(文/程文智)這些年來(lái),電力系統(tǒng)中的發(fā)電資源呈現(xiàn)出了清潔型、分散型的發(fā)展趨勢(shì),這些新型發(fā)電資源的并網(wǎng)運(yùn)行,在促進(jìn)節(jié)能減排的同時(shí),也給配電網(wǎng)、輸電網(wǎng)絡(luò)、電能質(zhì)量、系統(tǒng)保護(hù)和調(diào)度運(yùn)行等方面帶來(lái)了一系列的挑戰(zhàn)。加上這些分布式發(fā)電資源規(guī)模較小、布局分散,導(dǎo)致了其難以真正參與電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度,乃至電力市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng),難以通過(guò)市場(chǎng)發(fā)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。為了應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn),充分發(fā)揮新型能源的積極作用,“虛擬電廠(Virtual Power Plant,簡(jiǎn)稱VPP)”引起了人們的關(guān)注。
什么是虛擬電廠?它有哪些特性?
其實(shí),早在1997年,Shimon Awerbuch博士的《虛擬公共設(shè)施:新興產(chǎn)業(yè)的描述、技術(shù)及競(jìng)爭(zhēng)力》著作中就出現(xiàn)了虛擬電廠的概念。到2007年前后,國(guó)際上對(duì)于虛擬電廠開始有了系統(tǒng)性的論述,2012年后,相關(guān)的研究報(bào)道逐漸增多。
圖:虛擬電廠示意圖(來(lái)源:Next Kraftwerke官網(wǎng))
目前,虛擬電廠雖然還沒有統(tǒng)一的定義,但普遍認(rèn)為虛擬電廠是將分布式發(fā)電機(jī)組(Distributed Generation,DG)、可控負(fù)荷(Dispatchable Load,DL)和分布式儲(chǔ)能設(shè)施(Distributed Energy Storage,DES)有機(jī)結(jié)合,通過(guò)配套的調(diào)控技術(shù)、通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)各類分布式能源資源進(jìn)行整合調(diào)控的載體。其核心是用于調(diào)控DG、DL、和DES能量流的集控平臺(tái)。
也就是說(shuō),它是一種將分布式發(fā)電、需求側(cè)響應(yīng)和儲(chǔ)能資源統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制,響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度指令的智能電網(wǎng)技術(shù)。虛擬電廠有望通過(guò)集控平臺(tái)中的信息通信技術(shù)和軟件系統(tǒng)管理分布式能源,對(duì)內(nèi)將相對(duì)分散的電源、電網(wǎng)、荷載和儲(chǔ)能等進(jìn)行聚合協(xié)調(diào)和優(yōu)化控制。其中集控平臺(tái)具備量大核心能力:
“發(fā)電端-負(fù)荷端”:聚合協(xié)調(diào)、優(yōu)化控制。以各地電力公司為主搭建虛擬電廠集控平臺(tái),可以對(duì)收集的充電樁、居民用電等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,做到負(fù)荷端的精準(zhǔn)響應(yīng)及管理。當(dāng)負(fù)荷端供電量不足時(shí),可以作為“正電廠”向電力系統(tǒng)供電;當(dāng)發(fā)電端電量過(guò)大,負(fù)荷端難以承載時(shí),又可以作為“負(fù)電廠”加大負(fù)荷消納電力系統(tǒng)電力,幫助電力市場(chǎng)削峰填谷,可以平滑新能源并網(wǎng)給電網(wǎng)帶來(lái)的一系列影響。
