提起電廠，很多人會(huì)想到這樣的場(chǎng)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(dòng)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(chǎng)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。
??據(jù)專家介紹，過去，用戶用電需求波動(dòng)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(duì)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(dòng)性。這時(shí)候，依托數(shù)字化技術(shù)平臺(tái)、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。
??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)。
??專家表示，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(duì)分布式電源、儲(chǔ)能、電動(dòng)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?！?/span>某業(yè)內(nèi)人士表示。
虛擬電廠咋運(yùn)作？
——根據(jù)市場(chǎng)電力供需情況，上游電力經(jīng)由中游的數(shù)字化平臺(tái)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(chǎng)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(tái)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。”專家表示，一類是其聚合的分布式電源、儲(chǔ)能、電動(dòng)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。
??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(tái)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(chǔ)能、可調(diào)節(jié)負(fù)荷等資源響應(yīng)速度可達(dá)到分鐘級(jí)甚至秒級(jí)，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(dòng)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(huì)對(duì)居民、工商業(yè)用電產(chǎn)生過大影響，成本更低，對(duì)環(huán)境也更友好。
??國家電網(wǎng)的一項(xiàng)測(cè)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(dòng)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(chǔ)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(cè)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？
??專家表示，國內(nèi)的虛擬電廠主要通過參與輔助服務(wù)市場(chǎng)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。總體看，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。
??據(jù)悉，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(chǎng)交易品種，加快電力現(xiàn)貨市場(chǎng)、容量市場(chǎng)建設(shè)，拓寬虛擬電廠參與市場(chǎng)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(dòng)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(dòng)汽車充電網(wǎng)絡(luò)、虛擬電廠等參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)。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(dòng)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(chǎng)中充分體現(xiàn)，讓它和供應(yīng)側(cè)的資源實(shí)現(xiàn)公平競(jìng)爭，按照誰更劃算、更具清潔性等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇?！?/span>專家表示，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。
虛擬電廠的意義和作用
——虛擬電廠是聚合豐富分布式能源，促進(jìn)清潔能源消納的重要渠道。
虛擬電廠可以將源，網(wǎng)，荷，儲(chǔ)多種類型的分布式可調(diào)節(jié)資源進(jìn)行有限聚合，運(yùn)用市場(chǎng)手段和優(yōu)化策略，提供可靈活調(diào)節(jié)的靈活電源。聚合的多種能源的能源特性互補(bǔ)，以及豐富資源形成的規(guī)模效應(yīng)，極大緩解了清潔能源并網(wǎng)造成的沖擊，降低了清潔能源的不確定性造成的影響。
虛擬電廠的應(yīng)用可降低電力市場(chǎng)準(zhǔn)入門檻，發(fā)揮市場(chǎng)作用。虛擬電廠將資源規(guī)模小且分散的分布式資源聚合形成規(guī)模效應(yīng)，代理其參與電力市場(chǎng)交易，提供一個(gè)公平參與電力市場(chǎng)的平臺(tái)。
虛擬電廠利用先進(jìn)通訊控制技術(shù)，可促進(jìn)資源的合理配置。基于虛擬電廠先進(jìn)的通信和控制技術(shù)，可以建立平臺(tái)和各資源間的有效聯(lián)系，提升電力化水平，促進(jìn)物料網(wǎng)發(fā)展。同時(shí)，虛擬電廠平臺(tái)預(yù)優(yōu)化減輕了調(diào)度的調(diào)節(jié)壓力，提升了資源的優(yōu)化配置，降低了調(diào)控成本和運(yùn)行成本，提升了資源的利用效率。
虛擬電廠為新技術(shù)提供良好的孵化環(huán)境，實(shí)現(xiàn)電廠-電網(wǎng)-用戶-虛擬電廠多方共贏。利用虛擬電廠平臺(tái)，可以為儲(chǔ)能，分布式光伏，分布式風(fēng)電，燃?xì)馊济喊l(fā)電等資源提供良好的發(fā)展環(huán)境。同時(shí)，虛擬電廠的參與，提升電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力，實(shí)現(xiàn)多方共贏。
虛擬電廠的技術(shù)困難
——虛擬電廠實(shí)現(xiàn)未來的市場(chǎng)前景還需突破多項(xiàng)關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)。
虛擬電廠實(shí)現(xiàn)未來的市場(chǎng)前景還需突破多項(xiàng)關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)，主要包括：電力市場(chǎng)高精度的價(jià)格預(yù)測(cè)和需求預(yù)測(cè)；規(guī)?；Y源聚合優(yōu)化建模；低時(shí)延物聯(lián)通信技術(shù)；區(qū)塊鏈可信交易技術(shù)等。
對(duì)于電力市場(chǎng)的價(jià)格與需求預(yù)測(cè)技術(shù)，可以有效提升虛擬電廠參與市場(chǎng)報(bào)價(jià)的準(zhǔn)確性以及對(duì)于資源用能計(jì)劃進(jìn)行提前優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的運(yùn)營。
規(guī)模化資源聚合優(yōu)化建模，可為調(diào)度機(jī)構(gòu)提供調(diào)控基礎(chǔ)，利于虛擬電廠快速加入調(diào)度機(jī)組序列。
低時(shí)延物聯(lián)通訊技術(shù)包括資源運(yùn)行同步性以及快速響應(yīng)業(yè)務(wù)通訊，虛擬電廠需要實(shí)現(xiàn)秒級(jí)的可靠通訊才能廣泛參與輔助調(diào)頻業(yè)務(wù)。
發(fā)展區(qū)塊鏈可信交易技術(shù)，隨著家庭分布式電源，電動(dòng)汽車，儲(chǔ)能的快速發(fā)展，普通居民也可以參與到虛擬電廠的價(jià)值創(chuàng)造中，成為虛擬電廠的重要成員，保護(hù)用戶數(shù)據(jù)和隱私變得更加重要。
虛擬電廠的未來空間
——國內(nèi)虛擬電廠有望從邀約制邁向市場(chǎng)化發(fā)展階段邁進(jìn)。
目前，我國虛擬電廠行業(yè)仍處于邀約制試點(diǎn)階段，從海外經(jīng)驗(yàn)看仍處于初期階，隨著電力現(xiàn)貨市場(chǎng)及輔助服務(wù)市場(chǎng)發(fā)展，國內(nèi)虛擬電廠有望從邀約制邁向市場(chǎng)化發(fā)展階段邁進(jìn)。有助提升需求側(cè)響應(yīng)能力的虛擬電廠在新型電力系統(tǒng)中扮演角色將日益加重。虛擬電廠未來有望伴隨新型電力系統(tǒng)建設(shè)推進(jìn)而迎來快速發(fā)展，且其盈利模式也有望隨著電力市場(chǎng)化改革的推進(jìn)而不斷清晰和市場(chǎng)化。
不僅如此，我們甚至可以期待當(dāng)前大火的“AI人工智能”技術(shù)賦能到虛擬電廠的建設(shè)和運(yùn)作中，未來隨著統(tǒng)一電力市場(chǎng)體系的建成，電力中長期、現(xiàn)貨、輔助服務(wù)市場(chǎng)一體化設(shè)計(jì)、聯(lián)合運(yùn)營實(shí)現(xiàn)，AI賦能虛擬電廠快速整合、優(yōu)化、調(diào)度、決策各層面數(shù)據(jù)信息，增強(qiáng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制能力，我們有理由相信“虛擬的電廠”會(huì)在未來給我們“真實(shí)的保障”。
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