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  • 虛擬電廠不虛擬!聯合上下游資源共赴870億市場藍海

    近幾日,A股電力板塊表現亮眼,尤其“虛擬電廠”這一概念熱度不斷提升,受到市場密切關注。當然對很多股民來說,對“虛擬電廠”這一新名詞可能還是一頭霧水。

    那何謂“虛擬電廠”呢?有專家解釋,虛擬電廠即通過管理系統鏈接上下游,在新能源加速普及大趨勢下,實現能源的聚合和協調優化的先進信息通信技術和軟件系統,是電力交易的重要基礎。簡單來說,虛擬電廠就是通過各種相關技術參與電力平衡的一個能源管理系統,雖然沒有實際發電廠房、發電機組等設施,但在提高整體用電效率方面具有明顯作用。

    在業內人士看來,隨著我國大力發展風電、光伏等新能源,傳統電網需要隨著新能源的特點而進行改變。一方面,傳統電網是集中發電、遠距離輸電的大型網絡,隨著分布式電站的發展,并網電站數迅速增長,集中式電網的調度對象以及調度決策的分析難度同步增長,電網的靈活性下降。另一方面,新能源高波動、高間歇性的特點使得電力體系遠距離大容量輸電更加頻繁,影響電網的安全穩定運行。

    而電網從集中式演變為“虛擬電廠”模式后,微電網內部實現平衡之后可以參與主網的運行,減輕主網的調度壓力,同時保證微電網內部供電的穩定性,更好服務于能源結構轉型升級。

    “虛擬電廠”的大火,無疑給產業鏈上一些上市公司帶來關注度的提升。

    虛擬電廠聚合上下游資源,調控空間大

    虛擬電廠的產業鏈由上游基礎資源、中游資源聚合商和下游電力需求方三者共同組成。 其中上游基礎資源又可細分為可控負荷、分布式能源以及儲能系統,虛擬電廠通過對三 種基礎資源的調節實現電力資源的削峰填谷。中游的資源聚合商是虛擬電廠的核心組成 部分與控制主體。資源聚合商通過對上游可控負荷、分布式能源以及儲能系統三者的整 合、優化、調度、決策,從而實現虛擬電廠的正常運行。產業鏈的下游為電力需求方, 主要參與者有電網公司、售電公司和其他參與電力市場化交易的主體。下游參與者為市 場提供輸配電服務和電網接入服務,并向市場運營機構提供市場化交易和市場化服務所 需的相關數據。

    依據外圍條件的不同,可以把虛擬電廠的發展分為三個階段:邀約型虛擬電廠、市場型 虛擬電廠和自由調度型虛擬電廠。虛擬電廠的發展依賴于外圍電力市場的支撐,電力市 場主要包括電力現貨市場、輔助服務市場和中長期市場。輔助服務市場主要是指為維護 電力系統的安全穩定運行,保證電能質量,除正常電能 生產、輸送、使用外,由發電企 業、電網經營企業和電力用戶提供的服務,最主要形式為調峰、調谷、調頻等服務。

    邀約型虛擬電廠是在沒有電力市場的情況下,由政府部門或調度機構牽頭組織,各 個聚合商參與組織資源以可控負荷為主進行響應,共同完成邀約、響應和激勵流程, 當前我國各省試點的虛擬電廠以邀約型為主。

    市場型虛擬電廠是在電能量現貨市場、輔助服務市場和容量市場建成后,虛擬電廠 聚合商以類似于實體電廠的模式,分別參與這些市場獲得收益。在此期間,虛擬電 廠以電力市場配置電力資源運行驅動,通過協調、優化和控制可控負荷、分布式電 源和儲能三大資源聚合而成的分布式能源集群,作為一個整體參與各類電力市場 交易并為電力系統運行提供調峰、調頻、緊急控制等輔助服務的分布式能源聚合商。 在第二階段,也會同時存在邀約型模式,其邀約發出的主體是系統運行機構。

    自由調度型虛擬電廠將在市場性虛擬電廠的基礎上,實現跨空間自主調度。隨著虛 擬電廠所整合資源的種類逐步增多,“虛擬電力系統”雛形初顯。該階段,除可調 負荷、儲能和分布式能源等基礎資源外,也將包含由該類基礎資源所整合而成的微 電網、局域能源互聯網等。自由調度型虛擬電廠主要參與者以國外為主,如德國的 Next Kraftwerke 公司等。

    相比儲能,輕資產運營的虛擬電廠更具優勢

    儲能資源作為虛擬電廠三大基礎資源之一,常見的儲能電站類型有:物理儲能、電器儲 能、電化學儲能、熱儲能以及化學儲能等。

    我國儲能電站以抽水儲能模式為主。2021 年,中國儲能市場裝機功率 43.44 GW,位居 全球第一。抽水蓄能裝機功率 37.57 GW,占比 86.5%;蓄熱蓄冷裝機功率 561.7 MW, 占比 1.3%;電化學儲能裝機功率 5117.1 MW,占比 11.8%;其它儲能技術(壓縮空氣 和飛輪儲能)裝機功率占比 0.4%。

    不同應用場景對儲能技術的性能要求有所不同,而儲能成本則是決定儲能技術應用和產 業發展規模最重要的參數。以抽水蓄能電站為例,目前抽水蓄能電站的投資成本為 60~ 64 億元/GW,使用壽命約 50 年,每天抽放一次,系統能量成本在 120~170 萬元/(MW·h), 電站運維成本大約 120 萬元/(MW·h), 其他成本 20 萬元/(MW·h),系統能量效率 76%, 年運行比例約 90%,測算獲得抽水蓄能的度電成本為 0.21~0.25 元/(k W·h)1。

