提起電廠，很多人會想到這樣的場景——火電廠里冒著水蒸氣的冷卻塔、風(fēng)電廠中高聳的風(fēng)機、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)電波動性、間歇性較強的問題仍待突破。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)實行電力需求側(cè)管理，主要通過行政手段實行計劃用電。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。
華北電力大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)研究中心主任曾鳴告訴記者，過去，用戶用電需求波動時主要靠供應(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)電的波動性。這時候，依托數(shù)字化技術(shù)平臺、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。”曾鳴說。
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)。
曾鳴告訴記者，虛擬電廠不用實體設(shè)備發(fā)電，而是聚合各類用電負(fù)荷，實現(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，虛擬電廠還能對分布式電源、儲能、電動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)于建了一個云端電廠。”國網(wǎng)能源研究院企業(yè)戰(zhàn)略研究所副所長張曉萱說。
虛擬電廠咋運作?
——根據(jù)市場電力供需情況，上游電力經(jīng)由中游的數(shù)字化平臺統(tǒng)一調(diào)配，再分配給下游需求方
如果將整個產(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，虛擬電廠的運作，就是根據(jù)市場的電力供需情況，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。”張曉萱介紹，一類是其聚合的分布式電源、儲能、電動車等向電網(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，削減用電高峰時的電力需求，所節(jié)省的部分等效于向電網(wǎng)提供了電力。
以國家電網(wǎng)冀北電力公司2019年投運的虛擬電廠示范工程為例，該電廠聚合了張家口、秦皇島、承德、廊坊地區(qū)的可調(diào)節(jié)工商業(yè)、蓄熱式電鍋爐、智慧樓宇、儲能等資源，主要參與華北調(diào)峰輔助服務(wù)市場的運營。在凌晨4時至6時風(fēng)力大發(fā)期間，虛擬電廠控制蓄熱式電鍋爐、儲能、電動汽車等分布式資源儲存電力，到了晚上7時至8時用電高峰期，再將儲存起來的這部分電力提供給電網(wǎng)，屬于上述第一類電力來源。在此階段，虛擬電廠還可將商業(yè)樓宇空調(diào)等柔性負(fù)荷降下來，節(jié)省大量電力以保障用電穩(wěn)定，屬于上述第二類電力來源。
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)煤電機組增減出力的響應(yīng)時間較長，參與調(diào)峰受爬坡速率的限制。一般來說，一臺煤電機組從最小出力到額定出力需要1到2個小時。而虛擬電廠聚合的儲能、可調(diào)節(jié)負(fù)荷等資源響應(yīng)速度可達(dá)到分鐘級甚至秒級，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，供應(yīng)側(cè)的調(diào)節(jié)方式往往是擴(kuò)建電廠、調(diào)動備用電源、加強有序用電管理等。而虛擬電廠通過降低用電側(cè)負(fù)荷來保障用電穩(wěn)定，不會對居民、工商業(yè)用電產(chǎn)生過大影響，成本更低，對環(huán)境也更友好。
國家電網(wǎng)的一項測算顯示，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)煤電機組來實現(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現(xiàn)同樣的功能，其建設(shè)、運營、激勵等環(huán)節(jié)僅需投資500億元至600億元，成本遠(yuǎn)低于前者。
發(fā)展機制仍待完善
——推動虛擬電廠大規(guī)模發(fā)展還需進(jìn)一步明確其盈利機制，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)省電力資源的同時也能實現(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，虛擬電廠的運作還要考慮一個關(guān)鍵問題——如何盈利?
張曉萱告訴記者，國內(nèi)的虛擬電廠主要通過參與輔助服務(wù)市場和需求側(cè)響應(yīng)來賺取一定費用。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?？傮w看，目前國內(nèi)的虛擬電廠盈利模式較為單一，激勵機制還不夠。
記者了解到，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，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用。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，參照部分歐洲國家的經(jīng)驗，中國的虛擬電廠在盈利模式等方面可實現(xiàn)一定創(chuàng)新。比如進(jìn)一步豐富輔助服務(wù)市場交易品種，加快電力現(xiàn)貨市場、容量市場建設(shè)，拓寬虛擬電廠參與市場的渠道。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、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、電動汽車充電網(wǎng)絡(luò)、虛擬電廠等參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)。今年3月發(fā)布的《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》明確，開展工業(yè)可調(diào)節(jié)負(fù)荷、樓宇空調(diào)負(fù)荷、大數(shù)據(jù)中心負(fù)荷、用戶側(cè)儲能、新能源汽車與電網(wǎng)(V2G)能量互動等各類資源聚合的虛擬電廠示范。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。“要使虛擬電廠的價值在市場中充分體現(xiàn)，讓它和供應(yīng)側(cè)的資源實現(xiàn)公平競爭，按照誰更劃算、更具清潔性等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。”曾鳴說，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。
