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11 月 25 日,中國電信浙江公司與華能(浙江)能源開發有限公司上線了全國首個實時調度的 5G 虛擬電廠項目。


(資料圖片)

該虛擬電廠1號機組順利完成72小時試運行工作,標志著全國首臺(套)接入調度系統參與實時響應調節的虛擬電廠正式投產。華能集團表示,該虛擬電廠項目配備兩臺機組,1號機組目前總可調容量8.38萬千瓦,2號機組正在建設調試中。

既然是“虛擬”電廠,那么就意味著這個“電廠”并非實體——虛擬電廠本身并不發電,而是將電網中大量散落的、可調節的電力負荷整合起來,加入電網調度,實現有效削峰填谷。與此同時,還可以提供調頻、調壓、備用等電力輔助服務,增強電網安全性。

中國電信浙江公司與華能上線的5G 虛擬電廠項目,就是把5G基站里閑置的備用儲能聚合起來,參與電網調度。不僅如此,換電站里的電池、樓宇里的空調、分布式光伏、自來水廠工業負荷(水泵)、集中供冷站(冰蓄冷)、充電樁等等,都可以成為虛擬電廠系統中的重要資源。

華西證券數據顯示,預計2025年國內虛擬電廠的運營市場規模將達到968億元,2030年將超過4500億元。

一個千億市場已經呼之欲出。

“虛擬電廠”政策利好頻頻

簡單來說,虛擬電廠是一套電力智能調度系統,是一座基于能源互聯網技術的“看不見的電廠”。與傳統電廠相比,它沒有廠房、機組,不占用土地資源,不燒煤不燒氣,能促進可再生能源消納和有效利用。

智能計量技術、大數據、人工智能和區塊鏈技術是支持虛擬電廠的重要技術基礎。通過配套技術把分散在不同空間的小型太陽能、風能等新能源發電裝置、儲能電池和各類可控制的用電設備整合集成,協調控制,對外等效形成一個可控電源,輔助電力系統運行,并可參與電力市場交易,同時優化資源利用,維護區域內、甚至跨區域的用電穩定與用電安全。

11月25日,國家能源局發布了《電力現貨市場基本規則(征求意見稿)》,要求積極推動儲能、分布式發電、負荷聚合商、虛擬電廠和新能源微電網等新興市場主體參與交易,探索建立市場化容量補償機制。而在今年1月,國家發展改革委、國家能源局發布的《關于加快建設全國統一電力市場體系的指導意見》也提出,鼓勵抽水蓄能、儲能、虛擬電廠等調節電源的投資建設。

政策層多次提及虛擬電廠,是因為在“雙碳”目標下,虛擬電廠對于提升新能源消納及電力保供、推動新型電力系統建設具有重要意義。

新能源如風電、水電、太陽能發電量逐年增長,但風能、太陽能等隨機性、間歇性和波動性特征,大規模、高比例接入將給電力系統平衡和電網安全運行帶來一系列挑戰。隨著新能源大規模并網,僅僅依靠電網自身和電源的調節能力,已經很難保證電網的安全穩定運行,這就需要虛擬電廠等負荷側服務與源網進行協調互動。

此外,虛擬電廠還具有更加低廉的成本。根據國家電網測算,通過火電廠實現電力系統削峰填谷,滿足5%的峰值負荷需要投資4000億元;而通過虛擬電廠,在建設、運營、激勵等環節投資僅需500億元至600億元,僅為火電廠成本的12%~15%。

近年來,虛擬電廠頂層設計規劃加速落地,推動虛擬電廠商業化加速。

2019年底,國網冀北虛擬電廠示范項目投運。通過虛擬電廠進行實時響應,相當于少建一座60萬千瓦的傳統電廠,減排63.65萬噸CO2。

2020年,上海黃浦區虛擬電廠項目進行過一次大規模運行。在這次測試中,累計調節電網負荷56.2萬千瓦,參與樓宇超過50棟,消納清潔能源電量123.6萬千瓦時,減少碳排放量約336噸。

2021年11月,南方電網深圳供電局、南方電網科學研究院聯合研發的國內首個網地一體虛擬電廠運營管理平臺在深圳試運行。該平臺部署于南網調度云,網省兩級均可直接調度,為傳統“源隨荷動”調度模式轉變為“源荷互動”新模式提供了解決方案。

