每年弃电超500亿度,虚拟电厂能开出“解药”吗?

行业前沿 算力智库 2022/09/30 14:51

“北极穿短袖,长江露河床,柏油路变软,四川闹电荒”。


8月炙烤模式虽已结束,但高温催热下的虚拟电厂却依然风口正盛。


就在前段时间,上海首次虚拟电厂集中签约,国网上海浦东供电公司与上海诺信汽车零部件有限公司、上海海昌极地海洋世界有限公司等六家临港新片区用电客户在滴水湖畔签署了基于虚拟电厂应用的《临港区域电力需求响应合作协议》。


9月份,新近公告披露,200亿虚拟电厂概念股签署新型电力储能项目采购合同,包括南都电源、文山电力等,而据德邦证券预测,2025/2030年虚拟电厂的市场规模或将达到497.73/881.53 亿元。


显然,虚拟电厂的风口又吹的更猛了些。


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既不发电,也不建厂

虚拟电厂的核心是数据算法


把时间轴拉回今年夏季,席卷全球的罕见高温击穿了以水电为主的电力供应,直接的后果是浙江、上海、四川等多地大范围限电,尤其是四川,据统计,仅四川第一批拉闸限电的企业数量就多达50家,宁德时代、富士康、京东方等工厂均受影响。


时间轴再倒回,尤记得2021年夏季,一场规模更大的限电潮还仿若昨天。


历史在重复,向人类宣告了一个迫在眉睫的难题:日益恶化的能源供求关系下,电力缺口如何补上?可再生能源正成为能源危机的“诺亚方舟”,但其波动性强、稳定性差的天然bug,对电网适应性也提出了更高的要求。


在这场关于能源变革的众所期待中,虚拟电厂,正成为一个率先试水的可选项。


所谓虚拟电厂(Virtual Power Plant,简称VPP),并非像我们身边的电厂一样,不发电也没有厂房,事实上它指的是智能电网技术,可以将其大致理解为将分布式电源、可控负荷和储能系统有机结合在一起,通过虚拟电厂控制中心,将各个部分联系在一起合并作为一个电厂整体参与电网运行。某种意义上而言,虚拟电厂可以看作一种先进的区域性电能集中管理模式。


但实际上,虚拟电厂并不是新词汇,且欧美已经有了比较成熟的商业模式,那为什么现在又在国内引发一阵狂热呢?


或许在讨论虚拟电厂之前,我们应该探究下“用电荒”的本质,我国是真的缺电吗?


其实,从宏观面来看,2021年中国的发电量为8534.3万亿千瓦,增长10%,占全球发电量的30%,排名第一,并且从2004年至2020年,国内的发电装机容量一直在逐年递增。




可见,中国是发电量占世界近三分之一的电力供给大户,但限电却依然成为常态,中国的电都去哪了?


据国家电网公布的数据显示,2016年,弃风、弃光电量分别达到497亿千瓦时和74亿千瓦时,较上年分别增加了46.6%和85%,直接经济损失285亿元。2017年,包括国家电网调度范围在内的全年弃风电量为419亿千瓦时,弃光电量73亿千瓦时,总弃电量达到500亿千瓦时,也就是说风力和光伏发出的每10度电中,就有1.1度被浪费。


一边在限电,一边在弃电,不难看出,缺电危机的本质症结在于电力供需结构的单一和不平衡。

以四川为例,四川发电结构严重依赖水电,截至2022年6月,水电占四川6000千瓦及以上电厂发电设备容量的77%,而火电仅有16%,这意味着即使是在满发的情况下,火电也很难对冲水电的缺口。



