将电网挑战转化为机遇

利用灵活性的力量 作者 配电网运营商（DSOs）长期以来一直被视为稳定的业务，但这种情况已不再。供需双方对灵活性的需求迫使DSOs大幅改变其运营方式。电力仅从大型发电厂流向终端客户的时代已经过去，DSOs必须认识到这种灵活性可能带来的潜在风险，并利用现有工具来减轻这些风险。本文观点探讨了DSOs如何将这些灵活性挑战转化为宝贵的机会。 卢卡斯·维卢佩克 托马斯·塞德拉奇 克劳德·扎拉迪奇 阿尔帕德·托斯 集众多“小型”终端用户和发电商于一体的聚合器正进入市场。他们的商业模式基于利用聚集的灵活性来满足自身需求（主要是批发现货市场交易）；同时，他们也出售支持服务（主要针对输电系统运营商，但在一定程度上也面向配电网运营商）。这些通常是既定玩家，无论是能源供应商还是独立聚合器，都必须遵守市场规则和电网的技术限制。 什么是灵活性？ DSO灵活性涉及供应点根据市场激励或价格信号偏离其通常的供应或消费轮廓。这种偏差可能是由为市场参与者提供服务（例如，系统运营商或聚合器）或出于战略原因（例如，较低的电力价格）的需要所驱动。 灵活性使能源系统在间歇性可再生能源、波动需求和不可预见的干扰情况下保持平衡、稳定和可靠性。随着近期可再生能源的增加、普遍电气化和带有电动汽车（EV）充电器、热泵和电池的家庭电力需求增加，对灵活性的需求也在上升。 也存在一个新的灵活性力量在horizon（地平线）上出现。在低压下，住宅供应点的装机容量正在呈指数级增长，这得益于电动汽车充电、热泵、光伏板和电池。这创造了所谓的“野性灵活性”（因为这些高功率客户并未聚合在一起），但它们可以对电网产生重大影响，并且由于市场脉冲的影响，它们开始同步行为。 灵活性可以根据功率流向进行分类： 监管推动 -积极的灵活性——一项旨在提高产量或降低电力消耗的服务 由旨在放宽市场限制和促进可持续能源实践的法律变革驱动，欧洲能源市场正在经历重大转型。这一转变始于市场自由化，将配电公司与其他市场参与者分开，并逐步发展到包括能源聚合商的兴起、电网的智能化以及活跃客户和自产自用者的出现。 -负灵活性—一项旨在减少生产或增加电力消费的服务 在发电方面，灵活性并非新概念。历史上，输电系统运营商（TSOs）从大型、电网连接的资源购买频率支持服务，以确保电网平衡。这些资源——如今依然是——主要是燃煤和燃气发电厂。随着这些资源的逐步关闭和间歇性发电源（主要是风能和太阳能）的增长，越来越有必要从新来源确保这些服务。这一趋势导致了在较小发电源和消费点的需求侧和供应侧发展灵活性。这为配电系统运营商（DSOs）带来了威胁，包括其网络中电力流的不稳定性增加和电网拥堵。同时，这也提供了机会：DSO现在可以为其自身需求购买灵活性服务，而不仅仅是限制其客户。 欧盟指令2018/2001，连同更新版“为55%做好准备”和“重新赋能欧洲”，正在为欧盟能源趋势设定方向，重点关注可再生能源、电动出行和能源聚合。配电系统运营商面临更大压力，需要将可再生能源整合到电网中，这可能在某些地区超过网络容量。自用者主义、需求聚合以及热泵、电动汽车充电站和电池的安装导致电力流动从自上而下的方法转变为更横向的方法。同时，动态供应电价使居民客户对市场脉冲更加敏感，导致电力流动波动性更大。 型。 电压水平对DSO（配电系统运营商）的灵活性有重大影响。根据我们对欧洲各国立法和普遍做法的评估，高压网络不应出现重大中断，因为DSO只连接电网能够处理至其最大灵活性潜力的资产。然而，一些DSO，包括法国的Enedis，正采取更为冒险的方法，通过在电网容量之上连接资产，并在连接合同中声明，如果电网稳定性受到威胁，这些资产可以被断开。 欧盟法规2019/943和指令2019/944强调了内部电力市场的竞争力和以客户为导向。它们要求安装智能电表，允许市场再调度，并强调配电系统运营商（DSOs）应优先考虑基于市场的解决方案，而非直接管理生产和消费。