電力市場(chǎng):多端主體實(shí)現(xiàn)互通,優(yōu)化電力調(diào)節(jié)能力。虛擬電廠可以將大電網(wǎng)和電力交易市場(chǎng)進(jìn)行互聯(lián)互通,不僅有助于優(yōu)化整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng),還能為內(nèi)部聚合的企業(yè)、用戶、充電樁、儲(chǔ)能、分布式能源等市場(chǎng)主體提供參與電力市場(chǎng)化交易的途徑,讓他們都可以成為微型發(fā)電機(jī),參與電力市場(chǎng)交易,從而獲取套利收益。同時(shí),在已知價(jià)格信號(hào)時(shí),虛擬電廠可先算出最大的調(diào)節(jié)能力,再算出單位調(diào)節(jié)量的價(jià)格上報(bào),充分發(fā)揮各類資源的調(diào)節(jié)能力。
虛擬電廠的特性及核心技術(shù)
與傳統(tǒng)電廠相比,虛擬電廠具有更多的優(yōu)勢(shì),它能夠在保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下,實(shí)現(xiàn)獲取可再生能源經(jīng)濟(jì)利益、降低發(fā)電成本、減少溫室氣體排放,優(yōu)化資源利用等目標(biāo)。具體來(lái)說(shuō),虛擬電廠具有以下幾個(gè)特性:
首先是虛擬電廠內(nèi)資源具有多樣性。它能聚合管理多種可再生能源發(fā)電機(jī)組,比如光伏發(fā)電機(jī)組、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、小型水電機(jī)組、微型熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組等,每一種資源都有自身的輸出特性,需要協(xié)調(diào)配合運(yùn)行。虛擬電廠還可以根據(jù)分時(shí)電價(jià)調(diào)整可控負(fù)荷,利用儲(chǔ)能裝置充放電,從而改變虛擬電廠的輸出,對(duì)電網(wǎng)呈現(xiàn)虛擬發(fā)電特性。
其次是虛擬電廠的資產(chǎn)具有虛擬性。虛擬電廠內(nèi)部的資產(chǎn)并不一定屬于虛擬電廠代理商所有,虛擬電廠代理商與資產(chǎn)的關(guān)系主要是能量流的調(diào)度、貨幣流的分配和信息流的共享,類似于傳統(tǒng)電網(wǎng)的調(diào)度、交易中心與各發(fā)電廠之間的關(guān)系。
三是虛擬電廠的運(yùn)行需要協(xié)同性。虛擬電廠聚合了多種具有不同輸出特性、不同發(fā)電成本、屬于不同供應(yīng)商的可再生能源,因此,為了實(shí)現(xiàn)虛擬電廠能有效產(chǎn)于電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng),需要多家虛擬電廠在不同的運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)內(nèi)互相配合、協(xié)同合作。
從技術(shù)趨勢(shì)層面來(lái)看,當(dāng)前虛擬電廠建設(shè)聚焦四大核心技術(shù):
1)智能計(jì)量:能夠精確地計(jì)量用戶側(cè)電、熱、氣、水等耗量,快速捕捉數(shù)據(jù)變化,更為主動(dòng)的向系統(tǒng)預(yù)警設(shè)備故障。
2)信息通信:雙向通信技術(shù),既能夠接收各個(gè)單元的當(dāng)前狀態(tài)信息,而且能夠向控制目標(biāo)發(fā)送控制信號(hào)。
3)協(xié)調(diào)控制:利用優(yōu)化算法、通信控制技術(shù),幫助虛擬電廠存儲(chǔ)和處理海量的電力數(shù)據(jù),分析、預(yù)測(cè)電力負(fù)荷和調(diào)節(jié)、調(diào)控的負(fù)荷,高效完成響應(yīng)分配。
4)信息安全防護(hù):虛擬電廠與各個(gè)分布式能源站的工業(yè)控制系統(tǒng)、面向用戶的用電信息系統(tǒng)、公開的市場(chǎng)營(yíng)銷信息系統(tǒng)、電網(wǎng)的調(diào)度信息系統(tǒng)都存在接口,做好系統(tǒng)安全防護(hù)。
