湖北分时电价出台后利好光储!虚拟电厂正当时,武汉建成省级虚拟电厂管控平台。
各地纷纷出台分时电价,平时时间段拉长到8小时,无疑给各地工商业光伏泼了盆冷水,接下来该如何应对?以进一步倒逼光伏降低成本的新一轮“531”已然拉开大幕,无论是各地分时用电的调整以及分时上网电价的逐步启动,都对光伏提出了更高的要求,最好度电成本到1毛以下,组件成本再低到5毛以下,光伏、储能正常发展,这样横向互补与纵向源网荷储一体化才能市场化参与现货交易,电力统一大市场。
“武汉电网可调负荷9.8万千瓦,黄石电网可调负荷6.8万千瓦。”11月10日,在国网湖北省电力有限公司电力调度控制中心,值班员熊然通过湖北虚拟电厂管控平台统计分析可调电力资源情况,提前为冬季高峰保供电工作作准备。湖北虚拟电厂管控平台是国网湖北电力建设的华中区域首个省级虚拟电厂管控平台,可支撑虚拟电厂资源参与电力市场运营及电网调度运行,提升湖北省虚拟电厂规范化管理水平。
据巅峰了解,湖北虚拟电厂管控平台集成了电力资源模型管理、电力资源并网测试、负荷调节需求管理、电网协同计划调控、电力调节能力计算和电力资源性能评价6个应用模块,已接入16家虚拟电厂,可调节负荷达到47.2万千瓦,可支持省市可调电力资源接入、参与市场交易申报情况跟踪、市场交易结算管理。
“我们规范了平台的接入标准,在平台的接入侧新增了信息互动模块,采用信息安全技术打通了内外网数据交换壁垒,增加了平台的管控对象,扩大了平台的服务范围。”该公司电力调度控制中心员工汪红波介绍,平台实现了大区域虚拟电厂与电网的友好互动,为促进湖北地区虚拟电厂建设运营管理提供了支撑。
据巅峰了解,虚拟电厂管控平台具有“点对点”的精准调控可调电能资源的能力,支持电网削峰填谷。8月21日,湖北虚拟电厂管控平台对黄石虚拟电厂发出6.8万千瓦负荷调节指标。黄石虚拟电厂提前邀约。当地4家工业企业根据生产实际参与电力需求响应,并按要求顺利调整了预期的负荷量,验证了平台具备以“点对点”方式调用虚拟电厂的能力。
“在平台‘点对点’直接调用虚拟电厂的基础上,我们还积极探索‘点对面’的虚拟电厂调用模式路径。”汪红波介绍。10月19日上午,湖北虚拟电厂管控平台线上发起需求邀约,下午就有3家虚拟电厂申报参与负荷调节,并在要求响应的10月20日规定时段完成了11万千瓦的负荷调节。
近年来,国网湖北电力聚焦电网供需矛盾和新能源消纳等问题,围绕可调资源挖掘、电力市场机制完善等方面健全虚拟电厂运营机制,加强技术创新攻关,初步形成了“源网荷储”协同互动的电力调控模式。
截至目前,湖北虚拟电厂管控平台已接入1.3万多座5G基站、1088座新能源汽车充电站、98家工业企业和1122个分布式光伏发电项目等可调电能资源,预计到年底可调节电能资源将达到100万千瓦。
随着能源转型压力日益紧迫,各地清洁能源快速普及,互联网等算力技术不断提高,虚拟电厂将在全球能源行业创新中扮演越来越重要的角色。
虚拟电厂:用户侧实现“源荷互动”,新型电力系统重要方向
功能定位:打开用电侧调节空间,实现“源荷互动”
1.虚拟电厂是聚合用电侧的分布式发电、储能和其他可控负荷的一种新型电力市场主体,将发电侧与用电侧关系从“源随荷动”变为“源荷互动”,当电力供给紧张时用户可主动减小用电负荷,当电力供给过剩时可主动增大用电负荷,使电力用户具备“源-荷”双重身份。2.虚拟电厂具有缓解电力供需矛盾、促进新能源消纳、服务用户开展多元化用能服务三大主要作用。3.从发展阶段看,虚拟电厂可分别邀约型、交易型和自主调动型三类,国外对于虚拟电厂的示范和推广较早,目前主要类型为交易型和自主调动型,国内对于虚拟电厂的示范始于2015年,目前以邀约型为主。4.虚拟电厂(VPP)、需求侧响应(DR)、微电网(Micro-Grid)关系辨析:虚拟电厂是需求侧响应的延伸,需求侧响应是虚拟电厂的初级阶段;虚拟电厂是用户侧概念,无法孤岛运行,微电网同时具有电源和用户资源,可孤岛运行。
商业模式:参与各类电力交易获取持续收益
