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虚拟电厂国内外实践

特普生科技 特普生科技 2023-06-16 12 464

一、虚拟电厂基础

虚拟电厂是能源和信息技术深度融合的重要方向,它通过将不同空间中的可调负荷、储能侧和电源侧等多种资源聚合起来,实现自主协调优化控制,并参与电力系统运行和电力市场交易。虚拟电厂是智慧能源系统的一种形式,跨越不同空间范围,集成源、网、荷和储能的综合服务提供商。通常分为电源型、负荷型和混合型。

虚拟电厂

虚拟电厂与需求响应的关系

虚拟电厂

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资源整体参与电力市场交易,主要聚焦在需求侧可调负荷资源、储能和分布式电源上。利用物联网、云计算等先进的信息通信技术,对各类资源进行在线监测和优化调控。

虚拟电厂起源

虚拟电厂源于1997年Shimon AwerbucE博士的著作《虚拟公共设施:新兴产业的描述、技术及竞争力》21 世纪初,兴起于德国.英国.西班牙.法国.丹麦等欧洲国家。

虚拟电厂

国内发展进程


虚拟电厂


虚拟电厂分层架构

云:虚拟电厂管控平台,与电网运营商、电力交易平台和边缘服务器进行互动,支持资源管理、计划实施和运营交易。

管:通信网络,可以是专网或公网,旨在确保信息交互的安全性、准确性和时效性。

边:边缘服务器,用于汇聚和分析信息,具备本地自治能力或根据上级平台生成调节控制策略。

端:监测与调控装置,负责采集电、热和环境参数,并执行相应的调节和控制操作。

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应用场景

缓解极端天气下电力供需矛盾

2022年8月5日,国网公司经营区的最高负荷达到10.69亿千瓦。预计到2025年和2030年,该公司的经营区最高负荷将分别达到12.8亿千瓦和1407亿千瓦。在2021年,"三华"电网的尖峰负荷持续时间在5至65小时之间,占总时间的95%以上。

2022年夏天,江苏、河南、上海、湖北、杭州等地发布了高温红色预警,气温普遍超过40摄氏度,有些地方甚至连续十多天都持续高温。2022年8月5日,国网公司经营区的最大负荷需求达到了3663.6万千瓦。

虚拟电厂聚合了各种异构的资源,来自多个用户,提取资源的响应速度、响应时长、响应容量等特征参数。在极端天气或发电不足等情况下,它组织多个用户资源积极参与固定费率的需求响应市场邀约和调峰辅助服务交易,以最大程度地支持电网的安全稳定运行和可靠供电。


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提升新型电力系统灵活调节能力

大规模波动性可再生能源的接入对传统源随荷动的电网运行调节方式提出了挑战,因为灵活性调节资源容量不足。根据对2025年风光装机容量达到10亿千瓦的估算,将会产生5.62亿千瓦的调节需求。

虚拟电厂通过聚合工商业和居民客户等多元资源参与电网的调峰调频和其他辅助服务,可以提升系统的灵活调节能力,减小电力平衡压力。在电网用电高峰或低谷时段,虚拟电厂根据邀约指令或辅助服务市场交易计划进行优化,以最佳方式调节负荷、储能、分布式能源等资源。


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促进分布式新能源并网消纳

截至2021年底,我国分布式光伏装机达到1.075亿千瓦,约占全部光伏发电并网装机容量的三分之一;预计 2025年、2030年分布式光伏装机将达到L8亿、3.0亿千瓦,分布式新能源出力存在不确定性,低电压等级分布式电源信息接入率低,大规模发展后影响负荷预测精度,增大员荷侧时空不确定性,同时叠加集中式新能源电站影响,将导致局部地区日间负荷低谷时段调峰难度加大。

虚拟电厂可以实现各类分布式发电资源间的高效连接与实时监测『通过先进的自动响应控制技术、灵活的商业模 式’开展分布式新能源本地交易/同时依托现货市场进行集中交易,最大限度提升分布式新能源的消纳能力。 

服务用户开展多元化用能服务

在"十三五"期间,我国单位GDP能耗约为经合组织国家的3倍,世界平均水平的5倍。根据"十四五"规划的《纲要》指示,要求在"十四五"期间将单位GDP能源消耗降低13%~14%。

根据住房和城乡建设部发布的国家标准《建筑节能与可再生能源利用通用规范》,自2022年4月1日起,我国建筑将强制要求实施碳排放计算。

现货和辅助服务电力交易市场的建设对于分析电力客户用电行为和负荷特性提出了更高的要求,以提升负荷预测和电量预测的准确性。

虚拟电厂通过分析不同资源的互补特性,综合考虑最优碳流计算和成本效益,采用最优碳流的虚拟电厂经济运行策略,旨在提高用户的用电能效并降低用户的碳排放。

虚拟电厂可以深入挖掘用户的负荷特性,实时监测用户的在线聚合容量和调控潜力,预测市场情况,并支持用户在中长期和现货场景下参与电能量、辅助服务和容量市场。


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二、国外虚拟电厂实践

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能源市场运营商(AEMO)开 启为期2年、共计8个试点的虚拟电厂示范项目。示范 项目均位于国家电力市场主要区域,大约71 50用户签 约参与项目,规模总计31 MW,

2021年7月,澳大利亚国家电力市场中已注册居民储 能电池规模约168MWe AEMO预计到2022年底'虚 拟电厂规模将有望达到700MW,

澳大利亚虚拟电厂聚合资源以用户侧储能为主'目前 虚拟电厂可以参与紧急频率控制辅助服务市场和电能 量市场,主要提供频率控制辅助服务。

截至2021年1月,澳大利亚AEMO虚拟电厂示范项目参与紧急频率控制辅助服务市场收益共计约238万澳元。截至 2021年4月,虚拟电厂在紧急频率控制辅助服务市场份额约3%,提供紧急频率响应服务平均水平约14MW。

