虛擬電廠:能源轉型的詩與遠方

                                發布日期:2018-10-26 信息來源:國際公司
                                        文/王宣元

                                  當前,全球能源正處在轉型的關鍵時期,人類社會正推動以油氣為代表的傳統能源系統向以可再生能源為代表的現代能源系統轉型。從能源生產、消費和配置各環節看,現代能源系統以電為中心,電網為平臺的特點日益顯著。

                                  隨著世界各國向清潔、低碳的新型能源體系發展,分布式可再生能源、電動汽車、終端用戶的再電氣化比例大幅增長。國際能源署(IEA)發布的《2017年世界能源展望》指出,分布式可再生能源發展速度之快“超乎想象”,因其良好的經濟性、可靠性、靈活性和環保性,已成為全球最大新增電源之一。

                                  虛擬電廠,正在加速走來

                                  未來,配電網中的分散發電和有源負荷將呈現高速增長態勢,更多電力用戶將由單一的消費者(consumer)轉變為混合型的產消者(prosumer)。在技術層面,由于分布式可再生能源、可控負荷、儲能設施以及電動汽車等具有地理位置分散、隨機性強、波動性大、并具有弱可觀性和可控性的特點,隨著接入電網總體規模的不斷擴大,對電網的安全、可靠、經濟運行等提出新的挑戰。從經營層面,分散資源可持續發展的商業模式亟待研究,需要深入探討一種可行路徑,去激勵混合型產消者與電網實現友好互動。

                                  虛擬電廠(VirtualPowerPlant,VPP)正是針對這些新現象,聚焦再電氣化進程中生產側和消費側同步發力的重要特征,提出的適應未來能源清潔低碳發展趨勢的技術和商業模式。該技術模式能夠在傳統電網物理架構上,依托互聯網和現代信息通訊技術,把分布式電源、儲能、負荷等分散在電網的各類資源相聚合,進行協同優化運行控制和市場交易,對電網提供輔助服務。虛擬電廠不是電廠,簡單來說,虛擬電廠就是“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源網荷聚合管理模式。

                                  虛擬電廠概念自1997年提出以來,受到了歐洲、北美和澳洲多國廣泛關注。近年來,隨著信息通訊技術(ICT)、分布式協調控制技術和智能計量技術的提高,分布式電源、儲能、電動汽車的快速發展,工業領域逐漸表現出對虛擬電廠的極大需求并付諸工程實踐。從世界范圍來看,歐洲虛擬電廠聚焦于“源”,主要目標是提高分布式電源并網友好智能互動性和打造持續穩定發展的商業模式,先后在歐盟第六、第七框架計劃下開展了FENIX項目和TWENTIES項目,前者旨在將大量的分布式電源聚合成虛擬電廠,提高歐盟電力系統的經濟性、可控性和安全性,后者的示范重點在于如何利用虛擬電廠實現熱電聯產、分布式電源和負荷的智能管理。北美虛擬電廠起源于“荷”,通過自動需求響應和能效管理,提高綜合能源的利用效率。近年來隨著分布式能源的發展,美國紐約州在能源改革愿景(REV)戰略指導下開展了ConEdVPP項目,旨在將用戶側“太陽能+儲能”系統集群友好并網,降低居民用電成本,提高電網調峰調頻和應急響應能力;在加利福尼亞州探索分布式光伏的管理方式,包括虛擬電廠和分布式能源供應商(DERP)如何參與電網運營和電力市場。澳洲近年投運了多項虛擬電廠示范工程,主要目標是降低用電成本,促進清潔能源消納,提高澳洲電網穩定性,并與特斯拉公司聯合打造AGLVPP示范工程,旨在聚合大量光伏電源和儲能設備,應對分布式電源高滲透率帶來的挑戰,降低基礎設施投資成本。

                                  目前我國分布式可再生電源占比還不大,但發展迅速,電力發展“十三五”規劃明確提出十三五期間分布式光伏裝機達6000萬千瓦以上;我國已成為全球最大電動汽車市場,2017年國內電動汽車銷量超過77萬輛,占世界的一半以上,至2020年電動汽車累計產量將超過500萬輛;電能替代、清潔供暖有序推進,2017年全年電能替代量超1500億千瓦時,到2020年電能替代新增用電量約4500億千瓦時。分布式電源和可控負荷發展迅速,對電網的安全穩定運行將帶來巨大影響,因此,虛擬電廠在分布式電源、北方清潔供暖、用戶側需求響應、電動汽車等方面都將具有廣闊的應用前景。虛擬電廠可以“串聯”起分布式光伏、儲能設備、蓄熱鍋爐和可控負荷,實現冷、熱、電整體能源供應效益最大化。在繁華的城市樓宇群,虛擬電廠可以實時監測中央空調、電動汽車等柔性可控負荷,環境參數以及分布式能源出力,圍繞用戶和系統需求,自動調節并優化響應質量,減少電源和電網建設的投資,在創造良好舒適的生活環境的同時,實現用戶和系統,技術和商業模式的雙贏。

                                  國際標準,貢獻中國智慧

                                  由于虛擬電廠應用前景廣泛,全球都在搶占先機,爭取戰略主動,標準制定成為主導國際話語權的必爭之地。2017年10月,國網冀北電力公司和中國電科院組成的專家團隊,代表中國向國際電工技術委員會(IEC)提交了虛擬電廠《用例》和《架構與功能要求》提案,經過激烈的競爭和淘汰,順利通過了投票,并獲得德、英、法、瑞等成員國的加盟支持,于2018年3月獲批正式立項,成為IEC在虛擬電廠領域立項的首批國際標準,標志著中國正式主導虛擬電廠這一能源轉型熱門領域的國際最高話語權。

                                  在前沿新興領域編制國際標準極具挑戰性,必須實現技術和實踐的真正領先,方能把握主導優勢。基于這一特點,國網冀北電力公司在國際標準編制工作中創新提出了“研創示編”四融合模式,把虛擬電廠領域的科研攻關、創新創效、示范應用和標準編制緊密融合,在相互佐證、迭代提升中,實現國際標準的高質量編制,并同步建立虛擬電廠科研、創新創效和應用成果體系,帶動電網技術和功能的領先發展。具體來說,就是要依托冀北地區資源稟賦,在新能源和科技創新中探索和積累,把握2022年北京——張家口冬奧會的歷史契機,冀北地區虛擬電廠用例將在可再生能源富集地區打造可復制、可推廣的綠色能源共享經濟商業模式,探索將不可控的可再生能源轉化為穩定、可靠的綠色能源的技術創新,推動以用戶為中心的分布式可再生能源與堅強智能電網之間的協調發展,以標準聯通為能源轉型貢獻“中國智慧”。

                                  無論是在海外還是中國,虛擬電廠都還很年輕。在能源轉型的道路上,需要政府、企業、用戶等各方共同努力,在市場機制建設、商業模式創新、核心技術推廣以及用戶廣泛參與等方面積極探索,追尋新一代能源系統的詩與遠方。
                                 
                                        信息來源:能源評論
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