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淺談虛擬電廠與企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化建設

更新時間:2023-04-21 點擊次數(shù): 598次

摘要:2023年1月8日,微信公眾號魚眼看電改(作者俞慶)發(fā)表了文章《虛擬電廠與負荷側數(shù)字化》,原文如下:

“虛擬電廠是電力數(shù)字化的一個應用方向,準確的說,是負荷側數(shù)字化的發(fā)展方向。所以負荷側數(shù)字化的水平,以及今后的發(fā)展方向,決定了虛擬電廠的應用未來。
一、負荷側數(shù)字化水平很低
      從電力的專業(yè)環(huán)節(jié)上,我們分為“發(fā)電、輸電、配電、用電"幾個環(huán)節(jié)(還包括調度、市場等)。
      這里有個概念是交叉的,即物理的配電網(wǎng),和配電專業(yè),并不一致。
      對電網(wǎng)來說,配電專業(yè)管轄的是公共配電網(wǎng),而公共配電網(wǎng)只是物理配電網(wǎng)絡的一部分。
      對物理配電網(wǎng)來說,用電環(huán)節(jié)包含對用戶配電網(wǎng)(微電網(wǎng))、以及連接在電網(wǎng)*末端的各類資源(比如負荷、分布式發(fā)電、分布式儲能)的管理。
       從電力數(shù)字化的水平來看,電網(wǎng)數(shù)字化的水平*高,國網(wǎng)從2006年的SG186“智能電網(wǎng)"工程開始,每年在自動化、信息化領域百億級別的投資,大幅度提升了數(shù)字化水平,南網(wǎng)也不遑多讓。
       發(fā)電數(shù)字化水平其次,這些年各大發(fā)電集團在“智慧電廠"的趨勢下,也大幅提升了發(fā)電領域的數(shù)字化水平。
       但是電力用戶的負荷側數(shù)字化,一直處于非常低的水平。管理的基礎是數(shù)字化,負荷側低水平的數(shù)字化,已經(jīng)成為虛擬電廠發(fā)展的*大制約之一。虛擬電廠是對分散式電力資源管理,這些管理包括:匯聚、抽象、調控、交互。
       虛擬電廠所管理的,絕大多數(shù)是負荷側的資源,這些資源分布在配電網(wǎng)的*末端。當用戶配電(微)網(wǎng)的數(shù)字化和管理水平很低時,自然對末端資源的管理水平也很低。
       大多數(shù)用戶配電網(wǎng)(在很多用戶意識里,那都不是配電網(wǎng))的管理和數(shù)字化水平,落后于上一級(公共配電網(wǎng))20年以上。
       雖然都是配電網(wǎng),差距就是這么大。這種差距,對公共配電網(wǎng)的管理也帶來很多困擾,比如用戶內(nèi)部故障,繼電保護裝置越級跳(用戶配電保護裝置不動作,電網(wǎng)保護裝置動作)。
二、目前不能靠虛擬電廠提升負荷側數(shù)字化水平
       緊接著的問題就是,誰來提升用戶配電網(wǎng)的數(shù)字化水平,是不是靠虛擬電廠的這些第三方就可以?
       但是這里又帶來另一個悖論:虛擬電廠目前是無法持續(xù)盈利的,甚至虛擬電廠目前的這些盈利,無法彌補負荷側數(shù)字化的投入。
        如果財務上單獨核算,目前絕大多數(shù)虛擬電廠項目是虧損運行的。
        這些項目之所以能成立,有的是因為電網(wǎng)企業(yè)作為試點項目,不計成本的投入(當然,其實也計,一部分計入了輸配電價,另一部分是電力交易中心的交易盈余);有的是發(fā)電企業(yè)在光伏、儲能投資中,包含了負荷側數(shù)字化部分投資;有的是售電業(yè)務前期承擔了負荷側數(shù)字化投入,然后把需求響應補貼作為邊際收益等。
       虛擬電廠大規(guī)模推廣之前,需要建立負荷側數(shù)字化的商業(yè)模式,而不是等著虛擬電廠這個商業(yè)邏輯成立,再去做負荷側的數(shù)字化。
       這就有點像:在美團、拼多多商業(yè)模式成立以前,智能手機已經(jīng)商業(yè)自洽了,賣智能手機已經(jīng)可以了。
       否則讓拼多多去送智能手機,那拼多多的商業(yè)模式肯定是不成立的。
三、負荷側數(shù)字化,無法單獨衡量收益
       經(jīng)常有光伏投資方面的朋友問:一個用戶的能源數(shù)字化項目,ROI怎么算?是不是可以用節(jié)能量去算投資回報?
