虚拟电厂:解决能 源转型的实际难题

2018-10-17

转自:科技日报

       近日,国际电工委员会(IEC)在北京召开“虚拟电厂”工作组会议,对中国 国家电网有限公司发起的《虚拟电厂用例》和《虚拟电 厂架构与功能要求》两项标 准编制进行研讨。什么是虚拟电厂?与此相 关的标准又意味着什么?参与在京举行的“能源转型”高端论坛的专家,对此进行了一一作答。


可再生能源有“致命伤”

       IEC副主席、国网公 司董事长舒印彪表示,能源转 型对电网的功能作用、运行方式提出了“前所未有的挑战”——风能、太阳能等可再生能源,都具有随机性、间歇性、波动性特征,大规模、高比例接入电网,带来巨 大调峰调频压力,导致系 统转动惯量弱化,给电力 系统平衡调节和电网安全稳定运行带来一系列新的挑战。而且,过去一个大中型电网,只需要接入几十个、几百个电厂,从生产 侧到消费侧单向送电;现在随 着新型能源技术发展和与数字技术的融合,电网将接入数以千计、甚至万 计的各类电源和大量的新型交互式用能设备,许多并 网主体兼具生产者与消费者双重身份,电网运行的复杂性、不确定性显著增加。

如何应对此种挑战?舒印彪 给出的解决之道是,适应能源转型需要,推动传 统电网从功能上向能源互联网演进,从技术 上向新一代电力系统升级。而所谓“新一代电力系统”,他解释,将是具有广泛互联、智能互动、灵活柔性、安全可控、开放共 享特征的新型电力系统,其物理特性、结构形态、运行机理、控制方 式与传统电力系统存在明显不同,“是影响 能源转型持续纵深推进的关键”。

      “一切问题的根源,来自电力系统的发、供、用瞬时平衡特性。”国网冀 北电力外联部副主任高会杰表示。由于电 力大规模存储问题仍未解决,从电气发明至今,电力系统一直呈现“即发即用”的基本特征。也就是说,因为存不了,就必须发多少,用多少,发、供、用三个环节保持“瞬时平衡”。

对火电 等传统发电方式来说,这不是问题,因为火电出力多少、何时出力,可以人为调节自如。从电网角度,这叫电网友好型发电,“平滑出力”。

       而以风电、光伏发 电为代表的可再生能源就完全不一样了——何时有风、何时有阳光,不以人的意志为转移,具有明显的随机性、间歇性特点;而且,可再生能源发电出力,往往跟 用电负荷峰谷呈逆向分布,也就是说,“你不需要用电的时候(负荷谷底),它正好来劲;你最需要用电的时候(负荷高峰),它却没有了。”高会杰说,在储能 技术完全突破之前,这是可再生能源的“致命伤”。

看不见 的电厂可能是更好的电厂

       迄今为止,所有针 对可再生能源的技术努力,核心就 是试图治愈这一“致命伤”;而“虚拟电厂”概念的提出及其实验,是这些 努力中较新的一个,也是较 有可能获终极突破的一个,所以被 视为能源转型的“诗和远方”。

虚拟电厂是什么?

       多年致 力于能源转型战略研究的中国工程院原副院长杜祥琬院士指出,虚拟电 厂不是传统意义上的电厂,它相当于一个电力“智能管家”,站在电网角度,把风电、光伏发 电等分布式能源通过储能装置组织起来,形成稳定、可控的“大电厂”,便于处 理与大电网之间的各种关系。

       国网冀 北电力交易中心副总经理王宣元解释,所谓虚拟,体现在 它并不具有实体存在的电厂形式,却真有 一个电厂的功能,而且是 远超传统实体电厂的功能,因为它 打破了传统电力系统中发电厂之间、发电侧 和用电侧之间的物理界限。王宣元 如此定义虚拟电厂:它是互联网+源网荷储售服一体化(即电源、电网、负荷、储能、销售、服务的聚合体)的清洁 智慧能源管理系统,是对多 种分布式能源进行聚合、优化控制和管理,为电网提供调频、调峰等辅助服务,并能够 参与电力市场交易的技术和商业模式。

       说白了,在这样一个“看不见的电厂”里,电力用户是消费者,也可能是生产者,也就是 之前舒印彪所说“兼具生 产者与消费者双重身份的”并网主体。比如一 个拥有电动汽车的用户,晚上电力相对富余、电价也 较低时给汽车充电;白天电力相对紧张、电价也 较高时可以余电上网,再卖给公共电网,其实质是“激励混 合型产消者与电网实现友好互动”。这就像电子商务平台,由于是在“互联网+”环境下,你看不见商场,却可以 在上面从事各种交易。

