热? 热? 热? ,湖南首家虚拟电厂申请“出兵”! | 山水洲城记

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“长沙是个蒸笼”“命是空调给的”“这居然只是预热”……近日,长沙迎来连日高温,且高温还将持续。7月8日,长沙市气象台发布今年首个高温橙色预警信号,8日到14日,晴天为主,最高气温将达38℃。

高温天气带动用电负荷快速增长,每年“迎峰度夏”对电网运行都是一场“大考”。

火电厂里冒着水蒸气的冷却塔、风电厂中高耸的风机、光伏电站一排排光伏板……印象里,电厂大多是这样的场景。但在湘江新区,一座“看不见的电厂”,却有等同于实体电厂的“发电”能力。

6月22日,全省首家虚拟电厂在湖南湘江新区上线。目前,湖南湘江新区虚拟电厂已接入资源运营商12家,容量30万千瓦,实时可调能力相当于1台小型火电机组,迎峰度夏期间可调负荷预计可达5万千瓦至10万千瓦。

何为虚拟电厂?为什么要建设虚拟电厂?它是如何发挥作用的呢?类比国内其他城市的虚拟电厂,长沙可以从中得到哪些发展启示?

何为虚拟电厂?

虚拟电厂其实并不是真正意义上的发电厂,而是一种智能电网技术。走进国网湖南长沙湘江新区供电公司的虚拟电厂管理中心,橘洲君一睹它的“真容”。

虚拟电厂由一间操作室和机房、数据设备室组成,操作室有一个巨大的电子屏,工程师打开管理平台,只见虚拟电厂的发电控制、虚拟机组、发电量、市场交易等信息一一直观显示。

虚拟电厂管理中心的操作室有一个巨大的电子屏,虚拟电厂的发电控制、发电量、市场交易等信息一一直观显示。 均为湖南湘江新区供图

“‘虚拟电厂’是参与电网运行和电力市场的能源供给、协调管理系统。”湖南湘江新区虚拟电厂负责人介绍,虚拟电厂通过信息、互联网技术等,将海量分散的、小型的可再生能源发电单元、储能设备、可控负载以及电动汽车等资源整合起来,加以优化控制,参与电网调度,是降低全社会用电成本的“云端电厂”。

“虚拟”即意味着并非实体,因此虚拟电厂本身并不发电,而是通过物联网、云计算等技术,将用电方、储能方、分布式电源聚合起来,使众多“小型电站”组合成一个发电量可观的虚拟电厂,实现电力的弹性调整。

打个比方,如果把电能比作水流,发电厂就是自来水厂,输电线路就是水管,而虚拟电厂的功能就是调小或关掉不必要的水龙头,让电像水一样输送到更需要的地方。

传统电厂需要巨额初期投资用于建设厂房和发电设备,虚拟电厂省去了土地购置、厂房建设、设备发电等费用,采用先进的控制技术、物联网技术与信息通信技术,将分布式电源、储能与可调负荷等资源进行聚合管理与优化控制,能实现与常规电厂相同的调节能力。

既没有高耸的烟囱、成片的厂房,也不消耗煤炭等燃料,虚拟电厂看不见、摸不着,却具有实体电厂的一些属性,例如提供调峰调频等服务。举个简单例子,每逢周末,商场是用电高峰,而办公楼则是用电低谷,虚拟电厂就可以做出合理安排,把更多电力调配给商场。

通俗化理解就是——削峰填谷、聚沙成塔。

除了可调节负荷,虚拟电厂还能对分布式电源、储能、电动汽车等各类分布式资源进行聚合管理和优化控制。简单来说,就是将不同类型的分布式资源“聚沙成塔”。

为什么需要虚拟电厂这么一个“智能调节器”呢?

