德国的虚拟电厂试验

 

当能源互联网概念正在国内热炒的时候，德国已经完成了一些“能源互联网”的实验项目。随着弃核期限日益临近，可再生能源特别是分布式能源比例的不断提高，如何在原有的大电网中，高效的控制这些分散的小型“电厂”成为了近些年德国政府极力推动的一项研究。

 

也就是说，将成千上万的分散小型可再生能源整合为一个巨大的类似传统电厂的可靠能源网络，不再是一个梦想，而是在逐步实现。

 

2008年，德国联邦经济和技术部启动了“E-Energy”计划，目标是建立一个能基本实现自我调控的智能化的电力系统，而其中信息和通信技术是实现此目的的关键。E-Energy同时也是德国绿色IT先锋行动计划的组成部分。绿色IT先锋行动计划总共投资1.4亿欧元，包括智能发电、智能电网、智能消费和智能储能四个方面。为了分别开发和测试智能电网不同的核心要素，德国联邦经济技术部通过技术竞赛选择了6个试点地区团体。

 

 

在以ICT技术为基础的一个强大的“能源互联网”中，各种形式的发电厂和电网运营商、工业和私人用户，都找到了属于自己一个全新的市场角色，一个全新的商业模式应运而生。

 

在这个全新的结构和功能的电力系统中，各种软件、智能电表、储能等新技术被应用其中。在高效的使用“不稳定”的可再生能源同时，更为关键的是实现了用户侧的管理。

 

在由“E-Energy”计划支持的6个涉及能源互联网项目中，位于德国中北部的哈茨山脉的可再生能源示范项目——RegModHarz项目，就是将新能源最大化利用的典型案例，而其中最引人注目的就是将这些分散的新能源发电设备进行虚拟集合、调配的技术，也就是我们所称的“虚拟电厂”（Virtual Power Plant,VPP）。

 

没有实体的电厂 

 

顾名思义，“虚拟电厂”并不是具有实体存在的电厂形式，它打破了传统电力系统中物理上发电厂之间、以及发电和用电侧之间的界限。

 

在德国，随着新能源接入特别是大规模的分散式光伏、风电发电系统的接入，毫无疑问给电网的稳定带来了间歇性的冲击，这样也就对电网的调度方式提出了新的挑战。同时，随着智能电网技术的发展，电网调度机构甚至是私人用户都可以通过网络技术对电网运行情况进行监测和分析。虚拟电厂的作用就是将新加入的新能源系统与传统的发电系统以及储能系统等进行有效的整合，通过一个控制中心实现管理，从而有机的参与到电网运行中。

 

与此同时，虚拟电厂也不失为一种有效的响应需求侧的手段。通过在用电侧安装一些装置比如智能电表，从而设计出符合客户特定用能需要并具有经济性的电源组合，使得供需在发电和用电两侧达到平衡。

 

而德国联邦经济和技术部最终选择RegModHarz项目作为“虚拟电厂”示范项目，是因为该地区可再生能源供电的比例超过德国平均2倍左右。在哈茨地区，总人口约为24万人，因为地处山区，风电资源较好。不仅风机在此处较为普遍，抽水蓄能、太阳能、沼气、生物质能以及电动车等都成为电力供应的一部分。在这个面积仅有2104平方公里的区域里，发电装机总量约为200MW，此外主要有6家配电运营商、4家电力零售商以及1家输电商。

 

 

首先，虚拟电厂与分散式电源进行通讯连接，而与原有的传统大型发电场不同的是，新能源系统数据变化较快，安全、稳定性高的传输技术非常必要。所以在此项目中制定了统一的数据传输标准，使得虚拟电厂对于数据变化能够快速反应。

 

在考虑发电端的同时，虚拟电厂同样关注的是用电侧的反应，在哈茨地区的试样中，家庭用户安装了能源管理系统，被称为“双向能源管理系统”（简称BEMI）。

 

资料显示，用户安装的能源管理系统每15分钟储存用户用电数据，记录用户每天的用电习惯，并将这些数据通过网络传输到虚拟电厂的数据库中。同时，BEMI系统还可以通过无线控制开关的插座，当电价发生变动时，可以通过无线控制来调控用电时间和用电量。

 

