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清華大學“碳澳清風”實踐支隊 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的發(fā)展及其與中國的對比
悉尼時間2023年8月9日下午，清華大學“碳澳清風”支隊前往悉尼大學與朱建國教授(Prof. J. Zhu)進行會談。在會談期間，朱教授帶領(lǐng)支隊參觀了電力系統(tǒng)實驗室，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，尤其是太陽能。澳大利亞全國一類地區(qū)太陽年輻照總量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告》[5] 表明，2022年澳大利亞發(fā)電總量新能源占比35.9%。（對比看，中國此比例為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力地實現(xiàn)一個完全清潔的電網(wǎng)。主要原因在于，新能源并入電網(wǎng)后，會帶來一個嚴重問題——不穩(wěn)定。
以光伏電池板(PV)為例，由于光照強度受天氣影響十分顯著，光伏發(fā)電陣列輸出的實時電能功率會大幅度波動，而且這種波動很難被人為控制或干預(yù)。這就給電網(wǎng)帶來了巨大的挑戰(zhàn)：因為電網(wǎng)總要保證發(fā)電量=用電量，不平衡就會崩潰。如果要保證在最壞情況下（輸出功率最?。┻€能讓負載正常工作，就必須額外增加大量富余裝機容量，造成經(jīng)濟成本的浪費。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，科學家們提出了“虛擬電廠”(Virtual Power Plant, VPP)這個概念。這個概念最早由西蒙·阿韋布赫（Shimon Awerbuch）博士于1997年提出，后來其內(nèi)涵被逐漸豐富。在今天，其內(nèi)涵可以概括為，通過物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)，將用電方、儲能方、分布式電源聚合起來，使眾多“小型電站”組合成一個發(fā)電量可觀的虛擬電廠，實現(xiàn)電力的彈性調(diào)整。[1]
有了虛擬電廠這個技術(shù)，就可以讓新能源整體表現(xiàn)出一種相對可控、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)帶來的挑戰(zhàn)。
在交流中朱教授提到，虛擬電廠除了帶來穩(wěn)定的優(yōu)勢之外，其經(jīng)濟效益也不容忽視。在澳大利亞，電網(wǎng)高度市場化、金融化，電力費用牌價每5分鐘就會結(jié)算一次。在用電高峰，電價上漲；反之電價下跌。高低之間可以相差十倍。在此就產(chǎn)生了商機：如果有一家第三方企業(yè)，通過信息技術(shù)進行預(yù)測與計算，在低價的時候從電網(wǎng)購入大量電力，然后進行儲能，在高價的時候賣給相關(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。
事實上，澳大利亞現(xiàn)在已經(jīng)有很多成熟的虛擬電廠項目，例如西澳最大的一個虛擬電廠項目——Symphony，現(xiàn)在已擁有650個分布式能源客戶，規(guī)模為西澳第一。其實現(xiàn)了多個電力設(shè)備之間的實時協(xié)同與互相操作，也在西澳電力市場上引入了先進的能源交易機制和定價模式。
在這次訪談中，朱教授還提到了“微網(wǎng)”(Micro Grid)這個概念。與電網(wǎng)的概念相對應(yīng)，微網(wǎng)指僅包含少量分布式能源資源的電力子系統(tǒng)。一般來說，一個微網(wǎng)包括分布式發(fā)電、負荷、儲能裝置、控制元件四個部分。[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。
未來的電網(wǎng)需要大量分布式的發(fā)電裝置和負載，例如屋頂光伏板和電動汽車。這些分布式能源和負載如果直接并網(wǎng)，很難進行管控，帶來極大的不穩(wěn)定因素。因此我們需要構(gòu)建“微網(wǎng)”，促進能源的內(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，也能夠減少對于電網(wǎng)的沖擊。
同時，微網(wǎng)也是一個市場。朱教授提到，澳大利亞存在電力的P2P(peer-to-peer)市場，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)。這種市場化的管理，讓居民能夠在數(shù)年之內(nèi)讓購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。
目前中國電力體制基本形成“廠網(wǎng)分開、配售分離”的市場格局，這與澳大利亞類似。
但中國輸配電價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有很大差別。同時，中國電力市場交易主體主要為實體發(fā)電企業(yè)、售電公司或電力用戶，這與澳大利亞市場存在的純金融投資機構(gòu)、全部用戶自由參與電力交易有較大差別。
因此，中國的虛擬電廠與微網(wǎng)市場化程度仍較低。[4]
中國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)荷儲互動系統(tǒng)（快速精準切除負荷[6]）、深圳虛擬電廠（需求側(cè)響應(yīng)）等，其共同特性為國家電網(wǎng)或南方電網(wǎng)掌控，主要目標為保證電網(wǎng)穩(wěn)定，降費增效。
雖然目前中國的虛擬電廠和微網(wǎng)較西方國家發(fā)展略有遲滯，但近年來受到政府的大力支持，發(fā)展勢頭持續(xù)向好。[2]
澳大利亞電力系統(tǒng)運營經(jīng)驗對中國的啟示在于，未來在風險可控的情況下，引入大型投資機構(gòu)，開放個人投資準入，這樣可以增強市場的流動性，發(fā)揮市場在資源配置中的重要作用，最終實現(xiàn)更穩(wěn)定、更經(jīng)濟、更靈活的電網(wǎng)，助力達成“雙碳”目標。
[1] 虛擬電廠究竟是什么？能緩解高峰用電緊張嗎？ 鄭漳華,北京日報，2023年8月9日。
[2] 冷媛,辜煒德.澳大利亞電力金融市場運營機制及對中國電力市場建設(shè)的啟示[J].中國電力,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.中國特色、全國統(tǒng)一的電力市場關(guān)鍵問題研究（1）：國外市場啟示、比對與建議[J].電網(wǎng)技術(shù),2020,44(07):2401-2410.DOI:10.13335/j.1000-3673.pst.2020.0422。
[6] 國家電網(wǎng)建設(shè)“源網(wǎng)荷儲”友好互動系統(tǒng) 提升電網(wǎng)運行管理能力。
[7]《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍皮書》，2023年6月。
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