此后,浙江、湖北、安徽、廣東等地的虛擬電廠相繼落地。虛擬電廠正在一步步走向成熟。

三大優勢

虛擬電廠總體來說,有三個明顯優勢。

在電網側,虛擬電廠能夠將需求側分散資源聚沙成塔,與電網進行靈活、精準、智能化互動響應,有助于平抑電網峰谷差,提升電網安全保障水平。

在用戶側,能夠降低用戶側用能成本。

在發電側,能夠促進新能源消納。大大提升電力系統調節能力,降低“三棄”電量。

以電動汽車充電樁為例,比如15:00~16:00是用電高峰,電網供不上電,用戶本來計劃利用這個時間段來充電,虛擬電廠就會通過靈活定價,把15:00前、16:00后的定價調低,引導用戶盡量在便宜的時間段去充電,既能保證電力消納,又降低了用戶的用電成本。

目前新能源汽車產業都是通過充電樁、換電站來參與虛擬電廠的調控,但在虛擬電廠中,電動車也擁有著重要角色。

2022年中國智能網聯汽車大會上,中國電動汽車百人會副理事長、中國科學院院士歐陽明高表示,2040年中國有3億輛電動車,如果每輛車65度電,車上可裝電就是200億度,這樣的儲能規模讓“虛擬電廠”成為可能,而新能源汽車在最關鍵的儲能環節上將發揮重要作用。

隨著新能源發電的逐漸并網,波動性、削峰填谷就是必須要面對的問題,否則會給電網帶來巨大沖擊引發運行安全問題。比如,華北電網最典型的特征是冬天時張家口的風電出力很大,供熱機組開機較多且出力難以下調,到后半夜(凌晨4點-7點)恰逢用電低谷,就可能存在棄風問題。這個時候,虛擬電廠就可以通過場站調度,以降低用電價格激勵用戶、車主在用電低谷期充電,消納多余的風電。

歐美的虛擬電廠更為發達,我們熟悉的特斯拉更是開啟了用戶“發電”的先例。特斯拉與太陽能面板安裝商SolarCity合作,開發了家用儲能裝置Powerwall。用戶白天利用太陽能為Powerwall充電并儲能在專門的電池中,此后就可以隨時用電,用戶還可以實時通過手機查看設備發電、家庭用電、儲能余量和電網狀況等信息。

在此基礎上,特斯拉與加州公用事業公司PG&E合作推出了虛擬電廠項目。自愿參與該項目的用戶,在電網承壓時每提供一度電即可獲得2美元收益;特斯拉與佛蒙特州公用事業公司Green Mountain Power的合作項目,則是用戶讓渡部分電池控制權,允許電力公司使用儲能設備中的部分電能“削峰填谷”,作為回報,用戶可以用優惠價獲得Powerwall。可以說,完全實現了電力的市場化交易,用戶從中獲得了收益。

歐洲的虛擬電廠則是聚合發電資源模式,接入了電動汽車充電站平臺、氧化還原電池、鋰電池、光伏電站、風電場、小型水電站。目前,歐洲多國虛擬電廠已進入商業化階段。

發展難題

盡管有諸多優點,但虛擬電廠并不能完全解決“用電荒”難題。

它本質上還是一種負荷調控手段,并不能直接發電,所以只能緩解某些時段和部分地區因供需失衡造成的電力短缺問題,不能解決大面積或者災害性的缺電情況。

而且作為一種新興模式,虛擬電廠在我國目前尚處于初步發展階段,大范圍推廣還面臨諸多挑戰。

首先是技術問題,如何攻破計量和通信兩大技術難點。虛擬電廠系統由大量設備互聯構成,而多點計量難度大、效率低、難以把控采集頻率,極大地影響了系統效率。此外,系統中的每個設備都可能成為被攻擊的目標,防范難度大。如何防止信息被竊取、篡改,如何防止調度系統遭受網絡攻擊,都是亟待解決的問題。

除了技術條件尚未完全成熟以外,技術標準不統一也亟須解決。目前,虛擬電廠各類示范項目已建設不少,但還沒有形成國家級的技術標準。這既不利于統一管理,也不利于市場推廣。

三是商業模式不健全,這與政策標準體系不完善、用戶側負荷及發電側資源參與意愿不強、技術和平臺還有待進一步完善等有關。

四是成本問題。目前虛擬電廠平臺、終端成本還是很高的,自控、信息設備都很花錢,如何優化成本,對于案例的市場化復制也至關重要。

虛擬電廠在中國的難點,主要在社會各方利益如何統籌兼顧。虛擬電廠拋開一切表象和概念,本質上就是電力市場化交易。如何統籌兼顧各方利益,還需要長期的努力。

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