金沙乐娱场app下载观察室|谁来拯救下一次“大限电”?
2022.08.29

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长达一个月的长江流域极端高温天气终于告一段落了,由高温带来的用电紧张局面也暂时得以缓解。

从表面来看,本轮缺电是由于缺水导致长江流域的水力发电量骤减,同时叠加需求侧尤其是空调负荷的大幅增长,造成短期内电力供需严重失衡。实际上,电力供需紧平衡状态在我国长期存在,随着双碳目标的推进,如何平衡新能源波动和火电碳排放成为一道棘手难题,电力失衡风险就像一把达摩克利斯之剑高悬于电力系统之上,预计未来数年内我国在用电高峰时段还将反复出现 “电荒”。

那么,在清洁能源(氢能、核能等)发电技术、储能技术尚未取得突破性进展的当下,是否存在一种有效的平衡供需、调节资源的技术手段呢?虚拟电厂或许能成为这把打开智慧能源新世界的金钥匙。

 

长期存在的“电力供需紧平衡”问题

 

“电力供需紧平衡”是一朵长期悬于我国电力系统之上的乌云。改革开放以来的大多数时间里,我国能源电力供应始终处于偏紧的状态,其中两次最为严重的电力紧缺,一次发生在20世纪80年代,另一次是21世纪的前十年,主要是由于电源严重不足和电网结构薄弱导致。自1997年国家电力公司成立以来,我国电力体制改革走过了二十余年的历程,前述两大问题也已经得到大幅改善。2011年至今,我国一直是世界发电量第一大国,生产了全球超过四分之一的电量,广大老百姓亦得以享受到相对宽松的电力供需环境。

然而,2019年冬季高峰开始,我国电力供应再次出现较为紧张的形势,特别是去年冬季高峰、今年夏季高峰出现了大范围的拉闸限电。这两次电力紧张的原因不尽相同,前者主要是由于经济复苏带来工业企业用电需求旺盛,而煤炭供应紧张、价格高企,一些发电厂出现了越发电越亏损的情况,煤电机组的正常运行亦受到严重影响。今年夏天南方的用电缺口主要是连续极端高温天气所致,需求侧尤其是空调负荷大幅增长,而干旱导致长江流域出现“汛期反枯”现象,水力发电总量骤减,特别是对于水力发电占比高达85%的四川省来说,电力保供形势异常严峻。

无奈之下,四川连下两轮“限电令”,不仅暂停了绝大部分工业用电,更波及商业、景观甚至居民用电。一个好消息是,8月23日起冷空气终于“出手相助”,南方多地迎来了不同程度的降温,而川渝一带的高温天气也预计在30日前后进入尾声,这也意味着该地的用电紧张局面将逐步缓解。

尽管可以暂时松一口气,但从长期来看,电力失衡风险依然像一把达摩克利斯之剑高悬在电力系统之上,预计未来数年内我国在用电高峰时段还将反复出现“电荒”,深究本质,这是我国能源结构转型过程中不可避免的阵痛。随着我国火电占比的下降和新能源发电占比的迅速增加,新能源固有的随机性、波动性、间歇性特点对电力系统造成的冲击越来越大,在清洁能源(氢能、核能等)发电技术、储能技术尚未取得突破性进展的当下,如何平衡新能源波动和火电碳排放成为一道棘手难题。

 

缺电难题的两种解法

 

要解决缺电难题,需要开源与节流并举,从供给侧和需求侧两方面入手。

在供给侧方面,增加火力发电厂显然既不经济亦不环保,据统计,我国各地电网的尖峰负荷年持续时间不超过50小时,如果电网要为这3%-5%的尖峰负荷去配置增量容量,需要付出巨大的投资成本,同时在我国双碳目标下,消耗化石能源的火电的比重降低是大势所趋,因此一旦尖峰负荷出现,电网通常会采取需求响应、有序用电等更简单经济的方案。

与此同时,提高风光等新能源占比、形成多元能源结构也是我国一直在积极推进的方向。过去一年多,中央层面一再强调一个新词汇——新型电力系统,简而言之,这是一个清洁低碳、安全高效、以新能源为主体的体系。今年年初印发的《“十四五”现代能源体系规划》要求,到2035年,非化石能源消费比重在 2030 年达到 25%的基础上进一步大幅提高,可再生能源发电成为主体电源,新型电力系统建设取得实质性成效,碳排放总量达峰后稳中有降。然而,大规模新能源接入电网后,电力系统的电力电量时空平衡难度将显著加大,新能源并网消纳能力有待大幅提升。

