摘要：能源新聞網(wǎng)訊 電力的普遍運用，改變了人類世界的格局——第二次工業(yè)革命的主要標志，就是電力的發(fā)現(xiàn)和廣泛應用。
能源新聞網(wǎng)訊 電力的普遍運用，改變了人類世界的格局——第二次工業(yè)革命的主要標志，就是電力的發(fā)現(xiàn)和廣泛應用。今天，中國也早已完成了電力的全面普及，我們享受著由電力驅動的便捷生活：照明、電梯、冰箱洗衣機空調、電腦手機......以及四處奔馳的新能源汽車。 當你每次接入充電線，給那只不離身的手機續(xù)航時，是否思考過：中國的電力都是從哪里來的，它們是用什么方式發(fā)出來的? 為什么我們只需要按下開關，電就開始工作了。 這一切，究竟是如何實現(xiàn)的? Part1 電從哪里來?——發(fā)電與傳輸 截至今年4月底，全國累計發(fā)電裝機容量約 26.5 億千瓦，同比增長 9.7%。 我們對發(fā)電廠的印象，大多來自于火電廠里冒著水蒸氣的冷卻塔、平原與山間那些高聳的白色風機機組，在高鐵途中遇見的一排排齊刷刷的光伏，以及幾乎每個中國人都知道的——奔涌的長江與三峽水電站代表的水電。 與印象無異的是，以上種種正是中國電力的主要來源：截至2022年，全國累計發(fā)電裝機容量約25.6億千瓦，其中火電占比近7成，水電占比15.3%，風電8.6%。 火電廠是地球上最復雜最高精尖的工業(yè)系統(tǒng)之一，先將燃料的化學能轉化為機械能，再通過透平和發(fā)電機將機械能轉換為電能上圖僅能大致示意它的運行布局。 需要引起我們注意的是，火電占比已經(jīng)從2019年的68.88%下降為66.5%，而太陽能發(fā)電裝機容量上升至約3.9億千瓦，相比2019年的2.0億千瓦已經(jīng)幾乎翻番。不難發(fā)現(xiàn)清潔能源的占比正在拔高，這也呼應了我們對雙碳的承諾——煤電比重逐步降低，扶持非化石能源發(fā)展。 而當電力被生產(chǎn)出來之后，它還需要穿越千山萬水，才能到達我們每個人的家中。于是就產(chǎn)生了一個讓我們熟悉而又陌生的名詞：“高壓電”，那么電為什么需要高壓傳輸? 首先，當你認真查看身邊所有電器產(chǎn)品、電子產(chǎn)品充電器時，一定會反復發(fā)現(xiàn)“220V”這個數(shù)值，它其實就是中國居民用電的標準電壓，而從另一端電廠出發(fā)的高壓輸電電壓卻至少會在110kV以上，從而降低傳輸中的損耗： 當發(fā)電廠供電時，供電線上的功率其實是由終端用戶來決定的。我們假設末端居民的總用電功率P為220kW、輸電線的電阻R為1Ω，如果只采用220V來輸電，線路上的電流達到了1000A，耗損功率為驚人的Q=I2R=1000kW;而采用110kV輸電時，電流降為了2A，耗損功率只有Q=I2R=4W。 兩個結果相差25萬倍，殺雞確實得用牛刀。提高電壓，線路上的電流就會減小，損耗的功率Q=I2R也會相應地減少。 而發(fā)電廠與終端用戶的距離越遠，對電壓的要求就更高——“特高壓”(800kV以上)。 讓我們說回上述提到的矗立于奔涌長江上的三峽發(fā)電站——“西南江河滾滾流，流的都是煤和油”，三峽正是中國當代偉大工程“西電東送”的中部通道樞。 放眼全國， 每年有高達4500多億度電(清潔電)通過總長度34640公里的特高壓線路橫跨中國東西之間的地理三級階梯，淌過三峽、飛過青藏高原，走出云貴大山，去連接東部。為沿海的制造業(yè)提供能源動力，為每個人的家與夢想提供光亮。 2019年，來自云貴高原的52.5億度水電被輸送到廣州，以火電廠發(fā)電消耗的標準煤計算，減排二氧化碳達613.4萬噸。 