中國儲能網(wǎng)訊：隨著所有工商業(yè)用戶全部進(jìn)入電力市場，用戶側(cè)參與電網(wǎng)互動和交易的政策機(jī)制逐步成熟，尤其近兩年國內(nèi)缺電嚴(yán)重，多個省份陸續(xù)頒布了需求響應(yīng)、虛擬電廠相關(guān)交易規(guī)則。筆者所在團(tuán)隊近兩年圍繞虛擬電廠的建設(shè)與運(yùn)營開展了一系列的研究和實踐工作。本文簡要介紹團(tuán)隊在廣東省的虛擬電廠實踐案例，并提出對于虛擬電廠發(fā)展的系列思考，希望能夠為虛擬電廠從業(yè)者和關(guān)注者提供有益借鑒。
廣東省虛擬電廠建設(shè)實踐
廣東省虛擬電廠市場規(guī)則要點
廣東省于2022年3月22日印發(fā)《廣東省市場化需求響應(yīng)實施細(xì)則（試行）》，規(guī)定了虛擬電廠管理要求和相關(guān)交易品種。廣東省虛擬電廠按照是否具備調(diào)度中心直接控制條件分為非直控型（邀約型）和直控型兩類，分別參與日前邀約需求響應(yīng)交易和直控虛擬電廠容量與電能量交易。
日前邀約需求響應(yīng)交易
調(diào)度中心預(yù)計運(yùn)行日存在系統(tǒng)性或地區(qū)性電力供應(yīng)緊張時，提前披露需求響應(yīng)邀約信息，包括需求容量、時段和地區(qū)等。市場主體在D-1日以虛擬電廠為單元提交申報信息，包括可響應(yīng)容量、時段和價格。調(diào)度中心按價格優(yōu)先、時間優(yōu)先原則排序，邊際定價出清，并向市場主體披露出清結(jié)果。運(yùn)行日，市場主體須按中標(biāo)結(jié)果執(zhí)行需求響應(yīng)，基于基線負(fù)荷計算實際響應(yīng)容量并給予補(bǔ)償，若實際響應(yīng)容量未達(dá)中標(biāo)量的50%以上，則需進(jìn)行考核。
直控虛擬電廠容量與電能量交易
直控虛擬電廠準(zhǔn)入要求較高，聚合容量需達(dá)到10兆瓦，滿足相關(guān)并網(wǎng)管理要求并經(jīng)測試認(rèn)定調(diào)節(jié)容量、持續(xù)時間、響應(yīng)延時、調(diào)節(jié)速率、調(diào)節(jié)精度等性能參數(shù)。直控虛擬電廠可參與以半年或一年為周期的容量交易，采用報量報價、邊際出清模式，中標(biāo)并按承諾投產(chǎn)可獲得容量補(bǔ)償。納入運(yùn)行后，直控虛擬電廠可按現(xiàn)貨電能量與輔助服務(wù)交易規(guī)則參與交易和贏利，但目前具體交易、調(diào)用與結(jié)算方式尚未明確。
虛擬電廠運(yùn)營平臺核心需求
虛擬電廠運(yùn)營平臺建設(shè)需要在充分理解市場規(guī)則內(nèi)涵的基礎(chǔ)上定位關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程和核心技術(shù)路線。一方面，整體功能與業(yè)務(wù)流程設(shè)計應(yīng)全面覆蓋虛擬電廠運(yùn)營業(yè)務(wù)流程，有效增強(qiáng)聚合商全環(huán)節(jié)管理能力和效率；另一方面，關(guān)鍵的數(shù)據(jù)、策略和控制邏輯應(yīng)由基于數(shù)據(jù)分析和建模優(yōu)化的算法程序精確計算給出，從而保障虛擬電廠決策和控制的準(zhǔn)確性和可靠性，最大程度提升收益。
筆者團(tuán)隊針對廣東省邀約需求響應(yīng)與直控虛擬電廠兩類交易品種分別搭建了相應(yīng)的管理運(yùn)營平臺，以“云上SaaS服務(wù)+手機(jī)端小程序+邊緣網(wǎng)關(guān)能源物聯(lián)”的方式，為負(fù)荷聚合商參與廣東省需求響應(yīng)交易提供信息化與智能化技術(shù)支撐。根據(jù)實踐經(jīng)驗，廣東省虛擬電廠運(yùn)營平臺的核心需求主要包括：資源篩選與響應(yīng)能力評估，交易申報量價優(yōu)化，調(diào)度指令分解執(zhí)行，實時監(jiān)視與預(yù)警，收益分析與分配設(shè)計。
