什么是虚拟电厂,他能给我们带来什么?


发布时间:

2023-10-31

什么是虚拟电厂,他能给我们带来什么?

一、什么是虚拟电厂

虚拟电厂是一种通过先进信息通信技术和软件系统,实现分布式电源DG(distributed generator)、储能系统、可控负荷、电动汽车等分布式能源资源DER(Distributed Energy Resource)的聚合和协调优化,以作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统。虚拟电厂概念的核心可以总结为“通信”和“聚合”。虚拟电厂的关键技术主要包括协调控制技术、智能计量技术以及信息通信技术。虚拟电厂最具吸引力的功能在于能够聚合DER参与电力市场和辅助服务市场运行,为配电网和输电网提供管理和辅助服务。

“虚拟电厂”这一术语最早出现于1997年。“虚拟”即意味着并非实体,因此虚拟电厂本身并不发电,而是将电网中大量散落的、可调节的电力负荷整合起来,加入电网调度,实现有效削峰填谷。与此同时,还可以提供调频、调压、备用等电力辅助服务,增强电网安全性。所以,虚拟电厂本质上是一套软件平台系统,它聚合了现有的分布式资源,并通过协同控制,参与电力市场。

二、虚拟电厂现状         

1997以来,虚拟电厂受到北美、欧洲多个国家的广泛关注。各国的项目不同、应用场景不同,因此对虚拟电厂的研究侧重点也不一样:欧洲以分布式电源的聚合为主,参与电力市场交易,打造持续稳定发展的商业模式;北美地区的虚拟电厂主要基于需求响应发展而来,兼顾可再生能源的利用,希望通过自动需求响应和能效管理来提高综合能源的利用效率,因此可控负荷占据主要成分;日本侧重于用户侧储能和分布式电源,以参与需求响应为主。

我国的虚拟电厂以负荷侧资源调节为主,发展历程始于2016年,江苏率先从需求侧管理的层面进行尝试,开展了全球单次规模最大的需求响应,实现毫秒级的快速精准稳控切负荷。2019年,国网冀北电力的虚拟电厂(以下简称“冀北虚拟电厂”)示范工程投运,参与华北(京津唐)调峰辅助服务市场。同年,上海建设了黄浦智能楼宇,参与需求侧管理。2019年年底,经国家能源局批复,华北能源监管局印发了《第三方独立主体参与华北电力调峰辅助服务市场规则(试行)》,冀北虚拟电厂作为我国首个以市场化方式运营的虚拟电厂示范工程投运。

目前我国江苏、上海开展的虚拟电厂实践处于应用模式的第一阶段——邀约型,主要服务于需求响应,开展需求侧管理。国网冀北电力正在探索第二阶段——市场型虚拟电厂,旨在提升系统的灵活调节能力,实现连续闭环调控和市场运营,面向源荷储各类可调节资源。第三阶段的虚拟电厂有很强的自主性,因此被称为自主型虚拟电厂,可以在成熟电力市场环境下长期商业运营。

今年,深圳也建成了虚拟电厂管理平台,这是国内首家虚拟电厂管理中心,标志着深圳虚拟电厂即将迈入快速发展新阶段,也意味着国内虚拟电厂从初步探索阶段向实践阶段迈出重要一步。

政策方面,目前我国国家层面没有出台专项的虚拟电厂政策,省、市级层面仅有山西、上海、广州等出台了相关文件。广东省基于较好的电力市场环境,广州市发布了具体的实施方案,按照需求响应优先、有序用电保底的原则,进一步探索市场化需求响应竞价模式,以日前邀约型需求响应起步,逐步开展需求响应资源常态参与现货电能量市场交易和深度调峰。2022年6月,山西省能源局发布《虚拟电厂建设与运营管理实施方案》,成为首份省级虚拟电厂实施方案。

、虚拟电厂的特点    

1、既包含电源,也包含负荷;       

2、容量小,数量多,呈现分布式的特点;        

3、虚拟电厂不是实体,不会改变所聚合资源的物理属性,包括地理位置、并网方式、机组容量等等;

四、为什么要发展虚拟电厂        

1、电源侧:随着双碳目标和能源转型的提出,电力系统中会逐步迎来高比例的新能源装机,新能源间歇性、波动性的特点,增加了调度控制的难度。        

2、用户侧:电能替代的推广,制冷、供暖、烹饪以及电动汽车等间歇性负荷比例大幅增加,分布式电源和储能的加入,使得单向的电力流变成了多向,源随荷动变成源网荷储互动,传统的调度、交易模式也需要进行调整。        

3、电力市场的建立,逐步体现出电力供需的分时价格信号,也为虚拟电厂机制的落地带来了有利条件。从上世纪八十年代左右提出的电力需求侧管理,到零几年的能效电厂,再到电力需求侧响应,以及虚拟电厂,我们基本上可以看到这么一条路径:即从关注节电,对电量的节约,到对于电力和电量两者的调节,到源荷互动,基于市场机制智能调控。而大家也意识到,电网供需平衡不是只对单边(发电侧或用户侧)进行管制,而是可以两边都进行调节。但实际的操作过程中也肯定会遇到可能,很多事情不是那么理想化的,于是我们看到有序用电,拉闸限电,再到稍微友好一点的电力需求响应。   

五、虚拟电厂商业模式

 虚拟电厂目前的商业模式仍处于探索阶段。现阶段主要的盈利模式为通过需求侧响应赚取辅助服务费用后的分成。虚拟电厂运营商和负荷聚合商通过聚合电力用户可调负荷,利用可控负荷进行需求侧响应或参与辅助服务,响应补贴和容量补贴即为总体收入。虚拟电厂运营商获得收入后需与电力用户进行分成,政策并不限定分成比例。

现货交易市场开放,虚拟电厂可调能力比火电厂调节能力更强,更快,更精准,虚拟电厂的优势凸显。在该背景下,虚拟电厂运营商的商业模式不只是参与辅助市场,还可以通过现货,市场化交易机制去盈利。参与现货市场盈利主要来自于现货交易的差价。现货市场报价机制来自于电力供需关系,可以控制和协同集成上来的可调负荷,同时增配储能,分布式能源,形成集合体。如果对区域内整体负荷的预测能力强,制定的报价策略更具有优势,差价就越大。具体的盈利情况,取决于电力现货交易的频次活跃度,区域范围内电力供需关系等等。   

六、未来趋势 

1.虚拟电厂——能源互联网终极形态,是未来双碳目标下电力行业的发展方向,更适应新型电力系统。

2.能源供需形势和结构的变化,电力市场的进一步完善,会加速虚拟电厂的到来。