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泛在电力物联网、能源互联网与虚拟电厂

2023-06-12 [458]

安科瑞 鲍静君

  导读:从能源互联网推进受阻,到泛在电力物联网名噪一时,到虚拟电厂再次走向火爆,能源领域亟需更进一步的数智化发展。如今,随着新型电力系统建设推进,虚拟电厂有望迎来快速发展。除了国网和南网公司下属的电力信息化公司外,市场正磨刀霍霍,共探新蓝海。

  6月1日,据南方财经报道,南方电网深圳供电局联合南网科研院,于5月19日至30日运用5G专用切片技术,在国内验证了虚拟电厂调频技术。这标志着,深圳虚拟电厂基本具备了实体电厂功能,将有助于提升城市电力保障能力和新能源消纳能力,为国内虚拟电厂建设及运行输出“深圳经验"。

  尽管我国虚拟电厂建设尚处于概念验证和试点阶段,但由于可为电力稳定供应提供保驾护航的作用,虚拟电厂指数近年以来震荡上升,引发市场广泛关注。同时,伴随着虚拟电厂走红,频迎政策利好,能源物联网企业在2023年的寒气中逆势成长,赢得先机。

  爆火的虚拟电厂,昭示新风口

  今年有多热?据上海市气象局官微消息,5月29日13时09分,徐家汇站气温达36.1℃,打破了百年来的当地5月份气温的纪录。不仅如此,北京、四川、江西、湖南、广东、广西等地也频频发布高温预警。

  伴随着居民用电急剧攀升,叠加工业用电居高不下,尽管发电量连年增长,但我国电力紧张情况仍然持续加剧。今年4月份,我国总发电量6583.5亿千瓦时,同比增长8.18%。然而,据国家能源局预估,2023年全国至大的电力负荷将比去年有较大增长,我国电力供应将呈现紧平衡状态,全国至高用电负荷可能比2022年增加近1亿千瓦,电力保供仍是重要主题。

  在电力资源持续紧张的当下,数智化手段能否为电力系统提供全新助力?答案当然是肯定的,虚拟电厂就在这一背景下乘势而起。通俗来说,虚拟电厂就是虚拟化的发电厂,它并不具备实体发电厂(如火力发电厂)本身 ,而是一种管理模式或者说是一套系统,其核心思想就是把各类分散可调电源和负荷汇聚起来,通过数字化的手段形成一个虚拟的“电厂"来做统一的管理和调度,同时作为主体参与电力市场。

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  虚拟电厂之所以引起关注,在于其可为电力稳定供应提供保驾护航的作用。随着具有间歇性特点的新能源在电力系统中占比提升,电力负荷弹性面临挑战,而虚拟电厂具有聚集资源、调节流向及提高效率等功能,有助提升风光大规模接入时电力系统稳定性及安全性。例如,在用电高峰时,虚拟电厂可实现大批商场负荷与电网的互动,通过将商场室内温度提升1至2摄氏度,在顾客几乎无觉察的情况下,大幅降低商场空调负荷,缓解电网用电压力。

  此外,虚拟电厂能够以更低的成本参与电力系统调节。根据国家电网的测算,通过火电厂实现电力系统削峰填谷,满足5%的峰值负荷需要投资4000亿元,而通过虚拟电厂仅需投资500亿元-600亿元,虚拟电厂的成本仅为火电厂的1/8-1/7。

  在种种优势背景下,虚拟电厂概念股持续攀升。事实上,虚拟电厂早已不是新鲜事物。“十三五“时期,我国就已经开展了虚拟电厂试点工作,部署多个虚拟电厂项目,取得了大量经验和数据。2022年6月山西省能源局发布的《虚拟电厂建设与运营管理实施方案》,明确虚拟电厂的类型、入市流程、技术规范等要求,成为首份省级虚拟电厂实施方案。目前,山西正推动两批合计10个虚拟电厂试点项目,累计可调节容量达400兆瓦。

