新中國成立以來,我國已經建成以國家、區域、省、地、縣五級調度為主體的基于行政區劃的電網運行調度管理體系。實踐證明,這種體系在保證電網安全穩定經濟運行方面發揮了決定性作用。
隨著分布式電源和儲能技術的發展,傳統的用戶端以電網形態發展是必然趨勢。從未來的趨勢看,這種電網形態不僅將形成以電源為核心的輻射狀電網,多電源的環狀電網更將成為趨勢。為促進新型電力系統的建設,支撐新型能源體系建設,在電網總體架構中,明確用戶端電網形態定義與定位十分重要。
清晰認識區塊電網的價值
區塊電網是包含了若干個微電網的具有清晰的地理和電力網絡邊界的連接著分布式能源、儲能和負荷,有智能信息系統支撐管理,可以在與外部電網連接運行或獨立運行兩種模式間自動切換的單一實體。用一句簡單的話來表述:具有清晰邊界,能聯網和孤網運行,能自主智能管理,規模適當的電網單元。
在新型電力系統建設過程中,優化電網結構以應對面臨的新問題新挑戰是一個重要的措施。筆者認為,未來的電網形態是,以優化利用新能源電力電量為重點,以支撐區塊綜合能源系統的區塊電網為單元,城鎮電網和電源基地局部電網為基礎,負荷密集的受端電網為重心,超特高壓電網為輸送與交換平臺的多電壓等級、交直流并存、分層分區的新形態新模式。因此,區塊電網在未來電網格局中有著重要的作用與地位。區塊電網的形成與發展,有以下幾個方面的效益:
一是環境效益,有利于利用風光等可再生能源發電和其他分布式能源,減少溫室氣體排放。
二是技術效益,有利于通過區塊電網內部的電力交換,就地平衡電力電量,對大電網起到削峰填谷的作用;有利于電網末端的電壓調節,降低配電網線損;更有利于提高用戶可靠性,增加電網靈活性。
三是經濟效益,有利于電力市場建設,通過區塊電網可以發揮其聚合作用,以電源聚合體、儲能聚合體或虛擬電廠方式參與市場交易。從長遠看,如果政策允許,也可以利用區塊鏈技術,實現區塊電網內部的端對端電力交易;有利于減少電網擴容投入,降低用戶用電費用;有利于帶動微電網、區塊電網的整體開發,成套設備技術升級、產業化發展,成為新的經濟增長點,拉動投資。
四是管理效益,可以分解管理責任,通過規范的區塊電網規劃運行管理功能標準,以智能控制手段實現區塊電網的自主管理,避免用戶端網絡發展的無序現象,大大降低新型電力系統的數據爆炸給管理方式和信息控制帶來的管理困難。
區塊電網是一個新型的電網形態,是新生事物,必將對電網管理模式、區塊電網與主網的技術關系、安全防御措施架構、電力市場模式、用戶電價形成機制等產生影響,要深入研究,先立后破,試點先行,有序推進。
推動區塊電網有序發展的建議
區塊電網形態是在能源轉型和分布式新能源及其發電、儲能等電力新技術發展的大趨勢下應運而生的,有其必然性。但是如果不能合理界定區塊電網與主網的管理、調度、技術、經濟關系,無序發展,就難以發揮預期的效益與優勢,反而成為電網管理的新難點。
為了區塊電網的健康有序發展,談幾點想法:
一是區塊電網與主網的管理關系。區塊電網是用戶端的網絡,其管理可按照現行電網企業與用戶、電廠的關系進行界定。區塊電網可以與電網企業協商并委托管理,也可自行管理。但為保證電網安全穩定運行,政府應授予電網企業對區塊電網的業務指導權和緊急狀態下的處置權,具體內涵可以制定相應的規范。
二是區塊電網的調度關系。因為區塊電網含有電源、儲能等,為保證區塊電網的安全優質運行,理論上講是需要調度的,那誰負責調度?根據區塊電網的定義,成熟的區塊電網應實現運行調度控制的自動化,其與主網之間可以按照虛擬電廠模式、負荷聚合商模式和孤網運行模式納入上層調度的計劃、安全與緊急狀態管理。上層調度原則上不直接控制區塊電網內部的設施,緊急狀態情況下除外。
三是區塊電網的信息采集與管理。區塊電網應建立規范的數據庫,記錄區塊電網的電源、儲能、用戶、電力網絡和信息基礎設施等的設備銘牌數據、運行狀態數據等。數據庫按照精益采集、分級使用、確保信息安全的原則,報送有關部門和上層調度,以確保我國電力統計數據的全面準確和電網運行的安全可靠。應制定區塊電網信息采集與管理規范。要高度重視區塊電網信息系統的信息安全問題,不宜將區塊電網內的分布式電源信息直接納入主網生產控制區。
四是區塊電網的規劃。區塊電網的發展,特別是基于新園區的區塊電網,應按照新型電力系統發展的要求進行規劃,應在充分研究電力需求與分布、各種分布式電源發電特性、影響電力需求的分布式能源設施、儲能、電動汽車等移動式儲能設施(注意考慮充電和放電兩種模式)的作用與影響等方面的基礎上,按照與外部電網約定交換條件,以有利于區塊電網地域內實現減碳目標,鼓勵區塊電網內部資源互通、就地平衡的原則,進行電力電量平衡和安全分析,優化電源結構、電網結構和智能化信息基礎設施等,同時要計及主網應急處理、保證重點用戶供電、需求側響應、黑啟動、孤網運行、端對端電力交易等影響。在規劃方法上,采用與主網規劃迭代協調的尋優方式。
