澳大利亚虚拟电厂模式对中国虚拟电厂的启示.pdf

年第 期 水电与新能源 第 卷.:././.收稿日期:作者简介:姜宇腾男助理经济师主要从事数字能源方面的研究及产品研发工作澳大利亚虚拟电厂模式对中国虚拟电厂的启示姜宇腾(苏州思萃工业互联网技术研究所有限公司江苏 苏州)摘要:年澳大利亚能源市场调度中心()开展了为期 年的用户侧储能虚拟电厂试验性项目证实了虚拟电厂在频率控制辅助服务方面的优异表现并发现实际运营中会面临网络安全、与输配电公司合作等问题目前已经由试验阶段逐步过渡到商业化运行证明了其可行性 中国有与澳大利亚相似的煤炭依赖度新出台的峰谷电费政策与澳大利亚现行电费政策相似借鉴其虚拟电厂的运营经验有利于探索具有中国特色的用户侧储能虚拟电厂关键词:虚拟电厂用户侧储能澳大利亚电力市场中图分类号:文献标志码:文章编号:()(.):().:虚拟电厂不是指一个具体实体的电厂是运用能源互联网技术将散落的分布式能源聚合起来变成具有一定规模、可控制的电力资源更有利于资源的合理优化配置及利用 如果一个虚拟电厂的分布式能源包括电池那么它不仅具有发电的功能它还可以作为“用户”消耗电网多余的电力为电网降低最大负荷小时数增加电网柔性 澳大利亚现行虚拟电厂模式以用户侧储能为主联合屋顶光伏()、电池存储和可控负载设备 澳大利亚已经进行为期 年连接家庭屋顶光伏系统及储能电池的虚拟电厂试验性项目这些项目取得了一些关键成果并且澳大利亚的虚拟电厂项目也已经逐步进入商业化 本文旨在总结分析澳大利亚虚拟电厂试验项目的结果和现行的虚拟电厂运营模式分析该模式对中国未来发展用户侧储能虚拟电厂的启示 澳大利亚电力市场概况.电网概况澳大利亚电力市场完成了市场化改革发电端和售电端实行市场化管理 澳大利亚的电力系统主要由水 电 与 新 能 源 年第 期三个互不相连的主电网和偏远地区的小电网组成 三个主电网分别是东南部的六个州(领地)的国家电力市场()西澳州的西南互联系统()和北领地的北部电网 澳大利亚能源市场运营商也称澳大利亚能源市场调度中心()只调度并监管澳大利亚东南部六个州电网互联而来的国家电力市场和西澳州的批发电力市场()每一个电网都由不同的发电公司(发电厂)输电网络服务提供商配电网络服务提供商还有不同的电力零售商组成 输电网络服务提供商主要起到连接发电厂配电网络服务提供商和一些主要终端用户的作用一般是高压传输 配电网络将电力从输电网络输送到终端用户用于从发电机传输的高压电通过变电站变压器转换为较低电压电力零售商负责卖电给终端客户负责客户的电费账单 在 中由计量服务商提供电力计量服务.澳大利亚国家电力市场调度模式澳大利亚国家电力市场只有现货市场 其电力批发市场采用发电侧单侧竞价模式全电量实时竞价各发电厂按州向交易中心竞价交易中心每 取一次边际价格读数 每 以这六个边际价格的平均值作为最终交易价格在此区间内市场内交易的全部电量都以此做为结算价格 会优先报价低的发电厂生产的电力上网如果用电负荷小于供应报价过高的电厂就不会被选择即生产的电力将不会上网 电力零售商在电力批发市场大批量购买电力然后零售给终端用户 还会负责审核国家电力市场各个参与者的资质 澳大利亚国家电力市场中各参与者的关系如图 所示 政府监管只负责识别和分析市场的有效竞争判断市场有效运行图 澳大利亚国家电力市场中各参与者的关系图 澳大利亚虚拟电厂试验性项目以及结论.参与群体澳大利亚虚拟电厂试验项目的参与者包括横跨各州的 个 项目 注册总容量为(相当于一个小型预定混合太阳能发电场加电池)此外为了验证商业可行性有 名消费者参与消费者洞察研究 这 个项目在澳洲分布情况如图 所示.