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源網(wǎng)荷儲聯(lián)動(dòng)是新型電力虛擬電廠(chǎng)必然選擇

點(diǎn)擊次數:273更新時(shí)間:2024-04-17

虛擬電廠(chǎng)是什么:分布式資源的聚合與優(yōu)化

虛擬電廠(chǎng)概念起源于1997年《虛擬公共設施:新興產(chǎn)業(yè)的描述、技術(shù)與競爭力》一書(shū)中對虛擬公共設施的定義, 虛擬公共設施即通過(guò)獨立且以市場(chǎng)為驅動(dòng)的實(shí)體間開(kāi)展靈

活合作,參與合作的實(shí)體無(wú)需擁有相應資產(chǎn)便可為消費者提供 所需服務(wù),虛擬電廠(chǎng)便是在此概念基礎上進(jìn)行拓展延伸。


根據《虛擬電廠(chǎng)的概念和發(fā)展》一文,虛擬電 廠(chǎng)(virtual power plant,簡(jiǎn)稱(chēng)VPP)是通過(guò)先進(jìn)信息通信技術(shù)和軟件系統,實(shí)現分布式電 源、儲能系統、可控負荷、電動(dòng)

汽車(chē)、充電樁等分布式能源的聚合和協(xié)調優(yōu)化,以作為一個(gè)特殊電廠(chǎng)參與電力市場(chǎng)和電網(wǎng)運行的電源協(xié)調管理系統。虛擬電廠(chǎng)并不是真實(shí)存在的電廠(chǎng),而是一種智能電網(wǎng)技

術(shù),應用分布式電力管理系統參與電網(wǎng)運行調度,實(shí)現“源-荷-網(wǎng)"聚合優(yōu)化。


虛擬電廠(chǎng)是什么:結構——可調節性是資源層的核心


資源層的調節能力和質(zhì)量決定虛擬電廠(chǎng)完成調度指令的能力,工商業(yè)儲能作為調節資源之一,是虛擬電廠(chǎng)大發(fā)展的重要前提條件。


源:目前接入資源以分布式光伏為代表,自身不具備調節能力,可和工商業(yè)負荷視為整體,構成一個(gè)可調節負荷。


荷:可調節負荷各有自身能力限制,工業(yè)負荷往往受生產(chǎn)計劃強制約,且響應速度慢;空調負荷在時(shí)間維度不可平移,基本沒(méi)有填谷能力,且受用戶(hù)體驗和天氣等因素限制,可調節范圍有限;充電樁作為直接面向C端的負荷,其調節能力不可預測性較強。


儲:可調節能力、響應速度和可靠性都較好的調節資源,同時(shí)具備削峰和填谷能力,虛擬電廠(chǎng)進(jìn)行高頻次大幅度響應的資源。


為什么需要虛擬電廠(chǎng)


為什么需要虛擬電廠(chǎng):風(fēng)光快速增加帶來(lái)的填谷需求


風(fēng)光裝機快速增長(cháng),加劇電力系統不可控性。截至2023H1,我國風(fēng)電裝機389.21GW,太陽(yáng)能裝機470.67GW,風(fēng)光合計占總裝機的31.76%。其中,2023年H1我國風(fēng)電新增裝

22.99GW,對比22年同期新增12.94GW,同比+77.67% ;太陽(yáng)能新增裝機78.42GW,對比22年同期新增30.88GW,同比+153.95%,風(fēng)、光均加速增長(cháng)。新能源出力主要受來(lái)風(fēng)、

來(lái)光影響,人為干預作用小。因此,當新能源出力與負荷用電特性不吻合時(shí),便存在新能源電力消納問(wèn)題,處理不當會(huì )引發(fā)電力系統安全事故,且造成投資的浪費。


光伏建設速度遠超風(fēng)電,分布式光伏成為主力。2022年我國光伏裝機超過(guò)風(fēng)電,其中分布式功不可沒(méi)。2022年分 布式光伏新增裝機51.11GW,占當年全部光伏新增的

58.48%;截至23H1,分布累計裝機達198.23GW。分布式建設、選址簡(jiǎn)單,項目周期短,裝機提升快。由于其出力時(shí)間高度集中,受電網(wǎng)調度管控程度相對低,消納問(wèn)題正在

