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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(jī)理及儲(chǔ)能容量配置方法》的主題演講。

何光宇：今天跟大家匯報(bào)的題目是《電力系統(tǒng)靈活性提升機(jī)理及儲(chǔ)能容量配置方法》，這是我們?cè)趯?shí)際研究里面的一點(diǎn)心得和體會(huì)。

我個(gè)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(gè)新型儲(chǔ)能如果要高質(zhì)量的發(fā)展，乃至光伏要發(fā)展，實(shí)際上秘訣就是11個(gè)字，從要我儲(chǔ)能變?yōu)槲乙獌?chǔ)能。我今天會(huì)圍繞這個(gè)主題展開(kāi)。

背景是雙碳的戰(zhàn)略，在快速的發(fā)展，這里面我有幾個(gè)認(rèn)識(shí)，我認(rèn)為如果說(shuō)前30年我們說(shuō)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(jué)得主要是要看儲(chǔ)能、看廣義儲(chǔ)能，看虛擬電廠(chǎng)。與新能源相比，廣義儲(chǔ)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(shuō)我認(rèn)為儲(chǔ)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(huì)構(gòu)成一個(gè)數(shù)字化的生態(tài)。

我想給大家分享的是我們第二點(diǎn)認(rèn)識(shí)，儲(chǔ)能本質(zhì)。我們認(rèn)為時(shí)間自由即儲(chǔ)能，儲(chǔ)能本質(zhì)上我們認(rèn)為只是在時(shí)空方面的一個(gè)移動(dòng)，特別是一方面的挪動(dòng)，任何的具有靈活性的，你可以在時(shí)間上面排程的都可以稱(chēng)之為儲(chǔ)能，當(dāng)然最本質(zhì)的還是化學(xué)儲(chǔ)能這些工作，但是我們像工廠(chǎng)產(chǎn)線(xiàn)的制造，或者是來(lái)自辦公場(chǎng)所或者是家庭場(chǎng)所很多具有靈活性的措施，比如說(shuō)你洗衣服早點(diǎn)洗晚點(diǎn)洗，充電早點(diǎn)充晚點(diǎn)充這個(gè)都是時(shí)間的靈活性，也可以看作是儲(chǔ)能。

第三個(gè)認(rèn)識(shí)：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(wú)疑問(wèn)就是國(guó)家雙碳戰(zhàn)略的主戰(zhàn)場(chǎng)，同時(shí)我們說(shuō)剛才講的有很多分布式能源資源，在這個(gè)里面我們說(shuō)毫無(wú)疑問(wèn)像光伏、儲(chǔ)能也會(huì)快速地進(jìn)入整個(gè)會(huì)構(gòu)成一個(gè)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(huì)有光、儲(chǔ)、充，還有園區(qū)里面的各種建筑，往低碳建筑必須具有負(fù)荷條件的能力，所有的這一切都需要大的系統(tǒng)連接起來(lái)。

我們現(xiàn)在給大家匯報(bào)何謂靈活性？現(xiàn)在最典型的“鴨子曲線(xiàn)”，出現(xiàn)在美國(guó)加州，本來(lái)白天是高峰的時(shí)候，由于光伏大量的出現(xiàn)之后，所以這個(gè)曲線(xiàn)形狀就像鴨子一樣，近年來(lái)可能情況愈演愈烈，鴨子曲線(xiàn)已經(jīng)變成峽谷曲線(xiàn)，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(gè)還僅僅只是開(kāi)始，我們新能源還沒(méi)有到40%、50%、60%、80%，現(xiàn)在就已經(jīng)有這個(gè)問(wèn)題了。今年在山東五一的負(fù)電價(jià)，在歐洲也是頻頻出現(xiàn)各種負(fù)電價(jià)，這無(wú)一不說(shuō)明我們的本質(zhì)出了大問(wèn)題，我們認(rèn)為必須把這后面的本質(zhì)問(wèn)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(huì)，靈活性是消弭負(fù)荷需求變化的能力，這里面有兩塊，一個(gè)是確定性變化，一個(gè)是不確定性變化，像這些虛線(xiàn)重影的部分是不確定的部分。

現(xiàn)有的是想方法，我們說(shuō)既然變化這么劇烈，那我就需要更多的靈活性來(lái)給你加以彌補(bǔ)，所以這里簡(jiǎn)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(gè)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(lái)的電力系統(tǒng)里面，火電同時(shí)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(shí)際上可能就沒(méi)有辦法補(bǔ)充了，這一塊就變成了儲(chǔ)能或者是虛擬電廠(chǎng)的天下，所以這個(gè)也是為什么儲(chǔ)能和虛擬電廠(chǎng)由此重要的本質(zhì)原因。

由于我們說(shuō)新能源最終的發(fā)電的邊際成本是趨于0的，未來(lái)光電價(jià)這一塊會(huì)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(jià)格居高不下，整個(gè)的社會(huì)發(fā)展都會(huì)受到很大的制約，我們認(rèn)為能源的價(jià)格可以是比較穩(wěn)定，或者是穩(wěn)定往下走，不會(huì)往上走，如果往上走整個(gè)社會(huì)就發(fā)展不起來(lái)了。

