圖文+案例解讀:泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用——虛擬電廠
發(fā)布時間:2019/3/27 17:32:25 來源:北極星儲能網(wǎng) 作者: 瀏覽:5060次
什么是虛擬電廠?
隨著可再生能源成為未來全球能源發(fā)展的主要方向,虛擬電廠成為一種實現(xiàn)可再生能源發(fā)電大規(guī)模接入電網(wǎng)的區(qū)域性多能源聚合模式。
虛擬電廠的提出是為了整合各種分布式能源,包括分布式電源、可控負(fù)荷和儲能裝置等。其基本概念是通過分布式電力管理系統(tǒng)將電網(wǎng)中分布式電源、可控負(fù)荷和儲能裝置聚合成一個虛擬的可控集合體,參與電網(wǎng)的運(yùn)行和調(diào)度,協(xié)調(diào)智能電網(wǎng)與分布式電源間的矛盾,充分挖掘分布式能源為電網(wǎng)和用戶所帶來的價值和效益。虛擬電廠主要由發(fā)電系統(tǒng)、儲能設(shè)備、通信系統(tǒng)構(gòu)成。
在新興領(lǐng)域,泛在電力物聯(lián)網(wǎng)將在統(tǒng)一感知、實物ID應(yīng)用、精準(zhǔn)主動搶修、虛擬電廠、智慧能源服務(wù)一站式辦理、大數(shù)據(jù)應(yīng)用等領(lǐng)域,為電網(wǎng)企業(yè)和新興業(yè)務(wù)主體賦能。以綜合能源服務(wù)平臺為例,對于可以應(yīng)用入口將能效服務(wù)共享平臺、省級客戶側(cè)用能服務(wù)平臺、新能源大數(shù)據(jù)平臺、車聯(lián)網(wǎng)、光伏云網(wǎng)、智慧能源控制等系統(tǒng),發(fā)揮規(guī)?;坌?yīng);對外則可為各類新興業(yè)務(wù)主體統(tǒng)一提供并網(wǎng)、監(jiān)控、計量、計費(fèi)、交易、運(yùn)維等平臺化共享服務(wù)。
依據(jù)國網(wǎng)規(guī)劃泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)內(nèi)容包括提升電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平、促進(jìn)清潔能源消納、打造智慧能源綜合服務(wù)平臺、構(gòu)建能源生態(tài)體系等11個重點方向。尤其在促進(jìn)清潔能源消納方面,國網(wǎng)提出將用市場辦法引導(dǎo)用戶參與調(diào)峰調(diào)頻,重點通過虛擬電廠和多能互補(bǔ)提高分布式新能源的友好并網(wǎng)水平和電網(wǎng)可調(diào)控容量占比,基于電力市場實現(xiàn)集中式新能源省間交易和分布式新能源省內(nèi)交易,緩解棄風(fēng)棄光,促進(jìn)清潔能源消納。
2018年10月,由國家電網(wǎng)主導(dǎo)發(fā)起的兩項“虛擬電廠”標(biāo)準(zhǔn)獲得國際電工委員會(IEC)批準(zhǔn)立項,成為全球這一領(lǐng)域首批國際標(biāo)準(zhǔn),填補(bǔ)了行業(yè)空白。
中國工程院院士杜祥琬
“虛擬電廠”不是傳統(tǒng)意義上的發(fā)電廠,而是相當(dāng)于一個電力“智能管家”。能在光伏等分布式能源有間歇性時,通過儲能裝置把它們組織起來,形成穩(wěn)定、可控的“大電廠”,便于處理與大電網(wǎng)之間的各種關(guān)系。
原國家電網(wǎng)董事長舒印彪
打造新一代電力系統(tǒng)是能源轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)保障。分布式能源使得并網(wǎng)主體既是發(fā)電方、又是用電方,電網(wǎng)運(yùn)行的復(fù)雜性、不確定性顯著增加。“虛擬電廠”將為破解清潔能源消納和綠色能源轉(zhuǎn)型提供解決方案。推動傳統(tǒng)電網(wǎng)向新一代電力系統(tǒng)升級成為趨勢。
國網(wǎng)冀北電力交易中心副總經(jīng)理王宣元
