通信运营商基站储能,如何参与虚拟电厂?-中国储能网
2024 03/02 10:06:08
来源:能源电力说

通信运营商基站储能,如何参与虚拟电厂?

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作者:中国储能网新闻中心

  中国储能网讯:通信运营商正在从能源消费者走向消费者+生产者。

  在全球降碳的过程中,ICT基础设施作为千行百业的数字底座,正扮演着越来越重要的角色。做为ICT设施的重要拥有者运营商,一方面是自身节能降碳;另一方面,运营商自身也可以利用自身的能源设施和ICT技术,帮助全社会节能降碳。

  以往,运营商都是做为一个能源的消费者的形态出现,即给通信设备供电(Power for ICT);在新趋势驱动下,其也可以利用自身的优势参与到电力系统如虚拟电厂的建设中,实现站点用电与电网联动,从能源消费者升级到能源生产者、使能者(ICT for Power)。

  虚拟电厂与电力市场

  VPP是一套能源协同管理系统,它整合如发电侧的光伏等发电资源、负荷侧的分布式储能可调节资源,让这些形成可调控交易的单元,参与到电网调度与电力市场交易中。

  虚拟电厂打破空间束缚,将能源的生产者和消费者联动、协同起来,使得能量由传统的单向流动模式逐步转为互动协同模式,最终实现能量馈网与双向流动。

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  从虚拟电厂的资源分类来看。

  上游:主要指负载侧的可调负荷、分布式发电资源、储能等。可调负荷如通信机房用电、数据中心机房用电、充电场站、工业用电等;分布式发电资源指用户就近部署的规模的发电设备,如屋顶光伏、风电、氢能等发电设备;储能是指在此侧部署的储能设备如基站、机房备电电池等。

  中游:主要是资源聚合商。他们利用互联网、大数据等技术聚合各方面资源并对其进行优化、调度,参与电力市场。他们提供给是一种协调控制能力。

  下游:电力需求方,主要是电网公司或售电公司,根据区域不同,他们是电力市场中电力需求的提出者和够买方。

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  虚拟电厂产业各方

  虚拟电厂可参加多种电力市场业务。

  电力市场交易相对成熟且快速发展,比如在英国,具有期货市场、现货市场、容量市场,辅助调频市场多种市场模式。比如在德国,辅助调频市场具有FCR、aFRR、mFRR等多个调频市场。

  欧洲市场空间巨大,价格好,回报率高,目前正在积极构建覆盖全欧的市场体系。以某国为例,其调频的平均价格为~20 欧元 /MW/小时,调频aFFR平均价格为~30 欧元 /MW/小时,补贴价格优异。如果以通信站点储能参与其调频调度看,ROI短,收益良好。

  虚拟电厂聚合资源参与电力交易,可以参加多种业务类型,主要包括电能量市场、电力辅助市场、容量市场等部分。

  电能量市场

  以电能量(单位kWh)为交易标的物。根据时间可分为现货市场(如日前、日内、实时交易)和中长期市场(如月度、年度交易)。电能量市场反应的是售电的市场,比如峰谷套利,可以利用峰谷电价买卖电来实现降低电费;比如电力期货,可以购买合适价格的电力。

  电力辅助服务市场

  是指由参与电力市场化交易的用户(如通信站点储能,数据中心)、聚合商等第三方提供服务,并可以通过提供服务获取相应的经济形式的补偿的形式,主要业务包括调频(如一次调频、二次调频等)、 调峰、备用、黑启动等。

  容量市场

  是一种资源预留的交易方式,通过市场竞争方式形成容量价格,获取容量补偿,保障电力供应容量充足。

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  运营商积极推动碳中和建设

  运营商拥有海量通信站点,能耗巨大,碳排大,同时面临增收难的困境。根据测算,在中国,到2030年,运营商将占社会用电总量的3%,碳排放将达到6000万吨。

  在碳中和的大背景下,运营商自身积极实践节能降碳。

  在建设侧,通过房到柜、柜到杆的极简建设,降低建设成本和能耗;通过建

  设绿电,降低电费,降低碳排放;通过锂代铅酸电池、部署能源管理系统等,提高站点能效与可管理性。

  在自身降碳的同时,运营商积极利用自身ICT的资源和技术参与到千行百业降碳。

  随着负荷侧新能源的快速部署以及虚拟电厂商业模式的成熟,中小型负荷参与电力市场调度逐渐成熟。在此背景下,运营商思考和实践利用海量分布式基站资源,通过虚拟电厂进行聚合,参与到电力市场的建设中,在降低自身电费的同时,帮助社会节能降碳。

