虚拟电厂和储能「虚拟电厂是什么」

今天带来虚拟电厂和储能「虚拟电厂是什么」，关于虚拟电厂和储能「虚拟电厂是什么」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

* 为什么人工智能AI，边缘计算EDGE和协调控制等是虚拟电厂的关键技术？

* 虚拟电厂能源头部企业，Tesla Autobidder、 Next-Kraftwerke，他们在欧洲、澳洲、美国是怎么发展VPP？

* 什么是邀约、市场化、自主调度的虚拟电厂不同阶段？

上期文章我们对虚拟电厂的定义、产生背景、政策支撑、主要业务和国外典型案例进行了详细介绍和解读。

新型储能 | 虚拟电厂浅析（上）

本期虚拟电厂，我们聚焦商业落地的要素、发展阶段和发展现状，探讨在建设新型电力系统的背景下，虚拟电厂所迎接的新挑战和机遇。

在双碳背景下，新型电力系统的发展成为未来趋势，如何消纳广泛的清洁能源成为技术创新和商业模式的重点。抛开市场环境做业务步履维艰，虚拟电厂能够从设计到成功落地，离不开可控资源、关键技术和电力市场机制的合力支撑。

可控资源

虚拟电厂的自动化调度属性决定了需要聚合可控资源作为基础，其中包括发电侧的可调发电资源和用户侧的可控负荷资源，以及参与到整体协同效应的各类半调度资源。整体虚拟电厂的业务是以可控资源为核心池，但也可以不仅限于涵盖融合其他资源，如：光伏风能、抽水蓄能、充电桩、V2G电动汽车、微电网、家庭用能等等。

关键技术

基于虚拟电厂的需求侧响应、调频服务、电力辅助服务、电力市场交易、偏差考核补偿服务、能效管理等业务场景。做到分钟级、秒级响应是虚拟电厂发展的必然趋势和要求，即虚拟电厂控制的实时性、可靠性以及交易性。

其中关键技术：

1、实时快速响应的协调控制技术

协调控制技术，在虚拟电厂控制各种分布式能源发电设备、储能系统以及可控负荷的过程中，对他们的协调控制是最关键的部分，其控制方式又分为集中控制方式、分散控制方式和完全分散控制方式，从而参与多种电力市场的运营模式及调度框架，对发电资源的广泛优化配置起到积极的促进作用。

同时因为电力的稳定是依赖于发电侧和用户侧的供需实时平衡，虚拟电厂再响应电网调控时需要确保偏差准确，实现精准的需求侧响应以及调频服务等。而虚拟电厂聚合各类可控负荷、分布式发电资源的多样性广泛和数量性巨大，需要对每个分布式资源进行快速响应的实时协调控制。

可以说虚拟电厂是物联网技术在高灵敏实时响应方向的天花板之一。

2、先进的人工智能和大数据技术

虚拟电厂需要将分布式能源聚合为可控的负荷资源，然后通过虚拟电厂调配电力资源。那么，如何参与电力现货交易市场和辅助服务市场，实现资源最大化价值利用呢？这其中离不开先进的人工智能和大数据技术。

虚拟电厂运行会不断产生能源和交易数据，人工智能和大数据技术能够帮助虚拟电厂存储和处理海量的电力数据，分析、预测电力负荷和可调控的负荷，高效完成响应分配。作为“正电厂”向电网供电削峰，也可作为“负电厂”消纳电力填谷，在收到电力调度中心的指令后快速下发给用户，实现高效的电力调配。

3、EDGE边缘计算技术

如果把虚拟电厂当成聚合分布式能源参与电市场和辅助服务市场的大脑，那么在电力的实时性特殊要求下，每一个分布式能源（光伏发电、储能、微电网等）不能等着大脑计算完成后再通过5G/光纤等进行通知，时延问题将极大降低了虚拟电厂的执行能力，同时也影响了参与市场的经济收益。因此在VPP业务中，需要形成云端大脑和边缘计算联动。

