產(chǎn)品中心
新型電力系統(tǒng)的必然選擇—安科瑞電化學儲能電能管理系統(tǒng)解決方案
建設(shè)背景
貫徹落實《中共中央國務(wù)院關(guān)于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作 的意見》 和《國務(wù)院關(guān)于印發(fā) 2030 年前碳達峰行動方案的通知》 要求 ,把綠色低碳 發(fā)展納入國民教育體系。
2021 年 3 月 26 日為推動信息技術(shù)與教育教學深度融合 ,教育部印發(fā)《高等學校數(shù)字 校園建設(shè)規(guī)范(試行) 》
摘要:本文主要介紹基于新型電力系統(tǒng)下的源網(wǎng)荷儲聯(lián)動的解決方案 ,過先進信息通 信技術(shù)和軟件系統(tǒng) ,實現(xiàn)分布式電源 、儲能系統(tǒng) 、可控負荷 、 電動汽車、充電樁等分 布式能源的聚合和協(xié)調(diào)優(yōu)化 ,以作為一個特殊電廠參與電力市場和電網(wǎng)運行的電源協(xié) 調(diào)管理系統(tǒng) 。虛擬電廠并不是真實存在的電廠 ,而是一種智能電網(wǎng)技術(shù) ,應(yīng)用分布式 電力管理系統(tǒng)參與電網(wǎng)運行調(diào)度 ,實現(xiàn) “源-荷-網(wǎng) "聚合優(yōu)
關(guān)鍵詞:虛擬電廠、源網(wǎng)荷儲 、碳達峰碳中和、光儲充
1 虛擬電廠是什么: 分布式資源的聚合與優(yōu)化
根據(jù)《虛擬電廠的概念和發(fā)展》一文,虛擬電廠(virtualpower plant,簡稱 VPP) 是通過 先進信息通信技術(shù)和軟件系統(tǒng) ,實現(xiàn)分布式電 源、儲能系統(tǒng) 、可控負荷 、電 動汽車 、充電樁 等分布式能源的聚合和協(xié)調(diào)優(yōu)化 , 以作為一個特殊電廠參與電力市 場和電網(wǎng)運行的電源協(xié)調(diào) 管理系統(tǒng) 。虛擬電廠并不是真實存在的電廠而是一種智能 電網(wǎng)技術(shù) ,應(yīng)用分布式電力管理 系統(tǒng)參與電網(wǎng)運行調(diào)度 ,實現(xiàn) “源-荷網(wǎng) "聚 合優(yōu) 化。
虛擬電廠具有較強的靈活性調(diào)節(jié)能力。虛擬電廠并不實際發(fā)電,而是將分散的源、 網(wǎng)、荷、 儲等元素進行集成調(diào)控 ,對外等效成為一個可控的電源 ,具有較強的靈 活 性調(diào)節(jié)能力,可以作為發(fā)電電源可向電力系統(tǒng)供電,也可以作為負荷消納系統(tǒng)的電力,
同時具有向上和向下調(diào)節(jié)負荷的能力 。虛擬電廠的核心是聚合資源的能源管理系統(tǒng), 基礎(chǔ)是分布式、靈活性資源和電力市場 。虛擬電廠本質(zhì)是一個能源管理系統(tǒng) ,因此智 能化的軟件平臺、集控系統(tǒng)是虛擬電廠的核心 。參與軟件平臺調(diào)度、控制的分布式能 源 、靈活性資源是虛擬電廠的資源基礎(chǔ) 。靈活性資源 在能源管理系統(tǒng)的控制下 ,還 需要進一步考慮需求響應(yīng) 、不確定性等要素 ,通過與云中心 、 電力交易中心等進行 信息通信 ,實現(xiàn)與大電網(wǎng)的能量互換 ,實現(xiàn)盈利 。因此電力市場等市場機制是虛擬電 廠實現(xiàn)盈利的市場基礎(chǔ)。
2 為什么需要虛擬電廠
2.1 風光快速增加帶來的填谷需求
光伏建設(shè)速度遠超風電,分布式光伏成為主力。2022 年我國光伏裝機首ci超過風電,
