中國儲能網(wǎng)訊：近日，全國首套自動化虛擬電廠系統(tǒng)在深圳110千伏投控變電站投入試運行，將本就關(guān)注度極高的虛擬電廠再次送上“熱搜”。本期，我們集納了幾位專家觀點，籍此深入探討虛擬電廠的“前世今生”。
虛擬電廠充分實現(xiàn)“以使用者為中心”
■喬奕煒 王冬容
虛擬電廠于本世紀(jì)初在歐洲國家興起，并已擁有多個成熟的示范項目，其主要關(guān)注分布式能源的可靠并網(wǎng)，同時構(gòu)筑電力市場中穩(wěn)定的商業(yè)模式。同期北美地區(qū)推進相同內(nèi)涵的“電力需求響應(yīng)”，可調(diào)負荷占據(jù)主要地位。目前我國虛擬電廠發(fā)展處于起步階段，同時采用以上兩個概念，一般認為虛擬電廠的范疇包括需求響應(yīng)，兩者本質(zhì)相同，是可同時存在的兩個概念，最主要區(qū)別在于前者是對后者的補充與拓展。虛擬電廠不僅聚合了可調(diào)負荷，還可納入近幾年正大規(guī)模興起的分布式電源及儲能。
結(jié)合已有研究和目前實踐情況，可將虛擬電廠定義為將不同空間的可調(diào)負荷、儲能、微電網(wǎng)、電動汽車、分布式電源等一種或多種可控資源聚合起來，實現(xiàn)自主協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，參與電力系統(tǒng)運行和電力市場交易的智慧能源系統(tǒng)。它既可作為“正電廠”向系統(tǒng)供電調(diào)峰，又可作為“負電廠”加大負荷消納配合系統(tǒng)填谷；既可快速響應(yīng)指令配合保障系統(tǒng)穩(wěn)定并獲得經(jīng)濟補償，也可等同于電廠參與容量、電量、輔助服務(wù)等各類電力市場獲得經(jīng)濟收益。
虛擬電廠并不需要改變現(xiàn)有資源與電網(wǎng)的連接方式，而是通過通信技術(shù)與智能計量技術(shù)，對可控資源進行“串聯(lián)”，形成更加穩(wěn)定、可控的“大電廠”，實現(xiàn)發(fā)電和用電自我調(diào)節(jié)，從而為電網(wǎng)提供源網(wǎng)荷儲售一體化服務(wù)。這些可控資源不受電網(wǎng)運行調(diào)度中心的直接調(diào)度，而是通過資源聚合商參與其中。
近年來，我國電力峰谷差矛盾日益突出，各地年最高負荷95%以上峰值負荷累計不足50小時。據(jù)國家電網(wǎng)測算，若通過建設(shè)煤電機組滿足其經(jīng)營區(qū)5%的峰值負荷需求，需要電廠及配套電網(wǎng)投資約4000億元；若建設(shè)虛擬電廠，建設(shè)、運維和激勵的資金規(guī)模僅為400-570億元。可見，相對于供應(yīng)側(cè)的電源建設(shè)成本，需求側(cè)資源要廉價得多。合理利用需求側(cè)資源，既可降低電力成本，還能提升供電可靠性。
我國可參與虛擬電廠運營的可控資源體量龐大，其中，可調(diào)負荷資源5000萬千瓦以上，用戶側(cè)儲能規(guī)模約100萬千瓦，電動汽車接近600萬輛（每輛按5千瓦計算，相當(dāng)于3000萬千瓦儲能），分布式電源裝機規(guī)模超6000萬千瓦，這其中還未納入現(xiàn)存于各地區(qū)小型水電站的裝機容量，且這些資源規(guī)模都還處于快速上升期。若將這些分散資源有效聚合，相當(dāng)于建設(shè)約140臺百萬千瓦級煤電機組，可有效滿足電力負荷增長和削峰填谷需求。
虛擬電廠的可控資源在快速發(fā)展期時，其自身的發(fā)展空間也快速拓寬。但并不是有了資源，虛擬電廠就自然發(fā)展出來了，而是要有一系列必要的體制機制條件作為前提。依據(jù)外圍條件的不同，我們把虛擬電廠的發(fā)展分為三個階段。第一個階段為邀約型階段。是在沒有電力市場的情況下，由政府部門或調(diào)度機構(gòu)牽頭組織，各個聚合商參與，共同完成邀約、響應(yīng)和激勵流程。第二個階段是市場型階段。這是在電能量現(xiàn)貨市場、輔助服務(wù)市場和容量市場建成后，虛擬電廠聚合商以類似于實體電廠的模式，分別參與這些市場獲得收益。在第二階段，也會同時存在邀約型模式，其邀約發(fā)出的主體是系統(tǒng)運行機構(gòu)。第三個階段是未來的虛擬電廠，可稱之為跨空間自主調(diào)度型虛擬電廠。隨著虛擬電廠聚合的資源種類越來越多、數(shù)量越來越大、空間越來越廣，此時可稱之為“虛擬電力系統(tǒng)”，其中既包含可調(diào)負荷、儲能和分布式電源等基礎(chǔ)資源，也包含由這些基礎(chǔ)資源整合而成的微網(wǎng)、局域能源互聯(lián)網(wǎng)。