建设情况

 2009年,德国虚拟电厂运营商Next Kraftwerke 成立,并建立欧洲最大的虚拟电厂。截至2020 年6月,德国Next Kraftwerke虚拟电厂规模约 8200MW,聚合单元超过9500个。

德国Next Kraftwerke虚拟电厂聚合资源包括沼 气电厂、热电联产厂、水电、光伏、电池储能、 电动汽车、工业负荷等。

德国Next Kraftwerke虚拟电厂通过基于模块化 设计的NEMO C S平台监控并调控各类分布式电 源、用户和储能系统,实时显示记录当前系统聚 合资源运行状态。


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德国Next Kraftwerke虚拟电厂通过参与电力市场交易为电网提供平衡服务,根据市场交易信息优化聚合资源运行。

截至2020年6月,Next Kraftwerke虚拟电厂能源交易量约15.1亿kWh,营业额约63亿欧元。

美国

截至2020年底,北美建成投运的 虚拟电厂装机规模约1000MW, 其中大部分在美国。预计到2029 年,北美虚拟电厂市场规模将达到 8600MWo

目前,美国虚拟电厂试点项目数量 超过2。个,分布在14个联邦州。美国虚拟电厂聚合资源主要包括居 民社区、工商业园区分布式光伏、 储能设施、电动汽车等。


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试点效果

美国虚拟电厂主要基于需求响应计划发展而来,兼顾考虑可再生能源利用,解决了小规模分布式电源不能参与电 力市场问题,目前已成为负荷响应和分布式电源管理的一种新型解决方案.


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三、国内虚拟电商实践

深圳

截至目前,该平台已成功接入了14家聚合商,接入装机容量约为87万千瓦(相当于约9万户家庭的用电报装容量,接近一座大型煤电厂的装机容量),其中分布式光伏容量为21万千瓦。预计到2025年,深圳将建成具备100万千瓦级可调能力的虚拟电厂,逐步形成年度最大负荷的稳定调节能力约为5%左右。


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深圳虚拟电厂平台

试点运行成效1:在2021年11月8日,深圳能源售电公司成功调节了深圳地铁集团站点和深圳水务集团笔架山水厂的用电负荷。两家用户在保证正常安全生产的前提下,按计划精确调节了总计3000千瓦的用电负荷。在接到调度部门紧急调控需求后,负荷侧资源仅用了10分钟就将负荷功率下调到目标值。

试点运行成效2:在2022年4月28日,提前向虚拟电厂平台下发了5344千瓦的向下调节需求。在一天内,有7家负荷聚合商在指定区域内成功削减了最大负荷。

试点运行成效3:在2022年4月29日下午14时30分,深圳龙华区的民兴苑V2G充电站接到指令后,仅用了1分钟就将充电功率降为零,并将车载电能返送回电网。这实现了电动汽车与电网之间的快速互动调节。


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云管边端“体系架构

云端:部署VPP智能管控平台「打通与其他平台接口。管侧:采用4G、5G等传输方式,实现信息闭环安全传输. 边侧:建设即插即用的边缘网关,实现资源接入平台。端侧:建设用户侧智能终端/用户侧管理平台,实现资源状 态感知和柔性控制。

资源接入情况

资源规模:总容量358MW,最大调节能力204MW。

覆盖范围:张家口、奏皇岛、承德、廊坊、唐山。

资源类型:11类19家(可调节工商业负荷、蓄热式电锅炉、空气源热泵、储能、分布式光伏、电动汽车充电站、智能楼宇、制雪设施等泛在弹性资源)


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2019年起,冀北虚拟电厂全程参与华北调峰辅助服务市场,已在线连续提供调峰服务超过3200 小时,累计消纳新能源电量3412万千瓦时’度电收益0.183元,运营商和用户总收益6242万元,其 中VPP运营商收益395.95万元,用户侧资源收益22825万元。


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冀北虚拟电厂调节性能良好:

• 2022年已响应最大调节功率为154MW。

•最大调节速率15.7MW/min (占额定有功功率的4.4%)

上海

系统平台架构

调度-交易-运营一体化虚拟电厂运 营体系:实现虚拟电厂直接参与电 力市场交易和调度系统优化调控。

分布自治、层级间规约异构适配技术架构:实现海量散布异质资源分层分群控制需求「促进海量多元负 荷资源友好高效接入


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资源接入情况

已有12家虚拟电厂接入上海虚拟电 厂运行管理与监控平台‘虚拟电厂 初步形成1000MW发电能力叫 接 入资源类型包括工商业楼宇、冷热 电三联供、电动汽车、动力照明、 铁塔基站等。分钟级、秒级调度容量超过60MW 、30MWo


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运行效果

上海黄浦区约50%商业建筑接入虚拟电厂平台,响应资源约60IMW. 2018年起’黄浦区商业建筑虚拟电厂累计 发电调度超过1200幢次/累计响应削峰负荷超200MW.单次调峰收益超过170万元。

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特普生,成立于2011年,是国家高新技术、专精特新企业。主要研制NTC芯片热敏电阻温度传感器储能线束储能CCS集成采集母排储能模组铝巴等温度采集产品系列。一体化研制、一致性品质的特普生,竞争力优势明显:自主研制NTC芯片核心技术及实现医用0.3%精度;专利百项,保留不公开技术2项;为全球新能源产品、大消费品与工业品提供了定制化的温度采集技术。

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