靈活性為什么如此重要？其實(shí)剛才已經(jīng)基本上解釋了，我再補(bǔ)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(jià)的，因此也就可以被忽略，實(shí)際上也就被忽略了，是不需要被明確的定義計(jì)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(jì)量作為商品，而這一點(diǎn)目前正好是問(wèn)題的癥結(jié)所在，當(dāng)?shù)卦趺从?jì)量？到底怎么樣作為商品？

我們現(xiàn)在講第三點(diǎn)，為什么現(xiàn)有機(jī)制難以提升靈活性？美國(guó)加州市場(chǎng)提出的靈活爬坡產(chǎn)品FRP為代表，實(shí)質(zhì)是應(yīng)對(duì)的負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差引起的備用容量，是針對(duì)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(zhēng)論，目前是無(wú)法表征應(yīng)對(duì)確定性變化所做的這么一個(gè)靈活性貢獻(xiàn)。

我們也說(shuō)“鴨子曲線(xiàn)”的本質(zhì)并不是預(yù)測(cè)誤差造成的，是由于電力系統(tǒng)缺乏應(yīng)對(duì)負(fù)荷在連續(xù)時(shí)間段上確定性變化的能力，像我們右邊這幾個(gè)圖里面，實(shí)際上我們說(shuō)如果根據(jù)這幾個(gè)曲線(xiàn)的對(duì)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(duì)，我們首先認(rèn)為這幾個(gè)發(fā)電樁在靈活性貢獻(xiàn)方面肯定不一樣，這些不一樣實(shí)際上目前我們需要有一套科學(xué)的計(jì)量方法，也就是說(shuō)我們認(rèn)為曲線(xiàn)形狀本身蘊(yùn)含了靈活性的價(jià)值，可能要特別注意“曲線(xiàn)形狀”這四個(gè)字，曲線(xiàn)形狀代表系統(tǒng)的眼光而不是孤立的眼光，必須從曲線(xiàn)形狀本身進(jìn)行認(rèn)知。

本質(zhì)原因是個(gè)體應(yīng)對(duì)負(fù)荷確定性變化的靈活性貢獻(xiàn)無(wú)法表征、量化和交易的，現(xiàn)有的電力系統(tǒng)分時(shí)電價(jià)或者是邊際電價(jià)，存在本質(zhì)的缺陷，也就目前來(lái)看如果是以在這么一個(gè)負(fù)荷快速下降的情況下，有人快速上升，有人出力下降，我們說(shuō)做出靈活性貢獻(xiàn)的發(fā)電商不會(huì)受到一個(gè)本質(zhì)的激勵(lì)，這個(gè)我們?cè)谡撐睦锩嬗性敿?xì)的表征，我這里不仔細(xì)介紹，大概意思是你需要的靈活性表征來(lái)自于曲線(xiàn)本身，現(xiàn)有的激勵(lì)是割裂的時(shí)段，所以說(shuō)在這里面如果你要把這個(gè)曲線(xiàn)之間的變化加以反映就存在重復(fù)付費(fèi)的問(wèn)題，如果你不加以反映這個(gè)本身又缺掉了。

同時(shí)我們也看到，目前為了解決這個(gè)問(wèn)題，國(guó)家紛紛出臺(tái)了很多的政策，比如說(shuō)2022年全國(guó)25省有新能源配置儲(chǔ)能，也有政策說(shuō)儲(chǔ)能未投運(yùn)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(jué)得稍微有很不同意的地方，有的地方說(shuō)10%，有的地方說(shuō)20%，有的地方說(shuō)30%，我們也看到很多的讓人困惑的地方，比如說(shuō)我們看到很多的報(bào)道說(shuō)新能源配了又沒(méi)有用，種種原因。

這個(gè)實(shí)際上是一個(gè)很好的方向，我們已經(jīng)意識(shí)到了問(wèn)題，并且意識(shí)到了儲(chǔ)能應(yīng)該是和新能源一起出現(xiàn)的，甚至某一些行動(dòng)上新能源企業(yè)應(yīng)該負(fù)有某種責(zé)任，但是究竟是什么責(zé)任也沒(méi)有找到本質(zhì)和原因。

由于缺乏合理的調(diào)度機(jī)制和電價(jià)疏導(dǎo)機(jī)制，新能源強(qiáng)制配儲(chǔ)沒(méi)有經(jīng)濟(jì)性，這個(gè)是行業(yè)的專(zhuān)家講的原因，我們總結(jié)幾點(diǎn)：

