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上海市黃浦區“誕生”了一座不同尋常的電廠:不燒煤、不燒氣,沒有設備,也看不到廠房,這是一座由大數據支撐、互聯網賦能的虛擬電廠,是由許多樓宇構成的能源互聯網管理體系。虛擬電廠又稱“能效電廠”,是通過減少終端用電設備和裝置用電需求的方式,來產生“富余”電能,因為需求的減少等于電網對于其他部分供應的增加,所以相當于建設了實際電廠。
據悉,這是國家首個正式批復的商業建筑需求側管理示范項目。迄今,最大規模的一次試運行中,參與樓宇超過50棟,釋放負荷約1萬千瓦。預計三年內,這座虛擬電廠能在用電高峰時釋放出約5萬千瓦電力。
大數據支撐的虛擬電廠
對用戶行為精細化調節,實現柔性負荷控制
寶龍大廈落成于2004年,這座17層的商辦建筑是上海虛擬電廠的一個節點,曾8次參與虛擬電廠試運行,常規“發電”能力在100千瓦左右。
據上海市發改委相關負責人介紹,虛擬電廠的原理很簡單,一棟大樓有兩臺空調機組,在用電高峰時段,只要關停一臺空調機,就能通過減負為電網釋放出100千瓦電能。它的實質就是通過對用戶行為的精細化調節,實現柔性的負荷控制。這樣既能省下大量電力投資,也可有效提升環保水平,相當于在不增加資源消耗的情況下新建一座大型電廠。由于這種管理方式的重心在需求側,所以被稱為“需求側響應”。
不同于剛性的拉閘限電,虛擬電廠的運行是柔性的。上海這座虛擬電廠每次試運行持續一到兩個小時,參與樓宇一般要把用電負荷降低15%,同時基本不影響正常使用體驗,不會因為關閉空調而招致用戶投訴。
虛擬電廠的目標并非只是節能。上海市發改委相關負責人稱,城市電網峰谷間的負荷差十分明顯。在上海,夏季最大負荷是最低負荷的兩倍多,而縱觀全年,能超過90%峰值負荷的時間累計不到100小時,只相當于365天的1%。而就為了保證這1%,國家必須保留大量冗余發電能力。由于冗余電廠多為小廠,能耗高、環保差,因而,在峰時臨時啟動填補供電缺口的正是最不綠色的電。
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據悉,黃浦區在2015年開始需求響應試點工作,在試點過程中,針對一年中的采暖季、制冷季、過度季分別進行了需求響應嘗試,充分驗證了需求響應的可行性與潛力。通過試點驗證,參與響應的樓宇最大負荷削減可達25%,平均削減負荷達10%。
由于黃浦區需求響應試點工作效果顯著,2016年8月,國家發改委批復了上海市城區(黃浦)商業建筑需求側管理國家示范項目,項目基于互聯網+智慧能源+大數據技術,開發建設上海城區(黃浦)商業建筑虛擬電廠,實現智能化、自動化、規模化、資源多元化的商業建筑規模需求響應,并為電力調峰/調頻和吸納可再生能源提供服務。
“眾籌”樓宇的碎片化節能
實現能耗在線監測,數據支撐電力負荷調度
需求側響應涉及到相當精密、復雜的資源配置操作,因此落地存在難度。而大數據和互聯網技術的發展,讓其成為可能。
在寶龍大廈配電間,一個個電表整整齊齊地排列著。除通常的計費電表外,另有超過60個智能電表“鎮守”各個供電節點,24小時不間斷地記錄各區域照明、空調、電梯等設備的能耗。每隔幾分鐘,這些數據就被自動上傳至上海市建筑能耗在線監測平臺。
