虚拟电厂:既不虚拟,也不发电,更不建厂

2022-09-20 10:42 文章来源: 作者:网络 阅读(

随着全球天气问题愈发严重,受极端天气打击的传统电网,大有溃不成军之势。

2021年美国得州极寒天气下的电网瘫痪,我国东北区域风电输出骤降导致的大局限限电,2022年川渝区域严重干旱,击穿以水电为主的电力供应,加州高温天气带来的供电危急……无不说明日益恶化的能源供求关系。同时,颠簸性强,稳固性差的可再生能源在能源供应结构中的延续增添,也对电网顺应性提出了全新要求。

若何确立一套加倍天真、可靠且有用率的系统治理电力资源,知足供需双方的新需求,就成了当务之急。

虚拟电厂,正是一个可能的谜底。

作甚虚拟电厂

虚拟电厂(Virtual Power Plant,简称VPP),是一套高度智能的能源治理系统。它以物联网为基础,统合电网中的漫衍式电源、储能设施、可控负荷等资源,举行集中调剂,介入电网的调剂运行,为电力市场提供天真性服务。虚拟电厂具有与电厂类似的功效,但没有传统意义上的厂房,故称“虚拟电厂”。

1997年,经济学家西蒙·阿韦布赫(Shimon Awerbuch)博士就提出了虚拟电厂的相关观点,他在《虚拟公共设施:新兴产业的形貌、手艺及竞争力》一书中将其界说为:受市场驱动的自力实体间天真相助,且能够为消费者提供所需的高效电能服务而不必拥有响应的资产 [1]。

今年8月26日,海内首家虚拟电厂治理中央在深圳揭牌,它接入漫衍式储能、数据中央、充电站、地铁等类型负荷聚合商14家,接入容量达87万千瓦,靠近一座大型煤电厂的装机容量 [2]。该虚拟电厂可在电力供应主要时段,直接调剂涣散的充电桩、空调、储能等用电资源,通过它们降低用电功率[3]。

虚拟电厂最显著的特征是兼具“源—荷”特征,既可以作为“正电厂”向系统供电调峰,又可作为“负电厂”加大负荷消纳,配合系统填谷;可快速响应指令,配合保障电网稳固并获得经济抵偿,也可直接像传统电厂一样,介入到电力市场生意、电力辅助服务生意等。

又由于虚拟电厂依托的是高度智能化的控制系统,并接入大量装备的物联网,理论响应速率与调治能力也远超传统调峰手段,尤其适配以风景电为首,需要电网做出快速反映的可再生能源。

虚拟电厂的另一个优势,是优异的经济性。凭证国家电网的测算,若是通偏激电厂实现电力系统的削峰填谷,知足5%的峰值负荷需要投资4000亿元。而通过虚拟电厂实现这一目的仅需投资500亿~600亿元,即火电厂成本的1/8~1/7,其性价比优势远超传统的冗余系统建设方案[4]。

虚拟电厂的产业链由上游的基础资源、中游的虚拟电厂运营商和下游电力需求方配合组成:

上游基础资源:可调负荷、漫衍式电源和储能装备。可控负荷重点是工业、商业和公共修建、住民等,差异应用场景负荷可调潜力差异较大,商业和公共修建可调负荷主要是空调、照明、动力等,相对容易治理;住民可调负荷漫衍散、单点容量小、聚合难度较大。漫衍式电源指的是小型漫衍式光伏、风电、火电、水电等机组。储能包罗机械储能、化学储能等。

中游虚拟电厂运营商:包罗资源聚合商与手艺服务。资源聚合商主要依赖物联网、大数据等手艺,整合、优化、调剂、决议来自各层面的数据信息,实现虚拟电厂焦点功效——协调控制,是虚拟电厂产业链的要害环节。手艺服务商则重点聚焦虚拟电厂软件平台建设,为资源聚合商提供手艺服务。

下游电力需求方:公共事业企业(电网公司)、能源零售商(售电公司)及一切介入电力市场化生意的主体,实现电力生意、调峰调频和需求侧响应的介入并获取收益。

当前的虚拟电厂在海内尚未构建起清晰的商业模式,但在外洋有两种相对成熟的类型可供参考。其一是着重于漫衍式发电单元,通过介入电力生意来获取收益;另一种则是着重于用户端的电力资源,通过提供辅助服务来获取收益。

*种商业模式在欧洲较为普遍。这种模式下,虚拟电厂主要通过提供手艺支持,优化发电成本,降低不需要损失,从而收取佣金;或是辅助发电单元接入电网,完成电力生意,获取服务费及溢价部门分成。代表性企业为德国虚拟电厂公司Next Kraftwerke,该公司也是欧洲*的虚拟电厂运营商。

Next Kraftwerke盈利模式大致分为三种,一是向可再生能源发电企业提供服务,协助发电商监测发电情形,节约不需要的成本;二是向电网侧提供短期柔性储能服务,提供来自觉电侧的调峰、调频服务赚取收益;三是通过控制需求侧,服务电网侧,以赚取响应用度。

