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虚拟电厂的电网应用场景探讨

作者:中国储能网新闻中心 来源:北极星电力网 发布时间:2020-09-08 浏览:
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在8月28日举办的“车电互联与虚拟电厂”分论坛上,广东电网调度中心创新管理部创新规划主管曾凯文作了“虚拟电厂的电网应用场景探讨”主题报告。

曾凯文:感谢大家,今天跟大家探讨一下虚拟电厂的电网应用场景探讨。

今天主要讲三方面,首先回顾一下虚拟电厂应用现状,包括虚拟电厂的技术和场景应用,最后分享一下虚拟电厂未来发展的思考。

虚拟电厂其实在很早之前,就已经提出来了,应该是在1977年就提出来虚拟公共设施的概念,那么现在随着我们经济的发展,还有我们电网的大规模发展,集中式发电发展其实是受到一些瓶颈的,这个瓶颈就是环境污染,集中电源的用地各方面的约束,现在我们分布式能源现在大规模发展,分布式能源的发展它的一些特点就是容量小,然后地域分散、数量又大,然后接入电网是通过配网接入的,这个慢慢改变了我们传统电力系统的结构,以前我们是集中式的结构,未来慢慢变成这种分布式的电力结构。这给电网的运行和运营,带来了很多的挑战。

另外,虚拟电厂另外的发展,就是真正的驱动促进,实际上是电网里面的具体的一些需求受到了一些限制之后,我们就会想着去改变,以广东为例,在电力供应大背景下,其实还是存在着一些经济发达地区,我们负荷密度高,内部电力不足,又存在着电力系统、电力项目增益困难,很难去协调解决的一些问题。

所以这时候我们也是应对电力侧没法解决,我们只能通过负荷侧去寻求一些方案和思路。

一直以来电力系统只管发电不管用电,用电是粗放型的管理,真正意义上的用电调度是没有去研究去发展的。然后这样就导致了,其实现在我们电网的负荷特性优化空间是非常大的,整体社会能耗结构也是有待改进的,以广东为例,广东的负荷特性,现在来说应该是三峰三谷,我们做了一个统计,把它负荷持续小时数进行了统计,广东将近一千万,全年累计下来,持续时间其实只有十天,那就相当于我在广东建了十台百万机组,应对十天,常年就闲置下来了。

但是我们通过虚拟电厂建下来了,实际上社会效益是非常巨大的另外广东遇到的在电网运行当中的调控困难,我们看到这个是广东电网的典型的年负荷特性曲线,我们可以看到在早上8点的时候和中午12点的时候,是急速上升和下降的时候,我们看到这个时段是非常难过的,全省的发电机组,满出力在那里,在爬升的时候,机组侧、发电侧能力,跟不上负荷侧的爬坡能力,这个时候如果没有控制措施,系统会失稳的。

广东有一个非常大的资源就是抽水蓄能,一般八点的时候我们开蓄能,手下有几百万负荷控制着,到8点开始爬坡了,我们可以把蓄能机组关停然后赶紧发电,通过这样一个置换作用,减少蓄能的抽水负荷来抵消我们全省用电负荷快速爬升。

这样就会导致整体电网运行效率会非常低,我们蓄能都知道,蓄能的效率大概在75%左右,就是发10度电,用4度电抽水,只能发3度电。如果把蓄能电这块通过机制手段,让它真正运行起来,有一个市场机制良好运营,可以减少蓄能机制的使用,这样减少下来这部分利润是非常巨大的,每年有几个亿蓄能机制的费用在里面。

刚才说的我们这里面虚拟电厂的发展,不管是运行机制和需求,它都是非常继续的。这里面我们调研了一下国内和国外的情况,虚拟电厂在国外,包括北美发展比较快,这里面有差异,像北美较少使用虚拟电厂的概念,但是它的使用是更多是提需求侧响应,因为虚拟电厂现在是一个虚拟的聚合主体,所以我们不管是需求侧响应,内涵是一致的。

然后虚拟电厂核心是两个方面,一个就是我们的资源的聚合,然后另外一个的话,其实就是我们整体有一套强大的信息知识体系来支持我们所有资源聚合,发挥它的本来分散资源没法发挥的整体效应。

然后美国在虚拟电厂,或者在需求侧这一块其实是走得比较前沿,而且规模是比较大的,在政策支持这里面,美国其实对于需求侧响应的虚拟电厂政策支持力度也是非常大的,它是允许到需求侧资源纳入到虚拟电厂,这里面其实是促进了需求侧资源和发电侧资源互补,这里面其实也会导致一些问题在里面。

