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，只接收負荷，變壓器為普通配電網(wǎng)臺區(qū)變壓器，配以簡單的保護和自動化、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。
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”
嚴格意義上講，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”。
調(diào)頻市場
當一個電網(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的電廠，如燃氣輪機電廠。
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示范項目中進行了無功功率市場的模擬，其價格有時候能達到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，細胞電網(wǎng)、微電網(wǎng)對上級電網(wǎng)的電力進出口也可以看作是給配電網(wǎng)提供的靈活性。
我們首先要承認接入配電網(wǎng)的主體不再是單一的負荷消耗者，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)備與風機、光伏板、儲能裝置相連并實現(xiàn)控制，以達到優(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荷。同時還有更加開放的市場機制，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。是的，它將是“永動機”，能自主地應(yīng)對配電網(wǎng)用戶側(cè)任何細致入微的變化，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崱⒛茉?、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)濟機會的大幅增加?！?
嚴格意義上講，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，全球知名未來學家里夫金作為沃頓商學院畢業(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)的藍圖，而是以經(jīng)濟學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)學意義上的消納新能源，而是整個能源經(jīng)濟系統(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)的運營邏輯，以及對配售電體系進行重構(gòu)。
超過900家的德國配電網(wǎng)運營商運營著超過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)濟性指標，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)進入能源行業(yè)之前，成熟的電力行業(yè)其實已經(jīng)達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)頭羊進行細分領(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（運營），無論是數(shù)字化還是通信系統(tǒng)，包括天然氣、水、熱等，運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營，如此一來效益倍增，同時提升競爭門檻，化解日進斗金的互聯(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分，譬如發(fā)電集團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并獲得收益，銀行和金融機構(gòu)作為做市商，起到了最高層級的風險承擔作用。
專注于分析用電側(cè)負荷并管理客戶，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?？蛻絷P(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、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工，生產(chǎn)電力的搬運工，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。當這樣使用電力的人越來越多，當可以提供的電力遠遠超過實際需求時，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”，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”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”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。
