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歐洲虛擬電廠發展對我國的啟示

作者:李可舒 王冬容 來源:《中國電力企業管理》 發布時間:2020-11-14 瀏覽:
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中國儲能網訊:歐洲虛擬電廠發展

歐洲VPP的發展追溯至2007年,開展以集成中小型分布式發電單元為主要目標的VPP研究項目,參與的國家包括德國、英國、西班牙、法國等。其主要針對實現分布式電源(distrubuted generator,DG)可靠并網和電力市場運營。歐洲近些年VPP發展迅猛,據guidehouse Insights預測,歐洲是世界上VPP最集中的市場,到2028年,市場收入預計每年將超過30億美元。我國與歐洲的VPP發展路線更相似,德國在歐洲VPP發展處于前列,因此本文詳細梳理歐洲具有代表性的VPP項目研究現狀和德國成功案例。

歐盟FENIX項目

2005年~2009年,來自歐盟8個國家的20個研究機構和組織合作實施和開展了FENIX項目,FENIX的目標是通過將分布式能源資源聚合成大型VPP和分散管理,最大限度地提高分布式能源對電力系統的貢獻,擺脫傳統對電力系統小單元的管理。

其主要成果:一是開發適合歐洲電力系統的VPP;二是開發可擴展和分層流動的信息和通信架構;三是由歐洲領先制造商開發新的硬件組件和軟件應用程序;四是開發商業和監管框架,允許VPP在未來歐洲電力系統中實現利益整合;五是成本效益分析,量化VPP經濟效益;六是在西班牙和英國的兩個實際網絡現場演示,輔以實驗室演示和模擬,證明開發的VPP可行性。

FENIX項目中VPP的通用架構如圖1所示。FENIX架構引入了三個新元素:一是FENIX box (FB)與本地系統接口,允許遠程訪問以進行監視和控制;二是CVPP負責DER單元的調度和能源優化功能;三是TVPP在配電管理系統(DMS)執行一些功能,例如:驗證發電計劃,調度DER來解決電壓或電流約束等。根據通用架構,在北部場景(英國)和南部場景(西班牙)相應作出調整。CVPP 通過整合 DER 資源為系統提供服務。DER通過調度中心接口FB與CVPP進行連接獲得指令信號。市場靈活決定CVPP的先后配置 ,接著CVPP將DER信息發送給DSO以進行狀態估計等驗證。驗證通過后,DSO 將通信申請發送給電力系統中的配電節點,同時將各 DER 出力情況發送給 TSO。

歐盟WEB2ENERGY項目

歐盟WEB2ENERGY項目成立于2010年1月,2012年12月完成項目,是歐盟第七個研究和技術發展框架計劃支持的歐洲項目,涉及奧地利、瑞士、德國、波蘭、荷蘭等國家。

項目旨在:一是對所有市場參與者開放端到端通信系統解決方案以支持基于 IEC 標準的開放式通信理念;二是將 W2E 實際獲得的經驗引入 IEC 標準化工作,并實現商業推廣;三是實施和批準“智能配電”的三個支柱:客戶集成、主動分銷網絡和通過自動化實現自我修復,提高智能配電自動化的供應可靠性。四是實施和批準進一步改善技術、環境、市場和社會方面的技術條件。

WEB2ENERGY項目VPP包含5座CHP電廠、2組100千瓦時氧化還原電池、10組5千瓦時鋰電池、6座光伏電站、3座風電場、2座小型水電站和3類大型可控負荷。通過VPP將單個能源生產商連接到網絡中,VPP的電表與計費電能表相一致。不同所有權的發電商向20 千伏HSE網絡供電。簽訂DSO和電廠業主之間的相互協議,同意安裝遠程控制和監控設施并執行控制功能。

WEB2ENERGY項目VPP控制中心基于兩種控制策略對VPP進行管理:一是當前策略:根據VPP當前的狀態信息和市場要求,自動生成DSM方案,控制儲能單元工作。二是前瞻策略:通過日前規劃生成電能消費參考曲線和虛擬交通燈時段(紅燈表示節能有利,綠燈表示用電有利)。WEB2ENERGY項目在極端情況下100%被移到綠燈階段,平均約8%的峰值功率被削減掉。在試點項目的第一個月,已經引入了3%的節能和負荷從紅色轉移到約15%的負荷峰值的綠色區域。

