中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：文/王偉 劉敦楠，上海電力交易中心有限公司 華北電力大學(xué)，中國(guó)電力企業(yè)管理
上海電網(wǎng)作為支撐社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)際大都市的典型超大城市電網(wǎng)，隨著第三產(chǎn)業(yè)用電比重逐步上升、負(fù)荷峰谷差不斷拉大，負(fù)荷峰谷波動(dòng)劇烈，2020年夏季的最大峰谷差率高達(dá)43%，引起本地發(fā)電機(jī)組頻繁啟停，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全性，限制了低谷輕負(fù)荷時(shí)段對(duì)區(qū)外清潔能源的消納，對(duì)能源安全清潔和優(yōu)化配置資源提出了高標(biāo)準(zhǔn)和高要求。然而，城市電網(wǎng)中空調(diào)、電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能等需求側(cè)資源豐富，且未得到充分挖掘，亟待挖掘需求側(cè)潛力，提高電網(wǎng)韌性，實(shí)現(xiàn)超大型城市的能源安全保障和綠色低碳發(fā)展。
虛擬電廠技術(shù)形態(tài)作為破解清潔能源消納和綠色能源轉(zhuǎn)型的解決方案，對(duì)我國(guó)能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型和“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重大意義。由建筑樓宇、分布式能源、電動(dòng)汽車、三聯(lián)供等資源構(gòu)成的各類虛擬電廠，可以實(shí)現(xiàn)在有效提升需求響應(yīng)能力的同時(shí)，做到完善電力調(diào)峰機(jī)制，并提高電力供應(yīng)安全與應(yīng)急保障水平。因此，致力于優(yōu)化虛擬電廠運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)，探索新的商業(yè)模式，建立并優(yōu)化虛擬電廠參與電力市場(chǎng)、需求響應(yīng)的規(guī)則方法，以推動(dòng)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、促進(jìn)需求側(cè)資源參與電網(wǎng)運(yùn)行，增強(qiáng)清潔能源的消納能力。
根據(jù)上海市電力體制改革重點(diǎn)工作安排，開展虛擬電廠參與需求響應(yīng)市場(chǎng)化交易試點(diǎn)，加快建設(shè)需求響應(yīng)電力市場(chǎng)交易機(jī)制，提高上海特大型城市受端電網(wǎng)安全運(yùn)行水平和運(yùn)行效能，更好地促進(jìn)清潔能源消納，助力打造新時(shí)代共生、共建、共享、共贏的智慧城市能源生態(tài)圈。
上海虛擬電廠發(fā)展歷程
上海早在 2014 年作為虛擬電廠全國(guó)試點(diǎn)地區(qū)之一開展需求響應(yīng)的探索實(shí)踐工作。根據(jù)上?？删酆腺Y源的不同特點(diǎn)，充分利用現(xiàn)有建設(shè)基礎(chǔ)，以包含柔性負(fù)荷、儲(chǔ)能、分布式電源、充電樁等不同控制特性資源，考慮不同運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景，分別構(gòu)建了商業(yè)樓宇型與能源站型兩種類型的虛擬電廠。