边缘计算是将计算资源部署靠近用户和数据源的网络边缘侧，比如EMS场站级平台管理单个微电网的分布式能源。

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如果说先进的人工智能和大数据技术把握整体调控，那么边缘计算技术能够在本地进行数据采集分析和结果预测。通过边缘计算技术的灵活部署，将用户端的数据处理后再上传到VPP云端，提升数据处理的效率，同时对虚拟电厂下发的执行策略进行自主运行，配合虚拟电厂云端整体协调和调度执行，从而实现虚拟电厂的高精准响应。

4、储能安全管理

通过虚拟电厂的储能装置，才能聚合分布式能源。由此可见，储能技术为虚拟电厂的实现提供了重要动力，储能资源的安全和全生命周期管理是虚拟电厂运行的重要支撑。

打造安全、可靠、高效的储能资源，关键在于，要建立储能电池一致性管理和溯源系统，进行储能电池健康管理、安全预警、内短路风险判断、故障预警与追踪，实现准确监控、云端运维，才能全面保障储能安全与寿命。

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市场机制

市场机制关乎实实在在的生存发展问题了，我们从上期的虚拟电厂政策支撑能够看出，政府部门和市场主体对虚拟电厂体系和商业模式的探索，积极推进虚拟电厂参与电力辅助服务。培育出适宜的市场环境，让入局企业打造良性的商业模式，有自我造血能力，获得较好的收益，才能推动行业良性发展、产业持续进步。

从虚拟电厂本身的经济效益来看，能够为能源投资者实现高回报收益。

澳大利亚的新能源零售公司Discover Energy，专注将存储在电池中的太阳能能源，通过VPP（Virtual Power Plants，虚拟电厂）与电网进行交易，是全球首个实现商业化的端到端虚拟电站交易平台。

其VPP模式主要分两种：一是传统的卖电模式，从发电站买电后卖给终端客户；二是主流的虚拟电站模式，用户安装太阳能和太阳能电池后加入公司的VPP网络，公司将溢出的太阳能能源卖回至电网，赚取的电费利润与用户对分。

通过虚拟电厂，不仅能够节省大量投入，而且能够有效应对拉闸限电、能效双控等管控，助力新型电力系统建设，提升经济效益和社会效益值。

自主调度型虚拟电厂

我们以Tesla的虚拟电厂技术为例，在Tesla虚拟电厂软件Autobidder中 每5min 生成一个时间序列的价格预测，Tesla 能源平台控制组件将这些预测分发到各个地点，根据局部和全局目标制定电池计划。接着,站点将该计划传达回Tesla 能源平台,该平台使用提取和汇总遥测的相同框架来提取和汇总该计划。最后, Autobidder使用汇总计划来通过人工智能技术决定要出价的策略和详细报价信息。

这种分布式算法有两个很大的优点。一个是可伸缩性。另一个很大的优点是可弹性应对不可避免的通信间歇性。当站点在短时间内或中等时间内脱机时,它们会收到此时间序列价格的最后一个版本，通过边缘计算并且可以使用对目标的最佳估算来继续进行优化。然后，如果离线的时间长于该价格时间序列的长度,则它们只会恢复为纯粹的本地优化。在降低连接性的情况下,它仍在为本地站点创造本地价值。遥测聚合可以立即解决离线站点的问题,如果站点在一定时间内没有报告信号,则将它们从汇总中排除。这样，Autobidder便可以保守地出价,并假定离线站点不参与市场竞标。

Tesla独特的电池AI人工智能技术和软件集成支持这种分布式算法。这种分布式算法使虚拟电厂更具弹性。在分布式系统不可避免的通信故障期间，设备能够以合理的方式运行。由于高质量和可扩展的 Tesla能源平台具有在不确定性环境下进行实时模拟,因此该算法才能够在真实环境中应用。同时,这些算法有助于提高产品的整体投资价值。

当然不同的电力市场机制下，虚拟电厂的自主调度应用场景略有不同。Tesla在澳大利亚的Autobidder主要以参与FCAS调频辅助服务为主，确保NEM电力频率的稳定；欧洲最大虚拟电厂 Next-Kraftwerke主要是在为风力发电和光伏发电企业提供可控负荷的电力能源，帮助这些清洁能源企业实现电力市场的偏差考核，避免风光发电预测不准确部分的市场惩罚损失；中国在技术和市场前沿探索的虚拟电厂PowerShare目前主要是以人工智能技术对负荷预测、分布式储能和微电网边缘计算控制实现需求侧响应（Demand Response），实现对电网的削峰填谷。在未来随着中国电力市场的逐步开放，调频服务，发电偏差考核，电力交易均会被纳入到虚拟电厂的业务之中。