政策規(guī)劃具有超前性，有時(shí)太過(guò)超前了。

技術(shù)不完善，結(jié)算機(jī)制不靈活等等，我們認(rèn)為都是一個(gè)表面的原因，不是本質(zhì)的原因，導(dǎo)致的結(jié)果說(shuō)的極端一點(diǎn)就是雙輸?shù)木置?。新能源這邊也背上了沉重的負(fù)擔(dān)，儲(chǔ)能企業(yè)是不是就得到大的發(fā)展？有可能很多人就覺(jué)得是劣幣驅(qū)逐良幣，只要上了儲(chǔ)能就可以了，管你好壞，沒(méi)有起到作用。比如說(shuō)以前我們說(shuō)立體車(chē)庫(kù)的概念，他們建了很多，結(jié)果反過(guò)來(lái)把聲譽(yù)打下來(lái)了，這個(gè)和我們的會(huì)議主題高質(zhì)量發(fā)展是背道而馳的。

參加電力市場(chǎng)有很多的難點(diǎn)：

1、儲(chǔ)能報(bào)價(jià)是基于對(duì)其未來(lái)電價(jià)的預(yù)測(cè)，但是實(shí)際市場(chǎng)中儲(chǔ)能的充放電行為會(huì)影響未來(lái)電價(jià)。

2、儲(chǔ)能設(shè)備在低價(jià)購(gòu)電，高時(shí)售電，通過(guò)這種方式獲取差價(jià)收益，這樣會(huì)被削平，企業(yè)缺乏積極性。

實(shí)際上系統(tǒng)靈活性來(lái)源于個(gè)體的靈活性，所以必須設(shè)計(jì)頂層市場(chǎng)機(jī)制，引導(dǎo)，激勵(lì)個(gè)體提升自身靈活性，根本解決靈活性匱乏的問(wèn)題，在系統(tǒng)層面我們提倡舍棄分時(shí)段交易，轉(zhuǎn)而將電量曲線(xiàn)作為一個(gè)有機(jī)整體，量化其電量?jī)r(jià)值和靈活性?xún)r(jià)值。只有量化個(gè)體靈活性貢獻(xiàn)方可激勵(lì)個(gè)體靈活性自發(fā)提升，也就是說(shuō)我們同時(shí)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(huì)有一個(gè)調(diào)節(jié)責(zé)任機(jī)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(gè)體，也就各自提供成比例的靈活性貢獻(xiàn)，所有的發(fā)電商必須提供同樣曲線(xiàn)的發(fā)電曲線(xiàn)，這樣每個(gè)新能源發(fā)電商自己有多少儲(chǔ)能是他的事情，當(dāng)然一個(gè)光伏如果只有白天有晚上沒(méi)有你太吃虧了，那當(dāng)然可以聚合，比如說(shuō)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(xiàn)就可以了。

發(fā)電機(jī)靈活性改造，自主配置廣義儲(chǔ)能等，總的來(lái)講，我們希望把要我儲(chǔ)能變?yōu)槲乙獌?chǔ)能。

最終實(shí)現(xiàn)多方的共贏，時(shí)間關(guān)系我就快速過(guò)一下了，我這里做了一簡(jiǎn)單的例子，這個(gè)例子我們是通過(guò)一個(gè)新能源的儲(chǔ)能容量配置得到一個(gè)如果調(diào)節(jié)到我剛剛說(shuō)的形狀有一個(gè)最小儲(chǔ)能容量和充放電的功率，新能源調(diào)節(jié)責(zé)任決定了儲(chǔ)能容量配置里的大小。

這個(gè)是系統(tǒng)是39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，裝機(jī)895MW，典型日負(fù)荷需求總量是5023MWh，風(fēng)電裝機(jī)占比17%，36%，54%的情況下，儲(chǔ)能的充放電功率和功率占比，儲(chǔ)能電量有11%、21%、32%的對(duì)比，這個(gè)意思就相當(dāng)于我應(yīng)該配置多大的儲(chǔ)能才能把我的風(fēng)電調(diào)到我們剛剛講的負(fù)責(zé)任的發(fā)電責(zé)任曲線(xiàn)的形狀？這個(gè)數(shù)字是比較大的。

另外一個(gè)是我現(xiàn)在配的是光伏，我們同樣的是17%、36%、54%，儲(chǔ)能電量是13%、34%，51%，我們看到這個(gè)數(shù)字反而比風(fēng)電還要大，實(shí)際上是因?yàn)楣夥哂邪滋彀l(fā)電晚上沒(méi)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(diǎn)別的，整體上形成聚合。

這個(gè)是全系統(tǒng)以實(shí)際數(shù)據(jù)的新能源電站配儲(chǔ)為例，39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，裝機(jī)895MW，日負(fù)荷需求總量5023MWh，這個(gè)數(shù)據(jù)就下降了，84%的情況下配27%就可以了，也是說(shuō)明你在發(fā)電側(cè)到底應(yīng)該怎么來(lái)配儲(chǔ)。

我最后結(jié)束，新型電力系統(tǒng)靈活性不匱乏，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)一定要高質(zhì)量發(fā)展，一定從要我儲(chǔ)能變成我要儲(chǔ)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(jī)理及儲(chǔ)能容量配置方法