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深度|综合能源服务、储能、微网协同将产生何种巨大价值? 2019-01-15 15:52:50

摘要:随着我国能源转型的逐步加快,全球气候政策的逐步收紧,可再生能源技术成本的不断下降,超大规模电力系统的弊端也日渐显现。

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  随着我国能源转型的逐步加快,全球气候政策的逐步收紧,可再生能源技术成本的不断下降,超大规模电力系统的弊端也日渐显现。微能源网(简称“微网”)以绿色、低碳、高效的特点,同时满足电力用户日益多样化的用能需求,成为未来能源利用不可或缺的一种重要方式。
  我国的微网发展尚处于起始阶段,仍存在诸多问题,在相关领域急需做进一步发展研究,究竟能源市场化价格、基础设施放开、转供电服务、新旧利益主体资源再分配等改革“通病”对微网会产生什么影响?用户、服务商、供应商多方利益分配的有效模式应该如何构建?微网、储能、综合能源服务协同又将产生什么样的巨大价值?近日,本刊记者就相关问题采访了积成电子股份有限公司副总经理、积成能源有限公司总经理冯东。
  微网不能简单理解为微电网
  我国目前正处于能源转型的关键阶段,可再生能源开发规模不断扩大,装机占比持续提高,但由于可再生能源消纳市场不足,外送通道不畅等因素,电力供大于求的矛盾日益突出,可再生能源出力受限,弃水、弃风、弃光现象严重,如何保证消纳成为目前可再生能源发展亟待解决的难题。
  同时,能源资源分布的极不合理,也给能源消纳带来了重大难题。我国能源主要分布在西部,负荷中心却在东部。以电为例,煤炭基地在内蒙古、山西、甘肃、新疆,水电资源在西南、澜沧江、长江上游、雅鲁藏布江、三峡,负荷中心在东部。能源资源分布的极不合理造成了“北煤南运”、“西能东送”的一个格局。而且从区域电网结构考虑,每一个区域电网基本上也是“西能东送”,或者“西电东送”的布局。在这种背景下,具有安全、清洁、利用效率高等优势的分布式能源日益受到重视、发展潜力巨大。
  如何满足分布式能源对可靠性的要求以及对各种电力服务的要求?近年来探索出了一种新的分布式能源组织方式和结构——微网。
  微网是一种新型网络结构,由各种分布式电源、储能电源、负荷以及监控、保护装置组成。包含了分布式光伏、分散式风电、小型燃气轮机和蓄电池等微型电源形式的各种电源,还配备了能量管理系统,通过数据采集并连接到能量管理系统,可解决电压控制、潮流控制、保护控制等一系列问题。在微电网中有各种不同类型的负荷,需要采取不同的能源供应策略,并可同时满足用户对电能质量和供电安全等的要求。
  微网依其灵活的配置结构和方便的运行方式,在近年来得到广泛应用。它能在提高电力系统安全性和可靠性的同时,提高用户的供电质量和电网服务水平,促进可再生能源分布式发电的应用。
  记者在采访中了解到,微网和传统大电网的最主要区别是,微网可以对分布式能源进行就地消纳、就地平衡,同时也可以和大电网进行能量交换。
  冯东表示,微网不仅涉及到电能的生产与供应,同时还涉及供冷、供热和供汽等多种能源供给,因此微网不能简单地理解为微电网,而是微能源网。微网是分布式能源接入的有效方案,是人们利用新能源的一种重要途径,也是满足用户用能个性化需求和提高供能可靠性的关键。而微网的市场因投资者背景不同,定位也应有所不同,但整体上需要在市场化的竞争和政策支持上找到平衡点,这样才能更有力地发掘目前政策主导下的市场潜力。我国微网项目目前还处在示范阶段,很多技术性问题还需要做进一步研究,市场化进程步子还在缓缓迈开。
  技术不成熟和政策缺失是主要瓶颈
