如何以最佳方式向双向能源流动的电网过渡？ | 澳大利亚开放能源网
政府咨询项目——如何以最佳方式向双向能源流动的电网过渡？以便更好地整合分布式能源资源，造福所有消费者。
摘要
在过去10年中，澳大利亚消费者大量投资屋顶光伏，澳大利亚能源市场运营商（AEMO）预测，这一趋势将在可预见的未来持续。此外，储能解决方案（主要是家用电池）已进入市场，消费者也会热情地采用这些解决方案。
采用这些技术正在导致日益分散的能源系统，以分散的、较小的规模产生大量的电力。一些地方已经出现了高水平的分散化，传统的单向电力从输电到配电，再到消费者的网络，已经成为双向流动。
随着去中心化能源供应的发展，出现了更多机遇和挑战。分布式能源（DER）作为个人客户的资源，为客户提供了减少电费的机会。然而，如果分布式能源作为资源整合到电力系统中，它的存在提供了进一步的机会来延迟或消除对某些电网投资的需求，并且与作为对能源和系统支持服务的传统大规模发电产生竞争。分布式能源还可以实现更高水平的可再生集成，并为电网提供额外的弹性。
澳大利亚东部互联分布式光伏和储能的安装容量
分布式能源在电网上存在两种角色，受控和非受控分布式能源。屋顶光伏是非受控的一个例子。虽然有时可以高度自信地预测其发电量，但是缺乏对分布式光伏输出的控制意味着系统和本地电网需要进行调整以适应太阳能渗透。
受控的分布式能源包括家用电池等储能方案。电池是可控的，但必须以与系统交互为前提，否则它们的行为更难以预测。受控分布式能源的其他示例包括更复杂的家庭能量管理系统，其可以响应于电价信号或调度信号来调整电力应用。
受控和非受控分布式能源都为电力系统带来了挑战。在就地控制层面，配电业务负责管理电压水平在标准范围内，当大规模分布式能源渗透时，传统的管理方法可能无效。配电台区对其可以托管的分布式能源数量也有物理限制。达到这些限制时，保险丝可能会熔断或设备可能过热。这些挑战同样会随着受控分布式能源的使用而增加。
在整个系统和市场层面，市场运营商AEMO负责经济地优化需求和供应，并确保电力系统的安全可靠运行。要做到这一点，需要了解当前和可预测的需求和供应，以及整个系统的潮流。虽然在过去预测家庭需求相对容易，但数百万新的分布式能源的到来使其不容易预测，这使得这种指数更难计算。
如果不采取措施解决这些问题，客户的供电可靠性将受到影响。电力质量可能会下降，影响其电器的使用寿命（例如电压过高）。如果用户受限于他们可以从电网获取的电量或余电上网，他们对太阳能或储能电池的投资可能需要更长的时间来获得补偿。如果他们的配电台区已经饱和，他们可能无法获得新的屋顶光伏系统的许可。或者，如果配电运营商进行昂贵的投资以接纳更多的分布式能源，则其账单上的基础设施服务费用就会上升。
高渗透率光伏对负荷需求的影响
协调这些分布式资源对于缓解这些挑战并将原本可能成为问题的资产转化为有价值的资产至关重要。通过优化这些资源的行为，还可以获得显着的经济利益。本文将此优化称为编排。2017年，行业组织澳大利亚能源网络ENA与英联邦科学与工业研究组织CSIRO共同开发电网转型路线图，估计这一潜在收益将包括14亿澳元的延迟电网基础设施投资和每年每个家庭414澳元的电费支出削减。
传统战略包括限制分布式能源上网，升级电网和改革电价。然而重要的是，这些方法将是大范围地和长期影响。而具体的问题则是局部的，并且在一年中仅有的几个时期。因此，具体挑战需要更具体的应对。
更现代的方法则是考虑动态策略，包括在特定时间使用和限制某些位置的发电，以减少对受影响区域中的客户的影响，并在供电回路增加使用共享储能以增加分布式能源的托管能力。其他技术着眼于整个系统或住宅用户的电压管理，以帮助进一步支持分布式能源的集成并促进双向能量流动系统。可能需要对具有现有分布式能源客户进行新的投资，因为他们的技术需要变得更“智能”，可以接收停机（或启动）输出的信号或激励。此外，需要在局部低电压下更多地了解网络状况，以便可以创建这些信号。