虛擬電廠的應(yīng)用實(shí)例
目前,歐美已經(jīng)有一些虛擬電廠的應(yīng)用案例可供借鑒了。歐洲在2001年起就開始了以小型分布式發(fā)電單元為主要目標(biāo)的虛擬電廠研究項(xiàng)目,參與的國(guó)家包括德國(guó)、英國(guó)、西班牙、法國(guó)和丹麥等。2005年~2009年,來(lái)自歐盟8個(gè)國(guó)家的20個(gè)研究機(jī)構(gòu)和組織合作實(shí)施和開展了FENIX項(xiàng)目,希望通過(guò)將分布式能源資源聚合成大型虛擬電廠和分散管理,最大限度地提高分布式能源對(duì)電力系統(tǒng)的貢獻(xiàn),擺脫傳統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)小單元的管理。2012年,歐洲虛擬電廠正式落地,北歐能源公司Statkraft在德國(guó)建立了第一個(gè)虛擬發(fā)電廠,其發(fā)電量相當(dāng)于10個(gè)核反應(yīng)堆,也是歐洲于2010年起關(guān)閉核電廠后的一大重要突破。
如今,歐洲虛擬電廠已經(jīng)開始商業(yè)化,商業(yè)模式以電力資源聚合為主。比如2009年創(chuàng)立的Next Kraftwerke是德國(guó)乃至歐洲最大的虛擬電廠廠商,獲得了歐洲電力交易市場(chǎng)(EPEX)認(rèn)證,在EPEX SPOT和EEX等歐洲交易所可以參與能源的現(xiàn)貨市場(chǎng)交易,在七個(gè)歐洲輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(Transmission System Operator)TSO地區(qū)提供平衡服務(wù),其為電力市場(chǎng)提供的服務(wù)主要有:
1)系統(tǒng)建設(shè):通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供軟件服務(wù):除了運(yùn)行虛擬電廠,NEXT公司還提供可定制虛擬電廠(NEMOCS)服務(wù),為能源公司建立自己的虛擬電廠提供軟件解決方案。此外,NEXT 公司還提供電力系統(tǒng)平衡區(qū)管理軟件(NEXTRA)。
2)電力消納:根據(jù)日間市場(chǎng)信號(hào)調(diào)整電力資源,NEXT 公司根據(jù)電力市場(chǎng)波動(dòng)調(diào)整其資源池中的可調(diào)度能源發(fā)電機(jī)組(例如沼氣廠)和負(fù)荷的出力和需求,為這些客戶帶來(lái)收入,同時(shí)為系統(tǒng)平衡做出貢獻(xiàn)。
3)平衡服務(wù)(電力交易):利用聚合的能源資源提供平衡服務(wù):NEXT 公司活躍在所有三個(gè)平衡市場(chǎng)。截至 2021 年中,NEXT 公司已累計(jì)擁有 2780MW 的虛擬電廠資源來(lái)提供平衡服務(wù)(75MW 一級(jí)備用、983MW 二級(jí)備用、1762MW 三級(jí)備用)。其客戶通過(guò)參與平衡市場(chǎng)獲得收入。NEXT 公司從收入中獲得提成。
美國(guó)則比較少采用虛擬電廠的概念,而是主要推進(jìn)利用用戶側(cè)可控負(fù)荷的需求響應(yīng),并取得了不少的成效。美國(guó)的虛擬電廠項(xiàng)目主要針對(duì)需求側(cè)管理,結(jié)合需求響應(yīng)的相關(guān)機(jī)理,兼顧源側(cè)可再生能源的利用,因此,對(duì)負(fù)荷的控制和儲(chǔ)能設(shè)備的投入占其虛擬電廠的主要部分。從地域角度看,美國(guó)的虛擬電廠市場(chǎng)以加利福尼亞州、佛蒙特州和紐約州3 個(gè)地區(qū)為代表:加利福尼亞州是美國(guó)開展電力需求側(cè)管理最早的州,而佛蒙特州是最早提出虛擬電廠概念并付諸實(shí)施的州。具體落地應(yīng)用方面:2017年,美國(guó)德蒙特州Green Mountain Power公司搭建自己的虛擬電廠平臺(tái),接入2000余個(gè)家庭客戶。2022年,太平洋天然氣與電力公司(PG&E)和特斯拉推出一項(xiàng)新的試點(diǎn)計(jì)劃,通過(guò)創(chuàng)建虛擬電廠以保障電網(wǎng)的穩(wěn)定性。目前,特斯拉已經(jīng)邀請(qǐng)約25000名擁有Powerwalls的PG&E客戶加入虛擬電廠。
