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虚拟电厂:实现各方利益共赢的有效机制

北极星售电网  来源:电力市场那些事儿  作者:郎木晨烟  2019/9/11 9:19:01  我要投稿  

北极星售电网讯:根据上海交大艾芊教授的著作《虚拟电厂——能源互联网的终极组态》,虚拟电厂源自1997年Awerbuch博士对虚拟公共设置的定义,目的是将多种分布式能源聚合在一起,实现其整体出力的稳定性,为电网提供高效的电能。

(来源:微信公众号“电力市场那些事儿”作者:郎木晨烟)

彼时,多国电力市场改革方兴未艾,打破垂直一体化垄断格局、引入更多市场主体、建立竞争的市场机制是各国电改追求的共同目标。在这个大背景下,分布式能源作为受鼓励对象,成为市场的宠儿,取得了长足的发展。截止2010年,美国已有分布式能源站6000多座,总装机9200多万千瓦,发电量占比14%[1]。

分布式发电可以实现局部的供需平衡,减少输配损耗、提高能源利用率,具有很多优点。但同时,其规模小、分布广、种类多的特点也给电网调度和稳定运行带来了一定的困扰。

虚拟电厂作为解决这一问题的有效手段,顺理成章的受到了各方的重视。自2001年起欧洲各国就开始开展以集成中小型分布式发电单元为主要目标的虚拟发电厂研究项目,参与的国家包括德国、英国、西班牙、法国、丹麦等。现已实施的虚拟电厂项目包括:德国卡塞尔大学太阳能供应技术研究所的试点项目、欧盟虚拟燃料电池电厂项目、欧盟FENIX项目等[2]。

现在的情况相比以前,又有了很大的不同,能源结构调整、可再生能源消纳、减排压力成为世界范围的新问题、大课题。分布式电源形式也从当时的热电联产为主向以风电、光伏为代表的可再生能源转变。同时,储能、可控负荷、电动汽车也以“产消者”的新角色进入了电力市场,成为不可忽视的市场主体。新形势下的新问题,给电力系统调度和交易带来了新挑战,虚拟电厂必将发挥更大的作用。

本文以德国Next Kraftwerke公司为例,介绍虚拟电厂是如何实现各方共赢的。

Next Kraftwerke是德国一家大型的虚拟电厂运营商,同时也是欧洲电力交易市场(EPEX)认证的能源交易商,参与能源的现货市场交易。除了虚拟电厂相关的一切业务,从技术,电力交易,电力销售,用户结算等,同时也可以为其他能源运营商提供虚拟电厂的运营服务。

截止2018年,NextKraftwerke管理了6854个客户资产,容量超过5987MW。Next Kraftwerke管理的单个客户资源平均只有0.87MW,单个资源规模偏小且零散,调度和交易难度大、成本高,很难通过市场交易获利。

Next Kraftwerke公司通过其高超的资源聚合能力和创新的商业模式,创造了惊人的发展速度和优异的经营业绩。2009年才成立的Next Kraftwerke公司目前员工总数149人,实现销售收入3.82亿欧元,人均256万,交易电量140GWh。其主要盈利模式有如下几个:

1.将风电、光伏等零或低边际成本的发电资源参与电力市场交易;

2. 利用每15minー次,每天96次的电力市场价格波动,虚拟电厂调节分布式电源出力、需求响应,实现低谷用电、高峰售电,获取最大利润;

3. 利用微燃机、生物质发电等启动速度快、出力灵活的特点,参与电网的辅助服务,获取收益。

盈利途径背后是Next Kraftwerke的资源聚合能力,不同的客户资源各有其特点,虚拟电厂通过市场、技术手段并用,查缺补漏、优势互补,既包含“量”上的整合,更具有“质”上的提升,实现了分布式资源拥有方、虚拟电厂运营方甚至电网方的各方利益共赢。

比如,风电、光伏等可再生能源,由于采用逆变器输出形式,缺乏足够的惯量,具有间歇性的固有属性,呈现出波动、不可控的外部特性。尽管发电边际成本低,但单独参与电能量市场,尤其是合约市场,存在一定的难度。分布式燃机、生物质等同步发电机输出形式的发电资源,与大电网友好、兼容,具有灵活、可调的优势。但与大机组相比,边际成本偏高,在电力市场中先天不足。虚拟电厂可以实现两种发电资源的整合,扬长避短,能以较大的竞争优势参与电力市场,获取最大收益。

再比如,虚拟电厂通过聚合资源,量变上升为质变,以聚合后资源参与电能量市场和辅助服务市场,提高议价能力,在获取最大收益的同时为电网安全稳定运行贡献力量。目前 ,Next Kraftwerke公司占据了德国二次调频市场10%的份额。

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上图为Next Kraftwerke公司高峰负荷的调控曲线[3],通过虚拟电厂技术,实现了供需平衡。现在,中国正在进行新一轮电改,电力市场也在紧锣密鼓建设过程中。老问题叠加新问题,加上根深蒂固的垄断、计划思维模式,给中国的电改之路带来了太多的难度和不确定性。或许,虚拟电厂会在未来发挥重要作用,为电力系统的安全运行和电力市场的高效运营保驾护航。

原标题:虚拟电厂-3:实现各方利益共赢的有效机制

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