【专家PPT】零碳时代下的虚拟电厂.pptx

零碳时代的虚拟电厂 汇报人： XXX 学号： XXX 01 目录 content 02 虚拟电厂的背景 虚拟电厂的概念 虚拟电厂的资源 虚拟电厂的发展 虚拟电厂的实例 03 虚拟电厂的背景 大势所趋：中国的零碳宣言 2020年 9月 22日，中国在第 75届联合国大会一般性辩论上郑重宣布： 中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有利的政策， CO2排放力争在 2030年前达到峰值，努力争取 2060年前实现碳中 和。 2021年 10月 24日，国务院出台文件《关于完整准确全面贯彻新发 展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》 2030年：非化石能源消费比重达到 25%左右，风 电、太阳能发电总装机容量达到 12亿 kW以上。 2060年：清洁低碳安全高效的能源体系全面建 立。 供能侧：我国清洁能源发电容量供能侧：我国清洁能源发电容量 04 背景 目 标 部 署 · 大力发展 风能、太阳能、生物质能、海洋能、地 热能 等，不断提高非化石能源消费比重。 · 因地制宜开发 水能 。有序发展 核能 。合理利用 生 物质能 。 · 开展 建筑屋顶光伏行动 ，大幅提高建筑物采暖、 生活热水、炊事电气化普及率。 · 推进 太阳能电池、可再生能源制氢技术 。 · 完善 差别化电价、分时电价、居民阶梯电价 政 策。 · 严控煤电 装机规模。 · 推动互联网、大数据、人工智能、 5G技术与绿色 低碳产业深度融合。 电力系统基本约束：发电、用电平衡。 传统：发电调节只需要应对 用电 的不确定性。 新能源：发电调节需要应对 用电、新能源 的不确定 性。 新能源对传统发电的影响 新能源一般具有波动性和不确定性，其占的比 例越高，对发电调节能力需求越大 深度调峰：最低负荷 60%下降至 30%（调节范 围） 05 06 虚拟电厂的概念 什么是虚拟电厂？ 概念：将不同空间的可调（可中断）负荷、分布式电源、储能、微电网、电动汽车等一种或 者多种资源聚合起来，实现自主协调优化控制，参与电力系统运行和电力市场交易的智慧能 源系统。它既可以作为 “正电厂 ”向系统供电调峰，又可以作为 “负电厂 ”加大负荷消纳配合系统 填谷。它既可以快速响应指令，配合保障系统稳定并获得经济补偿，也可以等同于电厂参与 容量、电量、辅助服务等各类电力市场获得经济收益。 虚拟电厂概念 · 通过先进的通信、计算、调度、市场手段把 大量分散布置的中小规模的分布式资源进 行 统一管理，协调优化，释放系统灵活性。 · 虚拟电厂通过聚合分散在电网中的分布式能 源（即分布式发电、可控负荷和分布式储能 ）以使其成为可统一调度的 “发电系统 ”，进而 可以跟从调度指令、参与电能量市场和辅助 服务市场。 分散资源不属于我，但托管于我。 07 虚拟电厂 08 虚拟电厂系统架构 09 没有虚拟电厂之前 10 有虚拟电厂以后 11 电力需求侧管理 需求侧管理最初由美国学者 C.W.Gellings于 1981年提出，用来应对能源危机， 减少能源消耗，开始大力推广电力负荷控制系统。在 1993年正式引入中国。 概念：加强全社会用电管理，综合采取合理、可行的技术和管理措施，优化配置电力资源 ，在用电环节制止浪费、降低能耗、移峰填谷、促进可再生能源电力消费、减少污染物和 温室气体排放，实现节约用电、环保用电、绿色用电、智能用电、有序用电。 由于发电供给侧发电设备以及电网的构建相对于电力需求的增长总是有相应时 滞，不能更好满足电气企业的需求，为了维持电力系统供需平衡，不仅要从电 力供给侧着手，更需要从需求侧入手进行规划管理。 12 虚拟电厂的特征 》 》 》 即可将风光、燃机、水 电等多种分布式能源资 源聚合，又能利用分时 电价，可调负荷多方式 改变用户用能行为。 