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上海市智能电网建设独特案例:黄浦区试点商业建筑虚拟电厂

    在上海市中心黄浦区,一座不同寻常的电厂正在悄然建设中。它不建厂房,不烧煤、不烧气,预计今年年末,它能在用电高峰时段释放出约5万千瓦电力来“削峰填谷”。这座明确写入上海市电力发展“十三五”规划,由众多分布式储能设备集合而成的黄埔区商业建筑虚拟电厂,正成为上海市电力体制改革、智能电网建设的独特案例。
    今年1月,位于黄浦区九江路上的宝龙大厦第八次参与了虚拟电厂试运行,“发电”能力达100千瓦。宝龙大厦仅仅是黄浦区虚拟电厂的一个项目。迄今,虚拟电厂最大规模的一次试运行,参与楼宇超过50栋,释放负荷约1万千瓦。
    什么是虚拟电厂?
    发电和用电保持动态平衡,是电网平稳运行的重要保障。近年来,随着上海产业结构调整和生活水平提高,电力峰谷差不断加大。为了保证高峰期供电安全,上海电网不得不保留大量的冗余发电能力,造成资源浪费。虚拟电厂的出现解决了这个问题。虚拟电厂(Virtual Power Plant,VPP)是由不同类型的分布式能源组成的一类特殊类型的发电厂。它通过先进的控制、通信技术,将众多用电设备削减负荷的能力视为虚拟出力,将需求响应资源视为在负荷侧接入系统的虚拟发电机组,从而参与市场和电网运行。“这个原理说来也简单。”上海经研院规划评审中心(以下简称“规评中心”)杨建林博士告诉笔者,“以宝龙大厦为例,在冬夏两季用电高峰期,我们的系统只需对大厦各楼层中央空调的预设温度、风机转速、送风量等参数进行一定的柔性调节,就能够通过减负为电网释放出100千瓦电能。”
    目前,黄浦区内95%以上符合安装要求的公共建筑(包括办公楼、商场、医院、学校、政府机关等)都实现了能耗在线监测。由上海市经信委牵头、上海经研院参与规划设计、上海腾天节能技术有限公司参与实施的《上海黄浦区商业建筑虚拟电厂示范项目》已于2016年获国家发改委批复,将在三年内全面完成。
    柔性负荷响应系统
    既可“削峰”,也可“填谷”
    “办公楼的发电原理看似简单,具体实现却不容易,这里面涉及众多电力参数与空调参数的对应与算法。”杨建林博士介绍,“这也就是虚拟电厂比传统需求响应资源调用更为先进的地方。”
    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,用户体验感受也较差。
    而虚拟电厂要实现的,是柔性负荷控制,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。
    目前,可参与需求响应的柔性负荷种类繁多。上海经研院规划评审中心具体研究了柔性负荷调控系统的结构组成、工作原理、参数设置、功率调节以及聚合方法等内容,设计了柔性负荷响应系统。杨建林介绍,“以商用大楼宝龙大厦的中央空调为例,在夏季用电高峰期,我们的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、冷冻水泵流量、冷冻水进水温度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。”
    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。同样以夏季空调制冷为例,在系统检测到电网的负荷进入低谷期后,利用空调所属房间储热能力,自动调整几十个特性参数变量,增加空调负荷,可提前储存一部分冷量,使电力系统的利用率增高。
    在线实时调频
    像真正的“电厂”一样运行
    电力系统运行调度的核心是功率平衡,若需求响应资源本身具备在线功率调节功能,则可以发挥更显著的系统调节作用。然而传统的负荷控制平台只能参与离线调峰安排,条件和技术都难以达到接入系统的要求。
    “虚拟电厂要达到的目标,不仅仅是收集分散的电能数据、控制负荷量,而是像一个真正的发电厂一样,可以参与系统调度,提供调峰、调频辅助服务和电力市场交易等。”上海经研院规评中心主任费斐介绍,“从这个角度看,上海黄浦区具有建立虚拟电厂得天独厚的条件。”
    黄浦区是上海商业建筑最密集的中心城区,大型商业建筑数量超过200幢,面积近1000万平方米,年耗电量约13亿千瓦时,峰值负荷近50万千瓦,楼宇能耗占全区总能耗的65%以上,方便对诸多分布式发电资源进行大范围集中控制。截至2月28日,黄浦区内像宝龙大厦这样对能耗实时在线监测的楼宇,总数已超过230栋,年监测用电量超过10亿千瓦时,占上海市社会领域用电总量的40%。同时,上海经研院规评中心于2017年开展了《虚拟电厂集控运行平台设计研究》,于2018年1月完成了《黄浦区商业建筑虚拟电厂规范化建设方法研究》课题。该课题对包括集控运行平台的功能模块设计、模块间的数据关联、虚拟机组与EMS数据交换需求及平台架构等方面进行了详细研究。经过项目验收组检测,该平台已可以实现像发电厂一样在线识别调频指令并可靠响应的功能。
    目前,该项目正在有序推进中。根据规划,今年上海黄浦区将建成预期具有5万千瓦容量、1万千瓦自动需求响应能力、0.2万千瓦二次调频能力,年虚拟发电运行时间不少于50小时的商业建筑虚拟电厂,总“发电”能力将达到5万千瓦。按此推算,如果上海其他区域也能推广这种模式,就相当于在不增加资源消耗的情况下新建一座大型电厂。

来源:国家电网报

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