所謂虛擬,體現(xiàn)在它并不具有實體存在的電廠形式,卻真有一個電廠的功能,而且是遠(yuǎn)超傳統(tǒng)實體電廠的功能,因為它打破了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中發(fā)電廠之間、發(fā)電側(cè)和用電側(cè)之間的物理界限。它是互聯(lián)網(wǎng)+源網(wǎng)荷儲售服一體化(即電源、電網(wǎng)、負(fù)荷、儲能、銷售、服務(wù)的聚合體)的清潔智慧能源管理系統(tǒng),是對多種分布式能源進(jìn)行聚合、優(yōu)化控制和管理,為電網(wǎng)提供調(diào)頻、調(diào)峰等輔助服務(wù),并能夠參與電力市場交易的技術(shù)和商業(yè)模式。
英國布魯內(nèi)爾大學(xué)電氣工程博士、森德里克公司全球技術(shù)與產(chǎn)品部副總裁王興
虛擬電廠是一個看不見的電廠,是一個分散的能源聚合體。在這個聚合體中,電力用戶是消費(fèi)者,也可能是生產(chǎn)者。比如一個擁有電動汽車的用戶,晚上電力相對富余、電價也較低時給汽車充電,白天電力相對緊張、電價也較高時可以賣到電網(wǎng)。在這樣一個聚合體內(nèi),發(fā)電和用電通過自我調(diào)節(jié)保持平衡。
虛擬電廠的典型應(yīng)用
江蘇建成世界最大“虛擬電廠”
2016年6月15日,江蘇大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動系統(tǒng)初步建成,一期工程共接入810個大用戶,該系統(tǒng)為2016年迎峰度夏期間西南水電通過復(fù)奉、錦蘇及賓金等三回特高壓直流2160萬千瓦滿功率輸送時的電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力支撐。其中蘇州地區(qū)已實現(xiàn)1100 MW容量的快切負(fù)荷能力即“虛擬電廠”資源。
2017年5月24日,世界首套“大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動系統(tǒng)”在江蘇投運(yùn),整個系統(tǒng)涉及華東區(qū)域的8個特高壓直流子站,8個抽水蓄能子站,蘇州南部地區(qū)1個江蘇切負(fù)荷控制中心站、4個500 kV分區(qū)切負(fù)荷控制子站、252個電網(wǎng)側(cè)變電站以及810個負(fù)荷用戶控制終端。當(dāng)天,按照華東電網(wǎng)實戰(zhàn)演練安排,±800千伏錦蘇特高壓直流被人工閉鎖,江蘇電網(wǎng)瞬間缺少300萬千瓦電力供應(yīng),通過“大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動系統(tǒng)”統(tǒng)一調(diào)度控制,實時填補(bǔ)了負(fù)荷缺口。該系統(tǒng)借助“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)和智能電網(wǎng)技術(shù)的有機(jī)融合,在突發(fā)電源或電網(wǎng)緊急事故時,用電客戶可化身“虛擬電廠”,參與保護(hù)大電網(wǎng)安全。
2017年12月,江蘇大規(guī)模源網(wǎng)荷示范工程二期擴(kuò)建投入運(yùn)行。新增兩個控制主站、8個500千伏控制子站、新增加518戶終端。系統(tǒng)首次形成了由控制中心站—主站—子站—控制終端組成的分層分區(qū)完整架構(gòu),控制對象除了大用戶外,還接入了燃煤電廠可中斷輔機(jī)、南水北調(diào)翻水站抽水泵以及大型儲能電站。電源類型多元化,控制對象更加豐富,毫秒級控制總?cè)萘窟_(dá)到200萬千瓦。
