每晚啥也不干就能躺赚500元?“虚拟电厂”站上风口
作者 | 物联网智库2022-09-04

虚拟电厂如何发挥实力?

智次方

三小时赚500多,无需实质性劳动的工作,你愿意做么?

上面这个问句不是在骗人,而是真实发生的事件。8月31日,特斯拉举行了第二次“反向供电”活动。有参与此次活动的用户表示,其在近3个小时中就赚到了75美元(约合人民币510元左右)

此次活动起源于特斯拉“虚拟电厂”项目,特斯拉召集了加州数千个安装了公司旗下家用储能电池Powerwall的用户,共同组成分布式虚拟发电厂。当加州电网因为某天天气特别炎热而需要额外的电力供应时,这些用户可以通过将储存的电量返回电网,获得每千瓦时2美元的报酬。

据报道,第二次“反向供电”活动中,特斯拉Powerwall最大反向放电功率达到14kW,目前已有超过3500个Powerwall用户参与其中。

近期,国内首家虚拟电厂管理中心在深圳揭牌,“虚拟电厂”的概念再次走进大众视野。那么普通民众是否有参与其中赚得零钱的机会呢?

虚拟电厂成色几何?

虚拟电厂并不是真正意义上的发电厂,其本质上是一种智能电网技术,可以帮助电网调节负荷,因此可以视为一座没有发电机却拥有发电功能的电厂。虚拟电厂的核心逻辑是通过信息通信技术和软件系统,将用户侧各类分散、可调节的电源负荷汇聚起来,对这些电力进行统一的管理和调度,与外部集控系统、管理平台配合进行协同控制和优化,经过数据分析和运营策略调整后,对外进行能量输送,根据市场需求变化进行碳市场和电力市场交易,最终达到弥合电力供需矛盾、达到电力系统总体效益最大化的目的。

虚拟电厂这个名称在国际上以“需求侧响应”闻名。隆基绿能集团创始人、总裁李振国过往曾多次提倡发展“需求侧响应”。他认为,引进“需求侧响应”这种市场化机制,会使需求侧贴近供给曲线。以德国举例,德国电网“光伏+风电”在电力供给中占比达到42%,中国“光伏+风电”在电力供给占比则为10%,但德国并没有大规模应用储能,主要的手段还是靠需求侧响应形成的效果。

广域虚拟电厂(源侧电网)与传统电网(负荷侧电网)叠加构建新型电力系统

广域虚拟电厂(源侧电网)与传统电网(负荷侧电网)叠加构建新型电力系统

电网的灵活调峰对于保障系统安全稳定运行来讲至关重要。从能源电力消费侧来看,终端电气化水平不断提高将导致季节和日高峰时段尖端负荷不断增长。在电力供应紧张时段,虚拟电厂可以降低充电桩、空调、储能等设备的用电功率,在电力供应充裕的情况下,再将设备用起来,帮电网在用电低谷时段多用电、先用电。

从供给侧来看,“十四五”正是我国碳达峰关键时期,也是深化电力系统改革,构建以新能源为主题的新型电力系统的关键时期。以风能、光能为代表的新能源机组将大规模接入电网。据国家能源局统计,2022年上半年,全国可再生能源发电量达到1.25万亿千瓦时,相当于全国总发电量的1/3

而新能源机组发电存在随机性和波动性,将对电网的电力电量平衡提出挑战。常见的风电、光电以及水电都容易受到气候环境、地理因素影响,导致发电量出现波动,难以控制。因此,借助虚拟电厂的能源优化协调管理能力,突破可再生能源的储能瓶颈具有重大的现实意义。

今年备受限电影响的四川水电装机量位居全国第一,自1998年起就是水电外供大省,平均每年有超过1300亿千瓦时的“川电”被送往上海、浙江、江苏等地。在今年夏季高温和降雨量减少等因素的影响下,华电四川今年每天的发电量只有往年水量充沛时的一半左右。

李振国曾提到,发展需求侧仅是解决新能源电力消纳问题的第一阶段,第二阶段需要发展蓄水储能和电化学储能,第三阶段则是广泛应用氢能。在三个阶段都完成后,我国的能源结构转型工作才基本完成。

