提起電廠,很多人會想到這樣的場景——火電廠里冒著水蒸氣的冷卻塔、風(fēng)電廠中高聳的風(fēng)機(jī)、光伏電站一排排光伏板……但您聽說過“虛擬電廠”嗎?
今年夏季,國內(nèi)多地出現(xiàn)極端高溫天氣,疊加經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇等因素,全國用電負(fù)荷快速增長。再看供電端,可再生能源發(fā)電在全國電力供應(yīng)中的比重不斷上升,但風(fēng)、光等可再生能源發(fā)電波動性、間歇性較強(qiáng)的問題仍待突破。如何保障穩(wěn)定的電力供應(yīng)?虛擬電廠進(jìn)入人們的視野。
啥是“虛擬電廠”?
——看不見也摸不著,是一套依托于數(shù)字信息技術(shù)的能源管理系統(tǒng)
談及虛擬電廠,可追溯至中國的電力體制改革。
據(jù)了解,上世紀(jì)90年代,國內(nèi)電力供應(yīng)實(shí)行電力需求側(cè)管理,主要通過行政手段實(shí)行計(jì)劃用電。進(jìn)入本世紀(jì)以來,電力需求側(cè)管理逐步演變?yōu)殡娏π枨髠?cè)響應(yīng),即根據(jù)電力市場供需情況調(diào)節(jié)電力。而電廠的主要功能之一,就是通過調(diào)節(jié)電力負(fù)荷來確保電力穩(wěn)定。
華北電力大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)研究中心主任曾鳴告訴記者,過去,用戶用電需求波動時(shí)主要靠供應(yīng)側(cè)調(diào)節(jié)來平息,而能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型對電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力提出了新要求。“當(dāng)前,中國正加快建設(shè)新型電力系統(tǒng),其核心就在于推進(jìn)可再生能源大規(guī)模、高比例發(fā)電。但可再生能源發(fā)電大規(guī)模并網(wǎng)帶來的不穩(wěn)定性等問題也較為突出,傳統(tǒng)供應(yīng)側(cè)的調(diào)節(jié)能力較難平滑風(fēng)、光發(fā)電的波動性。這時(shí)候,依托數(shù)字化技術(shù)平臺、不受物理空間限制的虛擬電廠就展現(xiàn)出穩(wěn)定電力供應(yīng)的潛力。”曾鳴說。
顧名思義,虛擬電廠看不見也摸不著。與傳統(tǒng)電廠不同,它不燒煤,也沒有廠房,是一套依托于數(shù)字信息技術(shù)的能源管理系統(tǒng)。
曾鳴告訴記者,虛擬電廠不用實(shí)體設(shè)備發(fā)電,而是聚合各類用電負(fù)荷,實(shí)現(xiàn)電力負(fù)荷的組合、分析、優(yōu)化和調(diào)度。一方面,虛擬電廠所聚合的各類用電負(fù)荷要“可調(diào)節(jié)”,比如辦公樓里的空調(diào)、公共交通用電等;另一方面,它以數(shù)字化技術(shù)為支撐,將不同空間的用電負(fù)荷整合起來,實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度,從而起到穩(wěn)定電力供應(yīng)的作用。
“除了可調(diào)節(jié)負(fù)荷,虛擬電廠還能對分布式電源、儲能、電動汽車等各類分布式資源進(jìn)行聚合管理和優(yōu)化控制。簡單來說,就是將不同類型的分布式資源‘聚沙成塔’,相當(dāng)于建了一個(gè)云端電廠。”國網(wǎng)能源研究院企業(yè)戰(zhàn)略研究所副所長張曉萱說。
虛擬電廠咋運(yùn)作?
——根據(jù)市場電力供需情況,上游電力經(jīng)由中游的數(shù)字化平臺統(tǒng)一調(diào)配,再分配給下游需求方
如果將整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈展開,虛擬電廠可分為上游的電力供應(yīng)、中游的電力管理和下游的電力應(yīng)用三大板塊。據(jù)介紹,虛擬電廠的運(yùn)作,就是根據(jù)市場的電力供需情況,將上游的電力經(jīng)由中游的數(shù)字化平臺統(tǒng)一調(diào)配,再分配給下游的需求方。
從上游供電看,虛擬電廠不具有實(shí)際存在的電廠形式,但具有電廠的功能。那么,建立在“云上”的虛擬電廠,電從哪兒來?
