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上海虚拟电厂运营实践

作者:王伟 刘敦楠 来源:中国电力企业管理 发布时间:2022-08-04 浏览:

中国储能网讯:文/王伟 刘敦楠,上海电力交易中心有限公司 华北电力大学,中国电力企业管理

上海电网作为支撑社会主义现代化国际大都市的典型超大城市电网,随着第三产业用电比重逐步上升、负荷峰谷差不断拉大,负荷峰谷波动剧烈,2020年夏季的最大峰谷差率高达43%,引起本地发电机组频繁启停,严重影响机组的安全性,限制了低谷轻负荷时段对区外清洁能源的消纳,对能源安全清洁和优化配置资源提出了高标准和高要求。然而,城市电网中空调、电动汽车、储能等需求侧资源丰富,且未得到充分挖掘,亟待挖掘需求侧潜力,提高电网韧性,实现超大型城市的能源安全保障和绿色低碳发展。

虚拟电厂技术形态作为破解清洁能源消纳和绿色能源转型的解决方案,对我国能源战略转型和“双碳”目标的实现具有重大意义。由建筑楼宇、分布式能源、电动汽车、三联供等资源构成的各类虚拟电厂,可以实现在有效提升需求响应能力的同时,做到完善电力调峰机制,并提高电力供应安全与应急保障水平。因此,致力于优化虚拟电厂运营业务,探索新的商业模式,建立并优化虚拟电厂参与电力市场、需求响应的规则方法,以推动企业数字化转型、促进需求侧资源参与电网运行,增强清洁能源的消纳能力。

根据上海市电力体制改革重点工作安排,开展虚拟电厂参与需求响应市场化交易试点,加快建设需求响应电力市场交易机制,提高上海特大型城市受端电网安全运行水平和运行效能,更好地促进清洁能源消纳,助力打造新时代共生、共建、共享、共赢的智慧城市能源生态圈。

上海虚拟电厂发展历程

上海早在 2014 年作为虚拟电厂全国试点地区之一开展需求响应的探索实践工作。根据上海可聚合资源的不同特点,充分利用现有建设基础,以包含柔性负荷、储能、分布式电源、充电桩等不同控制特性资源,考虑不同运营场景,分别构建了商业楼宇型与能源站型两种类型的虚拟电厂。

2019 年,选取上海市黄浦区商业楼宇、世博B片区综合能源中心、电力公司自有楼宇等地区作为试点。在增强对聚合资源的自动化控制的方向上,将黄浦区商业楼宇虚拟电厂(腾天技术服务公司)作为试点开展建设;在增强平台综合控制能力、优化楼宇用能策略的方向上,将世博B 片区作为试点构建可发可用双向调节的虚拟电厂;同时将电力公司自有楼宇作为试验田,开展虚拟电厂感知层设备研发、试用,运行控制平台开发等工作。重点围绕“四个平台+两种类型+多种交易”展开,通过聚合可调节资源用户开展虚拟电厂市场交易。2020年,进一步引入了前滩新能源、蔚来汽车、远景能源、5G 基站等新主体参与聚合调控,有效扩充虚拟电厂建设范围、丰富建设类型。

2021 年,上海市虚拟电厂的参与方式主要通过聚合形式参与,将各级别虚拟电厂进行统一,共同参与市场运营。申能储能虚拟电厂以负荷集成商的形式接入上海电力交易平台,统一进行响应申报及接收虚拟电厂指令,并将负荷自动分配至各场站。接入申能储能云平台的场站以用户侧储能场站为主,可以基于大数据分析评估储能场站的充放电响应能力,充分挖掘场站响应能力并提高响应精度。

上海黄浦区博荟大厦B座的远景虚拟电厂通过协同光储充负荷等能源资源,高精度预测负荷及需量,优化需求响应等市场的交易策略,实现最大化收益、降低碳足迹。为电力市场交易的整个生命周期提供一站式服务,并实现了数字化、自动化、智能化的全价值链管理。上海铁塔总计2.6万个5G站点,每个站点负荷电力规模为10千瓦,平台对上可对接电力接口、对下可对接铁塔接口,实现需求响应执行、控制和过程监管。

上海虚拟电厂建设潜力

截至目前,上海建设商业楼宇型虚拟电厂已建成规模约6.54万千瓦,能源站型虚拟电厂已建成规模约5300 千瓦,5G 基站建成规模约 1000千瓦。综合考虑上海市建筑楼宇、分布式能源、电动汽车、用户侧三联供等资源构成的各类虚拟电厂,总建设潜力达489 万千瓦以上。预计未来,随着用户侧储能等资源的大规模发展,虚拟电厂的发展潜力巨大,其可建规模也将进一步扩大。

