當(dāng)前，全球能源正處在轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，人類社會(huì)正推動(dòng)以油氣為代表的傳統(tǒng)能源系統(tǒng)向以可再生能源為代表的現(xiàn)代能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型。從能源生產(chǎn)、消費(fèi)和配置各環(huán)節(jié)看，現(xiàn)代能源系統(tǒng)以電為中心，電網(wǎng)為平臺(tái)的特點(diǎn)日益顯著。
隨著世界各國向清潔、低碳的新型能源體系發(fā)展，分布式可再生能源、電動(dòng)汽車、終端用戶的再電氣化比例大幅增長。國際能源署(IEA)發(fā)布的《2017年世界能源展望》指出，分布式可再生能源發(fā)展速度之快“超乎想象”，因其良好的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、靈活性和環(huán)保性，已成為全球最大新增電源之一。
虛擬電廠，正在加速走來
未來，配電網(wǎng)中的分散發(fā)電和有源負(fù)荷將呈現(xiàn)高速增長態(tài)勢，更多電力用戶將由單一的消費(fèi)者(consumer)轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌闲偷漠a(chǎn)消者(prosumer)。在技術(shù)層面，由于分布式可再生能源、可控負(fù)荷、儲(chǔ)能設(shè)施以及電動(dòng)汽車等具有地理位置分散、隨機(jī)性強(qiáng)、波動(dòng)性大、并具有弱可觀性和可控性的特點(diǎn)，隨著接入電網(wǎng)總體規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)電網(wǎng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等提出新的挑戰(zhàn)。從經(jīng)營層面，分散資源可持續(xù)發(fā)展的商業(yè)模式亟待研究，需要深入探討一種可行路徑，去激勵(lì)混合型產(chǎn)消者與電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)友好互動(dòng)。
虛擬電廠(Virtual Power Plant, VPP)正是針對(duì)這些新現(xiàn)象，聚焦再電氣化進(jìn)程中生產(chǎn)側(cè)和消費(fèi)側(cè)同步發(fā)力的重要特征，提出的適應(yīng)未來能源清潔低碳發(fā)展趨勢的技術(shù)和商業(yè)模式。該技術(shù)模式能夠在傳統(tǒng)電網(wǎng)物理架構(gòu)上，依托互聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)代信息通訊技術(shù)，把分布式電源、儲(chǔ)能、負(fù)荷等分散在電網(wǎng)的各類資源相聚合，進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化運(yùn)行控制和市場交易，對(duì)電網(wǎng)提供輔助服務(wù)。虛擬電廠不是電廠，簡單來說，虛擬電廠就是“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源環(huán)境下，以用戶為中心，以商業(yè)化市場為平臺(tái)的源網(wǎng)荷聚合管理模式。
虛擬電廠概念自1997年提出以來，受到了歐洲、北美和澳洲多國廣泛關(guān)注。近年來，隨著信息通訊技術(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。從世界范圍來看，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)性和打造持續(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，前者旨在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。近年來隨著分布式能源的發(fā)展，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;在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，旨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。
目前我國分布式可再生電源占比還不大，但發(fā)展迅速，電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃明確提出十三五期間分布式光伏裝機(jī)達(dá)6000萬千瓦以上;我國已成為全球最大電動(dòng)汽車市場，2017年國內(nèi)電動(dòng)汽車銷量超過77萬輛，占世界的一半以上，至2020年電動(dòng)汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)量將超過500萬輛;電能替代、清潔供暖有序推進(jìn)，2017年全年電能替代量超1500億千瓦時(shí)，到2020年電能替代新增用電量約4500億千瓦時(shí)。分布式電源和可控負(fù)荷發(fā)展迅速，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行將帶來巨大影響，因此，虛擬電廠在分布式電源、北方清潔供暖、用戶側(cè)需求響應(yīng)、電動(dòng)汽車等方面都將具有廣闊的應(yīng)用前景。虛擬電廠可以“串聯(lián)”起分布式光伏、儲(chǔ)能設(shè)備、蓄熱鍋爐和可控負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)冷、熱、電整體能源供應(yīng)效益最大化。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)的投資，在創(chuàng)造良好舒適的生活環(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。
國際標(biāo)準(zhǔn)，貢獻(xiàn)中國智慧
由于虛擬電廠應(yīng)用前景廣泛，全球都在搶占先機(jī)，爭取戰(zhàn)略主動(dòng)，標(biāo)準(zhǔn)制定成為主導(dǎo)國際話語權(quán)的必爭之地。2017年10月，國網(wǎng)冀北電力公司和中國電科院組成的專家團(tuán)隊(duì)，代表中國向國際電工技術(shù)委員會(huì)(IEC)提交了虛擬電廠《用例》和《架構(gòu)與功能要求》提案，經(jīng)過激烈的競爭和淘汰，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在虛擬電廠領(lǐng)域立項(xiàng)的首批國際標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著中國正式主導(dǎo)虛擬電廠這一能源轉(zhuǎn)型熱門領(lǐng)域的國際最高話語權(quán)。
在前沿新興領(lǐng)域編制國際標(biāo)準(zhǔn)極具挑戰(zhàn)性，必須實(shí)現(xiàn)技術(shù)和實(shí)踐的真正領(lǐng)先，方能把握主導(dǎo)優(yōu)勢。基于這一特點(diǎn)，國網(wǎng)冀北電力公司在國際標(biāo)準(zhǔn)編制工作中創(chuàng)新提出了“研創(chuàng)示編”四融合模式，把虛擬電廠領(lǐng)域的科研攻關(guān)、創(chuàng)新創(chuàng)效、示范應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)編制緊密融合，在相互佐證、迭代提升中，實(shí)現(xiàn)國際標(biāo)準(zhǔn)的高質(zhì)量編制，并同步建立虛擬電廠科研、創(chuàng)新創(chuàng)效和應(yīng)用成果體系，帶動(dòng)電網(wǎng)技術(shù)和功能的領(lǐng)先發(fā)展。具體來說，就是要依托冀北地區(qū)資源稟賦，在新能源和科技創(chuàng)新中探索和積累，把握2022年北京——張家口冬奧會(huì)的歷史契機(jī)，冀北地區(qū)虛擬電廠用例將在可再生能源富集地區(qū)打造可復(fù)制、可推廣的綠色能源共享經(jīng)濟(jì)商業(yè)模式，探索將不可控的可再生能源轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定、可靠的綠色能源的技術(shù)創(chuàng)新，推動(dòng)以用戶為中心的分布式可再生能源與堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展，以標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)通為能源轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)“中國智慧”。
無論是在海外還是中國，虛擬電廠都還很年輕。在能源轉(zhuǎn)型的道路上，需要政府、企業(yè)、用戶等各方共同努力，在市場機(jī)制建設(shè)、商業(yè)模式創(chuàng)新、核心技術(shù)推廣以及用戶廣泛參與等方面積極探索，追尋新一代能源系統(tǒng)的詩與遠(yuǎn)方。