  在2023年,欧洲某运营商利用自身基站资源,参与到本国的电力辅助市场,通过参与峰谷套利和调频服务,帮助电网增加稳定性,同时也能获取十分可观的收益补贴。根据公开数据,其收益补贴可以达到自身电费的50%,帮助社会降碳百万吨。

  在2023年,中国某大型塔商也在利用通信站点参与电力辅助服务。根据公开数据,截至2023年6月,已经4000站点接入VPP参与电力市场,2023年底,部署1万站VPP站点。同样在2023年,拉美某大型电网公司,也积极推动运营商参与电力市场交易。通过虚拟电厂聚合海量通信站点参与电力市场调度,已经成为一个大势。

  运营商分布式储能参与电力市场的模式与业务类型

  运营商参与虚拟电厂聚合可以有多种模式。

  资源被聚合

  运营商将自身海量的站点做为资源方,提供给VPP聚合商,经其聚合后参与电力市场业务。在这种模式中,运营商提供资源能力,如以站点储能硬件为主的可调度资源。

  其优点在于模式简单,只需要硬件以及少量软件投资,运营方面风险较低。缺点在于受限于聚合商的调度能力,属于被动调度,在收益方面也受到限制。

  做为虚拟电厂聚合商参与运营

  除了自身硬件资源,运营商可以建设、运营聚合平台。除自身通信站点资源,还可聚合多种其它资源如工商业储能、楼宇空调等,将能力延申到电力运营领域。

  其优点在于运营商可以运营虚拟电厂,对于调度以及商业的把控力更强。缺点在于电力业务的准入往往需要认证,运营风险也成倍提高,投入也大。

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  运营商可以做为资源方和运营方参与电力市场调度

  运营商分布式储能可以参加电力市场的多种业务。

  峰谷套利

  随着各地方峰谷电价的执行,做为用电大户,运营商可以根据峰谷电价差套

  利。在低电价的时候给电池充电,在高电价的时候放电,从而达到电费节约的目的。

  需求侧响应

  运营商可通过响应电力企业发出的邀约,进行站点侧负荷的增加或者减少,

  电网根据响应量来补偿其相应的收益的模式,主要的业务类别为削峰填谷。

  电力辅助服务

  通过电力市场调度,负荷侧可以参与电网的调峰与调频业务,帮助电网平

  衡。对于调峰,运营商需要在用电高峰期减少电网压力,电力低谷期增加用电,提高电网效率;对于调频,运营商需要使用自身储能,随时平衡电网的波动。不同的业务类型,指标不同,在不同国家也不同。

  运营商参与电力市场的优势

  ICT行业是数字化的底座,运营商在参与虚拟电厂业务中拥有多种独特优势。

  海量的储能闲置资源

  运营商通信设备需要备电,天然拥有海量电池资源,是大规模电化学电池的使用者。根据公开数据,欧洲地区分布式可调节能力可达到15GWh,中国只5G基站就有260万座,可调节能力更大。

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  全球基站数量

  在4/5G时代,运营商大量部署锂电池,锂电逐步替代铅酸电池。锂电池寿命长,充放电倍率大,容易实现数字化控制,可以满足电力市场业务多种指标要求,是参与电力业务的优质资源。

  同时,运营商的储能一般只给通信站点做备电。当前世界各国电力较好的区域,年均停电时长小,因此大部分时间储能都处于闲置状态,资源浪费。利用智能技术将锂电资源池化,可以十分容易地参与到电力市场调度中。

  稳定可靠的高耗电负载

  运营商的能耗主要来自通信设备,一般是24小时不间断运行,其能耗对不同时间的敏感度低。根据预测,到2030年,运营商的耗电总量将达到社会用电总量的3%。

  负载稳定运行,站点储能灵活可控,因此可以容易地实现对站点能力的精准控制。在参与电力市场中,运营商在提供可调度资源的时候,可以提供更加精准的申报能力。

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  图:某区域基站负载功耗模拟图

  部署简单快速

  首先,运营商具有站点资源,不需要重新申请站址;

