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虛擬電廠:解決能源轉(zhuǎn)型的實(shí)際難題

時(shí)間:2018-10-10 09:58來源:科技日報(bào) 作者:瞿劍
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        近日,國際電工委員會(IEC)在北京召開“虛擬電廠”工作組會議,對中國國家電網(wǎng)有限公司發(fā)起的《虛擬電廠用例》和《虛擬電廠架構(gòu)與功能要求》兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)編制進(jìn)行研討。什么是虛擬電廠?與此相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)又意味著什么?參與在京舉行的“能源轉(zhuǎn)型”高端論壇的專家,對此進(jìn)行了一一作答。
 
        可再生能源有“致命傷”
 
        IEC副主席、國網(wǎng)公司董事長舒印彪表示,能源轉(zhuǎn)型對電網(wǎng)的功能作用、運(yùn)行方式提出了“前所未有的挑戰(zhàn)”——風(fēng)能、太陽能等可再生能源,都具有隨機(jī)性、間歇性、波動性特征,大規(guī)模、高比例接入電網(wǎng),帶來巨大調(diào)峰調(diào)頻壓力,導(dǎo)致系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量弱化,給電力系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來一系列新的挑戰(zhàn)。而且,過去一個(gè)大中型電網(wǎng),只需要接入幾十個(gè)、幾百個(gè)電廠,從生產(chǎn)側(cè)到消費(fèi)側(cè)單向送電;現(xiàn)在隨著新型能源技術(shù)發(fā)展和與數(shù)字技術(shù)的融合,電網(wǎng)將接入數(shù)以千計(jì)、甚至萬計(jì)的各類電源和大量的新型交互式用能設(shè)備,許多并網(wǎng)主體兼具生產(chǎn)者與消費(fèi)者雙重身份,電網(wǎng)運(yùn)行的復(fù)雜性、不確定性顯著增加。
 
        如何應(yīng)對此種挑戰(zhàn)?舒印彪給出的解決之道是,適應(yīng)能源轉(zhuǎn)型需要,推動傳統(tǒng)電網(wǎng)從功能上向能源互聯(lián)網(wǎng)演進(jìn),從技術(shù)上向新一代電力系統(tǒng)升級。而所謂“新一代電力系統(tǒng)”,他解釋,將是具有廣泛互聯(lián)、智能互動、靈活柔性、安全可控、開放共享特征的新型電力系統(tǒng),其物理特性、結(jié)構(gòu)形態(tài)、運(yùn)行機(jī)理、控制方式與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)存在明顯不同,“是影響能源轉(zhuǎn)型持續(xù)縱深推進(jìn)的關(guān)鍵”。
 
       “一切問題的根源,來自電力系統(tǒng)的發(fā)、供、用瞬時(shí)平衡特性。”國網(wǎng)冀北電力外聯(lián)部副主任高會杰表示。由于電力大規(guī)模存儲問題仍未解決,從電氣發(fā)明至今,電力系統(tǒng)一直呈現(xiàn)“即發(fā)即用”的基本特征。也就是說,因?yàn)榇娌涣�,就必須發(fā)多少,用多少,發(fā)、供、用三個(gè)環(huán)節(jié)保持“瞬時(shí)平衡”。
 
         對火電等傳統(tǒng)發(fā)電方式來說,這不是問題,因?yàn)榛痣姵隽Χ嗌佟⒑螘r(shí)出力,可以人為調(diào)節(jié)自如。從電網(wǎng)角度,這叫電網(wǎng)友好型發(fā)電,“平滑出力”。
 
        而以風(fēng)電、光伏發(fā)電為代表的可再生能源就完全不一樣了——何時(shí)有風(fēng)、何時(shí)有陽光,不以人的意志為轉(zhuǎn)移,具有明顯的隨機(jī)性、間歇性特點(diǎn);而且,可再生能源發(fā)電出力,往往跟用電負(fù)荷峰谷呈逆向分布,也就是說,“你不需要用電的時(shí)候(負(fù)荷谷底),它正好來勁;你最需要用電的時(shí)候(負(fù)荷高峰),它卻沒有了。”高會杰說,在儲能技術(shù)完全突破之前,這是可再生能源的“致命傷”。
 
        看不見的電廠可能是更好的電廠
 
        迄今為止,所有針對可再生能源的技術(shù)努力,核心就是試圖治愈這一“致命傷”;而“虛擬電廠”概念的提出及其實(shí)驗(yàn),是這些努力中較新的一個(gè),也是較有可能獲終極突破的一個(gè),所以被視為能源轉(zhuǎn)型的“詩和遠(yuǎn)方”。
 
         虛擬電廠是什么?
 
