在能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)源地德國(guó)，虛擬發(fā)電廠已經(jīng)“落成”。或許未來(lái)需求側(cè)最好的商業(yè)模式就是虛擬發(fā)電廠。
當(dāng)能源互聯(lián)網(wǎng)概念正在國(guó)內(nèi)熱炒的時(shí)候，德國(guó)已經(jīng)完成了一些“能源互聯(lián)網(wǎng)”的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。隨著棄核期限日益臨近，可再生能源特別是分布式能源比例的不斷提高，如何在原有的大電網(wǎng)中，高效的控制這些分散的小型“電廠”成為了近些年德國(guó)政府極力推動(dòng)的一項(xiàng)研究。
也就是說(shuō)，將成千上萬(wàn)的分散小型可再生能源整合為一個(gè)巨大的類似傳統(tǒng)電廠的可靠能源網(wǎng)絡(luò)，不再是一個(gè)夢(mèng)想，而是在逐步實(shí)現(xiàn)。
2008年，德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和技術(shù)部啟動(dòng)了“E-Energy”計(jì)劃，目標(biāo)是建立一個(gè)能基本實(shí)現(xiàn)自我調(diào)控的智能化的電力系統(tǒng)，而其中信息和通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)此目的的關(guān)鍵。E-Energy同時(shí)也是德國(guó)綠色I(xiàn)T先鋒行動(dòng)計(jì)劃的組成部分。綠色I(xiàn)T先鋒行動(dòng)計(jì)劃總共投資1.4億歐元，包括智能發(fā)電、智能電網(wǎng)、智能消費(fèi)和智能儲(chǔ)能四個(gè)方面。為了分別開(kāi)發(fā)和測(cè)試智能電網(wǎng)不同的核心要素，德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部通過(guò)技術(shù)競(jìng)賽選擇了6個(gè)試點(diǎn)地區(qū)團(tuán)體。
在以ICT技術(shù)為基礎(chǔ)的一個(gè)強(qiáng)大的“能源互聯(lián)網(wǎng)”中，各種形式的發(fā)電廠和電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商、工業(yè)和私人用戶，都找到了屬于自己一個(gè)全新的市場(chǎng)角色，一個(gè)全新的商業(yè)模式應(yīng)運(yùn)而生。
在這個(gè)全新的結(jié)構(gòu)和功能的電力系統(tǒng)中，各種軟件、智能電表、儲(chǔ)能等新技術(shù)被應(yīng)用其中。在高效的使用“不穩(wěn)定”的可再生能源同時(shí)，更為關(guān)鍵的是實(shí)現(xiàn)了用戶側(cè)的管理。
在由“E-Energy”計(jì)劃支持的6個(gè)涉及能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目中，位于德國(guó)中北部的哈茨山脈的可再生能源示范項(xiàng)目——RegModHarz項(xiàng)目，就是將新能源最大化利用的典型案例，而其中最引人注目的就是將這些分散的新能源發(fā)電設(shè)備進(jìn)行虛擬集合、調(diào)配的技術(shù)，也就是我們所稱的“虛擬電廠”（Virtual Power Plant,VPP）。
沒(méi)有實(shí)體的電廠
顧名思義，“虛擬電廠”并不是具有實(shí)體存在的電廠形式，它打破了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中物理上發(fā)電廠之間、以及發(fā)電和用電側(cè)之間的界限。
在德國(guó)，隨著新能源接入特別是大規(guī)模的分散式光伏、風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)的接入，毫無(wú)疑問(wèn)給電網(wǎng)的穩(wěn)定帶來(lái)了間歇性的沖擊，這樣也就對(duì)電網(wǎng)的調(diào)度方式提出了新的挑戰(zhàn)。同時(shí)，隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)甚至是私人用戶都可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析。虛擬電廠的作用就是將新加入的新能源系統(tǒng)與傳統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)以及儲(chǔ)能系統(tǒng)等進(jìn)行有效的整合，通過(guò)一個(gè)控制中心實(shí)現(xiàn)管理，從而有機(jī)的參與到電網(wǎng)運(yùn)行中。