来看一组数据,研究显示,绝大多数省份一年中电力负荷超过最高负荷95%的总持续时间仅有几十个小时,根据测算,为了满足这5%的峰值负荷需求,建设电厂和配套电网可能要花费几千亿元,电力供需矛盾较为突出。

以湖南电力供应为例,湖南用电负荷季节性特征明显,湖南电网用电负荷日最大峰谷差接近60%,居全国第一。一般来讲,晚上、春秋季电需求较少,白天、夏冬季用电多。数据显示,2023年,长沙电网最高负荷达1073万千瓦,但尖峰负荷(即超过最高负荷的95%的负荷)仅持续30多个小时。而湖南湘江新区的企业、项目云集,电力需求大,用电量在全市各区县(市)公司中排名第一。

随着“双碳”目标政策推进,新能源装机容量和发电量占比持续提升,电力系统灵活性调节资源的需求不断释放。据华泰证券预测,2025年我国“虚拟电厂”市场规模达102亿元。而随着电力交易市场的不断完善,“虚拟电厂”市场规模在2030年有望达千亿元。

虚拟电厂大有可为。

既不烧煤,也没有发电机组,那么,虚拟电厂的电从何而来?

湖南湘江新区虚拟电厂负责人介绍,虚拟电厂本身不直接发电,而是把零散电力负荷聚合起来,对外等效形成一个发电厂。因此,虚拟电厂的电有的来自能源站、充电桩,有的来自光伏、风电等新能源发电,还可能来自通信基站、工厂以及商场,甚至居民家的新能源汽车等。

以新能源汽车为例。用电低谷时,新能源汽车以较低的价格充电,用电高峰时,响应虚拟电厂的调度指令,把储存的电量反向卖给电网。能源站、储能电池的情况与新能源汽车类似,高负荷时段还可采取错峰用电、降功率充电,降低用电成本,提升利用效率。

同时,新能源汽车本身就是体量庞大的储能载体,从电池全生命周期来看,电池服务新能源汽车仅仅是全生命周期很小的一部分。有着“新能源巨头”之称的宁德时代坚持“车路云一体化”融合发展,推进“云—能”协同,通过虚拟电厂,以虚拟接口聚合车辆,与电网交互,参与电网的调频调峰,可以将电池全部能量都发挥出来。

通俗来说,“车路云一体化”可以理解为“聪明的车+智慧的路”。打造“车路云一体化”试点城市,长沙早就准备好了。7月3日,工业和信息化部、公安部、自然资源部、住房和城乡建设部、交通运输部联合发布《智能网联汽车“车路云一体化”应用试点城市名单》,长沙名列其中。这也是继国家智能网联汽车测试区等四块国家级牌照后,长沙获得的第五块智能网联领域国家级牌照。湖南湘江新区虚拟电厂投入使用,将进一步带动相关产业集群发展。

湘江新区虚拟电厂运作模式。

电能是动态的过程性能源,即用即发,发电厂发多少电,用户就同时用多少电。而风电、光伏等能源都是“靠天吃饭”,在用电低峰期,可能会出现电用不完的情况,造成弃风、弃光等现象,而在夏冬用电高峰期,又可能出现电量不够用。虚拟电厂可以灵活调控可调节电力负荷,减少或避免弃风、弃光等现象。

各方能从虚拟电厂获得什么?

对电网而言,有助于提升电网的安全稳定运行,相当于在不增加资源消耗的情况下新建一座大型电厂。

充电桩、储能站等可调资源运营商在用电低谷时充电、高峰时放电,可利用电的峰谷价差获益。以储能站为例,在用电低谷大量购买、储存低价电,在虚拟电厂调度时将储存电力放出来,既能获得电价差异、电量补贴,又能缓解用电紧张,一举多得。

对用户而言效果如何?最直观的感受是降低了用能成本。比如大型商场或企业,将温度提高1至2摄氏度,不会让顾客、员工有明显的感受,但降低了空调的负荷,达到节能减排、提高经济效益的目的。对于普通用户来说,即使是一户家庭、一辆电动汽车,也能成为虚拟电厂的一部分。比如,电动汽车充电期间,虚拟电厂可根据电力市场价格波动情况,实时优化充放电策略,从而减少用户的充电成本,实现电厂、电网、用户、虚拟电厂的多方共赢。

“既能合理使用资源,还能真金白银省钱。”在湖南湘江新区虚拟电厂管理中心负责人看来,虚拟电厂可实现电厂、电网、用户、虚拟电厂的多方共赢。

据悉,湘江新区2024年设立200万元虚拟电厂专项资金池,对新区范围内符合条件的虚拟电厂运营商给予专项激励。截至5月底,新区虚拟电厂已完成中国铁塔长沙分公司、小桔能源等12家虚拟电厂平台接入,容量30万千瓦,迎峰度夏期间预计实时调节容量5万至10万千瓦,将有力保障度夏期间湘江新区可靠供电。

