探討虛擬電廠與企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化建設(shè)
發(fā)布時間：2023-09-15瀏覽次數(shù)：798返回列表
摘要：2023年1月8日，微信公眾號魚眼看電改(作者俞慶)發(fā)表了文章《虛擬電廠與負荷側(cè)數(shù)字化》，原文如下：
“虛擬電廠是電力數(shù)字化的一個應(yīng)用方向，準確的說，是負荷側(cè)數(shù)字化的發(fā)展方向。所以負荷側(cè)數(shù)字化的水平，以及今后的發(fā)展方向，決定了虛擬電廠的應(yīng)用未來。
一、負荷側(cè)數(shù)字化水平很低
從電力的專業(yè)環(huán)節(jié)上，我們分為“發(fā)電、輸電、配電、用電”幾個環(huán)節(jié)（還包括調(diào)度、市場等）。
這里有個概念是交叉的，即物理的配電網(wǎng)，和配電專業(yè)，并不完全一致。
對電網(wǎng)來說，配電專業(yè)管轄的是公共配電網(wǎng)，而公共配電網(wǎng)只是物理配電網(wǎng)絡(luò)的一部分。
對物理配電網(wǎng)來說，用電環(huán)節(jié)包含對用戶配電網(wǎng)（微電網(wǎng)）、以及連接在電網(wǎng)*末端的各類資源（比如負荷、分布式發(fā)電、分布式儲能）的管理。
從電力數(shù)字化的水平來看，電網(wǎng)數(shù)字化的水平*高，國網(wǎng)從2006年的SG186“智能電網(wǎng)”工程開始，每年在自動化、信息化領(lǐng)域百億級別的投資，大幅度提升了數(shù)字化水平，南網(wǎng)也不遑多讓。
發(fā)電數(shù)字化水平其次，這些年各大發(fā)電集團在“智慧電廠”的趨勢下，也大幅提升了發(fā)電領(lǐng)域的數(shù)字化水平。
但是電力用戶的負荷側(cè)數(shù)字化，一直處于非常低的水平。管理的基礎(chǔ)是數(shù)字化，負荷側(cè)低水平的數(shù)字化，已經(jīng)成為虛擬電廠發(fā)展的*大制約之一。虛擬電廠是對分散式電力資源管理，這些管理包括：匯聚、抽象、調(diào)控、交互。
虛擬電廠所管理的，絕大多數(shù)是負荷側(cè)的資源，這些資源分布在配電網(wǎng)的*末端。當(dāng)用戶配電（微）網(wǎng)的數(shù)字化和管理水平很低時，自然對末端資源的管理水平也很低。
大多數(shù)用戶配電網(wǎng)（在很多用戶意識里，那都不是配電網(wǎng)）的管理和數(shù)字化水平，落后于上一級（公共配電網(wǎng)）20年以上。
雖然都是配電網(wǎng)，差距就是這么大。這種差距，對公共配電網(wǎng)的管理也帶來很多困擾，比如用戶內(nèi)部故障，繼電保護裝置越級跳（用戶配電保護裝置不動作，電網(wǎng)保護裝置動作）。
二、目前不能靠虛擬電廠提升負荷側(cè)數(shù)字化水平
緊接著的問題就是，誰來提升用戶配電網(wǎng)的數(shù)字化水平，是不是靠虛擬電廠的這些第三方就可以？
但是這里又帶來另一個悖論：虛擬電廠目前是無法持續(xù)盈利的，甚至虛擬電廠目前的這些盈利，無法彌補負荷側(cè)數(shù)字化的投入。
如果財務(wù)上單獨核算，目前絕大多數(shù)虛擬電廠項目是虧損運行的。
這些項目之所以能成立，有的是因為電網(wǎng)企業(yè)作為試點項目，不計成本的投入（當(dāng)然，其實也計，一部分計入了輸配電價，另一部分是電力交易中心的交易盈余）；有的是發(fā)電企業(yè)在光伏、儲能投資中，包含了負荷側(cè)數(shù)字化部分投資；有的是售電業(yè)務(wù)前期承擔(dān)了負荷側(cè)數(shù)字化投入，然后把需求響應(yīng)補貼作為邊際收益等。
虛擬電廠大規(guī)模推廣之前，需要建立負荷側(cè)數(shù)字化的商業(yè)模式，而不是等著虛擬電廠這個商業(yè)邏輯成立，再去做負荷側(cè)的數(shù)字化。
這就有點像：在美團、拼多多商業(yè)模式成立以前，智能已經(jīng)商業(yè)自洽了，賣智能已經(jīng)可以賺錢了。
否則讓拼多多去送智能，那拼多多的商業(yè)模式肯定是不成立的。
三、負荷側(cè)數(shù)字化，無法單獨衡量收益