  记者在采访中了解到,微网的关键技术主要集中在五个方面:第一是分布式多能互补技术。微网的容量现在还没有一个完整的界定,从几十千瓦到几十兆瓦,所以运行方式要灵活,分布式电源要保证及时性和环保性;第二是控制保护技术。由于微网分布式电源在用户侧,所以过去传统的控制和保护技术有一些不适应微网发展运行的情况;第三是微网的储能技术。随着国内储能成本的逐渐降低,储能对分布式可再生能源平抑波动性,在峰谷差的调节过程中发挥了很重要的作用,目前储能之所以没有被广泛应用,主要是经济性能低。随着储能成本的下降以及储能技术不断的成熟,对平抑可再生能源波动性,提高经济性、灵活性,会发挥很重要的作用,这是其中的一项关键技术;第四是微网的能量管理技术。如何管理分布式能源,如何管理微网中的各类负荷调节,好的协调运行很重要,这是能量管理很重要的作用;第五,当多个微网之间形成微网群的时候,如何进行协调和控制?这也是微网当中的一项关键技术。
  微网的发展是电力市场化改革的产物,冯东认为,目前,微网接入主网以及微网内部设备成本较高,部分设备技术尚未达到商用水平(比如制氢设备、燃料电池等)、能源价格偏高、微网运维复杂、投资回报率低等问题,都在成为阻碍微网快速、健康发展的重要因素。
  2017年7月24日,国家发展改革委、国家能源局印发了《推进并网型微电网建设试行办法》,鼓励各地政府对微电网发展给予配套政策支持。这份文件对促进能源小型化、清洁化发展具有重要意义,在推进能源供给侧结构性改革,促进并规范微电网健康发展,引导分布式电源和可再生能源就地消纳,建立多元融合、供需互动、高效配置的能源生产与消费模式,推动清洁低碳、安全高效的现代能源体系建设具有重要的借鉴意义。
  尽管微网可以实现分布式能源的就地消纳转换,减少长距离输电带来的损失,提高供电的可靠性,但由于受制于增量配电改革、售电侧改革,以及电力市场化改革的推进进程,市场条件和相应政策仍显不足,“隔墙售电”依然停留在“幼稚期”。
  冯东告诉记者,目前,政策上还不支持能源的“跨墙交易”,即微网与微网外用户无法进行直接交易,并且终端用能市场尚未开放,这些都成为限制微网发展的瓶颈。
  从目前发展的情况来看,作为大电网的有益补充,微网同时也存在着从大电网购电或余电上网的需求,无论是与大电网进行电能交换,或是微网与其外部的“隔墙售电”交易,目前的交易和电价机制均不能满足微网发展的需要,仍需制定或调整相应的电价机制来规范微网的售电交易,包括实时电价机制、跨区交易电价机制、辅助服务电价机制等。同时,在能源交易中,售电侧改革同样影响微网的经营模式,放开售电对微网发展起到非常重要的促进作用。
  只有政策机制方面的系列问题彻底解决了,诸如出台实时电价机制、微网参与电力交易机制、微网参与辅助服务、需求侧管理等的价格机制和对微网融资、税收的支持政策,以及碳排、绿证等能源衍生品政策的真正落地,我国的微网才能真正的大规模、迅速发展起来。
  储能是硬件支持也是软件支撑
  经过近5年的快速发展,我国储能技术正从小容量小规模的研究与示范向大容量规模化应用发展。储能,作为一个新兴产业正在崛起。储能技术改变了电力工业即发即用的传统模式,使电力系统由原来的一组发电侧变量和一组用电侧变量组成的两组时刻保持平衡的简单系统变为三组变量平衡系统,从而使电力系统的平衡关系变得多样化,可选择控制、可最优化。储能技术因而成为未来能源结构转变和电力生产消费方式变革的战略性支撑。当前,储能在我国电力系统的细分领域应用,主要包括可再生能源接入储能、电网调峰/调频储能、配电侧分布式储能和用户侧分布式微网储能,储能在这些领域的应用具有直接和间接经济价值。
  储能是电力系统“采—发—输—配—用—储”的重要组成部分,是构建新能源微电网的基础。