此外，禁止DSOs拥有和运营电池系统，并必须与聚合器和其他市场参与者协调，以确保服务灵活性。《需求响应框架指南》概述了需求响应的原则，包括聚合、能源存储和需求控制规则。它规定，仅在不存在市场解决方案的情况下，要求DSOs共同拥有存储技术，并呼吁在市场参与者之间建立数据共享平台，以及要求传输系统运营商（TSOs）和DSOs在战略规划和运营方面进行强制性协调。 相比之下，中低压电网预计将受到显著影响，主要由于可再生能源的渗透率提高以及某些地区由于小型资产（如电池储能、热泵和电动汽车充电站）的聚集而导致的极高波动性需求。这些家庭资产通常由“野生”客户运营，这些客户操作了大部分这些容量密集型设备。一个低压客户并不构成问题，但当一个变压器站下的多个家庭拥有这些设备时，过载就成为一种可能。如今，聚合器和“野生”客户都可以在大城市高收入住宅社区等地区造成显著的过载。 类似的转型正在欧盟以外地区发生，包括在澳大利亚和美国。在这些地区，推动整合可再生能源、增强电网灵活性和促进消费主义有显著进展。这两个国家正在更新其能源政策和基础设施，以适应对更清洁、更可持续能源解决方案不断增长的需求。这一全球性转变强调了人们对由技术创新和监管框架驱动的有弹性和可持续能源未来的广泛认可。 无论是由聚合器激活还是由于市场冲动，多个家庭同步，影响都是显著的。单个家庭的电力需求，在所有现代家电的条件下，可以从典型的0.6千瓦增加到惊人的24.6千瓦（可能更多）。 为了评估对DSO的潜在影响，Arthur D. Little (ADL) 建立了一个简单的模型，该模型显示高功耗点的代表性不断增加（见图1）。此情景假设消费点的负荷同时进行。这种同时性可能源于正常行为，例如下班回家或特定价格信号（例如，现货合同中，客户同时应对非常低或负的价格）。这些情况导致输电系统承受巨大压力，需要DSO进行稳健的管理。 潜在解决方案 DSOs在管理灵活性方面有两个主要选择（见图2）： 1.暗示的。这些包括如关税结构等措施，这些措施影响最终客户的供应或消费概况，目的是在不给系统运营商带来成本的情况下消除高峰，但并无成功的确定性。 2.显式的。系统运营商购买成功的确定性。 一个具体的、可衡量的服务，精确的图1显示了如果DSOs对电网的影响配送参数（例如，数量、时间、扩展电网而不寻找新的方法）位置（location）具有相关的成本但便于管理消费。 历史上，一台400千伏安的变压器可提供 显式解决方案主要包括市场和约667个消费点。今天，随着非市场解决方案，其中DSO（配电网公司）全面激活配备齐全的消费点，相同的市场上一个特定的灵活性服务，要么仅由变压器提供，服务16个。查看从DSO（应收账款管理部门）的角度来看，在市场（即现有合同条款）问题上，这意味着41倍。或者非市场（即，在没有先前更多变压器电站的情况下进行的限制——简单地说，就是翻倍）基于协议。第二个关键解决方案是具有这些能力的变压器，它不关税，能够实现客户隐性控制的手段，几乎触及了最大潜力。行为，尤其是在低压级别上的行为。野性灵活性的体现。仅仅扩大网络该服务的基础是支持在经济上不可行，更不用说其他了。工具，得益于这些工具，DSOs在连接的低压网络中拥有更好的对当前及未来状态的认识需要得到显著加强。数百万网络，因此确定了对低电压网络的灵活性需求，在全长数千米中。服务和它们的激活。个人世界尚未为此做好准备。 工具可用于各个市场细分领域。图 1. 如果 DSOs 在不改进的情况下扩张时的电网影响 （例如，低压水平下的动态电价策略以实现客户管理或中高压水平下的再调度。） 消费管理 图2. 确定灵活性影响的ADL框架 基于市场的再调度可以在所有电压等级上使用。 市场解决方案根据需要采用，商业采购，并在考虑非商业解决方案之前必须优先考虑。欧盟法规2019/943将再调度定义为一种措施，包括资源削减，由一个或多个输电系统运营商（TSOs）或配电系统运营商（DSOs）激活，以修改发电或负荷模式（或两者），改变电力系统的物理流量，缓解拥堵或确保系统安全。 