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前沿|今天我们谈谈虚拟电厂


  《职业经理人周刊》   猎头班长v微博   微信:AirPnP   2017-6-2
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近日,国家发改委和国家能源局发布了一则关于我国2016年至2030年能源革命战略的通知(《能源生产和消费革命战略(2016 – 2030)》),各大媒体争相转发,能源革命一词出现频频出现。这则通知,明确了绿色低碳能源是我国能源接下来十几年的发展方向,意味着我国新能源比例将会持续上升。

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然而,能源革命是一项长期的战略任务,更是一项复杂的系统工程,其对于电能供应是一项极大地挑战。新能源的利用以分布式发电为主,基于新能源的特性,其始终伴随着一定的随机性、间接性和波动性。当分布式能源单独接入目前的传统大电网体系时,电网的安全性和供电可靠性将会受到严重的威胁。为了实现分布式电源的协调控制与能量管理,虚拟电厂(virtual power plantVPP成为了一种必要,那么什么是虚拟电厂呢?

1概念

虚拟电厂是种实现分布式能源(DER大规模接入电网的区域性多能源聚合模式,可实现对大量分布式电源的灵活控制,从而保证电网的安全稳定运行。

从技术层面讲,虚拟电厂并未改变每个分布式能源并网的方式,而是通过先进的控制、计量、通信等技术聚合分布式电源、可控负荷、储能系统、电动汽车等不同类型的分布式电源,并通过更高层面的软件构架实现多个分布式能源的协调优化运行,使其能够参与电力市场和辅助服务市场运营,实现实时电能交易,同时优化资源利用,大大提高供电可靠性。

虚拟电厂的概念更多强调的是对外呈现的功能和效果,这种方法无需对电网进行改造而能够聚合分布式能源对公网稳定输电,并提供快速相应的辅助服务,成为分布式能源加入电力市场的有效方法,降低了其在市场中孤岛运行的失衡风险,可以获得规模经济的效益。同时,分布式能源的可视化以及虚拟电厂的协调控制优化大大减小了分布式能源并网对公网造成的冲击,降低了分布式能源增长带来的调度难度,使使配电管理更趋于合理有序,提高了系统运行的稳定性。

(虚拟电厂的典型结构,来源:《虚拟发电厂研究综述》中国电机工程学报)

分布式能源发电系统按照用途分为家庭型和公用型两类,家庭型发电系统首先需要满足用户自身负荷,当产生电能剩余时才会输送给电网,当产生电能不足时,依然由电网向用户供电。典型的家庭型分布式电源可以是光伏发电设备、小型热电联产设备以及一些应急发电设备等。公用型发电系统作为发电商,其功能即为自身产生电能并输送到电网。典型的公用型发电系统主要包括风电站、光伏电站等新兴能源发电装置。

2关键技术

1、协调控制技术

在分布式能源中占主要部分的可再生能源发电站,如风力发电站、光伏发电站等,由于他们的间歇性和波动性使得发电电能质量和发电经济性成为难点,因此在虚拟电厂控制各种分布式能源发电设备、储能系统以及可控负荷的过程中,对他们的协调控制是最关键的部分。集中控制方式、分散控制方式和完全分散控制方式。虚拟电厂采用集中控制方式时,所有单元的信息都需要通过控制协调中心进行处理和双向通信,采用能源管理系统(EMS)协调机端潮流、可控负荷和储能系统,找到最佳加爵方案,优化电网运行。集中控制方式最容易实现虚拟电厂的最优化运行,但其扩展性和兼容性受到很大局限。分散控制方式能使虚拟电厂模块化,改善集中控制方式下的通信堵塞和兼容性差的问题。完全分散控制方式使得虚拟电厂具有很好的扩展性和开放性,更适合参与电力市场。

以下为三种控制方式的对比:

(虚拟电厂的集中控制结构,来源:《虚拟发电厂研究综述》中国电机工程学报)

(虚拟电厂的分散控制结构,来源:《虚拟发电厂研究综述》中国电机工程学报)

