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分布式智能電網的意義與內涵

2022年4月26日,中央財經委員會第十一次會議提出:“發展分布式智能電網,建設一批新型綠色低碳能源基地,加快完善油氣管網?!?/span>

那么分布式智能電網提出的意義與概念內涵是什么?這里我們做一些民間解讀,供大家參考。

分布式智能電網的提出背景

在分析之前,我們需要注意到一個信息,那就是“分布式智能電網”提出的位置,是放在“一批綠色低碳能源基地”之前的,這背后的意義是非常重要的。

綠色低碳能源基地,我們認為主要是2021年國家提出的“9+5”建設方案,即:9大清潔能源基地,包括松遼、冀北、黃河上游、黃河幾字灣、新疆等;以及5大海上風電基地,包括廣東、福建、浙江、江蘇、上海。

那么為什么“分布式智能電網”的提法,要放到“綠色低碳能源基地”之前?

其實是集中式清潔發電項目所面臨的根本矛盾所導致:即大電網的消納能力和消納水平,與全系統獲得成本之間的矛盾。所謂“全系統獲得成本”,即一度電從發端開始,安全、穩定、可靠、按需地輸送到負荷末端,所需投入的全部成本之和。

過去我們過于關注風光發電的邊際成本降低,已經低于火電的邊際發電成本,而且基地規模越大,邊際成本越低。但是對買單的終端用戶來說,關注的是全系統獲得成本,即在負荷側最末端獲得一度電,所需付出的成本。約等于“邊際發電成本+邊際輸配電成本+邊際用戶內部成本”。

消納能力是電力系統的穩態容納能力,比如電網輸電能力、系統調節水平等;消納水平是系統的動態容納能力,比如并網技術性能、調度運行水平等。

由于風光資源的間歇性、波動性、隨機性等特點,一方面需要建設遠距離輸電線路(比如9大清潔能源基地);另一方面需要配置大量調頻、調峰資源(儲能、靈活性火電、氣電、水電),使得邊際的輸配電成本大幅度抬高,導致在市場水平上體現出綠色電力的“全系統獲得成本”較高,反過來制約了集中式清潔能源的發展。而且應該看到的是,對于已經是復雜巨系統的“含特高壓的輸電網絡”來說,綠色發電容量的增長,與解決制約的應對成本,將呈現指數級的非線性關系。

所以我們認為,風光大基地的外部制約因素,已經受到了決策層的高度重視,所以才以更靠前的位置,提出建設“分布式智能電網”的說法。

分布式智能電網的核心意義

而分布式能源則較好的適應了這種情況,即在“最靠近負荷的地方,就近實現消納”。因為最靠近負荷的地方,消納所受的制約最?。ㄊ∪チ诉呺H輸電價格,以及絕大多數的邊際配電價格),而零售價格最高,因此回報率最高。

但是以分布式光伏為主的分布式清潔能源,同樣存在“間歇、波動、隨機”的問題,而且還存在“高滲透率的分布式光伏、影響公共配電網系統安全穩定運行”的問題。所以需要在分布式這個層級上,形成更加自洽、更加智能、更加互動的“源網荷儲充”的新型配電系統,我們把這種新型配電系統理解為“分布式智能電網”。

我們可以認為,要實現“碳中和”,需要構建以新型電力系統為核心的新型能源體系;在新型電力系統的架構中,集中式清潔能源和分散式清潔能源將各自發揮重要作用。

集中式清潔能源作為能源生產端,需要耦合到集中式、遠距離、大型電力網絡中,形成集中式電力大系統,這是一種新型電力系統,也受到輸配電網絡的安全穩定邊界制約,而且越集中、發電容量越大,這種制約就越強烈,抬高了全系統獲得成本。

另一種新型電力系統——分散式智能電網,由于其“小、快、靈”的特點,避免了對大電網的制約,甚至會對大電網的安全穩定運行提供重要支撐,且過去的發展一直受到阻礙,但在未來的電力市場條件下,獲得更多發展機會,因此更加值得關注,甚至于要比集中式清潔能源基地更為重要。

分布式智能電網的含義

我們認為,分布式智能電網的分布式,表現為三個層次的含義:

層次一,大量接入分布式電源的智能電網這個大量接入的電網,可以是智能微電網,也可以是主動式配電網,其核心特點是分布式電源,尤其是可再生的分布式能源占比很高,某些分布式智能電網甚至可以做到任何時段100%可再生分布式能源滲透(完全自治型微電網)。