顯現,山東、河南等分布式裝機大省已出臺分布式配儲文件。


“鴨子曲線(xiàn)"變“峽谷曲線(xiàn)",光伏增加帶來(lái)填谷需求?!傍喿忧€(xiàn)"由美國加州電網(wǎng)運營(yíng)商CAISO提出,即在光伏出力高峰的中午,凈負荷曲線(xiàn)下降,隨后在晚上光伏發(fā)

電量下降時(shí)凈負荷急劇上升。隨著(zhù)光伏裝機增加,CAISO的凈負荷曲線(xiàn)出現了向“峽谷曲線(xiàn)"的轉變,即中午凈需求更低,跌至零值甚至負值;傍晚負荷增加更加陡峭,其

他電源需快速爬坡出力以適應負荷的急劇攀升。

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國內以山東為代表的部分省份同樣有明顯的填谷需求。山東裝機結構與CAISO相似,截至22年底,光伏裝機占比達到 22.5%。在2023年五一假期期間,山東省內用電負荷下

降約15%,引發(fā)連續負電價(jià)現象。值得注意的是,4月29日-5月1日現貨價(jià)格曲線(xiàn)形狀類(lèi)似鴨子曲線(xiàn),期間10時(shí)-15時(shí)負電價(jià)出現尤為頻繁,而該時(shí)段為光伏發(fā)電高峰。結合此

前山東 將中午時(shí)段劃分為電價(jià)深谷時(shí)段,新能源裝機增加改變了原有的負荷曲線(xiàn),使得新能源集中大發(fā)時(shí)段,電網(wǎng)凈負荷出現了一個(gè)深谷,需要對負荷進(jìn)行時(shí)間上的轉移

(填谷)以平滑變化、促進(jìn)新能源消納。


為什么需要虛擬電廠(chǎng):充電樁等新型負荷使得負荷側復雜程度提升

充電樁保有量隨新能源汽車(chē)快速提升,改變配電網(wǎng)形態(tài)。截至2023H1,我國公共充電樁保有量為214.86萬(wàn)臺,同比+40.63%。2023H1,新能源汽車(chē)銷(xiāo)量同比+44.13%,保持快

速增長(cháng),可以預見(jiàn)未來(lái)隨新能源汽車(chē)銷(xiāo)量繼續快速提升,充電樁保有量將持續增加。充電樁的大量增加將對配電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊,相比于常規交流充電樁,快充直流樁由于功率

更大、充電時(shí)間更短,產(chǎn)生沖擊更大。


充電樁加劇居民生活用電負荷峰值提升。充電樁對配電網(wǎng)的影響主要包括:(1)充電樁用電高峰同樣是居民原有用電高峰,會(huì )導致原有負荷峰值繼續提升,產(chǎn)生時(shí)間短、量

級高的尖峰負荷;(2)按尖峰負荷配置變壓器容量,導致其余時(shí)間資源閑置;(3)充電負荷波動(dòng)帶來(lái)網(wǎng)絡(luò )損耗等。

因此,充電樁的發(fā)展導致了削峰填谷需求的增加,但同時(shí)充電樁和新能源汽車(chē)本身是良好的可調節負荷,如能通過(guò)虛擬電廠(chǎng)進(jìn)行聚合和優(yōu)化,是降低充電成本和降低電網(wǎng)投

資的雙贏(yíng)之選。

為什么需要虛擬電廠(chǎng):需求側響應能力力爭達到至大負荷的3%-5%

需求側響應能力建設目標明確。十四五前,虛擬電廠(chǎng)停留在個(gè)別地區、項目試點(diǎn)階段,一是新能源裝機占比不高,電力系統對靈活 性資源需求不強;二是缺乏量化目標。

 2022年,《“十四五"現代能源體系規劃 》提出,力爭到2025年,電力需求側響應 能力達到至大負荷的 3%~5%,其中華東、華中、南方等地區達到至大負荷的5%左右。


虛擬電廠(chǎng)政策密集發(fā)布,成為新型電力系統建設的重要一環(huán),政策力度有望持續加大。7月11日,深化改革委員會(huì )第二次會(huì )議召開(kāi),審議通過(guò)了《關(guān)于深化電力體制改革 加

