上海交通大學(xué)電氣工程學(xué)院教授何光宇發(fā)表了名為《電力系統(tǒng)靈活性提升機理及儲能容量配置方法》的主題演講。
何光宇：今天跟大家匯報的題目是《電力系統(tǒng)靈活性提升機理及儲能容量配置方法》，這是我們在實際研究里面的一點心得和體會。
我個人認(rèn)為，電力系統(tǒng)靈活性現(xiàn)在非常匱乏，如果要提升，我們整個新型儲能如果要高質(zhì)量的發(fā)展，乃至光伏要發(fā)展，實際上秘訣就是11個字，從要我儲能變?yōu)槲乙獌δ?。我今天會圍繞這個主題展開。
背景是雙碳的戰(zhàn)略，在快速的發(fā)展，這里面我有幾個認(rèn)識，我認(rèn)為如果說前30年我們說主要任務(wù)是“建設(shè)新能源”，后30年主要任務(wù)是“消納新能源”。
消納新能源，我覺得主要是要看儲能、看廣義儲能，看虛擬電廠。與新能源相比，廣義儲能可能依托大云物智移等技術(shù)，可以以數(shù)字化的形式為各行各業(yè)賦能，具有更大的想象空間，也就是說我認(rèn)為儲能不光是本體，而且以它為中心或者是聯(lián)合其它的分布式光伏，會構(gòu)成一個數(shù)字化的生態(tài)。
我想給大家分享的是我們第二點認(rèn)識，儲能本質(zhì)。我們認(rèn)為時間自由即儲能，儲能本質(zhì)上我們認(rèn)為只是在時空方面的一個移動，特別是一方面的挪動，任何的具有靈活性的，你可以在時間上面排程的都可以稱之為儲能，當(dāng)然最本質(zhì)的還是化學(xué)儲能這些工作，但是我們像工廠產(chǎn)線的制造，或者是來自辦公場所或者是家庭場所很多具有靈活性的措施，比如說你洗衣服早點洗晚點洗，充電早點充晚點充這個都是時間的靈活性，也可以看作是儲能。
第三個認(rèn)識：園區(qū)是靈活性資源集聚地。園區(qū)是能耗密集，碳密集的地方，毫無疑問就是國家雙碳戰(zhàn)略的主戰(zhàn)場，同時我們說剛才講的有很多分布式能源資源，在這個里面我們說毫無疑問像光伏、儲能也會快速地進入整個會構(gòu)成一個在我們應(yīng)用生態(tài)里面，我認(rèn)為是最重要的生態(tài)，某種意義上我認(rèn)為到2030年之前所有的園區(qū)都值得重做一次，也必須重做一次。首先里面會有光、儲、充，還有園區(qū)里面的各種建筑，往低碳建筑必須具有負荷條件的能力，所有的這一切都需要大的系統(tǒng)連接起來。
我們現(xiàn)在給大家匯報何謂靈活性？現(xiàn)在最典型的“鴨子曲線”，出現(xiàn)在美國加州，本來白天是高峰的時候，由于光伏大量的出現(xiàn)之后，所以這個曲線形狀就像鴨子一樣，近年來可能情況愈演愈烈，鴨子曲線已經(jīng)變成峽谷曲線，一到早上急劇的下降，晚上就快速的爬升，這讓電力系統(tǒng)變得非常的艱難，我們想的這個還僅僅只是開始，我們新能源還沒有到40%、50%、60%、80%，現(xiàn)在就已經(jīng)有這個問題了。今年在山東五一的負電價，在歐洲也是頻頻出現(xiàn)各種負電價，這無一不說明我們的本質(zhì)出了大問題，我們認(rèn)為必須把這后面的本質(zhì)問題抓到手才可以做好。
什么是靈活性？根據(jù)北美電力可靠性委員會，靈活性是消弭負荷需求變化的能力，這里面有兩塊，一個是確定性變化，一個是不確定性變化，像這些虛線重影的部分是不確定的部分。
現(xiàn)有的是想方法，我們說既然變化這么劇烈，那我就需要更多的靈活性來給你加以彌補，所以這里簡單的我從通俗的角度講一下我們的理解，我認(rèn)為出現(xiàn)這個的原因還是新型電力系統(tǒng)出現(xiàn)，電源結(jié)構(gòu)發(fā)生了顛覆性的變化，就是在原來的電力系統(tǒng)里面，火電同時能提供電量調(diào)節(jié)能力，現(xiàn)在新能源只能提供電量，調(diào)節(jié)能力實際上可能就沒有辦法補充了，這一塊就變成了儲能或者是虛擬電廠的天下，所以這個也是為什么儲能和虛擬電廠由此重要的本質(zhì)原因。