關(guān)于虛擬電廠發(fā)展的思考
思考一：關(guān)于市場規(guī)則
按虛擬電廠為電力系統(tǒng)運(yùn)行提供的調(diào)節(jié)功能，其參與的交易品種可劃分為需求響應(yīng)、電能量、輔助服務(wù)三類。其中，需求響應(yīng)屬于偶發(fā)交易，在電網(wǎng)供需調(diào)節(jié)存在困難時觸發(fā)，具有交易頻次不確定、但補(bǔ)貼力度大的特點；電能量與輔助服務(wù)均屬于常態(tài)交易，服務(wù)于電力系統(tǒng)小時級與分鐘級平衡調(diào)節(jié)，交易頻次高，交易價格與常規(guī)機(jī)組共同競爭形成。根據(jù)技術(shù)實現(xiàn)與管理難度，虛擬電廠相關(guān)市場規(guī)則通常先由需求響應(yīng)或控制要求較低的調(diào)峰輔助服務(wù)市場起步，具備實時控制能力時引入電力現(xiàn)貨市場，具備秒級精確控制能力時可參與調(diào)頻、備用等輔助服務(wù)市場。
國內(nèi)已有諸多省份開放了虛擬電廠等第三方主體和用戶資源參與市場交易的政策與規(guī)則，但所處階段有所差異。據(jù)筆者團(tuán)隊調(diào)研統(tǒng)計，目前已有上海、江蘇、廣東、浙江、山東、河南等14個?。▍^(qū)）、直轄市出臺了虛擬電廠參與需求響應(yīng)新政策，其中除廣東、浙江等省份已引入需求響應(yīng)市場化交易確定補(bǔ)償價格以外，其余大部分省份仍為固定價格補(bǔ)償。電能量交易方面，目前僅山西、山東出臺了虛擬電廠參與電力現(xiàn)貨市場交易的具體規(guī)則，但暫未了解到具體運(yùn)行項目案例。輔助服務(wù)方面，以華北、華中、西北等區(qū)域調(diào)峰市場與上海、浙江等省內(nèi)調(diào)峰市場為主，隨著一批、二批現(xiàn)貨試點省份進(jìn)入連續(xù)運(yùn)行，省內(nèi)調(diào)峰市場的功能正在削弱；南方區(qū)域、江蘇、浙江允許虛擬電廠參與調(diào)頻、備用等輔助服務(wù)交易或?qū)嵤﹥蓚€細(xì)則補(bǔ)償，但實踐案例極少。
上述幾類交易品種中，僅有需求響應(yīng)具有較好的盈利空間，但其交易頻次不確定，總體收益存在較大波動；受限于各現(xiàn)貨試點省份峰谷價差不足的現(xiàn)狀，虛擬電廠參與電能量交易的獲利空間有限，且與售電業(yè)務(wù)存在一定程度的功能重合，虛擬電廠建設(shè)的增量效益不明顯；調(diào)峰輔助服務(wù)市場補(bǔ)貼力度小，且市場規(guī)模逐步萎縮，難以成為虛擬電廠的主要收入來源。因此，雖然業(yè)內(nèi)普遍看好虛擬電廠的發(fā)展趨勢和前景，但目前國內(nèi)的市場規(guī)則、交易品種尚未形成可驗證、可持續(xù)的收益空間，各方對于投資建設(shè)虛擬電廠仍然非常謹(jǐn)慎。
隨著各省電力市場體系逐步發(fā)展成熟、交易品種豐富和增加，虛擬電廠可參與的交易場景與收益渠道也將越來越多。只有通過合理的市場規(guī)則設(shè)計，全面準(zhǔn)確衡量虛擬電廠發(fā)揮的容量價值、能量價值、調(diào)節(jié)能力價值，根據(jù)其為電力系統(tǒng)運(yùn)行創(chuàng)造的效益或節(jié)約的成本恰當(dāng)?shù)胤峙涫找妫拍艽龠M(jìn)虛擬電廠的蓬勃發(fā)展，為新能源的充分與高效消納打好資源基礎(chǔ)。
思考二：關(guān)于商業(yè)模式
虛擬電廠運(yùn)營模式是三層架構(gòu)，上層是電力交易運(yùn)營機(jī)構(gòu)，中層是負(fù)荷聚合商（或虛擬電廠運(yùn)營商），下層是各類電力用戶和能源設(shè)備資產(chǎn)。上層與中層的交互模式與利益分配由市場規(guī)則決定，虛擬電廠商業(yè)模式真正的關(guān)鍵和核心是負(fù)荷聚合商與能源資產(chǎn)持有方之間的權(quán)責(zé)互動與利益分配關(guān)系。虛擬電廠與售電業(yè)務(wù)的商業(yè)模式有較大的相似之處，同樣是三層主體，同樣是聚合與代理終端電力用戶參與批發(fā)市場競爭，本質(zhì)上都屬于負(fù)荷聚合商或售電公司依托終端用戶的能源資產(chǎn)和用電行為、借助批發(fā)與零售端的信息不對稱和技術(shù)不對稱獲利。然而，虛擬電廠的商業(yè)模式又比售電業(yè)務(wù)復(fù)雜得多，體現(xiàn)在以下幾個方面：
