小型分布式發(fā)電廠以及諸如風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電等產(chǎn)量波動(dòng)不定的能源資源有一個(gè)共同之處，那就是，它們提供的電力對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性提出了更高的要求。虛擬發(fā)電廠是一個(gè)智能解決方案,它將眾多小型發(fā)電廠聯(lián)網(wǎng)，形成一個(gè)龐大的智能電網(wǎng)。

在德國(guó)威斯特伐利亞省的Niederense村，漫步在寧靜的鄉(xiāng)間小路上，我們只聽得到清脆的鳥叫聲和M??hne河潺潺的流水聲。一座建于1913年的小型水電站，與這里純樸的田園風(fēng)光相映成趣。這座發(fā)電量為215千瓦的水電站，是該地區(qū)眾多小型水電站中的一座。然而，將近一個(gè)世紀(jì)以來，這座水電站所采用的西門子-哈爾斯克發(fā)電機(jī)一直在不知疲倦地生產(chǎn)電力。現(xiàn)在，這位“老前輩”成為了一個(gè)龐大的高科技創(chuàng)新計(jì)劃的重要組成部分。從2008年10月起，在RWE（發(fā)電企業(yè)）和西門子聯(lián)合發(fā)起的ProViPP（專業(yè)虛擬發(fā)電廠）試點(diǎn)項(xiàng)目項(xiàng)下，這座水電站與威斯特伐利亞省Sauerland地區(qū)的Lister河和Lenne河流域的其他8座水電站相互連接起來。

人人都是這個(gè)項(xiàng)目的受益者，包括水電站業(yè)主、電力貿(mào)易商和電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商，當(dāng)然，更加激烈的競(jìng)爭(zhēng)會(huì)帶給終消費(fèi)者更多實(shí)惠。虛擬發(fā)電廠概念通過將眾多小型分布式發(fā)電廠聯(lián)網(wǎng)，形成可從中央控制站統(tǒng)一運(yùn)營(yíng)的虛擬發(fā)電廠，為電力公司創(chuàng)造了新的電力供應(yīng)源，作為其大規(guī)模、集中式發(fā)電廠的補(bǔ)充。這樣的虛擬發(fā)電廠可以將風(fēng)力發(fā)電、廢熱發(fā)電、光伏發(fā)電、小型水電站和沼氣發(fā)電等系統(tǒng)，以及諸如煉鋁廠和大型水泵站等用電大戶聯(lián)合起來，組成一個(gè)一體化電力供應(yīng)機(jī)構(gòu)。

通過在Sauerland地區(qū)開展這個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目，西門子和RWE打算展示虛擬發(fā)電廠的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)從中積累經(jīng)驗(yàn)、拓展知識(shí)，以進(jìn)一步開展其他應(yīng)用。RWE負(fù)責(zé)分布式發(fā)電系統(tǒng)的項(xiàng)目經(jīng)理Martin Kramer表示，“這個(gè)項(xiàng)目將持續(xù)到2010年。目前，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)取得了良好的效果，此外我們還打算連接更多發(fā)電廠。”

對(duì)外而言，這9座聯(lián)網(wǎng)的小型水電站就像是一座大型發(fā)電廠。在試點(diǎn)運(yùn)行階段，它們的總發(fā)電量為8.6兆瓦。盡管這座虛擬發(fā)電廠尚未積極參與電力交易，但構(gòu)成這座虛擬發(fā)電廠的眾多小型發(fā)電廠，已經(jīng)為一種新的電力銷售形式創(chuàng)造了關(guān)鍵的前提條件。Kramer說：“單獨(dú)而言，這些水電站都太小，不能通過電力貿(mào)易商在電力交易所銷售其生產(chǎn)的電力，也無法為電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商提供調(diào)節(jié)電力。緊急備用電力交易市場(chǎng)要求發(fā)電廠必須在15分鐘之內(nèi)應(yīng)需提供電力，要在這個(gè)市場(chǎng)上銷售電力，虛擬發(fā)電廠必須具備低15兆瓦的發(fā)電量。”目前，這座由9座小型水電站聯(lián)網(wǎng)形成的虛擬發(fā)電廠，尚未達(dá)到這樣的裝機(jī)容量，因此，只能按照德國(guó)《可再生能源法》（EEG）的規(guī)定，將其生產(chǎn)的電力輸送給 電網(wǎng)。不過，按計(jì)劃擴(kuò)大項(xiàng)目范圍后，該虛擬發(fā)電廠就可以直接在電力交易市場(chǎng)上銷售其生產(chǎn)的電力了。