由于我們說新能源最終的發(fā)電的邊際成本是趨于0的，未來光電價這一塊會持續(xù)的下降，但是調(diào)節(jié)能力能不能趨于0？如果能源價格居高不下，整個的社會發(fā)展都會受到很大的制約，我們認(rèn)為能源的價格可以是比較穩(wěn)定，或者是穩(wěn)定往下走，不會往上走，如果往上走整個社會就發(fā)展不起來了。
靈活性為什么如此重要？其實剛才已經(jīng)基本上解釋了，我再補充一下，在既有電力系統(tǒng)下主力能源是水電和火電，他們既提供電能，也提供調(diào)節(jié)能力，也就是調(diào)節(jié)能力是充裕的，廉價的，因此也就可以被忽略，實際上也就被忽略了，是不需要被明確的定義計量作為商品，而在新型電力系統(tǒng)下主力是光伏，只能提供電量，提供不了調(diào)節(jié)能力，所以調(diào)節(jié)能力是稀缺的不能忽略，必須被明確的定義計量作為商品，而這一點目前正好是問題的癥結(jié)所在，當(dāng)?shù)卦趺从嬃浚康降自趺礃幼鳛樯唐罚?br />
我們現(xiàn)在講第三點，為什么現(xiàn)有機制難以提升靈活性？美國加州市場提出的靈活爬坡產(chǎn)品FRP為代表，實質(zhì)是應(yīng)對的負荷預(yù)測誤差引起的備用容量，是針對不確定性變化產(chǎn)生的靈活性需求，并且作用也是存在比較大的爭論，目前是無法表征應(yīng)對確定性變化所做的這么一個靈活性貢獻。
我們也說“鴨子曲線”的本質(zhì)并不是預(yù)測誤差造成的，是由于電力系統(tǒng)缺乏應(yīng)對負荷在連續(xù)時間段上確定性變化的能力，像我們右邊這幾個圖里面，實際上我們說如果根據(jù)這幾個曲線的對比，有的發(fā)電商情況相同，有的不一樣，通俗的看也不完全一定對，我們首先認(rèn)為這幾個發(fā)電樁在靈活性貢獻方面肯定不一樣，這些不一樣實際上目前我們需要有一套科學(xué)的計量方法，也就是說我們認(rèn)為曲線形狀本身蘊含了靈活性的價值，可能要特別注意“曲線形狀”這四個字，曲線形狀代表系統(tǒng)的眼光而不是孤立的眼光，必須從曲線形狀本身進行認(rèn)知。
本質(zhì)原因是個體應(yīng)對負荷確定性變化的靈活性貢獻無法表征、量化和交易的，現(xiàn)有的電力系統(tǒng)分時電價或者是邊際電價，存在本質(zhì)的缺陷，也就目前來看如果是以在這么一個負荷快速下降的情況下，有人快速上升，有人出力下降，我們說做出靈活性貢獻的發(fā)電商不會受到一個本質(zhì)的激勵，這個我們在論文里面有詳細的表征，我這里不仔細介紹，大概意思是你需要的靈活性表征來自于曲線本身，現(xiàn)有的激勵是割裂的時段，所以說在這里面如果你要把這個曲線之間的變化加以反映就存在重復(fù)付費的問題，如果你不加以反映這個本身又缺掉了。
同時我們也看到，目前為了解決這個問題，國家紛紛出臺了很多的政策，比如說2022年全國25省有新能源配置儲能，也有政策說儲能未投運新能源不得上網(wǎng)。這里面有很多，但是我們看到這些政策覺得稍微有很不同意的地方，有的地方說10%，有的地方說20%，有的地方說30%，我們也看到很多的讓人困惑的地方，比如說我們看到很多的報道說新能源配了又沒有用，種種原因。
這個實際上是一個很好的方向，我們已經(jīng)意識到了問題，并且意識到了儲能應(yīng)該是和新能源一起出現(xiàn)的，甚至某一些行動上新能源企業(yè)應(yīng)該負有某種責(zé)任，但是究竟是什么責(zé)任也沒有找到本質(zhì)和原因。
由于缺乏合理的調(diào)度機制和電價疏導(dǎo)機制，新能源強制配儲沒有經(jīng)濟性，這個是行業(yè)的專家講的原因，我們總結(jié)幾點：
政策規(guī)劃具有超前性，有時太過超前了。
