虚拟电厂能缓解高峰用电紧张吗?

本文转自：鲁中晨报虚拟电厂能缓解高峰用电紧张吗?

入夏以来,全国多地持续高温天气,居民用电负荷也快速增长。今年以来,多份政策文件相继出台,支持虚拟电厂建设。那么,被频频提及的虚拟电厂究竟是何“秘密武器”?它能缓解社会高峰用电紧张吗?

大规模储存电能

是世界性难题

当前,经济回升叠加高温天气,使能源电力安全保供压力加大。在近日国新办举行的国务院政策例行吹风会上,国家发展改革委副秘书长欧鸿表示,入夏以来全国日调度发电量三创历史新高,最高达到301.71亿千瓦时,较去年峰值高出15.11亿千瓦时；全国最高用电负荷两创历史新高,最高达到13.39亿千瓦,较去年峰值高出4950万千瓦。

能源保障和安全事关国计民生。缓解用电高峰的供应压力,是国际通用的应对尖峰负荷最经济手段。用电高峰往往与极端高温或极寒天气密切相关。一年之中的用电负荷并不均衡,夏天是空调使用高峰,也是用电负荷最高的季节,冬天的电负荷波动相对较小,春秋两季的用电负荷一般较低。总的来看,一般上午7点到晚上11点为用电高峰,晚上11点至次日7点为用电低谷。用电高峰在白天,低谷在晚上,这样就可能造成白天电不够用、晚上电用不完的问题。针对此现象,电力系统普遍的做法是进行削峰填谷,例如一些重点耗能企业白天少开工、晚上多作业,达到优化节约能源使用的目的。

有人提出,直接把低谷时段的电能储存起来,等需要的时候再用不就行了吗?但现实情况是,电能的大规模储存一直是个世界性的难题。

所谓电能储存,主要是指将电能转化为化学能、势能等其他形态,在需要的时候将这部分能量释放出来。日常生活中最常见的储能设备就是蓄电池,大到电动汽车,小到充电宝,我们都经常会遇到或使用到。但是,电池的应用场景目前大多仅限于此。

近年来,我国用电负荷不断攀升,除增加供给调节能力外,需求侧也在不断发挥调节潜力。国家发改委持续推动电力需求侧响应工作,电动汽车、新型储能、分布式电源、虚拟电厂等需求侧新主体新业态不断涌现。同时,国家还出台政策鼓励各类经营主体积极参与市场化需求响应,通过自主调节用电来获取相应收益。

虚拟电厂究竟是什么

1831年,迈克尔·法拉第发明的发电机开创了人类发电的先河,将机械能转换为低电压下的电磁动力,这一伟大发明启发了托马斯·爱迪生和约瑟夫·斯旺等科学家,他们随后的发现使大规模发电成为现实。1882年,世界上第一座火力发电厂霍尔本高架发电站(又称爱迪生电灯站)诞生,电厂以煤为原料,通过锅炉产生蒸汽后驱动汽轮机发电。这座发电厂近千盏白炽灯,照亮了从霍尔本马戏团到圣·马丁大酒店的街道,后又扩大发电规模,为附近的私人住宅提供照明。时至今日,人类社会的电力供应模式与此一脉相承,总体上是由较为集中的发电厂向周围电力用户辐射输送电力。

如今,一种新型的资源整合形式“能源聚合商”正在进入人们视野,它更为通俗的称谓是“虚拟电厂”。与传统电厂单纯依靠某种自然环境资源(如风、水、阳光)相比,虚拟电厂的构成资源更加多样化,具有环保性,且在未来电力市场中更具竞争力,可为电力系统发展乃至行业转型提供新思路。

虚拟电厂的相关概念,最早由西蒙·阿韦布赫博士于1997年提出。此后,各界专家学者从不同形态维度进行探索,给出了多种定义。

有的学者认为,虚拟电厂是分布式能源的集合,以传统发电厂的角色参与电力系统运行；有的学者认为,虚拟电厂是对电网中各种能源进行综合管理的软件系统；有的学者认为,虚拟电厂是能效电厂,通过减少终端用电设备和装置的用电需求来产生“富余”的电能,即通过在用户侧安装提高用电能效的设备,达到建设实际电厂的效果；还有的学者认为,虚拟电厂是动态聚合各种能源的能源互联网。

综合现阶段各类理论探索和工程示范情况,虚拟电厂是一种通过先进信息通信和监测控制技术,实现海量分布式新能源、储能系统、可控负荷、电动汽车等聚合和协调优化,作为一个特殊电厂参与电网运行和电力市场的电源协调管理系统,对外表现为“一个具备可控性的电源”。它既可作为“正电厂”向系统供电和顶峰,又可作为“负电厂”通过负荷侧响应以配合系统填谷；既可快速响应指令、配合保障系统稳定并获得经济补偿,也可等同于电厂参与容量、电量、辅助服务等各类电力市场获得经济收益。

