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當(dāng)托馬斯·愛(ài)迪生在1882年建成他的第一個(gè)直流微電網(wǎng)時(shí)，他或許不會(huì)想到微網(wǎng)的概念在百年后的今天再一次火熱起來(lái)。
早在十九世紀(jì)末，電氣化方興未艾之時(shí)，相較于爭(zhēng)執(zhí)不休的交直流，電網(wǎng)在規(guī)模上“越大越好” 這一定律便從未改變過(guò)。無(wú)論是從經(jīng)濟(jì)性還是安全性的角度上來(lái)分析，電網(wǎng)的互聯(lián)都可以降低建設(shè)成本，且一定程度上增加系統(tǒng)的慣性，并相互分享系統(tǒng)的靈活度，使其能夠更加從容的面對(duì)大大小小的故障，快速恢復(fù)原狀。
從英國(guó)已經(jīng)給出的十幾吉瓦高壓直流輸電(HVDC)建設(shè)計(jì)劃，到歐洲連接亞洲和北非的2050超級(jí)電網(wǎng)(SuperGrid)構(gòu)想，再聯(lián)想到國(guó)內(nèi)火熱的全球互聯(lián)網(wǎng)概念，“電網(wǎng)互聯(lián)”這一概念一直為電氣工程師們所推崇。然而，就像曾經(jīng)一敗涂地的直流輸電成功翻身一樣，曾被貼上“難堪大用”的標(biāo)簽的微電網(wǎng)(以下簡(jiǎn)稱“微網(wǎng)”)也開始火熱起來(lái)。
在分析微網(wǎng)的利弊之前，讓我們先看一下美國(guó)能源部對(duì)微網(wǎng)的定義：
“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.”
簡(jiǎn)要翻譯就是：
“微網(wǎng)是由一組互聯(lián)的負(fù)載和分布式能源組成的。相對(duì)于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，其具有單一可控的特征，使得它既可以在與電網(wǎng)相連的條件下工作，又可斷開連接，單一運(yùn)行。”
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光伏蜜糖
以此我們可以注意到微網(wǎng)的主要特征就是其能夠在「孤島模式」運(yùn)行。這也是微網(wǎng)早期最主要的應(yīng)用，對(duì)于島嶼或是山區(qū)甚至極地等經(jīng)濟(jì)性上或技術(shù)性上無(wú)法與主電網(wǎng)相連的地區(qū)，微網(wǎng)的建設(shè)能夠給當(dāng)?shù)鼐用駧?lái)穩(wěn)定的供電。但是這種場(chǎng)景下的需求畢竟有限，那么為什么最近微網(wǎng)的建設(shè)又突然進(jìn)入快車道了呢(如下圖預(yù)測(cè))?
►「電網(wǎng)可靠性的區(qū)別化」
►「峰谷電價(jià)的差異化」
►「接光伏的鍋」_(:3)∠)_
首先我們來(lái)談?wù)効煽啃浴?br />
近年來(lái)全球極端天氣增多，造成了不同程度的停電事故，給電網(wǎng)的運(yùn)行造成了極大的挑戰(zhàn)。全網(wǎng)統(tǒng)一的可靠性標(biāo)準(zhǔn)或許已不再適用。電網(wǎng)需分清輕重緩急，讓醫(yī)院消防等公共事業(yè)的供電需求在大范圍故障的情況下優(yōu)先得到保障(當(dāng)然不是說(shuō)你家就該斷電(｡•ˇ‸ˇ•｡)，只是救死扶傷的供電應(yīng)優(yōu)先保障)。
與此同時(shí)，微網(wǎng)可不僅僅指代的是幾個(gè)備用發(fā)電機(jī)。首先它需要有足夠并“可靠”的發(fā)電容量來(lái)實(shí)時(shí)滿足網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的非彈性的用電需求，也就是在隨時(shí)斷開的前提下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。其次它需幫助建立彈性電網(wǎng)，提高其恢復(fù)力(resilience)，保證斷電后的快速重啟。 最后，在不斷接入新負(fù)載的前提下，微網(wǎng)也可以通過(guò)控制降低區(qū)域用電峰值，從新排組用戶的電力需求，從而減緩電網(wǎng)更新設(shè)備的需求，也意味著更少的硬件擴(kuò)容投資。
第二條則是能源交易。
隨著新能源發(fā)電的不斷增加，其發(fā)電的不穩(wěn)定性也會(huì)造成電力市場(chǎng)清算價(jià)格的變化越來(lái)越大。比如英國(guó)在去年九月就曾出現(xiàn)過(guò)比日常價(jià)格高24倍，清算電價(jià)達(dá)到£999/MWh的情況。由于微網(wǎng)一般配有儲(chǔ)能裝置，所以其也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)“峰谷電價(jià)”的利用，從而節(jié)省用戶的購(gòu)電成本。此外，這類儲(chǔ)能裝置也能幫助電網(wǎng)/售電公司吸納更多的可再生能源發(fā)電，達(dá)到其所被分配的「可再生能源配額要求」(例如綠證等)。
最后一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)就是電能質(zhì)量的提升。