2018年5月28日,由南瑞集團(tuán)承擔(dān)建設(shè)的國內(nèi)首套“大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動系統(tǒng)”三期擴(kuò)建工程投入試運(yùn)行,標(biāo)志著我國擁有了世界上最大規(guī)模的‘虛擬電廠’。該系統(tǒng)目前包含了二期大用戶增補(bǔ)、三期新增500千伏秦淮、惠泉、茅山、訪仙4個控制子站,23戶燃煤電廠可中斷輔機(jī)以及10戶儲能電站的毫秒級系統(tǒng)接入工作;還完成了所有簽約用戶的現(xiàn)場預(yù)置實驗,系統(tǒng)改造后的現(xiàn)場整體聯(lián)調(diào)工作及實切用戶試驗、實切時間測量實驗等工作?!澳壳昂撩爰壙刂瓶?cè)萘窟_(dá)到260萬千瓦,控制對象共計2078戶。
目前該工程可提升特高壓直流送電能力154萬千瓦,年增利潤約8400萬元。累計增供電量49.896億千瓦時,累計新增銷售額27.4428億元,累計新增利潤1.2474億元,經(jīng)濟(jì)效益顯著。在負(fù)荷控制能力方面,相當(dāng)于4臺百萬千瓦火電機(jī)組,節(jié)省投資126.4億元,環(huán)境效益顯著。該系統(tǒng)在江蘇電網(wǎng)成功應(yīng)用,實現(xiàn)了快速負(fù)荷調(diào)控方式的根本性改變,起到了很好的示范作用。該成果已在山東、河南、上海、浙江、安徽、湖南6個省級電網(wǎng)推廣應(yīng)用。
此外,10月11日,國網(wǎng)江蘇與蘇寧簽署了合作協(xié)議,雙方將在居民家庭電氣化推廣、智能家電高端應(yīng)用、綜合能源服務(wù)示范點等領(lǐng)域加強(qiáng)合作。項目鼓勵客戶利用家電海量微負(fù)荷參與電網(wǎng)互動,建立“虛擬電廠”。
蘇寧相關(guān)人士還就“虛擬電廠”的使用場景打了個比方。例如,晚上睡覺的時候,系統(tǒng)會自動根據(jù)室溫調(diào)節(jié)空調(diào)溫度;或者在用電高峰的時候,自動優(yōu)化家中一些電器的用電量。有的功能可以通過蘇寧的智能家居系統(tǒng)實現(xiàn),有的可以通過國網(wǎng)電力的虛擬電廠系統(tǒng)實現(xiàn),國網(wǎng)江蘇與蘇寧建立“虛擬電廠”系統(tǒng)后,就可以把兩者的功能打通。
上海首個由大數(shù)據(jù)支撐的“虛擬電廠”
一不燒煤,二沒設(shè)備,卻能一年“發(fā)電”5萬度。TA依靠能源互聯(lián)網(wǎng)管理體系,精細(xì)化調(diào)解用戶用電,從而省下了大量電力,相當(dāng)于再造一個“電廠”。
2018年1月,位于黃浦區(qū)九江路上的寶龍大廈第八次參與了虛擬電廠試運(yùn)行,“發(fā)電”能力達(dá)100千瓦。寶龍大廈僅僅是黃浦區(qū)虛擬電廠的一個項目。迄今,虛擬電廠最大規(guī)模的一次試運(yùn)行,參與樓宇超過50棟,釋放負(fù)荷約1萬千瓦。
由上海市經(jīng)信委牽頭、上海經(jīng)研院參與規(guī)劃設(shè)計、上海騰天節(jié)能技術(shù)有限公司參與實施的《上海黃浦區(qū)商業(yè)建筑虛擬電廠示范項目》已于2016年獲國家發(fā)改委批復(fù),將在三年內(nèi)全面完成。
黃浦區(qū)是上海商業(yè)建筑最密集的中心城區(qū),大型商業(yè)建筑數(shù)量超過200幢,面積近1000萬平方米,年耗電量約13億千瓦時,峰值負(fù)荷近50萬千瓦,樓宇能耗占全區(qū)總能耗的65%以上,方便對諸多分布式發(fā)電資源進(jìn)行大范圍集中控制。截至2月28日,黃浦區(qū)內(nèi)像寶龍大廈這樣對能耗實時在線監(jiān)測的樓宇,總數(shù)已超過230棟,年監(jiān)測用電量超過10億千瓦時,占上海市社會領(lǐng)域用電總量的40%。