五是區塊電網的保供機制。要充分發揮區塊電網在保證區塊內用戶供電可靠性方面的優勢,服從與支撐主網安全防御體系,配置好主網要求的低頻、低壓切負荷措施和必要的切機或孤網運行措施;要按照與主網的交換計劃,優化安排好區塊電網的運行方式和安全措施;要按照保證區塊電力平衡、穩定運行,分級保障重點用戶供電的原則,制定孤網運行預案和黑啟動預案。
六是區塊電網的需求側響應。需求響應是能源資源優化利用、電網削峰填谷、電力用戶智能用電的重要手段。在區塊電網形態下,區塊內的用戶如何參與需求側響應?原則上,由區塊電網作為一個集合體參與主網的需求側響應,并由區塊電網智能信息系統按照約定的規則在區塊內完成相應需求調整與激勵補貼的分解。
七是區塊電網與電力市場。在區塊電網形態下,電力市場包括外部電力市場和內部電力市場。在外部電力市場中,原則上,區塊電網通過集合電源或儲能等多種模式,以一個市場主體身份參與電力市場交易。內部電力市場的建立,對于鼓勵分布式新能源發展具有十分重要的意義,其主要模式是以區塊鏈技術為支撐,實現單一用戶(或微電網)與其他單一用戶(或微電網)間的直接交易。但是,這種內部電力市場模式的建立,需要相應的法律支撐和政策支持,應加快研究,審慎決策,先行試點,逐步推廣。
八是區塊電網與電動汽車。目前,電動汽車電池的功率已經達到幾十千瓦到幾百千瓦。乘用車的電池容量也根據續航里程的長短和車的大小不同,達到40~100千瓦時。如果一個家庭用電負荷按2千瓦計算,汽車電池可以保證20~50小時的用電,即使5千瓦的容量,也可以提供8~20小時用電。這樣的保障供電的作用已經不可小覷了。特別是,汽車電池的安全性已經得到很好的解決,電動汽車推廣的速度也非???。因此,對于樓宇和社區來說,電動汽車可以成為區塊電網保障供電和系統調節的重要資源,也自然而然成為大電網儲能容量的重要組成部分。關鍵是要解決技術和激勵政策問題??煞窨紤]建立“汽車—家庭微電網—樓宇(或社區)區塊電網—大電網”逐級關系鏈,讓汽車擁有者可以感受到直接效益,促進V2G發展?也就是說先從V2H(汽車對家庭)起步,讓電動汽車的儲能功能與家庭用電建立聯系,采用實體或虛擬V2H系統,讓電動汽車成為自家的備用電源和能源優化計劃的調節電源。然后,實現V2B(汽車對區塊電網),讓電動汽車(也可以通過家庭微電網)在區塊電網電力市場進行電力交易,從而發揮其在區塊電網中的電力保障和錯峰調節作用。再然后,實現V2G,只要每個電動車愿意接入電網和互聯網,通過合理有效的電價機制就可以實現V2G的各項理想功能。當然我們還需更廣泛地建設便捷高效低成本充電樁,以及讓電動車電池為家庭供電所需的接口或軟件系統。
九是關鍵技術與政策問題。區塊電網形態的形成與發展進程,取決于一些關鍵技術的成熟度,也取決于政策和法律問題的解決。在技術層面上,需要加快研究區塊電網級別交流組網的生產模擬、穩定運行、電壓控制、繼電保護、自動解網技術與產品以及直流組網的相關技術,區塊電網的SCADA系統與能量管理系統等區塊電網智能信息控制系統也需要加快研發與標準化、實用化。此外,用于區塊電網的新型儲能的安全問題仍然需要高度關注。在法律和政策層面上,要解決區塊電網內用戶的電力交易許可的法律問題和區塊電網所涉及的電價形成機制問題。
十是區塊電網與區域能源系統。區塊電網是區域能源系統或者說是綜合智慧能源系統的基礎。在相當一段時期內,區域能源系統或綜合智慧能源系統應該是以區塊電網為主體,以物聯網技術為支撐的能源互聯網。由于分布式能源發電規模小、地域分散、間歇性特性突出,由大電網集中管理消納投資大、效率低。沒有區塊電網作為基礎和支撐,綜合智慧能源系統難以實現其應該具有的系統性、整體性、智慧性功能。通過區塊電網加物聯網技術,可以把用電、用熱、用冷等用能形式與儲電、儲熱、蓄冷和不同形式的發電、產熱和供冷設施通過電網和物聯網在現有技術基礎上組成一個系統,并可以進行用能和二氧化碳減排優化,而且在用戶服務上也可以基于智能電表實現多能表合一、能源計劃等綜合能源服務項目。因此,采用“包產到戶”思路,以區塊電網為平臺就地實現源網荷儲協調配置,并拓展帶動各種能源形式的綜合智慧利用,是能源變革中比較現實可行的重要措施。