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虛擬電廠的“前世今生”

作者:中國儲能網新聞中心 來源:中國能源報 發布時間:2020-11-25 瀏覽:
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中國儲能網訊:近日,全國首套自動化虛擬電廠系統在深圳110千伏投控變電站投入試運行,將本就關注度極高的虛擬電廠再次送上“熱搜”。本期,我們集納了幾位專家觀點,籍此深入探討虛擬電廠的“前世今生”。

虛擬電廠充分實現“以使用者為中心”

■喬奕煒 王冬容

虛擬電廠于本世紀初在歐洲國家興起,并已擁有多個成熟的示范項目,其主要關注分布式能源的可靠并網,同時構筑電力市場中穩定的商業模式。同期北美地區推進相同內涵的“電力需求響應”,可調負荷占據主要地位。目前我國虛擬電廠發展處于起步階段,同時采用以上兩個概念,一般認為虛擬電廠的范疇包括需求響應,兩者本質相同,是可同時存在的兩個概念,最主要區別在于前者是對后者的補充與拓展。虛擬電廠不僅聚合了可調負荷,還可納入近幾年正大規模興起的分布式電源及儲能。

結合已有研究和目前實踐情況,可將虛擬電廠定義為將不同空間的可調負荷、儲能、微電網、電動汽車、分布式電源等一種或多種可控資源聚合起來,實現自主協調優化控制,參與電力系統運行和電力市場交易的智慧能源系統。它既可作為“正電廠”向系統供電調峰,又可作為“負電廠”加大負荷消納配合系統填谷;既可快速響應指令配合保障系統穩定并獲得經濟補償,也可等同于電廠參與容量、電量、輔助服務等各類電力市場獲得經濟收益。

虛擬電廠并不需要改變現有資源與電網的連接方式,而是通過通信技術與智能計量技術,對可控資源進行“串聯”,形成更加穩定、可控的“大電廠”,實現發電和用電自我調節,從而為電網提供源網荷儲售一體化服務。這些可控資源不受電網運行調度中心的直接調度,而是通過資源聚合商參與其中。

近年來,我國電力峰谷差矛盾日益突出,各地年最高負荷95%以上峰值負荷累計不足50小時。據國家電網測算,若通過建設煤電機組滿足其經營區5%的峰值負荷需求,需要電廠及配套電網投資約4000億元;若建設虛擬電廠,建設、運維和激勵的資金規模僅為400-570億元。可見,相對于供應側的電源建設成本,需求側資源要廉價得多。合理利用需求側資源,既可降低電力成本,還能提升供電可靠性。

我國可參與虛擬電廠運營的可控資源體量龐大,其中,可調負荷資源5000萬千瓦以上,用戶側儲能規模約100萬千瓦,電動汽車接近600萬輛(每輛按5千瓦計算,相當于3000萬千瓦儲能),分布式電源裝機規模超6000萬千瓦,這其中還未納入現存于各地區小型水電站的裝機容量,且這些資源規模都還處于快速上升期。若將這些分散資源有效聚合,相當于建設約140臺百萬千瓦級煤電機組,可有效滿足電力負荷增長和削峰填谷需求。

虛擬電廠的可控資源在快速發展期時,其自身的發展空間也快速拓寬。但并不是有了資源,虛擬電廠就自然發展出來了,而是要有一系列必要的體制機制條件作為前提。依據外圍條件的不同,我們把虛擬電廠的發展分為三個階段。第一個階段為邀約型階段。是在沒有電力市場的情況下,由政府部門或調度機構牽頭組織,各個聚合商參與,共同完成邀約、響應和激勵流程。第二個階段是市場型階段。這是在電能量現貨市場、輔助服務市場和容量市場建成后,虛擬電廠聚合商以類似于實體電廠的模式,分別參與這些市場獲得收益。在第二階段,也會同時存在邀約型模式,其邀約發出的主體是系統運行機構。第三個階段是未來的虛擬電廠,可稱之為跨空間自主調度型虛擬電廠。隨著虛擬電廠聚合的資源種類越來越多、數量越來越大、空間越來越廣,此時可稱之為“虛擬電力系統”,其中既包含可調負荷、儲能和分布式電源等基礎資源,也包含由這些基礎資源整合而成的微網、局域能源互聯網。

從整個行業的發展來看,原來固有的大機組、超高壓的供應側資源已經發展到了頂峰,取而代之的將是大規模的需求側資源,這部分資源潛力巨大,是實實在在的,未來在電力系統中,需求側資源大概率將成為主角。同時,它們不會以零散的形式存在,聚合商的作用也因此會越來越強,它可將供給側和需求側分散式的資源全部聚合起來,最終成為整個行業和生態的主角。

從電力系統的控制和優化方式來看,當需求側資源不斷引入后,能源互聯網概念中提出的“以使用者為中心”的目標將會實現得越來越充分,我國傳統的自上而下的五級調度體系很可能不復存在。所有聚合商、配電系統運營商,都將成為同種性質的運營單位,他們聚合大量的需求側資源,相當于一個共享服務平臺,從而代理這些資源在配電網側實現平衡后再與大電網發生關系。所以,聚合商最終將成為一種跨空間的、廣域的源網荷儲的集成商,系統控制和優化的方式可變為自下而上的一種組織形態。

發展虛擬電廠要在電改與能源轉型中尋找“交切面”