上海虚拟电厂开展交易情况上海虚拟电厂开展交易情况如表所示。

2021 年 5 月 6 日,国网上海电力首次大规模使用虚拟电厂进行节能减碳,对上万个单位的照明、制冷等用电进行远程管理、精准调控,将节约的负荷空间代替发电厂参与电网运行,在不影响日常生活的前提下,使得整个电网的用电 负荷上升了 41.2 万千瓦。在近两天时间内,累计调节电网负荷56.2万千瓦,消纳清洁能源123.6 万千瓦时。其中,4 小时便相当于减少碳排放336吨。这一需求响应行动精准调动工业生产、商业楼宇、微电网、分布式能源、冷热电三联供、储能设施、冰蓄冷、公共充电站、小区居民充电桩等11种不同负荷资源,是国内同类项目中,调节资源种类最全、充电桩负荷参与规模最大、基站储能参与度最高的一次,实现了对铁塔 5G基站储能的全覆盖,并在央视新闻播报后,得到了社会各界广泛关注,对我国的能源结构转型调整,实现碳达峰、碳中和的战略目标作出了贡献。

上海虚拟电厂建设特色

以多平台构建全业务链的虚拟电厂生态系统。上海虚拟电厂从业务链条入手,重点打造“四大平台”,包括:虚拟电力交易平台、电厂调度控制平台、运营管理与监控平台、虚拟电厂侧平台。各个平台之间相对独立且相互协作,实现从响应资源聚集、虚拟电厂外特性控制、参与交易、调度响应等全业务链的有序开展。

市场初期交易所得利润全部用于用户间的分配。虚拟电厂作为一种增值服务,其目的是增加用户黏性和响应参与度,因此参与交易全部所得均分配给用户,虚拟电厂运营商则通过其他业务对其成本进行回收与盈利。

通过这种分配方式,可以在很大程度上提高虚拟电厂在运营初期面临的用户短缺问题,有效提高各类用户参与虚拟电厂交易的热情和积极性,为虚拟电厂项目培养最初的用户群体。同时,由于大部分利润由用户共享,可以在很大程度上提高用户的忠诚度,吸引更多的群体参与到项目下一步的建设完善中去,有利于不断扩大市场主体规模,对该项目的长足发展奠定了良好基础。目前,上海市虚拟电厂已基本具备不依靠政府补贴而独立参与市场竞争获取利润的能力,日后的盈利能力也将非常乐观。现有的虚拟电厂投资主体主要为虚拟电厂运营商,包括电力安装、运维、节能企业。

在这种分配方式的刺激下,上海市虚拟电厂的运营主体类型还将不断地扩大,涵盖范围更广,为我国电力结构转型升级所起到的作用也将越来越大。

下一步实施计划

一是在发展目标上,使虚拟电厂不仅能够完成对分散电能数据的搜集和对负荷量的控制,而且能够像真正的实体电厂一样参与系统调控,并提供调峰、调频辅助服务和电力市场交易等。同时基于目前的虚拟电厂系统建立能源云系统,使得能源交易实现双向互动,提升能源利用效率,进一步改善传统意义上的能源单向流动。

二是在资源扩围上,结合“双碳”目标,尝试以园区方式构建虚拟电厂;结合上海自身实际,继续进一步扩大5G 铁塔基站、电动汽车等的响应容量;多措并举,继续深耕用户侧资源,稳步发挥试点作用,更加有利于服务“双碳”目标大局。

三是在交易拓展上,继续进行虚拟电厂参与需求响应市场化交易的优化和进一步完善虚拟电厂参与辅助服务市场的业务流程;建立科学合理的交易目标,努力探索虚拟电厂开展绿色电力交易的新模式,减少化石能源的使用,降低二氧化碳等温室气体的排放,促进节能减排。

四是在平台建设上,加快推进各业务平台正式上线运行;努力强化适应性平台的开发建设,助力新基建;加快支撑业务平台上线运营,以便更好地支撑虚拟电厂参与辅助服务市场、开展绿电交易等业务。

五是在生态营造上,将更多的市场主体吸引并参与到虚拟电厂的建设中来,带动整个虚拟电厂产业链的上下游协同发展;进一步推进科技项目与虚拟电厂源网资源之间的互动及协调优化;加强商业运营关键技术方面的研究工作;依据实际运营过程中的需求,进一步创新电力市场运营与市场交易机制,不断打造最适合市场发展的运营模式。

上海虚拟电厂试点先后获得国家发展改革委办公厅《关于上海市城区(黄浦)商业建筑需求侧管理示范项目的复函》、上海市经济信息化委《关于同意开展虚拟电厂参与需求响应市场化交易试点工作的批复》、上海市经济信息化委《关于同意进一步开展上海市电力需求响应和虚拟电厂工作的批复》等政府政策文件的支持,具有十分广阔的发展前景。虚拟电厂参与多种市场有利于优化调度和竞价,通过对多个分布式单元进行聚合,形成一个整体参与电力市场运营,既保持传统电厂稳定和批量售电优势,又聚合多种发电单元,具备较好的互补性。

此外,也有利于能源互联网建设的推进,能够充分发挥不同区域内分布式电源的时差互补和季节互补特性,提高可再生能源的利用率和虚拟电厂的效益。未来,随着上海虚拟电厂建设的规模化发展,将进一步助力我国打造新时代共生、共建、共享、共赢的智慧城市能源生态圈,推动“双碳”目标的实现。

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关键字:虚拟电厂

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