源網(wǎng)荷儲互動背景下清潔供暖商業(yè)模式探索

王沖 張政 李嘉倫

[摘 要]清潔能源供暖是解決我國東北地區(qū)冬季可再生能源消納的有效途徑。首先，結(jié)合東北地區(qū)源荷特征分析清潔供暖的可行性及電采暖負荷與風電出力的源荷耦合特性;其次，在技術及市場機制層面分析清潔能源供暖的核心問題并提出解決策略，介紹了清潔能源供暖的交易框架，結(jié)合商業(yè)模式理論對清潔供暖商業(yè)運營模式進行探索;最后，總結(jié)展望未來我國清潔供暖商業(yè)模式發(fā)展方向。

[關鍵詞]源網(wǎng)荷儲互動;清潔供暖;柔性負荷;商業(yè)模式

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2021.13.100

1 前言

近年來，清潔能源裝機容量不斷增長，以風電為例，截至2019年年底，全國風電累計裝機2.1億千瓦，占全部發(fā)電裝機的10.4%。北方地區(qū)大量熱電聯(lián)產(chǎn)機組為滿足冬季的供暖需求，在“以熱定電”的運行模式下犧牲了絕大部分調(diào)節(jié)能力[1]，導致風電消納存在一定困難。結(jié)合東北地區(qū)風能資源及供暖需求等實際情況，風電供熱[2-3]成為解決東北地區(qū)風電消納的有效途徑之一。蓄熱式電鍋爐作為一種典型的采暖負荷，利用其可時移性[4]將用電時間轉(zhuǎn)移到風電大發(fā)時段，可大大提高系統(tǒng)的靈活性。此外，利用蓄熱式電鍋爐的儲能特性及熱慣性，結(jié)合儲熱、儲能聯(lián)合調(diào)度的研究也越來越多。隨著東北地區(qū)調(diào)峰輔助服務市場設計[5-6]及電力現(xiàn)貨市場[7]建設等方面的不斷探索，采用市場化方式消納風電[8]的趨勢越發(fā)顯著。除了采取市場化手段外，采用需求側(cè)響應及源荷協(xié)調(diào)[9-10]優(yōu)化也對風電消納產(chǎn)生積極作用。

如何在電力市場建設過程中整合調(diào)節(jié)資源實現(xiàn)源網(wǎng)荷儲全平臺利益共贏，成為未來清潔供暖商業(yè)模式成熟發(fā)展的關鍵因素。因此，文章首先分析清潔能源供暖的源荷耦合特性，總結(jié)面向可再生能源消納的柔性采暖負荷參與電力市場交易的框架和流程。其次探索源網(wǎng)荷儲背景下清潔供暖商業(yè)運營模式及發(fā)展路徑，總結(jié)未來我國供暖行業(yè)發(fā)展需要重點解決的問題與提升方向，以期對清潔能源供暖商業(yè)模式發(fā)展和完善清潔能源市場化交易提供理論和經(jīng)驗借鑒。

2 清潔能源供暖可行性分析

2.1 清潔供暖供需雙方主體的耦合

東北地區(qū)風能資源豐富，風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，同時存在大量采暖負荷，兩者為調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、解決能源危機提供了物質(zhì)條件。清潔供暖實踐中電力供給側(cè)以高比例可再生能源發(fā)電和較大規(guī)模儲能、儲熱為標志，需求側(cè)以電采暖為代表的熱能、電能為消費主體，供需雙方在主體上存在耦合。通過源網(wǎng)荷儲互動平臺和市場對資源配置的決定性作用，實現(xiàn)新時期能源電力清潔低碳、安全高效、經(jīng)濟便捷的系統(tǒng)優(yōu)化和平衡狀態(tài)。

2.2 清潔供暖供需雙方時間的耦合

風力發(fā)電具有很大的隨機性和間歇性，其出力隨季節(jié)、晝夜改變而變化，春冬季、夜間出力較大因而有棄風風險。風電大發(fā)期與供暖期基本重合，使得利用清潔能源供暖成為解決棄風消納的突破口。風電出力的電源特性與蓄熱式電采暖的負荷特性相互耦合將有效增加負荷低谷時期用電負荷、提升風電消納量。蓄熱式電采暖作為具有“荷”和“儲”雙重特性的清潔能源供暖負荷，供熱及蓄熱環(huán)節(jié)有效利用了風電出力與電采暖設備在時間上的耦合。

3 清潔供暖商業(yè)化問題分析

3.1 清潔能源供暖核心障礙

東北地區(qū)清潔供暖主要面臨兩方面的難題，主要體現(xiàn)在技術及市場化機制方面。技術方面，東北地區(qū)電采暖分布較為分散，獨立用戶參與清潔能源供暖作用微乎其微且調(diào)度困難。蓄熱式電鍋爐在電價低谷時段運行方式單一，多以恒定功率連續(xù)運行，缺乏多目標控制技術及跟蹤風電出力，致使低谷時段用電并未完全助力風電消納。市場化機制方面，清潔供暖成本普遍高于燃煤供暖，要保障電供暖企業(yè)及用戶利益共贏，必須制定合理的市場化機制，給予價格優(yōu)惠及財政補貼，激發(fā)各類主體參與市場的積極性。