接入成本高。虛擬電廠需要對能源設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測、分析和控制，必須部署相應(yīng)的傳感器、控制器以及邊緣計算和通信裝置，接入和二次遷移成本較高。針對非自有資產(chǎn)或者用戶黏性不足的情況下，負(fù)荷聚合商對用戶設(shè)備接入的投資持謹(jǐn)慎態(tài)度。當(dāng)前，電網(wǎng)公司正在加大對負(fù)荷控制系統(tǒng)與終端的投入，未來或許有望像售電市場一樣，實現(xiàn)商業(yè)運(yùn)營與物理控制的分離，負(fù)荷聚合商只需按照規(guī)范接入電網(wǎng)公司物聯(lián)網(wǎng)平臺即可實現(xiàn)能源設(shè)備的通信與控制，而且可隨時切換所連接的用戶資產(chǎn)，極大降低全社會在用戶側(cè)能源設(shè)備數(shù)字化接入方面的投入。
資源要求高。與售電業(yè)務(wù)主要看重用戶負(fù)荷曲線特性不同，虛擬電廠更關(guān)注用戶能源設(shè)備的調(diào)節(jié)性和可控性。現(xiàn)階段，受限于生產(chǎn)運(yùn)行安全以及客戶舒適度與滿意度等方面的考慮，針對工商業(yè)用戶的設(shè)備用電控制技術(shù)仍未有大規(guī)模實踐，負(fù)荷聚合商多數(shù)以聚合獨立可控能源資產(chǎn)為主，如分布式光伏、儲能、充電樁等，以利于起步。因此，部分負(fù)荷聚合商選擇自行投資此類可控能源資產(chǎn)作為接入對象，從而提升虛擬電廠的調(diào)節(jié)和控制能力。
技術(shù)要求高。售電業(yè)務(wù)的核心在營銷與交易，而虛擬電廠除交易外，還需做到細(xì)顆粒度的預(yù)測、分析和控制，并且需要搭建安全可靠的通信架構(gòu)和運(yùn)營平臺，技術(shù)要求非常高。因此，虛擬電廠運(yùn)營的難度和風(fēng)險相比售電也大大增加，需要自建或者委托專業(yè)團(tuán)隊開展全過程的業(yè)務(wù)與技術(shù)支撐。
互動耦合強(qiáng)。售電業(yè)務(wù)在批發(fā)端與零售端相對解耦，售電公司的收益空間是兩者差價，從這個意義上說，售電公司與終端用戶的利益是對立的。然而，虛擬電廠的調(diào)節(jié)能力來自于用戶的主動響應(yīng)，負(fù)荷聚合商與用戶的利益是緊密綁定的。負(fù)荷聚合商需要制訂更有吸引力的價格或分成套餐，更充分地激勵用戶主動配合調(diào)節(jié)，更頻繁和有效地與用戶產(chǎn)生互動，才能獲得更大的市場回報。
虛擬電廠的商業(yè)探索尚在早期，相信隨著市場走向成熟，更復(fù)雜、精巧、有效的商業(yè)模式會不斷涌現(xiàn)，參與到虛擬電廠建設(shè)與運(yùn)營行業(yè)當(dāng)中的角色與利益相關(guān)方也將越來越多，筆者對此充滿期待。
思考三：關(guān)于資源主體
虛擬電廠對調(diào)節(jié)能力的渴求決定了并非所有用戶側(cè)能源設(shè)備都適合接入和聚合。筆者團(tuán)隊立足國內(nèi)虛擬電廠發(fā)展現(xiàn)狀，對數(shù)個行業(yè)和企業(yè)開展了調(diào)研、思考和初步實踐，認(rèn)為虛擬電廠應(yīng)優(yōu)先接入的資源主體分為以下幾類：
獨立可控能源設(shè)施。虛擬電廠應(yīng)首先考慮接入相對獨立、與工商業(yè)生產(chǎn)生活耦合小、通信與控制能力成熟的能源設(shè)施，如分布式光伏、儲能、小水電、自備電廠等。此類設(shè)施可實現(xiàn)與網(wǎng)供電之間的靈活切換，調(diào)節(jié)精度和可靠性高，可借助此類設(shè)備實現(xiàn)用戶凈計量負(fù)荷的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，獲取分時電價套利以及需求響應(yīng)、輔助服務(wù)補(bǔ)償收益。
