中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊:6月19—20日,由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)聯(lián)合江蘇省電機(jī)工程學(xué)會(huì)、全國微電網(wǎng)與分布式電源并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)、中國能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司等單位聯(lián)合召開的“第三屆全國電網(wǎng)側(cè)暨用戶側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用高層研討會(huì)”在蘇州市太湖假日酒店舉行。來自電網(wǎng)公司、設(shè)計(jì)院、系統(tǒng)集成商、電池生產(chǎn)企業(yè)、投融資機(jī)構(gòu)等單位的280余位嘉賓出席了本次研討會(huì)。
會(huì)議期間,清華大學(xué)電機(jī)系特別研究員程林分享了主題報(bào)告《基于廣義儲(chǔ)能資源的虛擬電廠關(guān)鍵技術(shù)研究》,以下是演講全文:
程林:很高興又一次參加主辦方舉辦的儲(chǔ)能會(huì)議,儲(chǔ)能大會(huì)我記講的是能源互聯(lián)網(wǎng),清華大學(xué)從2015年初成立能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院以來,四年多時(shí)間,我們進(jìn)行了大量卓有成效但也是困難重重的探索。今天更多交流的是我的一些心得體會(huì)以及近期的一些思考,可能不是很成熟,請大家批評(píng)指正。
我的題目是《基于廣義儲(chǔ)能資源的虛擬電廠關(guān)鍵技術(shù)研究》。充分利用可再生能源是實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的普遍共識(shí),能源發(fā)展不可阻擋的趨勢。而電能作為一種特殊的能源形式,優(yōu)點(diǎn)非常多,與其他能源形式相比最大的差異在于電是需要瞬時(shí)平衡的,電一旦發(fā)出來就需要用掉,巨大的能量必須在任意時(shí)刻保持供需平衡,而電能規(guī)?;?jīng)濟(jì)存儲(chǔ)手段有限,儲(chǔ)能的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性都亟待突破。
因此電力系統(tǒng)需要保持足夠的靈活調(diào)控能力(調(diào)峰調(diào)頻)和備用容量,保證發(fā)供平衡。過去的思路基本上是電源跟隨和滿足負(fù)荷的需求,也就是負(fù)荷的變化或者說負(fù)荷的波動(dòng),或者說系統(tǒng)擾動(dòng)和故障都由電源來承擔(dān),基本思路是調(diào)節(jié)水電、火電等常規(guī)電源滿足負(fù)荷需求
在新的形勢下,大量的新能源集中和分布式接入,一方面擠占了常規(guī)火電容量,降低了靈活性供給,另一方面風(fēng)電、光伏本身的波動(dòng)性、隨機(jī)性,需要電力系統(tǒng)提供波動(dòng)平抑和調(diào)峰調(diào)頻需求,增加了靈活性需求。
我們知道電網(wǎng)實(shí)際上不生產(chǎn)也不消費(fèi)(除了網(wǎng)損)能源,只是連接電源和負(fù)荷。新形勢下電源側(cè)已經(jīng)沒有太多的調(diào)控能力,我們提的解決思路是挖掘負(fù)荷側(cè)資源(分布式電源、儲(chǔ)能、可控負(fù)荷)為電力系統(tǒng)提供靈活調(diào)控能力。
如何挖掘負(fù)荷側(cè)資源,我們提出廣義儲(chǔ)能資源概念,也就是說我們的目標(biāo)還是儲(chǔ)能,但是這個(gè)儲(chǔ)能資源不能局限于實(shí)際儲(chǔ)能資源類型,例如電池儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容儲(chǔ)能等電力儲(chǔ)能設(shè)備,我們還需要涵蓋更多的虛擬儲(chǔ)能資源類型,包括蓄熱式電鍋爐、電動(dòng)汽車、樓宇建筑等多種DER資源。廣義儲(chǔ)能資源,這個(gè)“能”不是電能,是所有的能源,冷能、熱能、電能、氣能、蒸汽這些都是有儲(chǔ)能特性的,所以這才是我們真正努力拓展的環(huán)節(jié)。
