化虚为实:“三昧真火”助“虚拟电厂”项目落地

发布者 | 中标研 2023-04-10

国家标准化管理委员会近日消息称,《虚拟电厂管理规范》、《虚拟电厂资源配置与评估技术规范》两项国家标准获批立项,这意味着我国虚拟电厂建设将有国家统一管理规范。


2022年,我国在深圳建设国内首家虚拟电厂。预计到2025年,深圳将建成具备100万千瓦级可调节能力的虚拟电厂,逐步形成年度最大负荷5%左右的稳定调节能力。


一子落,万象新。山东、广东等省份正加速推动虚拟电厂参与电力现货市场。北京、上海等多地的“十四五”规划中也都提到要发展和建设虚拟电厂。


虚拟电厂有何优势,为何会受到各地方政府的广泛关注呢?


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聊聊“虚拟电厂”


近年来,受极端天气的影响,传统电网大有“溃不成军之势”。


2021年2月,美国得克萨斯州经历了连续极端低温天气诱发的大停电事故,这也是美国近10年内发生的第4次因极端严寒引起的停电事故。2022年夏天,极端高温天气和持续干旱情况导致全美部分地区的电网瘫痪,带来大规模的电力短缺或停电,2022年我国川渝地区严重干旱,击穿以水电为主的电力供应……


寻找稳定、灵活、可靠的系统管理电力资源成为当务之急。虚拟电厂不失为一个好的选择。


虚拟电厂是一种通过先进信息通信技术和软件系统,实现DG、储能系统、可控负荷、电动汽车等DER的聚合和协调优化,以作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统。


虚拟电厂概念的核心可以总结为“通信”和“聚合”。虚拟电厂的关键技术主要包括协调控制技术、智能计量技术以及信息通信技术。





虚拟电厂最显著的特征是兼具“源—荷”特性,既可以作为“正电厂”向系统供电调峰,又可作为“负电厂”加大负荷消纳,配合系统填谷;


可快速响应指令,配合保障电网稳定并获得经济补偿,也可直接像传统电厂一样,参与到电力市场交易、电力辅助服务交易等。


除此之外,“虚拟电厂”还具有良好的经济性。


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算算“经济账”


与传统火电厂相比,虚拟电厂能够以更低的成本参与电力系统调节。中电联党委书记杨昆称,根据国家电网的测算,通过火电厂实现电力系统削峰填谷,满足5%的峰值负荷需要投资4000亿元,而通过虚拟电厂仅需投资500亿元-600亿元,虚拟电厂的成本仅为火电厂的1/8-1/7。


中信证券今年2月发布研报称,预计到2025-2030年,虚拟电厂整体容量空间有望达到723亿元—1961亿元。


相比全球,中国虚拟电厂尚处于发展初期,但发展潜力巨大。在我国,国家电网、南方电网、中石油、中石化等多家公司已经以不同方式展开对虚拟电厂的探索。


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化虚为实的“三昧真火”


1.顶层设计助项目规范


近年来,各地区纷纷出台政策支持投建虚拟电厂。以下是IESPLaza综合能源服务网做的部分政策统计:


同时,《虚拟电厂管理规范》、《虚拟电厂资源配置与评估技术规范》两项国家标准获批立项。


据参与《规范》研究的东南大学电气工程学院教授高赐威透露:《规范》的主要内容包括资源配置与评估流程、虚拟电厂建设需求、虚拟电厂资源配置方案、虚拟电厂评估方法四个模块,在安全运行需求分析、能源低碳转型需求分析和社会、经济发展需求分析的基础上,制定虚拟电厂建设需求评估方法,明确虚拟电厂建设规模和应用范围;


《规范》还规定了分布式资源调节潜力评估方法和虚拟电厂聚合构建方法,在此基础上形成了虚拟电厂建设方案;


最后,制定了虚拟电厂发电能力评估方法,从而对虚拟电厂建设方案整体呈现的技术性能和经济性效益进行评估。


2.技术加持助项目落地


“电动汽车、储能设备、可再生能源发电”可称为驱动虚拟电厂发展的“三驾马车”。虚拟电厂的发展程度与“三驾马车”的规模和技术息息相关。我国分布式光伏、储能电池等产业工业化程度高,因此我国发展虚拟电厂的基础较为扎实。


我国虚拟电厂处于研究和示范为主的起步探索阶段,已有江苏、冀北、深圳等地开展了虚拟电厂的试点应用,其中江苏虚拟电厂可提供快速可中断的负荷控制服务;上海虚拟电厂建设以聚合商场、楼宇等需求响应为主,积极推进负荷集成商为主体运营的商业运营模式;冀北虚拟电厂提出了“云管边端”技术架构,并将虚拟电厂纳入电力辅助服务范围;深圳成立了国内首个城市级虚拟电厂管理中心,以负荷型、储能型资源聚合为主。


3.高需求潜力助项目持续发展


虚拟电厂可以对分散的可再生能源发电实现最大程度的管理,促进新能源的消纳。随着新型电力系统建设的不断推进,分布式可再生能源发电、电动汽车、温控负荷等用户侧资源将会持续快速增长,通过聚合用户侧各类灵活性资源,将有力支撑新型电力系统建设。在巨大的需求潜力下,虚拟电厂的前景“不虚”。


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借鉴与超越:

看特斯拉如何玩转“虚拟电厂”


虚拟电厂的概念最早在1997年提出,国外虚拟电厂发展起步早并已实现商业化。在新能源汽车领域深耕的特斯拉,其实已经建立起新能源产业生态。


【政策支持】


美国《能源政策法案》将需求响应上升到国家发展层面,FERC 719、745、755等法令对需求响应参与市场交易和电力平衡做出相关规定,FERC 2222号令允许分布式能源(DER)聚合商在区域性批发电力市场中参与竞争。


【技术革新】


核心枢纽:Autobidder


Autobidder是虚拟电厂实时交易和控制平台。根据《智慧能源管理平台支撑需求侧变革》,Autobidder作为分布式数据库和算力平台与能源产品进行双向通信,不仅能提供负荷和发电量预测共享功能,还可将各能源产品所搭载的信息和计算数据互联共享,并依据内部算法库计算的优先级相互发送或接收指令进行统一调动贯通,将分布式能源、可控负荷以及储能装置整合成一个虚拟的可控集体,以提供更智能和更灵活的发电、配电和可用性。


Autobidder不仅仅是电力交易的数字化软件,特斯拉还赋予它分布式能源交易管理系统、虚拟电厂交易和控制平台,以及开源复杂算法库等更多涵义。



大号充电宝:Powerwall


Powerwall是特斯拉主打家用的电池。售价3000美金起。可以存储太阳能面板发出的电量,还可以在非用电高峰期充电,等到高峰期再向用户家中供电。2022年7月,马斯克提到一个重要消息:市场对特斯拉储能产品Powerwall的需求仍超出特斯拉的供应能力。


【具体实践】


2022年,特斯拉与加州公用事业公司PG&E合作开展紧急减负荷计划(Emergency Load Reduction Program),以通过虚拟电厂的方式减少电网在需求高峰时期承受压力时的发电需求。


具体方案是,当加州电网因为天气炎热而需要额外的电力供应时,特斯拉Powerwall的用户可以通过将他们储存的电量返回电网,以获得每千瓦时2美元的报酬。


截至2022年7月,特斯拉已经邀请约25000名拥有Powerwall的PG&E客户加入虚拟电厂;2022年8月,加州的虚拟电厂项目已成功启动了首次紧急响应演练,在活动中,共有2342位Powerwall用户参与,共计输出了多达16兆瓦的电力。