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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、交易、運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)濟運行水平、促進清潔能源消納、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，緩解棄風棄光，促進清潔能源消納。

2018年10月，由國家電網(wǎng)主導(dǎo)發(fā)起的兩項“虛擬電廠”標準獲得國際電工委員會(IEC)批準立項，成為全球這一領(lǐng)域首批國際標準，填補了行業(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)運行的復(fù)雜性、不確定性顯著增加?！疤摂M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，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個江蘇切負荷控制中心站、4個500 kV分區(qū)切負荷控制子站、252個電網(wǎng)側(cè)變電站以及810個負荷用戶控制終端。當天，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，實時填補了負荷缺口。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)荷示范工程二期擴建投入運行。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、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_到200萬千瓦。

2018年5月28日，由南瑞集團承擔建設(shè)的國內(nèi)首套“大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動系統(tǒng)”三期擴建工程投入試運行，標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、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_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)濟效益顯著。在負荷控制能力方面，相當于4臺百萬千瓦火電機組，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)域加強合作。項目鼓勵客戶利用家電海量微負荷參與電網(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，精細化調(diào)解用戶用電，從而省下了大量電力，相當于再造一個“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行，“發(fā)電”能力達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)模的一次試運行，參與樓宇超過50棟，釋放負荷約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“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。8月17日12：00—13：00正值電力負荷高峰時段，黃浦區(qū)發(fā)改委承擔建設(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)點同一時間投入運轉(zhuǎn)，合理調(diào)節(jié)各自空調(diào)、照明、動力使用負荷，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荷20.12MW，其中科技京城削減負荷達到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家配電運營商、4家電力零售商以及1家輸電商運營。項目中，虛擬電廠與分散式電源進行通訊連接，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)傳輸標準，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。

萊茵集團開始運營第一家商用規(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)電機組產(chǎn)生的電力打包成較大的供應(yīng)量，再通過計算機進行交易，實現(xiàn)穩(wěn)定供電，并獲得補貼。。在滿負荷生產(chǎn)時，其虛擬電廠的發(fā)電量可達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。這里著風力渦輪機、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)的準許，在國家電網(wǎng)的平衡機制中運行虛擬電廠(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戶家庭進行試驗，免費安裝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隊，于2018年12月下旬~2019年1月，與日產(chǎn)汽車、三菱電機合作進行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。

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程監(jiān)控其車輛情況，并利用智能手機應(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。