層次二,在物理空間上大量分散的智能電網在一個較大的區域(比如城域)內,大量存在上述的分布式智能電網,這些智能電網之間存在水平協作(同一電壓等級)和垂直協作(不同電壓等級),形成更大范圍的分布式智能電網。

層次三,在邏輯空間上匯集大量分散資源的智能電網這個分布式智能電網更接近高級版虛擬電廠(VPP 3.0)的概念,就是跨越不同管理邊界、不同產權邊界的各類配電網或者微電網,以“信息流+電流+控制流”三流合一的方式,將微電網或者各類可調度的分布式電力資源進行匯聚,實現邏輯上的“分布式智能電網”。

分布式智能電網的物理內涵

那么分布式智能電網和微電網有什么區別?從廣義的角度,我們認為基本是一樣的,但是從狹義的角度,我們認為存在側重點的一些細微差異。從配電網的電壓等級來看,大致可以分為四個層級:城市級的公共配電網(主要電壓等級在35kV以上)、園區級的公共配電網(主要電壓等級在10kV)、用戶側中壓配電系統(主要電壓等級在10kV)、用戶側低壓配電系統(主要電壓等級在0.4kV及以下)。

就過去的項目總結來看,多數的微電網項目是以園區公共配電網為主,配置源網荷儲形成的,也有部分用戶私有的微電網系統,主要是10kV及以上的系統居多。但是分散式智能電網系統,我們認為有兩點可能和過去的狹義微電網有差異:

一、控制律的變遷

從項目形式和關注重點來看,過去的微電網更多的是從電力系統的角度,強調分布式電源接入以后,微電網能夠實現系統的安全穩定控制運行,并且以“離網”或者“并網”的方式運行。從概念上、系統架構和控制架構上,更像是一個大電網的縮小版。但是我們認為分散式智能電網,其側重點,在基安全穩定的基礎上,更多的關注經濟性和互動性,也就是在電力價格信號和綠色電力消納的多目標下,如何最大限度的協調好負荷資源、儲能資源和分布式發電資源,實現“源網荷儲”的最優互動,其視角從“調度控制”,過渡到“互動協同”,背后的系統控制律從“指令式”轉換到“協同式”、“自律式”、“自治式”,更多的體現分散特性。

二、實現“配-用一體化”的新型配電系統

分散式智能電網,需要更多的納入0.4kV以下的,大量分散式低壓側負荷資源(包括低壓側并網的分布式光伏資源),而且項目體量可能更為多樣化,不再是以較大規模的分布式能源項目為核心(MW級的光、儲項目)。所以分布式智能電網的另一個可能特點,就是打通“配-用”環節,將公共配電系統和用戶配電系統融合起來,從電力系統的角度它們本身就是一體的,只不過由于產權問題導致了人為的割裂。電網公司受制于管理邊界,用戶私有電力系統末端的負荷側資源并未得到充分的重視與開發,而分布式智能電網則需要突破這一點,形成“配-用一體化”的運營管理架構和技術架構。

分布式智能電網的邏輯內涵

如果說分布式智能電網的物理內涵,相較于微電網的區別還是比較牽強,那么其邏輯意義,我們認為與微電網相比就存在較大的差異了。分布式的分布,不僅僅是空間上的分布,更重要的是在邏輯上的分布和聚合,產生出系統層面的更大價值。就像移動互聯網并不是簡單的“移動中的互聯網”,而是通過聚合海量分散的C端用戶,產生UGC(User-generatedcontent),并形成Web2.0的商業價值。

如果說微電網是縮小了的電網,那么它本質上還是大電網的縮微版,那么分布式智能電網就是電網的新時代,參考Web2.0的UGC(用戶生產內容),我們不妨理解為用戶生產能源UGE(User-generated Energy)。這個Energy,可以是分布式電力,也可以是柔性負荷,匯聚起來就是VPP的形態。因此,分布式智能電網的邏輯內涵,是把分散在電力網絡各個地方的小微資源,以信息流的方式匯聚起來,形成邏輯資源池,以虛擬電廠的高階形態,參與到大電網的運行中,并在電力市場中獲得相應回報。

總結

作為一個新的概念,分布式智能電網的概念和內涵,還有待進一步的分析、探討和實踐,期待分布式智能電網在雙碳和電力市場化的驅使下,發展得更好。

一家之言,僅供參考,請多指正,謝謝!
     來源:微信公眾號“魚眼看電改”作者:俞慶

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