中國儲能網(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)，中國電力企業(yè)管理
上海電網(wǎng)作為支撐社會主義現(xiàn)代化國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)荷峰谷波動劇烈，2020年夏季的最大峰谷差率高達43%，引起本地發(fā)電機組頻繁啟停，嚴(yán)重影響機組的安全性，限制了低谷輕負(fù)荷時段對區(qū)外清潔能源的消納，對能源安全清潔和優(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)、電動汽車、儲能等需求側(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，對我國能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型和“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)具有重大意義。由建筑樓宇、分布式能源、電動汽車、三聯(lián)供等資源構(gòu)成的各類虛擬電廠，可以實現(xiàn)在有效提升需求響應(yīng)能力的同時，做到完善電力調(diào)峰機制，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)化虛擬電廠運營業(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、需求響應(yīng)的規(guī)則方法，以推動企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、促進需求側(cè)資源參與電網(wǎng)運行，增強清潔能源的消納能力。
根據(jù)上海市電力體制改革重點工作安排，開展虛擬電廠參與需求響應(yīng)市場化交易試點，加快建設(shè)需求響應(yīng)電力市場交易機制，提高上海特大型城市受端電網(wǎng)安全運行水平和運行效能，更好地促進清潔能源消納，助力打造新時代共生、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試點地區(qū)之一開展需求響應(yīng)的探索實踐工作。根據(jù)上?？删酆腺Y源的不同特點，充分利用現(xiàn)有建設(shè)基礎(chǔ)，以包含柔性負(fù)荷、儲能、分布式電源、充電樁等不同控制特性資源，考慮不同運營場景，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。在增強對聚合資源的自動化控制的方向上，將黃浦區(qū)商業(yè)樓宇虛擬電廠（騰天技術(shù)服務(wù)公司）作為試點開展建設(shè)；在增強平臺綜合控制能力、優(yōu)化樓宇用能策略的方向上，將世博B 片區(qū)作為試點構(gòu)建可發(fā)可用雙向調(diào)節(jié)的虛擬電廠；同時將電力公司自有樓宇作為試驗田，開展虛擬電廠感知層設(shè)備研發(fā)、試用，運行控制平臺開發(fā)等工作。重點圍繞“四個平臺+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交易。2020年，進一步引入了前灘新能源、蔚來汽車、遠景能源、5G 基站等新主體參與聚合調(diào)控，有效擴充虛擬電廠建設(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，將各級別虛擬電廠進行統(tǒng)一，共同參與市場運營。申能儲能虛擬電廠以負(fù)荷集成商的形式接入上海電力交易平臺，統(tǒng)一進行響應(yīng)申報及接收虛擬電廠指令，并將負(fù)荷自動分配至各場站。接入申能儲能云平臺的場站以用戶側(cè)儲能場站為主，可以基于大數(shù)據(jù)分析評估儲能場站的充放電響應(yīng)能力，充分挖掘場站響應(yīng)能力并提高響應(yīng)精度。
上海黃浦區(qū)博薈大廈B座的遠景虛擬電廠通過協(xié)同光儲充負(fù)荷等能源資源，高精度預(yù)測負(fù)荷及需量，優(yōu)化需求響應(yīng)等市場的交易策略，實現(xiàn)最大化收益、降低碳足跡。為電力市場交易的整個生命周期提供一站式服務(wù)，并實現(xiàn)了數(shù)字化、自動化、智能化的全價值鏈管理。上海鐵塔總計2.6萬個5G站點，每個站點負(fù)荷電力規(guī)模為10千瓦，平臺對上可對接電力接口、對下可對接鐵塔接口，實現(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489 萬千瓦以上。預(yù)計未來，隨著用戶側(cè)儲能等資源的大規(guī)模發(fā)展，虛擬電廠的發(fā)展?jié)摿薮螅淇山ㄒ?guī)模也將進一步擴大。
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，國網(wǎng)上海電力首次大規(guī)模使用虛擬電廠進行節(jié)能減碳，對上萬個單位的照明、制冷等用電進行遠程管理、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)運行，在不影響日常生活的前提下，使得整個電網(wǎng)的用電 負(fù)荷上升了 41.2 萬千瓦。在近兩天時間內(nèi)，累計調(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。其中，4 小時便相當(dāng)于減少碳排放336噸。這一需求響應(yīng)行動精準(zhǔn)調(diào)動工業(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，是國內(nèi)同類項目中，調(diào)節(jié)資源種類最全、充電樁負(fù)荷參與規(guī)模最大、基站儲能參與度最高的一次，實現(xiàn)了對鐵塔 5G基站儲能的全覆蓋，并在央視新聞播報后，得到了社會各界廣泛關(guān)注，對我國的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型調(diào)整，實現(xiàn)碳達峰、碳中和的戰(zhàn)略目標(biāo)作出了貢獻。