2018年的时候到PJM那里学习了半个月,那里讲师就讲了,这个需求侧,其实在生产代价,相对来说比发电侧成本少一些,它只有一个系统维护成本。当时他们给我们举例,当时在美国这里,其实就是因为需求侧资源的一个优越性,然后它在市场里面的获利利润远远高于发电侧,一些发电集团联合的话,开始去抵制这样的,认为这个是一个不公平的竞争。

当时好像是说,也是进行了一个起诉,发电侧集团跟需求侧的公司,进行了一种起诉,想去改变这样一个现状。

然后国内的需求侧,其实我们从2014年开始,我们就从这一个佛山、北京、江苏,还有通过需求侧这种邀约性的响应的试点开始,通过这一个补贴的形式,我们开始来启动国内的需求侧响应和虚拟电厂的发展。

另外一个就是电力体制改革,电力市场的建设,其实对需求侧响应和虚拟电厂发展起到非常大的促进作用的。

在国内政策上,刚才杨老师也给我们介绍了,2017年需求管理的,国家对这个电力需求侧管理办法进行一个修正,进行了一个修编,然后从调度运行、市场运行方面提出意见。也发布了电力辅助服务补偿机制的方案,给电力系统提供电力辅助服务。

在这个政策方面也做了一些非常大的鼓励和引导,然后响应国家的一些政策,江苏这一块,国家电网在需求侧和虚拟电厂这一块是走得比较前列的。以江苏为例,江苏就是把这一个中央空调,在需求侧这一块相关的政策的要求落地,所以我个人觉得江苏在这一块响应得很及时,这里面工作推进,应该是国内比较先进的,在这个示范作用目前来说,已经是做得我觉得,个人觉得不仅是前列,而且慢慢的形成了一定的商业模式了。

然后这里面总结了一下,我们这个虚拟电厂在系统运营里面,不管在电源侧、电网侧还是用户侧,其实都有了很大效益的。

电源侧我们在前面的PPT里面已经分析了,它可以减少我们电力建设项目的投资,然后提高了电力系统整体运行效益,然后用户侧通过引导用户资源,来参与电网的运行和运营,就是把用户侧和需求侧运营,参与到交易里面,本来用户侧没法产生价值,通过这样一套平台和市场化机制,可以减少电费或者就直接获得收益报酬。其实对于用户侧来说的话,是一个新的价值体验。

介绍了一下虚拟电厂的应用现状,另一部分介绍一下虚拟电厂的关键技术和应用场景。

这个关键技术,以广东为例,现在的话广东这边的虚拟电厂,目前从平台建设用户介入,也是在大力推广我们这里是广东这边的技术的体系,大概分成三层,一个是用户介入,第二个是资源聚合整合,第三个就是电网省级平台的市场交易,这一块刚才史老师介绍的结构大致是一样的。

然后另外一方面就是我们系统的接入,需求侧资源和接入,更多是通过互联网接入。在这里面有一个物联网平台,另外一边就是我们现在,在传统的电网的运行控制平台,实际上两个平台,中间通过一个隔离装置,通过安全区的接入,实现两套系统的连通。

广东现在目前,其实走得步伐会慢一些,广东目前在需求侧和虚拟电厂这边建设的大概思路是从下往上,主要是想发挥我们社会的力量,就是通过社会的资源的一个整合,然后通过电网公司的平台建设,然后通过这样的市场机制的驱动,来推进整个需求侧,还有虚拟电厂的一个建设。

然后另外一个关键技术,我觉得很关键,就是我们所谓的终端技术,为什么很关键?就是我们需求侧资源数量非常庞大,然后个体单体规模又比较小,所以就是我们没法像集中式一样,每一个资源,每一个设备,我们装一个高级计量电表这样的,如果我们到市场里面进行结算,进行出清交易,实际上我们有一套非常完善的计量体系,这套体系实际上是要到设备层面的。

