德國虛擬電廠試驗

范珊珊

在能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)源地德國，虛擬發(fā)電廠已經(jīng)“落成”?；蛟S未來需求側(cè)最好的商業(yè)模式就是虛擬發(fā)電廠。

當(dāng)能源互聯(lián)網(wǎng)概念正在國內(nèi)熱炒的時候，德國已經(jīng)完成了一些“能源互聯(lián)網(wǎng)”的實(shí)驗項目。隨著棄核期限日益臨近，可再生能源特別是分布式能源比例的不斷提高，如何在原有的大電網(wǎng)中，高效的控制這些分散的小型“電廠”成為了近些年德國政府極力推動的一項研究。

也就是說，將成千上萬的分散小型可再生能源整合為一個巨大的類似傳統(tǒng)電廠的可靠能源網(wǎng)絡(luò)，不再是一個夢想，而是在逐步實(shí)現(xiàn)。

2008年，德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和技術(shù)部啟動了“E-Energy”計劃，目標(biāo)是建立一個能基本實(shí)現(xiàn)自我調(diào)控的智能化的電力系統(tǒng)，而其中信息和通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)此目的的關(guān)鍵。E-Energy同時也是德國綠色I(xiàn)T先鋒行動計劃的組成部分。綠色I(xiàn)T先鋒行動計劃總共投資1.4億歐元，包括智能發(fā)電、智能電網(wǎng)、智能消費(fèi)和智能儲能四個方面。為了分別開發(fā)和測試智能電網(wǎng)不同的核心要素，德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部通過技術(shù)競賽選擇了6個試點(diǎn)地區(qū)團(tuán)體。

在以ICT技術(shù)為基礎(chǔ)的一個強(qiáng)大的“能源互聯(lián)網(wǎng)”中，各種形式的發(fā)電廠和電網(wǎng)運(yùn)營商、工業(yè)和私人用戶，都找到了屬于自己一個全新的市場角色，一個全新的商業(yè)模式應(yīng)運(yùn)而生。

在這個全新的結(jié)構(gòu)和功能的電力系統(tǒng)中，各種軟件、智能電表、儲能等新技術(shù)被應(yīng)用其中。在高效的使用“不穩(wěn)定”的可再生能源同時，更為關(guān)鍵的是實(shí)現(xiàn)了用戶側(cè)的管理。

在由“E-Energy”計劃支持的6個涉及能源互聯(lián)網(wǎng)項目中，位于德國中北部的哈茨山脈的可再生能源示范項目——RegModHarz項目，就是將新能源最大化利用的典型案例，而其中最引人注目的就是將這些分散的新能源發(fā)電設(shè)備進(jìn)行虛擬集合、調(diào)配的技術(shù)，也就是我們所稱的“虛擬電廠”（Virtual Power Plant，VPP）。

沒有實(shí)體的電廠

顧名思義，“虛擬電廠”并不是具有實(shí)體存在的電廠形式，它打破了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中物理上發(fā)電廠之間、以及發(fā)電和用電側(cè)之間的界限。

在德國，隨著新能源接入特別是大規(guī)模的分散式光伏、風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)的接入，毫無疑問給電網(wǎng)的穩(wěn)定帶來了間歇性的沖擊，這樣也就對電網(wǎng)的調(diào)度方式提出了新的挑戰(zhàn)。同時，隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)甚至是私人用戶都可以通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對電網(wǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測和分析。虛擬電廠的作用就是將新加入的新能源系統(tǒng)與傳統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)以及儲能系統(tǒng)等進(jìn)行有效的整合，通過一個控制中心實(shí)現(xiàn)管理，從而有機(jī)的參與到電網(wǎng)運(yùn)行中。

與此同時，虛擬電廠也不失為一種有效的響應(yīng)需求側(cè)的手段。通過在用電側(cè)安裝一些裝置比如智能電表，從而設(shè)計出符合客戶特定用能需要并具有經(jīng)濟(jì)性的電源組合，使得供需在發(fā)電和用電兩側(cè)達(dá)到平衡。