他所提到的“第一阶段”在国内外能源结构冲击之下已被证实了巨大的紧迫性。危与机相生,其中自然潜藏着客观的商业价值。在调峰方面基于国内现存能源基本结构推算,国网预计,如果通过建设煤电机组来满足经营区内5%的峰值负荷,需要投资4000亿元,而通过虚拟电厂的建设、运营与激励,仅需约煤电投资的1/8。

市场对虚拟电厂的前景持有相当积极的态度。根据预测,从运营市场空间来看,虚拟电厂的商业本质是通过解决95%以上峰值负荷的问题创造价值。根据估算,预计2025年虚拟电厂的运营市场规模将达到968亿元,2030年将超过4500亿元。

惠利万众的能源产业,在虚拟电厂这种将“电厂”概念泛在化的新业态推动下,势必需要形成一张触达更多个体的致密网络,如何将这块蛋糕合理分给潜在参与者,将其变为“大锅饭”,国内外给出了不同的回答。

国内外推进虚拟电厂的思路有何不同?

从国际上实践经验来看,特斯拉的虚拟电厂构建基础是2015年推出的家用储能产品Powerwall,该产品可以视作一个家庭储能项目,在推出之初就设想了一个“家用发电厂”的商业计划。

据官网介绍,Powerwall是可以储能、检测断电情况,并在停电时为住宅供电的电池。Powerwall通过存储太阳能增强系统用电的独立性,在利用阳光充电的情况下可以为家电连续供电数天。

今年7月,特斯拉在加州邀请了共计2.5万Powerwall用户加入虚拟电厂计划,这些在屋顶上接收太阳光的光伏板和Powerwall,共同组成了一个小型发电储电系统。根据电网的指令,用户可在电网需要时,减少自身用电量,并将储存的电量返送回电网。

特斯拉Powerwall

特斯拉Powerwall(图源:特斯拉官网)

据8月17日特斯拉加州的虚拟电厂首次紧急响应活动的经验,参与计划的2342个Powerwall用户共输出了16兆瓦左右的电力。在报酬方面,参与此次活动的用户每向电网输送1度电,即可获得2美元的收益。

中国在虚拟电厂方面近期也取得了实质性的进展。8月26日,国内首家虚拟电厂管理中心在深圳揭牌,该中心要负责虚拟电厂管理平台的建设和日常运行维护,建立虚拟电厂日常运行的管理制度,组织开展虚拟电厂用户注册、资源接入、调试管理、接收和执行调度指令、响应监测、效果评估等工作。据了解,该管理中心目前已接入分布式储能、数据中心、充电站、地铁等类型负荷聚合商14家,接入容量达87万千瓦,其装机容量接近一座大型煤电厂

国内的虚拟电厂会首先与用户达成协议,进而推进需求响应、效果评估等工作。在需求响应上,电网处于用电高峰时会对用户发出削峰需求响应;反之,在电力供应充足时,则会鼓励用户将设备应用起来,帮助电网在用电低谷阶段用电。能源管理调控方会依据用户基本生产负荷以及可调节负荷决定响应容量,并依据事态紧急程度,发出中长期响应、日内响应和快速响应三个应急程度需求。这其中,越需要用户快速响应的需求,补贴电价越高

深圳虚拟电厂管理中心

深圳虚拟电厂管理中心(图源:南网50Hz)

虚拟电厂管理方除了需要根据规定程序组织用户参与需求响应、开展效果评估和补偿发放外,还需协助参与方完成需求响应升级改造工程。而用户与参与企业则需要配合管理方完成可调节负荷的资源普查,并将管理方要求的相关数据上传到指定的能源管控平台上。

不光是企业,所有具备可调节电力能力的用户均可参与其中,这表示家庭用户具备相当大的挖掘潜能

深圳虚拟电厂管理中心表示,他们还将加快推动分布式光伏等分布式能源接入虚拟电厂集中管理。预计到2025年,深圳将建成具备100万千瓦级可调节能力的虚拟电厂,逐步形成年度最大负荷5%左右的稳定调节能力。

