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虚拟电厂助力新型电力系统
2021-04-07分类:能源互联网 / 智慧电厂来源:郎木晨烟 电力市场那些事儿

3月15日的中央财经委会议提出:要构建清洁低碳安全高效的能源体系,控制化石能源总量,着力提高利用效能,实施可再生能源替代行动,深化电力体制改革,构建以新能源为主体的新型电力系统。于是乎,新型电力系统就成为3月份的行业热词。

       传统电力系统有两个基本特点:同步电源为主、电源少负荷多。单个负荷需求易变,但由于数量众多,整体负荷的波动性受到平抑,呈现概率特征,可以进行有效分析、预测;同步电源具有阻尼系数、惯量特征,且数量相对较少,具有良好的可控性。综上两方面,电力系统呈现“源随荷动”,传统的调度控制、市场交易都是围绕这个特点开展的。

       新型电力系统改变了这一切,或者说这一切的改变带来了新型电力系统。

      首先,电源结构转型,同步电源为主向新能源为主转型,新能源特指风电、
光伏,不含水电、核电、生物质发电等。间歇性、波动性电源比重逐步提高并将占据主体地位,增加了调度控制的难度。与此同时,市场规则、设计交易也要相应调整、修正,提供针对灵活性电源、备用电源的有效价值衡量手段并予以补偿。

       其次,电力供需方式变化,分布式电源点大大增加,产销者的出现使得负荷特性变得复杂,同时,增加了储能这一新的资源形式。单向的电力流变成了多向,源随荷动变成源网荷储互动,传统的调度、交易模式必须调整以顺应这些改变,一些新的技术业态将获得市场机会。

       虚拟电厂就是本人最看好的技术业态,但并非无往而不利。大规模、集中式的可再生能源发电的消纳问题,虚拟电厂就无能为力,还得需要大电网的高效调控、灵活性电源的有效部署等手段、措施,例如:加大跨区输送清洁能源力度(十四五规划建成7条特高压直流)、持续提升系统调节能力(到2025年,公司经营区抽水蓄能装机超过5000万千瓦)、优化电网调度运行(统筹送受端调峰资源,完善省间互济和旋转备用共享机制)、发挥市场作用扩展消纳空间(深化省级电力现货市场建设,完善省间交易体系)[1]。

       虚拟电厂的应用场景在哪儿呢?应该在负荷侧,分布式电源点附近,按照国家发改委、能源局发布的“关于推进电力源网荷储一体化和多能互补的指导意见”的说法,属于园区级范围[2],该区域的资源具有如下特点:

       1.单个规模小且地理位置分散,电网调度、市场交易机构要么“看不到”,要么“看不上”;

      2.形态复杂、多样,或产,或储,或消,或兼而有之,且输出“任性”。采用常规调控、交易手段,相当于切豆腐用青龙偃月刀,切不好还浪费资源。

     3.资源所有方专业能力欠缺,需要定制化的技术支持,一定程度上相当于能源托管服务。由传统的电网运营机构来提供这项服务,不现实!

      新型电力系统中,绿色-安全-经济的不可能三角无处不在。在不同的场景下,有不同的表现形式,需要不同的应对措施。局部区域内,为实现新能源的高效消纳、降低用电成本、保证可靠用电,同时助力大电网安全稳定运行(至少不添太多的麻烦),第三方运营机构作为“缓冲层”是必须的。所谓第三方,可以是售电公司,也可以是综合能源服务方,可以是负荷服务商(LSE),都可以称之为虚拟电厂运营商。所谓的缓冲,体现为两方面的意思:

       其一,运行层面的缓冲。虚拟电厂运营商通过内部控制,实现本地新能源发电与储能、负荷之间的最大化匹配,最大化本地消纳。减少与外部的电力潮流的波动性、随机性,对于外部调度机构来说,虚拟电厂呈现为“单一“、”稳定”的电源或负荷,可以施以常规的调度控制手段。