垂直領(lǐng)域分布式用電主體。具有廣域覆蓋屬性的垂直領(lǐng)域分布式用電主體也是良好的虛擬電廠資源，如通信基站、加油站、充電樁、換電站（柜）等。此類資源通常單點用電量不大、調(diào)節(jié)能力有限，但是一個區(qū)域內(nèi)往往布點密集且同屬一家企業(yè)管理，以面的優(yōu)勢彌補(bǔ)點的不足，是天然可聚合的分布式資源。
高度標(biāo)準(zhǔn)化、調(diào)節(jié)潛力大的制冷制熱設(shè)備。制冷制熱設(shè)備隨處可見，占全社會用電量的比例較大，壓縮制冷制熱、電制熱原理技術(shù)成熟且高度標(biāo)準(zhǔn)化。熱力學(xué)系統(tǒng)的慣性特征使得此類設(shè)備具有較大的調(diào)節(jié)潛力，且近年來冰蓄冷、固體蓄熱技術(shù)逐步發(fā)展成熟。此類設(shè)備具有非常好的聚合調(diào)節(jié)屬性，可結(jié)合具體應(yīng)用場景制訂虛擬電廠調(diào)控策略。
具有較大調(diào)節(jié)彈性的高耗能工業(yè)。工業(yè)負(fù)荷雖然電量占比大，但由于各類生產(chǎn)運(yùn)行約束的限制，調(diào)節(jié)難度非常高。不同行業(yè)的生產(chǎn)流程工藝差異巨大，難以標(biāo)準(zhǔn)化，且對于部分行業(yè)而言，虛擬電廠創(chuàng)造的效益不足以支撐相應(yīng)的改造成本。因此，筆者建議優(yōu)先考慮生產(chǎn)流程中存在儲能、儲料環(huán)節(jié)，從而具備一定調(diào)節(jié)彈性的高耗能工業(yè)，如鋼鐵（儲熱）、陶瓷（儲熱）、紡織（儲熱）、水泥（儲料）等，尤其應(yīng)關(guān)注能源電氣化程度較高的行業(yè)。
虛擬電廠聚合資源的選擇極為關(guān)鍵，直接決定了調(diào)節(jié)潛力和收益空間。隨著技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，可供聚合的資源將越來越多，作為負(fù)荷聚合商，對此問題應(yīng)當(dāng)時刻保持思考。在此，也呼吁相關(guān)行業(yè)的生產(chǎn)制造設(shè)備廠商可以結(jié)合未來能源與市場結(jié)合的發(fā)展趨勢，提前介入相關(guān)的技術(shù)研發(fā)，為能源設(shè)備的靈活調(diào)節(jié)奠基物理基礎(chǔ)。
思考四：關(guān)于核心技術(shù)
虛擬電廠業(yè)務(wù)架構(gòu)層次多、流程復(fù)雜，除基礎(chǔ)物聯(lián)和通信技術(shù)外，還涉及特性分析、聚合等值、邊界預(yù)測、交易決策、調(diào)度分解、安全控制等復(fù)雜計算技術(shù)。這六大技術(shù)共同組成貫穿虛擬電廠運(yùn)營全流程的核心技術(shù)體系：
資源運(yùn)行特性分析。資源運(yùn)行特性分析主要解決應(yīng)當(dāng)聚合哪些資源的問題。各地規(guī)則對虛擬電廠均有調(diào)節(jié)容量、時長、速率、精度方面的參數(shù)要求，因此在虛擬電廠的建設(shè)階段就應(yīng)當(dāng)針對擬聚合資源的運(yùn)行特性進(jìn)行深入分析，考慮不同資源的協(xié)同和互補(bǔ)特性，合理劃定聚合集群，以滿足虛擬電廠性能參數(shù)要求。
資源聚合等值計算。資源聚合等值計算的目的是得到聚合體的對外等效調(diào)節(jié)能力與成本特性。需要對所聚合的各類資源進(jìn)行建模，精細(xì)考慮各種能源設(shè)備的運(yùn)行約束，包括設(shè)備自身參數(shù)、安全約束、經(jīng)濟(jì)約束、環(huán)境約束等等，將多個設(shè)備各自的調(diào)節(jié)能力空間和對應(yīng)的調(diào)節(jié)成本映射為聚合體的等效外部特性，并最大程度保障等值調(diào)節(jié)能力和成本的準(zhǔn)確性和可行性。等值計算技術(shù)是串聯(lián)虛擬電廠與底層資源的紐帶，是保障虛擬電廠運(yùn)營可靠性的關(guān)鍵。