除了供给侧,一种新的思路是加强需求侧管理,即采取各种有效手段来调节全社会的用电方式、用电时间,平滑需求侧负荷曲线,保障电网安全平稳运行。需求侧管理的方式有很多,如开展需求响应与辅助服务、电力现货交易等,而在这些方式的背后,虚拟电厂(Virtual Power Plants,VPP)技术则是盘活负荷侧资源、挖掘电力系统灵活性、发挥市场配置资源作用的一种行之有效的办法,因此近年来在世界范围内备受追捧,今年以来我国中央与地方亦相继出台多项政策支持虚拟电厂的发展。

 

虚拟电厂,能源界的“云计算”

 

关于虚拟电厂的定义众说纷纭,我们或许可以拿大众熟知的“云计算”的例子来类比。

每年的双十一购物节,各大电商平台面临的最大挑战恐怕就是服务器的承受能力,在这个分秒必争的“战场”,服务器宕机将给企业带来巨大的经济损失。购买更多的服务器显然不是高性价比之选,因为服务器成本不菲,过了双十一的流量峰值,额外采购的服务器就会处于闲置状态,造成企业资源的浪费。云计算的出现带来了更灵活高效的解决思路,它将分散的服务器聚合起来形成一个大型的虚拟资源池,分配给有不同需求的企业使用其强大的数据处理能力,不仅能有效降低企业的运维成本,而且更加安全可靠,这也是近年来广大消费者能享受到流畅的网购体验的很大一部分原因。

类似地,我们可以把“虚拟电厂”理解为一种分布式多类型能源资源聚合管理运行模式,通过先进的信息通信技术和监测控制技术,将海量分布式发电、用电和储能资源聚合并统一协调控制,从而作为一个特殊电厂参与电力市场的运行,并可以获得相关服务的激励收益。

实际上,“虚拟电厂”的概念出现得要比“云计算”早得多。早在1997年,Shimon Awerbuch博士就在其著作《虚拟公共设施:新兴产业的描述、技术及竞争力》提出了相关概念;从2000年起,德国、英国、法国、西班牙、丹麦等欧洲国家开始关注并开始建设虚拟电厂,如今在欧洲、北美和亚太地区均已形成了一批成熟的示范项目。

在我国新能源发电装机容量快速增长、弃风弃光率高居不下的难题面前,虚拟电厂通过先进算法,可以精准化调控区域资源,有效促进新能源消纳,同时还能在供电紧张时段直接调度海量分散的充电桩、空调、储能等用电资源,提高资源的利用率,可以有效解决电网供需不平衡矛盾,并充分契合了清洁低碳的可持续发展要求。

除了强大的聚合能力,虚拟电厂还有着低成本的优势。据国家电网测算,若通过新建火电机组、抽水蓄能及新型储能设备实现“削峰填谷”,仅满足5%的尖峰负荷就需要投资4000亿元,而同等效果下,虚拟电厂的建设、运营、激励等成本加起来仅需500-600亿元,为传统电厂的1/8-1/6。

目前,我国的浙江、江苏、上海、广东、河北等地区均已开展虚拟电厂的试点工作,“金沙乐娱场app下载”作为国内首个实现虚拟电厂全链路贯通运营的运营商,已经为长三角地区的数十个地方政府搭建了成熟的虚拟电厂,如浙江嘉兴平湖虚拟电厂、江苏常州虚拟电厂、宁波虚拟电厂等,这些虚拟电厂在当地电网实际运行过程中数次建功,有效提升了电网安全保障水平,推动能源绿色低碳转型,同时也帮助工商业用户节能降碳、挖掘用能灵活空间、提升能效。

在我国能源结构转型的阵痛期,虚拟电厂能够经济、高效、安全地平衡新能源波动和火电碳排放这一矛盾,同时借助电力辅助服务市场、需求响应补贴等方式,调动用电侧、储能侧的积极性,以市场价值驱动,促进能源资源优化配置,成为应对电力供需失衡的有效手段。可以预见,随着更多虚拟电厂在我国的落地和成熟运行,智慧能源新世界的大门将徐徐打开,“大限电”也终将消失在历史长河中。

 

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