與此同時(shí)，虛擬電廠也不失為一種有效的響應(yīng)需求側(cè)的手段。通過(guò)在用電側(cè)安裝一些裝置比如智能電表，從而設(shè)計(jì)出符合客戶特定用能需要并具有經(jīng)濟(jì)性的電源組合，使得供需在發(fā)電和用電兩側(cè)達(dá)到平衡。
而德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和技術(shù)部最終選擇RegModHarz項(xiàng)目作為“虛擬電廠”示范項(xiàng)目，是因?yàn)樵摰貐^(qū)可再生能源供電的比例超過(guò)德國(guó)平均2倍左右。在哈茨地區(qū)，總?cè)丝诩s為24萬(wàn)人，因?yàn)榈靥幧絽^(qū)，風(fēng)電資源較好。不僅風(fēng)機(jī)在此處較為普遍，抽水蓄能、太陽(yáng)能、沼氣、生物質(zhì)能以及電動(dòng)車等都成為電力供應(yīng)的一部分。在這個(gè)面積僅有2104平方公里的區(qū)域里，發(fā)電裝機(jī)總量約為200MW，此外主要有6家配電運(yùn)營(yíng)商、4家電力零售商以及1家輸電商。
首先，虛擬電廠與分散式電源進(jìn)行通訊連接，而與原有的傳統(tǒng)大型發(fā)電場(chǎng)不同的是，新能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)變化較快，安全、穩(wěn)定性高的傳輸技術(shù)非常必要。所以在此項(xiàng)目中制定了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，使得虛擬電廠對(duì)于數(shù)據(jù)變化能夠快速反應(yīng)。
在考慮發(fā)電端的同時(shí)，虛擬電廠同樣關(guān)注的是用電側(cè)的反應(yīng)，在哈茨地區(qū)的試樣中，家庭用戶安裝了能源管理系統(tǒng)，被稱為“雙向能源管理系統(tǒng)”（簡(jiǎn)稱BEMI）。
資料顯示，用戶安裝的能源管理系統(tǒng)每15分鐘儲(chǔ)存用戶用電數(shù)據(jù)，記錄用戶每天的用電習(xí)慣，并將這些數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)教摂M電廠的數(shù)據(jù)庫(kù)中。同時(shí)，BEMI系統(tǒng)還可以通過(guò)無(wú)線控制開(kāi)關(guān)的插座，當(dāng)電價(jià)發(fā)生變動(dòng)時(shí)，可以通過(guò)無(wú)線控制來(lái)調(diào)控用電時(shí)間和用電量。
此外，此項(xiàng)目還采用了動(dòng)態(tài)電價(jià)，設(shè)置了9個(gè)登記的獎(jiǎng)懲制度。零售商將電價(jià)信息傳送到市場(chǎng)交易平臺(tái)，用戶可以知曉某個(gè)時(shí)刻的電價(jià)等級(jí)以及電力來(lái)源。因而，培養(yǎng)用戶良好的用電習(xí)慣，通過(guò)價(jià)格的方式進(jìn)行，可以讓對(duì)電價(jià)敏感的用戶根據(jù)電價(jià)的高低調(diào)整用電時(shí)段。為了保證用戶對(duì)于信息的獲取，在哈茨項(xiàng)目中還有一個(gè)專門的市場(chǎng)平臺(tái)，讓使用者可以較為便捷的獲取相關(guān)電力信息，對(duì)于當(dāng)前的電力需求、價(jià)格以及天氣對(duì)于未來(lái)需求的影響等信息進(jìn)行了集合。
其中，特別值得注意的是，虛擬電廠系統(tǒng)中，發(fā)電預(yù)測(cè)系統(tǒng)至關(guān)重要。對(duì)于售買雙方，對(duì)于電力批發(fā)市場(chǎng)價(jià)格、用電量、發(fā)電量信息的獲取都較為迫切。
這也就意味著，在能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)源地德國(guó)，虛擬發(fā)電廠已經(jīng)“落成”。電源的聚合，其實(shí)際能效和經(jīng)濟(jì)效益均要高于單獨(dú)運(yùn)行這些電源。
需求側(cè)管理的最優(yōu)方式？
在整個(gè)電力需求側(cè)的產(chǎn)業(yè)鏈，有設(shè)備制造業(yè)、需求響應(yīng)、電能交易、負(fù)荷互濟(jì)，節(jié)能服務(wù)，智能微電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)等等。未來(lái)需求側(cè)最好的商業(yè)模式是虛擬發(fā)電廠。
哈茨項(xiàng)目開(kāi)始的2008年，彼時(shí)可再生能源成本還遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)電力發(fā)電成本，必須依賴可再生能源補(bǔ)貼。而因?yàn)榈聡?guó)電力市場(chǎng)化改革的成果，以及可再生能源成本的下降，可再生能源進(jìn)入電力批發(fā)市場(chǎng)，進(jìn)行直接競(jìng)價(jià)上網(wǎng)，成為了必然。
