近日，國際電工委員會(huì)（IEC）在北京召開“虛擬電廠”工作組會(huì)議，對(duì)中國國家電網(wǎng)有限公司發(fā)起的《虛擬電廠用例》和《虛擬電廠架構(gòu)與功能要求》兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)編制進(jìn)行研討。什么是虛擬電廠？與此相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)又意味著什么？參與在京舉行的“能源轉(zhuǎn)型”高端論壇的專家，對(duì)此進(jìn)行了一一作答。
可再生能源有“致命傷”
IEC副主席、國網(wǎng)公司董事長舒印彪表示，能源轉(zhuǎn)型對(duì)電網(wǎng)的功能作用、運(yùn)行方式提出了“前所未有的挑戰(zhàn)”——風(fēng)能、太陽能等可再生能源，都具有隨機(jī)性、間歇性、波動(dòng)性特征，大規(guī)模、高比例接入電網(wǎng)，帶來巨大調(diào)峰調(diào)頻壓力，導(dǎo)致系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量弱化，給電力系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來一系列新的挑戰(zhàn)。而且，過去一個(gè)大中型電網(wǎng)，只需要接入幾十個(gè)、幾百個(gè)電廠，從生產(chǎn)側(cè)到消費(fèi)側(cè)單向送電；現(xiàn)在隨著新型能源技術(shù)發(fā)展和與數(shù)字技術(shù)的融合，電網(wǎng)將接入數(shù)以千計(jì)、甚至萬計(jì)的各類電源和大量的新型交互式用能設(shè)備，許多并網(wǎng)主體兼具生產(chǎn)者與消費(fèi)者雙重身份，電網(wǎng)運(yùn)行的復(fù)雜性、不確定性顯著增加。
如何應(yīng)對(duì)此種挑戰(zhàn)？舒印彪給出的解決之道是，適應(yīng)能源轉(zhuǎn)型需要，推動(dòng)傳統(tǒng)電網(wǎng)從功能上向能源互聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)，從技術(shù)上向新一代電力系統(tǒng)升級(jí)。而所謂“新一代電力系統(tǒng)”，他解釋，將是具有廣泛互聯(lián)、智能互動(dòng)、靈活柔性、安全可控、開放共享特征的新型電力系統(tǒng)，其物理特性、結(jié)構(gòu)形態(tài)、運(yùn)行機(jī)理、控制方式與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)存在明顯不同，“是影響能源轉(zhuǎn)型持續(xù)縱深推進(jìn)的關(guān)鍵”。
“一切問題的根源，來自電力系統(tǒng)的發(fā)、供、用瞬時(shí)平衡特性。”國網(wǎng)冀北電力外聯(lián)部副主任高會(huì)杰表示。由于電力大規(guī)模存儲(chǔ)問題仍未解決，從電氣發(fā)明至今，電力系統(tǒng)一直呈現(xiàn)“即發(fā)即用”的基本特征。也就是說，因?yàn)榇娌涣?，就必須發(fā)多少，用多少，發(fā)、供、用三個(gè)環(huán)節(jié)保持“瞬時(shí)平衡”。
對(duì)火電等傳統(tǒng)發(fā)電方式來說，這不是問題，因?yàn)榛痣姵隽Χ嗌佟⒑螘r(shí)出力，可以人為調(diào)節(jié)自如。從電網(wǎng)角度，這叫電網(wǎng)友好型發(fā)電，“平滑出力”。
而以風(fēng)電、光伏發(fā)電為代表的可再生能源就完全不一樣了——何時(shí)有風(fēng)、何時(shí)有陽光，不以人的意志為轉(zhuǎn)移，具有明顯的隨機(jī)性、間歇性特點(diǎn)；而且，可再生能源發(fā)電出力，往往跟用電負(fù)荷峰谷呈逆向分布，也就是說，“你不需要用電的時(shí)候（負(fù)荷谷底），它正好來勁；你最需要用電的時(shí)候（負(fù)荷高峰），它卻沒有了。”高會(huì)杰說，在儲(chǔ)能技術(shù)完全突破之前，這是可再生能源的“致命傷”。
看不見的電廠可能是更好的電廠
迄今為止，所有針對(duì)可再生能源的技術(shù)努力，核心就是試圖治愈這一“致命傷”；而“虛擬電廠”概念的提出及其實(shí)驗(yàn)，是這些努力中較新的一個(gè)，也是較有可能獲終極突破的一個(gè)，所以被視為能源轉(zhuǎn)型的“詩和遠(yuǎn)方”。
虛擬電廠是什么？