一方面頻率或電壓敏感類的負(fù)載在電網(wǎng)中的比重逐漸增加，另外一方面分布式發(fā)電(尤其是光伏)不斷接入居民側(cè)，加劇了電壓和電網(wǎng)頻率的不穩(wěn)定，所以在電網(wǎng)公司急需提升局部調(diào)節(jié)能力。而微網(wǎng)能通過(guò)它所配備的各類發(fā)電和儲(chǔ)能資源，以及相應(yīng)的電力電子元件，對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，并限制以及緩解區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行不穩(wěn)定對(duì)主電網(wǎng)的影響。此外這些分布式的發(fā)電和儲(chǔ)能也能為電網(wǎng)和調(diào)度提供 “輔助服務(wù)”，支撐電網(wǎng)運(yùn)行。
電網(wǎng)砒霜
以上說(shuō)了一堆微網(wǎng)的“好話”。但是為什么電網(wǎng)公司有可能視微網(wǎng)為砒霜呢?可概括為兩點(diǎn)：
►可靠性標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別很難被貨幣化
►當(dāng)前電網(wǎng)的盈利模式過(guò)于單一
像上文中提到的，微網(wǎng)的重要貢獻(xiàn)就是可靠性和電能質(zhì)量提升。但是這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都很難被直觀的從投資回報(bào)比中反映出來(lái)，而客戶也未必愿意為此買單(甚至有人會(huì)說(shuō)電網(wǎng)在畫大餅，你也沒(méi)轍)，所以電網(wǎng)不愿做出改變也是可以理解的。
此外電網(wǎng)企業(yè)的利潤(rùn)來(lái)源一般是“輸配固定電價(jià)”。這一價(jià)格的制定是根據(jù)居民購(gòu)電量以及電網(wǎng)設(shè)備折舊計(jì)算的。而且由于輸配電天然壟斷的特性，定價(jià)機(jī)制受到政府監(jiān)管?？紤]到電氣設(shè)備較長(zhǎng)的運(yùn)行壽命(一般可達(dá)到20-30年)，電網(wǎng)公司一般是不希望看到設(shè)備因?yàn)?ldquo;用戶需求改變”而過(guò)早被更換的。而我這里所說(shuō)的用戶需求改變就是指光伏，儲(chǔ)能，還有電氣化供冷暖以及電動(dòng)車充電等不同活動(dòng)在無(wú)協(xié)調(diào)控制的前提下加入。
但是科技發(fā)展如此迅猛，光伏和儲(chǔ)能組件價(jià)格不斷降低，用電側(cè)對(duì)于自發(fā)電設(shè)備的利用率只會(huì)越來(lái)越高，而這也使得未來(lái)電網(wǎng)所可能需要面對(duì)一個(gè)重大問(wèn)題：“負(fù)載叛逃”(load defection)。這種情況下，如果電網(wǎng)企業(yè)愿意擁抱這種變化，建設(shè)微網(wǎng)，幫助優(yōu)化分布式資源的運(yùn)營(yíng)，恐怕只會(huì)加速負(fù)載叛逃的進(jìn)程，這對(duì)依靠輸配電費(fèi)這單一收入源的他們來(lái)說(shuō)無(wú)異于飲鴆止渴。但電網(wǎng)公司若想通過(guò)一己之力(例如取消Net Metering政策)限制光伏發(fā)電的接入，恐怕只能延緩負(fù)載叛逃的到來(lái)，無(wú)助于解決電網(wǎng)利潤(rùn)來(lái)源的問(wèn)題，造成用戶和電網(wǎng)公司兩敗俱傷的局面。所以不得不說(shuō)電網(wǎng)公司站在了一個(gè)按常規(guī)套路出牌都是死路的岔路口。
那么對(duì)于這一問(wèn)題，作為既得利益者的Tesla和Solar City 公司的CEO—埃隆·馬斯克又是怎么評(píng)價(jià)的呢?
首先他在之前收購(gòu)SolarCity問(wèn)題上就表示他就是為了布局“光伏+儲(chǔ)能+電動(dòng)車”的微網(wǎng)一站式服務(wù)。
他曾認(rèn)為人類終極能源來(lái)源是分布式發(fā)電，但在最近卻發(fā)出了不同的聲音，安撫電網(wǎng)公司。他認(rèn)為未來(lái)分布式和集中式發(fā)電比例可以達(dá)到1：2。這也就是說(shuō)電網(wǎng)公司仍能分到一塊很大的蛋糕。當(dāng)然這一假設(shè)是建立在供暖和通勤需求都被大量電氣化的前提上。讓人不得不為此打上一個(gè)大大的問(wèn)號(hào)。
至于馬斯克為什么要做出這樣的評(píng)價(jià)，因?yàn)樗A(yù)測(cè)到特斯拉未來(lái)在儲(chǔ)能市場(chǎng)上的銷售額百分之八十到九十是來(lái)自于大容量的Powerpack 電池，而不是面向居民的Powerwall，而電力事業(yè)公司這一大客戶必將成為儲(chǔ)能銷售企業(yè)眼里的一塊大肥肉。
新能源技術(shù)的爆發(fā)已然不可阻擋，而站在路中間的電網(wǎng)公司們，如若不求變，不想方設(shè)法找到“解毒劑”，恐怕只會(huì)落到個(gè)湮滅在歷史洪流中的下場(chǎng)了。
【無(wú)所不能特約作者，Kevin Zhang，曼徹斯特大學(xué)電氣工程博士生】
原標(biāo)題：微網(wǎng)，光伏之蜜糖，電網(wǎng)之砒霜?
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