直接進(jìn)行競(jìng)價(jià)上網(wǎng)，意味著對(duì)于虛擬電廠來(lái)說(shuō)，在批發(fā)市場(chǎng)中，要想盈利，必須考慮不同電力的特性，設(shè)置不同的銷售組合，以獲取盈利。據(jù)資料顯示，在哈茨項(xiàng)目執(zhí)行的過(guò)去幾年間，項(xiàng)目方對(duì)于進(jìn)入批發(fā)市場(chǎng)的商業(yè)模式進(jìn)行模擬。而模擬的結(jié)果是，在彼時(shí)，如果缺乏補(bǔ)貼，可再生能源進(jìn)入電力批發(fā)市場(chǎng)獲利可能性很小。
此外，在示范區(qū)當(dāng)?shù)?，將可再生能源進(jìn)行銷售也是另一種商業(yè)模式。隨著民眾對(duì)于可再生能源認(rèn)同感增強(qiáng)，并且對(duì)于當(dāng)?shù)仉娫窗l(fā)展的認(rèn)同與支持，虛擬電廠作為協(xié)調(diào)方，協(xié)調(diào)發(fā)電端和零售商以及最后到用戶端之間的交易。
在德國(guó)，越來(lái)越多的公司開(kāi)始進(jìn)入虛擬電廠領(lǐng)域。除了大公司西門子、博世等等聯(lián)合傳統(tǒng)電力巨頭想在通訊服務(wù)領(lǐng)域占得頭籌，更多的中小型企業(yè)也看中了虛擬電廠未來(lái)的發(fā)展前景，業(yè)務(wù)涉及能效管理、節(jié)能合約、充電設(shè)施服務(wù)等等。
在虛擬電廠未來(lái)的市場(chǎng)中，涌現(xiàn)出更多的服務(wù)商。而在整個(gè)系統(tǒng)中，那些為電廠運(yùn)轉(zhuǎn)提供軟件、儲(chǔ)能設(shè)備、電網(wǎng)服務(wù)商等各種衍生而出的服務(wù)公司甚至咨詢公司，毫無(wú)疑問(wèn)，更容易找到市場(chǎng)定位。
可再生能源大量接入引發(fā)了電網(wǎng)的波動(dòng)，對(duì)于服務(wù)商而言，必須對(duì)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)足夠的了解，并且應(yīng)該對(duì)未來(lái)可再生能源比例提高情形進(jìn)行模擬。在RegModHarz項(xiàng)目項(xiàng)目中，項(xiàng)目方根據(jù)哈茨地區(qū)的電網(wǎng)情況設(shè)立一個(gè)新的模型，模仿當(dāng)?shù)胤稚㈦娫吹倪B接結(jié)構(gòu)，對(duì)不同電壓等級(jí)的電網(wǎng)以及可再生能源比例的不同進(jìn)行模擬，從而考察不同情境下電壓的變化。結(jié)果是如果哈茨地區(qū)2020年可再生能源比例達(dá)到38.5%，目前電網(wǎng)結(jié)構(gòu)依然能夠承受。
與此同時(shí)，電網(wǎng)本身主動(dòng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)以及改變現(xiàn)有的電力管理方式。也就是說(shuō)，利用虛擬電廠進(jìn)行的需求側(cè)管理進(jìn)行的是對(duì)電源端和負(fù)荷端以及電網(wǎng)本身三者之間的協(xié)調(diào)。需求側(cè)管理需基于多種類分布式能源協(xié)調(diào)互補(bǔ)、用戶主動(dòng)參與的管理理念。一方面用戶需求側(cè)管理的發(fā)展方向是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多種分布式能源整合互補(bǔ)，提高綜合能源使用效率，另一方面利用價(jià)格機(jī)制，提高用戶用電的自主性。
在德國(guó)，除了哈茨地區(qū)RegMod項(xiàng)目，E-Energy資助的其余5個(gè)項(xiàng)目，都是試圖通過(guò)先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)、通訊技術(shù)等，來(lái)進(jìn)行電力需求側(cè)管理。比如庫(kù)克斯港的eTelligence項(xiàng)目，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)時(shí)發(fā)布電力供應(yīng)與需求情況，以進(jìn)行平衡。這是一個(gè)熱電聯(lián)產(chǎn)示范項(xiàng)目，當(dāng)新能源富裕時(shí)，售電公司向大用戶發(fā)出電價(jià)變低的提醒，此時(shí)工業(yè)用戶可以開(kāi)啟儲(chǔ)能設(shè)備。
這些在德國(guó)已經(jīng)試驗(yàn)的項(xiàng)目，以不同方式根據(jù)不同區(qū)域用能情況開(kāi)展，雖然涉及區(qū)域較小，模擬情景更不相同，毫無(wú)疑問(wèn)，他們都是試圖尋找互聯(lián)網(wǎng)與能源消費(fèi)的融合點(diǎn)。而這一切最基礎(chǔ)也是最敏感的因素就是能源產(chǎn)品的價(jià)格。
