中國儲能網(wǎng)訊：2017年4月24-26日，第七屆中國國際儲能大會在蘇州香格里拉大酒店圓滿召開，來自中、美、英、德、澳、日、韓等國家的1400余位嘉賓到場參會。大會共邀請140余位行業(yè)專家與企業(yè)代表，圍繞產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)話題，發(fā)表了一系列精彩演講，中國儲能網(wǎng)將向讀者傳遞本次大會最具價值的聲音。
大會期間，清華大學(xué)電機(jī)系副系主任魯宗相，在“新能源發(fā)電并網(wǎng)專場”，以《適應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行需求的多點(diǎn)廣域布局電池儲能系統(tǒng)的優(yōu)化規(guī)劃》為題發(fā)表演講，現(xiàn)將演講主要內(nèi)容發(fā)布，以饗讀者。
清華大學(xué)電機(jī)系副系主任魯宗相
魯宗相：大家好，我們儲能很核心的要在未來整個能源場景當(dāng)中去找到我們的一個應(yīng)用背景。因?yàn)槲冶旧淼谋尘皩?shí)際上是搞系統(tǒng)的，所以說我們今天應(yīng)邀請跟儲能去講。我們實(shí)際上是給大家擺了一個未來可能的場景之下，我們儲能有什么樣的應(yīng)用背景。所以說要講這個的話，我們實(shí)際上需要先給大家講一講這個背景。我這里提了一個詞叫做未來電網(wǎng)的靈活資源需求，這個需求如果論證成立，我們儲能的空間就無限大，大家的市場無限大?，F(xiàn)在這些公司再滋生出來10倍也足夠支撐這個空間。下面是我們的一個案例，一個就是從比較大范圍的，從系統(tǒng)層級來講怎么去做網(wǎng)和儲的一體化的靈活規(guī)劃。另外我們就是結(jié)合可再生能源如何做一個多風(fēng)場的儲能協(xié)調(diào)。剛才我們趙勇強(qiáng)主任講的，包括各方面都在講我們所需要或者說所預(yù)計(jì)的一個未來現(xiàn)狀就是說未來可能是一個高比例可再生能源的發(fā)展場景。這么樣的一個場景之下，我們又碰到了一個很現(xiàn)使得問題，就是說未來是很美好的，但是現(xiàn)實(shí)是比較骨感的。從增速來講風(fēng)電花了10年時間翻了100倍，光伏只花了5年時間就翻了100倍，但是不管是光還是風(fēng)還是水，近幾年來都棄的比較厲害，就是說我們怎么樣把現(xiàn)實(shí)這個問題且了才能走向大家認(rèn)為的比較美好的未來，這是我們近五年來在座的各位一定要干的事情，大家都得從各自的角度提出我們的解決方案。
我這里拋出一個觀點(diǎn)是什么呢？就是關(guān)于這個靈活性的問題，我們都知道以前電力系統(tǒng)運(yùn)行是上頭這條綠色的曲線，我們給了一條負(fù)荷曲線之后所有的機(jī)組跟著這條線跑，我們希望能夠包住這條負(fù)荷曲線。這個時候你的電源一半甚至到更多變成了可再生能源，它帶來的問題是什么呢？就是來回的波動，依賴于我們預(yù)測系統(tǒng)，只要預(yù)測就一定有不準(zhǔn)的問題。所以在這種情況我們未來會有三個突出的問題，第一個是會有更高的爬坡率。這個爬坡的事情對搞調(diào)度的人來講是非常頭痛的，一定要在規(guī)定的時間內(nèi)按照規(guī)定的功率調(diào)節(jié)方向調(diào)動這個機(jī)組或者其他資源滿足這個調(diào)節(jié)的要求。實(shí)際上這個問題是未來所面臨的首要問題，還有就是各種不確定性變得更多，以前大家搞負(fù)荷預(yù)測已經(jīng)非常有信心的，95%以上的預(yù)測準(zhǔn)確率沒有問題。我們從電力系統(tǒng)的基本概念來講，以前我們講可靠、經(jīng)濟(jì)，現(xiàn)在要增加一條就是靈活的問題，我們認(rèn)為未來的電力系統(tǒng)要講四性，就是安全、可靠、靈活、經(jīng)濟(jì)。我們想構(gòu)建一個基于靈活性的未來電力系統(tǒng)的平衡原理，還是這些參與者，有供給方還有需求方，如果說從靈活性的角度來看，大家的身份是可以轉(zhuǎn)變的，風(fēng)電場因?yàn)檎{(diào)節(jié)能力相對弱，在靈活性的市場平衡之下，需求方和供給方在市場為基礎(chǔ)的條件下會變得跟以前不太一樣。而我們儲能作為一個能源轉(zhuǎn)換的重要環(huán)節(jié)，我們認(rèn)為定位儲能在整個大場景之下是能源轉(zhuǎn)換，因?yàn)樗旧聿皇请娫?