2019 年，選取上海市黃浦區(qū)商業(yè)樓宇、世博B片區(qū)綜合能源中心、電力公司自有樓宇等地區(qū)作為試點(diǎn)。在增強(qiáng)對(duì)聚合資源的自動(dòng)化控制的方向上，將黃浦區(qū)商業(yè)樓宇虛擬電廠（騰天技術(shù)服務(wù)公司）作為試點(diǎn)開展建設(shè)；在增強(qiáng)平臺(tái)綜合控制能力、優(yōu)化樓宇用能策略的方向上，將世博B 片區(qū)作為試點(diǎn)構(gòu)建可發(fā)可用雙向調(diào)節(jié)的虛擬電廠；同時(shí)將電力公司自有樓宇作為試驗(yàn)田，開展虛擬電廠感知層設(shè)備研發(fā)、試用，運(yùn)行控制平臺(tái)開發(fā)等工作。重點(diǎn)圍繞“四個(gè)平臺(tái)+兩種類型+多種交易”展開，通過聚合可調(diào)節(jié)資源用戶開展虛擬電廠市場(chǎng)交易。2020年，進(jìn)一步引入了前灘新能源、蔚來汽車、遠(yuǎn)景能源、5G 基站等新主體參與聚合調(diào)控，有效擴(kuò)充虛擬電廠建設(shè)范圍、豐富建設(shè)類型。
2021 年，上海市虛擬電廠的參與方式主要通過聚合形式參與，將各級(jí)別虛擬電廠進(jìn)行統(tǒng)一，共同參與市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)。申能儲(chǔ)能虛擬電廠以負(fù)荷集成商的形式接入上海電力交易平臺(tái)，統(tǒng)一進(jìn)行響應(yīng)申報(bào)及接收虛擬電廠指令，并將負(fù)荷自動(dòng)分配至各場(chǎng)站。接入申能儲(chǔ)能云平臺(tái)的場(chǎng)站以用戶側(cè)儲(chǔ)能場(chǎng)站為主，可以基于大數(shù)據(jù)分析評(píng)估儲(chǔ)能場(chǎng)站的充放電響應(yīng)能力，充分挖掘場(chǎng)站響應(yīng)能力并提高響應(yīng)精度。
上海黃浦區(qū)博薈大廈B座的遠(yuǎn)景虛擬電廠通過協(xié)同光儲(chǔ)充負(fù)荷等能源資源，高精度預(yù)測(cè)負(fù)荷及需量，優(yōu)化需求響應(yīng)等市場(chǎng)的交易策略，實(shí)現(xiàn)最大化收益、降低碳足跡。為電力市場(chǎng)交易的整個(gè)生命周期提供一站式服務(wù)，并實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化的全價(jià)值鏈管理。上海鐵塔總計(jì)2.6萬個(gè)5G站點(diǎn)，每個(gè)站點(diǎn)負(fù)荷電力規(guī)模為10千瓦，平臺(tái)對(duì)上可對(duì)接電力接口、對(duì)下可對(duì)接鐵塔接口，實(shí)現(xiàn)需求響應(yīng)執(zhí)行、控制和過程監(jiān)管。
上海虛擬電廠建設(shè)潛力
截至目前，上海建設(shè)商業(yè)樓宇型虛擬電廠已建成規(guī)模約6.54萬千瓦，能源站型虛擬電廠已建成規(guī)模約5300 千瓦，5G 基站建成規(guī)模約 1000千瓦。綜合考慮上海市建筑樓宇、分布式能源、電動(dòng)汽車、用戶側(cè)三聯(lián)供等資源構(gòu)成的各類虛擬電廠，總建設(shè)潛力達(dá)489 萬千瓦以上。預(yù)計(jì)未來，隨著用戶側(cè)儲(chǔ)能等資源的大規(guī)模發(fā)展，虛擬電廠的發(fā)展?jié)摿薮?，其可建?guī)模也將進(jìn)一步擴(kuò)大。
上海虛擬電廠開展交易情況上海虛擬電廠開展交易情況如表所示。
2021 年 5 月 6 日，國(guó)網(wǎng)上海電力首次大規(guī)模使用虛擬電廠進(jìn)行節(jié)能減碳，對(duì)上萬個(gè)單位的照明、制冷等用電進(jìn)行遠(yuǎn)程管理、精準(zhǔn)調(diào)控，將節(jié)約的負(fù)荷空間代替發(fā)電廠參與電網(wǎng)運(yùn)行，在不影響日常生活的前提下，使得整個(gè)電網(wǎng)的用電 負(fù)荷上升了 41.2 萬千瓦。在近兩天時(shí)間內(nèi)，累計(jì)調(diào)節(jié)電網(wǎng)負(fù)荷56.2萬千瓦，消納清潔能源123.6 萬千瓦時(shí)。其中，4 小時(shí)便相當(dāng)于減少碳排放336噸。