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发电企业:福特主义的虚拟电厂
作为工业2.0的产物,现代电力系统和汽车产业的底层范式是一脉,即源自福特流水线制造、铁路的时间管理、和泰勒的工作管理。
这种思维延伸到虚拟电厂,其特点是:
1、强调流水线分工和协作
即虚拟电厂就是电厂,电厂是电力系统的一部分,必须与大电网、负荷严格协同。
2、最重要的竞争力是制造规模
以规模效应创造更低的边际生产成本,并取得竞争优势。所以虚拟电厂必须以规模制胜,一个虚拟机组百兆瓦是起步。
3、最严格的闭环控制
产-供-销的瞬时平衡,必须要通过一区的调度自动化系统接入,实现AGC/AVC。
4、与电力系统的生产节拍一致
电力系统每秒生产和输配50次电能量,所以虚拟电厂也要为这个节拍进行贡献,频率调节能力是最重要目标。
所以我们看到大部分火电企业,采用这种思维在“建设”虚拟电厂,对他们而言,虚拟电厂最主要的资源是工商业储能,因为储能可以被建设,而且储能很“听话”。
电网企业:丰田主义的虚拟电厂
工业3.0的典型思维是丰田主义,在福特主义的基础上,丰田生产做了如下的改善,应用到虚拟电厂领域就是:
1、强调多中心协作
丰田以资本和供应链为纽带,服务丰田汽车主机厂,形成了“丰田体系”,比如爱信变速箱、丰田发动机、甚至织物座椅的面料都来自丰田纺织。他们自成中心,围绕主机厂这个太阳形成公转。
电网公司建设虚拟电厂的思维,更类似丰田主义,即多个虚拟电厂,无论是电源型还是负荷型,都应该满足电网的平衡需求,形成协同服务。
2、及时生产JIT
如果丰田把零库存、动态供应链、及时生产,在汽车领域做到极致,那么电力作为无法大规模经济存储,理论上必须生产-配送-销售-消费瞬时平衡的产品,所以负责电力系统平衡的电网公司是最JIT(Just In Time)的。
JIT是利用现代信息技术,尤其是MIS系统,MES系统,和工业自动化技术,如流水线自动化,制造自动化,仓库自动化、物流自动化等技术,形成的一套制造管理体系。
虚拟电厂在丰田主义的视角里,也是融合现代信息技术,比如云计算,5G移动通信(切片),现场自动化(SCADA、BMS等),实现负荷侧跟随新能源的动态平衡能力。
3、信息化驱动
要实现新能源为主的电力系统的JIT,必须要负荷侧的虚拟电厂配合,必须要以信息化实现多节点、多中心、多用户的大规模协同。
无论是传统EMS、新型云-边协同EMS、虚拟电厂管理系统、还是电网的负荷管理系统、交易管理系统、调度信息系统,都通过广义的信息管理和信息交互,实现大范围协作。
4、批量管理
如果说福特主义是服务于生产过程的节拍,即电厂提供频率支撑,那丰田主义更进一步,在内部节拍基础上,实现多周期、多品种、多批次的产销平衡,现代汽车工业可以支持交货周期预测、客户定制配置的车型制造、单批多品种柔性制造等需求。
对虚拟电厂来说,绿色电力产品进入到不同规模、不同时间长度的能量平衡过程中。虚拟电厂也可以支持长协、月度、日前日内、现货等电能量品种,以及调频、无功、备用容量等辅助服务品种的交易,实现多品种多批次的组合。
虚拟电厂运营商,未来是特斯拉主义
个人认为特斯拉主义是从制造向服务,尤其是汽车使用场景的服务转型,并反过来重新定义产品制造的一个过程,所以特斯拉主义既关注智能驾驶、快速充电等使用场景,也重构制造环节满足使用需求。
1、动态连接
虚拟电厂主要的可调节资源是负荷,用户侧储能只是配菜。
负荷的本质是电力消费需求的满足。所以负荷是跟随用电消费者的消费需求,比如生产计划变动的,虚拟电厂不是制造思维,而是消费服务的思维。
这也是为什么发电企业(电力的制造)到虚拟电厂这个领域就很困难的原因。
因为负荷和消费需求是动态的,随时变化的,甚至分布式光伏的自发自用更加剧了这种变化。
虚拟电厂是对这种负荷侧变化的趋势性管理——用技术和经济手段去预测、试图管控这种变化并为电力系统服务。