近年来,国家出台多项支持虚拟电厂发展的相关政策,鼓励开展虚拟电厂示范。湖南湘江新区也落地配套多项相关政策,支持“虚拟电网”发展。

2023年9月率先全省探索开展虚拟电厂试点建设,2024年2月率先全省提出在虚拟电厂等领域出台标准体系、技术导则、配套政策环境,围绕“源网荷储”协同一体发展构建虚拟电厂管理运行体系等超前工作部署。据悉,新区拟持续加大政策支持力度,计划于近期印发《湖南湘江新区虚拟电厂精准响应实施方案(试行)》《湖南湘江新区虚拟电厂精准响应管理办法(试行)》,不断完善虚拟电厂运营管理和交易模式,全力推进新区虚拟电厂管理中心实体化运营。

“计划到2030年,新区虚拟电厂调节能力达到20万千瓦,形成虚拟电厂完整产业链,为加快形成新质生产力、推动能源转型和实现‘双碳’目标贡献力量。”湖南湘江新区虚拟电厂管理中心负责人表示。

目前,我国虚拟电厂项目总体处于前期试点研究阶段,但发展的步伐从未停歇。其中,江苏、上海、河北、广东等地相继开展了电力需求响应和虚拟电厂的试点。

作为电力大省,江苏于2016年开始试点“大规模源网荷友好互动系统”,2017年5月,世界首套“大规模源网荷友好互动系统”在江苏投运,这相当于使我国拥有了世界上最大规模容量的虚拟电厂。

截至2023年11月,江苏已经并网的虚拟电厂“发电”能力超过200万千瓦,达210万千瓦,相当于两台全球最大的白鹤滩水电站水轮发电机组的装机容量,以城市居民每户每天用电量10度计算,可满足20多万户居民一天的用电。“根据测算,今年以来,江苏用电负荷超过1亿千瓦的时长为1246小时,为了满足峰值负荷需求,用建设虚拟电厂代替新建传统火力发电厂,可以节约80%至90%的建设成本。”国网江苏电力调度控制中心调度运行处处长仇晨光说。

2019年12月,国内首个虚拟电厂国网冀北泛在电力物联网虚拟电厂示范工程投入运行。其中,水电热气多种能源互联互通是该工程特点。该示范工程一期接入与实时控制蓄热式电采暖、可调节工商业、智能楼宇、智能家居、储能、电动汽车充电站、分布式光伏等11类19家泛在可调资源,容量约16万千瓦,涵盖张家口、秦皇岛、廊坊三个地市。秦皇岛作为虚拟电厂综合试点,张家口、廊坊分别作为蓄热式电锅炉、大工业负荷专项试点,实现了以电为中心,热、气、水等能源互联互通,打造了能源互联网技术样板间。

2022年8月,深圳虚拟电厂管理中心举行揭牌仪式,这是国内首家虚拟电厂管理中心。截至目前,深圳虚拟电厂管理中心已接入运营商90家,接入容量规模超过250万千瓦。以一户家庭报装容量6千瓦来算,250万千瓦容量相当于40万个家庭的用电需求。预计到2025年,深圳将建成具备100万千瓦级可调节能力的虚拟电厂,逐步形成年度最大负荷5%左右的稳定调节能力。

2023年7月,广州、深圳、柳州三地同步开展虚拟电厂多功能联合调控,标志着我国首个区域级虚拟电厂投入运行。

作为智慧能源和绿色电力的关键技术,虚拟电厂的出现生动诠释了人与自然和谐共生的现代化,它将分散的能源碎片凝聚,在厚积薄发中孕育更大的能量。

“小暑大暑,上蒸下煮”,七月中旬初伏将至,这场“大考”即将上难度,虚拟电厂或许会面临新的一波考验,但这也正是未雨绸缪、查漏补缺的大好时机。

记者/刘丹 李金 柯鸣 通讯员/周秋燕

编辑/刘丹 校读/欧艳

初审/彭培成 终审/沐刃

【作者:刘丹 李金 柯鸣 通讯员/周秋燕】 【编辑:彭培成】
关键词:虚拟电厂;高温天气;迎峰度夏;湖南湘江新区;长沙;山水洲城记 虚拟电厂;高温天气;迎峰度夏;湖南湘江新区;长沙;山水洲城记
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