這一需求響應(yīng)行動(dòng)精準(zhǔn)調(diào)動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)、商業(yè)樓宇、微電網(wǎng)、分布式能源、冷熱電三聯(lián)供、儲(chǔ)能設(shè)施、冰蓄冷、公共充電站、小區(qū)居民充電樁等11種不同負(fù)荷資源，是國(guó)內(nèi)同類項(xiàng)目中，調(diào)節(jié)資源種類最全、充電樁負(fù)荷參與規(guī)模最大、基站儲(chǔ)能參與度最高的一次，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鐵塔 5G基站儲(chǔ)能的全覆蓋，并在央視新聞播報(bào)后，得到了社會(huì)各界廣泛關(guān)注，對(duì)我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型調(diào)整，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的戰(zhàn)略目標(biāo)作出了貢獻(xiàn)。
上海虛擬電廠建設(shè)特色
以多平臺(tái)構(gòu)建全業(yè)務(wù)鏈的虛擬電廠生態(tài)系統(tǒng)。上海虛擬電廠從業(yè)務(wù)鏈條入手，重點(diǎn)打造“四大平臺(tái)”，包括：虛擬電力交易平臺(tái)、電廠調(diào)度控制平臺(tái)、運(yùn)營(yíng)管理與監(jiān)控平臺(tái)、虛擬電廠側(cè)平臺(tái)。各個(gè)平臺(tái)之間相對(duì)獨(dú)立且相互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)從響應(yīng)資源聚集、虛擬電廠外特性控制、參與交易、調(diào)度響應(yīng)等全業(yè)務(wù)鏈的有序開展。
市場(chǎng)初期交易所得利潤(rùn)全部用于用戶間的分配。虛擬電廠作為一種增值服務(wù)，其目的是增加用戶黏性和響應(yīng)參與度，因此參與交易全部所得均分配給用戶，虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商則通過其他業(yè)務(wù)對(duì)其成本進(jìn)行回收與盈利。
通過這種分配方式，可以在很大程度上提高虛擬電廠在運(yùn)營(yíng)初期面臨的用戶短缺問題，有效提高各類用戶參與虛擬電廠交易的熱情和積極性，為虛擬電廠項(xiàng)目培養(yǎng)最初的用戶群體。同時(shí)，由于大部分利潤(rùn)由用戶共享，可以在很大程度上提高用戶的忠誠(chéng)度，吸引更多的群體參與到項(xiàng)目下一步的建設(shè)完善中去，有利于不斷擴(kuò)大市場(chǎng)主體規(guī)模，對(duì)該項(xiàng)目的長(zhǎng)足發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。目前，上海市虛擬電廠已基本具備不依靠政府補(bǔ)貼而獨(dú)立參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)獲取利潤(rùn)的能力，日后的盈利能力也將非常樂觀?，F(xiàn)有的虛擬電廠投資主體主要為虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商，包括電力安裝、運(yùn)維、節(jié)能企業(yè)。
在這種分配方式的刺激下，上海市虛擬電廠的運(yùn)營(yíng)主體類型還將不斷地?cái)U(kuò)大，涵蓋范圍更廣，為我國(guó)電力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)所起到的作用也將越來越大。
下一步實(shí)施計(jì)劃
一是在發(fā)展目標(biāo)上，使虛擬電廠不僅能夠完成對(duì)分散電能數(shù)據(jù)的搜集和對(duì)負(fù)荷量的控制，而且能夠像真正的實(shí)體電廠一樣參與系統(tǒng)調(diào)控，并提供調(diào)峰、調(diào)頻輔助服務(wù)和電力市場(chǎng)交易等。同時(shí)基于目前的虛擬電廠系統(tǒng)建立能源云系統(tǒng)，使得能源交易實(shí)現(xiàn)雙向互動(dòng)，提升能源利用效率，進(jìn)一步改善傳統(tǒng)意義上的能源單向流動(dòng)。