其中分布式功不可沒。2022 年分布式光伏新增裝機 51.11GW,占當年全部光伏新增的 58.48%; 截至 23H1,分布累計裝機達 198.23GW。分布式建設(shè)、選址簡單,項目周期短,裝機提升快。 由于其出力時間高度集中,受電網(wǎng)調(diào)度管控程度相對低,消納問題正在顯現(xiàn),山東、河南等 分布式裝機大省已出臺分布式配儲文件。
(圖片來自于華福證券虛擬電廠專題報告)
國內(nèi)以山東為代表的部分省份同樣有明顯的填谷需求。山東裝機結(jié)構(gòu)與CAISO 相似,截至
22 年底,光伏裝機占比達到 22.5%。在 2023 年五一假期期間,山東省內(nèi)用電負荷下降約 15%,
引發(fā)連續(xù)負電價現(xiàn)象。值得注意的是,4 月 29 日-5 月 1 日現(xiàn)貨價格曲線形狀類似鴨子曲線, 期間 10 時-15 時負電價出現(xiàn)尤為頻繁,而該時段為光伏發(fā)電高峰。結(jié)合此前山東將中午時 段劃分為電價深谷時段,新能源裝機增加改變了原有的負荷曲線,使得新能源集中大發(fā)時段, 電網(wǎng)凈負荷出現(xiàn)了一個深谷,需要對負荷進行時間上的轉(zhuǎn)移(填谷)以平滑變化、促進新能 源消納。
2.2 充電樁等新型負荷使得負荷側(cè)復(fù)雜程度提升
充電樁保有量隨新能源汽車快速提升,改變配電網(wǎng)形態(tài)。截至 2023H1,我國公共充電 樁保有量為 214.86 萬臺,同比+40.63%。2023H1,新能源汽車銷量同比+44.13%,保持快速 增長,可以預(yù)見未來隨新能源汽車銷量繼續(xù)快速提升,充電樁保有量將持續(xù)增加。充電樁的 大量增加將對配電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊,相比于常規(guī)交流充電樁,快充直流樁由于功率更大、充電時 間更短,產(chǎn)生沖擊更大。
充電樁加劇居民生活用電負荷峰值提升。充電樁對配電網(wǎng)的影響主要包括:
(1)充電樁用電高峰同樣是居民原有用電高峰,會導(dǎo)致原有負荷峰值繼續(xù)提升,產(chǎn)生時間 短、量級高的尖峰負荷;
(2)按尖峰負荷配置變壓器容量,導(dǎo)致其余時間資源閑置;
(3)充電負荷波動帶來網(wǎng)絡(luò)損耗等。
因此,充電樁的發(fā)展導(dǎo)致了削峰填谷需求的增加,但同時充電樁和新能源汽車本身是良好的 可調(diào)節(jié)負荷,如能通過虛擬電廠進行聚合和優(yōu)化,是降低充電成本和降低電網(wǎng)投資的雙贏之 選。
2.3 需求側(cè)響應(yīng)能力力爭達到至大負荷的 3%-5%
需求側(cè)響應(yīng)能力建設(shè)目標明確。十四五前,虛擬電廠停留在個別地區(qū)、項目試點階段, 一是新能源裝機占比不高,電力系統(tǒng)對靈活性資源需求不強;二是缺乏量化目標。2022 年, 《 “十四五 "現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》提出,力爭到 2025 年, 電力需求側(cè)響應(yīng)能力達到至大負 荷的 3%~5%,其中華東、華中、南方等地區(qū)達到至大負荷的 5%左右。
虛擬電廠政策密集發(fā)布,成為新型電力系統(tǒng)建設(shè)的重要一環(huán),政策力度有望持續(xù)加大。7 月 11 日,深化改革委員會第二次會議召開,審議通過了《關(guān)于深化電力體制改革加快構(gòu)建新 型電力系統(tǒng)的指導(dǎo)意見》。會議強調(diào),要健全適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的體制機制,推動加強電力 技術(shù)創(chuàng)新、市場機制創(chuàng)新、商業(yè)模式創(chuàng)新。虛擬電廠作為促進新能源消納的重要環(huán)節(jié)和電力 商業(yè)模式創(chuàng)新的重要形式,后續(xù)政策支持力度有望持續(xù)加大。
