近年來隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)推進，無論是電力生產(chǎn)還是需求都有著越來越大的隨機性。虛擬電廠的出現(xiàn)，則可以最大限度地平抑新能源電力的強隨機波動性，提高新能源的利用率，打破傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中發(fā)電廠之間，以及供給側(cè)和用電側(cè)之間的物理界限。
近日，國網(wǎng)上海市電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院主持申報的《虛擬電廠資源配置與評估技術(shù)規(guī)范》已由國家標準化管理委員會正式批準立項，標志著虛擬電廠領(lǐng)域首個國家標準正式立項。
解決靈活性資源供需問題，是建設(shè)新型電力系統(tǒng)必須攻克的難題，虛擬電廠正是新型電力系統(tǒng)建設(shè)的重要抓手和典型實踐。制定并出臺相關(guān)標準，將對目前虛擬電廠建設(shè)中遇到的諸多問題起到綱領(lǐng)性的指導作用。
可靈活實現(xiàn)削峰填谷
2022年8月，特斯拉公司在缺電情況最為嚴峻的美國加利福尼亞州舉辦了一場緊急響應(yīng)活動，散布在加州各地的2300多名特斯拉用戶通過“虛擬電廠”，將家用儲能設(shè)備“能量墻”(PowerWall)中存儲的電能輸送至最缺電的地方。這些分散的電力在某個時點的輸出功率高達16兆瓦。
這是一次多贏的嘗試：用戶輸出用不完的電，1度電即可掙2美元;虛擬電廠的調(diào)度，緩解了電網(wǎng)在用電高峰時期的巨大壓力。
“虛擬電廠，顧名思義就是一個虛擬化的電廠，它不直接發(fā)電，但是卻起到了‘電廠’的作用。”國網(wǎng)江蘇電科院新能源技術(shù)室主管汪成根博士介紹說，實際上，虛擬電廠就是一套能源管理系統(tǒng)。
傳統(tǒng)電網(wǎng)穩(wěn)定運行了這么多年，已經(jīng)形成一套完備的調(diào)控體系，為何還需要另起爐灶建設(shè)虛擬電廠?
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)根據(jù)用電側(cè)的電力需求對供給側(cè)的發(fā)電進行調(diào)控，供給側(cè)的發(fā)電廠多為數(shù)百萬兆量級的大型火電機組。
汪成根告訴科技日報記者，近年來隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)推進，無論是供給側(cè)的電力生產(chǎn)，還是用電側(cè)的電力需求，都有著越來越大的隨機性，對電力保供工作、系統(tǒng)經(jīng)濟高效運行等帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。
具體而言，在供給側(cè)，近年來的“雙碳”目標以及能源轉(zhuǎn)型，使得風光發(fā)電在能源結(jié)構(gòu)中的占比持續(xù)擴大，“靠天吃飯”的新能源具有隨機性、間歇性和波動性等特點;在用電側(cè)，以空調(diào)大規(guī)模普及為代表的終端電氣化水平持續(xù)提升，以及充電樁等新型負荷不斷涌現(xiàn)，讓預(yù)測用電負荷也變得更加困難。
虛擬電廠的出現(xiàn)，則可以最大限度地平抑新能源電力的強隨機波動性，提高新能源的利用率，打破傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中發(fā)電廠之間，以及供給側(cè)和用電側(cè)之間的物理界限。
虛擬電廠將相對分散的電源、電網(wǎng)、負荷和儲能等進行集成調(diào)控，實現(xiàn)了“源網(wǎng)荷儲一體化”，其等效為一個可控的電源，既能作為“正電廠”向系統(tǒng)供電，也能作為“負電廠”消納系統(tǒng)儲存的電力，靈活實現(xiàn)削峰填谷。
破解綠色能源消納難題
新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)高速增長，綜合能源站、儲能、電動汽車充電樁、智能樓宇、冷熱電三聯(lián)供等多能柔性負荷大量接入電網(wǎng)系統(tǒng)，如何靈活調(diào)度現(xiàn)有資源，提升供電可靠性、經(jīng)濟性和新能源利用率，成為電網(wǎng)面臨的重要難題之一。