通過分布式電力管理系統(tǒng)軟件，可以查看一座虛擬發(fā)電廠所包含的所有系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)。該軟件可以生成發(fā)電運(yùn)行計(jì)劃。

超酷控制系統(tǒng)。在Sauerland虛擬發(fā)電廠的核心，是西門子提供的分布式發(fā)電管理系統(tǒng)（DEMS）。這個(gè)系統(tǒng)負(fù)責(zé)顯示發(fā)電系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)，生成預(yù)測(cè)和報(bào)價(jià)信息，以及按計(jì)劃控制電力生產(chǎn)。系統(tǒng)的用戶界面被劃分為發(fā)電、負(fù)荷、合同和蓄電等幾個(gè)部分。為了便于使用，位于用戶界面中部的是“平衡節(jié)點(diǎn)”（輸入和輸出的電力必須相等）。“預(yù)測(cè)和使用規(guī)劃”、“監(jiān)視和控制”窗口提供了更多信息。因此，通過查看彩色條形圖，發(fā)電經(jīng)理可以一目了然地掌握哪座發(fā)電廠當(dāng)前正在以峰值負(fù)荷或哪座以基本負(fù)荷運(yùn)行，以及這些發(fā)電廠的發(fā)電量。

將諸如發(fā)電量等發(fā)電廠狀態(tài)信息與市場(chǎng)預(yù)測(cè)相結(jié)合，DEMS將根據(jù)第二天的電價(jià)和總共可用的電力，生成預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。這個(gè)發(fā)電管理系統(tǒng)甚至還考慮了天氣數(shù)據(jù)，以預(yù)測(cè)諸如風(fēng)電和太陽能發(fā)電等變幻不定的能源資源的發(fā)電量。

可以在需求模式下，控制該計(jì)劃。

在通過電力貿(mào)易商在電力交易市場(chǎng)上給出報(bào)價(jià)之前，該系統(tǒng)所生成的價(jià)格需經(jīng)發(fā)電經(jīng)理審批。經(jīng)發(fā)電經(jīng)理批準(zhǔn)和認(rèn)可之后，DEMS將為虛擬發(fā)電廠中的每一座發(fā)電廠生成運(yùn)行計(jì)劃，這個(gè)計(jì)劃規(guī)定了每座發(fā)電廠在規(guī)定時(shí)間必須生產(chǎn)電量。西門子能源電力系統(tǒng)管理部產(chǎn)品經(jīng)理Thomas Werner博士表示，“DEMS的建模能力十分出色，該系統(tǒng)生成的計(jì)劃可以得到的執(zhí)行。”這些模型根本不需要人工修正。

RWE的Martin Kramer同意他的看法。“這套系統(tǒng)非常棒。計(jì)劃生成之后，這個(gè)發(fā)電管理系統(tǒng)能夠自動(dòng)控制整個(gè)過程，包括每座發(fā)電廠的運(yùn)轉(zhuǎn)需求。”

隨著分布式發(fā)電廠和可再生能源發(fā)電提供的電力越來越多，電網(wǎng)和電力市場(chǎng)將受到越來越大的影響。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，西門子開發(fā)了DEMS系統(tǒng)。后臺(tái)的通信系統(tǒng)確保了控制中心與每座發(fā)電廠之間可靠的連接。在發(fā)電站，西門子通信設(shè)備通過無線通信調(diào)制解調(diào)器，將發(fā)電站連接至控制中心。這種方法的優(yōu)勢(shì)是，無需進(jìn)行成本高昂的電纜布線或租用固網(wǎng)專線。

先進(jìn)的IT系統(tǒng)是虛擬發(fā)電廠的核心所在

這座虛擬發(fā)電廠的分布十分零散。其DEMS主機(jī)部署在位于科布倫次附近Plaidt的控制中心，運(yùn)行站設(shè)在科隆，發(fā)電廠遍布于Sauerland地區(qū)。盡管構(gòu)成如此復(fù)雜，目前尚未制定出適用于分布式發(fā)電廠通信的標(biāo)準(zhǔn)。Werner說：“統(tǒng)一的接口和協(xié)議仍然有待制定。”他指出，因此，每座虛擬發(fā)電廠都需要度身定制的解決方案。他補(bǔ)充道，“要大幅簡(jiǎn)化虛擬發(fā)電廠的設(shè)計(jì)，我們需要開放的標(biāo)準(zhǔn)。”

