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虛擬電廠盈利模式典型案例
日期:2022-12-30   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_luxiaoyun 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
什么是虛擬電廠?

虛擬電廠(VPP, virtual power plant)是指利用物聯(lián)網(wǎng)和先進(jìn)通信技術(shù),聚合分布式電源、儲能系統(tǒng)、可控負(fù)荷等各類資源形成的電源協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)。它本質(zhì)上是將分布式電源(發(fā)電)、可控負(fù)荷(用電)、儲能等利用計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將其聚合成一個(gè)虛擬的集中式電廠,來為電網(wǎng)提供需求側(cè)響應(yīng)。不同于微電網(wǎng),虛擬電廠參與的需求側(cè)響應(yīng)打破了空間的束縛,通過集控平臺進(jìn)行調(diào)節(jié)響應(yīng)。


 
虛擬電廠產(chǎn)業(yè)鏈包括上游基礎(chǔ)資源、中游系統(tǒng)平臺和下游電力需求方三個(gè)環(huán)節(jié)。上游基礎(chǔ)資源指可調(diào)負(fù)荷、分布式電源和儲能設(shè)備。中游系統(tǒng)平臺,主要是指依靠互聯(lián)網(wǎng)整合優(yōu)化供給和需求的信息,增強(qiáng)虛擬電廠的協(xié)調(diào)控制能力的資源聚合商。下游為電力需求方,由電網(wǎng)公司、售電公司和大用戶構(gòu)成。

虛擬電廠可分為負(fù)荷側(cè)虛擬電廠、電源側(cè)虛擬電廠和源網(wǎng)荷儲一體化虛擬電廠三大類。當(dāng)前我國虛擬電廠試點(diǎn)的多為負(fù)荷側(cè)虛擬電廠,冀北試點(diǎn)的虛擬電廠為國內(nèi)鮮有的源網(wǎng)荷儲一體化虛擬電廠試點(diǎn)。負(fù)荷側(cè)虛擬電廠是指運(yùn)營商聚合其綁定的具備負(fù)荷調(diào)節(jié)能力的市場化電力用戶(包括電動車、可調(diào)節(jié)負(fù)荷、可中斷負(fù)荷等)作為一個(gè)整體(呈現(xiàn)為負(fù)荷狀態(tài))組建成虛擬電廠,對外提供負(fù)荷側(cè)靈活響應(yīng)。電源側(cè)虛擬電廠是指在分布式電源發(fā)電側(cè)建立虛擬電廠。源網(wǎng)荷儲一體化虛擬電廠是指集合發(fā)電電源和負(fù)荷用電用戶,作為獨(dú)立市場主體參與電力市場,原則上不占用系統(tǒng)調(diào)峰能力。

虛擬電廠的作用和優(yōu)勢

虛擬電廠可在電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)揮重要作用。在新型電力系統(tǒng)建設(shè)中,新能源發(fā)電的比重快速增長,但新能源發(fā)電具有很大的波動性,給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來巨大挑戰(zhàn)。為了解決上述問題,我國大力發(fā)展儲能,而虛擬電廠在促進(jìn)新能源消納、電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰等方面同樣大有可為,是儲能的重要補(bǔ)充。在電網(wǎng)側(cè),虛擬電廠可以為電網(wǎng)提供調(diào)頻調(diào)峰服務(wù)、負(fù)荷備用服務(wù)等,提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平。在用戶側(cè),電力用戶通過參與需求響應(yīng),用能效率大幅提升,在降低電費(fèi)的同時(shí),還可以獲取需求響應(yīng)收益。如江蘇南京試點(diǎn)項(xiàng)目,平均提升用戶能效20%;無錫試點(diǎn)項(xiàng)目,提高園區(qū)整體綜合能源利用率約3個(gè)百分點(diǎn),降低用能成本2%,年收益約300萬元。在電源側(cè),虛擬電廠可以提供海量分布式電源精益化管理手段,促進(jìn)新能源消納。