多年致力于能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略研究的中國工程院原副院長杜祥琬院士指出，虛擬電廠不是傳統(tǒng)意義上的電廠，它相當(dāng)于一個(gè)電力“智能管家”，站在電網(wǎng)角度，把風(fēng)電、光伏發(fā)電等分布式能源通過儲(chǔ)能裝置組織起來，形成穩(wěn)定、可控的“大電廠”，便于處理與大電網(wǎng)之間的各種關(guān)系。
國網(wǎng)冀北電力交易中心副總經(jīng)理王宣元解釋，所謂虛擬，體現(xiàn)在它并不具有實(shí)體存在的電廠形式，卻真有一個(gè)電廠的功能，而且是遠(yuǎn)超傳統(tǒng)實(shí)體電廠的功能，因?yàn)樗蚱屏藗鹘y(tǒng)電力系統(tǒng)中發(fā)電廠之間、發(fā)電側(cè)和用電側(cè)之間的物理界限。王宣元如此定義虛擬電廠：它是互聯(lián)網(wǎng)＋源網(wǎng)荷儲(chǔ)售服一體化（即電源、電網(wǎng)、負(fù)荷、儲(chǔ)能、銷售、服務(wù)的聚合體）的清潔智慧能源管理系統(tǒng)，是對(duì)多種分布式能源進(jìn)行聚合、優(yōu)化控制和管理，為電網(wǎng)提供調(diào)頻、調(diào)峰等輔助服務(wù)，并能夠參與電力市場交易的技術(shù)和商業(yè)模式。
說白了，在這樣一個(gè)“看不見的電廠”里，電力用戶是消費(fèi)者，也可能是生產(chǎn)者，也就是之前舒印彪所說“兼具生產(chǎn)者與消費(fèi)者雙重身份的”并網(wǎng)主體。比如一個(gè)擁有電動(dòng)汽車的用戶，晚上電力相對(duì)富余、電價(jià)也較低時(shí)給汽車充電；白天電力相對(duì)緊張、電價(jià)也較高時(shí)可以余電上網(wǎng)，再賣給公共電網(wǎng)，其實(shí)質(zhì)是“激勵(lì)混合型產(chǎn)消者與電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)友好互動(dòng)”。這就像電子商務(wù)平臺(tái)，由于是在“互聯(lián)網(wǎng)＋”環(huán)境下，你看不見商場，卻可以在上面從事各種交易。
當(dāng)然，“電力交易只是虛擬電廠諸多功能中的一個(gè)。”王宣元強(qiáng)調(diào)，核心是源網(wǎng)荷儲(chǔ)售服一體化，其中的電源，既可以是傳統(tǒng)的火電，也可以是新興的風(fēng)電、光伏、生物質(zhì)發(fā)電；既可以是大規(guī)模集中式發(fā)電，也可以是分布式零散發(fā)電，還可以是冷、熱、儲(chǔ)能等其他能源形式。虛擬電廠把它們“串聯(lián)”起來，基于互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電和用電自我調(diào)節(jié)，保持瞬時(shí)平衡。比如，在繁華的城市樓宇群，虛擬電廠可以實(shí)時(shí)監(jiān)測中央空調(diào)、電動(dòng)汽車等柔性可控負(fù)荷，環(huán)境參數(shù)以及分布式能源出力，圍繞用戶和系統(tǒng)需求，自動(dòng)調(diào)節(jié)并優(yōu)化響應(yīng)質(zhì)量，減少電源和電網(wǎng)建設(shè)投資，在創(chuàng)造良好舒適生活環(huán)境的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)用戶和系統(tǒng)、技術(shù)和商業(yè)模式的雙贏。
首批國際標(biāo)準(zhǔn)將花落中國
虛擬電廠概念自1997年提出以來，受到了歐洲、北美和澳洲等廣泛關(guān)注；隨著近年來信息通訊技術(shù)（ICT）、分布式協(xié)調(diào)控制技術(shù)和智能計(jì)量技術(shù)的提高，分布式電源、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域逐漸表現(xiàn)出對(duì)虛擬電廠的極大需求并付諸工程實(shí)踐。
由于虛擬電廠應(yīng)用前景廣泛，全球主要國家都在搶占先機(jī)，爭取戰(zhàn)略主動(dòng)。其中，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制訂成為主導(dǎo)國際話語權(quán)的必爭之地，正如舒印彪所言：“沒有標(biāo)準(zhǔn)化，能源轉(zhuǎn)型不可能成功?！?/p>