邊界條件分析預(yù)測。為了準(zhǔn)確評估虛擬電廠的調(diào)節(jié)能力，需要預(yù)測各類設(shè)備的功率曲線或需求，如用電負(fù)荷曲線、分布式光伏發(fā)電功率曲線等，對于較復(fù)雜的用電負(fù)荷，還需要結(jié)合社會和商業(yè)因素，如充電站功率預(yù)測需要考慮電動車流量等。此外，還需預(yù)測虛擬電廠參與的交易品種價格，可能包括需求響應(yīng)、電力現(xiàn)貨、輔助服務(wù)等，作為交易策略優(yōu)化模型的輸入。
市場交易策略優(yōu)化。隨著市場發(fā)展成熟，虛擬電廠相關(guān)交易品種將要求報量報價參與出清。虛擬電廠報量的基礎(chǔ)來自于功率預(yù)測和聚合等值計算，報價的基礎(chǔ)來自于市場價格預(yù)測和自身成本等值。在兩者基礎(chǔ)上，如何考慮調(diào)節(jié)能力與成本評估的不準(zhǔn)確性，如何結(jié)合對市場供需關(guān)系和競爭態(tài)勢的認(rèn)識，如何權(quán)衡聚合商與不同電力用戶之間的利益分配關(guān)系，從而做出收益與風(fēng)險取得最佳平衡的報量報價策略，是很大程度上決定虛擬電廠收益的關(guān)鍵問題。
調(diào)度指令協(xié)調(diào)分解。與聚合等值相對，當(dāng)市場運(yùn)營機(jī)構(gòu)向負(fù)荷聚合商下發(fā)調(diào)度指令時，聚合商需要將調(diào)度指令分解下發(fā)到所聚合的設(shè)備單元并確保調(diào)度指令精準(zhǔn)執(zhí)行。需要充分考慮各資源的運(yùn)行約束、調(diào)節(jié)能力和調(diào)節(jié)成本，分解得出各資源的出力或用電曲線，使得各資源盡可能安全、經(jīng)濟(jì)、高效地協(xié)同完成整體調(diào)度指令。
安全可靠設(shè)備控制。調(diào)度指令下發(fā)是一個遠(yuǎn)程計算的過程，無法完全滿足控制的安全性和精準(zhǔn)性。虛擬電廠部署在資源側(cè)的本地控制單元應(yīng)當(dāng)具備對接收到的調(diào)度指令進(jìn)行安全校驗和分散控制的功能，一方面基于本地的低時延狀態(tài)數(shù)據(jù)綜合評估設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險、確保指令可執(zhí)行，一方面控制設(shè)備各部件協(xié)同動作、精準(zhǔn)執(zhí)行調(diào)度指令。
總之，虛擬電廠建設(shè)與運(yùn)營是一個系統(tǒng)性工程，涉及到市場環(huán)境、商業(yè)模式、技術(shù)、產(chǎn)品、服務(wù)等方方面面?？偨Y(jié)而言，虛擬電廠行業(yè)的健康發(fā)展需要從市場機(jī)制、管理體系、關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)業(yè)生態(tài)等各方面綜合發(fā)力。政府部門與電力交易中心應(yīng)明確相關(guān)政策、市場規(guī)則并營造合理的收益空間，電網(wǎng)公司積極接納虛擬電廠等第三方主體參與電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)，各類能源投資商、運(yùn)營商、電力用戶、設(shè)備制造商開展廣泛合作形成產(chǎn)業(yè)生態(tài)，才能促進(jìn)虛擬電廠的可持續(xù)發(fā)展，真正為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和新型電力系統(tǒng)建設(shè)提供助力。
本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2022年第10期，作者系北京清能互聯(lián)科技有限公司技術(shù)總監(jiān)。
