虚拟电厂与电力市场
能源转型带来的挑战
- 国家电网一次能源需求量变化趋势(2000-2050):非化石能源发电量占比逐步提高,火力发电量占比显著下降。
- 我国各种能源年发电量占比(2000-2050):可再生能源(风电、太阳能)发电量占比显著提高,煤炭占比下降。
- 电网面临的挑战:单一消费者向混合型产消者转变,大规模可再生能源接入后系统灵活性下降,表现为稳定优质电源不足、调控能力弱、DER弱可观性、可测性、可控性。
- 分布式能源拥有者面临的挑战:降低用能成本、节能降耗、参与电力市场、提升环保和综合能效,但现有市场机制不成熟,分布式资源难以参与电力市场。
- 可再生能源未来的发展方向:聚沙成塔的虚拟电厂,通过智能电网实现大规模清洁能源的输送和消纳。
虚拟电厂的核心概念与类型
- 虚拟电厂定义:聚合优化“源网荷储售服”清洁发展的新一代智能控制技术和互动商业模式,依托信息通信和智能技术,聚合多类型、多能流、多主体资源,实现电源侧多能互补、负荷侧柔性互动,促进“三流合一”,为电网提供辅助服务,为用户和市场主体提供参与电力市场交易的途径。
- 核心思想:通信与聚合。
- 虚拟电厂类型:
- 市场型(CVPP):从经济角度考虑,制定最优发电计划和调度方式,参与电力市场,特点为打包交易,分布式资源的商业模式。
- 技术型(TVPP):从电力系统的整体需求考虑,提供灵活调节能力,特点为考虑接入电源、负荷等的物理特性和电网的实际运行情况。
虚拟电厂的框架与技术
- 虚拟电厂框架:包括发电单元、用电单元、通信网络、虚拟电厂控制中心、发电处理中心等。
- 虚拟电厂协调控制技术:
- 集中控制结构:控制中心掌握完整信息,控制能力强,扩展性和开放性好。
- 集中-分散控制结构:控制中心把一部分运行控制功能分配到本地控制和处理中心。
- 全分散控制结构:控制中心简化为数据交换中心,通过智能代理的协同实现控制中心的功能。
虚拟电厂发展历程
- 1990s:分布式电力系统概念提出。
- 1997年:虚拟电厂概念首次提出。
- 2000s:分布式电力系统稳定运营白皮书发布。
- 2005年至今:物联网、云计算、大数据、人工智能等技术应用于虚拟电厂。
- 2006年至今:分布式可再生能源快速发展。
- 2008年至今:电动汽车技术发展。
- 2010年至今:储能技术示范。
- 2011年至今:边缘计算技术研究。
- 2013年至今:区块链技术应用。
- 2016年至今:IEC首批虚拟电厂国际标准立项。
- 2017年至今:虚拟电厂“研创示编”(RIDS)四融合模式推进及2018+示范应用。
国内外虚拟电厂示范工程
- 荷兰PMVPP(2007):多代理技术,聚合10个微型CHP机组,降低当地配电网峰值需求。
- 澳大利亚光储VPP(2018):1000套电池储能,跟踪AGC信号,降低用户电费,提高多能源系统稳定性。
- 其他示范工程:英国、西班牙、法国、丹麦、德国、日本、美国等地的多个虚拟电厂示范工程。
冀北虚拟电厂示范工程
- 示范工程概况:涵盖冀北唐山、张家口、承德、秦皇岛、廊坊五地市,包括泛在电力物联网、坚强智能电网、虚拟电厂智能管控平台等。
- 智能管控平台:实现千万级智能能源终端管理、海量能源节点互联、海量数据流通与聚合、精准的源输配荷协同。
- 示范工程参与电网调控:三级调控架构,包括正常态和紧急态下的虚拟电厂参与电网调控。
- 虚拟电厂系统架构:包括资源整合优化和控制、紧急协同控制、分布式资源信息整合优化等。
虚拟电厂与电力市场
- 参与电力市场流程:虚拟电厂聚合内部资源,参与市场报价、交易出清、结算市场。
- 参与市场类型:单一市场、联合市场、多市场。
- 虚拟电厂运营主体决策:综合考虑内部资源备用、调峰等能力,结合市场价格,选择参与市场类型和比例,以利润最大化为目标。
虚拟电厂与国际标准
- IEC国际标准:首批虚拟电厂IEC国际标准获批立项,《未来分布式电力系统的稳定运营》白皮书发布。
- 国际技术研讨会和工作组会:多个国际技术研讨会和工作组会,推动虚拟电厂技术发展。
- 产业联盟与合作:IEC、IEEE、能源区块链联盟、工业互联网产业联盟等,推动虚拟电厂标准化和产业化。