用新疆的風，點亮上海的光 讓川渝的水，明亮珠江的岸 Part2 如何保障用電?——用電高峰與虛擬電廠 今年入夏以來，居民用電負荷疊加企業(yè)生產(chǎn)用電同步增長，導致負荷曲線快速上揚，電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行面臨巨大考驗。 早在五月初，我們就曾在文章《新一輪用電大考，愛開空調的你會怎么答題?》提到： “在廣東，當氣溫達到35度以上時，每增加一攝氏度，對應的負荷就會上升300-500萬千瓦。” 而實際情況是，今年1至3月，全社會用電量同比增長3.6%;26個省份全社會用電量實現(xiàn)正增長;工業(yè)和制造業(yè)當月用電量增速高于全社會平均水平。業(yè)內預測，今年全國最大電力負荷可能超過13.6億千瓦，較去年有較大的增長。 在這個大背景下，我們注意到一則消息：國家電網(wǎng)今年建設迎峰度夏重點電網(wǎng)工程239項。其中，四川34項四川電網(wǎng)補強工程將全部建成投運，新建輸電線路1207公里，新增變電容量達1333萬千伏。同時——我國西南地區(qū)首個特高壓交流線路——1000千伏川渝特高壓和攀西地區(qū)電網(wǎng)優(yōu)化工程正在加速建設。經(jīng)歷了去年8月大規(guī)模缺電、限電的沖擊之后，四川鮮明的提出要在三年內加快補齊電網(wǎng)短板弱項，并適度超前以應對用電高峰帶來的穩(wěn)定性挑戰(zhàn)。 但在去年底12月，四川省政府印發(fā)的《四川省電源電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃(2022—2025年)》中，提出要大力實施互聯(lián)互濟的重要電網(wǎng)工程，并指出當前四川電網(wǎng)的主要短板就是在于互聯(lián)互濟能力不足。 供電峰值不足，最優(yōu)的解法為什么不是更多的發(fā)電站? 首先，我們來算一本經(jīng)濟賬：據(jù)國家電網(wǎng)測算，通過火電廠實現(xiàn)電力系統(tǒng)削峰填谷，滿足全社會5%的用電峰值負荷需要投資 4000 億元;另一方面，風電、光伏發(fā)電等清潔能源具有“大裝機、小電量”的屬性和隨機性、波動性、間歇性等特征，其發(fā)電量易受氣候影響，并不穩(wěn)定。 新增大型水電站?可全中國，又有幾個三峽、幾個劉家峽? 于是，互聯(lián)互濟或是一種更好的選擇。 簡單來說，電網(wǎng)互聯(lián)互濟就是兩個或多個用電主體聯(lián)合起來進行錯峰互濟，當一方因為受災或其它需求致使用電負荷激增時，另一方可進行急援。 我們以閩粵電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)工程為例：福建是東南沿海重要的清潔能源基地，電力在自平衡基礎上具備向外省輸出的條件。廣東則是典型的受端電網(wǎng)，近30%的電力需要從省外輸入。兩網(wǎng)緊密相鄰，電源結構和用電特性具有極強的互補性。閩粵聯(lián)網(wǎng)工程的投產(chǎn)，廣東及福建兩地季節(jié)性送電電力可達50萬千瓦至160萬千瓦，相當于減少一座大型火電廠的建設。” 在面對極端氣候、自然災害或是其它原因引發(fā)的用電高峰時，兩地都擁有了從容對抗風險的能力。但另一方面，隨著新能源裝機規(guī)模大幅增長，僅僅依靠電力系統(tǒng)的電源側和電網(wǎng)側進行調節(jié)，已難以滿足持續(xù)增加的新能源并網(wǎng)消納需求。 一個新的解題答案，正在被擺上桌面。