(虚拟电厂的完全分散控制结构,来源:《虚拟发电厂研究综述》中国电机工程学报)

2、信息通信技术

虚拟电厂要采用融合能源流与信息流的双向通信技术,控制中心不仅可以接受各单元的当前状态信息,而且能够向控制目标发送控制信号。应用于虚拟电厂中的通信技术主要基于互联网的技术,如互联网协议的服务、虚拟专用网络、电力线路载波技术和无线技术。根据不同场合和要求,虚拟电厂要应用不同的通信技术。在欧洲进行的一些虚拟电厂项目中,主要应用有互联网虚拟专用网络技术、移动通信技术、GPRS技术和IEC104协议通信技术等。

3、智能计量技术

智能计量技术是虚拟电厂发展中设备应用技术的重要环节,是实现虚拟电厂控制技术的基础。智能计量最基本的作用是自动测量和读取用户住宅内的电、热、气、水的消耗量和生产量,即自动抄表技术,以此来作为虚拟电厂提供电源盒需求侧的信息来源。

3发展现状

目前,VPP技术在欧美发达国家有着较为成熟的发展,在欧美各国已有一些可供借鉴的小规模示范项目。自2001年起欧洲各国就开始开展以集成中小型分布式发电单元为主要目标的虚拟发电厂研究项目,参与的国家包括德国、英国、西班牙、法国、丹麦等。现已实施的虚拟电厂项目包括:德国卡塞尔大学太阳能供应技术研究所的试点项目、欧盟虚拟燃料电池电厂项目、欧盟FENIX项目等。

北美则较少采用虚拟发电厂的概念,而是主要推进利用用户侧可控负荷的需求响应,并已取得令人瞩目的成效:据统计2008年美国的各类需求响应项目可在用电高峰时段减少高达38000MW的负荷。而在亚太地区,走在前端的是澳大利亚。20168月,AGL能源公司宣布在澳大利亚阿德莱德举办一个5兆瓦的虚拟电厂计划。

在我国由于能源体制中发电、输配电、用电三方的相对独立,国内尚未形成相关成熟的VPP成套解决技术,VPP基本处于前期研究阶段。

4未来与展望

针对中国实际情况,对未来开展虚拟电厂仍需要几点进步:

1)虚拟电厂需要用户的参与,因此对于这一概念的宣传还需加深,也需要一定鼓励机制;

2)虚拟电厂的应用需要中国电力市场的进一步完善,为了避免管理和调度混乱,仍需合理规划虚拟电厂的范围和职能;

3)虚拟电厂的发展需要国内拥有合理的竞争机制和有针对性的政策。

根据派克研究公司2014年的报告, VPP市场将在未来几年内继续保持稳定增长,基准情况从2010年的52亿美元增长到2015年的近75亿美元。在更积极的预测情况下,清洁技术市场情报公司预测,同期全球VPP收入可能达到高达117亿美元。

派克研究部高级分析师彼得·阿斯穆斯(Peter Asmus)说:虚拟发电厂代表着能源互联网这些系统利用现有的网格网络为客户量身定制电力供需服务VPP使用一套复杂的基于软件的系统为最终用户和分销公用事业提供最大的价值,它们是动态的,实时提供价值,并能够快速反应客户负荷变化。

5各国虚拟电厂的发展

德国

作为能源互联网发源地的德国,在其能源转型战略中提出明确的弃核期限以及占比非常高的可再生能源发展指标,这意味着其分布式能源的比例也将不断提高,优化控制这些分散的分布式电厂、保持电网稳定成为了德国能源研究中的重点。在虚拟电厂这一概念的应用上,德国也走在前列。科研上,政府的大力支持在全德开展了多个虚拟电厂试点项目和示范研究项目;商业上,越来越多的公司开始进入虚拟电厂领域,除了大公司西门子、博世等等联合传统电力巨头想在通讯服务领域占得头筹,更多的中小型企业也看中了虚拟电厂未来的发展前景,业务涉及能效管理、节能合约、充电设施服务等等。

(来源:交能网)

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