汪成根認為，隨著“雙碳”目標的持續(xù)推進，新型電力系統(tǒng)的發(fā)展成為未來趨勢，對可再生能源、分布式發(fā)電的開發(fā)利用得到了前所未有的重視，傳統(tǒng)“源隨荷動”的運行模式亟須向“源荷互動”轉(zhuǎn)變。虛擬電廠能夠提升能源服務(wù)，實現(xiàn)對分布式能源的響應(yīng)分配、靈活挖掘潛力、實時協(xié)調(diào)控制，有效參與電力市場交易，響應(yīng)多樣化的用電需求，在破解清潔能源消納難題、綠色能源轉(zhuǎn)型方面將發(fā)揮重要作用。
國網(wǎng)江蘇電科院自動化技術(shù)室博士易文飛認為，虛擬電廠不僅可以支撐電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，還能延緩或節(jié)約電力投資。根據(jù)國網(wǎng)能源院預(yù)測，較樂觀邊界條件下，我國2025年需求側(cè)資源的技術(shù)可開發(fā)潛力有望達到最大負荷的9%左右，通過虛擬電廠將難以調(diào)度利用的小微資源整合，并參與系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)，能夠有效提升電力系統(tǒng)的靈活性。
“僅依靠傳統(tǒng)電力系統(tǒng)直接調(diào)度管理‘點多面廣’的分布式資源，成本高昂且十分困難，一旦分布式資源在能源供給中的占比達到一定程度，將對電力系統(tǒng)平穩(wěn)運行帶來極大的不確定性。”易文飛說，虛擬電廠的發(fā)展應(yīng)該瞄準小微資源的聚合管理，扮演系統(tǒng)調(diào)度與用戶的中間管理者角色，使分布式光伏、用戶側(cè)儲能、可調(diào)節(jié)負荷等各類資源更好地在系統(tǒng)運行和市場交易中發(fā)揮作用。
國內(nèi)虛擬電廠建設(shè)方興未艾
據(jù)悉，全球首個虛擬電廠項目誕生于2000年，德國、荷蘭、西班牙等5國11家公司共同啟動虛擬電廠項目VFCPP。
近年來，我國虛擬電廠建設(shè)也開始步入戰(zhàn)略發(fā)展階段。2017年5月24日，世界上首套大規(guī)模“源網(wǎng)荷互動”系統(tǒng)在江蘇投運，它的投運標志著我國擁有了世界上最大規(guī)模容量的虛擬電廠。
2021年以來，國家層面的能源規(guī)劃、低碳轉(zhuǎn)型、碳達峰行動方案和新型儲能指導意見等政策中，都明確支持虛擬電廠參與調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)、電力輔助服務(wù)和現(xiàn)貨市場交易等。北京、內(nèi)蒙古、河南等多地將虛擬電廠寫入其“十四五”能源發(fā)展規(guī)劃中。
汪成根表示，國內(nèi)虛擬電廠建設(shè)起步較晚，仍處于初級階段。虛擬電廠的發(fā)展可分為邀約型、市場型和自由調(diào)度型三個階段。目前，我國虛擬電廠仍處于邀約型向市場型發(fā)展的階段，主要通過政府機構(gòu)或電力調(diào)度機構(gòu)發(fā)出邀約信號，由負荷聚合商、虛擬電廠組織資源進行削峰、填谷等需求響應(yīng)。
易文飛認為，虛擬電廠代表了能源數(shù)字化、用電側(cè)資源開發(fā)利用等一系列能源電力系統(tǒng)未來高價值的發(fā)展方向，但當前也有部分服務(wù)商借虛擬電廠的概念包裝其傳統(tǒng)的節(jié)能改造等低技術(shù)密度業(yè)務(wù)。
“當前，關(guān)乎虛擬電廠健康發(fā)展的部分宏觀問題尚未得到解決。”易文飛說，一是虛擬電廠的概念內(nèi)涵、功能形態(tài)未形成權(quán)威、統(tǒng)一的認識，政產(chǎn)學研各界均在各自的專業(yè)和立場上對虛擬電廠進行解讀;二是虛擬電廠參與電網(wǎng)調(diào)度交易責權(quán)邊界還不夠明確，國家發(fā)改委等部門已經(jīng)出臺相關(guān)文件將虛擬電廠認定為輔助服務(wù)市場主體和并網(wǎng)調(diào)度主體，但是未在文件中明確其權(quán)責，電網(wǎng)企業(yè)也未出臺詳細的說明文件，這就使資本方、運營商、電網(wǎng)企業(yè)在虛擬電廠的發(fā)展投入上有所保留;三是虛擬電廠技術(shù)標準體系尚不健全，當前虛擬電廠建設(shè)缺少統(tǒng)一的標準，市場主體的數(shù)據(jù)交互存在壁壘，導致虛擬電廠運行成本高且存在信息安全風險。同時，虛擬電廠并網(wǎng)調(diào)度標準、規(guī)程不明確，導致并網(wǎng)調(diào)度存在困難。
雖然有著諸多需要解決的問題，但虛擬電廠在我國仍然有著非常大的市場潛力，國家以及各省市也在積極探索虛擬電廠的“建廠”路徑。隨著首個國家級標準的正式立項，虛擬電廠正朝健康有序方向蓬勃發(fā)展。