技術(shù)不完善，結(jié)算機制不靈活等等，我們認(rèn)為都是一個表面的原因，不是本質(zhì)的原因，導(dǎo)致的結(jié)果說的極端一點就是雙輸?shù)木置?。新能源這邊也背上了沉重的負擔(dān)，儲能企業(yè)是不是就得到大的發(fā)展？有可能很多人就覺得是劣幣驅(qū)逐良幣，只要上了儲能就可以了，管你好壞，沒有起到作用。比如說以前我們說立體車庫的概念，他們建了很多，結(jié)果反過來把聲譽打下來了，這個和我們的會議主題高質(zhì)量發(fā)展是背道而馳的。
參加電力市場有很多的難點：
1、儲能報價是基于對其未來電價的預(yù)測，但是實際市場中儲能的充放電行為會影響未來電價。
2、儲能設(shè)備在低價購電，高時售電，通過這種方式獲取差價收益，這樣會被削平，企業(yè)缺乏積極性。
實際上系統(tǒng)靈活性來源于個體的靈活性，所以必須設(shè)計頂層市場機制，引導(dǎo)，激勵個體提升自身靈活性，根本解決靈活性匱乏的問題，在系統(tǒng)層面我們提倡舍棄分時段交易，轉(zhuǎn)而將電量曲線作為一個有機整體，量化其電量價值和靈活性價值。只有量化個體靈活性貢獻方可激勵個體靈活性自發(fā)提升，也就是說我們同時要求所有的主體你既要提供電量，又要提供靈活性。
這里面我們會有一個調(diào)節(jié)責(zé)任機制，發(fā)電上的發(fā)電量跟調(diào)節(jié)責(zé)任正相關(guān)，原本由電網(wǎng)承擔(dān)的平衡責(zé)任劃分到發(fā)電商個體，也就各自提供成比例的靈活性貢獻，所有的發(fā)電商必須提供同樣曲線的發(fā)電曲線，這樣每個新能源發(fā)電商自己有多少儲能是他的事情，當(dāng)然一個光伏如果只有白天有晚上沒有你太吃虧了，那當(dāng)然可以聚合，比如說你可以還做一些風(fēng)電，或者是做一些其他的東西，你形成聚合體，最終就提供這么一條標(biāo)準(zhǔn)曲線就可以了。
發(fā)電機靈活性改造，自主配置廣義儲能等，總的來講，我們希望把要我儲能變?yōu)槲乙獌δ堋?br />
最終實現(xiàn)多方的共贏，時間關(guān)系我就快速過一下了，我這里做了一簡單的例子，這個例子我們是通過一個新能源的儲能容量配置得到一個如果調(diào)節(jié)到我剛剛說的形狀有一個最小儲能容量和充放電的功率，新能源調(diào)節(jié)責(zé)任決定了儲能容量配置里的大小。
這個是系統(tǒng)是39節(jié)點系統(tǒng)，裝機895MW，典型日負荷需求總量是5023MWh，風(fēng)電裝機占比17%，36%，54%的情況下，儲能的充放電功率和功率占比，儲能電量有11%、21%、32%的對比，這個意思就相當(dāng)于我應(yīng)該配置多大的儲能才能把我的風(fēng)電調(diào)到我們剛剛講的負責(zé)任的發(fā)電責(zé)任曲線的形狀？這個數(shù)字是比較大的。
另外一個是我現(xiàn)在配的是光伏，我們同樣的是17%、36%、54%，儲能電量是13%、34%，51%，我們看到這個數(shù)字反而比風(fēng)電還要大，實際上是因為光伏具有白天發(fā)電晚上沒有，當(dāng)然最好的是既要有風(fēng)又要有光，或者是有風(fēng)有光有點別的，整體上形成聚合。
這個是全系統(tǒng)以實際數(shù)據(jù)的新能源電站配儲為例，39節(jié)點系統(tǒng)，裝機895MW，日負荷需求總量5023MWh，這個數(shù)據(jù)就下降了，84%的情況下配27%就可以了，也是說明你在發(fā)電側(cè)到底應(yīng)該怎么來配儲。
我最后結(jié)束，新型電力系統(tǒng)靈活性不匱乏，儲能產(chǎn)業(yè)一定要高質(zhì)量發(fā)展，一定從要我儲能變成我要儲能，謝謝大家！
原標(biāo)題：上海交通大學(xué)電氣工程學(xué)院教授何光宇：電力系統(tǒng)靈活性提升機理及儲能容量配置方法
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