虚拟电厂平台建设方案

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1 虚拟电厂平台建设方案 五 国综集团虚拟电厂发展情况 虚拟电厂业务现状与发展趋势 国综集团虚拟电厂建设背景和目标 一 虚拟电厂简介 虚拟电厂典型案例 国综集团虚拟电厂可提供的增值服务 目录 ONTENTS 】 2 电力交易中心 虚拟电厂 = 发电系统 + 储能设备 + 可控 负荷 虚拟电厂概念自 1997 年提出以来，受到了欧洲、北美和澳洲多国广泛 关注。近年来，随着信息通信技术 (ICT) 、 分布式协调控制技术和 智 能计量技术的提高，分布式电源、储能、电动汽车的快速发展，虚 拟电 厂正在进发出新的生命与活力。 3 能量流 信息流 电网 重明 D 作三 微网 虚拟电厂 控制中心 光伏发电 储能 电采暖 虚拟电厂简介一概念 虚拟电 厂 智能园区 风力发电 电动汽 车 物联网技术 大数据技术 虚拟电厂简介—关键技术 调度优化技术 边缘计算技术 云计算技术 区块链技术 4 按照控制方式分类 > 集中 - 分散控制虚拟电厂： √ 控制中心把一部分运行控制功能分配到本地控制 √控制中心负责能量优化调度，满足用户需求和市 场规划 改善了集控控制模式中通信量大和扩展性差的 问题 虚拟电厂 控制中心 发电单元 用电单元 发电单元 发电单元 数据交换与 处理中心 <- 智能 代理 智能 代理 发电单元 发电单元 用电单元 发电单元 > 集中控制虚拟电厂： √ 控制中心掌握完整信息 √ 控制中心具有完全控制权 控制中心控制能力强，但通信量大， 兼容性和扩展性差 发电单元 > 完全分散控制虚拟电厂： √ 控制中心简化为数据交换和处理中心 √ 子系统通过智能代理的协同，实现控制中 心的功能 扩展性和开放性好，但要求智能代理和子 系统具备日常运行管理等功能 用电单元 用电单元 用电单元 发电单元 虚拟电厂业务现状与发展趋势 发电单元 虚拟电厂 控 制 中 心 本地虚拟电厂 本地虚拟电厂 本地虚拟电厂 发电单元 用电单元 发电单元 集中 - 分散控制结 构 完全分散控制结构 集中控制结构 发电单元 智能 代理 用电单元 5 虚拟电厂业务现状与发展趋势 按照承载业务分类 可调负荷 可调负荷 电网侧储能 电网侧储能 需求响应 资 源 型 虚拟电厂 供应侧 资 源 型 虚拟电厂 混合资源型 虚拟电厂 自用型 分布式电源 自用型 分布式电源 公用型 分布式电源 公用型 分布式电源 发电侧 储能 发电侧 储能 用户侧 储能 用户侧 储能 6 调峰 / 调频 电源侧 / 负荷侧 智能运维 / 能效评 估 未来发展 电力 辅助服务 电能量交易 辅助服务 用户 能效服务 虚拟电厂业务现状与发展趋势 电力 辅助服务 需求响 应型 混合资 产型 虚拟电厂 现状 调峰 7 市场潜力 在市场上潜力方面，随着综合能源业务蓬勃发展，分布式资 源规模逐渐庞大。以华北区域为例，其中可调负荷资源约 5000 万千瓦；用户侧储能资源约 100 万千瓦；电动汽车约 600 万辆；分布式电源装机规模超 6000 万千瓦。 发展趋势 随着辅助市场及现货市场的逐步开放，虚拟电厂会逐步向着 分散控制混合型虚拟电厂发展，资源接入种类与交易品种会 逐渐增多，运营方式也将向规模化、多样化、智能化转变。 