商業(yè)模式方面,美國(guó)的虛擬電廠通常由公共事業(yè)企業(yè)運(yùn)營(yíng),主要采用設(shè)備租用模式。以Con Edison項(xiàng)目為例:Sunverage提供鋰離子電池存儲(chǔ)系統(tǒng),SunPower租賃其太陽(yáng)能電池板,公用事業(yè)Con Edison管理存儲(chǔ)電力的電網(wǎng)供電,主要對(duì)象為自用單戶住宅。此外,佛蒙特州的虛擬電廠主要采用系統(tǒng)效益收費(fèi)模式。
我國(guó)在2000年左右也提出了虛擬電廠的概念,從東北現(xiàn)貨市場(chǎng)起步,后來(lái)為了平衡賬戶虧空,2007年提出了市場(chǎng)化改革,但國(guó)內(nèi)現(xiàn)貨達(dá)不到國(guó)外的規(guī)模,加上國(guó)內(nèi)保供電壓力比較大,不可能像國(guó)外市場(chǎng)那樣80%的電力放在現(xiàn)貨市場(chǎng)。我國(guó)不會(huì)單純學(xué)歐洲或美國(guó),更多的是采用混合型,既有電源也有負(fù)荷型,比如我國(guó)最先進(jìn)的虛擬電廠代表冀北電力虛擬電廠示范工程就是混合型的,在2019年12月正式投運(yùn)后,實(shí)時(shí)接入11類靈活性資源,容量約226兆瓦,涵蓋張家口、秦皇島和廊坊3個(gè)地市。ABB 集團(tuán)利用了在歐洲實(shí)施虛擬電廠的豐富經(jīng)驗(yàn)和在控制領(lǐng)域的領(lǐng)先技術(shù),給冀北電力虛擬電廠項(xiàng)目中來(lái)自不同行業(yè)的 9 類用戶,如分布式光伏、空氣源熱泵、民用及工業(yè)空調(diào)機(jī)組、電動(dòng)汽車充電站等用戶,定制了相應(yīng)的智能配電計(jì)量與協(xié)調(diào)控制解決方案。
“十四五”以來(lái),北京、上海、深圳、江蘇、河北等全國(guó)多省市已開始虛擬電廠的試點(diǎn)建設(shè)并正式投入運(yùn)行。2022年5月20日,部署于國(guó)電投深圳能源發(fā)展有限公司的虛擬電廠平臺(tái)發(fā)出指令,調(diào)度尚呈新能源蛤地智能充電站將50千瓦時(shí)電量從0時(shí)轉(zhuǎn)移至4時(shí)。根據(jù)5月26日廣東電力現(xiàn)貨市場(chǎng)數(shù)據(jù),深圳能源通過(guò)此次試驗(yàn)獲利,平均度電收益0.274元,成為我國(guó)首個(gè)虛擬電廠調(diào)度用戶負(fù)荷參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)盈利的案例。
結(jié)語(yǔ)
總體來(lái)說(shuō),目前我國(guó)在虛擬發(fā)電廠領(lǐng)域的研究尚處于起步階段。為適應(yīng)我國(guó)的地理、天氣、發(fā)電類型結(jié)構(gòu)等具體國(guó)情,我國(guó)構(gòu)建虛擬發(fā)電廠的結(jié)構(gòu)形式和功能配置必須進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)和調(diào)整。但從目前我國(guó)對(duì)電力能源經(jīng)濟(jì)環(huán)保性的迫切需求及新能源發(fā)電規(guī)模的快速發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,虛擬電廠在我國(guó)將有廣闊的發(fā)展空間。
當(dāng)然,國(guó)內(nèi)現(xiàn)在還屬于剛起步階段,裝機(jī)規(guī)模在百M(fèi)W規(guī)模,還沒有出現(xiàn)GW級(jí)別,在國(guó)內(nèi)政策的推動(dòng)下,接下來(lái)3、4年虛擬電廠行業(yè)應(yīng)該會(huì)迎來(lái)一個(gè)快速發(fā)展期,預(yù)計(jì)到2030年能達(dá)到1000億元的市場(chǎng)規(guī)模。
什么是虛擬電廠?它有哪些特性?