“虚拟”二字意味着并非实体,所以虚拟电厂并不是真正意义上的发电厂,而是一种基于能源互联网技术的“看不见的电厂”。简而言之,就是可以通过物联网、云计算等技术,将用电方、储能方、分布式电源聚合起来,使众多“小型电站”组合成一个发电量可观的虚拟电厂,实现电力的弹性调整。

为何要发展“看不见的电厂”

近年来,我国多地夏季高温天气不断,伴随着极端高温的,是社会整体用电负荷的持续攀升。根据中国电力企业联合会分析,2023年全国最高用电负荷预计约13.7亿千瓦,较去年同期增加8000万千瓦左右,若出现极端情况,全国最高用电负荷可能较去年同期增加约1亿千瓦。

在电力消费旺盛、电力供应偏紧的背景下,虚拟电厂建设获得了国家政策的大力支持。2015年和2016年,国家发改委、国家能源局先后发布了《关于促进智能电网发展的指导意见》《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》等文件,提出研究推广虚拟电厂技术及能源虚拟化技术,因地制宜开展虚拟电厂试点示范。2023年5月,国家发改委发布《电力需求侧管理办法(征求意见稿)》,提出建立和完善需求侧资源与电力运行调节的衔接机制,逐步将需求侧资源以虚拟电厂等方式纳入电力平衡,提高电力系统的灵活性。可以预见,虚拟电厂作为整合分布式资源、挖掘需求侧潜力的重要手段,其价值和作用将愈发受到各方的重视,虚拟电厂会逐步走进现实。

目前,我国虚拟电厂项目总体处于前期试点研究阶段。“十三五”期间,江苏、上海、河北、广东等地相继开展了电力需求响应和虚拟电厂的试点。在电力供需不匹配的情况下,通过一定的激励措施,让用户主动改变自己的用电方式和用电行为,参与供需调剂,可以减轻电力系统的压力。虚拟电厂对于电网、用电负荷、发电、产业链等方面具有积极作用,其中电网和用电负荷跟百姓生活直接相关。

对于电网而言,虚拟电厂有助于提升电网的安全稳定运行。在电网调峰方面,虚拟电厂通过资源动态聚合和集中协调优化参与削峰填谷,实现日内更短时间尺度响应,精准削减负荷高峰、填充低谷负荷,有助于优化电网运行。

对用电负荷侧而言,虚拟电厂有助于优化供电服务、降费增效。比如,对于大型工商业企业来说,通过虚拟电厂提供的节能服务,可以掌握自身能源管理状况及用能水平,排查节能障碍和浪费环节,从而达到节能减排、提高经济效益的目的。在一定程度上,虚拟电厂可以替代应急电源车,作为重要的政府部门、公用事业部门、工商业企业等的应急电源供应商,满足其可靠供电的要求,获取应急电源服务收益。例如,在暴雨恶劣天气,由于光伏发电量下降、设备故障等原因出现电力供应缺口,可通过发挥所在区内虚拟电厂的调节能力,降低可调资源的用电需求,利用市场经济的方式促进电力供需平衡。

以“能源定制”

降低家庭开支

如何把用户需求侧的“潜力股”集合利用起来,是未来电力资源调配的重要方向。随着分布式光伏、用户侧储能(包括家庭储能、工商业储能、储能充电桩等)、电动汽车充电桩的发展,电力用户侧的灵活性愈发提升,数字化程度不断提高,各类资源呈现数量多、单体小、类型杂等特点,难以直接参与电力系统运行和相关交易。如何唤醒、优化、发挥这些海量的用户侧资源,使其有效参与电网运行和市场交易,建立低碳、安全和经济的新型电力系统,需要一个能协同用户侧资源优化运行控制和市场交易的“智能管家”。

这个“智能管家”就是虚拟电厂。即使是一户家庭、一辆电动汽车,也能成为虚拟电厂的一部分。和共享经济类似,虚拟电厂也是通过信息化协调方式,将海量分散的资源“聚沙成塔”。打个比方,极端高温天气预警时,虚拟电厂可以根据用电缺口调节需求,向用户发出邀约,调配多余的电量解燃眉之急。再比如,电动汽车充电期间,虚拟电厂可根据电力市场价格波动情况,实时优化充放电策略。

另外,很多家庭中都有空调、洗衣机、热水器、电动汽车,每个设备都需要电力供应,但它们的用能时间、时长、需求量有一定差异,对电网供电压力的影响也存在区别。虚拟电厂所起的作用,便是可以迅速根据不同设备的状态、需求、市场价格、天气情况等信息,精细化地实现智能调配。

就技术而言,大部分虚拟电厂试点实现了初步的用户监测,但还没有完全实现对优化调度和分布式能源的闭环控制。同时,我们还需耐心培育成熟的市场服务和可持续发展的市场环境。