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数字化、碳中和 以及特斯拉的虚拟电厂

北极星储能网  来源:鱼眼看电改  作者:俞庆  2021/1/19 16:19:04  我要投稿  

北极星储能网讯:碳中和这个概念最近很热,我也来扯两句,专业性不够,请多多包涵。

(来源:微信公众号鱼眼看电改;作者:俞庆)

碳中和是能源发展的目标之一,不是全部

个人认为,我国能源中长期发展目标,是一个动态平衡的过程,既要绿色(碳中和),又要安全,还要经济。

碳中和是绿色发展指标,非常重要,但另外两个也很重要。

从静态的资产建设角度,绿色VS安全VS经济,似乎是一种不可能三角。

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两个目标叠加,是有解决方案的,比如既要绿色,又要安全,那么必须应对大规模风光并网带来的不确定性风险,比如电网扩容搞到N-1,N-2,上各种储能,然后火电给新能源兜底(新能源带基荷,火电去调频调峰)。

这么做的结果就是电价必然升高,经济性问题突出。

所以个人认为简单靠堆资产的方式,尤其是在集中式电源或者输变电环节(即供给侧)大规模的上风光或者储能,是无法在中长期维度上,解决绿色+安全+经济的多目标优化问题的。

需求侧可能是未来碳中和的主战场

原来的输变电系统,在设计时就不是为了大规模消纳可再生能源的,是一种“以产定销”的建设和运行模式,虽然会考虑负荷的情况,但是在平衡的时候,为了电力系统安全,发用之间产生矛盾时,一定是限制用,去确保发输,最典型的就是“有序用电”,甚至事故情况下的拉闸限电。

大规模风光集中式并网,带来的是巨大的系统不确定——原来只是一端不确定(负荷侧的波动性),现在变成的两端不确定,发电侧从发电计划运行,变成了靠天吃饭——如何在不抬高输配电价和上网电价的情况下去解决这个问题,这不是一个简单的技术问题,而是一个复杂的技术-经济-政治问题。

复杂问题求解,首先是分层,就是把问题在较低层次去解决,比如把这种复杂性限制在城市电网、园区电网去解决,然后是解耦,就是把需求侧和供给侧解耦,能否在需求侧小范围实现自平衡,然后再上一个层次自平衡,逐层平衡,层间松耦合。

所以个人认为,未来大规模的分布式+负荷侧管理(需求响应和能效优化)+微电网+分布式储能,将可能是成为碳中和的最主要手段,然后再到大电网去平衡负荷和电源。

从经济的角度来说,在最靠近负荷的地方直接消纳可再生能源,至少可以省掉2毛钱/度的输配电价,而且消纳的价格是销售电价而非上网电价,最利于投资收益。从技术的角度来说,大量分布式就近消纳+储能+负荷曲线价格响应,最后负荷曲线可能较为理想,对电网冲击最小。

下图是特斯拉在国外做的一个虚拟电厂案例:

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用户初始的负荷曲线是灰色实线,而通过虚拟电厂的调度,把负荷曲线变成和灰色的虚线,并且实现了绿色电力的最大消纳。

需要说明的是,这个虚拟电厂还没有更进一步做到负荷控制,只是根据负荷曲线和价格型号,把储能+分布式光伏+充放电控制策略结合起来了,所以实际负荷曲线还有进一步优化的可能。

需要说明的是:这是一个多用户、多个分布式光伏项目联合调度的案例,不是单个用户。

电力行业的发展重心,将从发输转向配售用

如果传统火电企业看到这条灰色的虚线——虚拟电厂场景下的实际负荷曲线,估计会心里一凉,因为这个曲线和电价曲线对应下,基本上大电源是赚不到钱的。

电网企业估计也会心里一凉,不需要那么多投资了。

个人认为,如果碳中和的主战场移到了需求侧,那么整个电力行业的发展重心,也将从发输,转到配售用。

所谓一转百转,很多东西可能就不一样了。比如原来发电企业只要把电网伺候好就可以了,现在得自己去做下沉市场——需求侧、负荷侧的用户了。

电网企业原来的统购统销模式,不仅被电改政策所打破,也在物理上被打破,当在配网里出现了一大堆做虚拟电厂的、做共享储能的、做分布式隔墙售电的,能够到110kV及以上去交易的负荷,将会是怎么样的一种曲线?

