基于电力市场改革的微电网经营模式

张弛，陈晓科，徐晓刚，许燕灏，曾杰，任畅翔，叶枝平

(1.广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东省智能电网新技术企业重点实验室，广州市510080；2.广东电网有限责任公司，广州市510080；3中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广州市510663)

基于电力市场改革的微电网经营模式

张弛1，陈晓科1，徐晓刚1，许燕灏2，曾杰1，任畅翔3，叶枝平2

(1.广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东省智能电网新技术企业重点实验室，广州市510080；2.广东电网有限责任公司，广州市510080；3中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广州市510663)

由分布式电源、负荷、储能装置及控制装置4个部分构成的微电网，具有独立于大电网运行的能力，其在提高重要用户供电可靠性、消纳分布式电源及解决偏远地区供电方面具有明显的技术优势，近年来引起了广泛关注。伴随着储能、分布式能源技术的不断发展，以及电力市场改革的不断深化，微电网将具备新的发展动力，出现新的盈利模式。该文将微电网分为并网型微电网及离网型微电网，分别探讨这2类微电网的几种典型应用配置与应用模式，对其进行定性的经济性评估。在此基础上，充分结合目前电力市场改革的新形势，深入细致地研究了微电网未来可能产生的2种商业运营模式与盈利方式。全面探索电网公司未来参与微电网项目的业务拓展模式及其可能带来的巨大优势，积极寻找电网公司传统业务的补充和延伸的可行途径。

微电网；电力市场改革；电力市场；商业运营模式；分布式能源

0 引 言

传统大电网存在难以解决局部事故易扩散、对负荷不能灵活跟踪、无法大量消纳分布式电源、对偏远地区供电困难等方面的问题，在这一背景下，微电网(以下简称微网)的概念应运而生。微网由分布式电源、用电负荷、监控、保护和自动化装置等组成(必要时含储能装置)，是一个能够基本实现内部电力电量平衡的小型供电网络。微网中的分布式电源发电量应能满足重要负荷的用电需求，并留有一定裕度[1-4]。

微网技术有以下3个方面的重要意义:其一，微网是提高重要负荷供电可靠性，满足用户定制多种电能质量需求，实现电网智能化的一种重要途径；其二，为解决分布式电源大量无序接入对电网造成的影响问题，微网技术能实现多种分布式电源的整合利用，组成统一的可控单元，便于调度管理；其三，微网技术为解决偏远地区供电难问题提供了一种经济有效的途径。综合分析各国的现有实例[5-8]，微网目前在国际上并未出现成熟的商业应用模式，主要还处于商业模式探索阶段。以北美地区为例，已有的应用主要集中在以下几个方面:(1)验证微网技术；(2)利用可再生能源；(3)提高电网薄弱的偏远地区供电可靠性；(4)作为防灾的应急备用电源等等。这些已有的应用模式首要考虑因素仍是安全性而非商业因素。

随着微网与分布式能源技术的不断发展，欧美的资本市场已逐渐开始将目光投向微网，这一极具市场前景的未来电网概念上。在我国，伴随着电力市场改革的不断深化，售电市场有望实现全面市场化，微网也必将出现新的发展动力与盈利模式。本文首先将微网分为4种典型的应用模式，进行不同模式的经济性定性评估，结合目前电力市场改革形势，研究微网未来可能出现的商业运营模式，并探索电网公司未来参与微网项目的业务拓展模式，提出电网公司传统业务补充和延伸的可行途径。

1 微网典型应用及其经济性评估

根据不同的用户需求、不同地区不同类型的应用场合，微网在规划设计、设备配置、运营方式以及建设模式等方面都存在着较大差异。本文基于对微网经济性及商业运营模式分析的需要，充分结合国内外已有的微网研究与探索[9-12]，根据接入主网的不同，将微网分为2种模式:并网型微网与离网型微网。并参考广东地区分布式能源及小水电的发展情况，对每种微网模式进行了典型应用场景设计，并基于配置运行方案评价微网的经济性。

1.1 并网型微网

并网型微网指通常状态下与大电网连接的微网，一般存在并网和离网2种模式。微网通过公共连接点与外部大电网相连，通过控制公共连接点处的状态实现微网的离网运行和并网运行。