2.已签署长期合同。在英国，例如，DSOs采取了略微不同的方向。在Piclo上发布了灵活性需求（针对多种特定服务），包括价格范围、预期激活频率和持续时间以及其他技术要求。能够提供所需灵活性的供应商可以申请，DSO将为特定服务的提供设定长期合同。 市场重新调度（Market Redispatch）的主要目标是以更经济的方式加快新客户的接入，同时在故障和停电期间提供支持。基于市场的重新调度可以在所有电压等级上使用。以下列出了市场重新调度的三种主要类型： 1.市场平台。在荷兰，DSOs（地区供电商）和TSOs（输电系统运营商）正在通过一个名为GOPACS的联合项目，利用在线交易来自灵活资产或聚合商的地理特定灵活性。该平台将某一地点的特定灵活性激活需求与另一地点相同金额的相反方向灵活性相匹配。例如，DSOLiander需要在一个特定的中压馈线上减少1兆瓦的消耗。该平台找到一个位于不同位置的资产运营商，愿意为此增加1兆瓦的消耗并收取费用。电网的整体平衡保持不变，Liander解决了其本地问题，所有这一切都不需要寻找特定的长期供应商和签订合同。 3.连接合同。可再生能源接入的压力可能与现有基础设施的容量发生冲突。例如，Enedis允许资产在其容量范围内接入电网，但保留在即将发生拥堵时限制资产生产的权利。客户负责偏差。如果合同不可接受，申请人必须等待该区域网络加强。这加快了可再生能源的接入，同时为配电系统运营商提供了保持电网运行所需的工具。 这些工具在当今动态能源景观中不可或缺。 这种成本结构用基于产能的账单来反映会更好，但向客户解释他们必须支付，无论他们在一年内消费多少，都是一件困难的事情。 在捷克共和国，一家监管机构提出的从基于能源的账单转向基于能力的账单的建议引起了如此大的动荡，以至于能源部迫使监管机构放弃这一转变。尽管如此，荷兰和比利时正在进入基于能力的支付领域。 最后主要工具是非市场基础的再调度，它作为防止电网崩溃的最后手段。这意味着在提供此服务之前没有事先达成协议/合同，会启动生产或消费的削减。因此，最终用户的消费或生产在没有同意的情况下被削减，也没有预先约定的付款。由于这是对最终用户操作的未安排限制，必须进行经济补偿。例如，Liander概述了各种再调度工具的优先级排序，将非市场再调度工具放在最后一位。此工具的激活需要后续对受影响资源的补偿。类似于基于市场的工具，它可用于所有电压等级。 DSOs依靠各种工具有效地监控和管理所有电压级别的电网，以确保稳定性和效率。例如，“电网交通灯”评估网络负载并协调DSOs与市场参与者之间的互动。它在通过控制灵活交易和管理特定区域的消费和发电来维持电网稳定方面发挥着至关重要的作用。它已被包括德国的Schleswig-Holstein Netz AG和意大利的Terna在内的几家知名运营商所使用。 需求与供应功率控制包括高级计量管理（AMM）中的限制器等设备。它有助于调节各种资产中的能源供应和消费，管理与频率相关的控制（例如，关闭电动汽车充电器）和非频率控制（例如，通过家庭电池逆变器进行电压管理）。对所有电压级别（从高压馈电到最终用户）的综合计量对于获得对电网活动的清晰、实时概述至关重要。此外，预测模型显著增强了配电系统运营商（DSOs）预测能源流量、识别潜在网络问题并实施市场和非市场解决方案（如再调度和网络增强规划）的能力。 配电费率 关税可以在低压网络上使用，以持续影响最终客户的供需状况，而不需要DSO（配电系统运营商）承担任何周期性成本。电价根据统一费率、消耗的能源或合同容量指标来定价。在欧洲，电价结构差异很大，从荷兰的容量驱动电价到法国的能源消耗电价。 关税结构往往会引发激烈辩论。普通消费者期望根据自己的能源消耗量来支付能源费用，即“我消费越多，我支付的越多”。问题在于，分销服务运营商（DSO）的成本远非可变。约95%的DSO成本是固定的，因为数千公里的基础设