上海虛擬電廠建設(shè)特色
以多平臺構(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，重點打造“四大平臺”，包括：虛擬電力交易平臺、電廠調(diào)度控制平臺、運營管理與監(jiān)控平臺、虛擬電廠側(cè)平臺。各個平臺之間相對獨立且相互協(xié)作，實現(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。
市場初期交易所得利潤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，虛擬電廠運營商則通過其他業(yè)務(wù)對其成本進行回收與盈利。
通過這種分配方式，可以在很大程度上提高虛擬電廠在運營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，為虛擬電廠項目培養(yǎng)最初的用戶群體。同時，由于大部分利潤由用戶共享，可以在很大程度上提高用戶的忠誠度，吸引更多的群體參與到項目下一步的建設(shè)完善中去，有利于不斷擴大市場主體規(guī)模，對該項目的長足發(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貼而獨立參與市場競爭獲取利潤的能力，日后的盈利能力也將非常樂觀。現(xiàn)有的虛擬電廠投資主體主要為虛擬電廠運營商，包括電力安裝、運維、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營主體類型還將不斷地擴大，涵蓋范圍更廣，為我國電力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級所起到的作用也將越來越大。
下一步實施計劃
一是在發(fā)展目標(biāo)上，使虛擬電廠不僅能夠完成對分散電能數(shù)據(jù)的搜集和對負(fù)荷量的控制，而且能夠像真正的實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)和電力市場交易等。同時基于目前的虛擬電廠系統(tǒng)建立能源云系統(tǒng)，使得能源交易實現(xiàn)雙向互動，提升能源利用效率，進一步改善傳統(tǒng)意義上的能源單向流動。
二是在資源擴圍上，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)合上海自身實際，繼續(xù)進一步擴大5G 鐵塔基站、電動汽車等的響應(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)進行虛擬電廠參與需求響應(yīng)市場化交易的優(yōu)化和進一步完善虛擬電廠參與輔助服務(wù)市場的業(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，促進節(jié)能減排。
四是在平臺建設(shè)上，加快推進各業(yè)務(wù)平臺正式上線運行；努力強化適應(yīng)性平臺的開發(fā)建設(shè)，助力新基建；加快支撐業(yè)務(wù)平臺上線運營，以便更好地支撐虛擬電廠參與輔助服務(wù)市場、開展綠電交易等業(yè)務(wù)。
五是在生態(tài)營造上，將更多的市場主體吸引并參與到虛擬電廠的建設(shè)中來，帶動整個虛擬電廠產(chǎn)業(yè)鏈的上下游協(xié)同發(fā)展；進一步推進科技項目與虛擬電廠源網(wǎng)資源之間的互動及協(xié)調(diào)優(yōu)化；加強商業(yè)運營關(guān)鍵技術(shù)方面的研究工作；依據(jù)實際運營過程中的需求，進一步創(chuàng)新電力市場運營與市場交易機制，不斷打造最適合市場發(fā)展的運營模式。
上海虛擬電廠試點先后獲得國家發(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)管理示范項目的復(fù)函》、上海市經(jīng)濟信息化委《關(guān)于同意開展虛擬電廠參與需求響應(yīng)市場化交易試點工作的批復(fù)》、上海市經(jīng)濟信息化委《關(guān)于同意進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有利于優(yōu)化調(diào)度和競價，通過對多個分布式單元進行聚合，形成一個整體參與電力市場運營，既保持傳統(tǒng)電廠穩(wěn)定和批量售電優(yōu)勢，又聚合多種發(fā)電單元，具備較好的互補性。
此外，也有利于能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的推進，能夠充分發(fā)揮不同區(qū)域內(nèi)分布式電源的時差互補和季節(jié)互補特性，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)?；l(fā)展，將進一步助力我國打造新時代共生、共建、共享、共贏的智慧城市能源生態(tài)圈，推動“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)。
