数字化与碳中和的虚拟电厂.doc

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1、数字化与碳中和的虚拟电厂碳中和是能源发展的目标之一，不是全部个人认为，我国能源中长期发展目标，是一个动态平衡的过程，既要绿色（碳中和），又要安全，还要经济。碳中和是绿色发展指标，非常重要，但另外两个也很重要。从静态的资产建设角度，绿色VS安全VS经济，似乎是一种不可能三角。两个目标叠加，是有解决方案的，比如既要绿色，又要安全，那么必须应对大规模风光并网带来的不确定性风险，比如电网扩容搞到N-1，N-2，上各种储能，然后火电给新能源兜底（新能源带基荷，火电去调频调峰）。这么做的结果就是电价必然升高，经济性问题突出。所以个人认为简单靠堆资产的方式，尤其是在集中式电源或者输变电环节（即供给侧）大规模

2、的上风光或者储能，是无法在中长期维度上，解决绿色+安全+经济的多目标优化问题的。需求侧可能是未来碳中和的主战场原来的输变电系统，在设计时就不是为了大规模消纳可再生能源的，是一种“以产定销”的建设和运行模式，虽然会考虑负荷的情况，但是在平衡的时候，为了电力系统安全，发用之间产生矛盾时，一定是限制用，去确保发输，最典型的就是“有序用电”，甚至事故情况下的拉闸限电。大规模风光集中式并网，带来的是巨大的系统不确定原来只是一端不确定（负荷侧的波动性），现在变成的两端不确定，发电侧从发电计划运行，变成了靠天吃饭如何在不抬高输配电价和上网电价的情况下去解决这个问题，这不是一个简单的技术问题，而是一个复杂的技

3、术-经济-政治问题。复杂问题求解，首先是分层，就是把问题在较低层次去解决，比如把这种复杂性限制在城市电网、园区电网去解决，然后是解耦，就是把需求侧和供给侧解耦，能否在需求侧小范围实现自平衡，然后再上一个层次自平衡，逐层平衡，层间松耦合。所以个人认为，未来大规模的分布式+负荷侧管理（需求响应和能效优化）+微电网+分布式储能，将可能是成为碳中和的最主要手段，然后再到大电网去平衡负荷和电源。从经济的角度来说，在最靠近负荷的地方直接消纳可再生能源，至少可以省掉2毛钱/度的输配电价，而且消纳的价格是销售电价而非上网电价，最利于投资收益。从技术的角度来说，大量分布式就近消纳+储能+负荷曲线价格响应，最后负

4、荷曲线可能较为理想，对电网冲击最小。下图是特斯拉在国外做的一个虚拟电厂案例：用户初始的负荷曲线是灰色实线，而通过虚拟电厂的调度，把负荷曲线变成和灰色的虚线，并且实现了绿色电力的最大消纳。需要说明的是，这个虚拟电厂还没有更进一步做到负荷控制，只是根据负荷曲线和价格型号，把储能+分布式光伏+充放电控制策略结合起来了，所以实际负荷曲线还有进一步优化的可能。需要说明的是：这是一个多用户、多个分布式光伏项目联合调度的案例，不是单个用户。电力行业的发展重心，将从发输转向配售用如果传统火电企业看到这条灰色的虚线虚拟电厂场景下的实际负荷曲线，估计会心里一凉，因为这个曲线和电价曲线对应下，基本上大电源是赚不到钱

5、的。电网企业估计也会心里一凉，不需要那么多投资了。个人认为，如果碳中和的主战场移到了需求侧，那么整个电力行业的发展重心，也将从发输，转到配售用。所谓一转百转，很多东西可能就不一样了。比如原来发电企业只要把电网伺候好就可以了，现在得自己去做下沉市场需求侧、负荷侧的用户了。电网企业原来的统购统销模式，不仅被电改政策所打破，也在物理上被打破，当在配网里出现了一大堆做虚拟电厂的、做共享储能的、做分布式隔墙售电的，能够到110kV及以上去交易的负荷，将会是怎么样的一种曲线？技术范式组织范式商业范式都将发生变化。至少我认为，电网公司总部的专家领导们，内心早就认识到这一点了，无论是国网提出的“能源互联网企业