虛擬電廠是解決電網(wǎng)負(fù)荷的最具經(jīng)濟(jì)性選項(xiàng)之一。根據(jù)國家電網(wǎng)的測算,通過火電廠實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)削峰填谷,滿足5%的峰值負(fù)荷需要投資4000億,而通過虛擬電廠僅需投資500-600億元,成本僅為火電廠的1/8-1/7。

虛擬電廠的三個(gè)階段

虛擬電廠發(fā)展分為三個(gè)階段,邀約型,交易型和自治型。當(dāng)前,由于我國目前儲能和分布式電源以及電力交易市場尚未發(fā)展成熟,虛擬電廠主要處于邀約型向市場型過渡的階段。

交易型階段:電能量現(xiàn)貨市場、輔助服務(wù)市場和容量市場建成后,虛擬電廠聚合商以類似于電廠的形式,參與市場獲取收益。

邀約型階段:在沒有電力市場情況下,由政府機(jī)構(gòu)牽頭,各個(gè)聚合商參與,共同完成邀約、響應(yīng)和激勵(lì)流程。

自治型階段:跨空間自主調(diào)度型虛擬電廠。隨著電廠聚合的資源種類越來越多,數(shù)量越來越大,空間越來越廣,形成“虛擬電力系統(tǒng)”,既包括可調(diào)負(fù)荷、儲能和分布式電源等基礎(chǔ)資源,也包括這些基礎(chǔ)資源整合而成的微網(wǎng)、局域能源互聯(lián)網(wǎng)。

虛擬電廠盈利來源

1.可再生能源發(fā)電的預(yù)測和監(jiān)控


可再生能源的進(jìn)給難以控制,導(dǎo)致電力現(xiàn)貨市場價(jià)格變動時(shí)公用事業(yè)公司難以及時(shí)調(diào)整電力投資組合,從而導(dǎo)致1)現(xiàn)貨市場電價(jià)轉(zhuǎn)為負(fù)值時(shí),可再生能源供給不能及時(shí)削減,從而帶來虧損;2)電力平衡機(jī)構(gòu)的需求變動大,公用事業(yè)公司依靠傳統(tǒng)手段難以了解和預(yù)測可再生能源發(fā)電水平,導(dǎo)致因事后修正電力投資組合而承受昂貴的平衡成本。

公用事業(yè)公司投資組合中的所有可再生能源通過遠(yuǎn)程控制單元聯(lián)網(wǎng),以實(shí)時(shí)顯示不同發(fā)電站的發(fā)電總量,從而能夠直接控制特定可再生能源發(fā)電的交易。此外,虛擬電廠還能夠綜合不同發(fā)電站的發(fā)電數(shù)據(jù)和外部導(dǎo)入的氣象數(shù)據(jù)來幫助預(yù)測可再生能源的發(fā)電量。

盈利方式:


1)增強(qiáng)了對電力投資組合的預(yù)測能力和控制,幫助公用事業(yè)公司節(jié)省因投資組合和實(shí)際需要不同帶來的平衡成本。

2)當(dāng)可再生能源電價(jià)降到負(fù)值時(shí),公用事業(yè)公司可以及時(shí)削減售電組合中可再生能源發(fā)電的占比。

3)如果可再生能源投資組合包含生物能源或水電(或地?zé)岬绕渌烧{(diào)度的可再生能源),公用事業(yè)公司可以使用虛擬電廠來優(yōu)化和控制這些資產(chǎn)的發(fā)電計(jì)劃,例如在預(yù)計(jì)電價(jià)上漲時(shí)增加這些資產(chǎn)的發(fā)電,從而在短期市場上擊敗平均價(jià)格,帶來額外收入。

4)在可再生能源份額較高的能源市場中,電價(jià)往往由光伏和風(fēng)電驅(qū)動,因此通過更好地了解自己的可再生能源投資組合,公用事業(yè)公司可以更多地了解整個(gè)電力市場的情況以及現(xiàn)貨市場價(jià)格走向,從而提高交易安全性和盈利能力。