事实上,虚拟电厂最具吸引力的地方就在于能够参与电力市场和辅助服务市场运行,为配电网和输电网提供管理和辅助服务,通过其中商业模式在不影响自身的前提下付出或赚得合理的价值。这种聚沙成塔的负荷调节具备非常大的能量,我国政策端正在采取积极措施推进。北京、上海等多地的十四五规划中也都点名提到要发展和建设虚拟电厂。在推进虚拟电厂方面“八仙过海,各显神通”首先从各地政府开始,未来可以期待通过各方打磨和验证出来的商业模式。

我们距离虚拟电厂还有多远?

大范围建成虚拟电厂需要在基础设施建设和商业模式两方面进行深度探索。东吴证券研究所认为,当前我国试点的虚拟电厂多为负荷类虚拟电厂,分散式电源的上网仍严重不足,本质原因在于两点:一是地方的配电网建设尚不健全;二是市场化的电力交易机制尚不健全,虚拟电厂的盈利性受到限制

从技术层面来说,虚拟电厂涉及主要技术包括计量技术、通信技术、智能调度决策技术、信息安全防护技术等。以深圳虚拟电厂聚合资源为例,其涉及的可调节负荷主要来自电动汽车充电桩、建筑楼宇、工业园区、储能系统等。

该虚拟电厂管理平台采用了“互联网+5G+智能网关”的通信技术,打通了电网调度系统与聚合商平台接口,帮助连接电网调度系统与用户侧可调节资源的双向通信,可达到电网调度对聚合商平台实时调节指令、在线实时监控等技术要求。

虚拟电厂关键技术

虚拟电厂关键技术(图源:科创板日报)

在能源调度平台建设上,深圳目前已建成国内首家部署于网级调度云、可实现网省两级调度的网地一体化虚拟电厂运营管理云平台,累计接入资源容量超过800兆瓦,使其建成南方电网范围内数据采集密度最高、接入负荷类型最全、规模最大、直控资源最多的虚拟电厂示范工程。

虚拟电厂并不“虚”,脚踏实地的技术攻关是建成的它的硬性基础。不仅仅是上述条件,向走在国内前列的深圳虚拟电厂管理中心未来想要加速推动分布式光伏、用户侧储能、V2G(新能源汽车与电网能量互动)等分布式能源接入虚拟电厂集中管理,也需要在开展分布式能源市场化交易平台建设、运营和管理方面开拓新思路,并配合分布式能源交易及消纳量的核算、监测和认证、绿电交易业务等相关服务的工作。

与国民生活紧密缠绕的能源业挖掘出了虚拟电厂这片蓝海。根据估算,虚拟电厂到2025年的投资建设市场规模将超过300亿元,平均每年投资建设规模达到105至200亿元。未来,虚拟电厂将作为一只“看不见的手”发挥调峰潜力和市场活力,支撑新型电力系统的建设,在多方受惠之下,共同实现“双碳”目标。

参考资料:

1.《虚拟电厂,风口上的新千亿赛道?》,深途

2.《投资仅占煤电的1/8,却能解决缺电限电问题!虚拟电厂到底是啥?》,贝果财经

3.《国内首家虚拟电厂来了!》,每日经济新闻

4.《电力短缺下虚拟电厂乘势而起,4500亿运营规模行将爆发?》,21世纪经济报道

5.《高温“催热”虚拟电厂,千亿市场待激活!国内首家虚拟电厂管理中心为何花落深圳?》,华夏时报

6.《揭秘虚拟电厂,它究竟是如何运行的?》,新浪科技

7.《国内首家!虚拟电厂管理中心落地…千亿市场如何掘金?》,证券时报

8.《千亿新风口来了!“虚拟电厂”一夜爆火》,电力网

9.《关于构建以光伏发电加物理储能为主的广域虚拟电厂的建议》,肖立业,潘教峰

10.《“双碳”目标下虚拟电厂参与调峰产品交易的机制与路径》,曾鸣,马嘉欣,许彦斌,任伟理等

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