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按照发展规律，虚拟电厂可分为三个发展阶段。

1、邀约型阶段

第一阶段是邀约型阶段，通过政府部门或电力调度机构发出邀约信号，由虚拟电厂（聚合商）组织资源（以可控负荷为主）进行响应。

当前我国以广东、江苏、上海等省市为代表的试点项目就是以邀约型为主，业务上称之为需求响应，目前电享科技已深度参与到上海的需求响应工作。

2、市场化阶段

第二阶段是市场化阶段，此时电能现货市场、辅助服务市场和容量市场已建设成熟，虚拟电厂聚合商能够基于自身商业模式参与这些市场获得收益。如欧洲的Next-Kraftwerke和澳大利亚AGL，Tesla和Sonnen，目前国内企业PowerShare也在澳大利亚开展相关探索。

3、跨空间自主调度型阶段

第三阶段是跨空间自主调度型阶段，随着可聚合的资源种类越来越多、数量越来越大、空间越来越广，虚拟电厂已成长为“虚拟综合电力系统”，既包含广散各地的分布式能源、储能系统和可控负荷等基础资源，也囊括由这些基础资源进一步组合而成的微网、局域能源互联网等。可以灵活制定运行策略，或参与能够跨区域的电力市场交易获得利润分成，或参与电力辅助（如需求响应、二次调频等）获取补偿收益，并可使内部的能效管理更具操作性，实现发用电方案的持续优化。我们看到Tesla在美国德州更加积极主动的开展该阶段的探索。

其实，虚拟电厂并不是刚出的新鲜事物。上世纪九十年代以来，虚拟电厂便受到北美、欧洲多个国家的广泛关注。欧洲各国侧重分布式电源 储能，主要考虑实现分布式发电的可靠并网、智能互动和参与电力市场，打造持续稳定发展的商业模式；北美地区则基于需求响应发展演化，兼顾可再生能源的利用，希望通过自主需求响应和能效管理来提高综合能源的利用效率，因此可控负荷占主体。

秉承“兼容并包、博采众长”的优良传统，我国同时吸收两种技术和模式，两手都抓。这一定程度上也是我们的后发优势。

聚焦国内市场，自2019年开始，陆续有虚拟电厂的示范项目落地，在经济和社会两方面都卓有成效。

2019年底，国网冀北虚拟电厂示范项目投运。数据显示，到2020年，冀北电网夏季空调负荷将达600万千瓦，10%空调负荷通过虚拟电厂进行实时响应，相当于少建一座60万千瓦的传统电厂；“煤改电”最大负荷将达200万千瓦，蓄热式电采暖负荷通过虚拟电厂进行实时响应，预计可增发清洁能源7.2亿千瓦时，减排63.65万吨CO2。

2021年5月5日至6日，国家电网在上海开展了国内首次基于虚拟电厂技术的电力需求响应行动，仅仅一个小时的测试，就能产生15万千瓦时的电量。在这次测试中，累计调节电网负荷56.2万千瓦，消纳清洁能源电量123.6万千瓦时，减少碳排放量约336吨。

2021年11月，南方电网深圳供电局、南方电网科学研究院联合研发的国内首个网地一体虚拟电厂运营管理平台在深圳试运行。该平台部署于南网调度云，网省两级均可直接调度，为传统“源随荷动”调度模式转变为“源荷互动”新模式提供了解决方案。

此后，浙江、湖北、安徽、广东等地的虚拟电厂相继落地。

深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统是实现双碳目标的重要任务。新型电力系统强调以新能源为主体，提升光伏、风电等清洁能源的消纳，能源转型催生储能需求和更加数字化、智能化的电力系统。

虚拟电厂作为协调分布式资源参与电力交易市场和需求响应的能源数字化平台，在产业政策和市场需求不断加码的现期，将迎来快速发展。

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