經(jīng)常有光伏投資方面的朋友問：一個用戶的能源數(shù)字化項目，ROI怎么算？是不是可以用節(jié)能量去算投資回報？
在實際項目中，大量的分布式光伏項目（工商業(yè)），以“目錄電價”為基準，計算光伏售電價格折扣，形成一種變相的效益分享型合同能源管理模式，與用戶簽訂光伏售電合同。
所以他們自然認為負荷側(cè)能源數(shù)字化投資是不是也帶有這種屬性。
我的回答是：即使是工商業(yè)分布式光伏，目前已經(jīng)取消目錄電價，現(xiàn)貨市場的出清價格也呈現(xiàn)波動頻繁、峰谷價差拉大的趨勢，未來不存在錨定價格，怎么計算固定收益率。
光伏尚且如此，面對負荷隨生產(chǎn)訂單變化，訂單跟隨行業(yè)景氣度、客戶需求度不斷變動，負荷側(cè)數(shù)字化的節(jié)能效益很難明確計算，怎么算ROI？
甚至ROI這個概念都不能用于負荷側(cè)數(shù)字化和虛擬電廠，因為ROI多的是一種“固定資產(chǎn)投資”的經(jīng)濟價值計算方式。
負荷側(cè)數(shù)字化和虛擬電廠，本質(zhì)上是一種“企業(yè)服務(wù)”，而非資產(chǎn)投資。
而目前積極投入“虛擬電廠”業(yè)務(wù)的，自認為有先天優(yōu)勢的發(fā)電企業(yè)們，正是用“建電廠”的，大干快上的投資邏輯，去理解“軟服務(wù)”的虛擬電廠。
當(dāng)對一個事物發(fā)展的底層邏輯，認知出現(xiàn)偏差，這個事物的發(fā)展也一定會一地雞毛。
四、負荷側(cè)數(shù)字化，本質(zhì)是管理意識提升
負荷側(cè)數(shù)字化水平為什么這么低？個人認為是負荷側(cè)的企業(yè)，能源管理水平較低導(dǎo)致的。
在實際項目中，我們見過很多負荷側(cè)數(shù)字化工具，只是作為建設(shè)項目的一部分，在驗收以后就沒有發(fā)揮作用。
為什么工商企業(yè)的能源管理水平較低？這是因為過去處于高速增長階段，企業(yè)多的關(guān)心主營業(yè)務(wù)的發(fā)展，不會關(guān)注作為輔助業(yè)務(wù)的“企業(yè)能源管理”，是否產(chǎn)生管理價值，說白了就是能保證企業(yè)正常生產(chǎn)就好。
用電企業(yè)的能源管理意識水平，決定了負荷側(cè)數(shù)字化水平，*終決定了虛擬電廠能否落地，并持續(xù)前進。
從目前來看，需要進一步通過政策影響（比如需求響應(yīng)、能源雙控、碳排放約束），市場價格信號，以及專業(yè)的能源服務(wù)等 綜合手段，去推動企業(yè)建立這種意識，并且通過數(shù)字化和管理，產(chǎn)生可見價值。
因此虛擬電廠的推動，不是靠簡單投入數(shù)字化項目，也不是靠單純的光伏、儲能、售電、節(jié)能，而是一種企業(yè)管理提升，類似企業(yè)財務(wù)優(yōu)化或者ERP流程優(yōu)化。
負荷側(cè)數(shù)字化，其實只是財務(wù)管理軟件或者ERP軟件，現(xiàn)在多數(shù)的企業(yè)不會問“投資一個ERP，ROI是多少”這樣的問題了。
國家為了提升能源消費側(cè)的綠色能效水平，無論是以前的節(jié)能服務(wù)、再到分布式光儲建設(shè)、微電網(wǎng)與多能互補等，一直在出 臺相關(guān)政策，但始終落入“項目投資”的模式，這是與能源行業(yè)長期以“基建思維”分不開的。
當(dāng)一個行業(yè)進入中低速增長期，原有的建設(shè)思維轉(zhuǎn)換為運營思維和管理思維，這時候才是數(shù)字化的*佳機會。
房地產(chǎn)行業(yè)從“賣房子”變成“自持物業(yè)運營”，將迎來房地產(chǎn)管理數(shù)字化的高峰。
負荷側(cè)也是一樣的邏輯，虛擬電廠的深刻意義，也在于此。”
1 綜述
看完文章受益頗豐，本文主要是想結(jié)合文章探討電力用戶負荷側(cè)，也就是企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化的實現(xiàn)方式及其意義。
