虛擬電廠:不生產(chǎn)電,但管理電
近年來隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)推進(jìn),無論是電力生產(chǎn)還是需求都有著越來越大的隨機(jī)性。虛擬電廠的出現(xiàn),則可以最大限度地平抑新能源電力的強(qiáng)隨機(jī)波動(dòng)性,提高新能源的利用率,打破傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中發(fā)電廠之間,以及供給側(cè)和用電側(cè)之間的物理界限。
近日,國網(wǎng)上海市電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院主持申報(bào)的《虛擬電廠資源配置與評估技術(shù)規(guī)范》已由國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)正式批準(zhǔn)立項(xiàng),標(biāo)志著虛擬電廠領(lǐng)域首個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)正式立項(xiàng)。
解決靈活性資源供需問題,是建設(shè)新型電力系統(tǒng)必須攻克的難題,虛擬電廠正是新型電力系統(tǒng)建設(shè)的重要抓手和典型實(shí)踐。制定并出臺(tái)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),將對目前虛擬電廠建設(shè)中遇到的諸多問題起到綱領(lǐng)性的指導(dǎo)作用。
可靈活實(shí)現(xiàn)削峰填谷
2022年8月,特斯拉公司在缺電情況最為嚴(yán)峻的美國加利福尼亞州舉辦了一場緊急響應(yīng)活動(dòng),散布在加州各地的2300多名特斯拉用戶通過“虛擬電廠”,將家用儲(chǔ)能設(shè)備“能量墻”(PowerWall)中存儲(chǔ)的電能輸送至最缺電的地方。這些分散的電力在某個(gè)時(shí)點(diǎn)的輸出功率高達(dá)16兆瓦。
這是一次多贏的嘗試:用戶輸出用不完的電,1度電即可掙2美元;虛擬電廠的調(diào)度,緩解了電網(wǎng)在用電高峰時(shí)期的巨大壓力。
“虛擬電廠,顧名思義就是一個(gè)虛擬化的電廠,它不直接發(fā)電,但是卻起到了‘電廠’的作用?!眹W(wǎng)江蘇電科院新能源技術(shù)室主管汪成根博士介紹說,實(shí)際上,虛擬電廠就是一套能源管理系統(tǒng)。
傳統(tǒng)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行了這么多年,已經(jīng)形成一套完備的調(diào)控體系,為何還需要另起爐灶建設(shè)虛擬電廠?
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中,電網(wǎng)根據(jù)用電側(cè)的電力需求對供給側(cè)的發(fā)電進(jìn)行調(diào)控,供給側(cè)的發(fā)電廠多為數(shù)百萬兆量級(jí)的大型火電機(jī)組。
汪成根告訴科技日報(bào)記者,近年來隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)推進(jìn),無論是供給側(cè)的電力生產(chǎn),還是用電側(cè)的電力需求,都有著越來越大的隨機(jī)性,對電力保供工作、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行等帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
具體而言,在供給側(cè),近年來的“雙碳”目標(biāo)以及能源轉(zhuǎn)型,使得風(fēng)光發(fā)電在能源結(jié)構(gòu)中的占比持續(xù)擴(kuò)大,“靠天吃飯”的新能源具有隨機(jī)性、間歇性和波動(dòng)性等特點(diǎn);在用電側(cè),以空調(diào)大規(guī)模普及為代表的終端電氣化水平持續(xù)提升,以及充電樁等新型負(fù)荷不斷涌現(xiàn),讓預(yù)測用電負(fù)荷也變得更加困難。
虛擬電廠的出現(xiàn),則可以最大限度地平抑新能源電力的強(qiáng)隨機(jī)波動(dòng)性,提高新能源的利用率,打破傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中發(fā)電廠之間,以及供給側(cè)和用電側(cè)之間的物理界限。
虛擬電廠將相對分散的電源、電網(wǎng)、負(fù)荷和儲(chǔ)能等進(jìn)行集成調(diào)控,實(shí)現(xiàn)了“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”,其等效為一個(gè)可控的電源,既能作為“正電廠”向系統(tǒng)供電,也能作為“負(fù)電廠”消納系統(tǒng)儲(chǔ)存的電力,靈活實(shí)現(xiàn)削峰填谷。
破解綠色能源消納難題
新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)高速增長,綜合能源站、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車充電樁、智能樓宇、冷熱電三聯(lián)供等多能柔性負(fù)荷大量接入電網(wǎng)系統(tǒng),如何靈活調(diào)度現(xiàn)有資源,提升供電可靠性、經(jīng)濟(jì)性和新能源利用率,成為電網(wǎng)面臨的重要難題之一。