盈利豐厚的備用電力。現(xiàn)有的適用于虛擬發(fā)電廠的業(yè)務(wù)模式已經(jīng)顯露出誘人的盈利前景。例如，盡管用電量和發(fā)電量不斷波動(dòng)，但電網(wǎng)公司必須始終維持電網(wǎng)平衡。這種情況下，虛擬發(fā)電廠的經(jīng)營(yíng)者可以出售備用電力，提供一定發(fā)電量已備急用。需要時(shí)，買家可以下單購買事先同意的電量。然后，虛擬發(fā)電廠將按合同的規(guī)定，在事先同意的時(shí)段內(nèi)，啟動(dòng)或關(guān)閉發(fā)電機(jī)組，以使電網(wǎng)頻率穩(wěn)定在50赫茲或60赫茲。

杜伊斯堡—埃森大學(xué)的Christoph Weber教授預(yù)計(jì)，通過向虛擬發(fā)電廠購買備用電力，電力貿(mào)易商可以節(jié)省向電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商支付的“補(bǔ)償電力”費(fèi)用，從而使收入增加數(shù)十萬歐元。當(dāng)向電網(wǎng)輸送的電力超出或未達(dá)到運(yùn)行計(jì)劃中規(guī)定的發(fā)電量時(shí)，就要支付“補(bǔ)償電力”費(fèi)用。為了避免出現(xiàn)這種情況，發(fā)電企業(yè)需要盡可能嚴(yán)格地遵守事先同意的運(yùn)行計(jì)劃，而這正是像DEMS這樣的發(fā)電管理系統(tǒng)的用途。除增加發(fā)電量之外，一種值得關(guān)注的替代方案是，中央控制站暫時(shí)關(guān)閉諸如煉鋁廠等用電大戶。另一個(gè)可行的替代方案是，在位于萊比錫的歐洲能源交易所（EEX）出售電力，但前提條件是，生產(chǎn)每千度電的成本低于當(dāng)前的交易價(jià)格。

虛擬發(fā)電廠還有許多其他用途，正如德國(guó)魯爾區(qū)的市政發(fā)電廠所展示的那樣。擴(kuò)建配電網(wǎng)絡(luò)以向新的住宅區(qū)提供電力，需要高昂的固定設(shè)備投資。因此，當(dāng)?shù)卣疀Q定不敷設(shè)新的配電線路，而是通過安裝大量的分布式燃?xì)獍l(fā)電裝置和微型總裝式廢熱發(fā)電裝置，并將之聯(lián)網(wǎng)，形成一座可以提供電力和暖氣的虛擬發(fā)電廠，來滿足這個(gè)住宅區(qū)的用電需求。這樣，就可以推遲幾年再進(jìn)行耗資巨大的投資。一些不那么起眼的組件，也能構(gòu)成虛擬發(fā)電廠，例如，通過將醫(yī)院和工廠的應(yīng)急發(fā)電機(jī)，與電話和互聯(lián)網(wǎng)通信中心常見的蓄電池連接起來。

虛擬發(fā)電廠還能帶來宏觀經(jīng)濟(jì)利益。Werner指出，“發(fā)電站網(wǎng)絡(luò)的益處絕不僅于其當(dāng)前的用途。”例如，按當(dāng)前的消耗速度，的銅礦儲(chǔ)量將在32年內(nèi)被消耗殆盡。如果像印度和中國(guó)這樣的國(guó)家的用銅量和工業(yè)化國(guó)家一樣多，那么，這種稀有金屬很快就會(huì)出現(xiàn)短缺，價(jià)格也將急劇上漲。

但是，如果新興工業(yè)化國(guó)家依靠智能電網(wǎng)和虛擬發(fā)電廠等擴(kuò)建其電力基礎(chǔ)設(shè)施，采用分布式系統(tǒng)，在需要耗用電力的地方就近發(fā)電，那么，就能減少建設(shè)用于輸送電力的線路，從而使有限的銅儲(chǔ)量可以維持更長(zhǎng)時(shí)間。