6、”，还是南网的“五者三商”转型，一直到所有能源企业关注的综合能源服务转型，其实都是在顺应这个大趋势而已。数字化的价值虽然现在所有能源大企业都在谈数字化转型，但是我认为数字化的不同的范式里，价值是完全不同的。在大机组+大系统的时代，集中式管理的数字化，更多的是管理价值的提升，从部门信息化，到班组信息化，到现场自动化，再到集团信息化，运营精益化管控，本质上是打破原有的信息不透明，实现管理效率提升，本质上是一种财务价值驱动的数字化所有的数字化手段，都是以劳动生产率提升为目标，否则就是假的数字化。但是在以中低压配网为基础，以双向潮流，互动协作的虚拟电厂为特征的需求侧、负荷侧数字化，出发点就不是单纯的一

7、家企业财务成本最优为目标，而是多市场主体的整体效益最优为目标。而这个目标，取决于如何解决可再生能源出力、负荷曲线、价格信号的多重不确定性，即实现绿色+安全+经济的最优平衡，而不是混乱。所以我个人认为这才是数字化在需求侧的第一性原理：当能源物理系统的不确定性上升（尤其是碳中和带来的风光不确定性）即能源物理系统的热力学熵增，那么只有通过能源数字化的信息化熵减才能去平衡，使得能源信息物理系统整体是熵减的。特斯拉开发了自己的虚拟电厂平台AutoBidder。（图片来自特斯拉公司的技术介绍）用双向的控制，以社区配电网为单位，把分散式的源网荷储充都纳入进来，实现了上述的虚拟电厂控制。（图片来自特斯拉公司的

8、技术介绍）（图片来自特斯拉公司的技术介绍）看到这里大家可能会有点理解Musk的那句话了：特斯拉是一家能源公司，特斯拉汽车只是能源公司的一个产品而已。特斯拉的AutoBidder（这平台的名字叫做自动投标，说白了以后就是参与辅助服务或者市场投标的），基本上已经处于商业验证阶段，如果我没记错的话应该是在澳洲做的项目，目前已经有若干场景，比如集中式风光+集中储、单用户光储充、多用户光储充等等。但是特斯拉的主要目标很明确，就是冲着需求侧去的，毕竟它的SolarCity光伏系统、PowerWall储能、特斯拉电动车和充电桩都是分布式的资产。而且最具有震撼力的一点是，特斯拉玩的是颠覆式它的Autobidd

9、er架构全部采用开源协议，不是传统电力系统的IEC协议，或者工业自动化协议，Musk认为这些都已经老了，对行业的壁垒保护已经阻止的创新，要实现低成本的数字化，必须基于互联网的开源架构这个玩法，Musk在SpaceX的航天系统，以及特斯拉的车载系统里都采用了，比如SpaceX直接用了商用计算机架构，把载人航天的任务控制系统成本下降了1000倍。在涉及人命的航太系统里，经过测试验证都敢不用航天军标，在电力系统更是用开源打封闭很轻量化而且非常快的部署迭代。当然，由于中国目前的市场化水平，电价还不能充分波动，所以大家也不用特别惧怕特斯拉。只不过某些花了几千万上亿，用了传统架构，还号称很数字化转型的企业，可能要思考下，目前的技术是不是代表未来，是不是代表了战略转型的方向，或者是给领导汇报很好看的“数字化转型”。总之，趋势已经出现了，如果说电动汽车领域，蔚来、小鹏都是跟着特斯拉跑的，那么特斯拉在虚拟电厂和需求侧开源创新的领域，是不是也很代表了未来的方向呢？值得我们进一步深思。7