虛擬電廠本質(zhì)上是運用能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把數(shù)以千計的企業(yè)微電網(wǎng)分散的可控負荷、充電樁、分布式光伏、分布式儲能等整合起來，變成具有一定規(guī)模、可調(diào)節(jié)的負荷資源和發(fā)電容量，通過這個看不見的“電廠”來配合大電網(wǎng)的需求響應(yīng)，解決電網(wǎng)峰谷差大、局部電力供應(yīng)緊張等問題的同時從中獲利，這對電網(wǎng)和用電企業(yè)是雙贏的。今年以來，虛擬電廠頻獲政策支持，在行業(yè)內(nèi)掀起發(fā)展熱潮，主要原因在于我國電力峰谷差矛盾日益突出，未來在緩解供需矛盾，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性和靈活性上，虛擬電廠可以發(fā)揮出關(guān)鍵作用。
虛擬電廠在國外已經(jīng)有比較成熟的運行機制，但是現(xiàn)階段國內(nèi)虛擬電廠真正落地的項目很少，且大多為試點項目，如俞慶先生所說一方面是虛擬電廠目前無法持續(xù)盈利；另一方面虛擬電廠的基礎(chǔ)設(shè)施，也就是數(shù)量眾多的企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化程度太低，前期需要投入較多的資源先實現(xiàn)企業(yè)微電網(wǎng)的數(shù)字化。企業(yè)微電網(wǎng)側(cè)低水平的數(shù)字化，已經(jīng)成為虛擬電廠發(fā)展的*大制約之一。
2 怎么建立企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化
企業(yè)的能源管理意識決定了企業(yè)電網(wǎng)的數(shù)字化水平，專家預(yù)測接下來會有進一步的政策（比如需求響應(yīng)、能源雙控、碳排放約束）和價格激勵機制去推動企業(yè)建立微電網(wǎng)數(shù)字化，為虛擬電廠的推廣和發(fā)展做好基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，同時也提高企業(yè)的能源管理意識，并通過數(shù)字化的能源管理對企業(yè)產(chǎn)生價值。那企業(yè)怎么建立適用于自身的微電網(wǎng)數(shù)字化呢？
企業(yè)微電網(wǎng)的數(shù)字化系統(tǒng)(EMS)包含安裝于現(xiàn)場的傳感器、智能網(wǎng)關(guān)和微電網(wǎng)數(shù)字化軟件。傳感器用于監(jiān)測和控制企業(yè)內(nèi)部的負荷設(shè)備和分布式發(fā)電設(shè)備(系統(tǒng))，現(xiàn)場傳感器的數(shù)據(jù)接入邊緣計算智能網(wǎng)關(guān)，每個智能網(wǎng)關(guān)可以看做是一個區(qū)域指揮部，采集所接傳感器數(shù)據(jù)進行協(xié)議轉(zhuǎn)換后上傳EMS和轉(zhuǎn)發(fā)第三方系統(tǒng)，網(wǎng)關(guān)可以根據(jù)預(yù)設(shè)閾值或自動學(xué)習(xí)來執(zhí)行邏輯計算，并執(zhí)行EMS的指令。EMS可以看做是企業(yè)微電網(wǎng)的指揮部，根據(jù)智能網(wǎng)關(guān)上傳的數(shù)據(jù)生成各類圖表、控制策略和分析結(jié)論，并按照設(shè)置的權(quán)限響應(yīng)虛擬電廠的調(diào)度指令，這樣數(shù)量眾多的EMS就構(gòu)成了虛擬電廠的基礎(chǔ)，系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。
AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化系統(tǒng)融合企業(yè)負荷側(cè)的電力監(jiān)控、能耗統(tǒng)計、電能質(zhì)量分析及治理、智能照明控制、主要用能設(shè)備監(jiān)控、充電樁運營管理、分布式光伏監(jiān)控、儲能管理等功能，用戶通過一個平臺即可全局、整體的對企業(yè)微電網(wǎng)進行進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一運維，同時滿足企業(yè)用電可靠、安全、節(jié)約、高效、有序用電要求。
3 微電網(wǎng)數(shù)字化系統(tǒng)功能
3.1 電力監(jiān)控
