要想应对这种负荷剧烈波动的状况,电力的传输必须是双向的,而且要经过负载中心,在工艺和需求方面都得到很好的调节。比如应对上面加州的例子,在美国西海岸的西雅图、圣地亚哥等地没有风能,也没有可再生能源组合,如果把它们的电网与加州的电网联在一起,就可以很好地平缓电力峰谷。如果我们提前一两天知道那天温度偏高而且无风,那么,所有高楼大厦的空调都要提早打开,并且设定的温度要下调几度。如此一来,大楼本身就成为一个热电池。这样做比用电池组来调节峰谷更合算。这就是一个需求侧响应的具体事例。
当然,需求侧会有很多不确定性,所以我们还要学会利用燃气机组快速爬坡进行功率调节。在未来,化石燃料不再作为能源供给,而只是用来发电调峰,目前看来,燃气机组的效能比所有电池的效能都要高,而且经济性上也更划算,当发生峰谷波动时,可以迅速上网或关停。
应对不确定性,还可以靠系统优化加基础设施。广域范围内可再生能源资源共享可以降低不确定性,通过电网的传输和平衡来调节峰谷。
如果在电网设计阶段,能够预想周到,那么,储电就不是必要的。实现供需平衡的电网设计,实际运行中的用电曲线平缓,不会产生大的波动。当然这个需要大范围的混联电网,因为电是双向传输的,只有范围大了,可调节的余地才能大,就可以通过供需双方的同时协调达到更高的效率。
对德国一些建筑进行储热计算的结果显示,使用风力发电来代替内燃机,把制冷的电力放到更早和更晚的时间段,一栋建筑物的负荷峰值在需求侧响应影响下降低了约600千瓦。
而当需求降低时,发电成本也会降低。美国PJM(宾夕法尼亚州-新泽西州-马里兰州)能源互联网,负责供应6500万人的用电,在它的快速爬坡解决方案中,用燃气机组、储能等手段进行调整,在需求侧响应机制下,发电成本降低了85%。他们所做的只是改变了一个规则,即让需求方来出价。
综合考虑系统性优化
一个经济、可靠和可再生能源渗透率高的未来电网,如果要实现整体的系统性优化策略,需要综合供给侧、需求侧,以及多种能源和地理条件来考虑和整合。但今天,供电保障协议在制度上给电力系统优化带来了一些困难,在中国、美国都有类似的情况,即在合同内规定发电设备最低利用小时数。这种硬性规定阻碍了低碳发展,火电厂受到全年设备利用最低小时数的限制,即使没有负荷也要运行,如此,既浪费了金钱,又浪费了二氧化碳排放指标。
解决这个问题的方法是每年关掉50%污染最严重的火电厂,而高效、清洁的火电厂可以继续运行,如此持续几年就会看到成效。采用全面减产或者规定设备最低利用小时数的措施起到的作用微乎其微。
因此,首先要建立系统性优化调节的网络。电网是系统的优化引擎,电网企业的优势是,可以在整个供电区域范围内进行系统优化,未来,电网不仅仅是能源供应方,还应该实现更多功能。其次是去除“僵尸煤”。这个问题在美国也存在,我们正在解决。美国现在三分之一的火力发电厂都在关停之中,甚至有些州禁止火力发电。从某种意义上说,电网就是一个引擎,它可以优化电力系统,通过适度开放市场,并建立市场化调节机制,满足需求方和供应方的要求,引导各参与方发挥自身最大的优势,由此,电网系统才能发展得更好。