那么必须直面负荷的这种动态特性,实现虚拟资源的动态连接和动态调整,某种意义上它是JIT的升维版本:
JIT只是制造环节的动态零库存,而虚拟电厂是制造+消费全产业链的动态零库存。
传统工业思维和消费思维是弱耦合,中间需要经过一个营销和销售环节去串联。特斯拉是最早一批把供应链、设计、制造、营销销售(4S)、消费阶段服务(维护、充电、OTA升级、智驾)彻底打通的,比如取消加盟4S店,直营销售服务。
如何实现源网荷储充的多层次、多场景、多产品的动态资源分配和管理,让新型电力系统,像电脑对内存读写一样做到实时动态,这是虚拟电厂要解决的问题,而不是用“我们管不了负荷,只能靠储能”这种思维去回避。
从这个意义上说,微电网、园区配电网、以及增量配电网是最有机会,打破传统电力系统“生产、输配、营销、消费”割裂局面,实现“产供销+服务”一体化的。
新型电力系统面对高比例新能源并网,也必须往这个方向去演化,个人认为某种角度,西班牙大停电的根本原因就是环节割裂导致。大系统割裂局面下,虚拟电厂再怎么发展,也不可能彻底解决上述风险和问题。
在电力最后1公里,率先实现的“源网荷储充一体化”,也是“产供销一体化”,至少在消费测增加了大系统风险对冲的能力,虚拟电厂是在这个背景下涌现出来的一种管理手段。
2、软件定义生产和消费
特斯拉的全产业链运营,我认为终极目标是把汽车从一个耐用消费品,变成无人驾驶,把人最安全、最经济从A点运送到B点的服务。所以不管是特斯拉的无人智驾,还是RoboTaxi,无非是自己购买资产还是租赁智驾运力的手段,目的是一样的。
和新型电力系统的“源网荷储充”,本质上也一样,是无人驾驶,把绿色电力最安全、最经济的从生产地(电源)运送到消费地(负荷),从这个意义上,是自发自用,还是从3000公里以外购入绿电,也没有区别。
其核心是软件定义的绿色能源动态发用平衡过程。
对虚拟电厂这个场景集合来说,最优先的自然是本地的源网荷储充一体化,并且通过微电网、微网群、微网-配电网格、配电网格与区域配网的多层次协调实现。
更强调高内聚(内部源网荷储充,能尽量自发自用,就地就近平衡),低耦合(减少外部能量交换)。这些都是需要通过软件设计实现。
3、AI驱动的能量过程
经典软件设计采用“穷举法”,就是用程序架构(比如分支处理,异常处理)去遍历所有可能的结果。
但是到新型电力系统,因为变化太快,可选择的手段太多,多场景多目标多品种组合无法穷尽,所以靠计划、靠经验、靠离线算法无法解决,必须借助AGI去动态生成各种策略。
特斯拉的目标是:用机器视觉+端到端AI,解决L4级别智驾。
如果我们把一度绿电看成一辆汽车,那么需要用泛在传感控制器+端到端AI,解决L4级别的绿电能量配送问题。
4、满足高度个性化需求
特斯拉智驾+RoboTaxi,覆盖200KM的城市区域泛出行问题,就是不需要任何驾驶员,把人从A送到B。
未来的虚拟电厂,覆盖也是200KM的负荷侧、配网区域的泛在绿电配送问题。
当然也和网约车一样,适应不同气候、不同人群(豪华专车到顺风车)、不同里程的个性化出行需求。比如各种交易品种,尤其是还未开展的配网层次的电能量、辅助服务、容量品种交易。
总结
创新分为不同层级,把工商业储能用于虚拟电厂,这是技术模式和商业模式的创新。
虚拟电厂的创新意义,个人认为是远远超过简单聚合几个空调、几个储能柜参与需求响应的,这都是术的层面。
特斯拉主义的虚拟电厂,对福特主义的虚拟电厂来说,是一种范式创新。范式创新的最大可能,是带来颠覆性的,生态级别的创新机会。
从范式的,道的层面去理解,某种意义上它是一种基于下一代互联网(Web3.0),DePIN(去中心化基础设施)和DeFi(去中心化金融交易)的深度融合,产生新的零碳经济体、零碳经济模式、零碳技术生态、零碳经济生态的过程。
道阻且长,一起努力。
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