        多年致力于能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略研究的中國工程院原副院長杜祥琬院士指出,虛擬電廠不是傳統(tǒng)意義上的電廠,它相當(dāng)于一個(gè)電力“智能管家”,站在電網(wǎng)角度,把風(fēng)電、光伏發(fā)電等分布式能源通過儲能裝置組織起來,形成穩(wěn)定、可控的“大電廠”,便于處理與大電網(wǎng)之間的各種關(guān)系。
 
        國網(wǎng)冀北電力交易中心副總經(jīng)理王宣元解釋,所謂虛擬,體現(xiàn)在它并不具有實(shí)體存在的電廠形式,卻真有一個(gè)電廠的功能,而且是遠(yuǎn)超傳統(tǒng)實(shí)體電廠的功能,因?yàn)樗蚱屏藗鹘y(tǒng)電力系統(tǒng)中發(fā)電廠之間、發(fā)電側(cè)和用電側(cè)之間的物理界限。王宣元如此定義虛擬電廠:它是互聯(lián)網(wǎng)+源網(wǎng)荷儲售服一體化(即電源、電網(wǎng)、負(fù)荷、儲能、銷售、服務(wù)的聚合體)的清潔智慧能源管理系統(tǒng),是對多種分布式能源進(jìn)行聚合、優(yōu)化控制和管理,為電網(wǎng)提供調(diào)頻、調(diào)峰等輔助服務(wù),并能夠參與電力市場交易的技術(shù)和商業(yè)模式。
 
        說白了,在這樣一個(gè)“看不見的電廠”里,電力用戶是消費(fèi)者,也可能是生產(chǎn)者,也就是之前舒印彪所說“兼具生產(chǎn)者與消費(fèi)者雙重身份的”并網(wǎng)主體。比如一個(gè)擁有電動汽車的用戶,晚上電力相對富余、電價(jià)也較低時(shí)給汽車充電;白天電力相對緊張、電價(jià)也較高時(shí)可以余電上網(wǎng),再賣給公共電網(wǎng),其實(shí)質(zhì)是“激勵(lì)混合型產(chǎn)消者與電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)友好互動”。這就像電子商務(wù)平臺,由于是在“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下,你看不見商場,卻可以在上面從事各種交易。
 
        當(dāng)然,“電力交易只是虛擬電廠諸多功能中的一個(gè)。”王宣元強(qiáng)調(diào),核心是源網(wǎng)荷儲售服一體化,其中的電源,既可以是傳統(tǒng)的火電,也可以是新興的風(fēng)電、光伏、生物質(zhì)發(fā)電;既可以是大規(guī)模集中式發(fā)電,也可以是分布式零散發(fā)電,還可以是冷、熱、儲能等其他能源形式。虛擬電廠把它們“串聯(lián)”起來,基于互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù),實(shí)現(xiàn)發(fā)電和用電自我調(diào)節(jié),保持瞬時(shí)平衡。比如,在繁華的城市樓宇群,虛擬電廠可以實(shí)時(shí)監(jiān)測中央空調(diào)、電動汽車等柔性可控負(fù)荷,環(huán)境參數(shù)以及分布式能源出力,圍繞用戶和系統(tǒng)需求,自動調(diào)節(jié)并優(yōu)化響應(yīng)質(zhì)量,減少電源和電網(wǎng)建設(shè)投資,在創(chuàng)造良好舒適生活環(huán)境的同時(shí),實(shí)現(xiàn)用戶和系統(tǒng)、技術(shù)和商業(yè)模式的雙贏。
 
        首批國際標(biāo)準(zhǔn)將花落中國
 
        虛擬電廠概念自1997年提出以來,受到了歐洲、北美和澳洲等廣泛關(guān)注;隨著近年來信息通訊技術(shù)(ICT)、分布式協(xié)調(diào)控制技術(shù)和智能計(jì)量技術(shù)的提高,分布式電源、儲能、電動汽車的快速發(fā)展,工業(yè)領(lǐng)域逐漸表現(xiàn)出對虛擬電廠的極大需求并付諸工程實(shí)踐。
 