其實(shí),早在1997年,Shimon Awerbuch博士的《虛擬公共設(shè)施:新興產(chǎn)業(yè)的描述、技術(shù)及競(jìng)爭(zhēng)力》著作中就出現(xiàn)了虛擬電廠的概念。到2007年前后,國(guó)際上對(duì)于虛擬電廠開始有了系統(tǒng)性的論述,2012年后,相關(guān)的研究報(bào)道逐漸增多。
圖:虛擬電廠示意圖(來(lái)源:Next Kraftwerke官網(wǎng))
目前,虛擬電廠雖然還沒有統(tǒng)一的定義,但普遍認(rèn)為虛擬電廠是將分布式發(fā)電機(jī)組(Distributed Generation,DG)、可控負(fù)荷(Dispatchable Load,DL)和分布式儲(chǔ)能設(shè)施(Distributed Energy Storage,DES)有機(jī)結(jié)合,通過(guò)配套的調(diào)控技術(shù)、通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)各類分布式能源資源進(jìn)行整合調(diào)控的載體。其核心是用于調(diào)控DG、DL、和DES能量流的集控平臺(tái)。
也就是說(shuō),它是一種將分布式發(fā)電、需求側(cè)響應(yīng)和儲(chǔ)能資源統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制,響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度指令的智能電網(wǎng)技術(shù)。虛擬電廠有望通過(guò)集控平臺(tái)中的信息通信技術(shù)和軟件系統(tǒng)管理分布式能源,對(duì)內(nèi)將相對(duì)分散的電源、電網(wǎng)、荷載和儲(chǔ)能等進(jìn)行聚合協(xié)調(diào)和優(yōu)化控制。其中集控平臺(tái)具備量大核心能力:
“發(fā)電端-負(fù)荷端”:聚合協(xié)調(diào)、優(yōu)化控制。以各地電力公司為主搭建虛擬電廠集控平臺(tái),可以對(duì)收集的充電樁、居民用電等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,做到負(fù)荷端的精準(zhǔn)響應(yīng)及管理。當(dāng)負(fù)荷端供電量不足時(shí),可以作為“正電廠”向電力系統(tǒng)供電;當(dāng)發(fā)電端電量過(guò)大,負(fù)荷端難以承載時(shí),又可以作為“負(fù)電廠”加大負(fù)荷消納電力系統(tǒng)電力,幫助電力市場(chǎng)削峰填谷,可以平滑新能源并網(wǎng)給電網(wǎng)帶來(lái)的一系列影響。
電力市場(chǎng):多端主體實(shí)現(xiàn)互通,優(yōu)化電力調(diào)節(jié)能力。虛擬電廠可以將大電網(wǎng)和電力交易市場(chǎng)進(jìn)行互聯(lián)互通,不僅有助于優(yōu)化整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng),還能為內(nèi)部聚合的企業(yè)、用戶、充電樁、儲(chǔ)能、分布式能源等市場(chǎng)主體提供參與電力市場(chǎng)化交易的途徑,讓他們都可以成為微型發(fā)電機(jī),參與電力市場(chǎng)交易,從而獲取套利收益。同時(shí),在已知價(jià)格信號(hào)時(shí),虛擬電廠可先算出最大的調(diào)節(jié)能力,再算出單位調(diào)節(jié)量的價(jià)格上報(bào),充分發(fā)揮各類資源的調(diào)節(jié)能力。
虛擬電廠的特性及核心技術(shù)