臺風(fēng)“溫比亞”于8月17日在上海登陸,全市啟動預(yù)警,*********需求側(cè)管理示范項目——黃浦區(qū)商業(yè)建筑“虛擬電廠”(一期)建設(shè)完成后的首次投運(yùn)。8月17日12:00—13:00正值電力負(fù)荷高峰時段,黃浦區(qū)發(fā)改委承擔(dān)建設(shè)的國家需求側(cè)示范項目-“黃浦區(qū)虛擬電廠”正有條不紊地組織實施一次“虛擬發(fā)電”,通過虛擬電廠運(yùn)營調(diào)度平臺的一條條智能數(shù)據(jù)指令,區(qū)內(nèi)104幢簽約商業(yè)建筑,作為虛擬發(fā)電節(jié)點同一時間投入運(yùn)轉(zhuǎn),合理調(diào)節(jié)各自空調(diào)、照明、動力使用負(fù)荷,削減高峰電力,保障安全的電力空間,1小時實際削減電力負(fù)荷20.12MW,其中科技京城削減負(fù)荷達(dá)到1095.8KW。
德國較早開始虛擬電廠實驗
位于德國中北部的哈茨山脈的可再生能源示范項目——RegModHarz項目,就是將新能源最大化利用的典型案例,而其中最引人注目的就是虛擬電廠部分。該項目所選定的哈茨地區(qū),在分布式電力供應(yīng)方面擁有風(fēng)能、抽水蓄能、太陽能、沼氣、生物質(zhì)能以及電動車等多種方式,在輸配電方面主要有6家配電運(yùn)營商、4家電力零售商以及1家輸電商運(yùn)營。項目中,虛擬電廠與分散式電源進(jìn)行通訊連接,而與原有的傳統(tǒng)大型發(fā)電場不同的是,新能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)變化較快,安全、穩(wěn)定性高的傳輸技術(shù)非常必要。所以在此項目中制定了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn),使得虛擬電廠對于數(shù)據(jù)變化能夠快速反應(yīng)。在考慮發(fā)電端的同時,虛擬電廠同樣關(guān)注的是用電側(cè)的反應(yīng),在哈茨地區(qū)的試樣中,家庭用戶安裝了能源管理系統(tǒng),被稱為“雙向能源管理系統(tǒng)”(簡稱BEMI)。資料顯示,用戶安裝的能源管理系統(tǒng)每15分鐘儲存用戶用電數(shù)據(jù),記錄用戶每天的用電習(xí)慣,并將這些數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)教摂M電廠的數(shù)據(jù)庫中。同時,BEMI系統(tǒng)還可以通過無線控制開關(guān)的插座,當(dāng)電價發(fā)生變動時,可以通過無線控制來調(diào)控用電時間和用電量。
萊茵集團(tuán)開始運(yùn)營第一家商用規(guī)模的“虛擬電廠”,利用電力設(shè)備的無線鏈接和工程巨頭西門子公司設(shè)計的一套能源管理系統(tǒng),萊茵集團(tuán)可以將數(shù)十個小型綠色能源設(shè)備的輸出組合在一起,將可再生能源發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的電力打包成較大的供應(yīng)量,再通過計算機(jī)進(jìn)行交易,實現(xiàn)穩(wěn)定供電,并獲得補(bǔ)貼。。在滿負(fù)荷生產(chǎn)時,其虛擬電廠的發(fā)電量可達(dá)80兆瓦。這些電力由該公司在歐洲最大的能源交易市場,位于萊比錫的歐洲能源交易所進(jìn)行銷售。萊茵-魯爾地區(qū)是人口密度最高的區(qū)域。這里著風(fēng)力渦輪機(jī)、屋頂太陽能電池板以及其他一些可再生能源設(shè)備。而在多特蒙德發(fā)電廠操作員就可以一個辦公大樓里的電腦屏幕前,統(tǒng)籌安排這些設(shè)備的能量輸出。
殼牌擁有的英國首個虛擬電廠
近日,英國Limejump公司已獲得英國能源管理局(Ofgem)的準(zhǔn)許,在國家電網(wǎng)的平衡機(jī)制中運(yùn)行虛擬電廠(VPP)。一套由Anesco公司在Derbyshire開發(fā)的10兆瓦Breach Farm電池儲能系統(tǒng)已經(jīng)首次為平衡機(jī)制系統(tǒng)供電,為國家電網(wǎng)在電力供應(yīng)緊張期間提供額外的電源。而后殼牌新能源大舉支出,收購了該公司Limejump。收購?fù)瓿珊?,Limejump將成為殼牌的全資子公司。
