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全球能源观察|上亿辆新能源汽车化身“超级电池”,虚拟电厂“新风口”将至?

发布时间:2022年9月26日 | 文章来源:长江有色金属网 | 浏览次数:160 | 访问原文

极端天气、新能源“看天吃饭”、无序充电……解决能源安全问题刻不容缓。

尽管新能源发电是大势所趋,但却具有波动性和无序性,如何解决大规模可再生能源发电产生的弃风、弃光、弃水、消纳,成为一个全球性难题。

特锐德&特来电董事长于德翔对21世纪经济报道记者表示,新能源汽车储能的潜力极大,会是一个巨大的蓝海市场,相信以电动汽车为核心的电池储能和光、储、充一体化的智慧能源系统很快就会在全国逐步展开。无序充电的时代即将结束,之后就会进入有序充电阶段。

从更大范围来看,虚拟电厂风口已然席卷全球。欧盟正在酝酿“能源系统数字化”计划,预计9月底会正式发布,2030年前在基础设施方面投资5650亿欧元,并寻求从2024年开始推动共享电力使用数据,提高地区能源市场的灵活性,允许电动汽车将电力重新输入电网。

在美国,特斯拉也在积极布局虚拟电厂。特斯拉与美国地产商正在得州奥斯汀安装Solar Roof(屋顶光伏)和Powerwall,奥斯汀或将迎来世界上第一个特斯拉光伏社区,屋顶光伏项目产出的多余电力可能会被纳入特斯拉的得州虚拟电厂。

此外,特斯拉已与南加州爱迪生公司(SCE)建立合作关系,将其位于北加州的虚拟电厂业务扩大至该州的南部地区。目前,位于加州西南部的洛杉矶和周边地区的特斯拉Powerwall用户已可以通过向电网提供电力获得相应的报酬。

全球风口“扑面而来”
随着极端天气导致区域性电力短缺、高比例新能源带来的发电随机性、不确定性的问题加剧,虚拟电厂的重要性愈发凸显。

虚拟电厂是一种通过先进信息通信和监测控制技术,实现对海量分布式新能源、储能系统、可控负荷(电动汽车)等的聚合和协调优化,并将其整体作为一个特殊电厂参与电网运行和电力市场的电源协调管理系统,对外表现为一个可控能源。

其实早在1997年,Shimon Awerbuch博士在其著作《虚拟公共设施:新兴产业的描述、技术及竞争力》中便提出了“虚拟电厂”相关概念,受市场驱动的独立实体间灵活合作,且能够为消费者提供所需的高效电能服务而不必拥有相应的资产。

对于中国而言,在迈向“3060”双碳目标的过程中,光伏、风电、新能源汽车产业将发挥重要作用。中国的光伏和风电产业发展虽然已相当成熟,发电成本低,但无法确保全天候供电,光伏和风电的无序、波动及消纳也是待解决的难题。

全世界电网的特点是发电和用电在同一时间必须相等、平衡,若不能做到实时平衡,电网就会崩溃瓦解,导致大停电。近十年中国打造了世界最坚强电网,对发电侧的机组调峰也做了升级改造,但对新能源还是不能全额消纳。

据国家电网测算,通过火电厂实现电力系统削峰填谷,满足5%的峰值负荷需要投资4000亿;而通过虚拟电厂,在建设、运营、激励等环节投资仅需500亿-600亿元。

中国“十四五”现代能源体系规划明确提出,要加强电力需求侧响应能力建设,整合分散需求响应资源,虚拟电厂正是实现这一目标的关键。

在厦门大学中国能源政策研究院院长林伯强看来,我国电力供应量整体处于稳定区间,短期内不会有太大的变化,面对极端天气下用电负荷骤然加大的情况,加强电力调度尤为关键,虚拟电厂的优势在今年被凸显出来。

从全球来看,虚拟电厂的浪潮早已掀起。从2000年起,德国、英国、法国、西班牙、丹麦等欧洲国家开始兴起以发电侧资源聚合为主要目标的虚拟电厂项目,并诞生出欧洲最大的虚拟电厂运营商德国Next-Kraftwerke公司。

而美国则聚焦用户侧资源,实行需求侧响应,通过市场化激励机制引导用户错峰用电,保障电网系统稳定性,如特斯拉布局家用储能Powerwall。

去年,特斯拉在加州启动了一个虚拟电厂试点项目,让电网在压力较大的时候可以从Powerwall用户处调动电力。今年6月,特斯拉和覆盖北加州地区的太平洋燃气电力公司(PG&E)在特斯拉APP上推出了虚拟电厂正式版功能模块,Powerwall用户和特斯拉车主可以通过特斯拉应用程序加入项目并获取收益。