與傳統(tǒng)電廠相比,虛擬電廠具有更多的優(yōu)勢(shì),它能夠在保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下,實(shí)現(xiàn)獲取可再生能源經(jīng)濟(jì)利益、降低發(fā)電成本、減少溫室氣體排放,優(yōu)化資源利用等目標(biāo)。具體來(lái)說(shuō),虛擬電廠具有以下幾個(gè)特性:
首先是虛擬電廠內(nèi)資源具有多樣性。它能聚合管理多種可再生能源發(fā)電機(jī)組,比如光伏發(fā)電機(jī)組、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、小型水電機(jī)組、微型熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組等,每一種資源都有自身的輸出特性,需要協(xié)調(diào)配合運(yùn)行。虛擬電廠還可以根據(jù)分時(shí)電價(jià)調(diào)整可控負(fù)荷,利用儲(chǔ)能裝置充放電,從而改變虛擬電廠的輸出,對(duì)電網(wǎng)呈現(xiàn)虛擬發(fā)電特性。
其次是虛擬電廠的資產(chǎn)具有虛擬性。虛擬電廠內(nèi)部的資產(chǎn)并不一定屬于虛擬電廠代理商所有,虛擬電廠代理商與資產(chǎn)的關(guān)系主要是能量流的調(diào)度、貨幣流的分配和信息流的共享,類似于傳統(tǒng)電網(wǎng)的調(diào)度、交易中心與各發(fā)電廠之間的關(guān)系。
三是虛擬電廠的運(yùn)行需要協(xié)同性。虛擬電廠聚合了多種具有不同輸出特性、不同發(fā)電成本、屬于不同供應(yīng)商的可再生能源,因此,為了實(shí)現(xiàn)虛擬電廠能有效產(chǎn)于電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng),需要多家虛擬電廠在不同的運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)內(nèi)互相配合、協(xié)同合作。
從技術(shù)趨勢(shì)層面來(lái)看,當(dāng)前虛擬電廠建設(shè)聚焦四大核心技術(shù):
1)智能計(jì)量:能夠精確地計(jì)量用戶側(cè)電、熱、氣、水等耗量,快速捕捉數(shù)據(jù)變化,更為主動(dòng)的向系統(tǒng)預(yù)警設(shè)備故障。
2)信息通信:雙向通信技術(shù),既能夠接收各個(gè)單元的當(dāng)前狀態(tài)信息,而且能夠向控制目標(biāo)發(fā)送控制信號(hào)。
3)協(xié)調(diào)控制:利用優(yōu)化算法、通信控制技術(shù),幫助虛擬電廠存儲(chǔ)和處理海量的電力數(shù)據(jù),分析、預(yù)測(cè)電力負(fù)荷和調(diào)節(jié)、調(diào)控的負(fù)荷,高效完成響應(yīng)分配。
4)信息安全防護(hù):虛擬電廠與各個(gè)分布式能源站的工業(yè)控制系統(tǒng)、面向用戶的用電信息系統(tǒng)、公開的市場(chǎng)營(yíng)銷信息系統(tǒng)、電網(wǎng)的調(diào)度信息系統(tǒng)都存在接口,做好系統(tǒng)安全防護(hù)。
虛擬電廠的應(yīng)用實(shí)例
目前,歐美已經(jīng)有一些虛擬電廠的應(yīng)用案例可供借鑒了。歐洲在2001年起就開始了以小型分布式發(fā)電單元為主要目標(biāo)的虛擬電廠研究項(xiàng)目,參與的國(guó)家包括德國(guó)、英國(guó)、西班牙、法國(guó)和丹麥等。2005年~2009年,來(lái)自歐盟8個(gè)國(guó)家的20個(gè)研究機(jī)構(gòu)和組織合作實(shí)施和開展了FENIX項(xiàng)目,希望通過(guò)將分布式能源資源聚合成大型虛擬電廠和分散管理,最大限度地提高分布式能源對(duì)電力系統(tǒng)的貢獻(xiàn),擺脫傳統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)小單元的管理。2012年,歐洲虛擬電廠正式落地,北歐能源公司Statkraft在德國(guó)建立了第一個(gè)虛擬發(fā)電廠,其發(fā)電量相當(dāng)于10個(gè)核反應(yīng)堆,也是歐洲于2010年起關(guān)閉核電廠后的一大重要突破。