1.虚拟电厂通过市场化的方式响应电网各类调节需求。从当前交易类型看,我国虚拟电厂可参与的交易类型包括调峰辅助服务、需求侧响应等;从远期看,可参与的交易类型还包括电力现货、中长期交易、调频/调压辅助服务、金融衍生品等。2.从我国虚拟电厂当期可参与的交易品种看,需求侧响应具有较高的单位价值量。3.2021年以来,各省均明确了需求侧响应的补贴政策,目前补贴方法均以电量或电力作为计量单位。以电量为计量单位的地区目前补贴强度约为2-5元/kWh。4.虚拟电厂运营商通过参与各类电力交易获取额外收益,虚拟电厂下属各类用电用户通过与其他用户聚合可以降低综合用能成本。
市场空间:2025年建设端有望超400亿元,2030年运营端有望超140亿元
1.建设端需求包括硬件改造与软件系统平台两部分,硬件部分包括智能电表、采集终端、通信网关等,以及对分布式光伏、储能本体的投资;软件系统是虚拟电厂的“大脑”,负责系统控制策略的制定以及与调度、交易系统的信息交互。2.运营端收益模式包括参与各类电力市场交易,目前国内虚拟电厂收入来源以需求侧响应补贴为主,未来盈利模式将逐步多元化。3.按照500元/kW的改造成本、响应能力达到最大用电负荷的3%-5%测算,我们预计2025年虚拟电厂建设端市场空间将达到245-408亿元,运营端市场2030空间将达到85-142亿元(仅考虑需求侧响应单一模式)。
巅峰能源认为,随着能源转型压力日益紧迫,各地清洁能源快速普及,互联网等算力技术不断提高,虚拟电厂将在全球能源行业创新中扮演越来越重要的角色。
高峰时段:7月、8月16:00-20:00、22:00-24:00,其他月份16:00-18:00、20:00-24:00(共6小时)
平时段:00:00-2:00、5:00-10:00、15:00-16:00(共8小时)
低谷时段:2:00-5:00、10:00-15:00(共8小时)
湖北省分时电价时段划分调整前为: 尖峰时段:20:00-22:00(共2小时)
高峰时段:9:00-15:00(共6小时)
平段:7:00-9:00、15:00-20:00、22:00-23:00(共8小时)
低谷时段:23:00-次日7:00(共8小时)
若假设条件为:储能系统可充放电6000次,年有效利用天数330天,以客户电价优惠5分/kWh和系统运维费用3%计算,可初步计算湖北省工商业储能投资IRR: 8.89% (业主全自投)
若假设条件为:储能系统可充放电6000次,年有效利用天数330天,以客户电价优惠5分/kWh和系统运维费用3%计算,可初步计算湖北省工商业储能投资IRR: 10.90%(投资方出资80%)
注:以上仅为粗略分析,具体项目应具体分析。
今年8月,海南省虚拟电厂管理中心授牌及首批虚拟电厂正式上线仪式在海口举行,这也是中国首家省级虚拟电厂管理中心,标志着虚拟电厂在中国的发展迈出重要一步。
“削峰填谷”:虚拟电厂是什么?
2022年11月,美国《福布斯》杂志报道称,虚拟电厂“已从极客概念成为行业时尚”,正在全球范围内迅速成为现实。事实上,虚拟电厂概念早在上世纪90年代就已提出,陆续受到欧洲、北美和大洋洲多国关注。
作为一种新型电力供应模式,虚拟电厂利用能源互联网技术,集中调度管理分散在终端用户的充电桩、储能设备、空调、光伏等分布式能源,形成一个像传统电厂一样参与电力市场运行的“虚拟”实体,以实现电网的“削峰填谷”。
例如,工业或者私人用户能在能源市场出售多余的能源,或者帮助能源运营商稳定电力供应网络。
东南大学电气工程学院教授高赐威解释,“虚拟”表明其并非一般的实体机组电厂,而是由大量散布资源的“发电”能力聚合所形成。“电厂”指其能够向系统提供常规电厂所能提供的电能量或者辅助服务。
当前,全球能源行业正加速从化石燃料转向可再生能源,而全球电力需求居高不下,新能源发电的间歇性对电力系统的灵活性和平衡能力提出更高要求。对此,虚拟电厂“削峰填谷”的优势凸显。
例如,传统的能源供应系统容易受到天气、设备故障等因素影响,导致能源供应中断和能源价格波动。虚拟电厂通过整合多种能源资源,可以更好地应对这些挑战,提高能源系统的可靠性和韧性;另外,由于大型发电厂和长距离输电线路导致大量能源损耗和环境污染,而虚拟电厂将分散的能源资源整合起来,可以更加灵活地满足能源需求;还可以通过储能设备将多余的能源储存起来,提高能源利用率。