  如今,储能技术已成为微网的核心技术之一,作为微网的重要单元,在微网发展中,既是物理形式的硬件支持,也是促进盈利的软件支撑。然而,由于核心技术、制造成本等因素仍未取得有效突破,加之电价机制和市场化政策仍未对储能产业发展产生利好,其商业模式仍处于单一峰谷差套利以及其他应用模式的“试错”阶段,对于微网发展的助力作用仍显薄弱。冯东指出,目前,我国储能技术除了在电池成本和寿命方面受到制约外,其商业模式也还停留在“吃电价差”的形式上。在作为独立的市场主体进入竞争性电力市场中,储能在参与辅助服务的价格机制上的缺失,以及电力调度在电网的不中立,都对其发展造成了影响。需尽快落实促进储能产业发展的政策及价格机制,使其对微网的发展带来稳定有效的推动作用。
  用户优先,微网或成下一个“蓝海”
  2011年8月,国网电科院微电网技术体系研究项目通过验收。该项目首次提出了我国微电网技术体系。截至目前,我国已经建设了一批微电网示范工程,这些微电网示范工程大致可以分为三类,边远地区微电网、海岛微电网和城市微电网。
  边远地区人口密度低、传统电网建设成本高、风光资源丰富,微网是解决当地供电问题的好方法。这些示范工程主要集中在西北部地区,如西藏阿里地区狮泉河微电网、西藏那曲地区丁俄崩贡寺微电网,以及内蒙古呼伦贝尔市陈巴尔虎旗微电网。
  我国拥有大量的海岛,许多岛上有居民居住,他们大多依靠柴油发电,但柴油发电供给时间有限,且运输成本高。这些海岛同样拥有大量的可再生能源,通过建设分布式微网,能够解决其缺电问题。这些示范工程大多集中在东南沿海,如广东珠海市东澳岛兆瓦级智能微电网,浙江东福山岛微电网以及海南三沙市永兴岛微电网等。其中,珠海东澳岛微电网项目的建成,解决了岛上长期以来的缺电问题,最大限度地利用了丰富的太阳能和风力资源,减少了柴油发电,使得其可再生能源发电比例由原来的30%上升到70%。
  我国中东部城市并不像边远地区以及海岛一样缺乏能源,因而其城市微网示范工程主要是试验,为今后微网建设提供经验。这些重点示范目标包括集成可再生分布式能源、提供高质量及多样性的供电可靠性服务以及冷热电综合利用等。这些示范工程有天津生态城二号能源站综合微电网、江苏南京供电公司微电网以及河北承德市生态乡村微电网等。
  无论是在离岸的海岛、偏远的边疆无人地区,亦或是在人群密集的都市楼宇、社区、工厂,人们越来越多地看到分布式能源应用的场景。记者在采访中获悉,过去5年,光伏发电的度电成本下降了50%以上,储能成本下降50%以上,这两项微网建设最重要的成本快速下降的趋势仍在持续中,预示着微网的时代正在一步步临近。
  冯东告诉记者,目前,我国微网的商业模式主要包括BOT、BOO、合同能源管理、PPP、BT、EPC等。在当前的政策下,应当如何挖掘微网的盈利空间?冯东认为,一是通过满足用户个性化的多种能源需求,提升能源附加值,向综合能源服务要效益;二是通过提升能源服务水平(增值服务等)要效益;三是通过共享经济,降低运维成本。
  据了解,微网的经济效益主要表现于多样化电能供给的可靠、安全、优质以及能源的高效利用等方面。目前主要研究集中在经济性设计和微电网运行的最优化。此外,从电能供应的角度来看,微网范围内包括发、配、售三个环节,在发电侧,微网主要以新能源和多能互补为主要支撑,在“531新政”出台以后,无论光伏和风电未来都会以平价上网的姿态融入系统,所以,新能源的补贴机制变化对当前微网的盈利模式也会产生影响。
  随着太阳能发电和储能等分布式能源领域的实质性进展,以及物联网环境为微网的发展创造的全新协作和优化能力,微网正在成为推动能源转型的催化剂,并有望在政策支持下迎来新的增长。在中国,微网正在进入新的增长期,也将日渐成为越来越多的市场主体进入电力世界的途径。
  本文刊载于《中国电力企业管理》2018年12期,作者系本刊记者