快構建新型電力系統的指導意見(jiàn)》。會(huì )議強調,要健全適應新型電力系統的體制機制,推動(dòng)加強電力技術(shù)創(chuàng )新、市場(chǎng)機制創(chuàng )新、 商業(yè)模式創(chuàng )新。虛擬電廠(chǎng)作為促進(jìn)新能源消

 納的重要環(huán)節和電力商業(yè)模式創(chuàng )新的重要形式,后續政策支持力度有望持續加大。


虛擬電廠(chǎng)如何創(chuàng )造收益


虛擬電廠(chǎng)如何創(chuàng )造收益:需求側響應


虛擬電廠(chǎng)的三個(gè)收益來(lái)源:需求側響應、輔助服務(wù)市場(chǎng)、電力現貨市場(chǎng) 。當前我國虛擬電廠(chǎng)處于邀約型向市場(chǎng)型過(guò)渡階段。邀約型階段主要由政府部門(mén)或調度機構牽頭組織,發(fā)出邀約信號,虛擬電廠(chǎng)組織資源進(jìn)行響應,并獲得容量/電量補貼。我國多個(gè)省份出臺了需求響應細則,其中以江蘇、上海、廣東等省市開(kāi)展得較好。需求側響應補貼單價(jià)高但頻率低,市場(chǎng)化程度低。需求響應以削峰為主,主要發(fā)生在迎峰度夏期間,主要目的在于保供。以廣東省為例,2022年全年開(kāi)展9次日前邀約型市場(chǎng)化需求響應(均發(fā)生在7月和8月);至大削峰負荷277萬(wàn)千瓦,至大響應申報量609萬(wàn)千瓦;有效響應調用收益1.63億元??梢钥吹?,雖然補至至高達到5元/千瓦時(shí)(可中斷負荷),但需求響應并非常態(tài)化進(jìn)行,發(fā)生頻率較低,有很強的計劃色彩。因此隨著(zhù)我國電力市場(chǎng)體制建設逐漸完善,虛擬電廠(chǎng)也正從邀約型階段向市場(chǎng)型階段過(guò)渡。


虛擬電廠(chǎng)如何創(chuàng )造收益:輔助服務(wù)市場(chǎng)


新型電力系統持續催生對輔助服務(wù)的需求。傳統電源(火電、水電等)具備一定的調節能力,而新能源存在出力波動(dòng)、無(wú)功缺失等特性,導致高比例新能源裝機電力系統

電力輔助服務(wù)的需求提升。根據國家能源局數據,2019H1我國輔助服務(wù)費用占總電費比例為1.47%;根據中國能源報,這一比例在近兩年上升至2.5%;根據國際經(jīng)驗,輔助

服務(wù)費用一般占社會(huì )總電費的3%以上,隨著(zhù)新能源大規模接入還將不斷增加。因此,預計輔助服務(wù)市場(chǎng)規模將以高于用電量增速的速度增長(cháng)。


虛擬電廠(chǎng)主要發(fā)揮調峰、調頻作用。2021年12月,國家能源局修訂發(fā)布《電力輔助服務(wù)管理辦法》,確指出電力用戶(hù)可通過(guò)委托虛擬電廠(chǎng)代理的形式參與電力輔助服務(wù)市場(chǎng)

,此后多地在電力輔助服務(wù)細則中對虛擬電廠(chǎng)/負荷聚合商參與輔助服務(wù)的條件、補償方式予以明確。當前,虛擬電廠(chǎng)主要功能是電能量的時(shí)間轉移,對應調峰服務(wù);未來(lái)隨

著(zhù)工商業(yè)儲能滲透率提升,虛擬電廠(chǎng)有望在調頻服務(wù)取得更大突破。從2023H1全國輔助服務(wù)運行數據看,調峰、調頻是輔助服 務(wù)費用的主體,費用合計占比達到80%。

虛擬電廠(chǎng)市場(chǎng)規模測算

虛擬電廠(chǎng)市場(chǎng)空間測算:預計到2025年投資規模為330-550億元

從投資端看虛擬電廠(chǎng)規模:計算邏輯:假設需求側響應投資和虛擬電廠(chǎng)投資等效,投資規模=全社會(huì )至大用電負荷*需求側響應能力占比*需求側響應能力單位投資。(1)根

據中電聯(lián)預測,到2025年全社會(huì )至大用電負荷為16.3億千瓦;(2)根據《“十四五"現代能源體系規劃》,力爭到 2025 年,電力需求側響應能力達到至大負荷的 3%~5%,