除了以實體電網(wǎng)為支撐的互聯(lián)互濟，我們還可以建設一個虛擬電廠：“虛擬”即意味著并非發(fā)電實體，而是將電網(wǎng)中散落的可調節(jié)電力負荷(民用或商用的太陽能、家用電池、新能源汽車電池)搭建成儲能池，或是在用電高峰期通過云端對工業(yè)、交通和空調等用電大戶進行優(yōu)化，實現(xiàn)負荷側的可調節(jié)。它本質上是搭建一個協(xié)同控制的數(shù)字化平臺，調度社會用戶參與電力市場，起到靈活的削峰填谷等作用。 并且，虛擬電廠在建設、運營、激勵等環(huán)節(jié)投資僅需 500 億元至 600 億元。僅為火電廠成本的12%～15%。 Part3 虛擬電廠是如何落地的 在可調節(jié)負荷中，夏季的空調負荷是拉大用電峰谷差、加劇電網(wǎng)高峰運行壓力的重要因素。上述我們提到，“氣溫上升一度，用電負荷上升300-500萬千瓦”，而這其中空調的負荷占比達到30%。 如果是在沿海發(fā)達城市，這個占比還將上升至40%-50%(據(jù)國網(wǎng)統(tǒng)計) 為此，早在2019年12月，國家電網(wǎng)上海市電力公司就組織了虛擬電廠運營項目試點工作，針對黃浦區(qū)商業(yè)建筑中的空調系統(tǒng)進行了負荷資源的監(jiān)測，期間共有226個客戶參與試點，響應負荷共計87 MW。試點中，虛擬電廠負荷側的交易和調配均通過國網(wǎng)系統(tǒng)的首個虛擬電廠運營體系完成，標志著虛擬電廠體系在滬成功率先投入試運行。 但美中不足的是，上海黃浦區(qū)試點的商業(yè)建筑虛擬電廠項目實現(xiàn)了對負荷資源的監(jiān)測，但尚未實現(xiàn)對負荷資源的在線自動控制。而南方電網(wǎng)深圳供電局與冀北的虛擬電廠項目，也都在調度系統(tǒng)接入與對可控資源的調控及交易功能上存在短板。 畢竟，虛擬電廠的業(yè)務架構層次多、流程復雜，除基礎物聯(lián)和通信技術外，還涉及特性分析、聚合等值、邊界預測、交易決策、調度分解、安全控制等復雜計算技術。此外，虛擬電廠在發(fā)達國家雖然已有成熟實踐，但在國內起步不久，成熟案例與政策支持都相對空缺。 從技術層面講，以往的能源調控的顆粒度比較大，往往是針對整個園區(qū)或至少是一個工廠的整體調節(jié)。虛擬電廠針對的是設備級，而且要求自動響應，復雜性與技術要求就很高了。 虛擬電廠數(shù)字化平臺是虛擬電廠的中心，但分布式資源則是虛擬電廠真正的落腳點，由于電力用戶資源的分散以及設備類型的多樣性，想要將負荷側資源聚合在一起本身就存在著巨大困難。如何將零散在各地的換電站、分布式燃機、充電樁、樓宇空調充分調度起來，并且還需要有一個強大的平臺進行實時的自動控制、計量、調度、交易等等功能，都在考驗著平臺先天的優(yōu)勢與兼容性。 當數(shù)字化平臺+負電網(wǎng)荷占比最高的空調系統(tǒng)兩大難題合一，卻打開了解題的砝碼。 美的在全國各地的大型商業(yè)樓宇，擁有大量的中央空調系統(tǒng)：美的商業(yè)中央空調市場占有率全國第一，目前已在線商業(yè)中央空調達500多萬臺。如果我們以其為基礎，與電網(wǎng)共同建設一個空調負荷柔性調控體系，它的潛力將是巨大的。 實現(xiàn)“雙碳”目標，能源是主戰(zhàn)場，電力是主力軍。有利于雙碳目標的事，總顯現(xiàn)著美的樓宇科技的身影。今年5月，美的樓宇科技iBUILDING虛擬電廠運營管理平臺正式上線。 打造負荷側虛擬電廠的關鍵基礎，在于用電設備智能化水平與實時精準測算設備可調負荷的平臺能力，如此方能實現(xiàn)對社會面空調設備耗能的實時監(jiān)測與控制優(yōu)化。