫金就從這個(gè)角度出發(fā)，他想我們的能源和電力也可以通過能源互聯(lián)這個(gè)平臺，每個(gè)人都成為能源的生產(chǎn)者和消費(fèi)者，可以把自己的生產(chǎn)的能源交易給自己的鄰居，讓其他人受益。
這個(gè)與分布式、光伏本身是一致的，分布式的邊際成本就是零。能源互聯(lián)網(wǎng)這個(gè)概念清華大學(xué)研究院做了一個(gè)研究，它是能源生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)、儲存，還包括能源市場這樣一個(gè)能源發(fā)展的新業(yè)態(tài)，當(dāng)然它有很多特點(diǎn)，也比較復(fù)雜。本質(zhì)是從信息分享的概念出來的。
為什么要提出能源互聯(lián)網(wǎng)？很簡單，從這方面講，第一，現(xiàn)在的能源生產(chǎn)模式是不可持續(xù)的。石能源終將枯竭，我們的煤、石油、天然氣按照現(xiàn)在的速率開采，可能不到一百年就沒有了。第二能源使用效率偏低，單位GDP能耗是世界平均水平的2.5倍，比發(fā)達(dá)國家更低。第三點(diǎn)就是能源行業(yè)本身內(nèi)向保守，競爭力差，電、冷、熱、氣部門并沒有打通，所以我們要通過能源互聯(lián)網(wǎng)推動能源的轉(zhuǎn)型升級。
談到了什么是能源互聯(lián)網(wǎng)，我們研究院總結(jié)出來能源互聯(lián)網(wǎng)三個(gè)層次，首先我們有個(gè)概念，有了里夫金的遠(yuǎn)景，究竟什么是能源互聯(lián)網(wǎng)，首先它是一個(gè)物理互聯(lián)的平臺，就像信息互聯(lián)一樣，你沒有平臺是不行的，能源互聯(lián)網(wǎng)本身第一個(gè)層次就是多能協(xié)同的能源網(wǎng)絡(luò)，首先要能夠把冷、熱、電、氣多種能源打通，在這個(gè)基礎(chǔ)上我們才能實(shí)現(xiàn)愿景。
光有物理的網(wǎng)絡(luò)，物理的設(shè)備、物理的信息是不夠的，我們還需要把物理設(shè)備智能的管理起來，所以第二個(gè)層次就是信息物理系統(tǒng)，CPS，相當(dāng)于是一個(gè)大腦神經(jīng)系統(tǒng)，把所有的設(shè)備包括我們電力，包括其他能源行業(yè)有效的管控起來，最大限度發(fā)揮它的價(jià)值，這是一個(gè)信息問題，在這之上第三個(gè)層次，就需要一個(gè)創(chuàng)新的運(yùn)營模式。我們有了物理基礎(chǔ)，有了信息系統(tǒng)，我們還需要創(chuàng)造一種模式，能夠吸引客戶，去參與到能源互聯(lián)網(wǎng)的事業(yè)當(dāng)中來，這個(gè)是非常非常重要的。所以我們從這三個(gè)角度，結(jié)合里夫金的遠(yuǎn)景定義了能源互聯(lián)網(wǎng)的概念。我們研究院在能源互聯(lián)網(wǎng)推動這個(gè)領(lǐng)域，還是相對走在前列的。在這里代表研究院介紹一下我們的歷程，我們是2015年4月成立的清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院，牽頭完成了國家能源局的國家能源互聯(lián)網(wǎng)行動計(jì)劃戰(zhàn)略研究計(jì)劃，關(guān)于推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見。到今年我們是研究院成立兩年了，我們已經(jīng)成立了十個(gè)研究中心，我們的員工很多都是有博士學(xué)位、碩士學(xué)位，包括海外的研究背景。
這是我們研究院的發(fā)展歷程，2014年正式批準(zhǔn)成立能源互聯(lián)網(wǎng)研究院這樣一個(gè)請求，2015年4月正式成立，然后我們協(xié)助能源局主導(dǎo)編寫了《關(guān)于推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》，我們也主導(dǎo)編寫了《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計(jì)劃（2016—2030）年》中能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和先進(jìn)電網(wǎng)技術(shù)部分?，F(xiàn)在正在協(xié)助能源局在推進(jìn)國家能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)及創(chuàng)新聯(lián)盟的建設(shè)。