并网型微网主要应用在城镇地区，对于城镇电网而言，配电网基础建设相对完善，人口较为密集，供电密度较大，微网中分布式能源与电网容量的占比相对较低，电网结构相对坚强，可为微网接入提供较大的容量支撑。另外，并网型微网还可应用于小水电作为电源的场合。由于小水电一般位于较为偏远的地区，如果需向远距离的负荷进行供电，长距离架设架空线存在线路末端电能质量恶化及经济性较差的因素，因此这类微网主要向附近负荷进行供电。

据此，可以将并网型微网的典型应用场景划分为2类:商业楼宇或经济园区型和小水电型。

(1)商业楼宇或经济园区并网型微网。

商业楼宇或经济园区并网型微网包含分布式电源、负荷、储能、运行控制设备。该微网负荷主要为商业负荷和工业负荷，分布式能源配置以屋顶光伏发电系统为主，并配置有一定容量的储能。在分布式能源配置方面，考虑到城市风机对城镇居民影响较大尚不具备推广条件；而微燃机由于能源转换效率低、项目经济性差，目前无法为投资运营企业带来经济效益；因此微燃机和风机在城镇中的并网型微网中均较少采用。此微网配置模式下，光伏出力与负荷的用电特性吻合度较高，光伏电量可直接在用电高峰时段全部就地消纳，能起到明显的削峰作用。

商业楼宇或经济园区并网型微网的储能系统容量仅考虑按照保证重要负荷供电来配置，以铅酸电池作为储能的主要形式。该类微网应配置完备的微网控制系统，实现稳态、动态、暂态的控制。据国内此类典型微网情况可知，商业楼宇或经济园区并网型微网的内部收益率一般较差，不能达到电力行业投资的基准收益率7%，投资回收期较长，一般长达10年以上，经济性效益相对较差。

影响该类微网项目经济效益的因素主要有:投资和电价。在投资方面，由于微网项目电源设备及控制系统前期造价较高，随着技术的发展，在可预见的未来设备价格将呈下降趋势。随着总投资的下降，商业楼宇并网型微网的内部收益率将逐渐增大。商业楼宇或经济园区方案在投资比例下降的情况下，内部收益率或将超过基准收益率，具备盈利可能。从电价方面看，购售电价差是影响该类微网经济性的重要因素之一，存在一定的购售电价差，该类微网项目的经济性将大为改善。现行情况下，微网可通过以大用户直购电的方式来压低购电价从而获取购售电价差额利润；而在未来，伴随电力市场改革的不断深化，微网运营商有望以售电主体的方式制定自己的售电价。

(2)小水电并网型微网。

并网型微网还可应用于小水电作为电源的场合，此类微网中的分布式电源采用小水电作为其电源形式，考虑到小水电的出力特性不宜配置储能，采用柴油发电机来保证整个微网系统在电网故障或检修时能够离网运行是一种较好的方案，柴油机的配置将按照负荷容量进行等量配置。小水电并网型微网比较特殊的是:在丰水期，小水电的发电量将远大于负荷用电量，除去满足负荷需求部分的电量外其余电量将回馈上网；但在枯水期，小水电基本不出力，此时段内的微网负荷的用电将基本全部由大电网提供。

小水电并网型微网投资收益率高，经济性较好，现有技术水平和设备成本条件下，此类微网已具有良好的生命力。在投资方面，随着总投资的下降，小水电并网型微网的内部收益率将大幅增大。投资成本下降对该类型微网的经济收益影响较大。但需指出，由于水电站建设、运营的技术和造价水平均已较为成熟，未来基本不存在投资成本大幅下降的可能性。从电价方面看，随着上网电价的上涨，小水电并网型微网的内部收益率变化并不显著，由于水电项目生命期长达30年，在考虑时间价值的情况下，水电上网价格上涨并不会大幅提高小水电并网型微网的经济性。

1.2 离网型微网

离网型微网指通常不与大电网相联，一般独立运行的微网。这种微网可应用于解决偏远地区供电的场合，利用微网技术灵活组网的特点，在偏远地区就地建设适合当地情况的微网供电系统，实现偏远地区能源的就地综合利用，解决偏远地区用电难的问题。离网型微网一般需要依赖储能装置来达到能量平衡，储能配置占比较高，带来不低的投资与运维费用。

