什么是虛擬電廠,？
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近日,，冀北虛擬電廠示范工程試點(diǎn)建設(shè)任務(wù)正式啟動(dòng),，一期示范工程以秦皇島為試點(diǎn)，后期將擴(kuò)大至張家口等區(qū)域,，為建設(shè)世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)打造“樣板間”,，推動(dòng)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)落地。
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(shí)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(chǔ)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(chǔ)能裝置聚合成一個(gè)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(jià)值和效益,。虛擬電廠主要由發(fā)電系統(tǒng),、儲(chǔ)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(shí)物ID應(yīng)用,、精準(zhǔn)主動(dòng)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(tái)為例,，對(duì)于可以應(yīng)用入口將能效服務(wù)共享平臺(tái),、省級(jí)客戶側(cè)用能服務(wù)平臺(tái)、新能源大數(shù)據(jù)平臺(tái),、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(duì)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(jì)量,、計(jì)費(fèi)、交易,、運(yùn)維等平臺(tái)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(tái),、構(gòu)建能源生態(tài)體系等11個(gè)重點(diǎn)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(diǎn)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(shí)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(xiàng)“虛擬電廠”標(biāo)準(zhǔn)獲得國際電工委員會(huì)(IEC)批準(zhǔn)立項(xiàng)，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(gè)電力“智能管家”,。能在光伏等分布式能源有間歇性時(shí),，通過儲(chǔ)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(dòng)傳統(tǒng)電網(wǎng)向新一代電力系統(tǒng)升級(jí)成為趨勢(shì),。
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(shí)體存在的電廠形式,，卻真有一個(gè)電廠的功能,，而且是遠(yuǎn)超傳統(tǒng)實(shí)體電廠的功能，因?yàn)樗蚱屏藗鹘y(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(chǔ)售服一體化(即電源、電網(wǎng),、負(fù)荷,、儲(chǔ)能、銷售,、服務(wù)的聚合體)的清潔智慧能源管理系統(tǒng),，是對(duì)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(gè)看不見的電廠,，是一個(gè)分散的能源聚合體,。在這個(gè)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(gè)擁有電動(dòng)汽車的用戶，晚上電力相對(duì)富余,、電價(jià)也較低時(shí)給汽車充電,，白天電力相對(duì)緊張,、電價(jià)也較高時(shí)可以賣到電網(wǎng)。在這樣一個(gè)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(dòng)系統(tǒng)初步建成,，一期工程共接入810個(gè)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(shí)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(shí)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(dòng)系統(tǒng)”在江蘇投運(yùn),，整個(gè)系統(tǒng)涉及華東區(qū)域的8個(gè)特高壓直流子站,，8個(gè)抽水蓄能子站，蘇州南部地區(qū)1個(gè)江蘇切負(fù)荷控制中心站,、4個(gè)500 kV分區(qū)切負(fù)荷控制子站,、252個(gè)電網(wǎng)側(cè)變電站以及810個(gè)負(fù)荷用戶控制終端。當(dāng)天,，按照華東電網(wǎng)實(shí)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(dòng)系統(tǒng)”統(tǒng)一調(diào)度控制,，實(shí)時(shí)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(shí),，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(gè)控制主站,、8個(gè)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(duì)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(chǔ)能電站,。電源類型多元化,，控制對(duì)象更加豐富，毫秒級(jí)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(dòng)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(gè)控制子站,，23戶燃煤電廠可中斷輔機(jī)以及10戶儲(chǔ)能電站的毫秒級(jí)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(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)改造后的現(xiàn)場整體聯(lián)調(diào)工作及實(shí)切用戶試驗(yàn),、實(shí)切時(shí)間測量實(shí)驗(yàn)等工作,。“目前毫秒級(jí)控制總?cè)萘窟_(dá)到260萬千瓦,，控制對(duì)象共計(jì)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(jì)增供電量49.896億千瓦時(shí),，累計(jì)新增銷售額27.4428億元，累計(jì)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(tái)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(shí)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(gè)省級(jí)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(diǎn)等領(lǐng)域加強(qiáng)合作。項(xiàng)目鼓勵(lì)客戶利用家電海量微負(fù)荷參與電網(wǎng)互動(dòng),，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(gè)比方。例如,，晚上睡覺的時(shí)候,，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)室溫調(diào)節(jié)空調(diào)溫度;或者在用電高峰的時(shí)候，自動(dòng)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(shí)現(xiàn),，有的可以通過國網(wǎng)電力的虛擬電廠系統(tǒng)實(shí)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(gè)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(gè)“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(gè)項(xiàng)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(jì),、上海騰天節(jié)能技術(shù)有限公司參與實(shí)施的《上海黃浦區(qū)商業(yè)建筑虛擬電廠示范項(xiàng)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(shí),，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(duì)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(duì)能耗實(shí)時(shí)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(shí),，占上海市社會(huì)領(lǐng)域用電總量的40%,。