2025 聚合规模： 10GW 累计促进新能源消纳： 72 亿 KWh 累计减少二氧化碳排放： 720 万吨 2023 聚合规模： 4GW 累计促进新能源消纳： 21 亿 KWh 累计减少二氧化碳排放： 21 万吨 2022 聚合规模： 2GW 累计促进新能源消纳： 9 亿 KWh 累计减少二氧化碳排放： 90 万吨 2024 聚合规模： 7GW 累计促进新能源消纳： 42 亿 KWh 累计减少二氧化碳排 放： 420 万吨 虚拟电厂业务现状与发展趋势 B 8 典型案例一：江苏省电力需求响应平台 2015 年，江苏省以工业企业参与需求响应开始，逐步引入楼宇负荷、居民负荷、储能、充电桩负荷等，不断汇 聚 各类可中断负荷，已累计汇聚 3309 幢楼宇空调负荷，最大可控超过 30 万 kw, 江苏地区累计实施响应 18 次， 累计响应 负荷量达到 2389 万 kw 。 典型案例二：上海市虚拟电厂 2014 年，上海市试点建设虚拟电厂运营管理与监控平台。平台注册负荷集成商 15 家，接入用户 1961 户，可 调节 负荷总量 120 万 kW 。 聚合资源主要包括工业、商业、居民、电动汽车等，平台运营期间，上海市多次启动需 求响应， 累计削峰上百万 kW 。 典型案例三：冀北泛电平台虚拟电厂 冀北泛电平台虚拟电厂目前已经实现了实时接入并协调控制蓄热式电采暖、可调节工商业、智能楼宇、分布式 光 伏等 11 类 19 家泛在可调资源，容量约为 16 万 kW, 主要涵盖张家口、秦皇岛、廊坊三个地市。 典型案例四：德国 Next Kraftwerke 虚拟电厂 Next Kraftwerke 是德国一家大型的虚拟电厂运营商，创立于 2009 年，是欧洲电力交易市场 (EPEX) 认证的能 源 交易商，在欧洲交易所可以参与能源现货市场交易。截至 2021 年， Next Kraftwerke 已有近万个聚合单 元， 8000 余 MW 联网装机容量，超过 6 亿欧元营业额， 15TWh 能源交易量，其发电能力相当于四座核电站。 虚拟电厂典型案例 9 目前华北地区的分布式新能源 ( 包括：分布式光伏电站、分散式风电站、生物质发电站等 ) 装机容量屡 创 新高，分布式电源在能源供应中占比逐年扩大。分布式电源现有应用模式主要有自发自用、自发自用 余额 上网、全额上网三种模式。 京津唐地域存在大量电动汽车、分布式储能以及楼宇空调、电采暖、工业园区等负荷侧泛在调节资源。根 据统计， 2018 年底电动汽车约 40 万辆，其中北京约 23 万辆。储能资源超过 20 万千瓦，空调保有量约 8000 万台， 电采暖用户达 163 万户。 2019-2020 年供热期华北电网供热机组装机 18289 万千瓦，占火电装机比例为 73%, 增加约 2 个百分 点；京津 唐电网供热机组装机 5137 万千瓦，占火电装机比例为 77%, 增加约 2 个百分点供热机组比 例的增加降低了 机组调峰能力，压缩了新能源消纳空间。 2019 年 11 月 11 日，华北能监局发布《第三方独立主体参与华北电力调峰辅助服务市场试点方案 ( 征求意 见稿 ) 》 , 方案中提出了虚拟电厂可以参与到电力调峰辅助服务市场。 分布式能源发展潜力巨大，电力辅助服务政策利好 10 虚拟电厂建设背景和目标—电网稳定运行需要 京津塘地区 C 分布式能漏规模总 政策背景与 需求空间 分布式能源 发展现状 华北分布式电源 发展 华北局政策 电力辅助服务 华北电网 供热情况 00 0 00 0 2 0 远景目标： ◆ 建成具有中国特色国际领先的能源互联网企业 > 宗旨和使命： ◆ ” 人民电业为人民”宗旨和“为美好生活充电、为美丽中国赋能” > 发展定位： ◆ 积极服务“碳达峰、碳中和”目标和新型电力系统建设，紧扣国家电网公 司 “一体四翼”发展布局，聚焦主责主业，扛牢“四个责任” , 集团化运 作、规 范化经营，同心同德、同向同行，加快创建一流综合能源服务产业 集团。 ◆ 目前集团在建、在运风光发电项目合计逾 2GW, 储能项目逾 5GWh, 综 合能源项目覆盖全国。 虚拟电厂建设背景和目标—集团生产运行及业务发展需要 合理的综合 能源解决方 案 专业的能 耗监测系 统 灵活的商 业合作模 式 完善的支 持服务及 培训 科学的工程 实施和管理 深入的节能 潜力分析 麟 882 项目 施工 技术 方案 数据 监测 专家 咨询 酸 1 2 建设目标 · 探索新型电力系统建设、服务电网稳定 运行； · 提升项目生产运行水平，为综合能源项 目投资出谋划策； · 发挥国企担当，依法合规、公平公正助 力用户节能增效。 虚拟电厂建设背景和目标 1 3 集团虚拟电厂作为集团生产运行管理重要技 术手段，积极跟踪各地电力市场政策，支撑在运 项目参加属地辅助服务和电力市场，根据环境及 能源市场波动情况，精细化项目日常生产运行计 划，确保集团在运项目生产质效。 考虑行业特性和环保要求，在安全生产基础 上，循环评估包含生产能效指标、运行水平指标、 可靠性指标等项目生产运行主要指标，提出在运 项目改进方案，探索提高在运项目生产质效，同 时为综合能源服务项目投资决策提供一定建议。 虚拟电厂发展情况——运营效果 生产 运行 环保 安 全 经济 1 4 集团虚拟电厂于 2019 年 11 月启动建设， 2020 年 11 月投运，目前聚合 60 万 kW 内外部 可调 资源参与华北等地辅助服务市场，按照《集团虚 拟电厂运营工作方案》等多项生产运行管理规程， 开展 7*24 小时值班运营，有效保障了运营效果。 其中市场收入约 3.2 万元 / 天，促进新能源消纳 约 29.7 万千瓦时 / 天，减少二氧化碳排放约 297 吨 / 天。同时服务主业，积极引导用户科学 有序用电， 在用电大负荷日最大削减用电负荷 3.6 万 kW, 保 障民生需求同时确保了电力供需 平衡。 收益统计 社会贡献 实时功率 甲 * 集团各省综也积极开展了虚拟电厂建设和商业模式研究，其 中冀北、河北、天津等公司都有了商业运作。以某省为例，去 年 11 月—今年 3 月，调峰贡献达 2 亿千瓦时，形成经济收入 超 2000 万元。 虚拟电厂发展情况——运营效果 w 虚拟电厂平台于 2021 年实现 APC 功能 APC 功能主要实现电网、虚拟电厂、用户可控负荷三级实时协调互动。 聚焦服务主业，大大提高了电网调峰响应速度，提升了虚拟电厂参与电力市 场的技术能力，为用户参与日内与实时辅助服务市场创造了技术条件，扩展 了用户盈利空间。 积极参与虚拟电厂相关标准的制定 2020 年参与国家电网公司《可调节负荷资源接入调控技术规范》企业 标 准的编制， 2021 年参与了中电联《可调节负荷并网运行与控制技术规 范》行 业标准的编制。 相关科技项目开展情况 已经开展多个科技项目研究，包括《基于综合能源运营的虚拟电厂关键 技术应用及运营模式研究》、 《基于虚拟电厂的综合能源系统建模及多元化 互动技术研究》、 《客户侧柔性资源互动运营与交易支撑技术研究》 , 即将 开展了《基于多元互动的零碳微网综合能源管控技术研究及引用》项目。 ~~ 虚拟电厂发展情况——核心能力 ---16~~ 以某生活热水综合能源服务项目为 例，总负荷为 0.5MW, 工作时间 为全天 24 小时，经测试，负荷预 测精度可达到 90%, 电价预测精 度 可达到 89% 。 