目前，在中国农村地区及草原、山区、海岛等偏远地区，仍有大量无电区存在，通过延伸电网来解决用电问题既不现实又不经济，若仅通过柴油发电机供电，能源结构单一，供电成本高，更会对环境造成破坏。因地制宜地发展分布式能源，建设微网，是解决我国偏远无电地区居民生活和生产用电的有效途径。

离网型微网包含分布式电源、负荷、储能、运行控制设备。针对偏远地区建设的微网系统，分布式电源可能包含太阳能光伏、风机、柴油发电机或微燃机等多种形式，具体的配置情况可以根据当地资源分布合理配置；微网内需配备足够容量的储能系统，保证重要负荷的供电；离网型微网还需配置完备的微网控制系统，以保证微网的独立稳定运行。其最典型的形式便是采用“风光柴储微电网”，系统中负荷特性与风电、光伏的出力曲线存在一定差异，风光互补系统可在一定程度上平抑新能源出力的波动，更好地匹配负荷曲线，储能设备及柴油发电机主要考虑对分布式电源的出力和负荷之间的缺额进行补偿。

根据国内已有典型案例可知，偏远地区离网型微网的经济效益较差，内部收益率将小于20%，在项目生命期内无法收回投资。但考虑偏远地区存在输电线路建设成本及巡线维护成本高等原因，通过采用微网的方式进行供电，可构建适合当地情况的供电系统，因地制宜地实现偏远地区能源的就地综合利用。如:东福山岛是舟山群岛最东端住人岛，面积2.95 km2，常住居民约300人，居民日常用电负荷20 kW左右，驻军负荷40 kW左右。在微网系统建成前，居民电力供应由驻军的柴油发电机提供，居民用电受到限制。2011年5月由国家电网公司投资建设的东福山岛300 kW风光柴储微网供电系统开始试运行，截至目前，系统运行稳定，全岛负荷用电基本由新能源提供。作为离网型微网，东福山岛风光柴储微网系统如果单纯依靠电价获利，显然不经济。但从节约成本的角度上来看，采用风光柴储微网系统代替柴油发电机节约了发电成本。与直接铺设电缆实现供电相比其经济性良好，据估算从大陆到海岛铺设10 kV海缆的成本约6 000多万元，东福山岛风光柴储微网系统的建设成本约为2 200万元，由此可见，该类微网具有十分良好的经济可行性[13]。

2 微网商业运营模式

日前，电力市场改革稳步迈进。《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》以“管住中间、放开两头”为导向，将实现售电市场开放，以期售电环节独立，倒逼形成独立的输配电价，从而形成存在多元化售电竞争主体的开放售电市场。在电力市场改革的背景下，微网将具有新的发展动力与盈利模式[14-17]。具体阐述，微网将具有2种可能的全新盈利方式。

图1 参与电力市场竞争模式的微网系统结构Fig.1 Configuration of microgrid participating in electricity market competition

2.1 微网形成售电主体的运营模式

在电力市场环境下，以微网为主体的售电公司将可能成为微网的一种新兴运营模式。微网直接联系用户终端，其运营商通过兴建微网重新组合需求侧，从而形成售电主体，充分参与售电侧市场竞争。

购售电价差是影响项目经济效益的重要因素，并网型微网的经济性对购售电价差十分敏感。若其组成售电主体，当存在较小的购售电价差时，即可提高其内部收益率，从而实现盈利。考虑到未来，微网的投资成本还将进一步下降，以微网形式组建的售电公司将具有很强的市场竞争力。

在开放的售电市场中，微网运营商可形成售电公司，参与电力零售环节，通过微网的建设运营，优化能源消费方式，提供更加高效、多样化的能源服务。微网主体的售电公司可将自发的电力售给微网内的用户，微网内不够的电力差额则从电力市场购买，再以自定的售电价格售给用户，以此获利。开放电力市场的核心在于竞争，微网运营商还可以充分利用分布式能源，提供差异化电力服务、冷热电联供、能源综合降耗管理等多样化的手段来拓展业务类型，提高其竞争力。微网运营商组建的售电主体以提供优质可靠的能源保证为基础，通过充分的市场竞争，可为微网内的用户提供更为优质、高效的能源供给方式，从而降低能源供给成本，提高能源利用效率。