廣義儲(chǔ)能資源類型很多,可以從不同的分類,比如按照能量互動(dòng)方式可以分為單向互動(dòng)和雙向互動(dòng),按照調(diào)度響應(yīng)方式可以分為可轉(zhuǎn)移負(fù)荷、可平移負(fù)荷、可削減負(fù)荷,按照用戶及設(shè)備類型可以分為工業(yè)負(fù)荷、商業(yè)負(fù)荷、居民負(fù)荷。
廣義儲(chǔ)能資源類型多特性復(fù)雜,首要問題就是如何建立通用化、面向大規(guī)模廣義儲(chǔ)能資源的模型。我們根據(jù)廣義儲(chǔ)能資源的響應(yīng)特性和激勵(lì)策略來建立廣義儲(chǔ)能的模型。按照廣義儲(chǔ)能資源的響應(yīng)特性劃分為可平移負(fù)荷、可轉(zhuǎn)移負(fù)荷、可削減負(fù)荷??善揭曝?fù)荷要考慮連續(xù)性約束和時(shí)間約束,可轉(zhuǎn)移負(fù)荷要考慮功率約束、能量平衡、爬坡率約束和時(shí)間約束,可削減負(fù)荷要考慮削減率約束、時(shí)間約束、時(shí)間連續(xù)性約束、爬坡率約束、回彈特性約束等。
廣義儲(chǔ)能資源的激勵(lì)策略模型是要考慮市場要素、用戶參與和意愿都等因素,包括基于電價(jià)模式、基于合同約定模式、需求側(cè)競價(jià)模式、有序用電模式等。
廣義儲(chǔ)能資源因?yàn)橹饕P(guān)注用戶用能行為特性,用戶用能行為復(fù)雜多樣、時(shí)空不確定性、多能耦合,需要通過對(duì)社會(huì)能源系統(tǒng)進(jìn)行大數(shù)據(jù)挖掘以獲取用戶用能行為特性,進(jìn)行調(diào)控潛力分析。
調(diào)控潛力分析是廣義儲(chǔ)能資源關(guān)鍵問題和難點(diǎn),目前已有部分研究成果。一種思路是從統(tǒng)計(jì)局、國家地區(qū)層面自上而下進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,相對(duì)來說過于宏觀,適合于定性研究。另外一種思路是在微觀層面對(duì)用能物理特性進(jìn)行分析,由于用戶用能種類繁多,特性復(fù)雜,實(shí)施比較困難。還有通過彈性系數(shù)法進(jìn)行估計(jì)的,結(jié)果冗余性比較大,需要修正才行。目前研究要么過于宏觀,要么過于微觀,而電力系統(tǒng)真正需要的是達(dá)到一定聚合度,能夠被電網(wǎng)所調(diào)控,具有一定規(guī)模達(dá)到兆瓦數(shù)量級(jí)的調(diào)控資源,因此我們提出了基于非侵入負(fù)荷監(jiān)測+彈性系數(shù)+特性矯正相結(jié)合的調(diào)控潛力分析方法。
調(diào)控潛力分析還需要考慮廣義儲(chǔ)能的不確定性,用戶行為特性、儲(chǔ)能本身的特性、市場和政策、場景運(yùn)行模式都存在較多不確定性,可以通過社會(huì)成本、多場景分析、模糊分析、概率分析、區(qū)間分析等方法來進(jìn)行不確定性的處理。
考慮廣義儲(chǔ)能資源的價(jià)值在于真正能夠做到經(jīng)濟(jì)性提升。經(jīng)濟(jì)性提升主要體現(xiàn)在靈活調(diào)控能力提升、最大負(fù)荷功率下降、峰谷差變小,通過與電網(wǎng)互動(dòng)和優(yōu)化運(yùn)行,可以延緩配電網(wǎng)改造投資、提升設(shè)施利用率、減小設(shè)備冗余。目前儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)性還是不足以支撐可持續(xù)發(fā)展,通過電網(wǎng)與用戶互動(dòng)價(jià)值的挖掘,可以為用戶和電網(wǎng)都帶來價(jià)值提升。
廣義儲(chǔ)能資源一定程度的聚合才可以實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)互動(dòng),而虛擬電廠就是一種實(shí)現(xiàn)廣義儲(chǔ)能資源聚合的最佳形式。虛擬電廠不需要改變每個(gè)分布式電源的并網(wǎng)方式,而是通過先進(jìn)的控制、計(jì)量、通信等技術(shù)聚合各類分布式電源,并通過更高層面的軟件架構(gòu)實(shí)現(xiàn)分布式電源的協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行, 更有利于資源的合理優(yōu)化配置及利用。