而德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和技術(shù)部最終選擇RegModHarz項目作為“虛擬電廠”示范項目，是因為該地區(qū)可再生能源供電的比例超過德國平均2倍左右。在哈茨地區(qū)，總?cè)丝诩s為24萬人，因為地處山區(qū)，風(fēng)電資源較好。不僅風(fēng)機(jī)在此處較為普遍，抽水蓄能、太陽能、沼氣、生物質(zhì)能以及電動車等都成為電力供應(yīng)的一部分。在這個面積僅有2104平方公里的區(qū)域里，發(fā)電裝機(jī)總量約為200MW，此外主要有6家配電運(yùn)營商、4家電力零售商以及1家輸電商。

首先，虛擬電廠與分散式電源進(jìn)行通訊連接，而與原有的傳統(tǒng)大型發(fā)電場不同的是，新能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)變化較快，安全、穩(wěn)定性高的傳輸技術(shù)非常必要。所以在此項目中制定了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，使得虛擬電廠對于數(shù)據(jù)變化能夠快速反應(yīng)。

在考慮發(fā)電端的同時，虛擬電廠同樣關(guān)注的是用電側(cè)的反應(yīng)，在哈茨地區(qū)的試樣中，家庭用戶安裝了能源管理系統(tǒng)，被稱為“雙向能源管理系統(tǒng)”（簡稱BEMI）。

資料顯示，用戶安裝的能源管理系統(tǒng)每15分鐘儲存用戶用電數(shù)據(jù)，記錄用戶每天的用電習(xí)慣，并將這些數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)教摂M電廠的數(shù)據(jù)庫中。同時，BEMI系統(tǒng)還可以通過無線控制開關(guān)的插座，當(dāng)電價發(fā)生變動時，可以通過無線控制來調(diào)控用電時間和用電量。

此外，此項目還采用了動態(tài)電價，設(shè)置了9個登記的獎懲制度。零售商將電價信息傳送到市場交易平臺，用戶可以知曉某個時刻的電價等級以及電力來源。因而，培養(yǎng)用戶良好的用電習(xí)慣，通過價格的方式進(jìn)行，可以讓對電價敏感的用戶根據(jù)電價的高低調(diào)整用電時段。為了保證用戶對于信息的獲取，在哈茨項目中還有一個專門的市場平臺，讓使用者可以較為便捷的獲取相關(guān)電力信息，對于當(dāng)前的電力需求、價格以及天氣對于未來需求的影響等信息進(jìn)行了集合。

其中，特別值得注意的是，虛擬電廠系統(tǒng)中，發(fā)電預(yù)測系統(tǒng)至關(guān)重要。對于售買雙方，對于電力批發(fā)市場價格、用電量、發(fā)電量信息的獲取都較為迫切。

這也就意味著，在能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)源地德國，虛擬發(fā)電廠已經(jīng)“落成”。電源的聚合，其實(shí)際能效和經(jīng)濟(jì)效益均要高于單獨(dú)運(yùn)行這些電源。

需求側(cè)管理的最優(yōu)方式？

在整個電力需求側(cè)的產(chǎn)業(yè)鏈，有設(shè)備制造業(yè)、需求響應(yīng)、電能交易、負(fù)荷互濟(jì)，節(jié)能服務(wù)，智能微電網(wǎng)運(yùn)營等等。未來需求側(cè)最好的商業(yè)模式是虛擬發(fā)電廠。

哈茨項目開始的2008年，彼時可再生能源成本還遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)電力發(fā)電成本，必須依賴可再生能源補(bǔ)貼。而因為德國電力市場化改革的成果，以及可再生能源成本的下降，可再生能源進(jìn)入電力批發(fā)市場，進(jìn)行直接競價上網(wǎng)，成為了必然。

直接進(jìn)行競價上網(wǎng)，意味著對于虛擬電廠來說，在批發(fā)市場中，要想盈利，必須考慮不同電力的特性，設(shè)置不同的銷售組合，以獲取盈利。據(jù)資料顯示，在哈茨項目執(zhí)行的過去幾年間，項目方對于進(jìn)入批發(fā)市場的商業(yè)模式進(jìn)行模擬。而模擬的結(jié)果是，在彼時，如果缺乏補(bǔ)貼，可再生能源進(jìn)入電力批發(fā)市場獲利可能性很小。