以微网为主体组建的售电公司深入用户，充分了解用户的能源消费习惯，可以为其提供切实有效的能源解决方案。根据客户的不同需求定制各种用户能源管理的软件系统，使其与用户的设备、舒适性、偏好及其他个性化要求保持一致。在未来，这样的售电主体公司可能改变经营模式，不再以kW·h为单位向用户收费，转而以热量单位、光线单位或者其他服务为单位向用户收费，这种概念可称之位“价值计费”。随着分布式能源及微网技术的发展，在电力零售领域，服务供应模式可能将取代商品销售模式，成为未来发展的主流。

综上所述，在电力市场环境下，通过建设微网形成售电主体，参与电力市场运行，将有良好的经济前景，未来电力市场下的微网或将迎来全新的发展期。

2.2 微网组成虚拟电源商的运营模式

微网中存在电力生产部分，在电力市场中，通过建设微网，还可以组成虚拟电源商，以此形式参与到电力市场竞争中去，从而盈利。微网运营商会主动跟踪电力市场的电价变化，发现并利用各种盈利机会；同时根据参与电力市场竞争的需求，来改变微网的配置及控制方式，进而制造盈利机会。

其具体可能的盈利方式有以下几种。

(1)在高电价时，向电网供电。

微网运营商通过投资微网系统，能够直接对微网进行管理和控制。微网可以根据对电网需求和电价的预测，在低电价时储能，在高电价时供能，利用电价差来获利。在考虑微网内供需平衡的情况下，使可控的分布式电源参与批发市场的供应竞价，不仅能获取利益，还有利于缓解电网的供需紧张状况，提高整个电网的可靠性。

(2)在高电价时，降低用电负荷。

微网运营商可通过对负荷进行分类，使非关键、可停电的负荷组成一组，在便于实现微网离网运行功率平衡的同时，还为通过减负荷参与对电价的响应创造条件。微网通过其内部负荷的调节，降低高电价时段的高峰负荷用电量，这样不仅能够降低用电成本，也有利于降低对电网发电、输电和配电设施的要求，提高整个电力市场的运行效率。

(3)提供辅助服务。

前述的微网对电力市场电价所做出的2种响应，需要参与前一天电量市场的竞价。对于由系统运营商采购的、供系统实时运行使用的辅助服务而言，微网及其具有的可控分布式电源和储能装置的运行灵活性和反应速度能够满足大多数电力市场对功率平衡、容量储备和黑启动等辅助服务的竞标和运行要求。与常规的大型发电设备相比，可控分布式电源和储能装置具有启动成本低的优势，能够从提供这些服务中获取更多的利润。

目前，多国已形成了开放的电力市场机制，存在可供借鉴的经验。譬如，瑞典国家电力公司Vatterfall通过将多个微网聚合起来形成虚拟发电厂参与到电力市场竞争，具体做法为:利用无线通信技术，将柏林的多个小型燃气三联供、风电场、蓄热电站等发电和用电设施联系起来，构成微网虚拟发电厂[18]。此模式可通过实时调节负荷和储能，在微网系统内部平抑间歇性电源的出力波动，有助于提高间歇性可再生能源的渗透率。同时采用此形式将形成足够容量的微网架构，便于参与电力市场的电量市场和辅助服务市场。

微网的小容量特点，便于不同机构参与其投资和运行。在电力市场背景下，虚拟供电商的运营方式也将成为一种新的微网商业运行模式。但该模式相较于直接通过微网组成售电主体参与售电侧市场的形式而言技术壁垒较高，技术成本投入较多，且专业性强，可能主要作为一种有力补充或拓展业务形式存在。

2.3 微网商业模式小结

综上所述，在电力市场背景下，微网将具备全新的商业生机与广阔的发展空间。在开放电力市场形成后，并网型微网将具有全新的发展活力，形成售电主体或虚拟电源运营商，充分参与售电侧竞争。实时跟踪电力市场的电价变化，发现并利用各种盈利机会，届时微网将会在售电侧不断出现，成为售电侧市场的有力竞争主体。