       其二、市场层面的缓冲。虚拟电厂对于通过聚集局部资源,对其进行有效整合、运行,并建立本地分布式交易市场。首先通过内部交易实现用电成本的下降,进而参与外部电力市场,按照最优策略报价以最大化获取收益,并在内部成员(包括运营商自己)之间进行公平、合理的分享。

      目前来看,由于国内现货市场不成熟,缺少有效的、波动的电价信号,虚拟电厂的盈利时机还没有到来。但是,在碳达峰、碳中和的大背景下,分布式可再生能源发电的发展趋势不可阻挡,且颗粒度会进一步变小,更多的户用、屋顶光伏发电不再满足自我消纳,隔墙售电、分布式交易的诉求会加强,对电网企业的影响也会与日俱增,虚拟电厂技术的应用必将迎来春天!

       [1].国家电网公司,“碳达峰、碳中和”行动方案;

       [2].国家发改委、能源局,关于推进电力源网荷储一体化和多能互补的指导意见,源网荷储分为区域(省)级、市(县)级和园区(居民区)级三类;

       附:各方对新型电力系统的阐述汇总

      1. 中国华能集团董事长、中国工程院院士舒印彪认为,新型电力系统具备四方面的基本特征:广泛互联、智能互动、灵活柔性、安全可控。

     2. 中国工程院院士、华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室主任刘吉臻认为:以新能源为主体的电力系统的运行方式会发生根本性的变革,电力系统设计、分析、运行、控制等,需要构建新的理论、新的技术。要构建以新能源为主体的电力系统,不能简单理解为狭义的发、输、配、用,经济、法律等领域也需展开研究;未来的电力系统也不能狭义地理解为单纯增加新能源发电装机,需要材料、装备、系统等领域同步发展。

     3.华北电力大学教授、能源互联网研究中心主任曾鸣认为:以新能源为主体的新型电力系统应以风电、
太阳能发电等新能源为主体,以煤电、气电等化石能源为辅助,以辅助性电源支撑大规模波动性、间歇性风、光出力有效消纳的新型电力系统。其应具备横向多能互补、纵向源网荷储协调的基本特征。新型电力系统应以综合能源的发展理念,优化配置供给侧各类电源配比,加强系统源网荷储各环节协调,提升需求侧资源响应能力,以有效应对大规模波动性、间歇性风、光电力的馈入。

     4.南方电网公司董事长孟振平撰文,为落实碳达峰/碳中和目标、构建新型电力系统,十四五期间南网要重点做以下方面的工作:大力支持非化石能源发展,推动能源供给侧结构转型;全面服务能源消费方式变革,推动能源利用效能提升;加快构建现代化电网,提升清洁能源资源优化配置能力;推动低碳新技术创新发展,服务构建低碳新模式、新业态;推动南方区域统一电力市场建设,服务构建适应低碳发展的体制机制。

     5.国网公司董事长辛保安。3月22日,国家电网有限公司党组召开会议,传达学习贯彻习近平总书记在中央财经委员会第九次会议上的重要讲话精神。辛保安强调,要牢牢把握“十四五”碳达峰的关键期、窗口期,坚持系统观念,发挥龙头作用,推动构建以新能源为主体的新型电力系统。

     第一,打造坚强智能电网是关键。要围绕清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好,推动电网向能源互联网升级,加快构建坚强骨干网架,推进各级电网协调发展,深化先进信息通信技术、控制技术和能源技术融合应用。

     第二,推进源网荷储协同互动是支撑。统筹好电源侧、电网侧、用户侧功能与需求,推动合理安排新能源发展规模、布局和时序,促进新能源与电网、新能源与灵活调节电源协调发展,因地制宜发挥好微电网作用,切实提高电力系统整体运行效率。

      第三,发挥体制优势是保障。要统筹发展与安全,坚持巩固和发展好电网统一规划、统一调度、统一管理的体制优势,深化电力市场化改革,推动形成科学合理的价格形成机制,构建统一开放、竞争有序的全国统一电力市场。 

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