此外，在示范區(qū)當(dāng)?shù)?，將可再生能源進(jìn)行銷售也是另一種商業(yè)模式。隨著民眾對于可再生能源認(rèn)同感增強(qiáng)，并且對于當(dāng)?shù)仉娫窗l(fā)展的認(rèn)同與支持，虛擬電廠作為協(xié)調(diào)方，協(xié)調(diào)發(fā)電端和零售商以及最后到用戶端之間的交易。

在德國，越來越多的公司開始進(jìn)入虛擬電廠領(lǐng)域。除了大公司西門子、博世等等聯(lián)合傳統(tǒng)電力巨頭想在通訊服務(wù)領(lǐng)域占得頭籌，更多的中小型企業(yè)也看中了虛擬電廠未來的發(fā)展前景，業(yè)務(wù)涉及能效管理、節(jié)能合約、充電設(shè)施服務(wù)等等。

在虛擬電廠未來的市場中，涌現(xiàn)出更多的服務(wù)商。而在整個系統(tǒng)中，那些為電廠運(yùn)轉(zhuǎn)提供軟件、儲能設(shè)備、電網(wǎng)服務(wù)商等各種衍生而出的服務(wù)公司甚至咨詢公司，毫無疑問，更容易找到市場定位。

可再生能源大量接入引發(fā)了電網(wǎng)的波動，對于服務(wù)商而言，必須對當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)足夠的了解，并且應(yīng)該對未來可再生能源比例提高情形進(jìn)行模擬。在RegModHarz項目項目中，項目方根據(jù)哈茨地區(qū)的電網(wǎng)情況設(shè)立一個新的模型，模仿當(dāng)?shù)胤稚㈦娫吹倪B接結(jié)構(gòu)，對不同電壓等級的電網(wǎng)以及可再生能源比例的不同進(jìn)行模擬，從而考察不同情境下電壓的變化。結(jié)果是如果哈茨地區(qū)2020年可再生能源比例達(dá)到38.5%，目前電網(wǎng)結(jié)構(gòu)依然能夠承受。

與此同時，電網(wǎng)本身主動加強(qiáng)監(jiān)測以及改變現(xiàn)有的電力管理方式。也就是說，利用虛擬電廠進(jìn)行的需求側(cè)管理進(jìn)行的是對電源端和負(fù)荷端以及電網(wǎng)本身三者之間的協(xié)調(diào)。需求側(cè)管理需基于多種類分布式能源協(xié)調(diào)互補(bǔ)、用戶主動參與的管理理念。一方面用戶需求側(cè)管理的發(fā)展方向是通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多種分布式能源整合互補(bǔ)，提高綜合能源使用效率，另一方面利用價格機(jī)制，提高用戶用電的自主性。

在德國，除了哈茨地區(qū)RegMod項目，E-Energy資助的其余5個項目，都是試圖通過先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)、通訊技術(shù)等，來進(jìn)行電力需求側(cè)管理。比如庫克斯港的eTelligence項目，通過互聯(lián)網(wǎng)平臺實(shí)時發(fā)布電力供應(yīng)與需求情況，以進(jìn)行平衡。這是一個熱電聯(lián)產(chǎn)示范項目，當(dāng)新能源富裕時，售電公司向大用戶發(fā)出電價變低的提醒，此時工業(yè)用戶可以開啟儲能設(shè)備。

這些在德國已經(jīng)試驗的項目，以不同方式根據(jù)不同區(qū)域用能情況開展，雖然涉及區(qū)域較小，模擬情景更不相同，毫無疑問，他們都是試圖尋找互聯(lián)網(wǎng)與能源消費(fèi)的融合點(diǎn)。而這一切最基礎(chǔ)也是最敏感的因素就是能源產(chǎn)品的價格。