3 电网公司参与微网项目的业务拓展模式

微网的实际投资主体及运营商可能存在多种情况，既可以由用户或第三方来投资建设微网，也可由电网公司来参与微网的投资与经营。

微网的不断发展从某种意义上，将改变电力行业传统的产业结构，在电力的生产和消费端注入新的活力。电网公司以微网形式参与电力市场，可以看作是电网业务的纵向全新整合:传统的电网公司在电力市场环境下，将自身的业务范围继续延伸至售电侧市场，投资建设并经营微网，可为用户提供更加优质可靠的电力保障。电力公司可对其业务流程进行优化整合，通过微网形式切入售电侧市场，参与市场竞争，从而降低电网系统的生产运行成本。据此产生的节约量也可扩大生产利润，支撑其对于用电侧设施的持续投入。

电网公司发展微网未尝不是其调整经营模式、提高生产运营效率、拓展市场的一个新机遇。

3.1 全新的业务拓展

由电网公司投资微网建设，并拥有其所有权和运行责任，电网公司可利用其传统的业务平台将配电网络的运行控制手段拓展到用电侧，将微网的运行控制接入到电网调度控制系统中，从而优化运行控制，改善负荷特性，实现削峰填谷，减少电网的容量投资与运营成本。发展微网建设也可为大电网提供有力的支持，保证敏感负荷的电力供应，提高供电可靠性。电网公司还可利用其在专业领域积累的大量技术优势及成本优势，进一步拓展业务类型，提供差异化的电力服务:包括提供特殊电源供应、电源谐波管理、电磁干扰屏蔽、直流电源供电等等。此外也可通过微网的建设运营，推动需求侧响应机制的建立。通过精确把握每一个用户的能源需求，实现用电负荷的集中控制与综合管理，从而形成用户与电力系统之间经由价格和调控相互作用的良性互动。

图2 电力市场环境下电网公司通过微网实现的业务拓展Fig.2 Business development of Power Grid Company though microgrid in new electricity market mode

3.2 节能盈利模式

发展分布式能源及微网建设最为重要的是节能效益。根据国外部分电网公司的探索，可尝试将帮助用户所节约的能源价值的一部分计入利润。在监管机构的许可下，可进行如下探索:电网公司在处理节能项目相关支出时，按照新建电厂相关支出执行，并对节能相关支出增加部分进行奖励，从而增加了节能支出的资金回报率。

国外的一些探索可为电力公司通过节能盈利提供思路:美国内华达州的杜克公司提出了一项名为“节约一瓦特”的业务，包括3个核心思想:(1)电力公司将效率测量基础包的安装自动作为电力服务的一部分；(2)监管机构允许杜克公司将节能成本与建设一座新的发电厂成本差价90%(按kW·h计算)作为利润保留；(3)放松对电力公司严格管制的规划和等待批准周期，监管机构转而对实际达到的节能量进行监督，对实际成本进行独立评估，并允许电力公司赚取核实差价的90%。该方案在电力公司和节能政策周期中产生了很大影响，已获批在美国4个州实施[19]。

德州市立奥斯汀能源公司(AE)提出了智能电网2.0的设想，主要用于管理并调节分布式发电(光伏、小型风机)、存储、插电式混合动力汽车、电动汽车及电表用户端的智能设施。AE让出1 575美元作为返利，用于家用能效测量，并为高效空调、光伏电池及太阳能热水器提供财务支持。企业从能源管理系统可获得10万美元的返利，就改善数据中心可获得20万美元的返利，并可通过高效管理和运行楼宇、缩减荷载或安装蓄热器享受其他返利。除返利外，奥斯汀市还率先提出了市政能源融资方案。奥斯汀市的转型正在进行，筹资限制延迟了许多关键投资的实施，所以新模式的许多特征尚未显现，项目的效果有待评判。但不管成败与否，奥斯汀模式也诠释了市政电力公司与地方当局之间密切结合可创造出一揽子节能法律、激励项目和新选择的这一事实[19]。