  去年8月,深圳虚拟电厂管理中心成立,这是国内的虚拟电厂管理中心,标志着深圳虚拟电厂迈入快速发展新阶段。虚拟电厂的走红对于能源电力行业而言并非意外。新京报贝壳财经记者了解到,随着风光大规模接入,虚拟电厂可提升电力系统稳定性及安全性,且成本较火电调峰更低。除此之外,上海虚拟电厂参与的负荷类型多;山东虚拟电厂既可参与辅助服务,也可参与日前现货交易;广东开启需求响应市场化交易……

  近日,国家标准化管理委员会更是发布消息称,《虚拟电厂管理规范》《虚拟电厂资源配置与评估技术规范》两项国家标准获批立项,这意味着我国虚拟电厂建设将有国家统一管理规范。

  尽管虚拟电厂热度蹿升,但我国虚拟电厂建设尚处于概念验证和试点阶段。目前我国的虚拟电厂以邀约型为主,通过政府机构或电力调度机构发出邀约信号,然后由负荷聚合商和虚拟电厂组织资源进行削峰填谷等需求响应,从电网电价补贴中获取收益。这意味着,虚拟电厂市场规模仍然十分有限。在其背后,新型电力系统所承载的能源物联网风口才是更为广阔的市场目标。

  虚拟电厂,能否支撑泛在电力物联网重新起飞?

  自2016年2月以来,我国开始逐步推动能源互联网建设,并先后在全国开展试点,建设效果未能满足预期。缺乏配套的商业模式使得各方资本在实际投资过程中缺乏积极性。

  2018年3月,由国网冀北电力制定的IEC标准虚拟电厂《用例》提案获批正式立项,这是国家电网在虚拟电厂国际标准编制领域的里程碑突破。国网冀北电力将通过制定虚拟电厂国际标准,推动相关科研和技术的发展,探索在促进清洁消纳等技术领域的冀北方案。

  2019年1月,国家电网公司进一步提出“三型两网"发展战略目标,旨在建立智能电网与泛在电力物联网有机联合的国际能源互联网企业。泛在电力物联网建设背景强调建设各级电网协调发展、状态感知、信息处理的坚强智能电网和泛在电力物联网,发挥电网在能源汇集、传输、转换中的枢纽作用,促进清洁低碳发展,促进供需对接,提高系统灵活性。

  虚拟电厂的核心在于聚合与通信。分布式电源、分布式储能、可控负荷、充电桩等不同类型的分布式资源就像是“沙",通过虚拟电厂技术,这些“沙"被聚拢利用、整合协同,形成巨大的“宝藏"。

  一般而言,虚拟电厂为新型电力系统提供平衡服务,而非简单的电能量,其本质是一种市场化管理模式,可通过价格进行电力供需风险管理。虚拟电厂作为一种利用市场激励规则,通过优化、协调和控制等手段,聚合分布式能源参与电力市场与电力系统运行的运营模式,将是促进分布式能源与大电网友好协调优化,促进电力系统清洁化的有效途径之一。

  以上内容节选自微信公众号:数智锐角《深圳经验,趟出了一条电力物联网大道》,作者不二。

  泛在电力物联网、能源互联网与虚拟电厂

  泛在电力物联网的建设为能源互联网构建提供了有力支撑,也为虚拟电厂建设与实施提供了技术驱动力。某种程度上来讲,虚拟电厂是泛在电力物联网的具体形式和基本单元。国家电网2019年发布《泛在电力物联网2020年重点建设任务大纲》到现在,虽然泛在电力物联网和能源互联网建设进展一度放缓,但是一直在为企业的产品生态指导方向。现在随着虚拟电厂的兴起,泛在电力物联网和能源互联网建设的重要性也再度显现。

