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储能知识课堂|虚拟电厂简析
2024-08-08
Q 什么是虚拟电厂？
A
虚拟电厂（Virtual Power Plant，VPP）是一种利用先进的通讯和控制技术，将分布在不同地点的分布式能源资源（如风电、光伏发电、储能系统、可调度负荷等）进行整合和协调管理的系统。通过虚拟电厂，分布式能源资源可以作为一个整体参与电力市场和电网调度，从而提高能源利用效率、保障电力系统的稳定运行，并实现经济效益的最大化。
Q 虚拟电厂由哪几部分组成？
A
（1）分布式能源资源（DER）：包括如太阳能发电、风能发电、小型水电、生物质能发电、储能系统（如电池）、电动汽车充电桩以及可控负荷（如智能家电、工业负荷等）。这些资源通过数字化平台连接起来，形成一个虚拟的综合电力供应系统。
（2）信息通信技术（ICT）： 用于监控、管理和优化分布式能源资源的运行状态，包括物联网（IoT）设备、传感器、数据采集与监控系统（SCADA）、以及云计算和大数据分析平台。
（3）智能调度和控制系统：利用先进的算法和控制策略，实现分布式能源的协调调度和优化运行，确保电力供应的稳定性和经济性。
（4）能源管理系统（EMS）：综合管理和优化虚拟电厂的运行，包括能源预测、需求响应、市场交易、故障诊断等功能。
未蓝新能源团队自主研发的ViStarter EMS是一款具有实时数据收集与分析、系统运行调度与管理和故障自诊断与运维的轻量级现场控制及综合能源管理平台。它集成多种工商业应用模式，作为身边的24小时智能能源管理专家时刻为用户计算收益最大化的运行方案。
ViStarter主要用于含电池储能设备的应用场景，通过优化现场多储能设备功率分配和多能（负载、光伏、风电、发电机等）互补监控达到最佳能量管理目标。
在虚拟电厂的构建和运营中，未蓝新能源的ViStarter可以凭借其强大的多储能设备功率分配和多能互补监控能力，优化现场能源系统的运行策略，实现能源的最大化利用和效益的最大化提升，为虚拟电厂的稳定运行和高效运营提供有力支持。
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Q 虚拟电厂的工作原理是什么？
A
（1）数据采集与监测：虚拟电厂通过传感器和通讯网络实时采集各分布式能源资源的运行数据（如发电量、储能状态、负荷需求等）。
（2）优化调度与控制：能源管理系统根据采集到的数据，结合电力市场价格信号和电网需求，优化调度策略，协调各分布式能源资源的运行，确保发电和负荷平衡。
（3）市场交易与响应：虚拟电厂可以参与电力现货市场、辅助服务市场等，通过灵活调整输出功率和负荷响应，获取市场收益。
（4）反馈与调整：根据市场交易结果和电网运行状态，虚拟电厂不断调整调度策略，优化整体运行。
Q 虚拟电厂的应用场景及作用有哪些？
A
（1）电力市场交易：虚拟电厂可以参与电力现货市场、辅助服务市场等获取市场收益，降低能源成本，增加经济效益。
（2）需求响应：通过调节负荷响应，虚拟电厂能够参与需求响应项目，为电网提供调节能力，虚拟电厂还可以提供灵活的调度能力，平衡电力供需，减轻电网压力，提高电力系统的稳定性和可靠性。
（3）紧急备用电源：在电网出现故障或紧急情况时，虚拟电厂可以作为备用电源，保障电力供应。
（4）新能源并网：虚拟电厂可以优化分布式新能源的并网运行，缓解并网压力，其整合管理能力，有助于提高分布式可再生能源的接入比例，提高能源利用效率、减少浪费并推动能源转型和低碳发展。
（5）储能系统优化：储能系统是虚拟电厂的重要组成部分。通过虚拟电厂的集中调度和优化算法，可以实现对储能系统的充放电控制，以最大化储能系统的经济效益和电网的稳定性。例如，在电价低谷时充电，在电价高峰时放电，或者在电网故障时提供应急电源。
（6）电动汽车充电管理：随着电动汽车的普及，其充电需求将对电网产生越来越大的影响。虚拟电厂可以通过与电动汽车充电设施的连接和调度，实现对电动汽车充电负荷的优化管理。这不仅可以减轻电网的压力，还可以为电动汽车用户提供更加便捷和经济的充电服务。
Q 虚拟电厂在各国如何落地？
A
虚拟电厂在各国的落地方式因各国电力市场结构、政策环境、技术发展水平及资源禀赋等因素而异。以下是一些典型国家在虚拟电厂落地方面的具体做法：