二是在資源擴(kuò)圍上，結(jié)合“雙碳”目標(biāo)，嘗試以園區(qū)方式構(gòu)建虛擬電廠；結(jié)合上海自身實(shí)際，繼續(xù)進(jìn)一步擴(kuò)大5G 鐵塔基站、電動(dòng)汽車等的響應(yīng)容量；多措并舉，繼續(xù)深耕用戶側(cè)資源，穩(wěn)步發(fā)揮試點(diǎn)作用，更加有利于服務(wù)“雙碳”目標(biāo)大局。
三是在交易拓展上，繼續(xù)進(jìn)行虛擬電廠參與需求響應(yīng)市場(chǎng)化交易的優(yōu)化和進(jìn)一步完善虛擬電廠參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的業(yè)務(wù)流程；建立科學(xué)合理的交易目標(biāo)，努力探索虛擬電廠開展綠色電力交易的新模式，減少化石能源的使用，降低二氧化碳等溫室氣體的排放，促進(jìn)節(jié)能減排。
四是在平臺(tái)建設(shè)上，加快推進(jìn)各業(yè)務(wù)平臺(tái)正式上線運(yùn)行；努力強(qiáng)化適應(yīng)性平臺(tái)的開發(fā)建設(shè)，助力新基建；加快支撐業(yè)務(wù)平臺(tái)上線運(yùn)營(yíng)，以便更好地支撐虛擬電廠參與輔助服務(wù)市場(chǎng)、開展綠電交易等業(yè)務(wù)。
五是在生態(tài)營(yíng)造上，將更多的市場(chǎng)主體吸引并參與到虛擬電廠的建設(shè)中來，帶動(dòng)整個(gè)虛擬電廠產(chǎn)業(yè)鏈的上下游協(xié)同發(fā)展；進(jìn)一步推進(jìn)科技項(xiàng)目與虛擬電廠源網(wǎng)資源之間的互動(dòng)及協(xié)調(diào)優(yōu)化；加強(qiáng)商業(yè)運(yùn)營(yíng)關(guān)鍵技術(shù)方面的研究工作；依據(jù)實(shí)際運(yùn)營(yíng)過程中的需求，進(jìn)一步創(chuàng)新電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)與市場(chǎng)交易機(jī)制，不斷打造最適合市場(chǎng)發(fā)展的運(yùn)營(yíng)模式。
上海虛擬電廠試點(diǎn)先后獲得國(guó)家發(fā)展改革委辦公廳《關(guān)于上海市城區(qū)（黃浦）商業(yè)建筑需求側(cè)管理示范項(xiàng)目的復(fù)函》、上海市經(jīng)濟(jì)信息化委《關(guān)于同意開展虛擬電廠參與需求響應(yīng)市場(chǎng)化交易試點(diǎn)工作的批復(fù)》、上海市經(jīng)濟(jì)信息化委《關(guān)于同意進(jìn)一步開展上海市電力需求響應(yīng)和虛擬電廠工作的批復(fù)》等政府政策文件的支持，具有十分廣闊的發(fā)展前景。虛擬電廠參與多種市場(chǎng)有利于優(yōu)化調(diào)度和競(jìng)價(jià)，通過對(duì)多個(gè)分布式單元進(jìn)行聚合，形成一個(gè)整體參與電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)，既保持傳統(tǒng)電廠穩(wěn)定和批量售電優(yōu)勢(shì)，又聚合多種發(fā)電單元，具備較好的互補(bǔ)性。
此外，也有利于能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)，能夠充分發(fā)揮不同區(qū)域內(nèi)分布式電源的時(shí)差互補(bǔ)和季節(jié)互補(bǔ)特性，提高可再生能源的利用率和虛擬電廠的效益。未來，隨著上海虛擬電廠建設(shè)的規(guī)模化發(fā)展，將進(jìn)一步助力我國(guó)打造新時(shí)代共生、共建、共享、共贏的智慧城市能源生態(tài)圈，推動(dòng)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