對企業(yè)35kV變電站至0.4kV配電涉及的變壓器、斷路器、直流屏、母排、無功補償柜及電纜等配電相關(guān)設(shè)備的電氣參數(shù)、運行狀態(tài)、接點溫度進行實時監(jiān)測和控制，監(jiān)測企業(yè)微電網(wǎng)主要回路的電能質(zhì)量并進行治理，對故障及時處理并發(fā)出告警信息，提高企業(yè)供電可靠性。
3.2 能耗分析
采集企業(yè)電、水、燃氣等能源消耗，進行分類分項能耗統(tǒng)計，計算單位面積或單位產(chǎn)品的能耗數(shù)據(jù)以及趨勢，對標主要用能設(shè)備能效進行能效診斷，計算企業(yè)碳排放，為企業(yè)制定碳達峰、碳中和路線提供數(shù)據(jù)支持。
3.3 照明控制
智能照明控制功能可以根據(jù)企業(yè)情況實現(xiàn)定時控制、光照感應(yīng)控制、場景控制、集中控制、調(diào)光控制等，并結(jié)合紅外傳感器、超聲波傳感器，實現(xiàn)人來燈亮、人走燈滅，為企業(yè)節(jié)約照明用電。
3.4 分布式光伏監(jiān)控
監(jiān)測企業(yè)分布式光伏電站運行情況，包括逆變器運行數(shù)據(jù)、光伏發(fā)電效率分析、發(fā)電量及收益統(tǒng)計以及光伏發(fā)電功率控制。
3.5 儲能管理
監(jiān)測儲能系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)(BMS)和儲能變流器(PCS)運行，包括運行模式、功率控制模式，功率、電壓、電流、頻率等預(yù)定值信息、儲能電池充放電電壓、電流、SOC、溫度，根據(jù)企業(yè)峰谷特點和電價波動設(shè)置儲能系統(tǒng)的充放電策略，控制儲能系統(tǒng)充放電模式，實現(xiàn)削峰填谷，降低企業(yè)用電成本，見圖6。
3.6 充電樁運營管理
監(jiān)測企業(yè)微電網(wǎng)充電樁的運行狀態(tài)，提供充電樁收費管理和狀態(tài)監(jiān)測功能，并根據(jù)企業(yè)負荷率變化和虛擬電廠的調(diào)度指令調(diào)節(jié)充電樁的充電功率，使企業(yè)微電網(wǎng)穩(wěn)定安全運行。
3.7 需求響應(yīng)
根據(jù)企業(yè)負荷波動數(shù)據(jù)，再結(jié)合虛擬電廠的調(diào)度指令，決定以何種方式參與電網(wǎng)需求響應(yīng)，平臺可通過給儲能系統(tǒng)下發(fā)控制策略，調(diào)整充發(fā)電時間。平臺在需求響應(yīng)時間段調(diào)整可控負荷功率，停止給可中斷負荷供電。并且可以根據(jù)企業(yè)可控負荷數(shù)據(jù)制定需求響應(yīng)控制策略，實現(xiàn)一鍵響應(yīng)。
4 微電網(wǎng)數(shù)字化系統(tǒng)硬件設(shè)備
安科瑞針對企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化系統(tǒng)除了軟件外，還具備現(xiàn)場傳感器、智能網(wǎng)關(guān)等設(shè)備，還包括了高低壓配電綜合保護和監(jiān)測產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、電能質(zhì)量治理、照明控制、新能源充電樁、電氣消防類解決方案等，可以為企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化提供一站式服務(wù)能力。
4 結(jié)束語
如文章所說“負荷側(cè)數(shù)字化，本質(zhì)是管理意識提升”，企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化建設(shè)是大勢所趨，是虛擬電廠發(fā)展的必要條件，也是企業(yè)自身提高能源管理水平的必要手段。隨著雙碳政策和電改政策的推進，要提高能源利用效率，解決電網(wǎng)峰谷差大的問題，必然會有越來越多的政策工具走上臺面，包括加大電價浮動、拉大峰谷電價差、能耗雙控等等，在這種情況下僅依賴人工的管理是無法適應(yīng)政策和電價變化的。而提前建立和適應(yīng)了能源數(shù)字化管理的企業(yè)將會快獲得用電成本的優(yōu)勢，切實享受電改政策紅利。