假設

保守情況下2025年需求側響應能力達到至大負荷的3%,樂(lè )觀(guān)情況下達到至大負荷的5%;(3)根據國家電網(wǎng)測算,如果通過(guò)火電廠(chǎng)滿(mǎn)足5%的峰值負荷需要投資4000億元,而通

過(guò)虛擬電廠(chǎng)實(shí)現這一目標僅需投資500億-600億元。假設滿(mǎn)足5%的峰值負荷需要虛擬電廠(chǎng)投資550億元,倒算得到需求側響應單位投資為675元/千瓦。測算得到,到2025年,保

守情況下虛擬電廠(chǎng)/需求側響應總投資額為330億元,樂(lè )觀(guān)情況下總投資額為550億元。

虛擬電廠(chǎng)市場(chǎng)空間測算:預計2025年運營(yíng)規模在百億元級別


從運營(yíng)端看虛擬電廠(chǎng)規模: 電力現貨市場(chǎng)下:(1)根據中電聯(lián)預測,到2025年全社會(huì )用電量為9.5億千瓦時(shí);(2)假設現貨交易電量占全社會(huì )用電量的10%;(3)現貨市場(chǎng)

并非時(shí)時(shí)存在價(jià)差,假設虛擬電廠(chǎng)單日可進(jìn)行4小時(shí)電量的套利(參考工商業(yè)2h儲能系統兩充兩放 策略),參考近期代理購電峰谷價(jià)差,假設平均峰谷價(jià)差為0.7元/千瓦時(shí);

(4)假設虛擬電廠(chǎng)套利電量占現貨市場(chǎng)可套利電量的20%;(5)假設虛擬電廠(chǎng)運營(yíng)商分成比例取20%-80%。 測算得到,通過(guò)電力現貨市場(chǎng)獲利模式下,當虛擬電廠(chǎng)運營(yíng)商分

成比例為50%時(shí),虛擬電廠(chǎng)2025年運營(yíng)市場(chǎng)規模為111 億元。輔助服務(wù)和電力現貨兩種獲利途徑存在部分重合關(guān)系,電力現貨基本對至大的輔助服務(wù)品種——調峰服務(wù)形成替

代。無(wú)論通過(guò)哪種途徑獲得收益,我們測算當運營(yíng)商分成比例為50%時(shí),2025年虛擬電廠(chǎng)運營(yíng)市場(chǎng)規模均在百億元級別。

公司分析

安科瑞:提供能耗管控解決方案,微電網(wǎng)產(chǎn)品持續迭代升級

深耕用電業(yè)務(wù),微電網(wǎng)解決方案供應商。公司成立于2003年,早年定位用電自動(dòng)化領(lǐng)域,從事用戶(hù)端智能電力儀表的研發(fā)、生產(chǎn)與銷(xiāo)售,主要產(chǎn)品為電力監控儀表、電能管

理儀表、電氣安全儀表及與之配套使用的電力傳感器。2016 年公司開(kāi)始向綜合服務(wù)商轉型,目前定位為為企業(yè)微電網(wǎng)能效管理和用能安全提供解決方案的高新技術(shù)企業(yè)和軟

件企業(yè),主要產(chǎn)品包括企業(yè)微電網(wǎng)產(chǎn)品和系統、電量傳感器等,形成了從云平臺到傳感器的完整產(chǎn)品生態(tài)體系,累計為1.4萬(wàn)余企業(yè)配套系統解決方案。

EMS產(chǎn)品實(shí)現平臺化,向源網(wǎng)荷儲充一體化進(jìn)發(fā)。公司EMS產(chǎn)品迭代到2.0版本,未來(lái)EMS3.0將在EMS2.0基礎上并入光儲充平臺,實(shí)現源網(wǎng)荷儲充一體化柔性控制。目前,EMS 

3.0已完成產(chǎn)品研發(fā)架構,功能正在逐步完善。

——以上內容節選自華福證券虛擬電廠(chǎng)專(zhuān)題報告:虛擬電廠(chǎng)蓄勢待發(fā),源網(wǎng)荷儲聯(lián)動(dòng)是新型電力系統必然選擇。