    在供給側調控手段有限的情況下,通過實施需求側管理可大幅降低資金成本,高效解決 實際問題。“雙碳”政策下,新建大型煤電機組既不利于我國能源可持續發展又缺乏經濟 性。據國家電網測算,若通過建設煤電機組滿足其經營區 5%的峰值負荷需求,電廠及 配套電網需投資約 4000 億元;若建設虛擬電廠,建設、運維和激勵的資金規模僅為 400 億-570 億元。以山東省為例,假設存在持續時間 100 小時的 500 萬千瓦尖峰負荷缺口, 采用“需求響應+延壽煤電”方案的年化成本遠低于“新建燃煤機組 5×100 萬千瓦”方 案,每年將降低 14.3 億元的開支。 當前時點非水電可再生能源最低消納權重逐年提升,供電不穩定性增加,需求側管理重 要性持續提升。目前,我國政府部門對各省市均限定了可再生能源(非水電)最低消納 權重,且權重逐年提升。隨著風電、光電總供電量占比提升,供電不穩定性增加,靈活、 快速的調度需求增多,需求側管理變得愈發重要。

    各地加速推進虛擬電廠發展

    2022年5月30日和6月1日,發改委聯合國能局、財政部等部門分別印發《關于促進新時代新能源高質量發展的實施方案的通知》和《“十四五”可再生能源發展規劃》,強調目前新能源步入高質量發展新階段,而電網的適應性問題是新階段制約新能源發展的主要因素之一。

    6月21日,山西省能源局正式印發國內首份虛擬電廠運營管理文件——《虛擬電廠建設與運營管理實施方案》,積極引導發、用、儲側資源共創電網平衡。7月8日,市場監管總局等16部門發布關于印發貫徹實施《國家標準化發展綱要》行動計劃的通知,提出加強新型電力系統標準建設。

    據國家電網報報道,6月30日,依托自主研發的智慧虛擬電廠平臺,國網浙江綜合能源服務有限公司聚合3.38萬千瓦響應資源參與省級電力需求響應市場交易。

    虛擬電廠是一種將不同空間的可調負荷、儲能、微電網、充電樁、分布式電源等可控資源聚合起來的智慧能源系統,并以此作為一個特殊電廠實現對電力資源的自主協調及優化控制。

    虛擬電廠的核心是集控平臺,集控平臺一方面可以對收集的充電樁、居民用電等數據進行分析,做到需求側的精準響應及管理,當需求側供電量不足時,可以作為“正電廠”向電力系統供電,當發電側電量過大,需求側難以負荷時,又可以作為“負電廠”加大負荷消納電力系統電力,幫助電力市場削峰填谷,平滑新能源并網給電網帶來的一系列影響;另一方面可以與大電網與電力市場互通,不僅有助于優化整個電網系統,還能為內部聚合的企業、用戶、充電樁、儲能、分布式能源等市場主體提供參與電力市場化交易的途徑,讓他們都可以成為微型發電機,參與電力市場交易,從而獲取套利收益。

    行業前景 全國虛擬電廠收益空間約為870億元

    我國虛擬電廠起步“十三五”,目前已有響應細則出臺并建成多個試點項目。“十三五”期間,我國江蘇、上海、河北等地開展了電力需求響應和虛擬電廠的試點工作。

    其中,江蘇省率先于2015年出臺官方文件 《江蘇省電力需求響應的實施細則》指導電力需求的調控。此后,中國虛擬電廠進入研發、探索階段,2019年,國家電網提出“泛在電力物聯網”,并建成國內首個虛擬電廠“國網冀北虛擬電廠”,實現了發電和用電的自我調節。到目前為止,北京、上海、廣東、江蘇、浙江等地先后開展虛擬電廠項目試點。

    2022年6月,《北京市“十四五”時期電力發展規劃》首次將虛擬電廠的建設納入電力發展規劃中。我國可供參與虛擬電廠運營的控制資源體量龐大,可調負荷資源超過5000萬千瓦,虛擬電廠也隨基礎資源的快速發展而受到重視。

    目前,我國虛擬電廠仍處在邀約型階段,以需求側響應、調峰調頻為主要的收益來源。廣東省作為缺電大省,每年30%左右電量來自于外省輸送,是我國電力市場化需求最為迫切、也是市場化進展領先的地區。因此以廣東省的情況為例,測算虛擬電廠的市場空間。在《廣州市虛擬電廠實施細則(征求意見稿)》中提出,通過開展需求響應實現削峰填谷,逐步形成約占廣州市統調最高負荷3%左右的需求響應能力,對參與響應的用戶或聚合商給予補貼,削峰補貼最高5元/度,填谷補貼最高2元/度。

    根據東北證券測算,補貼環境下,預計每年廣東省虛擬電廠的收益空間有望達到294億元;若考慮日后退補的情況,參考廣東電力現貨交易試點的價格,預計每年廣東省內虛擬電廠的收益空間約為83億元;按照同樣的測算方法,市場化情況下,預計全國虛擬電廠收益空間約為870億元。

    伴隨電力現貨交易試點的推進,虛擬電廠的商業模式將得到持續優化。從試點進展來看,廣東、江蘇已率先進入現貨交易結算試運行的階段,其余試點省份則已完成模擬試運行,預計將陸續進行連續現貨交易結算試點。結合外受電量、電力現貨交易試點以及虛擬電廠項目試點情況,東北證券認為目前廣東、浙江、江蘇更具備發展商業化虛擬電廠的條件,有望成為引領全國電力交易和虛擬電廠建設的地區。

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