       在實際項目中,大量的分布式光伏項目(工商業(yè)),以“目錄電價"為基準,計算光伏售電價格折扣,形成一種變相的效益分享型合同能源管理模式,與用戶簽訂光伏售電合同。
       所以他們自然認為負荷側能源數(shù)字化投資是不是也帶有這種屬性。
       我的回答是:即使是工商業(yè)分布式光伏,目前已經(jīng)取消目錄電價,現(xiàn)貨市場的出清價格也呈現(xiàn)波動頻繁、峰谷價差拉大的趨勢,未來不存在錨定價格,怎么計算固定收益率。
        光伏尚且如此,面對負荷隨生產(chǎn)訂單變化,訂單跟隨行業(yè)景氣度、客戶需求度不斷變動,負荷側數(shù)字化的節(jié)能效益很難明確計算,怎么算ROI?
       甚至ROI這個概念都不能用于負荷側數(shù)字化和虛擬電廠,因為ROI更多的是一種“固定資產(chǎn)投資"的經(jīng)濟價值計算方式。
       負荷側數(shù)字化和虛擬電廠,本質上是一種“企業(yè)服務",而非資產(chǎn)投資。
       而目前積極投入“虛擬電廠"業(yè)務的,自認為有先天優(yōu)勢的發(fā)電企業(yè)們,正是用“建電廠"的,大干快上的投資邏輯,去理解“軟服務"的虛擬電廠。
       當對一個事物發(fā)展的底層邏輯,認知出現(xiàn)偏差,這個事物的發(fā)展也一定會一地雞毛。
四、負荷側數(shù)字化,本質是管理意識提升
       負荷側數(shù)字化水平為什么這么低?個人認為是負荷側的企業(yè),能源管理水平較低導致的。
       在實際項目中,我們見過很多負荷側數(shù)字化工具,只是作為建設項目的一部分,在驗收以后就沒有發(fā)揮作用。
       為什么工商企業(yè)的能源管理水平較低?這是因為過去處于高速增長階段,企業(yè)更多的關心主營業(yè)務的發(fā)展,不會關注作為輔助業(yè)務的“企業(yè)能源管理",是否產(chǎn)生管理價值,說白了就是能保證企業(yè)正常生產(chǎn)就好。
       用電企業(yè)的能源管理意識水平,決定了負荷側數(shù)字化水平,*終決定了虛擬電廠能否落地,并持續(xù)前進。
       從目前來看,需要進一步通過政策影響(比如需求響應、能源雙控、碳排放約束),市場價格信號,以及專業(yè)的能源服務等 綜合手段,去推動企業(yè)建立這種意識,并且通過數(shù)字化和管理,產(chǎn)生可見價值。
       因此虛擬電廠的推動,不是靠簡單投入數(shù)字化項目,也不是靠單純的光伏、儲能、售電、節(jié)能,而是一種企業(yè)管理提升,更類似企業(yè)財務優(yōu)化或者ERP流程優(yōu)化。
       負荷側數(shù)字化,其實只是財務管理軟件或者ERP軟件,現(xiàn)在多數(shù)的企業(yè)不會問“投資一個ERP,ROI是多少"這樣的問題了。
國家為了提升能源消費側的綠色能效水平,無論是以前的節(jié)能服務、再到分布式光儲建設、微電網(wǎng)與多能互補等,一直在出 臺相關政策,但始終落入“項目投資"的模式,這是與能源行業(yè)長期以“基建思維"分不開的。
        當一個行業(yè)進入中低速增長期,原有的建設思維轉換為運營思維和管理思維,這時候才是數(shù)字化的*佳機會。
房地產(chǎn)行業(yè)從“賣房子"變成“自持物業(yè)運營",將迎來房地產(chǎn)管理數(shù)字化的高峰。
負荷側也是一樣的邏輯,虛擬電廠的深刻意義,也在于此。"
1 綜述
       看完文章受益頗豐,本文主要是想結合文章探討電力用戶負荷側,也就是企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化的實現(xiàn)方式及其意義。
