上海市智能電網(wǎng)建設獨特案例：黃浦區試點(diǎn)商業(yè)建筑虛擬電廠(chǎng)

在上海市中心黃浦區，一座不同尋常的電廠(chǎng)正在悄然建設中。它不建廠(chǎng)房，不燒煤、不燒氣，預計今年年末，它能在用電高峰時(shí)段釋放出約5萬(wàn)千瓦電力來(lái)“削峰填谷”。這座明確寫(xiě)入上海市電力發(fā)展“十三五”規劃，由眾多分布式儲能設備集合而成的黃埔區商業(yè)建筑虛擬電廠(chǎng)，正成為上海市電力體制改革、智能電網(wǎng)建設的獨特案例。

今年1月，位于黃浦區九江路上的寶龍大廈第八次參與了虛擬電廠(chǎng)試運行，“發(fā)電”能力達100千瓦。寶龍大廈僅僅是黃浦區虛擬電廠(chǎng)的一個(gè)項目。迄今，虛擬電廠(chǎng)最大規模的一次試運行，參與樓宇超過(guò)50棟，釋放負荷約1萬(wàn)千瓦。

什么是虛擬電廠(chǎng)？

發(fā)電和用電保持動(dòng)態(tài)平衡，是電網(wǎng)平穩運行的重要保障。近年來(lái)，隨著(zhù)上海產(chǎn)業(yè)結構調整和生活水平提高，電力峰谷差不斷加大。為了保證高峰期供電安全，上海電網(wǎng)不得不保留大量的冗余發(fā)電能力，造成資源浪費。虛擬電廠(chǎng)的出現解決了這個(gè)問(wèn)題。

虛擬電廠(chǎng)（VirtualPowerPlant，VPP）是由不同類(lèi)型的分布式能源組成的一類(lèi)特殊類(lèi)型的發(fā)電廠(chǎng)。它通過(guò)先進(jìn)的控制、通信技術(shù)，將眾多用電設備削減負荷的能力視為虛擬出力，將需求響應資源視為在負荷側接入系統的虛擬發(fā)電機組，從而參與市場(chǎng)和電網(wǎng)運行。

“這個(gè)原理說(shuō)來(lái)也簡(jiǎn)單。”上海經(jīng)研院規劃評審中心（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“規評中心”）楊建林博士告訴筆者，“以寶龍大廈為例，在冬夏兩季用電高峰期，我們的系統只需對大廈各樓層中央空調的預設溫度、風(fēng)機轉速、送風(fēng)量等參數進(jìn)行一定的柔性調節，就能夠通過(guò)減負為電網(wǎng)釋放出100千瓦電能。”

目前，黃浦區內95%以上符合安裝要求的公共建筑（包括辦公樓、商場(chǎng)、醫院、學(xué)校、政府機關(guān)等）都實(shí)現了能耗在線(xiàn)監測。由上海市經(jīng)信委牽頭、上海經(jīng)研院參與規劃設計、上海騰天節能技術(shù)有限公司參與實(shí)施的《上海黃浦區商業(yè)建筑虛擬電廠(chǎng)示范項目》已于2016年獲國家發(fā)改委批復，將在三年內全面完成。

柔性負荷響應系統既可“削峰”，也可“填谷”

“辦公樓的發(fā)電原理看似簡(jiǎn)單，具體實(shí)現卻不容易，這里面涉及眾多電力參數與空調參數的對應與算法。”楊建林博士介紹，“這也就是虛擬電廠(chǎng)比傳統需求響應資源調用更為先進(jìn)的地方。”

傳統的需求響應資源調用，如負荷控制平臺，實(shí)際上相當于一個(gè)備用調峰機組。在用電高峰期，電網(wǎng)調度部門(mén)啟動(dòng)該平臺，向協(xié)議用戶(hù)下達手動(dòng)削減負荷指令，或遠程拉閘限電“關(guān)開(kāi)關(guān)”。這種方式簡(jiǎn)單粗放，用戶(hù)體驗感受也較差。

而虛擬電廠(chǎng)要實(shí)現的，是柔性負荷控制，柔性負荷在一定時(shí)間內靈活可變，可在基本不影響用戶(hù)的前提下，達到削減或增加負荷的目的。