  其次,通信站点参加VPP,是以分布式的状态出现,单站站点自身功率有限,接入电网不需要改造,不需要额外部署变压器;

  再次,通信站点储能是自然散热,不需要额外部署温控设备,能耗低;

  最后,站点具有良好的网络资源,可以不需要额外部署网络。

  运营商利用通信站点参与电力调度业务,具有部署迅速、简单的优势。

  运营商分布式储能参与电力市场的理念愿景与衡量因子

  从消费者到生产者,能量双向流动

  传统运营商的用电模式是电网给通信站点设备供电,通信设备只用电,不与电网进行互动。以“用电”的角度,运营商是一个纯电力消费者。

  在运营商通过虚拟电厂参与电力市场的模式下,通信站点需要与电力市场进行互动,根据电力市场的指令,来调节自身用电。同时,随着运营商部署绿电常态化,绿电也在参与到站点供电的协同之中,从而最终实现源网荷储的协同。

  在这种情况下,运营商变成了一个能源的经营者,它自身生产绿电,同时又与电网协同,在未来也不排除运营商的电力馈网,对于“用电“来讲,运营商变成了一个电力的生产者。

  因此,由以前的能量单向流动,变为能量的双向互动,由能源的消费者,变成能源的消费者+生产者,是运营商参与建设VPP的重要理念。

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  图:能量单向流动的电力系统(例)

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  图:能量协同、平衡的电力系统

  价值衡量要素

  运营商参与建设虚拟电厂VPP业务系统,需要呈现出如下几个价值要素。

  清洁低碳

  系统应尽量简单建设,减少隐形成本如工程成本。系统应该提高绿电、新型储能的使用,利用好现有电网,利用好现有的设施资源如现有储能资源,实现建设的清洁低碳化。

  安全高效

  通信业务与电力业务都是重要的国计民生业务,对于运行稳定性以及鲁棒性要求极高,因此需要使用安全的软硬件设备,需要使用有认证资质的设备和厂家,构建一个安全高效的体系。

  柔性灵活

  运营商站点都是分布式站点,站点储能与电源参与电网进行联动的时候,单个站点的能力有限,需要聚合海量站点成为资源池,将储能池化,构建成为大容量的资源。灵活构建,弹性伸缩,将是一个重要的衡量特性。

  智慧融合

  为满足电力市场的多业务需求,以及未来场景演进,比如BESS的接入、数据中心储能的接入等,一套系统支持多业务和多场景,支持平滑演进,是十分必要的。

  评价因子

  电力市场业务需求具有资源颗粒度大,要求响应快、精准高等要求,与之相应,运营商参与电力市场需要从如下几个方面进行评价。

  海量

  在中国,多个地方的调峰市场需要5MW准入,在欧洲,多个国家的调频市场准入为MW级。一般来讲,目前通信站点的负载功耗为3~6kw不等,如果以4kw为平均值计算,MW级需要聚合约250站,如果包含冗余将达到500-1000站,5MW则需要聚合1300站点,如果包含冗余预计可达到2000站。同时,考虑到运营商自身站点大都在几千到数万站。因此,运营商站点VPP系统能聚合与管理的站点数量规模,是重要评价因素。

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  图:欧洲部分电力市场业务指标要求

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  图:中国部分电力市场业务指标要求

  极速

  电力辅助服务中,要求系统能够从端到端快速响应。比如欧洲某国,电力调频业务FCR业务要求系统响应时间小于10秒,更甚者要求系统响应时间在秒级。因此,系统的快速响应能力,是一个重要的评价指标。

  精准

  电网属于高精密运行系统,频率波动快速且细微,参与电力调节的资源响需要具备高精度能力。在欧洲,针对调频业务aFRR,往往需要90%以上的调节精度,而对于FCR,则需要95%以上的调节精度。因此,运营商系统的高精度的调节能力,是重要评价因素。

  融合

  大多数国家往往具有多种电力市场业务,比如在欧洲的西班牙,具有三次调频市场aFRR,FCR,mFRR;在中国目前以调峰为主,各地也在积极开展二次调频的研究。不同的业务具有不同的指标要求,如果利用一套系统满足多业务的需求,满足业务平滑演进,是一个重要的评价因子。

【责任编辑:欧阳勇】