观点OPINION

微网,光伏之蜜糖,电网之砒霜?

 2017年04月10日 14:31

“微网,由一组互联的负载和分布式能源组成。相对于电网来说,其具有单一可控的特征,使得它既可以在与电网相连的条件下工作,又可断开连接,单一运行。”


 

【无所不能 文|Kevin Zhang】当托马斯·爱迪生在1882年建成他的第一个直流微电网时,他或许不会想到微网的概念在百年后的今天再一次火热起来。

 

早在十九世纪末,电气化方兴未艾之时,相较于争执不休的交直流,电网在规模上“越大越好” 这一定律便从未改变过。无论是从经济性还是安全性的角度上来分析,电网的互联都可以降低建设成本,且一定程度上增加系统的惯性,并相互分享系统的灵活度,使其能够更加从容的面对大大小小的故障,快速恢复原状。

 

从英国已经给出的十几吉瓦高压直流输电(HVDC)建设计划,到欧洲连接亚洲和北非的2050超级电网(SuperGrid)构想,再联想到国内火热的全球互联网概念,“电网互联”这一概念一直为电气工程师们所推崇。然而,就像曾经一败涂地的直流输电成功翻身一样,曾被贴上“难堪大用”的标签的微电网(以下简称“微网”)也开始火热起来。

 

在分析微网的利弊之前,让我们先看一下美国能源部对微网的定义:

 

“A groupof interconnected loads and distributed energy resources (DERs) with clearlydefined electrical boundaries that acts as a single controllable entity withrespect to the grid and can connect and disconnect from the grid to enable itto operate in both grid-connected or island modes.”

 

简要翻译就是:

 

“微网是由一组互联的负载和分布式能源组成的。相对于电网来说,其具有单一可控的特征,使得它既可以在与电网相连的条件下工作,又可断开连接,单一运行。”

 

 

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光伏蜜糖

 

以此我们可以注意到微网的主要特征就是其能够在「孤岛模式」运行。这也是微网早期最主要的应用,对于岛屿或是山区甚至极地等经济性上或技术性上无法与主电网相连的地区,微网的建设能够给当地居民带来稳定的供电。但是这种场景下的需求毕竟有限,那么为什么最近微网的建设又突然进入快车道了呢(如下图预测)?

 

来源: Navigant Research

 

主要原因有三点:

 

►「电网可靠性的区别化」

►「峰谷电价的差异化」

►「接光伏的锅」_(:3)∠)_

 

首先我们来谈谈可靠性

 

近年来全球极端天气增多,造成了不同程度的停电事故,给电网的运行造成了极大的挑战。全网统一的可靠性标准或许已不再适用。电网需分清轻重缓急,让医院消防等公共事业的供电需求在大范围故障的情况下优先得到保障(当然不是说你家就该断电(。•ˇ‸ˇ•。),只是救死扶伤的供电应优先保障)。

 

与此同时,微网可不仅仅指代的是几个备用发电机。首先它需要有足够并“可靠”的发电容量来实时满足网络内的非弹性的用电需求,也就是在随时断开的前提下实现稳定运行。其次它需帮助建立弹性电网,提高其恢复力(resilience),保证断电后的快速重启。 最后,在不断接入新负载的前提下,微网也可以通过控制降低区域用电峰值,从新排组用户的电力需求,从而减缓电网更新设备的需求,也意味着更少的硬件扩容投资。

 

第二条则是能源交易

 

随着新能源发电的不断增加,其发电的不稳定性也会造成电力市场清算价格的变化越来越大。比如英国在去年九月就曾出现过比日常价格高24倍,清算电价达到£999/MWh的情况。由于微网一般配有储能装置,所以其也可以实现对“峰谷电价”的利用,从而节省用户的购电成本。此外,这类储能装置也能帮助电网/售电公司吸纳更多的可再生能源发电,达到其所被分配的「可再生能源配额要求」(例如绿证等)。

 

最后一个关键点就是电能质量的提升。 

 

一方面频率或电压敏感类的负载在电网中的比重逐渐增加,另外一方面分布式发电(尤其是光伏)不断接入居民侧,加剧了电压和电网频率的不稳定,所以在电网公司急需提升局部调节能力。而微网能通过它所配备的各类发电和储能资源,以及相应的电力电子元件,对电能质量进行调节,并限制以及缓解区域电网运行不稳定对主电网的影响。此外这些分布式的发电和储能也能为电网和调度提供 “辅助服务”,支撑电网运行。

 

 

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电网砒霜

 

以上说了一堆微网的“好话”。但是为什么电网公司有可能视微网为砒霜呢?可概括为两点:

 

►可靠性标准的区别很难被货币化

►当前电网的盈利模式过于单一

 

像上文中提到的,微网的重要贡献就是可靠性和电能质量提升。但是这两个标准都很难被直观的从投资回报比中反映出来,而客户也未必愿意为此买单(甚至有人会说电网在画大饼,你也没辙),所以电网不愿做出改变也是可以理解的。

 

此外电网企业的利润来源一般是“输配固定电价”。这一价格的制定是根据居民购电量以及电网设备折旧计算的。而且由于输配电天然垄断的特性,定价机制受到政府监管。考虑到电气设备较长的运行寿命(一般可达到20-30年),电网公司一般是不希望看到设备因为“用户需求改变”而过早被更换的。而我这里所说的用户需求改变就是指光伏,储能,还有电气化供冷暖以及电动车充电等不同活动在无协调控制的前提下加入。

 

但是科技发展如此迅猛,光伏和储能组件价格不断降低,用电侧对于自发电设备的利用率只会越来越高,而这也使得未来电网所可能需要面对一个重大问题:“负载叛逃”(load defection)。这种情况下,如果电网企业愿意拥抱这种变化,建设微网,帮助优化分布式资源的运营,恐怕只会加速负载叛逃的进程,这对依靠输配电费这单一收入源的他们来说无异于饮鸩止渴。但电网公司若想通过一己之力(例如取消Net Metering政策)限制光伏发电的接入,恐怕只能延缓负载叛逃的到来,无助于解决电网利润来源的问题,造成用户和电网公司两败俱伤的局面。所以不得不说电网公司站在了一个按常规套路出牌都是死路的岔路口。

 

那么对于这一问题,作为既得利益者的Tesla和Solar City 公司的CEO—埃隆·马斯克又是怎么评价的呢?

 

首先他在之前收购SolarCity问题上就表示他就是为了布局“光伏+储能+电动车”的微网一站式服务。

 

他曾认为人类终极能源来源是分布式发电,但在最近却发出了不同的声音,安抚电网公司。他认为未来分布式和集中式发电比例可以达到1:2。这也就是说电网公司仍能分到一块很大的蛋糕。当然这一假设是建立在供暖和通勤需求都被大量电气化的前提上。让人不得不为此打上一个大大的问号。

 

至于马斯克为什么要做出这样的评价,因为他预测到特斯拉未来在储能市场上的销售额百分之八十到九十是来自于大容量的Powerpack 电池,而不是面向居民的Powerwall,而电力事业公司这一大客户必将成为储能销售企业眼里的一块大肥肉。

 

新能源技术的爆发已然不可阻挡,而站在路中间的电网公司们,如若不求变,不想方设法找到“解毒剂”,恐怕只会落到个湮灭在历史洪流中的下场了。

 

 

【无所不能特约作者,Kevin Zhang,曼彻斯特大学电气工程博士生】

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