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虚拟电厂将颠覆什么

来源:原创     发布时间: 2022/12/28 13:53:08

  2022年夏天以来,虚拟电厂这个概念非常火,火到很多媒体都在连篇累牍地堆砌相关文章,很多企业或券商也言必称虚拟电厂或者VPP,一些相关概念股暴涨暴跌。虽然电改8年来,现货市场出现了、辅助服务市场快来了、新能源超过5亿千瓦了,但是人们并没有在能源互联网的道路上体会到真正的未来,也没有理解到底什么是虚拟电厂。

  聚沙成塔是虚拟电厂本质逻辑

  虚拟电厂是典型的舶来品,在没有真正的电力市场、没有充分的用户互动、没有勇敢的破局者的情况下,发展虚拟电厂即使不是缘木求鱼,也只能是镜花水月。

  实际上,虚拟电厂的本质是一种公共电网系统的用户“自发秩序”,是千家万户的屋顶光伏、储能、充电桩和各种各样的用电需求组合在一起,被价格驱动形成新的更加低碳高效的用能习惯。这就带来一个系统级的悖论:如果电网企业从自身的利益出发设计虚拟电厂,那么虚拟电厂就成为一种局部的建构秩序,必然失去虚拟电厂广泛参与者的多种可能性。而如果虚拟电厂形成了基于价格的自发秩序,那么从某种程度将对电网企业的既有格局构成根本性挑战。某种意义上来看,虚拟电厂代表了哈耶克与凯恩斯在电力行业的终极对决。

  当年电报取代千里马时,是人类第一次面临一个创新不再以所见即所得的方式进行,人们不仅仅是充满了怀疑,而是根本不知道在何种场景之下才需要使用它。这不是人类本身第一次在创新的过程中成为自己的绊脚石,事实上,后续很多的科技发明都证明了这一点:正是因为人类的不接受,才使得事实上根本就无懈可击的技术在创新的道路上伤痕累累,最终以缓慢的速度和曲折的进程被人类全盘接受。

  虚拟电厂显然也属于此类。大量各式各样的新能源和分布式发电设备并网发电,包括风力发电、光伏发电、热电联产等,对电网调度和安全性带来新挑战。负荷端的可调控设备、储能设施等可以根据电网的运行要求做出灵活切换和用电转移,为电网的经济稳定运行提供支撑。但由于分布式能源单元的小规模容量以及多样性特征,使得其单个参与电力市场和达到较高经济性面临困难。所以这就需要一种能够集合和协调各种分布式单元,并以聚合的形式直接参与电网运营和电力市场交易,优化资源配置和提升分布式电源经济效益规模的集合单位——虚拟电厂。

  所以虚拟电厂的本质就是要让新能源运营者手中的牌越来越多:很快就会是调控风光电站的有功无功出力,下一步就是接入储能并且安排储能余量随时适应动态电力市场,参与一次二次三次调频,再下一步就是需求侧响应调控智能家居、智慧建筑、电动汽车直至工业4.0,最终到P2P灵活电力交易,实现人人都是售电企业或每个工商业企业都是电厂的转变。

  其最终的目的,遵循的实际上就是整个能源转型的内在逻辑:化整为零,聚沙成塔——是聚沙成塔,不是聚少成多。物理上的减法使得人们有更多的游戏空间,经济上的加法又带来更多的商业模式和可持续发展动力。而所有商业模式的背后都是同一种逻辑:获得随时最优化、真实的数字化生活。聚沙成塔的真实含义,是改变了物质本来的结构形成了新的意义性的创新承载,这也就是虚拟电厂最大的推动作用:彻底改变电厂在电力供应体系中的作用和调度方式,甚至改变对其投资和运营的方式。

  虚拟电厂在人们最初的理解中就是极力避免单一的技术属性,就像滴滴出行是不是虚拟的出租车企业,美团是不是虚拟的食堂等疑问一样,虚拟电厂的本质核心是商业模式和行业伦理的转换,而不是从3G到4G的技术升级,或者从深夜外卖到内卷骑手的服务延伸。并不是每个骑手装了可以实时通讯的App就能成就美团平台,而是现有此起彼伏的餐饮需求被聚合才有被平台动态分配和监督的供应链,技术只是装备而不是生产力。

  从这个角度来看,虚拟电厂的推动者或者说这个行业的参与者唯一可以做出的选择是:要不要让虚拟电厂这样一个国外已经验证成功的事物在中国成为率先转型能源互联网的排头兵?如若不然,站在传统行业的就业、资源固化、习惯和经验使然的角度,虚拟电厂就和电报一样,并不是一个一定要出现的事物——即时没有火车,八百里加急的快马也已经远超人的速度。

  灵活性需求是催生虚拟电厂发展的基础

  从欧洲的实践来看,早在2017年6月初,英国和德国的新能源发展先后到达了一个举世瞩目的重要节点:就在6月7日这一天,英国超过50%的用电量是靠零排放的可再生能源来满足的,而在德国,这一比例已经接近75%这一很久以前人们认定新能源所无法企及的高线。