德國成功案例

Next Kraftwerke是德國一家大型的VPP運營商,也是歐洲最大的VPP。它創立于2009年,是歐洲電力交易市場(EPEX)認證的能源交易商,在EPEX SPOT和EEX等歐洲交易所可以參與能源的現貨市場交易,在七個歐洲輸電系統運營商(Transmission System Operator)TSO地區提供平衡服務。Next Kraftwerke通過中央控制系統的M2M實時通信,將來自沼氣、風能、太陽能、垃圾等可再生能源與商業和工業電力用戶以及儲能系統匯集在一起。截至2020年6月,Next Kraftwerke已有9516個聚合單元,8179兆瓦聯網裝機容量,627.7百萬歐元營業額,15.1T瓦時能源交易量。

公司NEMOCS平臺是一個模塊化設計的軟件,使VPP能夠連接、監控和控制DER、用戶和存儲系統,以高頻率和最精確的方式顯示和記錄當前輸入和資產狀態的實時信息。Next Kraftwerke使用Next Box來遠程控制聯網資產,提供電網平衡頻率調節服務,參與電力市場交易并獲得收益。由于電力供應的迅速變化,市場價格波動很大。可操縱資產的運營商可以利用不斷變化的能源價格:通過在價格高的時候發電,在價格低的時候讓設備待運,這樣既可以增加利潤又可以支持電網的可持續利用。Next Pool在其控制系統中使用算法,以確保電池儲能系統中將有足夠的電能,在需要時響應來自電網運營商和調度中心的信號。

德國VPP已大范圍商業化,主要應用場景為通過電力市場的靈活電價,引導電廠管轄內系統優化發用電成本,優化交易收益。已形成了完整的市場生態鏈和商業模式,并已經歷了第一輪市場整合。德國與VPP配套的上中下游產品已逐漸完備,VPP除直接參與電力市場進行交易之外,溢價部分與客戶分成參與電網系統輔助服務(二次、三次調頻)來收取服務傭金,與此同時:針對城市供電公司、大型工業用戶、部分針對小用戶的都有相應的售電套餐。

我國虛擬電廠試點情況

上海黃浦區試點商業建筑VPP示范項目

自2016年起,上海市開展國家級需求側管理示范項目“上海黃浦區商業建筑VPP項目”建設,引導商業用戶與發電側的互動響應,提升電力需求側管理水平,推動VPP的開發建設。

上海市隨著產業結構調整,電力峰谷差不斷增大,加上消納清潔能源和電動汽車行業的壓力,電網負荷供需平衡矛盾增大。并且黃浦區是上海商業建筑最密集的中心城區,大型商業建筑數量繁多,開發商業建筑VPP,實現多元化需求響應和柔性負荷控制迫在眉睫。

平臺總體架構分為兩層:下層為虛擬發電機層(即樓宇用戶層),又可以細分為邊緣計算層和感知層,通過智能終端與VPP平臺進行數據采集上傳和接受削峰指令,實現交互和樓宇系統控制;上層為VPP層,采集、分析樓宇內海量上傳數據,并完成虛擬發電任務執行、監視、結算等任務,實現電廠整體運營管理。

在總體架構的基礎上,在2020年7月,上海在結合商業VPP的基礎上,正開展包括工業、商業居民等領域的VPP研發工作。通過AI和遠程控制方式,將周邊樓宇中充電樁的充電模式由快充轉變為慢充;在不影響樓宇安全的條件下,調節電梯運行方式、儲能設備、三聯供機組和空調溫度等。通過VPP的方式,把閑散電集中起來,緩解部分地區用電緊張。而提供電能的樓宇,已出售電價獲得補償。

冀北VPP項目

2019年10月在上海舉行的第83屆國際電工委員會(IEC)大會上,國網冀北公司VPP示范工程被寫入IEC國際標準用例,并向國際首次公開展示VPP測試床。2019年12月11日,冀北VPP示范工程投入商業運營。VPP在“互聯網+”智慧能源環境下,以用戶為中心,以商業化市場為平臺的泛在可調資源聚合管理模式。冀北VPP在促進清潔能源消納的同時,對構建電力市場也具有重要意義,同時對于聚合商參與市場主體運作提出了更大的機遇和挑戰。