3.2 清潔能源供暖響應策略

為解決調(diào)度層面的技術問題，設計包含可再生能源發(fā)電商、售電商、柔性負荷管理平臺、調(diào)度中心、交易中心和采暖用戶的清潔供暖交易框架。采暖用戶中集中供暖用戶多是可以直接參與電力市場的大用戶，可直接與電力交易中心實現(xiàn)可調(diào)負荷的交易策略對接或利用自身調(diào)控方案實現(xiàn)主動追尋電源出力的波動;分散供暖用戶則通過采用售電公司代理參與市場同時利用柔性負荷管理平臺實現(xiàn)可調(diào)負荷的聚合;調(diào)度中心保障電力系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度，負責安全校核并安排參與交易的風電企業(yè)優(yōu)先調(diào)電;交易中心負責市場交易主體的注冊管理及清潔能源供暖交易的組織、申報、出清、結(jié)算、信息發(fā)布等相關服務;柔性負荷管理平臺采集分析客戶數(shù)據(jù)，將柔性采暖負荷數(shù)據(jù)進行歸檔并評估柔性采暖負荷調(diào)節(jié)能力，聚合可調(diào)資源、指導用戶精[JP+2]確用能。在市場機制設計方面，設計基于中長期交易與短期動態(tài)考核相結(jié)合的機制。對積極參與項目風電實施最高等級優(yōu)先調(diào)電、優(yōu)先結(jié)算，促進電源側(cè)積極參與交易組織。

4 源網(wǎng)荷儲背景下清潔供暖商業(yè)運營模式探索

4.1 商業(yè)模式構(gòu)成

商業(yè)模式創(chuàng)新是源網(wǎng)荷儲市場化消納清潔能源以及可持續(xù)發(fā)展的基礎和關鍵，迫切需要構(gòu)架全新的清潔、低碳、安全、高效的能源體系。分析挖掘柔性采暖負荷可時移性的內(nèi)在商業(yè)價值，找到其價值實現(xiàn)的途徑和模式，最終實現(xiàn)與清潔能源的共贏共生?；谶\營視角，商業(yè)模式是指企業(yè)創(chuàng)造價值的流程和基本構(gòu)造設計，同時描述如何創(chuàng)造價值、傳遞價值和獲取價值的商業(yè)邏輯。

清潔能源供暖商業(yè)模式中，客戶細分包括分散用戶、集中用戶、響應用戶、非響應用戶等，采暖用戶的共同價值主張是降低用能成本、改變用能方式、提升用能水平，獲得與用能相關的安全、質(zhì)量、高效、環(huán)保、低碳、智能化的服務。通過柔性負荷管理平臺及交易中心的樞紐作用，實現(xiàn)經(jīng)濟及物理層面的連接，與風電企業(yè)構(gòu)建互聯(lián)互通的關系。風電企業(yè)以提供清潔高效的能源作為價值主張，利用清潔能源作為核心資源，實現(xiàn)電能服務由單向供給到智能互動，推動形成以清潔能源消納為核心的優(yōu)化共享等關鍵業(yè)務。電網(wǎng)企業(yè)作為重要合作方，可構(gòu)建市場化多邊業(yè)務平臺，做到業(yè)務邊界清晰化、定位清晰化、運作市場化;充分發(fā)揮電網(wǎng)側(cè)的技術優(yōu)勢，探索用戶側(cè)數(shù)字化平臺，形成數(shù)字化產(chǎn)業(yè)生態(tài);以資本運作為紐帶，形成平臺與上下游產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同。

4.2 清潔能源供暖商業(yè)模式探索

（1）分析項目價值創(chuàng)造的核心和關鍵。從交易平臺公平中立的角度來看，一個完整的商業(yè)模式包含價值的來源。供需雙方的價值需求及其價值實現(xiàn)的連接方式。在目前清潔能源供需關系中，蓄熱式電采暖的調(diào)節(jié)能力作為價值來源是客觀存在的，但無法與清潔能源出力實現(xiàn)完美對接。通過柔性負荷平臺及交易平臺實現(xiàn)物理、經(jīng)濟上的連接，最終實現(xiàn)供需雙方利益共贏。因此，提供有效的供需對接模式成為利益共享價值創(chuàng)造的關鍵。