安科瑞智慧能源管理平臺助力虛擬電廠(chǎng)快速發(fā)展

安科瑞智慧能源管理平臺

AcrelEMS 智慧能源管理平臺是針對企業(yè)微電網(wǎng)的能效管理平臺,對企業(yè)微電網(wǎng)分布式電源、市政電源、儲能系統、充電設施以及各類(lèi)交直流負荷的運行狀態(tài)實(shí)時(shí)監視、智能

預測、動(dòng)態(tài)調配,優(yōu)化策略,診斷告警,可調度源荷有序互動(dòng)、能源全景分析,滿(mǎn)足企業(yè)微電網(wǎng)能效管理數字化、安全分析智能化、調整控制動(dòng)態(tài)化、全景分析可視化的需

求,完成不同策略下光儲充資源之間的靈活互動(dòng)與經(jīng)濟運行,為用戶(hù)降低能源成本,提高微電網(wǎng)運行效率。AcrelEMS 智慧能源管理平臺可以接受虛擬電廠(chǎng)的調度指令和需求

響應,是虛擬電廠(chǎng)平臺的企業(yè)級子系統。

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圖1 AcrelEMS 智慧能源管理平臺主界面

平臺結構


系統覆蓋企業(yè)微電網(wǎng)“源-網(wǎng)-荷-儲-充"各環(huán)節,通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)采集測控裝置、光伏、儲能、充電樁、常規負荷數據,根據負荷變化和電網(wǎng)調度進(jìn)行優(yōu)化控制,促進(jìn)新能源

消納的同時(shí)降低對電網(wǎng)的至大需量,使之運行安全。

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圖2 AcrelEMS 智慧能源管理平臺結構


平臺功能


1.能源數字化展示


通過(guò)展示大屏實(shí)時(shí)顯示市電、光伏、風(fēng)電、儲能、充電樁以及其它負荷數據,快速了解能源運行情況。

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2.優(yōu)化控制


直觀(guān)顯示能源生產(chǎn)及流向,包括市電、光伏、儲能充電及消耗過(guò)程,通過(guò)優(yōu)化控制儲能和可控負載提升新能源消納,削峰填谷,平滑系統出力,并顯示優(yōu)化前和優(yōu)化后能源

曲線(xiàn)對比等。

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3.智能預測


結合氣象數據,歷史數據對光伏、風(fēng)力發(fā)電功率和負荷功率進(jìn)行預測,并與實(shí)際功率進(jìn)行對比分析,通過(guò)儲能系統和負荷控制實(shí)現優(yōu)化調度,降低需量和用電成本。

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4.能耗分析


采集企業(yè)電、水、天然氣、冷/熱量等各種能源介質(zhì)消耗量,進(jìn)行同環(huán)比比較,顯示能源流向,能耗對標,并折算標煤或碳排放等。

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5.有序充電

系統支持接入交直流充電樁,并根據企業(yè)負荷和變壓器容量,并和變壓器負荷率進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制,引導用戶(hù)有序充電,保障企業(yè)微電網(wǎng)運行安全。

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6.運維巡檢

系統支持任務(wù)管理、巡檢/缺陷/消警/搶修記錄以及通知工單管理,并通過(guò)北斗定位跟蹤運維人員軌跡,實(shí)現運維流程閉環(huán)管理。

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設備選型

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除了智慧能源管理平臺外,還具備現場(chǎng)傳感器、智能網(wǎng)關(guān)等設備,組成了完整的“云-邊-端"能源數字化體系,具體包括高低壓配電綜合保護和監測產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線(xiàn)監

測裝置、電能質(zhì)量治理、照明控制、充電樁、電氣消防類(lèi)解決方案等,可以為虛擬電廠(chǎng)企業(yè)級的能源管理系統提供一站式服務(wù)能力。


安科瑞系統解決方案還包含電力運維云平臺、能源綜合計費管理平臺、環(huán)保用電監管云平臺、充電樁運營(yíng)管理云平臺、智慧消防云平臺、電力監控系統、微電網(wǎng)能量管理系

統、智能照明控制系統、電能質(zhì)量治理系統、電氣消防系統、隔離電源絕緣監測系統等系統解決方案,覆蓋企業(yè)微電網(wǎng)各個(gè)環(huán)節,打造準確感知、邊緣智能、智慧運行的企

業(yè)微電網(wǎng)智慧能源管理系統。



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