“虛擬電廠的電力來源可以分為兩大類。”張曉萱介紹,一類是其聚合的分布式電源、儲能、電動車等向電網(wǎng)提供的富余電力;另一類是虛擬電廠通過控制其聚合的可調(diào)節(jié)負(fù)荷,削減用電高峰時(shí)的電力需求,所節(jié)省的部分等效于向電網(wǎng)提供了電力。
以國家電網(wǎng)冀北電力公司2019年投運(yùn)的虛擬電廠示范工程為例,該電廠聚合了張家口、秦皇島、承德、廊坊地區(qū)的可調(diào)節(jié)工商業(yè)、蓄熱式電鍋爐、智慧樓宇、儲能等資源,主要參與華北調(diào)峰輔助服務(wù)市場的運(yùn)營。在凌晨4時(shí)至6時(shí)風(fēng)力大發(fā)期間,虛擬電廠控制蓄熱式電鍋爐、儲能、電動汽車等分布式資源儲存電力,到了晚上7時(shí)至8時(shí)用電高峰期,再將儲存起來的這部分電力提供給電網(wǎng),屬于上述第一類電力來源。在此階段,虛擬電廠還可將商業(yè)樓宇空調(diào)等柔性負(fù)荷降下來,節(jié)省大量電力以保障用電穩(wěn)定,屬于上述第二類電力來源。
同樣具備調(diào)峰、調(diào)頻功能,虛擬電廠的調(diào)節(jié)效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的供應(yīng)側(cè)調(diào)節(jié)。張曉萱告訴記者,傳統(tǒng)煤電機(jī)組增減出力的響應(yīng)時(shí)間較長,參與調(diào)峰受爬坡速率的限制。一般來說,一臺煤電機(jī)組從最小出力到額定出力需要1到2個(gè)小時(shí)。而虛擬電廠聚合的儲能、可調(diào)節(jié)負(fù)荷等資源響應(yīng)速度可達(dá)到分鐘級甚至秒級,顯然快于前者。
不僅如此,虛擬電廠在穩(wěn)定電力供應(yīng)方面還呈現(xiàn)出更高的經(jīng)濟(jì)性。以往在出現(xiàn)較大用電負(fù)荷時(shí),供應(yīng)側(cè)的調(diào)節(jié)方式往往是擴(kuò)建電廠、調(diào)動備用電源、加強(qiáng)有序用電管理等。而虛擬電廠通過降低用電側(cè)負(fù)荷來保障用電穩(wěn)定,不會對居民、工商業(yè)用電產(chǎn)生過大影響,成本更低,對環(huán)境也更友好。
國家電網(wǎng)的一項(xiàng)測算顯示,同樣為了維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定,傳統(tǒng)火電廠如果要建設(shè)煤電機(jī)組來實(shí)現(xiàn)經(jīng)營區(qū)域內(nèi)電力削峰填谷,以滿足5%的峰值負(fù)荷需求即最大用電需求計(jì)算,需投入電廠及配套電網(wǎng)建設(shè)成本約4000億元;如果借助虛擬電廠來實(shí)現(xiàn)同樣的功能,其建設(shè)、運(yùn)營、激勵(lì)等環(huán)節(jié)僅需投資500億元至600億元,成本遠(yuǎn)低于前者。
發(fā)展機(jī)制仍待完善
——推動虛擬電廠大規(guī)模發(fā)展還需進(jìn)一步明確其盈利機(jī)制,并協(xié)調(diào)好供電側(cè)等多方關(guān)系
業(yè)內(nèi)人士分析,虛擬電廠近來關(guān)注度高漲,一方面源于極端天氣等因素催生的用電需求,另一方面,儲能、新能源汽車等相關(guān)技術(shù)的成熟讓虛擬電廠得以獲取更多電力資源。此外,依托物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等手段,虛擬電廠能較為精準(zhǔn)地預(yù)測可再生能源的發(fā)電情況,避免“棄風(fēng)棄光”現(xiàn)象,節(jié)省電力資源的同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)其在更大范圍內(nèi)的優(yōu)化配置。
不過,和傳統(tǒng)電廠一樣,虛擬電廠的運(yùn)作還要考慮一個(gè)關(guān)鍵問題——如何盈利?
張曉萱告訴記者,國內(nèi)的虛擬電廠主要通過參與輔助服務(wù)市場和需求側(cè)響應(yīng)來賺取一定費(fèi)用。前者指為電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)等提供服務(wù),后者則是根據(jù)電網(wǎng)需求,調(diào)整用電側(cè)的使用情況??傮w看,目前國內(nèi)的虛擬電廠盈利模式較為單一,激勵(lì)機(jī)制還不夠。
記者了解到,在虛擬電廠布局較早的部分歐洲國家,當(dāng)?shù)靥摂M電廠可通過向發(fā)電企業(yè)提供電力規(guī)劃和技術(shù)支持等獲取服務(wù)費(fèi),或幫助發(fā)電企業(yè)接入電網(wǎng)完成電力交易后收取部分費(fèi)用。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,參照部分歐洲國家的經(jīng)驗(yàn),中國的虛擬電廠在盈利模式等方面可實(shí)現(xiàn)一定創(chuàng)新。比如進(jìn)一步豐富輔助服務(wù)市場交易品種,加快電力現(xiàn)貨市場、容量市場建設(shè),拓寬虛擬電廠參與市場的渠道。此外,可探索能源托管、節(jié)能服務(wù)等其他增值服務(wù),如提供節(jié)約電費(fèi)、降碳分析方案等。
中國正加緊布局虛擬電廠。2021年10月,國務(wù)院印發(fā)《2030年前碳達(dá)峰行動方案》,提出要大力提升電力系統(tǒng)綜合調(diào)節(jié)能力,加快靈活調(diào)節(jié)電源建設(shè),引導(dǎo)自備電廠、傳統(tǒng)高載能工業(yè)負(fù)荷、工商業(yè)可中斷負(fù)荷、電動汽車充電網(wǎng)絡(luò)、虛擬電廠等參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)。今年3月發(fā)布的《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》明確,開展工業(yè)可調(diào)節(jié)負(fù)荷、樓宇空調(diào)負(fù)荷、大數(shù)據(jù)中心負(fù)荷、用戶側(cè)儲能、新能源汽車與電網(wǎng)(V2G)能量互動等各類資源聚合的虛擬電廠示范。力爭到2025年,電力需求側(cè)響應(yīng)能力達(dá)到最大負(fù)荷的3%-5%。
專家認(rèn)為,要進(jìn)一步推動虛擬電廠大規(guī)模發(fā)展,還需處理好多方關(guān)系。“要使虛擬電廠的價(jià)值在市場中充分體現(xiàn),讓它和供應(yīng)側(cè)的資源實(shí)現(xiàn)公平競爭,按照誰更劃算、更具清潔性等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。”曾鳴說,另一方面,仍需進(jìn)一步完善相關(guān)政策支持,繼續(xù)創(chuàng)新數(shù)字信息技術(shù),讓虛擬電廠更“聰明”,進(jìn)而在更大范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。
原標(biāo)題:“虛擬”電廠帶來“真實(shí)”保障