虛擬電廠：不生產(chǎn)電，但管理電

近年來隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)推進(jìn)，無論是電力生產(chǎn)還是需求都有著越來越大的隨機(jī)性。虛擬電廠的出現(xiàn)，則可以最大限度地平抑新能源電力的強(qiáng)隨機(jī)波動(dòng)性，提高新能源的利用率，打破傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中發(fā)電廠之間，以及供給側(cè)和用電側(cè)之間的物理界限。

近日，國網(wǎng)上海市電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院主持申報(bào)的《虛擬電廠資源配置與評估技術(shù)規(guī)范》已由國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)正式批準(zhǔn)立項(xiàng)，標(biāo)志著虛擬電廠領(lǐng)域首個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)正式立項(xiàng)。

解決靈活性資源供需問題，是建設(shè)新型電力系統(tǒng)必須攻克的難題，虛擬電廠正是新型電力系統(tǒng)建設(shè)的重要抓手和典型實(shí)踐。制定并出臺(tái)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，將對目前虛擬電廠建設(shè)中遇到的諸多問題起到綱領(lǐng)性的指導(dǎo)作用。

可靈活實(shí)現(xiàn)削峰填谷

2022年8月，特斯拉公司在缺電情況最為嚴(yán)峻的美國加利福尼亞州舉辦了一場緊急響應(yīng)活動(dòng)，散布在加州各地的2300多名特斯拉用戶通過“虛擬電廠”，將家用儲(chǔ)能設(shè)備“能量墻”（PowerWall）中存儲(chǔ)的電能輸送至最缺電的地方。這些分散的電力在某個(gè)時(shí)點(diǎn)的輸出功率高達(dá)16兆瓦。

這是一次多贏的嘗試：用戶輸出用不完的電，1度電即可掙2美元；虛擬電廠的調(diào)度，緩解了電網(wǎng)在用電高峰時(shí)期的巨大壓力。

“虛擬電廠，顧名思義就是一個(gè)虛擬化的電廠，它不直接發(fā)電，但是卻起到了‘電廠’的作用?！眹W(wǎng)江蘇電科院新能源技術(shù)室主管汪成根博士介紹說，實(shí)際上，虛擬電廠就是一套能源管理系統(tǒng)。

傳統(tǒng)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行了這么多年，已經(jīng)形成一套完備的調(diào)控體系，為何還需要另起爐灶建設(shè)虛擬電廠？

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)根據(jù)用電側(cè)的電力需求對供給側(cè)的發(fā)電進(jìn)行調(diào)控，供給側(cè)的發(fā)電廠多為數(shù)百萬兆量級(jí)的大型火電機(jī)組。

汪成根告訴科技日報(bào)記者，近年來隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)推進(jìn)，無論是供給側(cè)的電力生產(chǎn)，還是用電側(cè)的電力需求，都有著越來越大的隨機(jī)性，對電力保供工作、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行等帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

具體而言，在供給側(cè)，近年來的“雙碳”目標(biāo)以及能源轉(zhuǎn)型，使得風(fēng)光發(fā)電在能源結(jié)構(gòu)中的占比持續(xù)擴(kuò)大，“靠天吃飯”的新能源具有隨機(jī)性、間歇性和波動(dòng)性等特點(diǎn)；在用電側(cè)，以空調(diào)大規(guī)模普及為代表的終端電氣化水平持續(xù)提升，以及充電樁等新型負(fù)荷不斷涌現(xiàn)，讓預(yù)測用電負(fù)荷也變得更加困難。

虛擬電廠的出現(xiàn)，則可以最大限度地平抑新能源電力的強(qiáng)隨機(jī)波動(dòng)性，提高新能源的利用率，打破傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中發(fā)電廠之間，以及供給側(cè)和用電側(cè)之間的物理界限。

虛擬電廠將相對分散的電源、電網(wǎng)、負(fù)荷和儲(chǔ)能等進(jìn)行集成調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”，其等效為一個(gè)可控的電源，既能作為“正電廠”向系統(tǒng)供電，也能作為“負(fù)電廠”消納系統(tǒng)儲(chǔ)存的電力，靈活實(shí)現(xiàn)削峰填谷。

破解綠色能源消納難題

新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)高速增長，綜合能源站、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車充電樁、智能樓宇、冷熱電三聯(lián)供等多能柔性負(fù)荷大量接入電網(wǎng)系統(tǒng)，如何靈活調(diào)度現(xiàn)有資源，提升供電可靠性、經(jīng)濟(jì)性和新能源利用率，成為電網(wǎng)面臨的重要難題之一。

汪成根認(rèn)為，隨著“雙碳”目標(biāo)的持續(xù)推進(jìn)，新型電力系統(tǒng)的發(fā)展成為未來趨勢，對可再生能源、分布式發(fā)電的開發(fā)利用得到了前所未有的重視，傳統(tǒng)“源隨荷動(dòng)”的運(yùn)行模式亟須向“源荷互動(dòng)”轉(zhuǎn)變。虛擬電廠能夠提升能源服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對分布式能源的響應(yīng)分配、靈活挖掘潛力、實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)控制，有效參與電力市場交易，響應(yīng)多樣化的用電需求，在破解清潔能源消納難題、綠色能源轉(zhuǎn)型方面將發(fā)揮重要作用。