停止2022年二季度,Next Kraftwerke已治理14414个漫衍式发电装备,包罗生物质发电装置、热电联产、水电站、风景电站等高度多样化装备,总治理规模到达10836MW[5]。

第二种模式则常见于美国电力市场。详细显示为,能源零售商开展虚拟电厂设计,通过提供低价储能电池或现金,换取家庭一部门电力的控制权,需要时给零售商提供电力,零售商的虚拟电厂聚合这些储能并在用电峰期提供应需要的用户,从而获取辅助服务收益。

并非救世主

我们需要明确一点,虚拟电厂确实有诸多努力意义,但不意味着要彻底推翻现有的能源供应系统,也不具备解决所有问题的能力。

首先,虚拟电厂只是更高效地统筹了漫衍式的发电资源以及种种形式的可用发电能力或存量电力,并实现更智能地调配用电,但无法从基本上解决“欠缺”。

举例来说,川渝区域刚刚已往的严重缺电,就是由于严重旱情造成水电系统发电能力骤降四到五成,而水电又在当地发电结构中占比超80%,叠加高温带来的住民用电量大幅上涨,导致伟大的电力缺口[6]。

这是虚拟电厂无力解决的。回首那时的情形,纵然当地建有成熟的虚拟电厂系统,也只可能举行有限度的优化,进一步降低未被关注的不需要消耗,以更有用率的方式保障住民用电,但对于伟大的缺口自己无能为力,保障工业生产更无从谈起。

究竟虚拟电厂纵有天大的本事,也不能能虚空生电,“变”出电力堵住缺口。

这一点在当前的欧洲能源危急与美国的加州、得州电力危急中同样适用——虚拟电厂既没有能力填补自然气欠缺,也无法从基本上解决供需矛盾,它所做的只是整合、协调与治理,并不具备从基本上解决问题的能力。

说到底,一套可靠的能源系统,无论详细的发电结构若何,无论其依赖传统化石能源发电照样种种可再生能源,发电量必须能够知足需求。

其次,虚拟电厂的建设远不止开发一套全新的数字控制系统,同样依赖匹配其功效的装备举行运作。

例如在对虚拟电厂的形貌中,经常将新能源车搭载的动力电池视作一种漫衍式的暂且储能工具,但在当前实践中,不是所有充电桩都具备从车载电池获取电力的功效,自然也就不能能向电网输电。此种征象也普遍存在于被纳入虚拟电厂构想,但尚不具备智能治理条件的种种电力装备。

当前的电网若想顺应虚拟电厂的调控方式,将会需要较为普遍的手艺设施升级。思量到电网重大的体量与庞大性,响应的基建将会是相当繁琐且耐久的系统性工程。

作为一种理想化的治理系统,虚拟电厂对新时代的电力系统的需要性不能忽视,但这也不意味着它可以逾越现有电网,或是要彻底取代现有的能源供应模式。我们没需要,也不应该对虚拟电网抱有不切现实的理想,更要小心借机炒作的民俗。

稀奇的风险

虚拟电厂与传统电力设施连系后,装备的大规模互联,高度智能化的运作方式,加上传统电力设施自身特征,带来了一种在过往并不突出的风险:网络平安破绽。

对于能源行业的“数字化转型”来说,接入数字手艺与全新的控制系统有着至关主要的作用,但将已往有限联网的要害装备并入一个更庞大的大型系统之中,会将一些原真相对平安的环节露出在可能的网络攻击之下。

以虚拟电厂为例,整个系统由天量装备互联组成,而这导致网络攻击可能发生在任何并网装备上,且处于末尾的装备也不太可能具有与焦点装备相近的平安性,致使其在网络攻击中格外懦弱,极大地增添了提防难度。

“微电网”也是一个相似的例子。高度庞大化的内陆电网使得系统运行高度依赖盘算机网络举行控制与治理,但也提高遭到网络攻击的风险,以及被攻破后可能造成的潜在损失。

另一方面,日益凸显的露出风险,也与能源行业自身特质有关。

能源行业作为现代工业社会基础中的基础,对任何社会组成部门都有着毋庸置疑的主要性,而这在行业的详细生长历程中,显示为了一种对新手艺的守旧态度。

能源行业并非倾轧新手艺,只是对可靠性与平安性的高要求,不能制止地导向了对新手艺的严酷羁系以及响应的低接纳率。这在硬件上显示为相对缓慢的更新换代与较为漫长的验证周期;在软件层面则意味着控制系统更久的投资周期与使用寿命,尤其是与那些系统升级异常频仍的行业相比(例如消费电子)。

详细来说,能源行业在运作优越的情形下,往往只会替换靠近使用寿命的装备,对数字系统的升级需求也谈不上异常强烈。纵然是当下,以风景电为代表的可再生能源带来了全方面的打击,整个行业的生长仍以数年为一个阶段推进,纵向对照显著加速,但横向对比其它行业仍然堪称审慎。