3 虛擬電廠如何創(chuàng)造收益
3.1 需求側(cè)響應(yīng)
虛擬電廠的三個收益來源: 需求側(cè)響應(yīng)、輔助服務(wù)市場、 電力現(xiàn)貨市場 。當前我 國虛擬電廠處于邀約型向市場型過渡階段。邀約型階段主要由政府部門或調(diào)度機構(gòu)牽 頭組織 ,發(fā)出邀約信號 ,虛擬電廠組織資源進行響應(yīng) ,并獲得容量/電量補貼 。我國 多個省份出臺了需求響應(yīng)細則 ,其中以江蘇、上海、廣東等省市開展得較好 。需求側(cè) 響應(yīng)補貼單價高但頻率低 ,市場化程度低 。需求響應(yīng)以削峰為主 ,主要發(fā)生在迎峰度 夏期間 ,主要 目 的在于保供 。以廣東省為例 ,2022 年全年開展 9 次日前邀約型市場化 需求響應(yīng)(均發(fā)生在 7 月和 8 月 ) ;至大削峰負荷 277 萬千瓦 ,至大響應(yīng)申報量 609 萬千瓦;有效響應(yīng)調(diào)用收益 1.63 億元??梢钥吹剑m然補至至高達到 5 元/千瓦時(可 中斷負荷) ,但需求響應(yīng)并非常態(tài)化進行 ,發(fā)生頻率較低 ,有很強的計劃色彩 。因此 隨著我國電力市場體制建設(shè)逐漸完善,虛擬電廠也正從邀約型階段向市場型階段過渡。
3.2 輔助服務(wù)市場
新型電力系統(tǒng)持續(xù)催生對輔助服務(wù)的需求 。傳統(tǒng)電源(火電、水電等) 具備一定 的調(diào)節(jié)能力 ,而新能源存在出力波動 、無功缺失等特性 ,導(dǎo)致高比例新能源裝機電力 系統(tǒng)對電力輔助服務(wù)的需求提升。根據(jù)國家能源局數(shù)據(jù),2019H1 我國輔助服務(wù)費用占 總電費比例為 1.47%;根據(jù)中國能源報 ,這一比例在近兩年上升至 2.5%;根據(jù)國際經(jīng) 驗,輔助服務(wù)費用一般占社會總電費的 3%以上,隨著新能源大規(guī)模接入還將不斷增加。 因此 ,預(yù)計輔助服務(wù)市場規(guī)模將以高于用電量增速的速度增長。
虛擬電廠主要發(fā)揮調(diào)峰 、調(diào)頻作用 。2021 年 12 月 , 國家能源局修訂發(fā)布《電力輔助 服務(wù)管理辦法》,確指出電力用戶可通過委托虛擬電廠代理的形式參與電力輔助服務(wù) 市場,此后多地在電力輔助服務(wù)細則中對虛擬電廠/負荷聚合商參與輔助服務(wù)的條件、 補償方式予以明確 。 當前 ,虛擬電廠主要功能是電能量的時間轉(zhuǎn)移 ,對應(yīng)調(diào)峰服務(wù); 未來隨著工商業(yè)儲能滲透率提升,虛擬電廠有望在調(diào)頻服務(wù)取得更大突破。從 2023H1 全國輔助服務(wù)運行數(shù)據(jù)看,調(diào)峰、調(diào)頻是輔助服務(wù)費用的主體,費用合計占比達到 80%。
4 概述