当虚拟电厂需要调动Powerwall用户的电力时,每调动1千瓦时(度)的电力将向用户支付2美元的报酬激励。据估计,Powerwall用户能在每起电力紧急状况期间总共获得10至60美元。

与海外相对成熟的虚拟电厂业务相比,国内虚拟电厂建设尚未形成成熟的成套解决方案,处于概念验证和试点阶段,但未来发展前景广阔。

电动汽车能否化身“超级电池”?
针对风电光伏的无序性和波动性,需要建立大规模储能才能消纳,目前国家要求风电企业要按照装机容量配置10%的储能,以对冲和平衡风电光伏的波动性和无序性。

如何低成本储能成了关键问题。充电网链接电动汽车形成的储能网,对电网起到巨大平衡调节作用,同时利用起电动汽车的兼职和共享属性,成本很低,可以促进风电、光伏的规模化发展。

根据发改委发布的数据,截至2022年8月,中国新能源汽车保有量为1099万辆。目前电动汽车规模还不够大,但不断增长的市场意味着未来电动汽车或有望成为“超级电池”。

多数电动汽车80%的时间都处于停泊状态,在电网的低谷期把弃风、弃光、弃水的低成本电充到电动汽车里,在高峰期可以把车上富余的电卖出来,实现对电网的削峰填谷。

据特来电计算,目前每台电动汽车上平均装了50度锂电池,平均续航400千米,每天平均行驶里程50-60千米,每天消耗10-15度电,至少还有20度电可以参与电网储能调峰服务。目前中国的发电总装机20亿kW,若2030年中国电动汽车达到1亿辆,通过充电网链接到电网的电动汽车的总电池量将达到50亿kWh,若有1/3的车参与调峰,每辆车调峰20kWh,每天的调峰电量将达到6.6亿度,等于电网装了一个巨大的储能调节池。

从能源属性上看,电动汽车就是一个移动储能终端。随着电动汽车的规模化发展,锂电池储能的价格已经从几年前的4元/W下降到今天0.5元/W,储能的成本也从2元/W降到0.4元/W,循环次数可以到3000次,循环1万次的电池也指日可待。电动汽车的电池成为所有储能中成本最低的、响应电网需求最快的储能模式。

这也意味着,随着电动汽车的大规模发展,充电网或将成为未来最大的储能网,成为实现“3060”双碳目标的有利载体。

整体而言,当前虚拟电厂发展的技术障碍已基本破除,但如何更好地实现商业化则是更为复杂的命题。

V2G(车辆到电网)参与虚拟电厂运行仍面临一系列挑战。深创投研究院研究员林玮对21世纪经济报道记者表示,一二线负荷中心是否有容量报装?布线多长?自建桩多的农村或低线城市是否有调峰需求?双向充电桩是否是一个趋势?电池折寿问题如何破解?高度随机的电动车充电如何统一控制与管理?回输电流如何确保稳定而不冲击电网?一系列问题都需要得到解决。

特锐德拟将特来电分拆至科创板上市
布局“超级电池”的特来电是“创业板第一股”特锐德控股子公司,股东包括国家产业调整基金、国新基金、国家电投、三峡基金等。特锐德有关人士向21世纪经济报道记者透露,特锐德拟将特来电分拆至科创板上市。

特来电虚拟电厂是一种通过信息技术和软件系统,实现分布式电源、储能、可调负荷等多种分布式资源的聚合和协同优化,作为一个特殊的电厂,参与电力市场和电网运行的协调管理系统。

于德翔向记者介绍,特来电以先进的调度控制技术和信息通信技术为手段,以电动汽车充放电、分布式新能源、储能系统、可调负荷等资源为载体,“充电网+微电网+储能网”正成为虚拟电厂的新主体,是实现碳中和的最佳路径之一。

记者了解到,目前特来电已完成与国内多家电网调度中心的对接,具备条件的可调度资源容量超过1300MW,不同场景下已调度容量超过300MW,总调度电量超过30000MWh。

8月26日,深圳虚拟电厂管理中心举行揭牌仪式,这是国内首家虚拟电厂管理中心。特来电等14家负荷聚合商首批接入了深圳虚拟电厂,接入容量达87万千瓦,接近一座大型煤电厂的装机容量。

虚拟电厂走红背后,能源系统数字化转型浪潮已然来袭。林玮对记者表示,虚拟电厂是能源数字化转型中的“滴滴出行”,能源服务正成为新的投资热点,电力碳中和仍为核心。他认为,目前我国的虚拟电厂技术壁垒在于软硬结合和数据算法,面临多数用户侧负荷可调控性差、收费模式不清晰、网络与数据安全存疑等挑战,正处于从邀约型向市场型转型阶段,需要重视用户侧响应。