（1）德国
a.政策驱动与市场机制
虚拟电厂在德国的落地得益于强有力的政策驱动和高度自由化的电力市场机制。首先，德国在温室气体减排方面设定了明确目标，将2050年实现气候中和的目标提前至2045年，并大力发展可再生能源。这一政策背景为虚拟电厂的发展提供了强大的驱动力。其次，德国实行电网、电厂、输电、配电、售电等业务相互拆分的运营模式，使电力市场呈现高度自由化，为新兴市场主体进入市场并发展成为可持续运营且获利的新型商业模式提供了重要前提条件。
b.商业化运营提升电力系统灵活性和收益性
德国的虚拟电厂已实现商业化运营，运营商包括独立虚拟电厂运营商、大型电力公司以及新型市场参与者等。德国电网平衡基团（也叫电力供需平衡责任方）在电力供需平衡中扮演重要角色，很多虚拟电厂的运营商和平衡基团之间是合作关系，平衡基团的责任方也可以运营自己的虚拟电厂，通过聚合并集中调度分布式能源，提升电力系统的灵活性。
除此之外，虚拟电厂通过整合分布式能源资源，参与电力市场交易，获得电网平衡服务、用户侧服务等多种收益。其中，德国的虚拟电厂运营商参与电力市场的交易方式包括日前市场、日间市场以及平衡市场等。
（2）美国
a.需求响应与灵活性资源
美国是世界上实施需求响应项目最多、种类最齐全的国家之一。在美国的电力市场中，虚拟电厂作为独立的市场参与者，可以通过参与需求响应项目来获得经济收益。这些项目通常由电网运营商或能源管理机构发起，旨在通过激励用户改变用电行为来平衡电网供需关系。
其虚拟电厂整合了多种分布式能源资源（包括但不限于工业和商业用户的可调节电力需求、智能家居系统中的温控设备、电动汽车充电站等）通过先进的通信技术和控制系统，虚拟电厂能够实时监测和调节这些可调节负荷资源的电力使用情况。例如：美国特斯拉的虚拟电厂项目已覆盖包括加州在内地多个地区，并利用其名为Autobidder的电力实时交易和控制平台，使所有者和运营商能够根据其业务目标和风险偏好制定可最大限度提高收入的运营战略。
b.市场化机制
美国电力市场较为成熟，其特点包括高度市场化、多元化以及技术创新的应用。虚拟电厂在美国的发展便是这一市场成熟度的体现之一，它们通过整合分布式能源资源参与电力批发市场和零售市场，从而优化资源配置，提高能源使用效率。
（3）中国
a.政策引导与示范项目
中国政府积极推动虚拟电厂的建设和发展，国家发展改革委、国家能源局等部门陆续出台多项政策，鼓励开展虚拟电厂示范，如《“十四五”现代能源体系规划》等，旨在通过示范项目积累经验，探索适合中国国情的虚拟电厂建设和发展模式。
2024年7月中广核集团打造的国内首个全绿电供应虚拟电厂项目在浙江宁波东方电缆园区正式投入运行，项目通过光伏、储能、充电桩、工业负荷等多种电源的协同运行，实现了多种电源参考实时经济性智能切换，提高了能源利用效率和经济性。
b.技术创新与应用
中国虚拟电厂在技术创新方面取得显著进展，通过应用先进的物联网技术，虚拟电厂能够实时感知和监测分布式电源（如风电、光伏）、储能系统、可控负荷、电动汽车等分布式能源资源（DER）的状态和运行数据；大数据技术为虚拟电厂提供了强大的数据处理和分析能力，对海量数据的收集、存储、处理和分析，虚拟电厂能够深入挖掘分布式资源的运行规律和潜在价值；人工智能技术在虚拟电厂中的应用主要体现在智能调度、优化控制和决策支持等方面，通过应用机器学习、深度学习等人工智能技术，虚拟电厂能够实现对分布式资源的智能识别和分类，制定最优的调度策略和控制方案。技术创新使虚拟电厂在提供可靠、灵活的供电或调节能力方面的优势更加明显。
（4）其他国家
a.日本Japan
日本虚拟电厂以新型储能为主建设，通过优化能源配置实现多赢局面。其电力市场品类丰富，为虚拟电厂提供了多种盈利模式。
b.欧洲国家
欧洲一些国家如英国、法国等也在积极推进虚拟电厂的发展，通过制定相关政策、建立市场机制等措施促进虚拟电厂的落地和应用。
综上所述，虚拟电厂在各国的落地方式各具特色，但均离不开政策引导、市场机制、技术创新以及商业化运营等多方面的支持和推动。未来随着全球能源转型的加速推进和电力市场的不断完善，相信虚拟电厂将在更多国家和地区得到广泛应用和发展。
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