在上海市中心黃浦區，一座不同尋常的電廠正在悄然建設中。它不建廠房，不燒煤、不燒氣，預計今年年末，它能在用電高峰時段釋放出約5萬千瓦電力來“削峰填谷”。這座明確寫入上海市電力發展“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建筑虛擬電廠，正成為上海市電力體制改革、智能電網建設的獨特案例。
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試運行，“發電”能力達100千瓦。寶龍大廈僅僅是黃浦區虛擬電廠的一個項目。迄今，虛擬電廠最大規模的一次試運行，參與樓宇超過50棟，釋放負荷約1萬千瓦。
什么是虛擬電廠?
發電和用電保持動態平衡，是電網平穩運行的重要保障。近年來，隨著上海產業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，上海電網不得不保留大量的冗余發電能力，造成資源浪費。虛擬電廠的出現解決了這個問題。
虛擬電廠(VirtualPowerPlant，VPP)是由不同類型的分布式能源組成的一類特殊類型的發電廠。它通過先進的控制、通信技術，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電機組，從而參與市場和電網運行。
“這個原理說來也簡單。”上海經研院規劃評審中心(以下簡稱“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、風機轉速、送風量等參數進行一定的柔性調節，就能夠通過減負為電網釋放出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、醫院、學校、政府機關等)都實現了能耗在線監測。由上海市經信委牽頭、上海經研院參與規劃設計、上海騰天節能技術有限公司參與實施的《上海黃浦區商業建筑虛擬電廠示范項目》已于2016年獲國家發改委批復，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”
“辦公樓的發電原理看似簡單，具體實現卻不容易，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，“這也就是虛擬電廠比傳統需求響應資源調用更為先進的地方。”
傳統的需求響應資源調用，如負荷控制平臺，實際上相當于一個備用調峰機組。在用電高峰期，電網調度部門啟動該平臺，向協議用戶下達手動削減負荷指令，或遠程拉閘限電“關開關”。這種方式簡單粗放，用戶體驗感受也較差。
而虛擬電廠要實現的，是柔性負荷控制，柔性負荷在一定時間內靈活可變，可在基本不影響用戶的前提下，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繁多。上海經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，通過對空調的預設溫度、風機轉速、送風量、新風量、冷凍水泵流量、冷凍水進水溫度等幾十個特性參數變量的控制，可以在不停機、不影響用戶使用的前提下，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現‘削峰’的作用，還能實現‘填谷’的功能。同樣以夏季空調制冷為例，在系統檢測到電網的負荷進入低谷期后，利用空調所屬房間儲熱能力，自動調整幾十個特性參數變量，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。
在線實時調頻像真正的“電廠”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功率調節功能，則可以發揮更顯著的系統調節作用。然而傳統的負荷控制平臺只能參與離線調峰安排，條件和技術都難以達到接入系統的要求。
“虛擬電廠要達到的目標，不僅僅是收集分散的電能數據、控制負荷量，而是像一個真正的發電廠一樣，可以參與系統調度，提供調峰、調頻輔助服務和電力市場交易等。”上海經研院規評中心主任費斐介紹，“從這個角度看，上海黃浦區具有建立虛擬電廠得天獨厚的條件。”
黃浦區是上海商業建筑最密集的中心城區，大型商業建筑數量超過200幢，面積近1000萬平方米，年耗電量約13億千瓦時，峰值負荷近50萬千瓦，樓宇能耗占全區總能耗的65%以上，方便對諸多分布式發電資源進行大范圍集中控制。截至2月28日，黃浦區內像寶龍大廈這樣對能耗實時在線監測的樓宇，總數已超過230棟，年監測用電量超過10億千瓦時，占上海市社會領域用電總量的40%。
同時，上海經研院規評中心于2017年開展了《虛擬電廠集控運行平臺設計研究》，于2018年1月完成了《黃浦區商業建筑虛擬電廠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、模塊間的數據關聯、虛擬機組與EMS數據交換需求及平臺架構等方面進行了詳細研究。經過項目驗收組檢測，該平臺已可以實現像發電廠一樣在線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中。根據規劃，今年上海黃浦區將建成預期具有5萬千瓦容量、1萬千瓦自動需求響應能力、0.2萬千瓦二次調頻能力，年虛擬發電運行時間不少于50小時的商業建筑虛擬電廠，總“發電”能力將達到5萬千瓦。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。