试验性项目结果总结与分析)频率控制辅助服务 小型电池 已被证明在通过各种响应方法提供应急方面非常有效姜宇腾:澳大利亚虚拟电厂模式对中国虚拟电厂的启示 年 月图 澳大利亚虚拟电厂试验性项目在 上的分布图在过去 年中 在众多重大应急事件中为电力系统提供了支持 例如南澳虚拟电厂项目()于 年帮助帮助应对昆士兰停电南澳大利亚和维多利亚之间的电网断开灾难性火灾时为林肯港居民供电等 虚拟电厂项目也于 年发出了多于 的能量处理 余次突发事件)对能源价格的响应 试验性 项目对于价格信号的响应效率要低于 的预期 不同的 项目对于能源价格的相应不同 但是这 个试验性 项目都表现出相似的集中在关于优化家庭自我消费即白天充电晚上放电的充电放电行为而不是响应能源市场价格信号 充放电行为与能源价格信号之间缺乏强相关性表明发电模式仍然高度依赖于其他因素包括运营商与客户、市场地位和用于管理 充放电的算法 项目在试验阶段改进了算法以控制电池的充放电 通过与屋顶光伏的重合自我消费算法或者通过对高/负现货价格的自动响应来帮助电网降低峰值 虽然响应效率低于预期但是 可以为电力系统和所有消费者提供最大的效率优势)与配电网络的合作 在南澳大利亚的 试验中 和 都发现配电网络的限制特别是屋顶光伏发电水平高的地区的当地电能质量问题会限制 的性能和提供市场服务的能力 所以在计划 项目时应考虑配电网络的限制当 纳入能源系统时电力网络中出现动态双向电流 为确保这些双向电力流动不违反配电网络的物理或操作限制是一个关键问题需要采用新的创新方法来管理配电网络 动态运行包络()为每一个分布式资源或客户连接点在给定时间间隔内提供电力输入或输出的上限和下限 可将系统行为限制在其安全运行能力范围内 此外为了达到效率最大化 建议 与配电网络服务提供商之间可以制定控制协议制定参与 的 逆变器的层次结构和服务的优先级例如提供电压支持的逆变器先于频率 瓦特控制 中国电力市场与虚拟电厂介绍)电力市场 目前中国的调度遵循行政发电计划和“三公”调度原则 每台发电机组按照行政分配的特定指标发电 在整体售电流程中中国政府负责监管发电企业电网企业和交易机构)虚拟电厂实例 中国正在尝试多种类型的虚拟电厂 目前大部分虚拟电厂的形式是智能消减峰值负荷 年 月国网冀北公司发布泛在电力物联网虚拟电厂示范工程该工程为全国首创企业和居民能用富余的用电负荷形成一个看不见的电厂参与电网调峰并获得物质激励另一种虚拟电厂类型是聚合多个小型发电厂 浙江丽水的绿色能源“虚拟电厂”就是其中之一 丽水有丰富的水电资源境内共有小水电站 座装机量多达 万 该虚拟电厂计划将全域水电发电聚合起来进行智慧调度 澳大利亚虚拟电厂对中国发展虚拟电厂的借鉴作用和启示.中国开展用户侧储能虚拟电厂原因分析.用户侧储能 的政策支持 年国家发展改革委、国家能源局发布关于深化电力现货市场建设试点工作的意见建立中长期交易为主、现货交易为补充的电力市场 现货交易市场为价格波动提供了可能 年 月国家发展改革委印发关于进一步完善分时电价机制的通知部署各地进一步完善分时电价机制 要求合理确定峰谷电价价差上年或当年预计最大系统峰谷差率超过的地方峰谷电价价差原则上不低于 其他地方原则上不低于 随着这个通知的下达未来中国电力市场将会有和澳大利亚一样的峰谷电价这鼓励价格敏感的消费者选择错峰用电或者加入用户侧储能虚拟电厂 年国家发展改革委国家能源局水 电 与 新 能 源 年第 期关于加快推动新型储能发展的指导意见发展新型储能作为提升能源电力系统调节能力、综合效率和安全保障能力支撑新型电力系统建设的重要举措 