■陳天 王鵬

隨著包括分布式電源、儲能裝置、電動汽車、可調節負荷等在內的各類分布式能源的逐步規模化接入電網,在增強系統的運行經濟性、靈活性與環保性的同時,各類分布式能源自身的波動性與不確定性也對系統的靈活運行提出了新要求。在此背景下,虛擬電廠無疑為高比例分布式能源大規模接入電網提供了一種嶄新思路:通過區域性多能源聚合的方式,實現對大量分布式能源的靈活控制。虛擬電廠的出現打破了傳統電力系統中物理概念上的發電廠之間、發電側和用電側之間的界限,可同時聚合區域內不同類型的分布式電源以及源荷側的可控資源,使其能夠以“集合體”的形式參與各類電力市場交易。

因此,虛擬電廠不應被狹義地定義為各類分布式資源的集合體,而是基于“通信”和“聚合”的思想,把分散的、與不同層級電網相連的各類分布式能源用戶集合起來,通過能量管理系統的協調優化控制完成市場運營,在實現電能交易的同時優化資源利用、提高供電可靠性的一種綜合體。按照對外體現的功能不同,虛擬電廠又可分為兩種類型:商業型虛擬電廠和技術型虛擬電廠。

其中,商業型虛擬電廠的關注焦點在于最大化其內部各類分布式能源用戶的綜合收益,即主要考慮商業收益,而一般不考慮配電網的影響。技術型虛擬電廠則一般由分布在同一地理位置的分布式資源組成,其關注的重點在于為系統運行提供服務,主要功能包括為配電系統運營商提供本地系統管理以及為輸電系統運營商提供系統平衡和輔助服務。

由于虛擬電廠首先在國外特別是歐美國家得到應用與實踐,有關虛擬電廠的基本結構與分類、運行控制及參與電力市場的過程主要也基于一些國外成功的虛擬電廠項目,比如歐洲的FENIX項目。

追本溯源,無論是國內還是國外,虛擬電廠這一概念的出現以及各國在實踐中的探索,離不開供給側各類分布式可再生能源發電的大量發展,需求側各類可調負荷的大量出現,以及儲能、電動汽車等的規模化發展。當前,電網向清潔低碳、源網荷儲靈活互動轉型,電網的供需平衡變化對系統的運行方式提出新要求,這是虛擬電廠在我國與歐美國家得以出現并逐步興起的共同背景。而我國與歐美國家的不同之處在于:歐美國家的電力市場化改革,已在虛擬電廠提出前或同時期得到較完備的發展,而我國當前的電力市場化改革還面臨諸多挑戰,在我國電力體制改革的實際背景中發展與應用虛擬電廠,實際上也是在尋找一條協調我國電力市場化進程與能源轉型的“中國特色道路”的一個交切面。但毋庸置疑,虛擬電廠作為一種能有效提高能源使用效率、優化可再生能源消納、可靠接入與靈活控制大量分布式能源的有效市場手段,未來在我國能源清潔低碳高效轉型與電力體制改革中,必將得到更多的理論發展與實踐應用,給出更多“中國特色”的虛擬電廠成功案例。

推動虛擬電廠發展要從四個方面發力

■李可舒

“十三五”期間,我國分布式能源、儲能迅速發展,為虛擬電廠、需求響應的發展提供了豐富資源。虛擬電廠將分散的靈活性能源資源聚合組成一個參與電力市場、提供輔助服務、協調控制的集合體,對于促進新能源消納、維護電網平衡安全運行、合理配置電力資源,協調區域供應有著重要意義。

隨著現貨市場和輔助服務市場的發展,虛擬電廠和市場聯系越來越緊密并逐漸參與商業化運營。國外虛擬電廠發展較早,尤其德國,美國等發達國家虛擬電廠的上中下游配套技術和設施已非常完善,我國虛擬電廠發展還處于探索階段。根據國外虛擬電廠發展經驗,建議:

一是優化激勵補償政策和完善市場化交易機制。出臺更多激勵補償政策,開辟更多激勵資金來源。在現貨市場、備用容量市場和輔助服務市場的建設中,及時將虛擬電廠作為市場主體納入,為構建虛擬電廠參與的全市場體系交易機制和商業模式打好基礎。

二是加快推進相關“新基建”。推進新型基礎設施建設,積極探索5G、AI和區塊鏈等新技術與虛擬電廠的深度融合。推進負荷聚合商為平臺綜合服務商,為用戶提供負荷削減、負荷管理等多種服務,使虛擬電廠有效聚合分布式能源,保證虛擬發電效果可監測和可驗證。完善智能感知技術和傳輸技術,制定虛擬電廠傳輸協議,提高系統數據可靠性。

三是盡快出臺虛擬電廠相關標準和指導意見。國際上有通用的虛擬電廠標準,但我國尚未明確相關標準,因此政府部門需盡快制定虛擬電廠指導意見,包括具有我國特色的虛擬電廠定義和范圍,將虛擬電廠納入“十四五”規劃,為虛擬電廠發展指明道路。

四是謀劃虛擬電廠發展分步走。首先,在電力現貨市場、輔助服務市場到位之前,可大規模開展“邀約型”虛擬電廠。其次,在現貨市場和輔助服務市場的建設過程中,同步將虛擬電廠作為市場主體納入各個市場交易。再次,實現跨空間自主調度模式。當虛擬電廠發展前個兩階段已完備后,可探索實現跨空間自主調度,這時用戶、分布式能源可自由選擇調度主體,并實現跨空間地理交易和結算。

虛擬電廠“串聯”起源網荷儲售服,它的實施將使得電力能源行業從“笨重”走向輕巧靈動、從多層垂直走向少層扁平,貫通能源產業鏈,提高資源利用率和系統整體效率,實現多方互利共贏。

  (喬奕煒、王冬容、李可舒供職于國家電投集團;陳天、王鵬供職于華北電力大學)

關鍵字:虛擬電廠

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