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提升能源需求侧响应能力——虚拟电厂简析

国家能源局印发的《2022年能源工作指导意见》提出:提升能源需求侧响应能力;引导电力用户参与虚拟电厂、移峰填谷、需求响应;优化完善电网主网架,在

国家能源局印发的《2022年能源工作指导意见》提出:提升能源需求侧响应能力;引导电力用户参与虚拟电厂、移峰填谷、需求响应;优化完善电网主网架,在关键节点布局电网侧储能;鼓励用户投资建设以消纳新能源为主的智能微电网等。

虚拟电厂是指通过分布式能源管理系统将配电网中分散安装的风、光等清洁能源、可控负荷和储能系统合并,依靠智慧电网做技术支撑,以“电厂模式”进行管理运营。具体简要分析如下。

虚拟电厂(VPP)核心价值是“大脑”功能

1、虚拟电厂是运用“云计算”技术,通过聚集优化分布式能源。

(DER)组成一种特殊电厂,通过在峰值负荷期间智能匹配单个机组发电量,减轻电网负荷,参与电网协调,同时虚拟电厂发电量可以在电力市场交易,具有“双向性”。虚拟电厂核心是“通信”和“聚合”。虚拟电厂的成熟示例存在于美国、欧洲和澳大利亚。

2、虚拟电厂的基本骨架是分布式能源,分布式能源的基础是储能。因此,储能技术是虚拟电厂的核心要素。

储能是虚拟电厂的“电池库”

从具体应用端看,储能关键在于要实现合理“利用”:

1、储能的本质是一种特殊负荷。在合适的网络节点进行配置,可以有效地弥补源、网、荷关键环节灵活性不足的问题,保障局部系统的稳定运行。

2、储能装置发电量主要补充系统尖峰负荷的少量电量,用很小的投入,解决大电网的调峰难题,达到“四两拨千斤”的效果。

3、“不用即是储”。固定式储能投入较大,在新型电力系统中,可中断负荷也是储能。在源网荷互动的产业链条上,应优先挖掘用户侧的灵活性(可中断、可降低、可提升),其次是充分利用发电侧和大电网的灵活性,储能装置应该是用于配网平衡的选择。

智网融合是虚拟电厂的“调度室”

1、传统模式限定了新能源消纳天花板。当风电、光伏发电量占比达到30%至40%时,大电网系统的频率、电压、功角稳定极限及成本决定了其消纳新能源的天花板。因此,分布式、微电网与大电网的融合发展将成为未来电力系统的重要支撑。

2、大电网+局域网+微电网模式。推动分布式、微电网与大电网融合发展。加强数字技术应用,通过分布式可再生能源+储能系统建设,构建基于传统电网物理架构的数字电网。就近取材、就地消纳,减少对大电网的波动,形成多个独立微网(智能微电网),各个微电网之间互相备用支撑,实现“绿能”身边取用。

智网核心技术是虚拟电厂高质量运行的“安全阀”

1、源网荷储双向互动技术。通过数字化技术赋能,推动“源随荷动”向“源荷互动”转变,实现源网荷储多方资源的智能友好、协同互动。

2、虚拟同步发电机技术模块。通过在新能源并网中加入储能或运行在实时限功率状态,为系统提供调频、调压、调峰和调相支撑。

3、可发电储能技术。长时储能与大型风光项目的组合将大概率替代传统化石能源,成为基础负载发电厂,对零碳电力系统中后期建设产生深远的影响。

4、虚拟电厂技术。组成元素是分布式能源、微网、储能,虚拟电厂将成为电力系统平衡的重要组成。

5、其他技术。新能源直流组网、直流微电网、交直流混联配电网等技术(平衡电相、电压、功率角等)的研发与突破,为电力系统的安全稳定运行提供保障。

智慧电网是虚拟电厂的“高速路”

1、智慧电网三要素。用户端分布式电源源网荷储一体化;独立的储能电站与直流微电网应用;聚合分布式电源和用户的虚拟电厂。是配电网交互性双向电流的重构基础。

2、构建“光伏+”生态能源体系场景。利用屋顶、车棚顶、建筑外立面、水面、设施农业等资源,通过水风光互补、渔光农光互补、光伏治沙等技术,解决光伏发电安全并网。

3、光伏建筑一体化。2020年我国建筑总面积达700亿平方米,南墙和屋顶面积为300亿平方米,仅利用10%的面积安装光伏,装机或可达到3亿千瓦,年发电量约3600亿千瓦时,相当于光伏产业10年的市场规模。

4、提供多能互补、智慧协同、多方共赢的能源生态发展道路解决方案。

光伏数字化是虚拟电厂的“金钥匙”

1、推动光伏产业数字化进程。光伏产业各个环节与物联网技术深度融合,实现能源物联网,通过智网技术嫁接虚拟电厂。

2、数字化技术的应用是智慧电网的关键,通过网络协同协议完成多能协同、集中式与分布式协同。特别是电网侧储能和虚拟电厂,在实现储能聚合利用的同时,将为新能源尤其是光伏的网运起到保障作用。

3、实时监测,分布式电站分布、发电量、用电量、电费结算;打通银行、供电单元、光伏发电企业和光伏电用户全流程管理,实现光伏结算代扣一体化服务,提供精准服务,实现电厂收益。

案例:

1、国内首家虚拟电厂,深圳供电局。把分散在用户侧具有调节能力的分布式电源、分布式储能和可调节负荷通过物联网技术集中在一起,形成一个集发电、用电和储能多种特性于一身协调控制系统。

2、上海黄浦区商业建筑虚拟电厂。在冬夏两季用电高峰,对50高层楼宇中央空调运行参数进行预设柔性调节,可以释放1万千瓦电力,满足电网调峰使用。

3、宁波市,2025年90%以上新建筑上光伏。河北省要求“屋顶分布式光伏+储能”。单户按装<50千瓦。储能装置满足10年以上寿命。

(图片来源:veer图库) 

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