根据预测的负荷和电价，在高电价 时段向上调整用能曲线，非补贴时 段向下调整用能曲线，在保证全天 热水需求的情况下，预估可提升收 益 24.5 元 / 天，每年可提升 3303 元， 促进新能源消纳 1.21 万千瓦 时，减 少二氧化碳排放约 12.1 吨。 ■ 每 100MW 资源预计每年可提升收 入 66.1 万元，提升收入 20%, 增 加 新能源消纳约 243 万千瓦时， 减少 二氧化碳排放约 2430 吨。 虚拟电厂发展情况——核心能力 用户可放心接入数据，平台数据安全有保障 集团虚拟电厂安全架构包括终端安全、网络安全、平台安全、应用安全、监测分析 5 个维度，共设计 7 大类 16 种防护功能要求， 覆盖 物联网业务架构各层级，全面对标【等级保护 2.0 】。 用户积 限安全 网络访 问控制 平台数 据安全 IPV6 安 全配置 业务逻 辑安全 接口服 务安全 应用安 全监测 网络分区和 访问控制 应用安 全监测 安全态势分 析和展示 终端和网 络 安全 管理 流量安 全监测 人员安全管理 应用安全管理 设备安全管理 数据安全管理 设备研发安全 设备安全检测 供应链安全 环境安全管理 安全监测管理 备份和恢复管理 认证 加 现场设备 标识鉴别 在线 匝断 物理和环 境安全 设备安 全监测 行为安 全监测 可执行 程序加固 应用安全 平台安全 接入访问安全 网络访问控制 和传输加密 接入网络安全 本地网络安全 终端安全 通 用 管 理 制 度 终 端 层 建 设 安 全 终 端 层 运 营 安 全 技 术 管 理 协 同 闭 环 业务数 据安全 传刷 安全 身份 认证 量子 通信 传期 安全 四份 认证 现场网络 接入认证 现场网纲 数据校验 虚拟电厂发展情况——安全保障 应用 平台 网络 络端 电源 电网 用户 电力市场 光纤 5G 4G 3G/2G 北斗 485 Modbus CAN 以太网 能力开放中心 物联管理中心 视频监智能 控终端 互终端 HPLC 生产控 制 终 端 ZnBee WIF LPWAN 断一代隔离接入网 关 物联安全技术体系 采集监 测终端 电子标 记终增 安全管理体系 拟周 防固 安 全 监 测 安 全 分 工 固 1 8 以某大型工业厂区为例，总负荷为 50MW, 原工作时间 为 8:00-16:00 、 16:00-24:00, 调整为 0:00-8: 00 、 8:00-16:00, 共计 6.5 小时可参与调峰辅助服务， 度电补贴按照 0.05 元计算，每日可增收 16250 元，每 年 可盈利 219 万元。 盈利模式 参与电力辅助服务，对比原负荷曲线，调整用电时段， 错峰部分给与度电补贴 . 虚拟电厂发展情况——盈利模式 经引导后，用电曲线呈现填谷、削峰特性 大工业负荷盈利情况分析 1 9 实时监测接入用户运行情况，提供故障报警、故障诊断等智慧运维服务。 实时监测用户用能数据，分析用户生产情况与运行情况，对用户能效水平提供诊断与评估。 可以开展用户能源托管服务，为用户提供整体用能解决方案，提升用户能效。 通过交易辅助策略模型，为电源侧、负荷侧用户提供交易辅助服务支持。 为用户提供碳踪迹核查服务，为用户提供零碳解决方案。 在政策支持和其运 行主体的生产运营 能力支撑下，虚拟 电厂已经不止是实 现源网荷储协同的 技术手段，其商业 化道路将越走越宽。 虚拟电厂可提供的增值服务 E B 2 0