毫无疑问，考虑到输电和配电限制，促进分布式能源集成的协调方法将为客户带来最佳结果。协调可以包括：提供财务激励来协调系统的所有元素以最佳地协同工作——并且为所有消费者降低成本，而不是对客户施加限制。由于一个家庭规模的分布式能源设置不会对系统产生重大影响，因此较大的综合能源服务商将聚合许多客户并将其组合功率提供给系统。许多分布式能源组合在一起，例如在虚拟发电厂（VPP）中，可以提供调峰服务，从而增加竞争并降低所有客户的成本。
整个能源系统中可变可再生能源水平的提高需要更高的灵活性和效率。分布式能源可以提供需求转移、负载和资源平衡，并成为可靠、低成本、安全的系统。结合澳能源调度部门当前的优化，虚拟电厂将减少对调峰机组的需求并提高系统级弹性。这是必要的，但是是配电网络与这些过程相关联，需要考虑分布式能源在特定台区的限制。
配电网运营商负责在技术和安全要求范围内运营和维护其网络。调度机构AEMO负责电网可靠性、系统安全性和运营市场。在本文中，行业组织ENA和调度机构AEMO正在探索如何最好地促进分布式能源进入市场。我们的目标是确定在双向能源流动的系统形成过程中必须解决的系统要求，并从传统和新的市场参与者那里了解如何从电网和市场运营商的角度来思考，因此可以减少转型的障碍和最好地促进电网边缘的创新和竞争。
西澳分布式能源发展预测
这些研究所考虑因素的关键原则：
- 对新技术的简单性、透明度和适应性
- 支持可负担的，同时保持能源系统的安全性和可靠性
- 确保在短期、中期和长期视野中获得最佳客户成果和价值——无论是否有自己的分布式能源
- 尽可能减少功能重复，利用现有治理结构，同时不限制创新
- 减少东部互联调度NEM和西部互联调度WEM进入的壁垒，促进分布式能源的接纳和汇聚，技术中立以及鼓励竞争
- 促进信息透明度和价格信号，鼓励有效的投资和运营决策
- 成本最低。
AEMO和ENA将与更广泛的行业探索分布式能源的调度。探讨包括综合能源服务商是否可以与现有发电资源一起直接进入批发市场，或者是否应该在整个系统和市场水平发货之前进行本地配电水平的优化。这将带来好处，例如：
» 通过AEMO提供的中央平台可以实现双向系统的集成并降低进入门槛，该平台与综合能源服务商连接，网络业务与平台相连
» 通过使用分布式能源作为降低运营成本和支持更高系统效率的工具，提高现有网络投资的生产率
» 通过分布式能源的战略发展提高系统的弹性。
AEMO和ENA认识到商业模式正在与技术一起发展，为客户提供价值。通过这个工作计划，我们想要探索如何最好地将分布式能源整合到行业中，并认识到在这样做时我们必须广泛地实现多种商业模式和方法。特别是，分布式能源在电网上将存在受控和非受控两种形态。
客户和专业消费者 希望通过聚合商（综合能源服务），零售商，虚拟发电平台以及包括利用区块链技术的点对点交易的子市场直接参与批发市场。ENA和AEMO将这些视为客户实现最佳价值的机会。网络所有者和系统运营商的责任是提供平台设计，使客户及其代表能够以适应许多不同商业模式的方式访问网络和市场，其总体目标是实现积极的系统上述结果。
当前的分布式能源调度机制
平台可以通过多种方式进行设计和交付，Energy Networks Australia和AEMO正在寻求市场对参与者喜欢的设计的见解。下面描述了三种选项，初步评估了相对优缺点。这些在全文报告中有更全面的描述。
