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清華大學(xué)“碳澳清風(fēng)”實(shí)踐支隊(duì) 赴澳大利亞調(diào)研清潔能源與技術(shù)調(diào)研成果
話澳電網(wǎng)金融發(fā)展，觀中電力系統(tǒng)前景
——“碳中和”背景下澳大利亞電力金融市場(chǎng)的發(fā)展及其與中國(guó)的對(duì)比
悉尼時(shí)間2023年8月9日下午，清華大學(xué)“碳澳清風(fēng)”支隊(duì)前往悉尼大學(xué)與朱建國(guó)教授(Prof. J. Zhu)進(jìn)行會(huì)談。在會(huì)談期間，朱教授帶領(lǐng)支隊(duì)參觀了電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，介紹了澳大利亞電力系統(tǒng)的基本概況，提到了虛擬電廠(Virtual Power Plant, VPP)和微網(wǎng)(Micro Grid, MG)的概念，并突出了金融視角在澳大利亞的電網(wǎng)中的重要作用。
澳大利亞的可再生能源資源極其豐富，尤其是太陽(yáng)能。澳大利亞全國(guó)一類地區(qū)太陽(yáng)年輻照總量7621～8672MJ/m2，主要在北部地區(qū)，占總面積的54.18%。二類地區(qū)太陽(yáng)年輻照總量6570～7621MJ/m2，占總面積的35.44%。
《2023年澳大利亞清潔能源報(bào)告》[5] 表明，2022年澳大利亞發(fā)電總量新能源占比35.9%。（對(duì)比看，中國(guó)此比例為29%[7]）
如此豐富的可再生能源資源，讓澳大利亞在“碳中和”(net zero)之路上如虎添翼。
但這并不代表澳大利亞可以毫不費(fèi)力地實(shí)現(xiàn)一個(gè)完全清潔的電網(wǎng)。主要原因在于，新能源并入電網(wǎng)后，會(huì)帶來(lái)一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題——不穩(wěn)定。
以光伏電池板(PV)為例，由于光照強(qiáng)度受天氣影響十分顯著，光伏發(fā)電陣列輸出的實(shí)時(shí)電能功率會(huì)大幅度波動(dòng)，而且這種波動(dòng)很難被人為控制或干預(yù)。這就給電網(wǎng)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)：因?yàn)殡娋W(wǎng)總要保證發(fā)電量=用電量，不平衡就會(huì)崩潰。如果要保證在最壞情況下（輸出功率最小）還能讓負(fù)載正常工作，就必須額外增加大量富余裝機(jī)容量，造成經(jīng)濟(jì)成本的浪費(fèi)。因此，必須找到一種讓新能源能夠穩(wěn)定輸出電力的方法。
因此，科學(xué)家們提出了“虛擬電廠”(Virtual Power Plant, VPP)這個(gè)概念。這個(gè)概念最早由西蒙·阿韋布赫（Shimon Awerbuch）博士于1997年提出，后來(lái)其內(nèi)涵被逐漸豐富。在今天，其內(nèi)涵可以概括為，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)，將用電方、儲(chǔ)能方、分布式電源聚合起來(lái)，使眾多“小型電站”組合成一個(gè)發(fā)電量可觀的虛擬電廠，實(shí)現(xiàn)電力的彈性調(diào)整。[1]
有了虛擬電廠這個(gè)技術(shù)，就可以讓新能源整體表現(xiàn)出一種相對(duì)可控、較為穩(wěn)定的特性，一定程度上消解了高比例新能源給電網(wǎng)帶來(lái)的挑戰(zhàn)。
在交流中朱教授提到，虛擬電廠除了帶來(lái)穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)之外，其經(jīng)濟(jì)效益也不容忽視。在澳大利亞，電網(wǎng)高度市場(chǎng)化、金融化，電力費(fèi)用牌價(jià)每5分鐘就會(huì)結(jié)算一次。在用電高峰，電價(jià)上漲；反之電價(jià)下跌。高低之間可以相差十倍。在此就產(chǎn)生了商機(jī)：如果有一家第三方企業(yè)，通過(guò)信息技術(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)與計(jì)算，在低價(jià)的時(shí)候從電網(wǎng)購(gòu)入大量電力，然后進(jìn)行儲(chǔ)能，在高價(jià)的時(shí)候賣給相關(guān)用戶，這就能夠替用戶節(jié)約大量用電成本。如果企業(yè)從中抽取一部分金額，就能創(chuàng)造大量利潤(rùn)。
事實(shí)上，澳大利亞現(xiàn)在已經(jīng)有很多成熟的虛擬電廠項(xiàng)目，例如西澳最大的一個(gè)虛擬電廠項(xiàng)目——Symphony，現(xiàn)在已擁有650個(gè)分布式能源客戶，規(guī)模為西澳第一。其實(shí)現(xiàn)了多個(gè)電力設(shè)備之間的實(shí)時(shí)協(xié)同與互相操作，也在西澳電力市場(chǎng)上引入了先進(jìn)的能源交易機(jī)制和定價(jià)模式。