此外，此项目还采用了动态电价，设置了9个登记的奖惩制度。零售商将电价信息传送到市场交易平台，用户可以知晓某个时刻的电价等级以及电力来源。因而，培养用户良好的用电习惯，通过价格的方式进行，可以让对电价敏感的用户根据电价的高低调整用电时段。为了保证用户对于信息的获取，在哈茨项目中还有一个专门的市场平台，让使用者可以较为便捷的获取相关电力信息，对于当前的电力需求、价格以及天气对于未来需求的影响等信息进行了集合。

 

其中，特别值得注意的是，虚拟电厂系统中，发电预测系统至关重要。对于售买双方，对于电力批发市场价格、用电量、发电量信息的获取都较为迫切。

 

这也就意味着，在能源互联网的发源地德国，虚拟发电厂已经“落成”。电源的聚合，其实际能效和经济效益均要高于单独运行这些电源。

 

 需求侧管理的最优方式？ 

 

在整个电力需求侧的产业链，有设备制造业、需求响应、电能交易、负荷互济，节能服务，智能微电网运营等等。未来需求侧最好的商业模式是虚拟发电厂。

 

哈茨项目开始的2008年，彼时可再生能源成本还远远高于传统电力发电成本，必须依赖可再生能源补贴。而因为德国电力市场化改革的成果，以及可再生能源成本的下降，可再生能源进入电力批发市场，进行直接竞价上网，成为了必然。

 

直接进行竞价上网，意味着对于虚拟电厂来说，在批发市场中，要想盈利，必须考虑不同电力的特性，设置不同的销售组合，以获取盈利。据资料显示，在哈茨项目执行的过去几年间，项目方对于进入批发市场的商业模式进行模拟。而模拟的结果是，在彼时，如果缺乏补贴，可再生能源进入电力批发市场获利可能性很小。

 

此外，在示范区当地，将可再生能源进行销售也是另一种商业模式。随着民众对于可再生能源认同感增强，并且对于当地电源发展的认同与支持，虚拟电厂作为协调方，协调发电端和零售商以及最后到用户端之间的交易。

 

 

在德国，越来越多的公司开始进入虚拟电厂领域。除了大公司西门子、博世等等联合传统电力巨头想在通讯服务领域占得头筹，更多的中小型企业也看中了虚拟电厂未来的发展前景，业务涉及能效管理、节能合约、充电设施服务等等。

 

在虚拟电厂未来的市场中，涌现出更多的服务商。而在整个系统中，那些为电厂运转提供软件、储能设备、电网服务商等各种衍生而出的服务公司甚至咨询公司，毫无疑问，更容易找到市场定位。

 

可再生能源大量接入引发了电网的波动，对于服务商而言，必须对当地电网足够的了解，并且应该对未来可再生能源比例提高情形进行模拟。在RegModHarz项目项目中，项目方根据哈茨地区的电网情况设立一个新的模型，模仿当地分散电源的连接结构，对不同电压等级的电网以及可再生能源比例的不同进行模拟，从而考察不同情境下电压的变化。结果是如果哈茨地区2020年可再生能源比例达到38.5%，目前电网结构依然能够承受。

 

与此同时，电网本身主动加强监测以及改变现有的电力管理方式。也就是说，利用虚拟电厂进行的需求侧管理进行的是对电源端和负荷端以及电网本身三者之间的协调。需求侧管理需基于多种类分布式能源协调互补、用户主动参与的管理理念。一方面用户需求侧管理的发展方向是通过互联网技术实现多种分布式能源整合互补，提高综合能源使用效率，另一方面利用价格机制，提高用户用电的自主性。

 

在德国，除了哈茨地区RegMod项目，E-Energy资助的其余5个项目，都是试图通过先进的互联网、通讯技术等，来进行电力需求侧管理。比如库克斯港的eTelligence项目，通过互联网平台实时发布电力供应与需求情况，以进行平衡。这是一个热电联产示范项目，当新能源富裕时，售电公司向大用户发出电价变低的提醒，此时工业用户可以开启储能设备。

 

这些在德国已经试验的项目，以不同方式根据不同区域用能情况开展，虽然涉及区域较小，模拟情景更不相同，毫无疑问，他们都是试图寻找互联网与能源消费的融合点。而这一切最基础也是最敏感的因素就是能源产品的价格。