而美的樓宇科技的多聯(lián)機中央空調市場占有率超過15%，已在線商業(yè)樓宇智能化VRV空調系統(tǒng)達500多萬臺 在此優(yōu)勢基礎上，美的樓宇科技iBUILDING平臺能夠通過大數(shù)據(jù)、云計算、邊緣技術、人工智能技術，使得iBUILDING虛擬電廠運營管理平臺獲得智能化資源識別、場景資源適配、廣域調度能力、移動互聯(lián)能力，使得分布在不同城市不同樓宇中的空調資源的形成規(guī)?；酆?，從而快速接入電力系統(tǒng)負荷聚合平臺。 當進入夏季電高峰時段，iBUILDING虛擬電廠運營管理平臺能夠及時響應電力系統(tǒng)削峰填谷需求，在不影響用戶空間舒適度的前提下，一鍵下發(fā)指令對虛擬電廠區(qū)域內相關建筑中央空調的溫度、風量、轉速等多個特征參數(shù)進行自動調節(jié)，柔性調節(jié)空調系統(tǒng)負荷，保障供電穩(wěn)定運行，同時實現(xiàn)節(jié)能降耗，為用戶節(jié)約用電成本。同時，美的樓宇科技將通過能效管理解決方案加快水冷式空調系統(tǒng)的接入，持續(xù)擴大iBUILDING虛擬電廠運營管理平臺可調負荷容量，形成源網(wǎng)荷儲協(xié)同消納新能源的格局，助力電力系統(tǒng)提升靈活調節(jié)能力。 參與了虛擬電廠的客戶，可以通過i管家用戶端APP對空調設備狀態(tài)進行一鍵掌握，隨時獲知電網(wǎng)下發(fā)的新任務并按自身情況決定是否進行響應。 *系統(tǒng)數(shù)據(jù)為模擬數(shù)據(jù) 今年5月，美的樓宇科技與中國電力科學研究院有限公司正式達成戰(zhàn)略合作，將與電科院攜手打造空調負荷聚合平臺，聯(lián)合向國家電網(wǎng)各省電力公司推廣“虛擬電廠–空調負荷柔性調控”業(yè)務。協(xié)助各地電網(wǎng)實施精準需求響應措施，保障高峰期的有序穩(wěn)定供電，共同推進負荷管理數(shù)字化改革，賦能世界一流電網(wǎng)建設。 今夏天，iBUILDING虛擬電廠運營管理平臺將在浙江正式投入運行——要知道，浙江2022年社會用電量排名全國第四，是不折不扣的能源消費大省。而今年迎峰度夏期間，全省社會用電量最高負荷預計將達到1.15億千瓦。iBUILDING虛擬電廠運營管理平臺加入，正是為了助力浙江電力系統(tǒng)增強削峰填谷的能力，提高電力系統(tǒng)整體的運行效率與穩(wěn)定性。 讓浙江人民敢用電、放心用電。 我們也提供了高效率的管理平臺： 在iBUILDING虛擬電廠運營管理平臺的首頁上，整個虛擬電廠的運維管理工作都呈現(xiàn)了極大的即時性與可視化：電網(wǎng)管理人員可以一屏查看項目統(tǒng)計、設備統(tǒng)計、實時負荷、可調負荷、任務統(tǒng)計、已調數(shù)據(jù)、排名統(tǒng)計、碳排統(tǒng)計等全面數(shù)據(jù)。 通過技術優(yōu)勢與用戶基礎優(yōu)勢，美的樓宇科技以iBUILDING美的樓宇數(shù)字化平臺為基礎，協(xié)助電網(wǎng)實施精準需求響應措施，推動負荷管理數(shù)字化改革，建立健全的空調負荷柔性調控體系，為各地有序穩(wěn)定供電提供的新路徑和有效范本。我們致力于用這項智能電網(wǎng)技術，聚合企業(yè)、居民參與電力市場交易，新增收入渠道，實現(xiàn)用戶和電網(wǎng)、節(jié)能與用電的多方共贏。 新疆的風，可以點亮上海的光; 你家中的空調，也可以點亮東方明珠的塔尖。 免責聲明：以上內容轉載自美的樓宇科技，所發(fā)內容不代表本號立場。