在這次訪談中，朱教授還提到了“微網(wǎng)”(Micro Grid)這個(gè)概念。與電網(wǎng)的概念相對(duì)應(yīng)，微網(wǎng)指僅包含少量分布式能源資源的電力子系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)微網(wǎng)包括分布式發(fā)電、負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置、控制元件四個(gè)部分。[3]
在“碳中和”背景下，微網(wǎng)的構(gòu)建成為電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的必由之路。
未來(lái)的電網(wǎng)需要大量分布式的發(fā)電裝置和負(fù)載，例如屋頂光伏板和電動(dòng)汽車。這些分布式能源和負(fù)載如果直接并網(wǎng)，很難進(jìn)行管控，帶來(lái)極大的不穩(wěn)定因素。因此我們需要構(gòu)建“微網(wǎng)”，促進(jìn)能源的內(nèi)部消納，多余電能可以回饋電網(wǎng)。如此，能提高能源的利用效率，也能夠減少對(duì)于電網(wǎng)的沖擊。
同時(shí)，微網(wǎng)也是一個(gè)市場(chǎng)。朱教授提到，澳大利亞存在電力的P2P(peer-to-peer)市場(chǎng)，自家用的光伏電池板發(fā)出的多余電力可以賣給鄰居，也可以回饋電網(wǎng)。這種市場(chǎng)化的管理，讓居民能夠在數(shù)年之內(nèi)讓購(gòu)買光伏電池板的成本回本，極大激發(fā)了居民安裝光伏板的熱情。
對(duì)比中國(guó)：經(jīng)驗(yàn)與啟示
目前中國(guó)電力體制基本形成“廠網(wǎng)分開、配售分離”的市場(chǎng)格局，這與澳大利亞類似。
但中國(guó)輸配電價(jià)收到政府的核定和監(jiān)管，與澳大利亞基本完全放開電力市場(chǎng)有很大差別。同時(shí)，中國(guó)電力市場(chǎng)交易主體主要為實(shí)體發(fā)電企業(yè)、售電公司或電力用戶，這與澳大利亞市場(chǎng)存在的純金融投資機(jī)構(gòu)、全部用戶自由參與電力交易有較大差別。
因此，中國(guó)的虛擬電廠與微網(wǎng)市場(chǎng)化程度仍較低。[4]
中國(guó)目前投入使用的虛擬電廠有冀北虛擬電廠（用于調(diào)峰）、上海虛擬電廠（用于調(diào)峰）、江蘇源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)系統(tǒng)（快速精準(zhǔn)切除負(fù)荷[6]）、深圳虛擬電廠（需求側(cè)響應(yīng)）等，其共同特性為國(guó)家電網(wǎng)或南方電網(wǎng)掌控，主要目標(biāo)為保證電網(wǎng)穩(wěn)定，降費(fèi)增效。
雖然目前中國(guó)的虛擬電廠和微網(wǎng)較西方國(guó)家發(fā)展略有遲滯，但近年來(lái)受到政府的大力支持，發(fā)展勢(shì)頭持續(xù)向好。[2]
澳大利亞電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)對(duì)中國(guó)的啟示在于，未來(lái)在風(fēng)險(xiǎn)可控的情況下，引入大型投資機(jī)構(gòu)，開放個(gè)人投資準(zhǔn)入，這樣可以增強(qiáng)市場(chǎng)的流動(dòng)性，發(fā)揮市場(chǎng)在資源配置中的重要作用，最終實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定、更經(jīng)濟(jì)、更靈活的電網(wǎng)，助力達(dá)成“雙碳”目標(biāo)。
[1] 虛擬電廠究竟是什么？能緩解高峰用電緊張嗎？ 鄭漳華,北京日?qǐng)?bào)，2023年8月9日。
[2] 冷媛,辜煒德.澳大利亞電力金融市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)機(jī)制及對(duì)中國(guó)電力市場(chǎng)建設(shè)的啟示[J].中國(guó)電力,2021,54(06):36-43+61。
[3] Moslem Uddin, Huadong Mo, Daoyi Dong, Sondoss Elsawah, Jianguo Zhu, Josep M. Guerrero, Microgrids: A review, outstanding issues and future trends, Energy Strategy Reviews, Volume 49, 2023, 101127, ISSN 2211-467X。
[4] 丁一,謝開,龐博等.中國(guó)特色、全國(guó)統(tǒng)一的電力市場(chǎng)關(guān)鍵問(wèn)題研究（1）：國(guó)外市場(chǎng)啟示、比對(duì)與建議[J].電網(wǎng)技術(shù),2020,44(07):2401-2410.DOI:10.13335/j.1000-3673.pst.2020.0422。
[6] 國(guó)家電網(wǎng)建設(shè)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”友好互動(dòng)系統(tǒng) 提升電網(wǎng)運(yùn)行管理能力。
[7]《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍(lán)皮書》，2023年6月。
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