提到能源互聯(lián)網(wǎng)本身，它是一個(gè)新業(yè)態(tài)，它與傳統(tǒng)能源生產(chǎn)、傳輸、儲存、銷售分不開，同時(shí)與市場化機(jī)制也分不開的，所以下面我要談一下針對電改我們的一些工作。
自從上世紀(jì)九十年代，歐美很多國家開始了以打破壟斷，增加效率為目的的電力體制改革，我們國家第一輪電改是在02年，以5號文為標(biāo)志，經(jīng)過14年的發(fā)展，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了輸配分開這樣一個(gè)形式，在2015年的形式，國家出臺了9號文，這輪電改的核心總結(jié)一下，是管住中間，放開兩頭，長期以來購售電價(jià)差模式轉(zhuǎn)變成核定利潤形式，要建立公平、高效、適合我國實(shí)際情況的市場體系，組建功能相對獨(dú)立的交易機(jī)制，發(fā)用電計(jì)劃改革與市場建設(shè)并舉，售電側(cè)改革可以推動社會資產(chǎn)進(jìn)入到售電領(lǐng)域。預(yù)期的效果就是要打一個(gè)攻堅(jiān)戰(zhàn)，短期見成效，長期建機(jī)制。
這是當(dāng)前電力市場化改革的試點(diǎn)示例，比如京津唐區(qū)域電力市場示例，廣東已經(jīng)成功的實(shí)現(xiàn)了月度集中競價(jià)交易，目前在推動現(xiàn)貨市場交易，包括蒙西電網(wǎng)現(xiàn)貨市場的交易，山西電網(wǎng)現(xiàn)貨市場的交易，還有輔助服務(wù)市場，主要在東北地區(qū)實(shí)行，華北地區(qū)也在進(jìn)展。
下面是我們研究院主要參與的，包括牽頭參與。這里面很重要的一點(diǎn)，關(guān)鍵是現(xiàn)貨市場，因?yàn)殡娏灰纂p邊交易、中長期交易這個(gè)由來已久，自從電力系統(tǒng)有調(diào)度，形成區(qū)域調(diào)度這樣一個(gè)概念之后，電網(wǎng)之間和區(qū)域電網(wǎng)之間的交易是一直就有，A與B可以簽訂一個(gè)長期協(xié)約，也許沒有進(jìn)行市場化交易，但是這種協(xié)約式的，通過傳輸線輸入電能這樣的機(jī)制是由來已久的，不是什么新鮮事，所以真正的電力市場從狹義上講，國際上比較流行的電力市場指的實(shí)際上是現(xiàn)貨市場，包括日前、實(shí)時(shí)，這個(gè)是真正的狹義理解的電力市場。現(xiàn)貨市場在中國現(xiàn)在還沒有真正實(shí)現(xiàn)，但是廣東這邊已經(jīng)開始推動了。
開展下一步現(xiàn)貨市場交易的基礎(chǔ)有哪些呢？首先我認(rèn)為是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)日趨成熟，可以完成電力系統(tǒng)自動化控制，電力系統(tǒng)量測技術(shù)，可以在5到15分鐘時(shí)間之內(nèi)測量各種數(shù)據(jù)，并且完成出清計(jì)算，這是有技術(shù)基礎(chǔ)的，否則我們就在空氣中談現(xiàn)貨市場。然后要有完善的理論支撐，這個(gè)理論主要有兩個(gè)，一個(gè)叫節(jié)點(diǎn)，邊際電價(jià)理論，后面我會稍微談一下，還有一個(gè)就是解決電網(wǎng)阻塞的金融輸電權(quán)理論。有了這個(gè)理論再有我們實(shí)際的技術(shù)基礎(chǔ)，那我們就可以下一步推動現(xiàn)貨市場。
重點(diǎn)再談一下售電公司在電力市場改革的機(jī)遇和挑戰(zhàn)的，因?yàn)槭垭娛袌鰧?shí)際上是這輪電改的熱點(diǎn)，因?yàn)檩斉潆姼母锏脑捤鼤驖u進(jìn)，但售電側(cè)改革我們還是發(fā)展的非常快的。
機(jī)遇對售電公司來說，社會資本在本輪電改中，可以向傳統(tǒng)的發(fā)電公司一樣，他可以申請成立售電公司，開展售電業(yè)務(wù)，提供增值服務(wù)和社會普遍服務(wù)。售電公司作為新的市場主體，需要探索新的市場機(jī)制和運(yùn)營模式。售電公司在市場化條件下它需要單獨(dú)承擔(dān)由于供給需求、波動造成的風(fēng)險(xiǎn)，有機(jī)遇也有挑戰(zhàn)。我們理解售電公司有哪些經(jīng)營模式呢？在新的市場環(huán)境下，首先它可以參加批發(fā)電力市場交易，這個(gè)在廣東已經(jīng)開始了，全國現(xiàn)在有六千多家注冊公司，很多參與在廣東市場的中長期雙邊交易，當(dāng)然我們現(xiàn)在在推進(jìn)現(xiàn)貨市場交易，售電公司作為一個(gè)中級商，他需要參與多種市場，在多種市場中做交易，這是它的盈利模式?，F(xiàn)貨市場電能交易和輔助服務(wù)市場，這是一個(gè)聯(lián)動的過程，這是我們將來發(fā)展的一個(gè)模式。