3.3 全面发挥已有业务优势

相对其他参与微网投资建设运营的角色，电网公司最大的优势在于通过其传统业务的积累，它拥有最专业、最全面的技术储备。通过纵向整合系统内部的业务流程，实现电力系统源、网、荷的高效互动，从而最大程度地优化系统运行方式、降低生产及运营成本，提升能源供给质量，提供差异化的能源供给服务，提高能源利用效率。

电网公司享有明显的筹资优势，由于其提供的是基础性服务，资信可靠性高，微网项目的价值常常取决于所用资本的成本，因此电网公司参与可获得较好的资金优势。在某些方面，电网公司也可为微网建设提供理想的融资信贷，公司熟悉自己服务区域内的每一栋建筑，了解其电能消耗的水平和习惯，从而确保微网设计和效用估算更为准确，电网公司了解相关用户的信用记录，也知道在适当的位置安装电表可以比较能源消费的效率，因此可为微网的建设提供融资支持。

3.4 小结

综上所述，电网公司以发展微网为契机，参与电力市场售电侧竞争，通过充分利用自身优势，转变经营模式，拓展业务范围，改善服务质量，在电力市场环境下，此模式具有广阔的市场前景和发展空间。

4 结 语

本文充分结合微网目前技术的发展与电力市场改革格局，针对微网的几种典型应用模式进行了定性的经济性评估，深入细致地研究了各类微网未来可能产生的商业运营模式与盈利方式，同时全面阐述了电网公司参与微网投资建设可能带来的巨大优势。根据分析研判可知，随着电力市场发展及未来微网技术突破带来的成本降低，微网将具有新的发展动力与盈利方式，未来微网的生命力极强。微网发展将成为历史的潮流，电网公司需要积极顺应与接纳其发展。电网公司必须对微网进行全方位细致深入的研究，全面针对其技术、经济性、经营模式等各方面开展更为深入的探索。

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(编辑：张媛媛)

Microgrid Operation Mode Based on Electricity Market Reform

ZHANG Chi1，CHEN Xiaoke1，XU Xiaogang1，XU Yanhao2，ZENG Jie1，REN Changxiang3，YE Zhiping2
(1.Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co.，Ltd.，Guangdong Province Key Laboratory of Smart Grid Technology，Guangzhou 510080，China；2.Guangdong Power Grid，Guangzhou 510080，China；3.Guangdong Electric Power Design Institute，China Energy Engineering Group Co.，Ltd.，Guangzhou 510663，China)

Microgrid that consists of four parts:distributed power，load，energy storage devices and control devices，has the ability to operate on independent mode.Also microgrid has obvious technological advantage on improving the reliability of electricity supply，accepting distributed power and solving power supply for remote areas，which has caused wide attention in recent years.With the rapid development on energy storage and distributed energy，as well as the continuous deepening of electricity market reform，microgrid will have new development momentum and profit model.In this paper，microgrid was divided to two types:grid-connected microgrid and independent microgrid.Then this paper discussed the typical configuration and application mode for these 2 kinds of microgrids，and completed the qualitative economic assessment.On this basis，the possible commerce operation mode and profit mode of microgrid were intensively researched，combined with the new situation of electricity market reform in full.Finally，the future business development model of Power Grid Company participating in microgrid was comprehensively explored，as well as the potential huge advantage；the feasible way for the supplement and extension of the traditional business of Power Grid Company was actively looked.

microgrid；electricity market reform；electricity market；commerce operation mode；distributed energy

TM 711；F 426

A

1000-7229(2015)11-0154-06

10.3969/j.issn.1000-7229.2015.11.024

2015-05-11

2015-06-19

张弛(1989)，男，硕士，助理工程师，主要从事新能源并网技术方面的研究工作；

陈晓科(1978)，男，硕士，高级工程师，主要从事电力系统自动化分析及研究工作；

徐晓刚(1982)，男，硕士，高级工程师，主要从事输变电设备运行及高电压技术工作；

许燕灏(1979)，男，硕士，高级工程师，主要从事电力市场及新能源市场应用的研究工作；

曾杰(1979)，男，博士，高级工程师，主要从事新能源并网技术研究工作；

任畅翔(1989)，女，硕士，助理工程师，主要从事电网投资分析的研究工作；

叶枝平(1982)，女，硕士，工程师，主要从事电力市场与节能、节电方面的研究工作。