目前，可參與需求響應的柔性負荷種類(lèi)繁多。上海經(jīng)研院規劃評審中心具體研究了柔性負荷調控系統的結構組成、工作原理、參數設置、功率調節以及聚合方法等內容，設計了柔性負荷響應系統。楊建林介紹，“以商用大樓寶龍大廈的中央空調為例，在夏季用電高峰期，我們的響應系統依托精密的信息技術(shù)，通過(guò)對空調的預設溫度、風(fēng)機轉速、送風(fēng)量、新風(fēng)量、冷凍水泵流量、冷凍水進(jìn)水溫度等幾十個(gè)特性參數變量的控制，可以在不停機、不影響用戶(hù)使用的前提下，達到柔性調節空調負荷的目的。”

柔性負荷響應系統不僅能夠實(shí)現‘削峰’的作用，還能實(shí)現‘填谷’的功能。同樣以夏季空調制冷為例，在系統檢測到電網(wǎng)的負荷進(jìn)入低谷期后，利用空調所屬房間儲熱能力，自動(dòng)調整幾十個(gè)特性參數變量，增加空調負荷，可提前儲存一部分冷量，使電力系統的利用率增高。

在線(xiàn)實(shí)時(shí)調頻像真正的“電廠(chǎng)”一樣運行

電力系統運行調度的核心是功率平衡，若需求響應資源本身具備在線(xiàn)功率調節功能，則可以發(fā)揮更顯著(zhù)的系統調節作用。然而傳統的負荷控制平臺只能參與離線(xiàn)調峰安排，條件和技術(shù)都難以達到接入系統的要求。

“虛擬電廠(chǎng)要達到的目標，不僅僅是收集分散的電能數據、控制負荷量，而是像一個(gè)真正的發(fā)電廠(chǎng)一樣，可以參與系統調度，提供調峰、調頻輔助服務(wù)和電力市場(chǎng)交易等。”上海經(jīng)研院規評中心主任費斐介紹，“從這個(gè)角度看，上海黃浦區具有建立虛擬電廠(chǎng)得天獨厚的條件。”

黃浦區是上海商業(yè)建筑最密集的中心城區，大型商業(yè)建筑數量超過(guò)200幢，面積近1000萬(wàn)平方米，年耗電量約13億千瓦時(shí)，峰值負荷近50萬(wàn)千瓦，樓宇能耗占全區總能耗的65%以上，方便對諸多分布式發(fā)電資源進(jìn)行大范圍集中控制。截至2月28日，黃浦區內像寶龍大廈這樣對能耗實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測的樓宇，總數已超過(guò)230棟，年監測用電量超過(guò)10億千瓦時(shí)，占上海市社會(huì )領(lǐng)域用電總量的40%。

同時(shí)，上海經(jīng)研院規評中心于2017年開(kāi)展了《虛擬電廠(chǎng)集控運行平臺設計研究》，于2018年1月完成了《黃浦區商業(yè)建筑虛擬電廠(chǎng)規范化建設方法研究》課題。該課題對包括集控運行平臺的功能模塊設計、模塊間的數據關(guān)聯(lián)、虛擬機組與EMS數據交換需求及平臺架構等方面進(jìn)行了詳細研究。經(jīng)過(guò)項目驗收組檢測，該平臺已可以實(shí)現像發(fā)電廠(chǎng)一樣在線(xiàn)識別調頻指令并可靠響應的功能。

目前，該項目正在有序推進(jìn)中。根據規劃，今年上海黃浦區將建成預期具有5萬(wàn)千瓦容量、1萬(wàn)千瓦自動(dòng)需求響應能力、0.2萬(wàn)千瓦二次調頻能力，年虛擬發(fā)電運行時(shí)間不少于50小時(shí)的商業(yè)建筑虛擬電廠(chǎng)，總“發(fā)電”能力將達到5萬(wàn)千瓦。按此推算，如果上海其他區域也能推廣這種模式，就相當于在不增加資源消耗的情況下新建一座大型電廠(chǎng)。