加快推动储能进入并允许同时参与各类电力市场 这个政策表明中国有意推进储能技术澳大利亚用户侧储能虚拟电厂的经验值得借鉴在监管和运行政策上中国电网具有统一规划、统一调度、统一管理的优势 优势在于体制运作高效、反应快速、发展能力强能够实现各电压等级电网的统筹规划和全网协调运行有力促进大范围资源优化配置能够实现各类事故的有效防范、快速处理、严防扩大保障电网安全稳定运行 这一点与澳大利亚电网相比具有很大优势中国不会出现因为有多个独立的输电商而导致的电力交付不足.物理条件中国拥有世界先进的 技术这可以保证虚拟电厂在传输数据时的信息完整性 根据储能产业研究白皮书 基于保守和理想场景对 年电化学储能的规模的预测在保守场景下“十四五”期间是储能探索和实现市场“刚需”应用、系统产品化和获取稳定商业利益的重要时期 年电化学储能规模将以.的复合增长率增长到 年累计投运规模有望达到.中国还有优秀的储能电池生产商电池在中国的售价也低于澳大利亚 这可以降低用户购买电池的成本 铁锂电池的价格也在逐年下降 年铁锂电池的价格已经降至约 元/并且还有可能持续下降 因此中国发展用户侧储能有商业可行性.中国用户侧虚拟电厂的发展趋势中国与澳大利亚有相似的煤炭依赖度 年火力发电占总发电量的 年 月由于“能耗双控”政策的落实煤炭价格的上涨辽宁风力骤减黑龙江水力发电量减少等多种因素出现了全国多地区停电 这次停电表明随着中国可再生能源发电比例增加由于发电量的不确定性而带来的风险也随之增加所以增加电网柔性尤为重要 澳大利亚的电力市场实行竞价机制这在煤炭价格上涨的情况下给了发电企业多发电的可能 现行的虚拟电厂对于电网故障的应急响应表现良好 与澳大利亚人口相比中国城镇居民人口基数更大 年城乡居民生活用电量约为 亿 占总耗电量的 改变居民用电习惯对于电网调峰影响也更大 目前已有 个省份已经出台了居民峰谷电价政策政府可以鼓励城市家庭安装家用电池并加入虚拟电厂项目为电网削峰平谷中国发展虚拟电厂要吸取澳大利亚几次电力交付不足的经验例如将下垂设置时出错高供给且高价位时电池没有充电而是放电等 根据澳大利亚参与试验性虚拟电厂的能源消费者的观点实现 的近期和长期目标将取决于尽可能多地与消费者合作为他们省钱并提供积极的体验克服技术和系统挑战澳大利亚用户侧储能虚拟电厂依赖于政府的大力补贴 中国发展虚拟电厂时应结合中国储能行业现状以及未来的发展趋势制定符合中国的国情、发挥中国电力系统优势的新模式 首先应该落实全面的峰谷电价政策分地区适时出台不同的电池储能补贴、需求响应补贴、调频辅助服务补贴等使用户积极加入储能计划中 此外随着锂电池技术的提高用户加入储能计划成本的下降随着储能的大规模化应用补贴金额应逐步降低 结 语本文总结了澳大利亚用户侧虚拟电厂试验性项目的结果 该项目利用用户家里的储能电池帮助稳定澳大利亚电网并且预测未来脱离政府补贴后依然具有商业可行性 中国有着相似煤炭依赖度更大的总用户耗电量 并且在政策支持上与澳大利亚相似 除此之外中国在输配电方面的统一调度可以避免澳洲项目曾遇到的由于输配电运营商导致的交付不足的问题 因此中国可以发挥现有优势在澳洲虚拟电厂现行模式的基础上完善并发展属于中国特色的虚拟电厂参考文献:卫志农 余爽 孙国强 等.虚拟电厂的概念与发展.电力系统自动化 ():江昕玥 侯佳萱 吴华华等.澳大利亚电力监管机制及其对中国的启示.电力系统自动化 ():张玥 谢光龙 张全 等.美国得州 大停电事故分析及对中国电力发展的启示.中国电力 ():