近日，國際電工委員會（IEC）在北京召開“虛擬電廠”工作組會議，對中國國家電網(wǎng)有限公司發(fā)起的《虛擬電廠用例》和《虛擬電廠架構與功能要求》兩項標準編制進行研討。什么是虛擬電廠？與此相關的標準又意味著什么？參與在京舉行的“能源轉型”高端論壇的專家，對此進行了一一作答。

 

        可再生能源有“致命傷”

 

        IEC副主席、國網(wǎng)公司董事長舒印彪表示，能源轉型對電網(wǎng)的功能作用、運行方式提出了“前所未有的挑戰(zhàn)”——風能、太陽能等可再生能源，都具有隨機性、間歇性、波動性特征，大規(guī)模、高比例接入電網(wǎng)，帶來巨大調峰調頻壓力，導致系統(tǒng)轉動慣量弱化，給電力系統(tǒng)平衡調節(jié)和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來一系列新的挑戰(zhàn)。而且，過去一個大中型電網(wǎng)，只需要接入幾十個、幾百個電廠，從生產(chǎn)側到消費側單向送電；現(xiàn)在隨著新型能源技術發(fā)展和與數(shù)字技術的融合，電網(wǎng)將接入數(shù)以千計、甚至萬計的各類電源和大量的新型交互式用能設備，許多并網(wǎng)主體兼具生產(chǎn)者與消費者雙重身份，電網(wǎng)運行的復雜性、不確定性顯著增加。

 

        如何應對此種挑戰(zhàn)？舒印彪給出的解決之道是，適應能源轉型需要，推動傳統(tǒng)電網(wǎng)從功能上向能源互聯(lián)網(wǎng)演進，從技術上向新一代電力系統(tǒng)升級。而所謂“新一代電力系統(tǒng)”，他解釋，將是具有廣泛互聯(lián)、智能互動、靈活柔性、安全可控、開放共享特征的新型電力系統(tǒng)，其物理特性、結構形態(tài)、運行機理、控制方式與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)存在明顯不同，“是影響能源轉型持續(xù)縱深推進的關鍵”。

 

       “一切問題的根源，來自電力系統(tǒng)的發(fā)、供、用瞬時平衡特性。”國網(wǎng)冀北電力外聯(lián)部副主任高會杰表示。由于電力大規(guī)模存儲問題仍未解決，從電氣發(fā)明至今，電力系統(tǒng)一直呈現(xiàn)“即發(fā)即用”的基本特征。也就是說，因為存不了，就必須發(fā)多少，用多少，發(fā)、供、用三個環(huán)節(jié)保持“瞬時平衡”。

 

         對火電等傳統(tǒng)發(fā)電方式來說，這不是問題，因為火電出力多少、何時出力，可以人為調節(jié)自如。從電網(wǎng)角度，這叫電網(wǎng)友好型發(fā)電，“平滑出力”。

 

        而以風電、光伏發(fā)電為代表的可再生能源就完全不一樣了——何時有風、何時有陽光，不以人的意志為轉移，具有明顯的隨機性、間歇性特點；而且，可再生能源發(fā)電出力，往往跟用電負荷峰谷呈逆向分布，也就是說，“你不需要用電的時候（負荷谷底），它正好來勁；你最需要用電的時候（負荷高峰），它卻沒有了。”高會杰說，在儲能技術完全突破之前，這是可再生能源的“致命傷”。

 

        看不見的電廠可能是更好的電廠

 

        迄今為止，所有針對可再生能源的技術努力，核心就是試圖治愈這一“致命傷”；而“虛擬電廠”概念的提出及其實驗，是這些努力中較新的一個，也是較有可能獲終極突破的一個，所以被視為能源轉型的“詩和遠方”。

 

         虛擬電廠是什么？

 

        多年致力于能源轉型戰(zhàn)略研究的中國工程院原副院長杜祥琬院士指出，虛擬電廠不是傳統(tǒng)意義上的電廠，它相當于一個電力“智能管家”，站在電網(wǎng)角度，把風電、光伏發(fā)電等分布式能源通過儲能裝置組織起來，形成穩(wěn)定、可控的“大電廠”，便于處理與大電網(wǎng)之間的各種關系。

 

        國網(wǎng)冀北電力交易中心副總經(jīng)理王宣元解釋，所謂虛擬，體現(xiàn)在它并不具有實體存在的電廠形式，卻真有一個電廠的功能，而且是遠超傳統(tǒng)實體電廠的功能，因為它打破了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中發(fā)電廠之間、發(fā)電側和用電側之間的物理界限。王宣元如此定義虛擬電廠：它是互聯(lián)網(wǎng)＋源網(wǎng)荷儲售服一體化（即電源、電網(wǎng)、負荷、儲能、銷售、服務的聚合體）的清潔智慧能源管理系統(tǒng)，是對多種分布式能源進行聚合、優(yōu)化控制和管理，為電網(wǎng)提供調頻、調峰等輔助服務，并能夠參與電力市場交易的技術和商業(yè)模式。

 

        說白了，在這樣一個“看不見的電廠”里，電力用戶是消費者，也可能是生產(chǎn)者，也就是之前舒印彪所說“兼具生產(chǎn)者與消費者雙重身份的”并網(wǎng)主體。比如一個擁有電動汽車的用戶，晚上電力相對富余、電價也較低時給汽車充電；白天電力相對緊張、電價也較高時可以余電上網(wǎng)，再賣給公共電網(wǎng)，其實質是“激勵混合型產(chǎn)消者與電網(wǎng)實現(xiàn)友好互動”。這就像電子商務平臺，由于是在“互聯(lián)網(wǎng)＋”環(huán)境下，你看不見商場，卻可以在上面從事各種交易。