示范工程一期實時接入與控制蓄熱式電采暖、可調節工商業、智能樓宇、分布式光伏等11類19家泛在可調資源,容量約16萬千瓦,涵蓋張家口、秦皇島、廊坊三個地市。其主要架構圖如圖2所示。該工程依托泛(FUN)電平臺,具備秒級感傳算用、億級用戶能力、多級共享生態。通過泛在電力物聯網和智能電網的技術,可與電力系統實施柔性互動,實現能源流、業務流、數據流“三流合一”。

天津智慧能源新城項目

國網天津公司在中新天津生態城選取面積約 8 平方千米的惠風溪示范區建設智慧能源新城。新城共包括集中式儲能站、主動配電網、VPP綠色公共建筑等 10 個項目。該項目有望成為我國首個基于未來場景的智慧城市項目。新城VPP項目通過在各類源、荷、儲資源加裝物聯感知終端,將各類資源高效聚合,形成一個虛擬的可控能量集合體,像“真實電廠”一樣參與電網調峰、調頻輔助服務和電力市場交易等。目前已完成VPP系統的開發,系統已接入 49 戶公共資源用戶,可調負荷 2.637 萬千瓦,可以有效協調電網供需平衡,促進各種能源資源的優化配置。

總結與啟示

VPP的目標是集分布式能源優化于一體,使其作為一種特殊的電廠參與電力市場的運營管理事務,提供電力輔助服務,并使VPP通過協調控制在最優操作點。隨著現貨市場和電力市場的發展越來越靈活,VPP和市場聯系越來越緊密并逐漸參與商業化運營。國外VPP發展較早,尤其德國,美國等發達國家VPP的上中下游配套技術和設施已非常完善,我國VPP發展還處于探索階段。根據國外VPP發展,可借鑒經驗和建議有如下幾點:

一是優化調度體系,完善調度機制和標準體系。我國現存電力調度體系為五級:國調中心、網調、省調、區調、縣調。隨著電力體制改革的推進,售電公司,能源服務公司,聚合商,將逐步進入電力市場,參與電網建設與運行,目前的調度體系會被逐漸打破。歐洲現有調度體系為日前市場、日內市場與實時市場互為補充的市場模式。如要大力推廣VPP,必須優化調度體系,推進電力調度系統整體智能化。

二是積極推進負荷聚合商為主體運營的商業運營模式,形成調度中心—負荷聚合商—VPP—聯網DER—用戶相互關聯的信息互通鏈,使VPP有效聚合分散DER資源,保證虛擬發電效果可監測和可驗證。建議由政府或調度中心對已有遠程控制設備進行整合,減輕負荷聚合商、VPP和用戶二次投入支出。

三是完善輔助服務市場和定價、交易機制。配合現貨交易試點,進一步完善輔助服務市場建設。VPP建設會與一些交易定價沖突,比如電網公司過網費等,應鼓勵儲能設備、需求側資源參與提供電力輔助服務,協調各方利益,完善提供方式、調節和評估指標、結算方式。

四是增強VPP配套軟件安全性與魯棒性,保證數據實時有效。完善智能感知技術和傳輸技術,制定VPP傳輸協議和標準,提高系統數據可靠性。如數據需透明公開,則增加公用接口使操作方便;如數據需保密,則確保數據安全,防止泄露。

近些年我國加快發展壯大水電等可再生能源,水電大機組設備陸續生產完成,對發展VPP給予了很多政策支持。VPP“串聯”源網荷儲售服,它的實施可以推遲對輸電和配電線路的新投資,提高資源利用率,有利于優化其地位和最大限度地增加收入機會,從而在實施中產生經濟利益。在一系列配套實施中拉動上下游產業技術升級,貫通能源市場產業鏈,實現多方互利共贏。

(本文刊載于《中國電力企業管理》(上旬刊)2020年第9期,作者單位:國家電投中電國際政研室)

關鍵字:虛擬電廠

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