单一集成平台（SIP）——单一平台模型设想了整个国家能源市场（NEM）和西部能源市场（WEM）的单一入口点。根据这一选择，该平台将成为受监管实体和批发市场的延伸。AEMO可以支持该平台作为其市场和系统责任的一部分，并与个别配电公司一起开发一个单一的集成平台，该平台将使用一套商定的标准接口来支持零售商，集合商参与集成的多方向市场和虚拟发电平台公司。然后单一集成平台将同时解决本地安全约束并支持批发市场进入。在此配置下，访问平台将是一站式商店，为市场参与者提供参与东部电网或西部电网任何地方相同的机会，而无需开发单独的系统或工具来与各个独立的配电平台集成。网络业务将链接到平台，配电业务向AEMO提供有关当地限制的信息。AEMO会考虑这些信息并经济地将这些资源与其他资源（传输连接负载，大规模发电等）一起分发。
单一集成平台设计扩展了今天使用的批发市场。它还具有其他双向平台的优势，因为它可以将信息推送给参与者，例如透明的系统要求，并且可以集成其他相关服务。
两层监管平台——第二种选项是模型，其中存在由本地配电网络运营的分层分布级平台接口以及配电网络平台和AEMO之间的接口。在这种设计下，各个配电网络可以设计出最符合其系统要求的接口。然后，参与者需要直接与该级平台通信以解决本地约束问题，并且配电网络将基于来自服务该区域的聚合器的出价来针对本地网络约束优化这些资源。
配电网络将为每个连接点提供聚合视图。AEMO将采用这些信息并考虑整个系统的安全性和经济调度。
这种分层模型在为个别配电公用事业提供更高水平的自主权方面具有一定的优势，因此可以提供更高水平的定制方法。配网企业最适合管理其配电网络限制。然而，该模型失去了统一设计的规模，并可能增加市场方法的风险和复杂性。分层模型将代表更多的单向平台，因为作为分层方法，信息将从配电运营商流向AEMO，然后从AEMO流向市场。
独立配电运营商——第三种选择与第二种选择不同，适用于独立的配电运营商——与AEMO和配电公用事业分开的配电运营商。在此模型下，独立配电运营商将与配电公用事业一起，根据网络业务提供的本地系统约束优化和分布式能源的调度，将汇总的出价提供给AEMO以便并入更大的调度。此选项将比其他选项更复杂，并且可能成本更高。
各个辖区正在审查这些选择。在美国，已在纽约和其他地区确定的偏好是针对每个公用事业单独的配电运营商。根据美国司法架构，该模型的一个方面是配电运营商仍属于各州的管辖范围，而独立系统运营商相当于AEMO，是联邦政府的管辖范围。在英国，正在探索的五个选项之一是考虑将分布式能源调度的管理分配给另一个独立的配电系统运营商。AEMO和ENA正在考虑这种模式，但考虑到需要建立一些新的组织、管理安全性和可靠性风险以及相关成本，重复和信息流复杂性的挑战，这种方法并不受青睐。
虽然上述选项已经过充分考虑，但我们现在应该采取行动。这些包括：
» 审查注册框架，以允许大型分布式能源提供商参与中央调度流程
» 为虚拟发电厂参与中央调度制定更好的标准
» 检查配电网络业务与AEMO之间的扩展信息共享
» 继续使用本地平台解决方案，来确定如何最佳地将聚合资源集成到系统中
» 改进目前分布式能源服务双边协议的信息共享
» 更好地了解各个配电网络业务的网络限制
» 制定分布式能源监测和管理标准
» 持续开发市场设计，以支持基于需求的资源参与市场。
OPEN ENERGY NETWORKS
Consultation on how best to transition to a two-way grid that allows better integration of Distributed Energy Resources for the benefit of all consumers.
https://www.aemo.com.au/-/media/Files/Electricity/NEM/DER/2018/OEN-Final.pdf
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