 

        當然，“電力交易只是虛擬電廠諸多功能中的一個。”王宣元強調，核心是源網(wǎng)荷儲售服一體化，其中的電源，既可以是傳統(tǒng)的火電，也可以是新興的風電、光伏、生物質發(fā)電；既可以是大規(guī)模集中式發(fā)電，也可以是分布式零散發(fā)電，還可以是冷、熱、儲能等其他能源形式。虛擬電廠把它們“串聯(lián)”起來，基于互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術，實現(xiàn)發(fā)電和用電自我調節(jié)，保持瞬時平衡。比如，在繁華的城市樓宇群，虛擬電廠可以實時監(jiān)測中央空調、電動汽車等柔性可控負荷，環(huán)境參數(shù)以及分布式能源出力，圍繞用戶和系統(tǒng)需求，自動調節(jié)并優(yōu)化響應質量，減少電源和電網(wǎng)建設投資，在創(chuàng)造良好舒適生活環(huán)境的同時，實現(xiàn)用戶和系統(tǒng)、技術和商業(yè)模式的雙贏。

 

        首批國際標準將花落中國

 

        虛擬電廠概念自1997年提出以來，受到了歐洲、北美和澳洲等廣泛關注；隨著近年來信息通訊技術（ICT）、分布式協(xié)調控制技術和智能計量技術的提高，分布式電源、儲能、電動汽車的快速發(fā)展，工業(yè)領域逐漸表現(xiàn)出對虛擬電廠的極大需求并付諸工程實踐。

 

        由于虛擬電廠應用前景廣泛，全球主要國家都在搶占先機，爭取戰(zhàn)略主動。其中，相關標準制訂成為主導國際話語權的必爭之地，正如舒印彪所言：“沒有標準化，能源轉型不可能成功。”

 

        此前的2017年10月，國網(wǎng)旗下冀北電力公司和中國電科院組成的專家團隊，代表中國向IEC提交了《虛擬電廠用例》和《虛擬電廠架構與功能要求》兩項標準提案；經(jīng)過激烈競爭，順利通過了投票，并獲得德、英、法、瑞等成員國的加盟支持，于2018年3月獲批正式立項，成為IEC首批立項的虛擬電廠國際標準，意味著虛擬電廠首批標準將花落中國。

 

        IEC 1906年在倫敦成立，是最具權威性的國際電工標準化機構。一個多世紀以來，IEC累計發(fā)布電工領域國際標準7713項，為促進電力及能源可持續(xù)發(fā)展作出了重要貢獻。近年來，IEC專門成立了一系列與能源轉型相關的技術委員會，圍繞特高壓、新能源、高壓直流輸電、智能電網(wǎng)、電動汽車等，制定了一批重要標準，為全球能源轉型提供有力支撐。

 

        國家市場監(jiān)管總局標準創(chuàng)新管理司司長崔鋼認為，國際標準作為世界的“通用語言”，是各國間互聯(lián)互通的基本規(guī)范、是技術合作的基礎條件，在推動能源轉型方面的作用越來越重要。“世界需要標準協(xié)同發(fā)展，標準促進世界互聯(lián)互通。”崔鋼表示，虛擬電廠國際標準提案獲批立項，標志著國家電網(wǎng)在新一代電力系統(tǒng)的虛擬電廠領域處于國際領跑地位，提升了我國制定能源轉型國際標準的話語權，具有十分重要的現(xiàn)實意義和長遠的戰(zhàn)略價值。

 

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        各顯神通搶灘虛擬電廠

 

        從世界范圍看，王宣元介紹，歐洲虛擬電廠聚焦于“源”，主要目標是提高分布式電源并網(wǎng)友好智能互動性，打造持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的商業(yè)模式。先后在歐盟第六、第七框架計劃下開展了FENIX項目和TWENTIES項目，前者將大量的分布式電源聚合成虛擬電廠，提高歐盟電力系統(tǒng)的經(jīng)濟性、可控性和安全性；后者的示范重點在于如何利用虛擬電廠實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)、分布式電源和負荷的智能管理。

 

       北美虛擬電廠則起源于“荷”，通過自動需求響應和能效管理，提高綜合能源的利用效率。比如，美國紐約州在能源改革愿景（REV）戰(zhàn)略指導下開展了ConEd VPP項目，旨在將用戶側“太陽能+儲能”系統(tǒng)集群友好并網(wǎng)，降低居民用電成本，提高電網(wǎng)調峰調頻和應急響應能力；加利福尼亞州探索分布式光伏的管理方式，包括虛擬電廠和分布式能源供應商（DERP）如何參與電網(wǎng)運營和電力市場。

 

       澳洲近年投運了多項虛擬電廠示范工程，主要目標是降低用電成本，促進清潔能源消納，提高澳洲電網(wǎng)穩(wěn)定性，并與特斯拉公司聯(lián)合打造AGL VPP示范工程，意在聚合大量光伏電源和儲能設備，應對分布式電源高滲透率帶來的挑戰(zhàn)，降低基礎設施投資成本。