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虛擬電廠:打開數字化能源世界的關鍵鑰匙

       當前,“雙碳”目標下,低碳經濟與數字經濟已成為全球未來發展的大趨勢和大潮流。虛擬電廠運用先進的信息通信技術、大數據與軟件系統,將分散且規模小、種類繁多的分布式能源聚合起來提高綜合能效水平并參與市場交易,幫助轉變用戶單一角色、減少能源浪費,同時引導市場機制進一步創新,促進新能源消納、實現平價上網和提高全社會能效,從而支撐能源系統向低碳高效轉型,促進新能源產業結構重塑,助力全社會向“碳中和”目標良性發展。


聯通“源網荷儲”

虛擬電廠是電力市場的智能管家

       虛擬電廠,是指利用先進的計量、通信、協調控制等技術,聚合分布式電源、儲能系統柜、可控負荷、電動汽車等各類分布式資源形成有機整體,實現大量分布式能源的協同優化運行。從某種意義上講,虛擬發電廠可以看作是一種先進的區域性電能集中管理模式,為配電網和輸電網提供管理和輔助服務。



資料來源:根據公開資料梳理繪制


       虛擬電廠沒有實體存在的電廠形式,而是相當于一個電力“智能管家”;從需求側,可將虛擬電廠看做一個“拼多多”平臺,這個平臺上“拼”的“商品”是電力。虛擬電廠能在光伏、風電等新能源有間歇性時,通過儲能裝置把它們組織起來,進行集成調控,它是“互聯網+源網荷儲”一體化的數字化能源管理系統。虛擬電廠最大程度地平抑新能源電力的強隨機波動性,提高新能源的利用率,是對多種分布式能源進行聚合、優化控制和管理,為電網提供調頻、調峰等輔助服務,并能夠參與電力市場交易的技術和商業模式。虛擬電廠打破了傳統電力系統中發電廠之間、發電側和用電側之間的物理界限。



聚合多種能源

虛擬電廠推動能源行業數字化轉型

虛擬電廠將原本海量的無序資源變得高效有序可調節,提升了能源利用效率,主要體現在以下三個方面:


01  去中心化,虛擬電廠降低用戶用能成本

       虛擬電廠集控平臺采用區塊鏈技術,區塊鏈能夠為多能源系統提供一個去中心化的系統平臺,可以實現自適應、去中心化的能源調度,大幅提升用電效率。通過在用電需求側安裝一些高用電能效的裝置、減少終端用電需求以達到與建設實際發電廠相同的效果,或利用用戶用電彈性緩解高峰時段電力供應緊張狀況。企業接入虛擬電廠并參與調峰輔助服務市場后,調整了部分車間生產工序,不僅享受到低谷電價,還可以得到一筆調峰費用(政府給的需求響應補貼)。


02  削峰填谷,虛擬電廠提升新能源消納能力

       近幾年逐漸增多的風能、光伏等新能源,由于其不穩定性給整個電網的安全性和可靠性也帶來了巨大的挑戰。虛擬電廠因為聚合了多種能源資源(包括可調負荷、儲能、微電網、電動汽車、分布式能源等等),構造了一個大型“充電寶”,可以在電網中扮演“正電廠”或“負電廠”的角色:既可以作為“正電廠”向系統供電調峰,又可以作為“負電廠”加大負荷消納,配合系統填谷。在電源側,通過蓄積傳統發電機組和各類分布式發電系統,響應調峰指令,讓出新能源消納空間;在負荷側,通過聚合工業用電、電動車充電樁,減小負荷峰谷差,提升電能利用效率。


03  數據賦能,虛擬電廠優化電網運行效率

       虛擬電廠并未改變每個分布式電源并網的方式,而是通過先進的控制、計量、通信等技術聚合分布式電源、儲能系統、可控負荷、電動汽車等不同類型的分布式能源并通過更高層面的軟件構架實現多個分布式能源的協調優化運行。虛擬電廠一旦運行,將不斷產生能源和交易數據。運行初期,主要是算法指導運行,后期隨著虛擬電廠的數據不斷增加,將演變成一個較大的數據流,進而達到大數據體量。獲得海量數據后,可以利用大數據的算法,結合電網自身的約束,進一步優化協調控制。大數據技術可進行負荷預測、新能源出力預測,包括風電、太陽能;同時,利用大數據技術,可以尋找虛擬電廠內部能源向電網輸出數據,與電網安全運行的最優配置信息。



虛擬電廠探索加快

能源數字化助力“碳中和”

      虛擬電廠在21世紀初期,于德國、英國、西班牙、法國、丹麥等歐洲國家興起,同期美國也推行與虛擬電廠意義類似的“電力需求響應”。目前,虛擬電廠在歐美發達國家有著較為成熟的發展。在歐美各國已有一些可供借鑒的小規模示范項目。與國外相比,國內虛擬電廠的概念出現得較晚,自 2005 年之后,江蘇和廣東已率先開始虛擬電廠的研究。2016年,江蘇開始試點大規模源網荷友好互動系統;2018年,上海市黃浦區九開始虛擬電廠試運行。到目前為止,河北、浙江、廣東等地已經建立了一批試點項目,比較典型的項目和做法如下:


01  河北省 “虛擬電廠”:水電熱氣多種能源互聯互通

      2019年12月11日,國內首個虛擬電廠國網冀北泛在電力物聯網虛擬電廠示范工程投入運行。該示范工程一期實時接入與控制蓄熱式電采暖、可調節工商業、智能樓宇、智能家居、儲能、電動汽車充電站、分布式光伏等11類19家泛在可調資源,容量約16萬千瓦,涵蓋張家口、秦皇島、廊坊三個地市,秦皇島作為虛擬電廠綜合試點,張家口、廊坊分別作為蓄熱式電鍋爐、大工業負荷專項試點。把能源互聯網從“概念”推向“落地”,實現了以電為中心,熱、氣、水等能源互聯互通,打造了能源互聯網技術樣板間。


02  浙江麗水綠色能源“虛擬電廠”:“零成本”調峰

      2020年,麗水建成浙江省首個綠色能源虛擬電廠。麗水綠色能源虛擬電廠由全市境內800多座水電站組成,利用光纖、北斗通信等新技術,將全域水電發電信息聚合,進行智慧調度。2021年3月,浙江電網首次遠程控制麗水綠色能源“虛擬電廠”輔助電網調峰43萬千瓦。經測算,此次“零成本”調峰,增加新能源消納108萬千瓦時,節約需求側響應資金130萬元,同時減少發電耗煤94噸,相當于實際減排二氧化碳253噸。


03  浙江平湖:全國首個縣域虛擬電廠

      2021年6月21日,浙江平湖縣域“虛擬電廠”首次投入實戰應用。該項目由國網平湖市供電公司搭建,利用源網荷儲一體化虛擬電廠聚合了園區、光伏、熱電聯產自備電廠、儲能電站、5G基站等6大類18小類源儲荷資源,實現可調資源街道全覆蓋、類型全覆蓋。目前形成可提供日前、日內、實時合計可調負荷200兆瓦以上的資源池。該項目預計每年可節約3億元電網新建投資成本,提高清潔能源消納空間9600萬度電量,可減少碳排放約7.6萬噸。


04  廣州市:出臺虛擬電廠實施細則

      2021年7月,廣州市發布《虛擬電廠實施細則》,安排補貼資金3000萬元,為激勵用戶參與并培育虛擬電廠需求響應市場。


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