AcrelEMS 智慧能源管理平臺是針對企業(yè)微電網(wǎng)的能效管理平臺,對企業(yè)微電網(wǎng)分 布式電源、市政電源、儲能系統(tǒng)、充電設(shè)施以及各類交直流負荷的運行狀態(tài)實時監(jiān)視、 智能預(yù)測 、動態(tài)調(diào)配 ,優(yōu)化策略 ,診斷告警 ,可調(diào)度源荷有序互動、能源全景分析 , 滿足企業(yè)微電網(wǎng)能效管理數(shù)字化、安全分析智能化、調(diào)整控制動態(tài)化、全景分析可視 化的需求 ,完成不同策略下光儲充資源之間的靈活互動與經(jīng)濟運行 ,為用戶降低能源 成本,提高微電網(wǎng)運行效率。AcrelEMS 智慧能源管理平臺可以接受虛擬電廠的調(diào)度指 令和需求響應(yīng) ,是虛擬電廠平臺的企業(yè)級子系統(tǒng)。
5 平臺結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)覆蓋企業(yè)微電網(wǎng)“ 源-網(wǎng)-荷-儲-充 "各環(huán)節(jié),通過智能網(wǎng)關(guān)采集測控裝置、光伏、 儲能、充電樁、常規(guī)負荷數(shù)據(jù) ,根據(jù)負荷變化和電網(wǎng)調(diào)度進行優(yōu)化控制 ,促進新能源 消納的同時降低對電網(wǎng)的至大需量 ,使之運行安全。
圖 1 AcrelEMS 智慧能源管理平臺主界面
6 平臺功能
6.1 能源數(shù)字化展示
通過展示大屏實時顯示市電、光伏 、風電 、儲能 、充電樁以及其它負荷數(shù)據(jù) ,快 速了解能源運行情況。
6.2 優(yōu)化控制 直觀顯示能源生產(chǎn)及流向,包括市電、光伏、儲能充電及消耗過程,通過優(yōu)化控 制儲能和可控負載提升新能源消納,削峰填谷,平滑系統(tǒng)出力,并顯示優(yōu)化前和優(yōu)化 后能源曲線對比等。
6.3 智能預(yù)測 結(jié)合氣象數(shù)據(jù),歷史數(shù)據(jù)對光伏、風力發(fā)電功率和負荷功率進行預(yù)測,并與實際 功率進行對比分析,通過儲能系統(tǒng)和負荷控制實現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度,降低需量和用電成本。
6.4 能耗分析采集企業(yè)電、水、天然氣、冷/熱量等各種能源介質(zhì)消耗量,進行同環(huán)比比較, 顯示能源流向,能耗對標,并折算標煤或碳排放等。
6.5 有序充電 系統(tǒng)支持接入交直流充電樁,并根據(jù)企業(yè)負荷和變壓器容量,并和變壓器負荷率 進行聯(lián)動控制,引導(dǎo)用戶有序充電,保障企業(yè)微電網(wǎng)運行安全。
7 設(shè)備選型 除了智慧能源管理平臺外,還具備現(xiàn)場傳感器、智能網(wǎng)關(guān)等設(shè)備,組成了完整的“云 -邊-端"能源數(shù)字化體系,具體包括高低壓配電綜合保護和監(jiān)測產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線 監(jiān)測裝置、電能質(zhì)量治理、照明控制、充電樁、電氣消防類解決方案等,可以為虛擬 電廠企業(yè)級的能源管理系統(tǒng)提供一站式服務(wù)能力。
8 總結(jié)
安科瑞系統(tǒng)解決方案還包含電力運維云平臺、能源綜合計費管理平臺、環(huán)保用電監(jiān)管云 平臺、充電樁運營管理云平臺、智慧消防云平臺、電力監(jiān)控系統(tǒng)、微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)、智 能照明控制系統(tǒng)、電能質(zhì)量治理系統(tǒng)、電氣消防系統(tǒng)、隔離電源絕緣監(jiān)測系統(tǒng)等系統(tǒng)解決方 案,覆蓋企業(yè)微電網(wǎng)各個環(huán)節(jié),打造準確感知、邊緣智能、智慧運行的企業(yè)微電網(wǎng)智慧能源 管理系統(tǒng)。