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数字化“虚拟电厂”,精准管控助推节能减碳

北极星电力会展网 来源:人民网 2021-10-22 09:16:52

编者按:全面推进城市数字化转型,是上海“十四五”规划确定的重大战略,也是面向未来塑造城市核心竞争力。未来五年,上海将整体性转变,推动“经济、生活、治理”全面数字化转型。

治理数字化转型,事关新环境、新能力,重点是以“一网通办”“一网统管”组成的“两张网”建设为牵引,着力构建科学化、精细化、智能化的超大城市“数治”新范式。即日起,上海市经济信息化工作党委、上海市经济信息化委与人民网上海频道合作,聚焦上海在推进治理数字化转型中涌现出的一系列具备标杆示范效应的新理念、新技术、新模式典型范例,打造城市数字化转型的上海实践,开辟提升上海城市软实力的新赛道,跑出上海产业和信息化高质量发展的加速度。

“一不烧煤,二没设备,却能一年‘发电’上万度。”听起来有些不可思议,而这却是上海市黄浦中心城区虚拟电厂示范项目的实际效果。

事实上,虚拟电厂是依靠能源互联网管理体系,精细化调解用户用电,从而省下了大量电力,相当于再造一个“电厂”,为平衡上海市电力峰谷差,缓解高峰电力紧张提供安全保障措施。

“2016年起,公司开发建设全国首个商业建筑虚拟电厂,汇聚了规模化、智能化、自动化、资源多元化的商业建筑需求响应,现已投入运营被纳入上海电力需求响应常规调度资源。”上海腾天节能技术有限公司总经理张皓介绍,截至目前,公司共承担了长宁、黄浦、静安、虹桥商务区等4个区级能耗监测平台的运行维护,在线监测楼宇数量超过500幢,建筑面积2069.36万平方米,年用电量22.46亿度,年最大负荷715MW。

精细化调节,串起散落的“能源珍珠”

什么是虚拟电厂?虚拟电厂的电又从哪里来?当下,随着世界能源紧缺、环境污染等问题的日益突出,分布式电源以其可靠、经济、灵活、环保的特点而被越来越多的国家所采用。但分布式能源有间歇性、分散性的特点,难以得到最大程度利用,实现规模效益。

虚拟电厂的产生正是为了解决上述问题。作为用电消费控制能力的特殊虚拟公共设施,虚拟电厂依托“物联网通信”+“互联网聚合”,可以大规模汇聚城市建筑可调电力负荷资源,这就好比将散落在城市角落中的“能源珍珠”串连起来。

以一座大厦为例,在用电高峰期,虚拟发电厂控制系统只需对大厦各楼层中央空调的预设温度、风机转速、送风量等参数进行柔性调节,通过减负为电网释放出超过100千瓦电能,如果同时管控几百座这样的大厦,就等于释放几万千瓦的电能,对整个电网来说这就相当于新建了一个发电厂。

可见,商业建筑虚拟电厂的实质,就是通过规模化的对用户行为精细化调节,实现柔性的负荷控制。通过“化整为零”将能耗指标分解为每小时精细管理;通过“化零为整”,将各楼宇碎片化的节能行为聚合成“发电”资源,虚拟平衡发电,实现系统性节能,是一种先进的区域性能源集中管理模式。

以互联网为“厂房”,以数据为“燃料”,虚拟电厂使得能源管理在时空上全面精细化、数字化,让每个建筑每个部件都能精准有效的管理每小时能源消费。这种区域性能源集中管理模式,也有利于支撑双碳工作精细化分解常态化治理。

“可类比千万辆可调度的车辆,构成了滴滴,百万间全球的闲置房屋,筑起了Airbnb,虚拟电厂与这两者有异曲同工之妙,都是通过信息化协调,将资源高效优化利用。”张皓介绍,这种能力在双碳工作背景下尤其宝贵,可有力的支撑以新能源为主的新型电力系统,利用数字化虚拟电厂跟随电力供给的波动,黄浦的商业楼宇既是消费者也是生产者了,因为负的用电其实等同与发电。

柔性负荷系统,既可“削峰”也可“填谷”

虚拟电厂不仅有助于解决“电力紧张和能效偏低矛盾”,在供求形势方面,也显示出了其巨大的适应性。

传统的需求响应资源调用,如负荷控制平台,实际上相当于一个备用调峰机组。在用电高峰期,电网调度部门启动该平台,向协议用户下达手动削减负荷指令,或远程拉闸限电“关开关”。这种方式简单粗放,容易对用户正常生活造成影响。

而虚拟电厂可以实现柔性负荷控制。柔性负荷在一定时间内灵活可变,可在基本不影响用户的前提下,达到削减或增加负荷的目的。通过先进的控制、计量、通信等技术,虚拟电厂可以聚合商业建筑内不同特性柔性负荷,如分布式电源、储能系统、可控负荷、充电桩网络等。然后通过软件构架实现规模化的协调优化运行,以特殊电厂的身份参与电力市场和电网运行。

以夏季空调为例,在夏季用电高峰期,响应系统依托精密的信息技术,通过对空调的预设温度、风机转速、送风量、新风量等几十个特性参数变量的控制,可以在不停机、不影响用户使用的前提下,达到柔性调节空调负荷的目的。而在系统检测到电网的负荷进入低谷期后,可以自动调整相应的参数变量,提前储存一部分冷量,使电力系统的利用率提高。

“柔性负荷响应系统不仅能够实现“削峰”的作用,还能实现“填谷”的功能。”张皓介绍, 目前已投运的黄浦区商业建筑虚拟电厂总体架构上实现了“物联网通信”+“互联网聚合”+“人工智能调度”+“智慧楼宇控制”,将能源管理在时空上全面精细化、数字化,让每个建筑每个部件都能精准有效的管理每小时能源消费。每个建筑均具备约200kW的柔性负荷调节能力,即虚拟发电能力。后续还将努力大规模接入和管理需求侧更多更丰富的柔性负荷资源。项目整体资源作为上海电力需求响应日常调度资源,累计调度超1700幢次/27.8万千瓦,单次最大削减负荷50.5MW,柔性负荷调度能力超过10%。

黄浦区中心城区虚拟电厂示范项目案例建设了一个城市级建筑能源管理的新型数字化载体,提升传统综合能源服务能级。项目具备可视化、可验证、可诊断、可预测、可学习、可决策、可交易的特点,建立电力消费精细化实时管控模式,提高电力使用效率,保障新型电力系统安全,推动电力市场化机制改革,支撑双碳工作精细化分解常态化治理。


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