汪成根認(rèn)為,隨著“雙碳”目標(biāo)的持續(xù)推進(jìn),新型電力系統(tǒng)的發(fā)展成為未來趨勢,對可再生能源、分布式發(fā)電的開發(fā)利用得到了前所未有的重視,傳統(tǒng)“源隨荷動(dòng)”的運(yùn)行模式亟須向“源荷互動(dòng)”轉(zhuǎn)變。虛擬電廠能夠提升能源服務(wù),實(shí)現(xiàn)對分布式能源的響應(yīng)分配、靈活挖掘潛力、實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)控制,有效參與電力市場交易,響應(yīng)多樣化的用電需求,在破解清潔能源消納難題、綠色能源轉(zhuǎn)型方面將發(fā)揮重要作用。
國網(wǎng)江蘇電科院自動(dòng)化技術(shù)室博士易文飛認(rèn)為,虛擬電廠不僅可以支撐電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,還能延緩或節(jié)約電力投資。根據(jù)國網(wǎng)能源院預(yù)測,較樂觀邊界條件下,我國2025年需求側(cè)資源的技術(shù)可開發(fā)潛力有望達(dá)到最大負(fù)荷的9%左右,通過虛擬電廠將難以調(diào)度利用的小微資源整合,并參與系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié),能夠有效提升電力系統(tǒng)的靈活性。
“僅依靠傳統(tǒng)電力系統(tǒng)直接調(diào)度管理‘點(diǎn)多面廣’的分布式資源,成本高昂且十分困難,一旦分布式資源在能源供給中的占比達(dá)到一定程度,將對電力系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行帶來極大的不確定性?!币孜娘w說,虛擬電廠的發(fā)展應(yīng)該瞄準(zhǔn)小微資源的聚合管理,扮演系統(tǒng)調(diào)度與用戶的中間管理者角色,使分布式光伏、用戶側(cè)儲(chǔ)能、可調(diào)節(jié)負(fù)荷等各類資源更好地在系統(tǒng)運(yùn)行和市場交易中發(fā)揮作用。
國內(nèi)虛擬電廠建設(shè)方興未艾
據(jù)悉,全球首個(gè)虛擬電廠項(xiàng)目誕生于2000年,德國、荷蘭、西班牙等5國11家公司共同啟動(dòng)虛擬電廠項(xiàng)目VFCPP。
近年來,我國虛擬電廠建設(shè)也開始步入戰(zhàn)略發(fā)展階段。2017年5月24日,世界上首套大規(guī)?!霸淳W(wǎng)荷互動(dòng)”系統(tǒng)在江蘇投運(yùn),它的投運(yùn)標(biāo)志著我國擁有了世界上最大規(guī)模容量的虛擬電廠。
2021年以來,國家層面的能源規(guī)劃、低碳轉(zhuǎn)型、碳達(dá)峰行動(dòng)方案和新型儲(chǔ)能指導(dǎo)意見等政策中,都明確支持虛擬電廠參與調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)、電力輔助服務(wù)和現(xiàn)貨市場交易等。北京、內(nèi)蒙古、河南等多地將虛擬電廠寫入其“十四五”能源發(fā)展規(guī)劃中。
汪成根表示,國內(nèi)虛擬電廠建設(shè)起步較晚,仍處于初級(jí)階段。虛擬電廠的發(fā)展可分為邀約型、市場型和自由調(diào)度型三個(gè)階段。目前,我國虛擬電廠仍處于邀約型向市場型發(fā)展的階段,主要通過政府機(jī)構(gòu)或電力調(diào)度機(jī)構(gòu)發(fā)出邀約信號(hào),由負(fù)荷聚合商、虛擬電廠組織資源進(jìn)行削峰、填谷等需求響應(yīng)。
易文飛認(rèn)為,虛擬電廠代表了能源數(shù)字化、用電側(cè)資源開發(fā)利用等一系列能源電力系統(tǒng)未來高價(jià)值的發(fā)展方向,但當(dāng)前也有部分服務(wù)商借虛擬電廠的概念包裝其傳統(tǒng)的節(jié)能改造等低技術(shù)密度業(yè)務(wù)。
“當(dāng)前,關(guān)乎虛擬電廠健康發(fā)展的部分宏觀問題尚未得到解決?!币孜娘w說,一是虛擬電廠的概念內(nèi)涵、功能形態(tài)未形成權(quán)威、統(tǒng)一的認(rèn)識(shí),政產(chǎn)學(xué)研各界均在各自的專業(yè)和立場上對虛擬電廠進(jìn)行解讀;二是虛擬電廠參與電網(wǎng)調(diào)度交易責(zé)權(quán)邊界還不夠明確,國家發(fā)改委等部門已經(jīng)出臺(tái)相關(guān)文件將虛擬電廠認(rèn)定為輔助服務(wù)市場主體和并網(wǎng)調(diào)度主體,但是未在文件中明確其權(quán)責(zé),電網(wǎng)企業(yè)也未出臺(tái)詳細(xì)的說明文件,這就使資本方、運(yùn)營商、電網(wǎng)企業(yè)在虛擬電廠的發(fā)展投入上有所保留;三是虛擬電廠技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系尚不健全,當(dāng)前虛擬電廠建設(shè)缺少統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),市場主體的數(shù)據(jù)交互存在壁壘,導(dǎo)致虛擬電廠運(yùn)行成本高且存在信息安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí),虛擬電廠并網(wǎng)調(diào)度標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程不明確,導(dǎo)致并網(wǎng)調(diào)度存在困難。
雖然有著諸多需要解決的問題,但虛擬電廠在我國仍然有著非常大的市場潛力,國家以及各省市也在積極探索虛擬電廠的“建廠”路徑。隨著首個(gè)國家級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的正式立項(xiàng),虛擬電廠正朝健康有序方向蓬勃發(fā)展。
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