國網(wǎng)江蘇電科院自動(dòng)化技術(shù)室博士易文飛認(rèn)為，虛擬電廠不僅可以支撐電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，還能延緩或節(jié)約電力投資。根據(jù)國網(wǎng)能源院預(yù)測，較樂觀邊界條件下，我國2025年需求側(cè)資源的技術(shù)可開發(fā)潛力有望達(dá)到最大負(fù)荷的9%左右，通過虛擬電廠將難以調(diào)度利用的小微資源整合，并參與系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)，能夠有效提升電力系統(tǒng)的靈活性。

“僅依靠傳統(tǒng)電力系統(tǒng)直接調(diào)度管理‘點(diǎn)多面廣’的分布式資源，成本高昂且十分困難，一旦分布式資源在能源供給中的占比達(dá)到一定程度，將對電力系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行帶來極大的不確定性?！币孜娘w說，虛擬電廠的發(fā)展應(yīng)該瞄準(zhǔn)小微資源的聚合管理，扮演系統(tǒng)調(diào)度與用戶的中間管理者角色，使分布式光伏、用戶側(cè)儲(chǔ)能、可調(diào)節(jié)負(fù)荷等各類資源更好地在系統(tǒng)運(yùn)行和市場交易中發(fā)揮作用。

國內(nèi)虛擬電廠建設(shè)方興未艾

據(jù)悉，全球首個(gè)虛擬電廠項(xiàng)目誕生于2000年，德國、荷蘭、西班牙等5國11家公司共同啟動(dòng)虛擬電廠項(xiàng)目VFCPP。

近年來，我國虛擬電廠建設(shè)也開始步入戰(zhàn)略發(fā)展階段。2017年5月24日，世界上首套大規(guī)?！霸淳W(wǎng)荷互動(dòng)”系統(tǒng)在江蘇投運(yùn)，它的投運(yùn)標(biāo)志著我國擁有了世界上最大規(guī)模容量的虛擬電廠。

2021年以來，國家層面的能源規(guī)劃、低碳轉(zhuǎn)型、碳達(dá)峰行動(dòng)方案和新型儲(chǔ)能指導(dǎo)意見等政策中，都明確支持虛擬電廠參與調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)、電力輔助服務(wù)和現(xiàn)貨市場交易等。北京、內(nèi)蒙古、河南等多地將虛擬電廠寫入其“十四五”能源發(fā)展規(guī)劃中。

汪成根表示，國內(nèi)虛擬電廠建設(shè)起步較晚，仍處于初級(jí)階段。虛擬電廠的發(fā)展可分為邀約型、市場型和自由調(diào)度型三個(gè)階段。目前，我國虛擬電廠仍處于邀約型向市場型發(fā)展的階段，主要通過政府機(jī)構(gòu)或電力調(diào)度機(jī)構(gòu)發(fā)出邀約信號(hào)，由負(fù)荷聚合商、虛擬電廠組織資源進(jìn)行削峰、填谷等需求響應(yīng)。

易文飛認(rèn)為，虛擬電廠代表了能源數(shù)字化、用電側(cè)資源開發(fā)利用等一系列能源電力系統(tǒng)未來高價(jià)值的發(fā)展方向，但當(dāng)前也有部分服務(wù)商借虛擬電廠的概念包裝其傳統(tǒng)的節(jié)能改造等低技術(shù)密度業(yè)務(wù)。

“當(dāng)前，關(guān)乎虛擬電廠健康發(fā)展的部分宏觀問題尚未得到解決?！币孜娘w說，一是虛擬電廠的概念內(nèi)涵、功能形態(tài)未形成權(quán)威、統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，政產(chǎn)學(xué)研各界均在各自的專業(yè)和立場上對虛擬電廠進(jìn)行解讀；二是虛擬電廠參與電網(wǎng)調(diào)度交易責(zé)權(quán)邊界還不夠明確，國家發(fā)改委等部門已經(jīng)出臺(tái)相關(guān)文件將虛擬電廠認(rèn)定為輔助服務(wù)市場主體和并網(wǎng)調(diào)度主體，但是未在文件中明確其權(quán)責(zé)，電網(wǎng)企業(yè)也未出臺(tái)詳細(xì)的說明文件，這就使資本方、運(yùn)營商、電網(wǎng)企業(yè)在虛擬電廠的發(fā)展投入上有所保留；三是虛擬電廠技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系尚不健全，當(dāng)前虛擬電廠建設(shè)缺少統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，市場主體的數(shù)據(jù)交互存在壁壘，導(dǎo)致虛擬電廠運(yùn)行成本高且存在信息安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，虛擬電廠并網(wǎng)調(diào)度標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程不明確，導(dǎo)致并網(wǎng)調(diào)度存在困難。

雖然有著諸多需要解決的問題，但虛擬電廠在我國仍然有著非常大的市場潛力，國家以及各省市也在積極探索虛擬電廠的“建廠”路徑。隨著首個(gè)國家級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的正式立項(xiàng)，虛擬電廠正朝健康有序方向蓬勃發(fā)展。

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