，沒有發(fā)電的能力，一定要先儲才能放。構(gòu)建的一個新的平衡就是說我們需要一個靈活性的需求和靈活性的供求原理，這個一定要結(jié)合一個市場的平衡，這樣才能構(gòu)建一個新的靈活性平衡原理。原來的這種電力電量平衡，我們一定是依據(jù)我們的負(fù)荷曲線作為我們所有研究的輸入的，我所有的電源變化、所有的機(jī)組調(diào)節(jié)都是以我們所謂的負(fù)荷曲線為依據(jù)的，這個就包含了我們的負(fù)荷和可再生能源的總體出力的總和，這個時候可再生能源的裝機(jī)占比包括出力占比已經(jīng)達(dá)到一個足夠高的程度，所以我們需要去研究它的新的平衡。
這張圖是借用我們一個搞儲能的專家的圖，為什么我們這里要把儲能單獨(dú)拿出來？也是為了應(yīng)景，畢竟是一個儲能的會議。另外還需要講一個觀點(diǎn)，就是大家對儲能寄予厚望，一直有一個定位就是說它是一個革命的力量，一定是革現(xiàn)有電力系統(tǒng)若干環(huán)節(jié)的命。但是我們說革命這個詞往往比改革更加血腥，所以說現(xiàn)在來講就是所謂的到了深水區(qū)以后一定有上與下的差別。在整個儲能的體系當(dāng)中，不管是化學(xué)儲能還是物理儲能，要在我們剛才所講的電力系統(tǒng)下用，一定要從容量規(guī)模和調(diào)節(jié)的性能要求等等要適應(yīng)我們電力系統(tǒng)的要求，這就是作為一個大背景。
下面我們用兩個案例的方式說明到底怎么去用這個，一個是在整個系統(tǒng)層面我們講網(wǎng)和儲的一體化規(guī)劃，這個問題是怎么提出來的？就是我們說的如果我們放在一個高比例的場景之下一定會有一個調(diào)節(jié)需求，這個調(diào)節(jié)需求由誰來滿足就必然要有一個量化標(biāo)準(zhǔn)的問題。靈活性到底怎么去定量的計(jì)算，你說一個電力系統(tǒng)靈不靈活？以前我們總是以案例的方式來說，說在這種運(yùn)行情況之下能夠確定它是靈活的，但是我們能不能給一個概念一樣做呢？能不能類似的定義這樣一個量化的靈活性的問題，以及相應(yīng)的怎么建立它的約束指標(biāo)。
我們看看它的物理概念是什么？實(shí)際上我們就是要找一個兩層的機(jī)理，上層關(guān)鍵是建立我們的投資決策體系，我到底是選擇儲能還是選擇火電機(jī)組的靈活性，下層一定是一個技術(shù)支撐的體系，也就是說對靈活性的交換機(jī)制要建立一個非常詳細(xì)的評價，什么樣的方式能夠得到一個共同的效果，這就有一個好與壞的比較了。在這個思路之下我們怎么去做投資？要做投資的話我們一定要證明這個最優(yōu)投資是存在的，首先我們證明了它一定存在這樣一個極值，我們的整體投資最小，這樣就意味著不一定是局部的設(shè)備或者子系統(tǒng)獲益最大，這當(dāng)中我們就要把全網(wǎng)當(dāng)中所有包含在內(nèi)的元件包括我們發(fā)電設(shè)備、輸電設(shè)備、儲能設(shè)備一塊放進(jìn)去才能做這樣的優(yōu)化。這樣的一個優(yōu)化結(jié)果，我們一定要去做一個模擬才能得到這個結(jié)果。這個模擬過程我們可以先去做技術(shù)上的可行，實(shí)際上在工程上我們都有這個概念，一定是技術(shù)可行才講經(jīng)濟(jì)最優(yōu)，先做下層的優(yōu)化就是保障整個靈活的平衡的技術(shù)可行性。保障了這個可行性之后我們就可以進(jìn)一步的去做上層的經(jīng)濟(jì)最優(yōu)。這個經(jīng)濟(jì)最優(yōu)我們證明了它實(shí)際上一定是存在這個最優(yōu)值的，如果不存在這個最優(yōu)值的話我們一定要用別的手段來解決了。通過這樣的流程我們做一個簡單的案例，讓大家看看實(shí)際數(shù)據(jù)會是什么樣的結(jié)果。我們這里實(shí)際上是一個內(nèi)蒙的規(guī)劃數(shù)據(jù)的案例，我們給了常規(guī)的火電，包括這里的年產(chǎn)基礎(chǔ)，還有自備火電還有這些儲能，我們考慮各自的調(diào)節(jié)速度和調(diào)節(jié)范圍。
