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什么是虚拟电厂,虚拟电厂与微电网的区别在哪里?

放大字体  缩小字体 更新日期:2021-09-10 15:12:27   浏览次数:76   信息编号:H7898

在多数人印象中,高大的烟囱、巨大的厂房、绵延不绝的“白烟”,再加上密密麻麻的高压线,这是发电厂应有的形象。但是,有这么一座不同寻常的发电厂,它不建厂房,不烧煤、不烧气,却有30000千瓦以上的“发电”能力。




它,就是虚拟电厂!




什么是虚拟电厂




虚拟电厂是通过先进通信技术和软件架构,实现地理位置分散的各种DER的聚合和协调优化,以作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统。它的概念更多强调的是对外呈现的功能和效果,更新运营理念并产生社会经济效益,符合中国电力发展的需求与方向。








现在的发电厂和用电之间“不可调和”的矛盾:电厂每天都持续源源不断的在发电,而用电的需求总是一会儿高一会儿低,白天要的电多,晚上要的电少,夏天要的电多,冬天要的电少,电厂没有办法,只能按当前外部需求来调整自身的发电,这样就会造成运行的不经济。




与微网的区别?




微网技术的提出旨在解决DG 并网运行时的主要问题,同时由于它具备一定的能量管理功能,并尽可能维持功率的局部优化与平衡,可有效降低系统运行人员的调度难度。实际上,尽管虚拟电厂和微网都是基于考虑解决DG及其他元件整合并网问题范畴,但二者仍有诸多区别。




1)设计理念。微网采用自下而上的设计理念,强调“自治”,即以DG与用户就地应用为主要控制目标,实现网络正常时的并网运行以及网络发生扰动或故障时的孤岛运行。而虚拟电厂的概念强调“参与”,即吸引并聚合各种DER参与电网调度和电力市场交易,优化DER组合以满足电力系统或市场要求为主要控制目标,强调对外呈现的功能和效果。




2)构成条件。微网的构成依赖于元件(DG、储能、负荷、电力线路等)的整合,由于电网拓展的成本昂贵,因此微网主要整合地理位置上接近的DG,无法包含相对偏远和孤立的分布式发电设施。虚拟电厂的构成则依赖于软件和技术:其辖域(聚合)范围以及与市场的交互取决于通信的覆盖范围及可靠性;辖域内各DER的参数采集与状态监控取决于智能计量(smart metering)系统的应用;DER的优化组合由中央控制或信息代理单元进行协调、处理及决策。因此,引入虚拟电厂的概念不必对原有电网进行拓展,而能够聚合微网所辖范围之外的DG。








3)运行模式。微网相对于外部大电网表现为单一的受控单元,通过公共耦合开关,微网既可运行于并网模式,又可运行于孤岛模式。而虚拟电厂始终与公网相连,即只运行于并网模式。




4)运行特性。微网的运行特性包含2个方面的含义,即孤岛运行时配电网自身的运行特性以及并网运行时与外部系统的相互作用。而虚拟电厂作为聚合能量资源构成的特殊电厂,其与系统相互作用的要求比微网更为严格,可用常规电厂的统计数据和运行特性来衡量虚拟电厂的效用,如有功/无功负载能力、出力计划、爬坡速度、备用容量、响应特性和运行成本特性等;其辖域内配电网的运行特性则由配电系统操作员(distribution systemoperator,DSO)进行衡量。




为啥要造虚拟电厂?




众所周知,我们用的电是瞬时平衡的,也就是说,你用多少,电厂就要发多少。就像一个天平,一端是用户,一端是电厂,让它平衡的支架就是电网。




电厂每天都持续在发电,而用电的需求总是一会儿高一会儿低,白天要的电多,晚上要的电少,夏天要的电多,冬天要的电少,电厂只能按当前外部需求来调整自身的发电,这样会造成运行的不经济。




近几年逐渐增多的风能、光伏等新能源,由于其不稳定性给整个电网的安全性和可靠性也带来了巨大的挑战。




如何能解决呢?




分层分区弹性平衡的虚拟电厂应运而生!




虚拟电厂,顾名思义就是一个虚拟化的电厂,不是电厂但是起到一个电厂的作用,可以将相对分散的源、网、荷、储等元素进行集成调控,构造一个大型“充电宝”。它对外既可以作为“正电厂”向系统供电,也可以作为“负电厂”消纳系统的电力,起到灵活的削峰填谷等作用。




分层分区的虚拟电厂




在嘉兴平湖,国网平湖市供电公司利用源网荷储一体化虚拟电厂聚合了园区、光伏、热电联产自备电厂、储能电站、5G基站等6大类18小类源储荷资源,实现可调资源街道全覆盖、类型全覆盖。目前形成可提供日前、日内、实时合计可调负荷200兆瓦以上的资源池。




虚拟电厂是怎么运作的呢?