技术范式—组织范式—商业范式都将发生变化。

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至少我认为,电网公司总部的专家领导们,内心早就认识到这一点了,无论是国网提出的“能源互联网企业”,还是南网的“五者三商”转型,一直到所有能源企业关注的综合能源服务转型,其实都是在顺应这个大趋势而已。

数字化的价值

虽然现在所有能源大企业都在谈数字化转型,但是我认为数字化的不同的范式里,价值是完全不同的。在大机组+大系统的时代,集中式管理的数字化,更多的是管理价值的提升,从部门信息化,到班组信息化,到现场自动化,再到集团信息化,运营精益化管控,本质上是打破原有的信息不透明,实现管理效率提升,本质上是一种财务价值驱动的数字化——所有的数字化手段,都是以劳动生产率提升为目标,否则就是假的数字化。

但是在以中低压配网为基础,以双向潮流,互动协作的虚拟电厂为特征的需求侧、负荷侧数字化,出发点就不是单纯的一家企业财务成本最优为目标,而是多市场主体的整体效益最优为目标。

而这个目标,取决于如何解决可再生能源出力、负荷曲线、价格信号的多重不确定性,即实现绿色+安全+经济的最优平衡,而不是混乱。

所以我个人认为这才是数字化在需求侧的第一性原理:

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当能源物理系统的不确定性上升(尤其是碳中和带来的风光不确定性)——即能源物理系统的热力学熵增,那么只有通过能源数字化的信息化熵减才能去平衡,使得能源信息物理系统整体是熵减的。

特斯拉开发了自己的虚拟电厂平台——AutoBidder。

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(图片来自特斯拉公司的技术介绍)

用双向的控制,以社区配电网为单位,把分散式的源网荷储充都纳入进来,实现了上述的虚拟电厂控制。

(图片来自特斯拉公司的技术介绍)

看到这里大家可能会有点理解Musk的那句话了:特斯拉是一家能源公司,特斯拉汽车只是能源公司的一个产品而已。

特斯拉的AutoBidder(这平台的名字叫做自动投标,说白了以后就是参与辅助服务或者市场投标的),基本上已经处于商业验证阶段,如果我没记错的话应该是在澳洲做的项目,目前已经有若干场景,比如集中式风光+集中储、单用户光储充、多用户光储充等等。

但是特斯拉的主要目标很明确,就是冲着需求侧去的,毕竟它的SolarCity光伏系统、PowerWall储能、特斯拉电动车和充电桩都是分布式的资产。

而且最具有震撼力的一点是,特斯拉玩的是颠覆式——它的Autobidder架构全部采用开源协议,不是传统电力系统的IEC协议,或者工业自动化协议,Musk认为这些都已经老了,对行业的壁垒保护已经阻止的创新,要实现低成本的数字化,必须基于互联网的开源架构——这个玩法,Musk在SpaceX的航天系统,以及特斯拉的车载系统里都采用了,比如SpaceX直接用了商用计算机架构,把载人航天的任务控制系统成本下降了1000倍。

在涉及人命的航太系统里,经过测试验证都敢不用航天军标,在电力系统更是用开源打封闭——很轻量化而且非常快的部署迭代。

当然,由于中国目前的市场化水平,电价还不能充分波动,所以大家也不用特别惧怕特斯拉。只不过某些花了几千万上亿,用了传统架构,还号称很数字化转型的企业,可能要思考下,目前的技术是不是代表未来,是不是代表了战略转型的方向,或者是给领导汇报很好看的“数字化转型”。

总之,趋势已经出现了,如果说电动汽车领域,蔚来、小鹏都是跟着特斯拉跑的,那么特斯拉在虚拟电厂和需求侧开源创新的领域,是不是也很代表了未来的方向呢?

值得我们进一步深思。


原标题:数字化与碳中和,以及特斯拉的虚拟电厂

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