虛擬電廠本質上是運用能源互聯(lián)網(wǎng)技術,把數(shù)以千計的企業(yè)微電網(wǎng)分散的可控負荷、充電樁、分布式光伏、分布式儲能等整合起來,變成具有一定規(guī)模、可調節(jié)的負荷資源和發(fā)電容量,通過這個看不見的“電廠"來配合大電網(wǎng)的需求響應,解決電網(wǎng)峰谷差大、局部電力供應緊張等問題的同時從中獲利,這對電網(wǎng)和用電企業(yè)是雙贏的。今年以來,虛擬電廠頻獲政策支持,在行業(yè)內(nèi)掀起發(fā)展熱潮,主要原因在于我國電力峰谷差矛盾日益突出,未來在緩解供需矛盾,提高電網(wǎng)穩(wěn)定性和靈活性上,虛擬電廠可以發(fā)揮出關鍵作用。
      虛擬電廠在國外已經(jīng)有比較成熟的運行機制,但是現(xiàn)階段國內(nèi)虛擬電廠真正落地的項目很少,且大多為試點項目,如俞慶先生所說一方面是虛擬電廠目前無法持續(xù)盈利;另一方面虛擬電廠的基礎設施,也就是數(shù)量眾多的企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化程度太低,前期需要投入較多的資源先實現(xiàn)企業(yè)微電網(wǎng)的數(shù)字化。企業(yè)微電網(wǎng)側低水平的數(shù)字化,已經(jīng)成為虛擬電廠發(fā)展的*大制約之一。
2 怎么建立企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化
       企業(yè)的能源管理意識決定了企業(yè)電網(wǎng)的數(shù)字化水平,接下來會有進一步的政策(比如需求響應、能源雙控、碳排放約束)和價格激勵機制去推動企業(yè)建立微電網(wǎng)數(shù)字化,為虛擬電廠的推廣和發(fā)展做好基礎設施的建設,同時也提高企業(yè)的能源管理意識,并通過數(shù)字化的能源管理對企業(yè)產(chǎn)生價值。那企業(yè)怎么建立適用于自身的微電網(wǎng)數(shù)字化呢?
        企業(yè)微電網(wǎng)的數(shù)字化系統(tǒng)(EMS)包含安裝于現(xiàn)場的傳感器、智能網(wǎng)關和微電網(wǎng)數(shù)字化軟件。傳感器用于監(jiān)測和控制企業(yè)內(nèi)部的負荷設備和分布式發(fā)電設備(系統(tǒng)),現(xiàn)場傳感器的數(shù)據(jù)接入邊緣計算智能網(wǎng)關,每個智能網(wǎng)關可以看做是一個區(qū)域指揮部,采集所接傳感器數(shù)據(jù)進行協(xié)議轉換后上傳EMS和轉發(fā)第三方系統(tǒng),網(wǎng)關可以根據(jù)預設閾值或自動學習來執(zhí)行邏輯計算,并執(zhí)行EMS的指令。EMS可以看做是企業(yè)微電網(wǎng)的指揮部,根據(jù)智能網(wǎng)關上傳的數(shù)據(jù)生成各類圖表、控制策略和分析結論,并按照設置的權限響應虛擬電廠的調度指令,這樣數(shù)量眾多的EMS就構成了虛擬電廠的基礎,系統(tǒng)架構圖如圖1所示。
        AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化系統(tǒng)融合企業(yè)負荷側的電力監(jiān)控、能耗統(tǒng)計、電能質量分析及治理、智能照明控制、主要用能設備監(jiān)控、充電樁運營管理、分布式光伏監(jiān)控、儲能管理等功能,用戶通過一個平臺即可全局、整體的對企業(yè)微電網(wǎng)進行進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調度、統(tǒng)一運維,同時滿足企業(yè)用電可靠、安全、節(jié)約、高效、有序用電要求。
3 微電網(wǎng)數(shù)字化系統(tǒng)功能
3.1 電力監(jiān)控
       對企業(yè)35kV變電站至0.4kV配電涉及的變壓器、斷路器、直流屏、母排、無功補償柜及電纜等配電相關設備的電氣參數(shù)、運行狀態(tài)、接點溫度進行實時監(jiān)測和控制,監(jiān)測企業(yè)微電網(wǎng)主要回路的電能質量并進行治理,對故障及時處理并發(fā)出告警信息,提高企業(yè)供電可靠性。