资源多样性 一方面通过节能技术 和负荷管理手段降低 电力需求，另一方面 有效聚合分散清洁能 源。 资源环保性 资源在地域上分散的，虚拟 电厂可对不同区域、不同特 性的分布式能源集中管理， 不同虚拟电厂运营管理者通 过相互协助共同合作促使虚 拟电厂参与不同类型电力市 场交易。 过程协同性 基于云计算技术，虚拟 电厂中各构成单元通过 互联网实现互联，实现 智能化管理。 控制智能化 13 虚拟电厂与微电网 微电网概念 微电网是指由分布式发电、储能装 置、能量转换装置、相关负荷和监 控、保护装置汇集而成的小型发配 电系统，能够实现自我控制、保护 和管理的自治系统，既可以并网运 行也可以孤岛运行。 14 虚拟电厂与微电网的异同点 微电网对分布式能源聚合时，一 般要求分布式能源位于同一区域 内，就近组合，对地理位置要求 高。 对分布式能源聚合可跨区域开展 ，不受地理位置限制。 1、聚合有效地理区域不同 微电网 虚拟电厂 微电网对同一区域内的分布式 能源聚合，一般在某一特定的 公共连接点接入配电网侧。 与配电网可以产生多个公共连接 点。交互同样功率情况下，虚拟 电厂比微电网更能够平滑联络负 荷曲线的功率波动。 2、与配电网接入点个数不同 3、与电网连接方式不同 微电网聚合分布式能源时，需 要改变电网原有的物理架构， 对其进行拓展。 不改变聚合可控资源并网形式， 更侧重于通过能源互联网技术进 行聚合。 15 虚拟电厂与微电网的异同点 微电网既可以离网运行，也可以 并网运行。 虚拟电厂只在并网模式下运行。 4、运行方式不同 微电网 虚拟电厂 微电网侧重分布式能源与负荷就 地平衡，突出自治功能。 虚拟电厂侧重于实现供应主体利 益最大化，具备电力市场经营能 力，以一个整体参与电力市场和 辅助服务市场。 5、侧重功能不同 16 17 虚拟电厂的资源 不可调负荷 可调负荷 什么是可调负荷？ 在电网高峰时段下，用户负荷中心不可以调节 的负荷部分，该部分负荷要求的供电可靠性高 ，一旦改变会对用户生产生活或者电网安全可 靠性带来严重影响。 在电网高峰时段下，用户负荷中心可以调节的 负荷部分。从用户负荷调节的角度来看，可调 负荷具备较大的虚拟电厂资源能力。 可调负荷 18 一、工业负荷：主要来自于非生产性负荷和辅助生产负荷。 可调负荷 三种可调负荷 — （非连续工业负荷是意愿、能力、可聚合性 “三高 ”的首选优质资源。） 工业负荷主要包括电锅炉、电窑炉、电传送装置、电机等生产装备，以及电梯、照明、空调等辅助生产设备等。 连续生产电力用户：化工、水泥、冶金行业，此类用户用电量很大，生产班制连续，主要生产设备长时间投运，对 电力系统稳定、安全要求较高。 非连续生产电力用户：机械、纺织、食品等行业，此类用户生产班制不连续，具有较大的可调节性。 19 二、商业负荷：主要来自于楼宇的空调、照明、排风扇等动力负荷。 — （建筑楼宇空调、照明是第二优质资源。） 商业建筑负荷包括建筑空调、照明、电 梯、水泵、电采暖等用电设备。 根据用户特征又可分为：公共建筑：包 括政府机关、医院、学校等，此类用户 供电可靠性要求高，用电负荷高峰较为 集中，多为白天。 商业建筑：包括宾馆、餐饮、娱乐等行 业，用电高峰较为集中，多为晚上，具 有较大的节约电力资源潜力。 可调负荷 20 智能楼宇空调群控系统 三、居民负荷：主要来自于分散式空调、电热水器、电冰箱、充电桩等。 — （居民负荷分布散、单点容量小、聚合难度大。） 可调负荷 居民负荷主要以居民用电 为主，用户用电量大，增 长快，负荷变化大，通常 情况会形成一到两个负荷 高峰。 21 居民住宅智能家居 A 类 C 类 D 类 B 类 A类：单个用户潜力比较大，价格敏感 度比较高 重点领域：城市公共交通 四象限分析方法区分可调负荷用户资源 1.可调负荷资源潜力的大小是 “可调节能力 ”和 “价格敏感度 ”共同作用的结果。 2.可调负荷用户资源大致分为 4类。 