2.電網(wǎng)彈性聚合


虛擬電廠參與電網(wǎng)輔助服務(wù),提高電網(wǎng)彈性。在收到來自電網(wǎng)運(yùn)營商的增加或減少發(fā)電量的信號后,虛擬電廠的中央控制系統(tǒng)結(jié)合各個(gè)可調(diào)度的可再生能源電廠的響應(yīng)時(shí)間限制、運(yùn)行狀態(tài)等因素,將運(yùn)營商的信號拆分為多個(gè)單獨(dú)的子信號,發(fā)送到各個(gè)可再生能源電廠。這些信號會進(jìn)一步被自動發(fā)送到電廠中的各個(gè)聯(lián)網(wǎng)單元,通過綜合調(diào)控虛擬電廠下的不同發(fā)電單元的,從而實(shí)現(xiàn)總體的調(diào)峰調(diào)頻效果。

盈利方式:虛擬電廠運(yùn)營商通過容量招標(biāo)及輔助服務(wù)盈利。

3.需求響應(yīng)聚合


虛擬電廠聚合需求側(cè)的電力消耗單元,統(tǒng)一進(jìn)行負(fù)荷管理,從而提供需求響應(yīng)服務(wù),獲取輔助服務(wù)收入。此外,在部分市場,虛擬電廠還參與容量招標(biāo),獲得中標(biāo)容量的結(jié)算費(fèi)用。此時(shí)虛擬電廠的作用在于提高電力消費(fèi)的領(lǐng)活動。

盈利方式:通過輔助服務(wù)市場競標(biāo)收入、降低電力采購成本盈利。

4.戶用虛擬電廠

將電池儲能、戶用光伏和電動汽車充電連接到一個(gè)綜合的家庭能源系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)戶用能源調(diào)配。降低電網(wǎng)使用,避免配電堵塞,實(shí)現(xiàn)調(diào)峰,增加電網(wǎng)獨(dú)立性,增加電表后資產(chǎn)靈活性,提高對電網(wǎng)使用的控制。

盈利方式:用戶增加電力自用,聚合商提供輔助服務(wù)盈利,公用事業(yè)公司通過減少電網(wǎng)升級費(fèi)用增加收入。

虛擬電廠典型案例

實(shí)踐案例1:德國獨(dú)立虛擬電廠運(yùn)營商N(yùn)EXT

NextKraftwerke(NEXT)成立于2009年,是歐洲建立最早、規(guī)模最大的虛擬電廠之一,同時(shí)也是歐洲電力現(xiàn)貨市場認(rèn)證的能源交易商,參與能源的現(xiàn)貨市場交易。

截至2022年Q3,公司已有14841個(gè)聚合單元,11182兆瓦聯(lián)網(wǎng)裝機(jī)容量,其中包括沼氣電廠、熱電聯(lián)產(chǎn)廠、水電、光伏、電池儲能、電轉(zhuǎn)氣、電動汽車、參與需求側(cè)響應(yīng)的工業(yè)負(fù)荷。

2019年參與電力交易規(guī)模達(dá)到15.1TWh,2020年?duì)I業(yè)收入5.95億歐元,并于2021年被殼牌公司收購,殼牌預(yù)計(jì)將幫助NEXT實(shí)現(xiàn)到2030年每年銷售約560TWh電力的目標(biāo)。

NEXT提供的業(yè)務(wù)模式主要包括可再生能源發(fā)電的預(yù)測和監(jiān)控、電網(wǎng)彈性聚合和需求響應(yīng)聚合。NEXT使用基于大數(shù)據(jù)(例如電廠運(yùn)行情況、天氣數(shù)據(jù)、市場價(jià)格信號、電網(wǎng)數(shù)據(jù))的智能算法,提高可再生能源發(fā)電機(jī)組和工業(yè)用戶對價(jià)格信號的響應(yīng)速度;在發(fā)電機(jī)組上安裝遠(yuǎn)程控制裝置NextBox,通過虛擬電廠平臺對聚合的各個(gè)電源進(jìn)行控制,從而參與電力市場交易并獲取利潤分成;利用生物質(zhì)發(fā)電和水電啟動速度快、出力靈活的特點(diǎn),參與電網(wǎng)的二次調(diào)頻和三次調(diào)頻,從而獲取附加收益。