如今,歐洲虛擬電廠已經(jīng)開始商業(yè)化,商業(yè)模式以電力資源聚合為主。比如2009年創(chuàng)立的Next Kraftwerke是德國(guó)乃至歐洲最大的虛擬電廠廠商,獲得了歐洲電力交易市場(chǎng)(EPEX)認(rèn)證,在EPEX SPOT和EEX等歐洲交易所可以參與能源的現(xiàn)貨市場(chǎng)交易,在七個(gè)歐洲輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(Transmission System Operator)TSO地區(qū)提供平衡服務(wù),其為電力市場(chǎng)提供的服務(wù)主要有:
1)系統(tǒng)建設(shè):通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供軟件服務(wù):除了運(yùn)行虛擬電廠,NEXT公司還提供可定制虛擬電廠(NEMOCS)服務(wù),為能源公司建立自己的虛擬電廠提供軟件解決方案。此外,NEXT 公司還提供電力系統(tǒng)平衡區(qū)管理軟件(NEXTRA)。
2)電力消納:根據(jù)日間市場(chǎng)信號(hào)調(diào)整電力資源,NEXT 公司根據(jù)電力市場(chǎng)波動(dòng)調(diào)整其資源池中的可調(diào)度能源發(fā)電機(jī)組(例如沼氣廠)和負(fù)荷的出力和需求,為這些客戶帶來(lái)收入,同時(shí)為系統(tǒng)平衡做出貢獻(xiàn)。
3)平衡服務(wù)(電力交易):利用聚合的能源資源提供平衡服務(wù):NEXT 公司活躍在所有三個(gè)平衡市場(chǎng)。截至 2021 年中,NEXT 公司已累計(jì)擁有 2780MW 的虛擬電廠資源來(lái)提供平衡服務(wù)(75MW 一級(jí)備用、983MW 二級(jí)備用、1762MW 三級(jí)備用)。其客戶通過(guò)參與平衡市場(chǎng)獲得收入。NEXT 公司從收入中獲得提成。
美國(guó)則比較少采用虛擬電廠的概念,而是主要推進(jìn)利用用戶側(cè)可控負(fù)荷的需求響應(yīng),并取得了不少的成效。美國(guó)的虛擬電廠項(xiàng)目主要針對(duì)需求側(cè)管理,結(jié)合需求響應(yīng)的相關(guān)機(jī)理,兼顧源側(cè)可再生能源的利用,因此,對(duì)負(fù)荷的控制和儲(chǔ)能設(shè)備的投入占其虛擬電廠的主要部分。從地域角度看,美國(guó)的虛擬電廠市場(chǎng)以加利福尼亞州、佛蒙特州和紐約州3 個(gè)地區(qū)為代表:加利福尼亞州是美國(guó)開展電力需求側(cè)管理最早的州,而佛蒙特州是最早提出虛擬電廠概念并付諸實(shí)施的州。具體落地應(yīng)用方面:2017年,美國(guó)德蒙特州Green Mountain Power公司搭建自己的虛擬電廠平臺(tái),接入2000余個(gè)家庭客戶。2022年,太平洋天然氣與電力公司(PG&E)和特斯拉推出一項(xiàng)新的試點(diǎn)計(jì)劃,通過(guò)創(chuàng)建虛擬電廠以保障電網(wǎng)的穩(wěn)定性。目前,特斯拉已經(jīng)邀請(qǐng)約25000名擁有Powerwalls的PG&E客戶加入虛擬電廠。