举个例子:位于嘉兴平湖南市新区的新城吾悦广场,是个商业综合体,曾多次参与虚拟电厂的试运行,常规“发电”能力在300千瓦左右。




这普通的建筑,怎会变成“电厂”?说来也简单,商场里面有多台空调机组,在用电高峰时段,通过预先安装的电子终端实现分钟级远程柔性可调节负荷需求响应,将中央空调温度提高2-3摄氏度,日均用电量可以减少近20%。




如果管控几百座吾悦广场这样的大厦,就可以将几十万千瓦电力随时释放出来。




实际上,平湖源网荷储一体化虚拟电厂,就是由许多类似吾悦广场这样的楼宇构成的一个能源互联网管理体系。与一般楼宇自发、零散的节能行动不同,虚拟电厂每次运行,都经过周密组织,从而让众多楼宇能在同一时刻按预设方案“关开关”。




不仅是商场,居民和工厂也可以参与到虚拟电厂的价值创造中。家里的电动汽车、空调、冰箱等都可以交给虚拟电厂“托管”,虚拟电厂将挖掘家庭负荷特性,让用电、能耗、能效数据信息覆盖各家各户。




光说不练假把式。今年的6月21日,平湖市县域虚拟电厂已经投入实战应用。当天,虚拟电厂平台提前预测平湖110千伏永兴变2号主变将出现负荷紧张异常,并借助AI智能指挥长“启航”发出预警信息,调控分中心总指挥长查看此次异常事件后确认执行。




14时30分,浙江荣晟环保纸业股份有限公司在不影响生产的前提下关停了部分辅助设备。与此同时,正在平湖市新埭镇国际进口商品城里的消费者对于上升了两度的空调温度丝毫没有察觉;安装了智能空开的虹桥景苑小区居民张先生家中电热水器线路自动关闭;新埭地区的各个用户侧分布式光伏根据虚拟电厂指令智能调节逆变器运行方式平衡电压波动……




通过在负荷异常时间段精准调节永兴变下的用户资源,在成本最低、影响范围最小的前提下,及时避免永兴变2号主变负荷异常事件。




怎么做到像真正的电厂一样运行?




虚拟电厂的发电原理看似简单,具体实现却不容易。虚拟电厂要达到的目标,不仅仅是收集分散的电能数据、控制负荷量,而是像一个真正的发电厂一样,可以参与系统调度,提供调峰、调频辅助服务和电力市场交易等。




为此,国网平湖市供电公司构建了一个定位精准、需求精准、分配精准、方案精准的响应模式。其核心是通过灵敏度算法计算每个可调资源与网架设备的灵敏度及耦合关系,将虚拟电厂资源精准匹配到网架设备,建立层级鲜明、区域清晰的虚拟电厂可调节资源管理机制,既可以在用电高峰时段向外部供电,也可以在电力富余情况下消纳电力,起到灵活的削峰填谷作用。




随着气温上升,用电高峰已经来临,根据目前平湖电网实际运行情况,预计在迎峰度夏期间将出现3万至5万千瓦负荷缺口,同时预计今年最大负荷将会达到65万至70万千瓦左右。




据初步统计,在今夏用电高峰期间,随着虚拟电厂项目推进,将可实现该市全域调峰2万至3万千瓦。以建设100万千瓦虚拟电厂资源池计算,预计每年可节约3亿元电网新建投资成本,提高清洁能源消纳空间9600万千瓦时电量,按生态环境部发布的《2019年度减排项目中国区域电网基准线排放因子》中华东区域碳排放因子计算,可减少碳排放约7.6万吨。




按此推算,如果浙江各地区都能推广这种模式,就相当于在不增加资源消耗的情况下新建一座大型电厂。




未来,将有更多沉默的分布式资源被唤醒,一个住宅就是一个虚拟电厂,能在光伏等分布式能源有间歇性时,通过储能装置储存起来,形成稳定、可控的“微电厂”,实现万物皆“能”。作为智慧能源生态中,实现多形态资源“聚沙成塔,智慧响应”的关键一环,虚拟电厂,值得期待。



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