臺(tái)風(fēng)“溫比亞”于8月17日在上海登陸，全市啟動(dòng)預(yù)警,，國家級(jí)需求側(cè)管理示范項(xiàng)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(shí)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(xiàng)目-“黃浦區(qū)虛擬電廠”正有條不紊地組織實(shí)施一次“虛擬發(fā)電”,，通過虛擬電廠運(yùn)營調(diào)度平臺(tái)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(diǎn)同一時(shí)間投入運(yùn)轉(zhuǎn),，合理調(diào)節(jié)各自空調(diào),、照明、動(dòng)力使用負(fù)荷,，削減高峰電力,，保障安全的電力空間，1小時(shí)實(shí)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(shí)驗(yàn)
位于德國中北部的哈茨山脈的可再生能源示范項(xiàng)目——RegModHarz項(xiàng)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(xiàng)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(dòng)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(xiàng)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(xiàng)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(duì)于數(shù)據(jù)變化能夠快速反應(yīng)。在考慮發(fā)電端的同時(shí),，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(chǔ)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(shí),，BEMI系統(tǒng)還可以通過無線控制開關(guān)的插座,，當(dāng)電價(jià)發(fā)生變動(dòng)時(shí)，可以通過無線控制來調(diào)控用電時(shí)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(jì)的一套能源管理系統(tǒng)，萊茵集團(tuán)可以將數(shù)十個(gè)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(jì)算機(jī)進(jìn)行交易，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供電,，并獲得補(bǔ)貼,。。在滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí),，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(gè)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(gè)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(chǔ)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(gè)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(chǔ)電廠。
第一階段是在1100戶家庭進(jìn)行試驗(yàn),，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(gè)家庭中展開,。最后，整個(gè)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(xiàng)目,。根據(jù)該計(jì)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(shí)的電池存儲(chǔ)能力,。項(xiàng)目第一階段參與的家庭報(bào)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(gè)低收入家庭提供服務(wù),。
日本推廣電動(dòng)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(dòng)車,，也能以V2G方式,，成為虛擬電廠之儲(chǔ)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(dòng)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(duì),，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(shí)驗(yàn),，將5輛電動(dòng)車的蓄電池，透過充電樁連上輸配電網(wǎng),，每輛電動(dòng)車能以最高6kW的電力進(jìn)行充放電,。日產(chǎn)的電動(dòng)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(dòng)車的蓄電池調(diào)動(dòng)電力,，以降低尖峰時(shí)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(tái)市的仙臺(tái)皇家公園酒店，以2輛日產(chǎn)電動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(dòng)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(dòng)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(shí)驗(yàn),，檢視電動(dòng)車蓄電池充放電對(duì)于電力系統(tǒng)的影響,，以及系統(tǒng)發(fā)出指令到實(shí)際運(yùn)行的間隔時(shí)間等課題。
東京電力公司將向項(xiàng)目參與人員透露電網(wǎng)需求量較低的時(shí)間段,，便于在該時(shí)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(lì)。該項(xiàng)目將統(tǒng)計(jì)用戶改變其充電時(shí)間段的人數(shù)及變化幅度,，幫助平穩(wěn)用電需求波動(dòng),，所采集到的信息將有助于確定電動(dòng)車充電最高效的時(shí)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(huì)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(xiàng)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(dòng)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(shí)間段,。
該合作項(xiàng)目將利用當(dāng)前的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。該項(xiàng)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(dòng)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(xiàng)目還將用到EVsmart應(yīng)用,，為車輛搜索充電網(wǎng)點(diǎn),，收集并管控相關(guān)的信息,。
（來源：北極星儲(chǔ)能網(wǎng)）