国家能源局2022年新能源发展数据表明,2022年新增光伏中的58%是分布式光伏。高赐威认为,虚拟电厂一方面可以向这些分布式发电提供更好的市场机会,另一方面将其纳入虚拟发电单元承担市场义务,可以提升系统的安全稳定运行水平。
他山之石:欧美虚拟电厂
目前,一些欧美国家虚拟电厂已实现较完整的商业化进程,兼备聚合分布式电源、负荷型资源、聚合用户侧储能等多种资源类型,各国发展各有侧重。
事实上,欧洲早已开启淘汰和限制煤炭发电进程,风电、太阳能等可再生能源发电成本持续下降并逐渐实现平价上网。欧盟统计局数据显示,截至2020年,欧盟可再生能源发电量占比达到38%。由于欧洲发电资源较为分散,早期虚拟电厂主要聚焦于电力供给侧,聚合发电资源,帮助可再生能源稳定并网,协调发电功率。
俄乌冲突爆发以来,在能源危机阴影下,欧洲多个国家陆续加大能源转型力度,虚拟电厂发展进一步提速。以德国为例,据德国伍珀塔尔研究所的最新数据,德国的能源聚合市场和灵活性市场规模约为75吉瓦,这一数字预计到2030年还会翻番。
业内人士认为,虚拟电厂在德国的迅速发展,主要受益于市场和监管双重驱动。德国政府通过制定相关政策和法规,鼓励企业和个人参与分布式能源发展,并提供相应的补贴和支持。
早在2008年,德国政府联合能源公司、咨询公司、清洁能源服务提供商、实验室等机构推出一项名为eTelligence的虚拟电厂研究项目。2012年,德国修订《可再生能源法》,引入可再生能源电力“直接销售”的要求,即批发市场直接售电,作为固定上网电价的可选替代方案。2014年《可再生能源法》再修订要求,100千瓦以上的新增可再生能源机组都必须进行直接销售,因此很多分布式新能源项目倾向于选择交由虚拟电厂运营。
政策鼓励下,众多德国虚拟电厂运营商得到快速发展。以成立于2009年的德企Next-Kraftwerke为例,2022年,其在德国、比利时、奥地利、法国、波兰、荷兰、瑞士和意大利运营的各类分散式能源单元超过1.3万个,总容量超过11吉瓦,是欧洲最大的虚拟电厂运营商之一。
美国电动汽车制造商特斯拉则带来另一重要创新:Autobidder虚拟电厂系统。其通过整合分布式能源资源和电动车辆的电池储能系统,建立“车+桩+光+储+荷+智”的新能源产业生态闭环。Autobidder不仅是电力交易数字化软件,还是虚拟电厂实时交易和控制平台,可以在车辆、电池、光伏设备等特斯拉生态系统,甚至电网中自动调度能源电力,以实现高效的资源分配和最大的商业效益。
近日,特斯拉在得克萨斯州获得批准推出两个虚拟发电厂试点项目。拥有特斯拉Powerwall电池和太阳能电池板的得克萨斯州居民有机会参与备用电力试点计划,可以将太阳能产生的电力重新出售给得克萨斯州电网,从而在用电高峰期或紧急停电期间获得巨型“分布式电池”。
虚拟电厂实用化进程提速
从理论概念到商业化进程不断加速,虚拟电厂在能源系统中扮演着越来越重要的角色,相关产业预计将进入高速发展阶段。业内人士认为,技术进步、市场机制创新是虚拟电厂未来发展的关键突破点。
美国咨询机构联合市场研究公司的报告认为,全球虚拟电厂市场规模预计到2027年将达到59亿美元,2020年至2027年复合年增长率为21.3%,中国复合年增长率最高,约为30.3%。
美国能源行业专家Stefan Hufnagl表示,过去,能源更多是由大容量发电构成,大型电厂使用输电线路分配电力,但目前清洁能源分布式发电占据主流地位,这意味着需要新的技术和概念来解决光伏、风电等可再生能源的不稳定性问题。
“虚拟电厂的运行需要互联网资源、通信资源和云计算等先进信息和通信技术。技术进步让这一切变为可能。”Hufnagl指出,到目前为止,能源资产数字化等技术仍不够成熟。
巅峰认为,从技术层面看,储能是提升虚拟电厂发电性能非常重要的元件,它的推广应用将对虚拟电厂的低成本发展起到巨大的推动作用。“虚拟电厂的价值要通过市场来体现,目前的市场环境对于虚拟电厂的发展支持不足,也制约了虚拟电厂技术的应用。”
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