特斯拉在澳大利亞開展的虛擬電廠
南澳大利亞州政府表示提供209萬美元資金支持和3000萬貸款,將通過3個階段為5萬家庭免費(fèi)提供太陽能板和特斯拉電池,將民居變成相互連接的巨大虛擬發(fā)電廠。如果這座發(fā)電廠建成,這將是世界上最大的電池、太陽能熱電廠,也是世界上最大的儲電廠。
第一階段是在1100戶家庭進(jìn)行試驗,免費(fèi)安裝5千瓦太陽能電池板和13.5千瓦特斯拉Powerwall2電池,并通過售電進(jìn)行融資。之后,該系統(tǒng)將在2.4萬個家庭中展開。最后,整個南澳大利亞州的家庭都將納入這一虛擬發(fā)電廠。州政府將為該項目。根據(jù)該計劃,全州5萬戶低收入家庭最終將獲得250兆瓦的太陽能電力和6.5千瓦時的電池存儲能力。項目第一階段參與的家庭報告稱,他們的電網(wǎng)消耗減少了70%,電費(fèi)也降低了。第二階段將為另外1000個低收入家庭提供服務(wù)。
日本推廣電動汽車參與的虛擬電廠
除了既有的蓄電設(shè)備之外,數(shù)量越來越多的電動車,也能以V2G方式,成為虛擬電廠之儲能系統(tǒng)的一環(huán)。當(dāng)電力來源的某一方突然停止供電,與虛擬電廠系統(tǒng)連接的蓄電池與電動車等,可瞬間填補(bǔ)電力需求。日本正在推廣這種虛擬電廠的應(yīng)用。
九州電力總合研究所的團(tuán)隊,于2018年12月下旬~2019年1月,與日產(chǎn)汽車、三菱電機(jī)合作進(jìn)行V2G實驗,將5輛電動車的蓄電池,透過充電樁連上輸配電網(wǎng),每輛電動車能以最高6kW的電力進(jìn)行充放電。日產(chǎn)的電動車Leaf也將與辦公大樓或住商混合大樓的電力設(shè)備相連,測試辦公室或住家如何透過電動車的蓄電池調(diào)動電力,以降低尖峰時段的電費(fèi)。
東北電力也在2018年12月~2019年2月,與日產(chǎn)、三井物產(chǎn)、三菱地所合作,在仙臺市的仙臺皇家公園酒店,以2輛日產(chǎn)電動車Leaf與專用充電樁,透過遠(yuǎn)距遙控系統(tǒng)控制充放電,并監(jiān)控蓄電池的電力剩余存量。東北電力將本次實驗的資料,與既有的再生能源發(fā)電的資料,以及氣候條件等相結(jié)合,分析如何用電動車的蓄電池來調(diào)節(jié)易受天候影響的再生能源發(fā)電。
中部電力則于2018年11、12月,與豐田汽車旗下子公司豐田通商在愛知縣豐田市合作,以2輛電動車蓄電池連接上輸配電網(wǎng),透過控制系統(tǒng)進(jìn)行充放電實驗,檢視電動車蓄電池充放電對于電力系統(tǒng)的影響,以及系統(tǒng)發(fā)出指令到實際運(yùn)行的間隔時間等課題。
東京電力公司將向項目參與人員透露電網(wǎng)需求量較低的時間段,便于在該時間段內(nèi)為其愛車充電,并基于其充電的電量獲得相關(guān)的激勵。該項目將統(tǒng)計用戶改變其充電時間段的人數(shù)及變化幅度,幫助平穩(wěn)用電需求波動,所采集到的信息將有助于確定電動車充電最高效的時間段,有助于維持電網(wǎng)穩(wěn)定的用電需求。
未來,可再生能源的應(yīng)用將進(jìn)一步拓展,這是向低碳社會轉(zhuǎn)型的重要內(nèi)容。為了能夠以平穩(wěn)、高效的方式使用可再生能源,該項目將研發(fā)“虛擬電廠(virtual power plants)”,整合并控制用戶端分散的能源資源。電動車潛力巨大,是重要的虛擬電量資源,但需要協(xié)調(diào)車主與電網(wǎng)的充放電時間段。
該合作項目將利用當(dāng)前的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。該項目將用到日產(chǎn)的車載資通訊系統(tǒng),該服務(wù)可便于電動車車主遠(yuǎn)程監(jiān)控其車輛情況,并利用智能手機(jī)應(yīng)用掌控車輛的充電操作。該項目還將用到EVsmart應(yīng)用,為車輛搜索充電網(wǎng)點,收集并管控相關(guān)的信息。