  人们本来应该惊叹,但现今已经形成习惯:无论是英国所剩不多的核电几乎保持一条直线发电曲线,还是德国的火电机组已经被限制在非常狭小的活动带里调节,都在陈述这样一个事实:随着可再生能源的发电比例不断提高并逐渐跨越50%这一分界线,整个电力系统的灵活调节重心也随之由传统的火电机组交到了可再生能源电源的手中。

  所以,如果要给以新能源为主体的新一代电力系统做一个清晰的界定,那么就要满足两个条件:第一,新能源装机容量超过50%;第二,新能源发电量超过50%。对于新能源来讲第一条不难办到,但是第二条需要时间,德国也仅仅是2022年上半年才刚刚超过50%。

  超过50%意味着,新型电力系统将从需求决定供给的逻辑,转向供给决定需求的颠覆式创新。

  由此可见,新能源带来的灵活性需求正在冲击传统封闭的电力系统,并正在引发下一场革命,灵活性诉求才是新能源给电力系统带来的本质改变。而虚拟电厂,是这个本质的载体。

  这就意味着,当系统内出现供不应求的现象时,调度控制者的第一反应不再是去找发电厂来救火,而是马上在需求侧寻找最合适的对象实施管控,从而降低系统总成本并且使得理论上更加可行。

  这就是需求侧管理或者说需求侧响应应运而生的背景缘由,其背后要体现的实际上是电最朴素的商业属性:电作为一种24小时供应的商品,其需求调整随着供需关系的变化而变化,在尺度和频度上明显可以超越其他任何商品。

  在新能源发电比例到达25%以前,人们抱怨最多的还是可再生能源的不够灵活和依赖火电太多——在这个阶段,火电依然是发电的主力,却又比过去多了更多的调节任务,在没有完善的市场机制以前,等同于是不拿工资的雷锋,自然多了很多羁绊。

  但是在可再生能源跨越了35%甚至50%的节点之后,人们突然发现在分布式能源成了气候之后,那个可怕的来自杰里米·里夫金的预言真的成立了:未来的电力企业出售的不再是电力,而是灵活性。

  长期以来,整个电力系统形成了如此复杂并且完备的构造,很大程度上是因为传统能源尤其是火电机组具备如下三个无法跨越的特点:其一,火电机组通常有近6个小时的停机不应期,即发电机一旦停机,至少需要6小时左右才能再复机成功并网运行,其中的等待时间对电力系统的运行调控影响巨大;其二,火电机组正常运行时,发电功率无法无限制探底调节,即一台60万的机组无法完成0~60万的无级调节,而通常最低也要维持50%左右的发电功率,即在30~60万的有限范围内调节火电机组出力,这一最低限额对电力系统的潮流分布和负荷分配的影响不小;其三,火电机组过往承担了电力系统的主要调频调峰作用,并且基本上是系统备用的主力,此外对系统的无功平衡即电压控制有着无法推卸的责任,这些构成了支撑辅助服务市场的主要方面,而一次二次三次调频几乎是对电力系统的稳定起着如定海神针般至关重要的作用。

  综合上述三点,整个电力系统几乎都是基于此量身订做的:调节发电端以满足人们日益增长的电力需求,并解决五花八门的故障情况,是近百年来电力系统发展的本质性诉求及基本逻辑。

  而到了以新能源为主体的新一代电力系统,虚拟电厂要做的,就是从用户侧去完成传统火电厂无法做到的,但是以前在发电侧才能做到的所有任务。并且,在这样的替代过程中,极大程度地释放颠覆性红利:海量分布式新能源发电单元与海量分散式用户柔性可调负荷一起,形成无与伦比的灵活性。

  能源互联网的魅力和威力恰恰来自于此:一旦技术上具有可能,能源将以互联网的方式被连结起来以更好地提供灵活性——互联网从来都不会改变技术产生的实质,而是改变人们的使用方式:嘀嘀打车解决的不是驾驶技术,而是更灵活的叫车方式;58同城解决的不是装修水暖工的资质水平,而是更有效的评估方式。

  从这个角度出发,并非是能源世界逐渐碎片化,而是人们的认知和感受随着能源领域的灵活性提高而不断碎片化——碎片化不是这场能源变革的起因或目的,而只是伴随这场变革的一种现象。这个道理简单得就如同微信红包从来都不是人们财富的象征,但的确预示了一个时代的终结:支付不再是银行的专有属性,而红包可以做得更加灵活。

  综上所述,假使真的有一天能源世界实现了100%的可再生能源的电力供应,那么有一个事物就必须在这一天之前出现:一种能集合和协调电网甚至是能源网络下的各个发电单元、终端负荷和储能中转设备的灵活系统,它将取代现有的传统角色,尤其是发电厂而成为参与电网运营与电力交易的市场主力,这便是虚拟电厂。虚拟电厂真正要颠覆的,不是电网电厂的角色地位,而是他们的运行和作用方式、收益与运营模式、存在和出现形式。虚拟电厂真正的魅力不是秒级响应、万物互联,而是无处不在,聚沙成塔。



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