数据来源:国家统计局、甲子光年


有业内人士指出:“单一能源在终端占比过高,稳定供给是关键问题,依托资源禀赋的优势,也很容易受制于资源,比如在极端天气下,缺水的自然资源困境就无可避免”。


其次,供需不平衡,在供应侧,西北、东北、华北的“三北”地区既是最重要的煤炭产地和煤电基地,也是新能源发电的主产区,风力和光伏发电资源集中,电量严重冗余,是弃电“重灾区”;而在需求侧,处于电力负荷中心的华东、华南、华中地区,却频频电量告急,供电紧张,今年,四川省有15个地市迎来了历史同期“最高电力负荷”,而现有的输电通道建设和储电调峰建设仍无法解决电力调剂问题,另外,电力的统一市场交易体系也尚未跟上,省间壁垒和计划性调剂让过剩电力无法消纳,所以才会出现一边结构性过剩,一边陷入缺电魔咒的吊诡难题。


而虚拟电厂的意义也就此体现出来了,其概念走俏正是能源结构性改革和需求侧响应的共同结果。


东吴证券分析师刘博表示:“在电网侧,虚拟电厂能够将需求侧分散资源聚沙成塔,与电网进行灵活、精准、智能化互动响应,有助于平抑电网峰谷差,提升电网安全保障水平。用户侧,能够降低用户侧用能成本。发电侧,能够促进新能源消纳。大大提升电力系统调节能力,降低‘三弃’电量。”



来源:东北证券


深圳创维光伏科技有限公司总经理金鑫在接受媒体采访时亦指出:“虚拟电厂抛开一切表象和概念,本质上就是电力市场化交易,而算法和数据是其中的关键”。


具体来说,虚拟电厂并未改变每个分布式电源并网的方式,而是通过先进的控制、计量、通信等技术聚合分布式电源、储能系统、可控负荷、电动汽车等不同类型的分布式能源并通过更高层面的软件构架实现多个分布式能源的协调优化运行。虚拟电厂一旦运行,将不断产生能源和交易数据。这个过程中,主要是算法指导运行,后期随着虚拟电厂的数据不断增加,将演变成一个较大的数据流,进而达到大数据体量。获得海量数据后,可以利用大数据的算法,结合电网自身的约束,进一步优化协调控制。大数据技术可进行负荷预测、新能源出力预测,包括风电、太阳能;同时,利用大数据技术,可以寻找虚拟电厂内部能源向电网输出数据,与电网安全运行的最优配置信息。


所以总结而言,虚拟电厂的能力主要归结于两个方面:一是预测,即预测风光电的消纳需求,电力负荷以及能源出力;二是调控,削峰填谷,调峰调频,找出与电网安全运行的最优配置信息,背后的核心支撑便是数据和算法。


而往更深的层面看,传统能源行业发展多年,始终无法有效解决发电、用能、储能侧之间协同性差,电力生产和能源利用率低的难题,其根因便在于横亘中间的巨大的数字鸿沟,而虚拟电厂正成为弥合数字鸿沟,能源数字化转型的“第一站”。


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赛道兴起,有哪些玩家盯上“虚拟电厂”?


虚拟电厂正在搅动市场兴奋,每一个细分的产业链都孕育着下一个增量蓝海。


目前来看,虚拟电厂产业链上游为基础资源,中游为资源聚合商、下游是电力需求方。上游基础资源包括可控负荷、分布式能源、储能。上游主要参与主体是能源供应商、传输运营商和新能源供应商。可控负荷主要领域在工业、建筑和交通,如建筑中的空调负荷、新能源电动车、公共交通等等;分布式能源包括小型燃机、分布式光伏、分散式风电、水电、生物质、燃料电池等等;储能主要包括机械储能、电化学储能和电磁储能,机械储能是传统的储能形式目前比较成熟的,如抽水蓄能、飞轮储能等;电化学储能包括铅酸电池、钠电池等等。



资料来源:36Kr、德邦研究所


兴奋之下,各种背景的上市/初创公司开始布局,软件服务提供商,智能终端,自动开关设备工厂,以及早期的光伏玩家都进入了游戏。在一级市场,不仅有一批专门做虚拟电厂的创业项目,还有新能源储能厂商讲述虚拟电厂的故事。