所以如果说真正的虚拟电厂一套体系建设,在终端体系里面,不仅要有智能调控技术,实际上还有智能的计量技术,都是融合到终端里面的。

因为时间关系,我们这个平台技术,还有相关技术,我们就没展开,我们再简单探讨一下虚拟电厂在电网运行里面的一个应用场景。

那实际上的话,我觉得就是说,最广泛的一个场景,应该是在用电调度,实际上不管国内国外在用电调度方面都没有深入发展,在用电调度里面,虚拟电厂发挥重大的作用,因为用电调度跟发电侧一样,它可以不受时间限制,例如我们刚才说的需求侧响应,实际上一年场景都比较少,一年大概可能就七八次左右,就是削峰填谷,如果应用到场景里面应用就很大了,除了调用发电侧资源,也可以调动需求侧资源,这个的话是不确定性调用的,而且可能每天都会调用,这样场景就很丰富。

但是这样一个丰富场景需要的机制支撑,需要的技术支撑,会比我们简单的削峰填谷的响应会复杂很多。

因为削峰填谷其实计量体系可以不做到设备级,我们做到园区级就可以了,像国外都有完整的方式,来实现最后的出清结算。但是落实到用电调度,实际上我们把控制的手段和体系要延伸到设备体系去了,相当于调度,直接调控到我们用电设备,所以这一套体系还有机制的复杂程度是非常大的。

另外一个,一个应用场景,其实这个是广东特有的,我这里面起了一个名字叫“负荷时移”,我们广东的负荷特点是8点的时候急速上升,广东空调负荷占到35%,8点后大家就上班了,很多空调负荷基本上就在7点30到8点,8点的时候同步率很高,大家都在这个时候把空调打开,这个时候就导致负荷的爬坡率非常大。

我们可以通过一定的机制,整个体系建立起来,通过一些合约各方面的方式,把8点的空调负荷挪到7点半,挪到7点先开起来,空调开起来之后,我们楼宇有一定保温作用,可能会增加能耗,但是增加成本比我们这一个应用场景下获得收益大的话,这个就是非常具备推广的一个应用了。

然后第三个应用,这里面提到一个调频辅助服务,其实这里面,是一个目前来说,机制这一块就是从市场交易机制这一块,有一个比较坚定的基础了,因为广东的调频辅助市场已经运行了,但是用户侧资源纳入到调频辅助服务,有很大的技术难题没有解决的,这里面简单举例一下,首先我的需求侧资源,接到调频辅助服务资源系统里面的话,是可以通过安全区接入,通过安全装置接入,这个性能就下降非常大的,最明显响应时间就跟不上,所以现在为什么需求资源没有纳入进来,就是这些技术难题没有解决。

由于时间关系,最后我对虚拟电厂发展看法,第一,虚拟电厂发展过程中需要合理的资源定位,刚才说了虚拟电厂如果说为了建设一个虚拟电厂,参与到电网的辅助服务,或者参与到需求侧场景服务里面,这个收益可能是收不回来的,所以我认为虚拟电厂不应该是参与电网的别的应用,专门做这个事,而是你手上已经有一定资源了,有一批用户可以远程调控了,你再把这些用户复用,复用完之后参与到电力系统的各种资源里面去,这才是真正能够发挥到的商业价值,如果说手上没有节能资源把用户聚合起来只是单纯参与电网,这个是亏本的项目。

然后第二个,虚拟电厂在发展过程当中,需要各方参与,国内的情况其实是政府还有电网公司在主导推动,这里面推动效用是非常大的,但是同时,在这个推动过程中,靠着政府和电网公司贴钱做各种事,其实我认为不是一个长久的事情,肯定是需要各方,社会的需要资源有一个合理定位之后,大家都觉得我参不参与我增加成本不大,然后我参与之后还能更多获利,调动全社会资源进行建设,我觉得这才是一个可持续的发展路径。

然后第三点就是虚拟电厂的本质应该是一个价值的整合,最重要的,首先第一点是为用户提供高效的服务,另一点才是提供辅助服务。

第四点我觉得虚拟电厂,聚合起来,使分散式变成整体了,这样我们可以用虚拟电厂的平台,给用户做智能用电的引导,所以以后我们在发展虚拟电厂的同时,我们要考虑通过这样的平台,科学引导用户,使我们的能耗结构得到优化。

第五点,刚才介绍美国的时候提到,虚拟电厂发展过程中是分布式能源大规模接入的过程,也是分布式能源、新能源跟传统式能源竞争的过程,这里面需要合理的市场机制和监管措施,避免这种发展过程中,分布式能源、新能源跟传统能源形成这种恶性竞争,谢谢大家。

(以上内容根据会议速记整理,未经嘉宾审核)

关键字:虚拟电厂

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