同時(shí)售電公司在零售市場上，它會服務(wù)于它的客戶，他可以做電力的銷售，同時(shí)還可以提供很多增附加增值服務(wù)，比如個(gè)性化套餐、綜合節(jié)能化管理，提供高品質(zhì)的優(yōu)質(zhì)電力服務(wù)。
現(xiàn)貨市場最重要的原理，就是節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)，發(fā)電公司和售電公司向系統(tǒng)運(yùn)營商提交各自的投標(biāo)和報(bào)價(jià)，系統(tǒng)運(yùn)營商獨(dú)立于其他所有市場成員，在計(jì)及輸電網(wǎng)絡(luò)安全約束的前提下，按照最優(yōu)經(jīng)濟(jì)效率原則確定中標(biāo)的投標(biāo)和報(bào)價(jià)，實(shí)現(xiàn)市場出清。在節(jié)點(diǎn)上，當(dāng)你增加了單位的用電量的時(shí)候，系統(tǒng)以最經(jīng)濟(jì)的手段重新調(diào)度系統(tǒng)增加的成本，這個(gè)很合理。某一個(gè)用戶或者某一個(gè)廠商，你造成了系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行成本的增量，這個(gè)就應(yīng)該是你付給系統(tǒng)的價(jià)格，就是你所在的這個(gè)點(diǎn)，這個(gè)時(shí)間段現(xiàn)貨的價(jià)格。現(xiàn)貨市場的價(jià)格可以分成三部分，一部分是來自于發(fā)電機(jī)，發(fā)電成本。第二部分是輸電網(wǎng)絡(luò)，阻塞的成本，第三部分是由網(wǎng)絡(luò)損失造成的成本，這背后是有嚴(yán)密的理論基礎(chǔ)的。
這里面有一個(gè)例子，我們要談一些理念，同時(shí)還要談一些具體的技術(shù)。比如A和B兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，兩個(gè)發(fā)電商，一個(gè)售電公司，需求側(cè)，我們通過節(jié)點(diǎn)電價(jià)的邊際理論，我們可以計(jì)算出它的最優(yōu)調(diào)度成本，左邊那個(gè)可能是25元兆瓦時(shí)，右邊可能是35元兆瓦時(shí)，這就是最基本的節(jié)點(diǎn)電價(jià)理論帶給我們的結(jié)果。電價(jià)是你在網(wǎng)絡(luò)中所處的位置和你使用的時(shí)間是息息相關(guān)的，有了這套理論我們可以建立完善的實(shí)時(shí)市場。
售電公司如何參與電力現(xiàn)貨市場的交易，你參與到現(xiàn)貨市場，那你要面臨現(xiàn)貨市場波動的風(fēng)險(xiǎn)，市場上會提供一些金融工具幫助你避險(xiǎn)，比如我說到的差價(jià)合約，買方和賣方實(shí)先簽訂一個(gè)價(jià)格，雖然現(xiàn)貨市場有很大的風(fēng)險(xiǎn)，但是我們可以通過一個(gè)機(jī)制簽訂一個(gè)合約，定一個(gè)價(jià)格，明天多退少補(bǔ)，這就是差價(jià)合約。
說完這些理論，再提一下美國德州的電力現(xiàn)貨市場的框架，這里面你可以看到，下面這一層，左邊的是發(fā)電公司與輸配電公司廠網(wǎng)分家了，中間是輸配電公司，后面是用戶，ERCOT實(shí)際上是一個(gè)交易的中心，由它來負(fù)責(zé)管理美國德州電力市場，參與市場的成員包括代表客戶的售電公司，代表發(fā)電公司的廠商，他們代表發(fā)售電公司參加了批發(fā)點(diǎn)的市場里面，同時(shí)他們的行為又受到電力監(jiān)管部門PUCT的管理，這是美國電力現(xiàn)貨市場的結(jié)構(gòu)。
它這里有哪些市場過程呢？主要有實(shí)時(shí)市場，可靠性機(jī)組組合、日前市場、輸電權(quán)拍賣市場。
談到了現(xiàn)貨市場，售電公司的一些經(jīng)營模式，再談一談儲能。儲能相對來說，以儲能和一個(gè)天然氣發(fā)電廠對比，天然氣發(fā)電廠相對于燃煤發(fā)電廠它的價(jià)格是比較貴的，經(jīng)常是在尖峰負(fù)荷時(shí)刻快速啟動一臺燃?xì)獍l(fā)電機(jī)，滿足負(fù)荷的突變，但是它的成本是比較高的。并且它啟動了天然氣發(fā)電機(jī)一般叫非最優(yōu)調(diào)度。同時(shí)如果你的燃?xì)鈾C(jī)，你需要它給你做備用，也需要成本，同時(shí)燃?xì)鈾C(jī)會產(chǎn)生污染。