       当然,“电力交 易只是虚拟电厂诸多功能中的一个。”王宣元强调,核心是 源网荷储售服一体化,其中的电源,既可以是传统的火电,也可以是新兴的风电、光伏、生物质发电;既可以 是大规模集中式发电,也可以 是分布式零散发电,还可以是冷、热、储能等其他能源形式。虚拟电厂把它们“串联”起来,基于互联网和大数据、云计算、人工智能等技术,实现发 电和用电自我调节,保持瞬时平衡。比如,在繁华的城市楼宇群,虚拟电 厂可以实时监测中央空调、电动汽 车等柔性可控负荷,环境参 数以及分布式能源出力,围绕用户和系统需求,自动调 节并优化响应质量,减少电 源和电网建设投资,在创造 良好舒适生活环境的同时,实现用户和系统、技术和 商业模式的双赢。

首批国 际标准将花落中国

       虚拟电厂概念自1997年提出以来,受到了欧洲、北美和 澳洲等广泛关注;随着近 年来信息通讯技术(ICT)、分布式 协调控制技术和智能计量技术的提高,分布式电源、储能、电动汽车的快速发展,工业领 域逐渐表现出对虚拟电厂的极大需求并付诸工程实践。

       由于虚 拟电厂应用前景广泛,全球主 要国家都在抢占先机,争取战略主动。其中,相关标 准制订成为主导国际话语权的必争之地,正如舒印彪所言:“没有标准化,能源转型不可能成功。”

此前的2017年10月,国网旗 下冀北电力公司和中国电科院组成的专家团队,代表中国向IEC提交了《虚拟电厂用例》和《虚拟电 厂架构与功能要求》两项标准提案;经过激烈竞争,顺利通过了投票,并获得德、英、法、瑞等成 员国的加盟支持,于2018年3月获批正式立项,成为IEC首批立 项的虚拟电厂国际标准,意味着 虚拟电厂首批标准将花落中国。

       IEC 1906年在伦敦成立,是最具 权威性的国际电工标准化机构。一个多世纪以来,IEC累计发 布电工领域国际标准7713项,为促进 电力及能源可持续发展作出了重要贡献。近年来,IEC专门成 立了一系列与能源转型相关的技术委员会,围绕特高压、新能源、高压直流输电、智能电网、电动汽车等,制定了一批重要标准,为全球 能源转型提供有力支撑。

       国家市 场监管总局标准创新管理司司长崔钢认为,国际标准作为世界的“通用语言”,是各国 间互联互通的基本规范、是技术 合作的基础条件,在推动 能源转型方面的作用越来越重要。“世界需 要标准协同发展,标准促 进世界互联互通。”崔钢表示,虚拟电 厂国际标准提案获批立项,标志着 国家电网在新一代电力系统的虚拟电厂领域处于国际领跑地位,提升了 我国制定能源转型国际标准的话语权,具有十 分重要的现实意义和长远的战略价值。

各显神 通抢滩虚拟电厂

       从世界范围看,王宣元介绍,欧洲虚拟电厂聚焦于“源”,主要目 标是提高分布式电源并网友好智能互动性,打造持 续稳定发展的商业模式。先后在欧盟第六、第七框 架计划下开展了FENIX项目和TWENTIES项目,前者将 大量的分布式电源聚合成虚拟电厂,提高欧 盟电力系统的经济性、可控性和安全性;后者的 示范重点在于如何利用虚拟电厂实现热电联产、分布式 电源和负荷的智能管理。

       北美虚 拟电厂则起源于“荷”,通过自 动需求响应和能效管理,提高综 合能源的利用效率。比如,美国纽 约州在能源改革愿景(REV)战略指导下开展了ConEd VPP项目,旨在将用户侧“太阳能+储能”系统集群友好并网,降低居民用电成本,提高电 网调峰调频和应急响应能力;加利福 尼亚州探索分布式光伏的管理方式,包括虚 拟电厂和分布式能源供应商(DERP)如何参 与电网运营和电力市场。

       澳洲近 年投运了多项虚拟电厂示范工程,主要目 标是降低用电成本,促进清洁能源消纳,提高澳洲电网稳定性,并与特 斯拉公司联合打造AGL VPP示范工程,意在聚 合大量光伏电源和储能设备,应对分 布式电源高渗透率带来的挑战,降低基 础设施投资成本。




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