        由于虛擬電廠應(yīng)用前景廣泛,全球主要國家都在搶占先機(jī),爭取戰(zhàn)略主動。其中,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制訂成為主導(dǎo)國際話語權(quán)的必爭之地,正如舒印彪所言:“沒有標(biāo)準(zhǔn)化,能源轉(zhuǎn)型不可能成功。”
 
        此前的2017年10月,國網(wǎng)旗下冀北電力公司和中國電科院組成的專家團(tuán)隊(duì),代表中國向IEC提交了《虛擬電廠用例》和《虛擬電廠架構(gòu)與功能要求》兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)提案;經(jīng)過激烈競爭,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(xiàng),成為IEC首批立項(xiàng)的虛擬電廠國際標(biāo)準(zhǔn),意味著虛擬電廠首批標(biāo)準(zhǔn)將花落中國。
 
        IEC 1906年在倫敦成立,是最具權(quán)威性的國際電工標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)。一個(gè)多世紀(jì)以來,IEC累計(jì)發(fā)布電工領(lǐng)域國際標(biāo)準(zhǔn)7713項(xiàng),為促進(jìn)電力及能源可持續(xù)發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。近年來,IEC專門成立了一系列與能源轉(zhuǎn)型相關(guān)的技術(shù)委員會,圍繞特高壓、新能源、高壓直流輸電、智能電網(wǎng)、電動汽車等,制定了一批重要標(biāo)準(zhǔn),為全球能源轉(zhuǎn)型提供有力支撐。
 
        國家市場監(jiān)管總局標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新管理司司長崔鋼認(rèn)為,國際標(biāo)準(zhǔn)作為世界的“通用語言”,是各國間互聯(lián)互通的基本規(guī)范、是技術(shù)合作的基礎(chǔ)條件,在推動能源轉(zhuǎn)型方面的作用越來越重要。“世界需要標(biāo)準(zhǔn)協(xié)同發(fā)展,標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)世界互聯(lián)互通。”崔鋼表示,虛擬電廠國際標(biāo)準(zhǔn)提案獲批立項(xiàng),標(biāo)志著國家電網(wǎng)在新一代電力系統(tǒng)的虛擬電廠領(lǐng)域處于國際領(lǐng)跑地位,提升了我國制定能源轉(zhuǎn)型國際標(biāo)準(zhǔn)的話語權(quán),具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略價(jià)值。
 
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        各顯神通搶灘虛擬電廠
 
        從世界范圍看,王宣元介紹,歐洲虛擬電廠聚焦于“源”,主要目標(biāo)是提高分布式電源并網(wǎng)友好智能互動性,打造持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的商業(yè)模式。先后在歐盟第六、第七框架計(jì)劃下開展了FENIX項(xiàng)目和TWENTIES項(xiàng)目,前者將大量的分布式電源聚合成虛擬電廠,提高歐盟電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、可控性和安全性;后者的示范重點(diǎn)在于如何利用虛擬電廠實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)、分布式電源和負(fù)荷的智能管理。
 
       北美虛擬電廠則起源于“荷”,通過自動需求響應(yīng)和能效管理,提高綜合能源的利用效率。比如,美國紐約州在能源改革愿景(REV)戰(zhàn)略指導(dǎo)下開展了ConEd VPP項(xiàng)目,旨在將用戶側(cè)“太陽能+儲能”系統(tǒng)集群友好并網(wǎng),降低居民用電成本,提高電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻和應(yīng)急響應(yīng)能力;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(yīng)商(DERP)如何參與電網(wǎng)運(yùn)營和電力市場。
 
       澳洲近年投運(yùn)了多項(xiàng)虛擬電廠示范工程,主要目標(biāo)是降低用電成本,促進(jìn)清潔能源消納,提高澳洲電網(wǎng)穩(wěn)定性,并與特斯拉公司聯(lián)合打造AGL VPP示范工程,意在聚合大量光伏電源和儲能設(shè)備,應(yīng)對分布式電源高滲透率帶來的挑戰(zhàn),降低基礎(chǔ)設(shè)施投資成本。
 
(責(zé)任編輯:子蕊)
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