過去幾年,上海市一直希望把低碳打造成自己的新名片,因此在推進建筑能耗在線監測上不遺余力。目前,上海市黃浦區內像寶龍大廈這樣對能耗實施在線監測的樓宇,總數已超過230棟,95%以上符合安裝要求的公共建筑 (包括辦公樓、商場、醫院、學校、政府機關等)都實現了能耗在線監測,涉及智能電表1萬多只,年監測用電量超過10億度,占社會領域用電總量的40%。
從大數據的角度來看,這1萬多只智能電表就相當于1萬多個不停歇的數據源;而其連接的在線監測平臺則是具備數據整理、分析、呈現功能的數據加工中心。
幾年前啟動建筑能耗在線監測的初衷,是推動樓宇經濟低碳化,通過“化整為零”把能耗指標拆細,從而尋找節能突破口。如今,隨著這張能耗“感知網”越來越成規模、“有想法”,它也可以“化零為整”,對各樓宇的碎片化節能行動做一次“眾籌”,從而打造出全新的電力負荷調度模式。
虛擬電廠讓多方受益
跟蹤每一度電的去向,開出個性化“藥方”
據虛擬電廠管理方相關負責人介紹,在成為虛擬電廠的節點前,建筑必須先形成“發電”預案。由于每棟樓都是獨特的,因此,每個預案的制定,都離不開基于大數據的個性化分析。
在政府支持下,管理公司可以接觸到大量能耗數據,幾乎能了解每棟樓宇的每一度電是怎么使用的。因此,他們可以針對不同季節、不同時段、不同用電模式,為每棟建筑開出個性化的需求側響應“藥方”。比如,找到水泵的啟停規律后,可以引導它提前運轉,免得在高峰時“湊熱鬧”;根據樓宇的溫度變化規律,適時、適當地關閉部分空調,從而在實現避峰的同時保持室溫基本穩定。
根據規劃,今年上海將有100棟樓宇形成需求側響應預案,并編制出標準化、自動化的操作手冊。三年內,所有接入能耗監測平臺的樓宇都將被納入虛擬電廠,總“發電”能力將達到5萬千瓦;而且將會更頻繁地啟動,平均每周都會運行。
在以建筑能耗為主的上海中心城區,通過實施這一示范項目,不僅可以降低區域的電力峰谷差,減少城市整體發電裝機容量,還可以降低單體建筑的能源費用,提升經濟效益和社會效益。
據測算,以黃浦區50MW虛擬發電廠為例,基于已有建筑分項計量系統和區級能耗監測平臺,每1kW需投入成本600~800元,與傳統火力發電調峰電廠造價1kW約3600~4100元相比,投資效益顯著。同時,需求響應虛擬電廠的運營費用極低,約為傳統電廠的1/10,全生命周期經濟效益更是巨大。
上海市發改委相關負責人稱,針對虛擬電廠的可持續運行,政府還在探討如何完善制度環境。
過去幾年,虛擬電廠每“發”一度電,參與的樓宇就能得到10元獎勵,遠高于一般節能項目的回報。但光靠政府激勵并不夠,需求側響應的受益者也包括電力行業,他們應該為此買單。
實際上,國家發改委就上海市虛擬電廠示范項目做出的批復中明確要求,“示范項目在實施過程中,要緊密結合電力體制改革,積極探索電力需求響應資源參與電力交易的市場模式和政策機制,推進電力市場化改革”。
按照設想,幾年后,虛擬電廠最快可以在幾分鐘內做好啟動準備,然后根據電網負荷水平釋放出相應的電力。同時,虛擬電廠的電價也將采取更靈活、更市場化的計價模式,從而吸引更多樓宇成為“發電節點”。這無疑是一個高度綠色、高度智慧的能源互聯網模式。
根據《上海城區(黃埔)商業建筑需求側管理示范項目方案》,虛擬電廠首先在黃浦區試點,然后在上海全市推廣。到2019年,力爭覆蓋上海全市2000幢以上商業建筑,建成預期具有500MW容量(DR)、100MW自動需求響應能力(ADR)、20MW二次調頻能力,年虛擬發電運行時間不小于100小時的上海市商業建筑虛擬電廠。