虛擬電廠分為市場型和技術(shù)型,國內(nèi)外已經(jīng)開展了前期基礎(chǔ)研究和示范應(yīng)用,2011年丹麥EDISON項(xiàng)目示范了電動(dòng)汽車虛擬電廠,開展了電動(dòng)汽車的匯聚管理軟件、通訊、終端裝置的示范工程。2010年日本Yokohama智能社區(qū)示范了電池儲(chǔ)能虛擬電廠,研究了分布式電池儲(chǔ)能單元匯聚管理,向電網(wǎng)提供調(diào)頻、削峰等輔助服務(wù)。2012年德國 Vattenfall示范了居民負(fù)荷虛擬電廠,與用戶簽訂供熱合同,將熱泵、微型燃?xì)廨啓C(jī)通過通訊和控制系統(tǒng)接入虛擬電廠。但虛擬電廠要真正做到可持續(xù)推廣,一定要有很好的經(jīng)濟(jì)性,用戶、電網(wǎng)都共同獲益。
我們在重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)的支持下,研發(fā)多能互補(bǔ)分布式能源綜合管控系統(tǒng),希望將廣義儲(chǔ)能資源進(jìn)行聚合實(shí)現(xiàn)虛擬電廠架構(gòu),通過泛在電力物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)支撐虛擬電廠的運(yùn)營。
此外在國家電網(wǎng)總部科技項(xiàng)目支持下,國網(wǎng)冀北電力公司牽頭開展了“能源互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的多主體多能虛擬電廠關(guān)鍵技術(shù)研究與示范應(yīng)用”項(xiàng)目,2019.1~2021.12,包括復(fù)雜場景下虛擬電廠多目標(biāo)資源優(yōu)化配置和評(píng)估技術(shù)、協(xié)調(diào)差異化靈活性資源參與多種輔助服務(wù)的虛擬電廠多時(shí)間尺度調(diào)控技術(shù)、支撐虛擬電廠各類資源的聯(lián)接聚合和運(yùn)維管控的信息技術(shù)架構(gòu)、能源互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下虛擬電廠內(nèi)部多元主體的利益均衡和效益分配、基于物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)和微服務(wù)架構(gòu)的多層級(jí)、多主體、多接入方式的分布式應(yīng)用架構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn),目前還是在做一個(gè)前瞻性技術(shù)研究和探索。
基于廣域儲(chǔ)能資源的虛擬電廠最終成功,需要兩方面的支撐。一方面是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)實(shí)質(zhì)性推進(jìn)和深入,電力系統(tǒng)發(fā)展目前最大的瓶頸是對(duì)分布式電源可觀可控能力差,態(tài)勢感知不足,基于廣域儲(chǔ)能資源的虛擬電廠是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)最佳應(yīng)用場景之一。另一方面是電力市場深化,2017.11《完善電力輔助服務(wù)補(bǔ)償(市場)機(jī)制工作方案》鼓勵(lì)儲(chǔ)能設(shè)備、需求側(cè)資源參與提供電力輔助服務(wù),允許第三方參與提供電力輔助服務(wù);2017.9《關(guān)于開展電力現(xiàn)貨市場建設(shè)試點(diǎn)工作的通知》選擇南方(以廣東起步)、蒙西、浙江、山西、山東、福建、四川、甘肅等8個(gè)地區(qū)作為第一批試點(diǎn),2018年底前啟動(dòng)電力現(xiàn)貨市場試運(yùn)行。
泛在電力物聯(lián)網(wǎng)實(shí)質(zhì)推進(jìn),電力市場的逐步放開,中長期電量交易、現(xiàn)貨交易、輔助服務(wù)競價(jià)上網(wǎng)等工作的陸續(xù)開展,基于廣義儲(chǔ)能資源的虛擬電廠市場也將逐漸可持續(xù)推廣條件和前景。謝謝大家!