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从需求侧响应到虚拟电厂——看日本如何攻克电力供需实时平衡难题

北极星输配电网  来源:中国能源报  作者:周杰  2018/9/17 8:40:24  我要投稿  

北极星输配电网讯:福岛核事故暴露出大规模集中式电力供给的脆弱性。因此,日本痛下决心,要建设新一代电力系统和能源综合管理,将实现电力需求侧管理的智慧化向以可再生能源、蓄能为代表的小规模分布式能源体系的转型,但分布式电源如何动态优化组合、如何保证供需的实时平衡成为这一转型的难题。在能源互联网的大背景下,需求响应(Demand Response,简称DR)和虚拟电厂(Virtual Power Plant,简称VPP)成为日本电力市场的新宠,他们不仅能够降低系统基本负荷和峰值负荷,弥补日本大量关闭核电带来的电力供给不足;而且还在负荷侧增加了电源多能集成的互补性,降低了火电调峰需求,提高了可再生能源的利用;并促使电网必须根据不同类型电源输出特性实现优化配置,推动电网智能化的提升。DR和VPP已成为当前日本分布式能源互联网市场创新的一大亮点。

(来源:中国能源报  作者:周杰)

1电力市场新变化

随着大规模可再生能源接入电网以及智慧能源技术日新月异的发展,近几年来,推广实施DR和VPP技术的新商业模式在日本百花齐放,DR和VPP的兴起源于日本电力市场环境出现的新变化,这些变化的主要特征大体可以概括为“5个D”。

第一个是自由化(Deregulation)。

2016年4月日本电力零售市场实现了全面自由化,多元化市场主体纷纷加入电力市场竞争大军。

截至2018年3月,新成立的售电公司超过500多家,售电占比已达13%,电力公司签约换手率突破16.2%。电力用户不仅可以自主选择售电公司,而且还能直接参与到DR和VPP的市场交易中,电力供需平衡不再仅依靠发电侧的“用多少发多少”,转而通过供应和需求两侧的市场进行调节,自由化是日本电力市场变革的起点。

第二个是脱碳化(De-carbonization)。

为完成巴黎协定国家自主减排目标,日本一方面从电力供给侧入手,大力发展以光伏发电为主的可再生能源以弥补核电缺口和替代化石能源,但由于可再生能源发电本身所具有的间歇性和波动性,仍难以保障电力的稳定供应;另一方面,从电力需求侧管理入手,除了依靠传统的节能措施外,深度挖掘用户侧的分布式能源潜力,这已成为日本实现脱碳化目标的一条新路径。

第三个是分散化(Decentralization)。

相较依靠大规模火电、核电等为中心的传统集中式电力系统而言,日本正在构建以光伏、风电等小规模分布式电源以及结合储能技术的新型分散化电力系统,终端用户不仅仅是电力的消费者,同时又是电力的“生产者”。

第四个是数字化(Digitalization)。

互联网、大数据和AI技术加速了信息通讯与能源产业的深度融合,促进了电力数字化的发展,不仅可以远程调控用户侧发电、蓄能和用电设备,而且能将大量散落的小规模电源聚合起来,形成强大的用户侧发电资源,配电系统由传统的单向潮流向满足供需平衡的双向潮流转变。

第五个是人口过少过疏化(De-population)。

据预测到2050年日本总人口将下降30%,到2100年将下降一半;电力需求在未来的10年预计将会减少10%左右,电力产业的规模经济性遭到前所未有的挑战。

2需求管理新模式

面对电力市场的新变化,DR和VPP作为需求侧管理的重要模式异军突起。所谓“需求响应”是指电力用户针对DR实施机构发布的价格信号或激励机制做出响应,主动改变自身用电行为,目前主要分为价格诱导型和激励协议型两种类型。

传统DR源于美国,是从电力需求侧管理中进化而来,以价格诱导和行政指令为主,主要包括我们所熟悉的分时电价、尖峰电价和可中断负荷电价等方式。

传统DR一般通过下达指令,实现负荷的削减,但往往很难做到快速响应。而在电网智能化的背景下,新型DR完全实现了自动调控,在电力供应紧张时,自动向用户发出削减负荷的DR信号,家庭或企业等电力用户自动接收DR信号,通过自己的能量管理系统控制调整用电,并对DR结果自动进行报告。

新型DR能够实现迅速、高效和精准的电力实时动态调控,能有效解决电力供给侧可再生能源发电出力带来的巨大不确定性。

虚拟电厂的概念源自德国,从某种意义上来说,VPP既是分布式能源也是能源互联网的创新应用。从电力供应角度来看,VPP利用互联网和能源管理技术将企业和家庭所拥有的分散式小规模电源集成优化,进行远程控制和利用,如同电厂一样提供电力供给;从电力消费角度来说,VPP通过对用户储能装置的聚合控制,能够实现消纳可再生能源富余电力,保障电力供需平衡。

日本用户侧分布式电源规模和潜力巨大,如表1所示。据推算,到2030年日本分布式发电设备装机容量能够达到2591万kW,相当于25座百万千瓦级煤电机组;若有10%的储能设备参与电网调节,其规模将达到1320万kW,相当于26座百万千瓦级煤电机组的调节能力。

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VPP实质上更是电力需求侧管理的创新模式。VPP与DR既有重叠,又有区别。VPP重点在于增加供给,会产生逆向潮流;DR则重点强调削减负荷,不会发生潮流逆向。因此,是否会造成电力系统产生逆向潮流是VPP和DR两者最主要的区别。

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