我們想比較一下，這么多的手段到底怎么樣組合能夠達(dá)到一個最佳的效果。這就是做的一個投資效益曲線，這條藍(lán)色的是凈收益曲線，它一定有一個最高點(diǎn)，這個最高點(diǎn)就是我們的一個最優(yōu)點(diǎn)。這個指示意義是什么呢？就是說我們實(shí)際上是可以找到這個最優(yōu)點(diǎn)的運(yùn)行的。大概的效果是什么樣的呢？取決于你對靈活性的要求，如果說你對靈活性的要求越高的話，你一定調(diào)的范圍越小，我們的儲能就大有市場。包括這個自備的調(diào)峰手段也可以用了，包括需求響應(yīng)也可以用了。實(shí)際上我們大概還使有一個傾向性的，現(xiàn)有的火電的靈活性應(yīng)該還是放在第一步考慮，然后才是我們儲能、調(diào)峰等等手段，因?yàn)槔锩嬗幸粋€經(jīng)濟(jì)代價的問題。我們以前的思路，電網(wǎng)調(diào)度針對每一個電場來做，我們現(xiàn)在不想用這種思路做，這樣會讓我們的調(diào)度也變得很難受，因?yàn)橐艿狞c(diǎn)太多。
以前說我們20年火電廠的數(shù)據(jù)庫大概也就是幾千個機(jī)組的范圍，結(jié)果3年風(fēng)電機(jī)組一上來就過萬臺機(jī)組了，所以這個管理是很麻煩的。我們把它變成集中開發(fā)、集中外送，加一個集群的概念，達(dá)到兆瓦級甚至是達(dá)到百萬常規(guī)機(jī)組級，這樣的一個問題我們怎么去做？實(shí)際上就是找到它的內(nèi)外優(yōu)化層面，第一個是找到調(diào)節(jié)量的均衡分配的能力。各個風(fēng)電廠之間到底怎么去分配，一定要考慮互補(bǔ)性。還有就是假設(shè)每一個都有一個儲能，也有一個相互調(diào)劑的問題。如果這個時候某一個A風(fēng)電場需要用，BCD風(fēng)電場都可以支持，當(dāng)然這個不是白用的，是需要有市場支撐的。在成本當(dāng)中我們還要考慮功率平衡的約束條件，這樣我們做出來的結(jié)果就是希望能夠?qū)崿F(xiàn)一個拿集群作為一個代理去作為一個整體去跟電網(wǎng)進(jìn)行溝通和交易。因?yàn)樵缟蠗钤菏空f要成立聯(lián)盟才能改善儲能在整個市場或者在整個國家管理體系的地位，其實(shí)這個是有一定的技術(shù)合理性的，因?yàn)楫?dāng)你體量規(guī)模差不多的時候才有一個平等的對話基礎(chǔ)。一樣的道理，我們就有一個利益分配的問題。我們最終是想證明什么呢？如果說我們儲能的投資者是一個理性投資者，沒有惡性競爭或者說沒有通過壟斷抬價的，這種理性的假設(shè)之下我就可以去做一個博弈，最終是希望我的集群收益一定要大于單獨(dú)控制的收益，而且要體現(xiàn)各個風(fēng)電場之間的公平和效率。
這樣做下來的結(jié)果我們認(rèn)為還是可以做到的，也就是說我們從理論上來講可以研究它的相互吸引力，就是說你這個聯(lián)盟最終怎么樣才能成立，一定是大家都基于一個公平原則去做才能成立。這個就是我們拿實(shí)際的數(shù)據(jù)做出來的一個結(jié)果。實(shí)際上這個背后的引子實(shí)際上就當(dāng)時在東北做的那個儲能的方案，至少參與的幾個風(fēng)電場之間獲得了比較好的收益，儲能投資一定程度上投資回報(bào)率是比其他的要高很多的。
我們總體來講，通過這樣的一個分配方式我們可以實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)和綁定，通過這個研究我們也有一個概念。就是儲能走的一種技術(shù)合作路線跟我們以前做的一定不一樣，因?yàn)樗偸菃卧?，但是組合的數(shù)量大，這個跟以前我們傳統(tǒng)火電機(jī)組單機(jī)容量大數(shù)量少的特征是完全不一樣的。所以我們類似的道理做了一個不同尺度的協(xié)調(diào)規(guī)模，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)你協(xié)調(diào)的儲能數(shù)量越多的時候，最終取得的效果越好，也就是說仍然有一個規(guī)模效應(yīng)存在，這個和我們當(dāng)初講的火電的規(guī)模效應(yīng)是不一樣的。我們在未來的場景之下，靈活性一定會成為一個有價值的市場，它一定會成為我們儲能未來應(yīng)用的一個重大需求。儲能將作為一種專門的靈活調(diào)節(jié)資源將在未來電網(wǎng)中獲得巨大的應(yīng)用潛力，另外是我們做了一些小的案例，證明了在多個風(fēng)電場之間去應(yīng)用這種分布式儲能做廣域協(xié)調(diào)控制是可以實(shí)現(xiàn)我們儲能的價值回收的。我的報(bào)告就到這里，謝謝大家。