實(shí)踐案例2:德國能源電力公司E.ON

E.ON在德國和英國開發(fā)的虛擬電廠業(yè)務(wù)包括150家電廠(600MW)。E.ON為其所擁有的包括發(fā)電機(jī)組、能源用戶(工業(yè)負(fù)荷、水泵、熱電聯(lián)產(chǎn))和儲能設(shè)施(如電池)等提供控制設(shè)備,從而實(shí)現(xiàn)對電廠的遠(yuǎn)程管理,以優(yōu)化電廠的收入,并幫助電廠參與平衡市場增加收入。

E.ON還與工業(yè)企業(yè)合作,讓其參與電力市場。例如,E.ON和thyssenkrupp合作,將其制氫工廠通過虛擬電廠連接到德國電力市場中。在E.ON虛擬電廠的自動控制下,如果電網(wǎng)有高需求,thyssenkrupp的工廠將關(guān)閉氫氣生產(chǎn),將電解所需的能量提供給電網(wǎng);相反,如果電網(wǎng)中的電能超過配電需求,那么工廠就會增加氫氣產(chǎn)量,以此獲得平衡服務(wù)和輔助服務(wù)收入。

實(shí)踐案例3:特斯拉

特斯拉推出自主研發(fā)的能源資產(chǎn)實(shí)時(shí)交易和控制平臺Autobidder,能夠向用戶提供虛擬電廠服務(wù),聚合負(fù)荷資源參與能量交互響應(yīng),該產(chǎn)品具備價(jià)格預(yù)測、負(fù)荷預(yù)測、發(fā)電量預(yù)測、智能競價(jià)及優(yōu)化調(diào)度等功能。

2022年,特斯拉與加州公用事業(yè)公司PG&E合作開展緊急減負(fù)荷計(jì)劃(Emergency Load Reduction Program),以通過虛擬電廠的方式減少電網(wǎng)在需求高峰時(shí)期承受壓力時(shí)的發(fā)電需求。

具體方案是,當(dāng)加州電網(wǎng)因?yàn)樘鞖庋谉岫枰~外的電力供應(yīng)時(shí),特斯拉Powerwall的用戶可以通過將他們儲存的電量返回電網(wǎng),以獲得每千瓦時(shí)2美元的報(bào)酬。

截至2022年7月,特斯拉已經(jīng)邀請約25000名擁有Powerwall的PG&E客戶加入虛擬電廠;2022年8月,加州的虛擬電廠項(xiàng)目已成功啟動了首次緊急響應(yīng)演練,在活動中,共有2342位Powerwall用戶參與,共計(jì)輸出了多達(dá)16兆瓦的電力。

在該項(xiàng)目中,PG&E通過以低于用電高峰期批發(fā)電價(jià)的金額向Powerwall用戶購電節(jié)省成本,Powerwall用戶通過售電獲得收入,而特斯拉能獲得儲能和發(fā)電產(chǎn)品的需求提升,以及未來可能的售電差價(jià)及虛擬電廠服務(wù)費(fèi)用。

國內(nèi):

我國虛擬電廠尚處于早期試點(diǎn)階段,各地積極開展試點(diǎn),江蘇、浙江、上海、冀北等地均出現(xiàn)了大型的虛擬電廠試點(diǎn)。2021年2月10日,廣東廣州市工信廳發(fā)布《廣州市虛擬電廠實(shí)施細(xì)則(征求意見稿)》征求意見,實(shí)施目標(biāo)是引導(dǎo)用戶通過開展需求響應(yīng),實(shí)現(xiàn)削峰填谷,逐步形成約占廣州市統(tǒng)調(diào)最高負(fù)荷3%左右的需求響應(yīng)能力。2022年6月23日,山西省能源局發(fā)布《虛擬電廠建設(shè)與運(yùn)營管理實(shí)施方案》,地方權(quán)威性綱領(lǐng)陸續(xù)出臺。

原標(biāo)題:虛擬電廠盈利模式典型案例
 
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來源:虛擬電廠
 
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