B类：单个用户可调节能力比较小，但 价格敏感度比较高 重点领域：工业中非连续生产行业 C类：单个用户可调节能力比较大，但 价格敏感度比较低 重点领域：工业中连续生产行业 D类：单个用户可调节能力比较小，价 格敏感度比较低 重点领域：公共建筑和民用建筑 可调负荷 22 电动汽车充电对电网影响 电动交通 1 电动交通主要包括：电动汽车、港口岸电、充电设施等。 2 特点：用户用量大，用电高峰较为集中，电动私家车出行多为 早晚高峰，其充电时段的选择具有较大的调节潜力。 1.大量电动汽车集中在负荷期充电，将加剧电网峰谷 差，加重电力系统运行负担。 2.电动汽车充电时时空分布的不确定性，充电负荷具 有较大随机性，加大电网优化控制难度。 3.电动汽车充电负荷属于非线性负荷。充电设备中电 力电子装置会产生谐波，引起电能质量问题。 4.电动汽车 交直流充电及充换电模式多种多样。 将改 变电网，尤其是配电网负荷结构和特性。 23 分布式能源 分布式电源是一种建立在用户端的能源供应方式，可以独立运行，也可并网运行。分布式电源是 把发电和供能系统建立在用户附近，利用清洁能源及当地的可再生能源等，通过能源梯级利用方 式，满足用户冷、热、电、汽、生活热水等各种负荷的需求。 分布式小水电分布式光伏 生物质发电分布式燃机 小型风电 农业生物质能发电 林业生物质能发电 畜禽粪便沼气发电 城市生活垃圾发电 单机容量小于 100kW的风 电系统，用于离网型风 电、风光互补发电。一般 分布在无电区、海岛、渔 船上、 建筑屋顶光伏，分为并网 光伏屋顶系统和离网光伏 屋顶系统。 总装机容量 5万 kW以 下小水电站，接入电 网电压在 35kW及以 下。 能效高、清洁环 保、安全性高、经 济效益好 24 分布式海上风电 分布式光伏发电 分布式小水电站 分布式小型燃机 分布式生物质发电 分布式生活垃圾焚烧发电 25 储能 储能类型 技术名称 应用范围 响应时间 效率 物理 储 能 抽水蓄能 广泛 应 用于 调 峰、 调 频 和 备 用 电 源 场 景。 分 钟级 70%~75% 压缩 空气 分 钟级 50%~70% 电 化学 储 能 锂 离子 电 池 辅 助可再生能源 备 用、 调 峰、 调频 、容 量 备 用 百毫秒 级 85%~98% 铅 炭 电 池 削峰填谷、容量 备 用 百毫秒 级 70%~90% 电 磁 储 能 超 级电 容 电 能 质 量 调节 、 USP、削峰等 毫秒 级 70%~90% 储能技术类型比较表 26 北京首个电网侧储能电站 Tesla发电侧侧储能电站 储能电站 储能分为：用户侧储能、电网侧储能、发电侧储能 。 27 储能的作用？ 调 峰： 1、使配电容量大幅减小，节省 电力装备建设投资。 2、电网谷值电价较 低时利用储能向电网购电，待峰值电价 高时卖出，可以减少电费，减小峰谷 差。 改善电能质量：大量分布式电源并网， 对电网电能质量有很大影响，利用储能 对电网进行有功、无功功率补偿，可有 效改善电源电能质量。 调频：由于可再生能源出力的随机性和 波动性，出力与负荷无法契合，使得储 能快速响应性具备调频能力。 提高系统稳定可靠性：对于电网不可预 估大的扰动，储能快速响应性能可使系 统快速从紧急状态恢复到正常状态。 储能 28 29 虚拟电厂的发展 概念：在电力市场包括电能量现货市场、辅助服务市场和容量市场到位之 前，通过政府部门或者调度机构（系统运行机构）发出邀约信号，有虚拟 电厂（聚合商）组织资源（以可调负荷为主）进行响应。 第一代虚拟电厂 — 邀约型虚拟电厂 江苏模式 · 引入需求侧响应能源管理模式，运用市场化方式激励和引导用户主动削减 尖峰负荷，强化需求侧管理。 · 2015年在全国率先出台四季节性尖峰电价政策。 · 2016年江苏省开展全球单次规模最大的需求响应，削减负荷 352万 kW。 · 2018年春节负荷在低谷段开展填谷响应，最大规模 257万 kW。 · 2019年削峰规模达 402万 kW，削峰能力基本达到最高负荷的 3%~5%。 30