入局选手大致可以分为三种,第一类是“资源型玩家”,以国家电网、发电集团、售电公司等具有天然客户资源优势的公共事业企业国家队或工商业大用户为主。如国网综合能源、国网ICT、国网南瑞等,他们是终端电力销售市场,可以直接参与电力批发市场交易,虚拟电厂可以通过对接这类用户侧,给上游电网反馈更满足他们需求的可行性和计划性的用电曲线,同时通过整合优化控制给上游可满足削峰填谷等的功能方案。


第二类是“基础设施类玩家”,可能是一些储能厂商、充电桩厂商、数字能碳业务、能量管理系统EMS厂商等半路杀入,如天鹰、电象科技、国能日新、TELD、零碳智能、大连电瓷、北京科锐等,但这部分玩家并不是虚拟电厂行业的主力,更多的是基于战略拓展的立场和收入补充的方式。


第三类便是“技术服务型玩家”,为虚拟电厂提供软硬件技术服务。比如参与河北省电力公司虚拟电厂建设的恒实科技、金枝科技、科陆电子等上市公司,为江浙电网公司建设虚拟电厂的大哲能源,提供核心软件算法及装置设备、系统集成解决方案的东方电子,以及搭建电力区块链基础平台的林洋能源等。


虚拟电厂是一个要求对资源、技术和数据高度整合的赛道,深创投研究院研究员林玮也对此认为:虚拟电厂堪称能源数字化转型中的“滴滴出行”,目前我国的虚拟电厂技术壁垒主要在于软硬结合和数据算法,仍面临多数用户侧负荷可调控性差、收费模式不清晰、网络与数据安全存疑等挑战,并且将更加重视用户侧响应,而虚拟电厂对需求侧响应的精准度将会越来越仰赖于算法的迭代升级及其所控负荷容量的多寡,这也将是未来虚拟电厂的核心竞争力。


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并非“万能药”,虚拟电厂之外


虚拟电厂一定程度可以开出良方,但并非万能药。


值得一提的是,发展虚拟电厂的确有益于解决电网波动问题,但单靠“一劳永逸”解决新能源消纳问题和电力安全有关的所有问题并不现实。


需要明确的是,虚拟电厂只是更高效地统筹了分布式的发电资源以及各种形式的可用发电能力或存量电力,并实现更智能地调配用电,但无法凭空“生电”。


算力智库分析师表示:虚拟电厂只是需求侧响应和电力市场化交易的其中一个落地场景。隆基绿能集团创始人、总裁李振国亦表示:发展需求侧只是解决新能源电力消纳问题的第一阶段,第二阶段发展蓄水储能和电化学储能,第三阶段广泛应用氢能,三个阶段都完成后,才意味着我国的能源转型工作基本完成。


与此同时,解决电力短缺,推进虚拟电厂发展的长久之策仍在电力市场化建设,目前我国虚拟电厂处于从0到1的起步阶段。参与者仅通过参与电网公司邀约,获取相应响应补贴。未来我国虚拟电厂必然需要从以现货交易为主要获益方式向交易型虚拟电厂转变,而电力市场化建设是其中关键。


只有在供应侧增加电力来源的多元化和可再生,风险均摊,同时电力市场化建设双管齐下,缺电难题或许才会治标又治本。


参考资料

经济观察报《风电光伏年废弃电量500亿度 国家电网称省间消纳存四大壁垒》

21世纪经济报道《电力短缺下虚拟电厂乘势而起,4500亿运营规模行将爆发?》

华夏时报《高温“催热”虚拟电厂,千亿市场待激活!国内首家虚拟电厂管理中心为何花落深圳?》

华尔街见闻《连接风光与电车,虚拟电厂需求将爆发丨见智研究》

全国能源信息平台《虚拟电厂:打开数字化能源世界的关键钥匙》