從整個行業(yè)的發(fā)展來看，原來固有的大機組、超高壓的供應(yīng)側(cè)資源已經(jīng)發(fā)展到了頂峰，取而代之的將是大規(guī)模的需求側(cè)資源，這部分資源潛力巨大，是實實在在的，未來在電力系統(tǒng)中，需求側(cè)資源大概率將成為主角。同時，它們不會以零散的形式存在，聚合商的作用也因此會越來越強，它可將供給側(cè)和需求側(cè)分散式的資源全部聚合起來，最終成為整個行業(yè)和生態(tài)的主角。
從電力系統(tǒng)的控制和優(yōu)化方式來看，當(dāng)需求側(cè)資源不斷引入后，能源互聯(lián)網(wǎng)概念中提出的“以使用者為中心”的目標(biāo)將會實現(xiàn)得越來越充分，我國傳統(tǒng)的自上而下的五級調(diào)度體系很可能不復(fù)存在。所有聚合商、配電系統(tǒng)運營商，都將成為同種性質(zhì)的運營單位，他們聚合大量的需求側(cè)資源，相當(dāng)于一個共享服務(wù)平臺，從而代理這些資源在配電網(wǎng)側(cè)實現(xiàn)平衡后再與大電網(wǎng)發(fā)生關(guān)系。所以，聚合商最終將成為一種跨空間的、廣域的源網(wǎng)荷儲的集成商，系統(tǒng)控制和優(yōu)化的方式可變?yōu)樽韵露系囊环N組織形態(tài)。
發(fā)展虛擬電廠要在電改與能源轉(zhuǎn)型中尋找“交切面”
■陳天 王鵬
隨著包括分布式電源、儲能裝置、電動汽車、可調(diào)節(jié)負荷等在內(nèi)的各類分布式能源的逐步規(guī)?；尤腚娋W(wǎng)，在增強系統(tǒng)的運行經(jīng)濟性、靈活性與環(huán)保性的同時，各類分布式能源自身的波動性與不確定性也對系統(tǒng)的靈活運行提出了新要求。在此背景下，虛擬電廠無疑為高比例分布式能源大規(guī)模接入電網(wǎng)提供了一種嶄新思路：通過區(qū)域性多能源聚合的方式，實現(xiàn)對大量分布式能源的靈活控制。虛擬電廠的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中物理概念上的發(fā)電廠之間、發(fā)電側(cè)和用電側(cè)之間的界限，可同時聚合區(qū)域內(nèi)不同類型的分布式電源以及源荷側(cè)的可控資源，使其能夠以“集合體”的形式參與各類電力市場交易。
因此，虛擬電廠不應(yīng)被狹義地定義為各類分布式資源的集合體，而是基于“通信”和“聚合”的思想，把分散的、與不同層級電網(wǎng)相連的各類分布式能源用戶集合起來，通過能量管理系統(tǒng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制完成市場運營，在實現(xiàn)電能交易的同時優(yōu)化資源利用、提高供電可靠性的一種綜合體。按照對外體現(xiàn)的功能不同，虛擬電廠又可分為兩種類型：商業(yè)型虛擬電廠和技術(shù)型虛擬電廠。
其中，商業(yè)型虛擬電廠的關(guān)注焦點在于最大化其內(nèi)部各類分布式能源用戶的綜合收益，即主要考慮商業(yè)收益，而一般不考慮配電網(wǎng)的影響。技術(shù)型虛擬電廠則一般由分布在同一地理位置的分布式資源組成，其關(guān)注的重點在于為系統(tǒng)運行提供服務(wù)，主要功能包括為配電系統(tǒng)運營商提供本地系統(tǒng)管理以及為輸電系統(tǒng)運營商提供系統(tǒng)平衡和輔助服務(wù)。
由于虛擬電廠首先在國外特別是歐美國家得到應(yīng)用與實踐，有關(guān)虛擬電廠的基本結(jié)構(gòu)與分類、運行控制及參與電力市場的過程主要也基于一些國外成功的虛擬電廠項目，比如歐洲的FENIX項目。