  安科瑞电气多年来一直深耕企业微电网能效管理,根据泛在电力物联网建设要求,在企业微电网“源-网-荷-储-充"各个环节加大研发投入,从AcrelEMS企业微电网能效管理系统从1.0逐渐迭代到3.0,实现企业微电网的需求管理和负荷管理,结合物联网、大数据技术,可实现企业电网电力监控、能耗统计、负荷预测、照明控制、主要负荷监控、充电桩运营管理、光伏发电监控、储能管理、需求响应等功能,提高企业配电和用电智能化,帮助企业实现用电可靠、安全、节约、有序用电,AcrelEMS可以作为虚拟电厂的子系统,促进虚拟电厂的快速发展。

图1 AcrelEMS企业微电网能效管理系统

  

  AcrelEMS企业微电网能效管理系统

  ① 配电监控

  AcrelEMS对企业高低压变配电系统的变压器、断路器、直流屏、母排、无功补偿柜及电缆等配电相关设备的电气参数、运行状态、接点温度进行实时监测和控制,监测企业微电网主要回路的电能质量并进行治理,对故障及时处理并发出告警信息,提高企业供电可靠性。

图2 配电监控

  ② 光伏发电监控

  监测企业分布式光伏电站运行情况,包括逆变器运行数据、光伏发电效率分析、发电量及收益统计以及光伏发电功率控制。

图3 光伏发电监控

  ③ 储能管理

  监测储能系统(EMS)、电池管理系统(BMS)和储能变流器(PCS)运行模式、控制策略,监测电池电流、温度、SOC/SOH,检测直流系统绝缘状况,并根据企业峰谷特点和电价波动以及上级平台指令设置储能系统的充放电策略,控制储能系统充放电,实现削峰填谷,降低企业用电成本。

图4 储能系统监控

  ④ 功率预测

  系统基于历史负荷数据,结合天气因素、企业生产计划等,预测企业下个周期的功率需求和光伏发电功率曲线,为企业提前安排能源计划、申报需求响应提供数据支持。

图5 发电功率预测

  ⑤ 能耗分析

  采集企业电、水、燃气等能源消耗,进行分类分项能耗统计,计算单位面积或单位产品的能耗数据以及趋势,对标主要用能设备能效进行能效诊断,计算企业碳排放,为企业制定碳达峰、碳中和路线提供数据支持。

图6 能耗分析功能

  ⑥ 照明控制

  智能照明控制功能可以根据企业情况实现定时控制、光照感应控制、场景控制、调光控制等,并结合红外传感器、超声波传感器,实现人来灯亮、人走灯灭,并可以根据系统的控制策略实现集中控制,为企业节约照明能耗。

图7 照明控制功能

  ⑦ 充电桩管理

  监测企业充电桩的运行状态,提供充电桩收费管理和状态监测功能,并根据企业负荷率变化和需求侧管理平台指令调节充电桩功率,有序用电,并响应上级平台的功率需求。

图8 充电桩管理

  ⑧ 需求响应

  根据企业负荷波动数据,再结合上级平台的调度指令,决定以何种方式参与电网需求响应,平台可通过给储能系统下发控制策略,调整充发电时间。平台在需求响应时间段调整可控负荷功率,停止给可中断负荷供电,并且可以根据企业可控负荷数据制定需求响应控制策略,实现一键响应。

  企业微电网能效管理系统硬件设备

  安科瑞具备能源互联网“云-边-端"的产品生态系统,终端设备包括智能网关、高低压配电综合保护和监测产品、电能质量在线监测装置、电能质量治理、分项计量、照明控制、新能源充电桩、电气消防类解决方案等,可以为企业微电网能效系统提供一站式服务能力。

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  结束语

  从能源互联网概念提出,到泛在电力物联网兴盛一时,再到虚拟电厂走向火爆,能源领域亟需更进一步的数智化发展。如今,随着新型电力系统建设推进,虚拟电厂有望迎来快速发展,随之企业侧的能源数字化也将迎来新一轮的高潮。