（2）建設柔性負荷管理平臺。通過柔性負荷平臺實現(xiàn)了調(diào)節(jié)能力的聚合和可調(diào)可控，用市場化手段實現(xiàn)了經(jīng)濟利益的共享共生。該商業(yè)模式將泛在的物理連接和開放共享的經(jīng)濟連接有機地整合在一起，最終實現(xiàn)價值創(chuàng)造。柔性負荷管理平臺的建立，從物理結(jié)構(gòu)角度看，實現(xiàn)了清潔能源電廠、電采暖用戶、電網(wǎng)調(diào)度中心、電力交易中心的有效銜接;從能源消費角度看，實現(xiàn)了用電供需、用暖供需的有效連接;從信息傳輸角度看，實現(xiàn)了用電及供熱設備的開關運行狀態(tài)、用電功率、蓄熱容量等相關信息自動化與智能化的遠程控制。

（3）提出商業(yè)模式發(fā)展演化路徑。商業(yè)模式發(fā)展演化路徑應考慮到柔性采暖負荷響應情況及電力市場建設推進程度，采取不同的商業(yè)模式。結(jié)合外部條件的成熟度在不同層面及范圍內(nèi)實現(xiàn)由低級向高級演化、由簡單向復雜演化的價值創(chuàng)造。初期，結(jié)合柔性負荷管理平臺和交易平臺的建設，采用初級的定向?qū)由虡I(yè)模式。在項目取得一定的初步成果之后，即平臺功能日趨完善、價值創(chuàng)造認知度提升時，將其他具有調(diào)節(jié)能力的用戶納入交易平臺，進入廣義的源網(wǎng)荷儲互動階段。

5 結(jié)語

清潔能源供暖交易模式正是抓住了能源革命、清潔供暖惠民生的核心，然而一個成熟的商業(yè)模式需要在市場環(huán)境中接受檢驗并進行實踐，需要不斷創(chuàng)新發(fā)展才能促進能源市場開放競爭、健康良好地發(fā)展。電網(wǎng)企業(yè)需要實現(xiàn)從為用戶創(chuàng)造價值的平臺向多主體協(xié)同共享、共創(chuàng)、共生的生態(tài)價值創(chuàng)造平臺的轉(zhuǎn)變。完善市場機制設計，現(xiàn)有機制應考慮中長期市場與現(xiàn)貨市場建設相銜接，建立完善的實時電力市場機制，加強監(jiān)管，引入金融合約等降低市場投資風險。源網(wǎng)荷儲市場化清潔供暖商業(yè)模式培育了新的市場主體，用戶側(cè)的調(diào)節(jié)潛力將大大激發(fā)。當前模式下，能源的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)化、存儲、消費等各個環(huán)節(jié)被逐漸打通，清潔供暖市場將變得更加公平、開放、透明。清潔能源供暖交易的商業(yè)模式實現(xiàn)了富余清潔能源市場化交易、供需互動及利益相關方共享共贏的目標。

參考文獻：

[1]黃國棟，許丹，丁強，等.考慮熱電和大規(guī)模風電的電網(wǎng)調(diào)度研究綜述[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2018，46（15）：162-170.

[2]穆鋼，崔楊，陳志，等.吉林風電消納關鍵技術的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].科技導報，2017，35（11）：20-29.

[3]高長征，王爽，畢正軍.風電供熱運行機制研究[J].吉林電力，2016，44（1）：1-3，7.

[4]崔楊，莊妍，陳志，等.基于蓄熱式電鍋爐電-熱時移特性的棄風消納方案經(jīng)濟性分析[J].熱力發(fā)電，2019，48（6）：9-17.

[5]劉永奇，張弘鵬，李群，等.東北電網(wǎng)電力調(diào)峰輔助服務市場設計與實踐[J].電力系統(tǒng)自動化，2017，41（10）：148-154.

[6]呂泉，杜思瑤，劉樂，等.東北輔助服務市場下熱電廠配置電鍋爐調(diào)峰的經(jīng)濟性分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2019，43（20）：49-61，81.

[7]昌力，龐偉，嚴兵，等.可再生能源跨區(qū)現(xiàn)貨市場技術支持系統(tǒng)設計[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2019，47（9）：158-165.

[8]崔正湃，邢勁，牛逸寧，等.市場化交易風電供暖模式研究及應用示范[J].全球能源互聯(lián)網(wǎng)，2018，1（5）：574-580.

[9]林俐，蔡雪瑄.基于風電消納需求的綜合能源服務商源荷協(xié)同運行策略[J].電網(wǎng)技術，2019，43（7）：2517-2527.

[10]姚高瑞，雷雪姣，劉西林，等.促進風電消納的供需互動合約機制與多市場購電策略[J].電力系統(tǒng)自動化，2019，43（7）：113-124.

[基金項目]國家自然科學基金資助項目（項目編號：71702029）;中國博士后特別資助項目（項目編號：2020T130085）;博士后面上基金項目（項目編號：2018M631840）。

[作者簡介]王沖（1982—），女，博士，副教授，研究方向：電力市場、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè);張政（1996—），男，碩士，研究方向：電力市場、新能源消納;李嘉倫（1994—），女，碩士，研究方向：應用經(jīng)濟學。