此前的2017年10月，國網(wǎng)旗下冀北電力公司和中國電科院組成的專家團(tuán)隊(duì)，代表中國向IEC提交了《虛擬電廠用例》和《虛擬電廠架構(gòu)與功能要求》兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)提案；經(jīng)過激烈競爭，順利通過了投票，并獲得德、英、法、瑞等成員國的加盟支持，于2018年3月獲批正式立項(xiàng)，成為IEC首批立項(xiàng)的虛擬電廠國際標(biāo)準(zhǔn)，意味著虛擬電廠首批標(biāo)準(zhǔn)將花落中國。
IEC 1906年在倫敦成立，是最具權(quán)威性的國際電工標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)。一個(gè)多世紀(jì)以來，IEC累計(jì)發(fā)布電工領(lǐng)域國際標(biāo)準(zhǔn)7713項(xiàng)，為促進(jìn)電力及能源可持續(xù)發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。近年來，IEC專門成立了一系列與能源轉(zhuǎn)型相關(guān)的技術(shù)委員會(huì)，圍繞特高壓、新能源、高壓直流輸電、智能電網(wǎng)、電動(dòng)汽車等，制定了一批重要標(biāo)準(zhǔn)，為全球能源轉(zhuǎn)型提供有力支撐。
國家市場監(jiān)管總局標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新管理司司長崔鋼認(rèn)為，國際標(biāo)準(zhǔn)作為世界的“通用語言”，是各國間互聯(lián)互通的基本規(guī)范、是技術(shù)合作的基礎(chǔ)條件，在推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型方面的作用越來越重要?！笆澜缧枰獦?biāo)準(zhǔn)協(xié)同發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)世界互聯(lián)互通。”崔鋼表示，虛擬電廠國際標(biāo)準(zhǔn)提案獲批立項(xiàng)，標(biāo)志著國家電網(wǎng)在新一代電力系統(tǒng)的虛擬電廠領(lǐng)域處于國際領(lǐng)跑地位，提升了我國制定能源轉(zhuǎn)型國際標(biāo)準(zhǔn)的話語權(quán)，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略價(jià)值。
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各顯神通搶灘虛擬電廠
從世界范圍看，王宣元介紹，歐洲虛擬電廠聚焦于“源”，主要目標(biāo)是提高分布式電源并網(wǎng)友好智能互動(dòng)性，打造持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的商業(yè)模式。先后在歐盟第六、第七框架計(jì)劃下開展了FENIX項(xiàng)目和TWENTIES項(xiàng)目，前者將大量的分布式電源聚合成虛擬電廠，提高歐盟電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、可控性和安全性；后者的示范重點(diǎn)在于如何利用虛擬電廠實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)、分布式電源和負(fù)荷的智能管理。
北美虛擬電廠則起源于“荷”，通過自動(dòng)需求響應(yīng)和能效管理，提高綜合能源的利用效率。比如，美國紐約州在能源改革愿景（REV）戰(zhàn)略指導(dǎo)下開展了ConEd VPP項(xiàng)目，旨在將用戶側(cè)“太陽能+儲(chǔ)能”系統(tǒng)集群友好并網(wǎng)，降低居民用電成本，提高電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻和應(yīng)急響應(yīng)能力；加利福尼亞州探索分布式光伏的管理方式，包括虛擬電廠和分布式能源供應(yīng)商（DERP）如何參與電網(wǎng)運(yùn)營和電力市場。
澳洲近年投運(yùn)了多項(xiàng)虛擬電廠示范工程，主要目標(biāo)是降低用電成本，促進(jìn)清潔能源消納，提高澳洲電網(wǎng)穩(wěn)定性，并與特斯拉公司聯(lián)合打造AGL VPP示范工程，意在聚合大量光伏電源和儲(chǔ)能設(shè)備，應(yīng)對(duì)分布式電源高滲透率帶來的挑戰(zhàn)，降低基礎(chǔ)設(shè)施投資成本。
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