還有儲能，響應(yīng)速度很快，甚至到秒級，超過了燃?xì)鈾C(jī)。調(diào)度的靈活性更大，它可以由生產(chǎn)商和用戶的雙重性，在需要的時(shí)候發(fā)電，在發(fā)電過剩的時(shí)候可以作為負(fù)荷來吸收電能，它沒有直接的污染。
儲能在現(xiàn)貨市場的潛在商業(yè)模式，國外對儲能比較實(shí)際的商業(yè)模式主要是輔助服務(wù)，當(dāng)然儲能也會提供電能，儲能有很多種，如果我們談儲能是抽水蓄能電站這樣的儲能，當(dāng)然可以提供大量的電能。但是作為一個(gè)電池來講，幾兆瓦，幾十兆瓦，在電網(wǎng)當(dāng)中它的容量是很小的。所以更多的時(shí)候它提供的是輔助服務(wù)，系統(tǒng)快速增長的時(shí)候，或者系統(tǒng)出力大于負(fù)荷的時(shí)候，這個(gè)時(shí)候你需要動用電池來幫你平衡這個(gè)系統(tǒng)，這是一種輔助服務(wù)。
比如調(diào)峰服務(wù)，就包括負(fù)荷快速變化的時(shí)候，或者突然出現(xiàn)故障的時(shí)候，一些發(fā)電機(jī)突然掉線了，我們需要快速提供能量，包括做一些削峰填谷的作用。
第二個(gè)是調(diào)頻，這個(gè)有點(diǎn)像傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的AGC調(diào)，包括超級電容、飛輪儲能，響應(yīng)速度非常快，非常天然的良好的這樣一種調(diào)頻的裝置。
第三種可以做用戶側(cè)的峰谷差套利，arbitrage，電價(jià)高的時(shí)候我可以放電，夜晚電價(jià)比較低的時(shí)候可以充電，然后在這里面套利。這個(gè)量會有多大呢？要取決于我們的系統(tǒng)狀況。
輔助服務(wù)和電能是息息相關(guān)的，提供一個(gè)兆瓦的電能，可能就會少提供一個(gè)兆瓦的輔助服務(wù)，這兩個(gè)量是息息相關(guān)的，不能分開考慮。而我們剛才提到了儲能可能提供這三種不同的服務(wù)，也需要聯(lián)合考慮。儲能怎么樣利用它來提供所謂的調(diào)峰、調(diào)頻還有套利。
具體談?wù)勎覀冊趺礃幼龇抡婧蛢?yōu)化，我們使用的是隨機(jī)動態(tài)規(guī)劃的技術(shù)，我們把儲能隨時(shí)間變化的價(jià)值，什么時(shí)候你應(yīng)該作為發(fā)電機(jī)出力，什么時(shí)候作為負(fù)荷充電，什么時(shí)候你要保持你最優(yōu)的SOC，充電狀況，這是一個(gè)非常復(fù)雜的，所謂的隨機(jī)優(yōu)化過程。
我們提出一個(gè)方法，通過仿真它的價(jià)值函數(shù)，因?yàn)樗膬r(jià)值V，在這里是未知的，我們不知道是什么樣的狀況。但是我們用一些相對線性獨(dú)立的函數(shù)關(guān)系，通過一個(gè)線性擬合的方式把它表達(dá)出來，然后我們的目標(biāo)就是在儲能運(yùn)行或者市場運(yùn)行這個(gè)時(shí)間，T這個(gè)大的范圍內(nèi)來優(yōu)化表現(xiàn)，何時(shí)應(yīng)該充電充多少，何時(shí)放電放多少，這樣一個(gè)過程。
這是我們的一個(gè)計(jì)算結(jié)果，我們采用了一些在國外的，像剛才有位老師提到的，你可以實(shí)時(shí)的去美國電力市場的網(wǎng)頁，看到他們的電價(jià)信息，負(fù)荷信息，我們考慮兩種情況，一種是儲能與可再生能源獨(dú)立進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度的時(shí)候，我們來算它的優(yōu)化調(diào)度效益的成本。第二就是儲能和可再生能源聯(lián)合優(yōu)化，并且考慮到儲能不僅能夠提供能源，也可以提供三種不同的輔助服務(wù)，在綜合考慮這些因素的過程中進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，使它的優(yōu)化成本得到改善。
這里面我從一個(gè)大的角度，能源互聯(lián)網(wǎng)的概念講起，講到電改，最后講一下售電公司在電改里的盈利模式，包括利用儲能來實(shí)現(xiàn)自己的收益。
我的演講就到這里，謝謝大家。
（本文根據(jù)現(xiàn)場錄音整理，未經(jīng)本人審核）