但这种生长节奏,并不顺应“数字时代”的生长模式。

传统能源行业“沉稳行事”的气概,在应对名堂繁多且诡秘多变的网络攻击时,很可能会显示为危险的缓慢,无法有用应对危急。

我们在近年已经看到了这样的实例。

相对早期的,有2015年,乌克兰电力公司遭受网络入侵,导致乌克兰一半以上区域泛起大规模停电;2019~2020年,委内瑞拉电力系统多次遭到网络攻击,导致大规模停电;2020年,巴西电力公司遭受勒索软件攻击,被黑客勒索1400万美元等等[7]。

近期的,2021年5月7日,美国*燃油管道运营商科洛尼尔管道运输公司,遭遇黑客攻击,被迫关闭整个管道系统。这导致美国多地泛起燃油欠缺和恐慌性购置,燃油价钱飙升,甚至迫使联邦政府宣布进入国家紧要状态。恐慌延续到13日运输系统重新上线,才有所缓解。在2022年头,欧洲包罗阿姆斯特丹、安特卫普在内的数个码头同样遭遇大局限网络攻击,石油装卸和转运严重受阻,向内陆都会转运石油的驳船也泛起延误[8]。

在我国,某省电力网络平安监测数据显示,2020年该省电力网遭受网络攻击42万余次,其中高危攻击占比高达65.4%,境外攻击占比18.27%,主要来自美国、印度等国家。高危攻击、专业化攻击出现大幅增进的迹象,能源系统面临的平安压力越来越大[7]。

如若类似乐成的网络攻击泛起在的虚拟电厂系统中,连系其特征,则可能导致伸张整个电网的大局限瘫痪,带来的损失也将随着笼罩局限的增进迅速扩大。

若何化解随能源系统智能化历程而日益升高的潜在风险,将会是未来高度智能化的能源网络必须回覆的问题。

另一方面,能源行业不太可能仅靠自身就完成数字基础设施建设,不能制止地会引入外部相助者,如网络供应商、云服务供应商等,但这些供应商对平安性与可靠性的要求往往较低。

例如,亚马逊云服务在近年不止一次泛起大面积宕机,甚至有过系统周全溃逃,所有服务暂不能用的情形。能源行业不能能接受这样的风险,其造成的损坏与损失,也远超单纯的生意系统关闭或物流杂乱。

想要化解此类风险,能源行业可能也需要确立一套全新的协作框架,从供应商处购置更高平安级其余数字服务,更顺应互联网时代的平安措施升级周期,但这无疑代表更多的成本,更低的利润空间。

若何平衡平安性与经济性,若何与其他行业确立更有用的相助机制,也将会是能源行业在数字时代绕不开的难题。

手艺之外

作为一种相对前瞻性的观点,虚拟电厂在生长历程中面临的,也不仅仅只是手艺问题。

作为处于早期探索阶段的行业,当前海内电力市场对虚拟电厂的定位与生长蹊径较为模糊,缺乏顶层设计。诸如谁建设、谁运营、谁羁系、谁介入、系统若何设计、订价机制、手艺尺度、津贴发放等要害问题,甚至都还不明确,行业的耐久生长面临很大难题。

要害政策的缺失导致各地对虚拟电厂的明晰并纷歧致,种种试点树模项目差异不小,可能会导致一些资源的虚耗,也晦气于未来统一接入大电网。

虚拟电厂详细的商业模式同样需要进一步探索。虽然在运作模式上有所差异,虚拟电厂的本质仍然是电力生意,然而我国当前的电力市场并不是完全开放的。不完全市场化的电力产业,利益是电价能够维持在低位,但却极大地削弱了虚拟电厂的盈利能力,商业化运作也变得十分难题。

低电价同时也袭击了电力供应单元的介入努力性,现阶段海内的虚拟电厂主要以邀约为主,由政府部门牵头,自动介入者有限。无法从社会上吸引足够的介入者,意味着虚拟电厂将难以保障基本的供电能力。

若何探索一套相符我国电力市场特征的商业模式,也是虚拟电厂必须面临的课题。

只能说作为一种新生事物,虚拟电厂要走的路,确实还很长。

References:

[1] 张玲:大涨70%后又暴跌,这一新风口还能“上车”吗. 中国基金报. 2022.09.02

[2] 史军、程韧俐、李江南 & 刘传书:海内首家虚拟电厂治理中央在深成. 科技日报,2022.08.26

[3] 中国电力报:海内*网地一体虚拟电厂平台来了!. 2021.11.29

[4] 科学报:火电成本1/7!虚拟电厂急需顶层设计. 中国电力网. 2022.09.09

[5] 德邦证券:德邦证券电力系列讲述(二):虚拟电厂,电改东风已至,广漠蓝海将成. 2022.08.17

[6] 李欣忆:水电大省四川为何会电力紧缺?. 川观新闻. 2022.08.17

[7] 朱涵&林光耀:中国每年遭遇境外恶意网络攻击超200万次:若何防御高危攻击?. 半月谈. 2021.10.22

[8] 陈铭:突发!黑客攻击欧洲口岸石油设施,油轮无法靠港!油价已飙至7年新高,万亿新能源赛道卷土重来?.  券商中国. 2022.02.06

上一篇:市值蒸发1700亿美元,这家小巨头「过冬」
下一篇:10亿,又一县级母基金落地
我要开户 我要开户 软件下载 客户端