商業(yè)模式方面,美國(guó)的虛擬電廠通常由公共事業(yè)企業(yè)運(yùn)營(yíng),主要采用設(shè)備租用模式。以Con Edison項(xiàng)目為例:Sunverage提供鋰離子電池存儲(chǔ)系統(tǒng),SunPower租賃其太陽(yáng)能電池板,公用事業(yè)Con Edison管理存儲(chǔ)電力的電網(wǎng)供電,主要對(duì)象為自用單戶住宅。此外,佛蒙特州的虛擬電廠主要采用系統(tǒng)效益收費(fèi)模式。
我國(guó)在2000年左右也提出了虛擬電廠的概念,從東北現(xiàn)貨市場(chǎng)起步,后來(lái)為了平衡賬戶虧空,2007年提出了市場(chǎng)化改革,但國(guó)內(nèi)現(xiàn)貨達(dá)不到國(guó)外的規(guī)模,加上國(guó)內(nèi)保供電壓力比較大,不可能像國(guó)外市場(chǎng)那樣80%的電力放在現(xiàn)貨市場(chǎng)。我國(guó)不會(huì)單純學(xué)歐洲或美國(guó),更多的是采用混合型,既有電源也有負(fù)荷型,比如我國(guó)最先進(jìn)的虛擬電廠代表冀北電力虛擬電廠示范工程就是混合型的,在2019年12月正式投運(yùn)后,實(shí)時(shí)接入11類靈活性資源,容量約226兆瓦,涵蓋張家口、秦皇島和廊坊3個(gè)地市。ABB 集團(tuán)利用了在歐洲實(shí)施虛擬電廠的豐富經(jīng)驗(yàn)和在控制領(lǐng)域的領(lǐng)先技術(shù),給冀北電力虛擬電廠項(xiàng)目中來(lái)自不同行業(yè)的 9 類用戶,如分布式光伏、空氣源熱泵、民用及工業(yè)空調(diào)機(jī)組、電動(dòng)汽車充電站等用戶,定制了相應(yīng)的智能配電計(jì)量與協(xié)調(diào)控制解決方案。
“十四五”以來(lái),北京、上海、深圳、江蘇、河北等全國(guó)多省市已開始虛擬電廠的試點(diǎn)建設(shè)并正式投入運(yùn)行。2022年5月20日,部署于國(guó)電投深圳能源發(fā)展有限公司的虛擬電廠平臺(tái)發(fā)出指令,調(diào)度尚呈新能源蛤地智能充電站將50千瓦時(shí)電量從0時(shí)轉(zhuǎn)移至4時(shí)。根據(jù)5月26日廣東電力現(xiàn)貨市場(chǎng)數(shù)據(jù),深圳能源通過(guò)此次試驗(yàn)獲利,平均度電收益0.274元,成為我國(guó)首個(gè)虛擬電廠調(diào)度用戶負(fù)荷參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)盈利的案例。
結(jié)語(yǔ)
總體來(lái)說(shuō),目前我國(guó)在虛擬發(fā)電廠領(lǐng)域的研究尚處于起步階段。為適應(yīng)我國(guó)的地理、天氣、發(fā)電類型結(jié)構(gòu)等具體國(guó)情,我國(guó)構(gòu)建虛擬發(fā)電廠的結(jié)構(gòu)形式和功能配置必須進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)和調(diào)整。但從目前我國(guó)對(duì)電力能源經(jīng)濟(jì)環(huán)保性的迫切需求及新能源發(fā)電規(guī)模的快速發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,虛擬電廠在我國(guó)將有廣闊的發(fā)展空間。
當(dāng)然,國(guó)內(nèi)現(xiàn)在還屬于剛起步階段,裝機(jī)規(guī)模在百M(fèi)W規(guī)模,還沒有出現(xiàn)GW級(jí)別,在國(guó)內(nèi)政策的推動(dòng)下,接下來(lái)3、4年虛擬電廠行業(yè)應(yīng)該會(huì)迎來(lái)一個(gè)快速發(fā)展期,預(yù)計(jì)到2030年能達(dá)到1000億元的市場(chǎng)規(guī)模。
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