追本溯源，無論是國內(nèi)還是國外，虛擬電廠這一概念的出現(xiàn)以及各國在實踐中的探索，離不開供給側(cè)各類分布式可再生能源發(fā)電的大量發(fā)展，需求側(cè)各類可調(diào)負荷的大量出現(xiàn)，以及儲能、電動汽車等的規(guī)?；l(fā)展。當(dāng)前，電網(wǎng)向清潔低碳、源網(wǎng)荷儲靈活互動轉(zhuǎn)型，電網(wǎng)的供需平衡變化對系統(tǒng)的運行方式提出新要求，這是虛擬電廠在我國與歐美國家得以出現(xiàn)并逐步興起的共同背景。而我國與歐美國家的不同之處在于：歐美國家的電力市場化改革，已在虛擬電廠提出前或同時期得到較完備的發(fā)展，而我國當(dāng)前的電力市場化改革還面臨諸多挑戰(zhàn)，在我國電力體制改革的實際背景中發(fā)展與應(yīng)用虛擬電廠，實際上也是在尋找一條協(xié)調(diào)我國電力市場化進程與能源轉(zhuǎn)型的“中國特色道路”的一個交切面。但毋庸置疑，虛擬電廠作為一種能有效提高能源使用效率、優(yōu)化可再生能源消納、可靠接入與靈活控制大量分布式能源的有效市場手段，未來在我國能源清潔低碳高效轉(zhuǎn)型與電力體制改革中，必將得到更多的理論發(fā)展與實踐應(yīng)用，給出更多“中國特色”的虛擬電廠成功案例。
推動虛擬電廠發(fā)展要從四個方面發(fā)力
■李可舒
“十三五”期間，我國分布式能源、儲能迅速發(fā)展，為虛擬電廠、需求響應(yīng)的發(fā)展提供了豐富資源。虛擬電廠將分散的靈活性能源資源聚合組成一個參與電力市場、提供輔助服務(wù)、協(xié)調(diào)控制的集合體，對于促進新能源消納、維護電網(wǎng)平衡安全運行、合理配置電力資源，協(xié)調(diào)區(qū)域供應(yīng)有著重要意義。
隨著現(xiàn)貨市場和輔助服務(wù)市場的發(fā)展，虛擬電廠和市場聯(lián)系越來越緊密并逐漸參與商業(yè)化運營。國外虛擬電廠發(fā)展較早，尤其德國，美國等發(fā)達國家虛擬電廠的上中下游配套技術(shù)和設(shè)施已非常完善，我國虛擬電廠發(fā)展還處于探索階段。根據(jù)國外虛擬電廠發(fā)展經(jīng)驗，建議：
一是優(yōu)化激勵補償政策和完善市場化交易機制。出臺更多激勵補償政策，開辟更多激勵資金來源。在現(xiàn)貨市場、備用容量市場和輔助服務(wù)市場的建設(shè)中，及時將虛擬電廠作為市場主體納入，為構(gòu)建虛擬電廠參與的全市場體系交易機制和商業(yè)模式打好基礎(chǔ)。
二是加快推進相關(guān)“新基建”。推進新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，積極探索5G、AI和區(qū)塊鏈等新技術(shù)與虛擬電廠的深度融合。推進負荷聚合商為平臺綜合服務(wù)商，為用戶提供負荷削減、負荷管理等多種服務(wù)，使虛擬電廠有效聚合分布式能源，保證虛擬發(fā)電效果可監(jiān)測和可驗證。完善智能感知技術(shù)和傳輸技術(shù)，制定虛擬電廠傳輸協(xié)議，提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)可靠性。
三是盡快出臺虛擬電廠相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)意見。國際上有通用的虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)，但我國尚未明確相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，因此政府部門需盡快制定虛擬電廠指導(dǎo)意見，包括具有我國特色的虛擬電廠定義和范圍，將虛擬電廠納入“十四五”規(guī)劃，為虛擬電廠發(fā)展指明道路。
四是謀劃虛擬電廠發(fā)展分步走。首先，在電力現(xiàn)貨市場、輔助服務(wù)市場到位之前，可大規(guī)模開展“邀約型”虛擬電廠。其次，在現(xiàn)貨市場和輔助服務(wù)市場的建設(shè)過程中，同步將虛擬電廠作為市場主體納入各個市場交易。再次，實現(xiàn)跨空間自主調(diào)度模式。當(dāng)虛擬電廠發(fā)展前個兩階段已完備后，可探索實現(xiàn)跨空間自主調(diào)度，這時用戶、分布式能源可自由選擇調(diào)度主體，并實現(xiàn)跨空間地理交易和結(jié)算。
虛擬電廠“串聯(lián)”起源網(wǎng)荷儲售服，它的實施將使得電力能源行業(yè)從“笨重”走向輕巧靈動、從多層垂直走向少層扁平，貫通能源產(chǎn)業(yè)鏈，提高資源利用率和系統(tǒng)整體效率，實現(xiàn)多方互利共贏。
（喬奕煒、王冬容、李可舒供職于國家電投集團；陳天、王鵬供職于華北電力大學(xué)）