3.2 能耗分析
       采集企業(yè)電、水、燃氣等能源消耗,進行分類分項能耗統(tǒng)計,計算單位面積或單位產(chǎn)品的能耗數(shù)據(jù)以及趨勢,對標主要用能設備能效進行能效診斷,計算企業(yè)碳排放,為企業(yè)制定碳達峰、碳中和路線提供數(shù)據(jù)支持。
3.3 照明控制
       智能照明控制功能可以根據(jù)企業(yè)情況實現(xiàn)定時控制、光照感應控制、場景控制、集中控制、調光控制等,并結合紅外傳感器、超聲波傳感器,實現(xiàn)人來燈亮、人走燈滅,為企業(yè)節(jié)約照明用電。
3.4 分布式光伏監(jiān)控
      監(jiān)測企業(yè)分布式光伏電站運行情況,包括逆變器運行數(shù)據(jù)、光伏發(fā)電效率分析、發(fā)電量及收益統(tǒng)計以及光伏發(fā)電功率控制。 
 3.5 儲能管理
       監(jiān)測儲能系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)(BMS)和儲能變流器(PCS)運行,包括運行模式、功率控制模式,功率、電壓、電流、頻率等預定值信息、儲能電池充放電電壓、電流、SOC、溫度,根據(jù)企業(yè)峰谷特點和電價波動設置儲能系統(tǒng)的充放電策略,控制儲能系統(tǒng)充放電模式,實現(xiàn)削峰填谷,降低企業(yè)用電成本,見圖6。
3.6 充電樁運營管理 
       監(jiān)測企業(yè)微電網(wǎng)充電樁的運行狀態(tài),提供充電樁收費管理和狀態(tài)監(jiān)測功能,并根據(jù)企業(yè)負荷率變化和虛擬電廠的調度指令調節(jié)充電樁的充電功率,使企業(yè)微電網(wǎng)穩(wěn)定安全運行。
3.7 需求響應
     根據(jù)企業(yè)負荷波動數(shù)據(jù),再結合虛擬電廠的調度指令,決定以何種方式參與電網(wǎng)需求響應,平臺可通過給儲能系統(tǒng)下發(fā)控制策略,調整充發(fā)電時間。平臺在需求響應時間段調整可控負荷功率,停止給可中斷負荷供電。并且可以根據(jù)企業(yè)可控負荷數(shù)據(jù)制定需求響應控制策略,實現(xiàn)一鍵響應。
4 微電網(wǎng)數(shù)字化系統(tǒng)硬件設備
      安科瑞針對企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化系統(tǒng)除了軟件外,還具備現(xiàn)場傳感器、智能網(wǎng)關等設備,還包括了高低壓配電綜合保護和監(jiān)測產(chǎn)品、電能質量在線監(jiān)測裝置、電能質量治理、照明控制、新能源充電樁、電氣消防類解決方案等,可以為企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化提供一站式服務能力。
4 結束語
        如文章所說“負荷側數(shù)字化,本質是管理意識提升",企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化建設是大勢所趨,是虛擬電廠發(fā)展的必要條件,也是企業(yè)自身提高能源管理水平的必要手段。隨著雙碳政策和電改政策的推進,要提高能源利用效率,解決電網(wǎng)峰谷差大的問題,必然會有越來越多的政策工具走上臺面,包括加大電價浮動、拉大峰谷電價差、能耗雙控等等,在這種情況下僅依賴人工的管理是無法適應政策和電價變化的。而提前建立和適應了能源數(shù)字化管理的企業(yè)將會更快獲得用電成本的優(yōu)勢,切實享受電改政策紅利。


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