中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：我國(guó)“碳達(dá)峰、碳中和”的雙碳目標(biāo)發(fā)布后，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)成為了實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要途徑。
隨著風(fēng)電、光伏等新能源裝機(jī)容量逐年增加，午間新能源消納困難和晚峰電力供應(yīng)不足的問題日益凸顯。
我國(guó)《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》中提到：“積極推動(dòng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化發(fā)展，提升電力負(fù)荷彈性，開展各類資源聚合的虛擬電廠示范，為虛擬電廠的發(fā)展提供了契機(jī)”
同時(shí)，《規(guī)劃》也對(duì)電力系統(tǒng)靈活性提出明確指標(biāo)，即2025年靈活調(diào)節(jié)電源占比達(dá)到24%，電力需求側(cè)響應(yīng)能力達(dá)到最大用電負(fù)荷的3%—5%。
10月19日，在2023中國(guó)山東儲(chǔ)能高質(zhì)量發(fā)展大會(huì)暨展覽會(huì)上，山東電力調(diào)度控制中心調(diào)度計(jì)劃處處長(zhǎng)張冰介紹了目前虛擬電廠技術(shù)的發(fā)展和實(shí)踐情況，并分析了山東虛擬電廠的發(fā)展情況.
以下是我們根據(jù)張冰處長(zhǎng)的發(fā)言進(jìn)行的整理。
現(xiàn)狀及問題
虛擬電廠是聚合優(yōu)化“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”清潔發(fā)展的新一代智能控制技術(shù)和互動(dòng)商業(yè)模式。在傳統(tǒng)電網(wǎng)物理架構(gòu)上，依托互聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)代信息通訊技術(shù)，聚合分布式電源、儲(chǔ)能負(fù)荷等尚未納入電網(wǎng)現(xiàn)有調(diào)控范圍的各類資源，進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化運(yùn)行控制和市場(chǎng)交易。
華能浙江虛擬電廠資源概覽頁(yè)
來源：搜狐
值得注意的是，虛擬電廠不等于電廠。虛擬電廠由用戶側(cè)資源聚合而成，調(diào)節(jié)效果受用戶參與意愿、可調(diào)節(jié)負(fù)荷空間等因素影響較大，與傳統(tǒng)電廠相比，虛擬電廠的響應(yīng)能力仍具有較大的波動(dòng)性。
虛擬電廠也不等同于電力需求響應(yīng)，當(dāng)前的虛擬電廠聚合資源以可中斷負(fù)荷為主，參與需求響應(yīng)也只是現(xiàn)階段虛擬電廠可以參與的主要交易品種，隨著電力市場(chǎng)建設(shè)不斷推進(jìn)和用戶側(cè)調(diào)節(jié)能力提升，虛擬電廠將逐漸參與中長(zhǎng)期市場(chǎng)交易和現(xiàn)貨市場(chǎng)交易及輔助服務(wù)市場(chǎng)交易。
目前的虛擬電廠根據(jù)聚合資源類型不同可分為三種。
需求側(cè)資源類型主要包括電動(dòng)汽車、可調(diào)節(jié)負(fù)荷、可中斷負(fù)荷；供給側(cè)資源類型主要包括分布式電源、發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能、電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能；混合資源類型主要包括：分布式發(fā)電、儲(chǔ)能、可控負(fù)荷。
而根據(jù)發(fā)展階段不同又可以分為邀約型、市場(chǎng)型以及自主性三種。
邀約型是指通過需求響應(yīng)來削峰填谷，由政府部門和電力公司組織聚合商和用戶參與，完成邀約、響應(yīng)、激勵(lì)流程；市場(chǎng)型則是指通過參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)以及輔助服務(wù)市場(chǎng)獲得收益；而自主型是根據(jù)供需自主調(diào)度，并在市場(chǎng)環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定商業(yè)運(yùn)營(yíng)
目前虛擬電廠還處在發(fā)展起步階段，其主要類型大部分還是以邀約型為主。
一方面虛擬電廠接入要求較高，這就使得部分想?yún)⑴c的沒能力參與。
接入虛擬電廠需具備自有監(jiān)控平臺(tái)，其功能包括負(fù)荷預(yù)測(cè)、發(fā)用電計(jì)劃管理以及資金結(jié)算；可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)量測(cè)傳輸，其中包括電力、電量分時(shí)計(jì)量與傳輸，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性與可靠性滿足要求，通過互聯(lián)網(wǎng)、虛擬專用網(wǎng)、無線通信（5G專網(wǎng)）等方式上傳至電力調(diào)度機(jī)構(gòu)；有一定的調(diào)節(jié)能力，包括采集周期、具備可負(fù)荷電力以及連續(xù)調(diào)節(jié)時(shí)間都有較為具體的要求。
而另一方面其控制模式并不完善，又使得部分有能力參與的不想?yún)⑴c。
虛擬電廠的控制模式有三種，分別為集中式、分布式和混合式。三種運(yùn)行模式各有利弊，無論哪一種都不能完全實(shí)現(xiàn)效率的絕對(duì)保障和收益的完全公平。
集中式控制模式，優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行成本最低或參與電力市場(chǎng)獲利最大，缺點(diǎn)是內(nèi)部發(fā)電資源所屬權(quán)不唯一時(shí)，會(huì)面臨收益二次分配問題；
分布式控制模式，優(yōu)點(diǎn)是虛擬電廠計(jì)算分配壓力小，缺點(diǎn)是各個(gè)分布式能源之間相互獨(dú)立缺乏集中控制下的協(xié)調(diào)運(yùn)行；
相比以上兩種控制模式，虛擬電廠第三種控制模式——混合控制模式，更具自主性，更有競(jìng)爭(zhēng)力，協(xié)調(diào)性更佳。特點(diǎn)是分布式能源代理商承擔(dān)了部分虛擬電廠集中整合的職責(zé)，有效降低了集中調(diào)度模式下的計(jì)算負(fù)擔(dān)，同時(shí)緩解與分布式能源間的通訊阻塞問題。
虛擬電廠結(jié)構(gòu)示意圖
來源：甲子光年
另外，從市場(chǎng)機(jī)制來看，目前的虛擬電廠不具備經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)吸引力。虛擬電廠可參與市場(chǎng)有待拓寬，其盈利空間和商業(yè)模式還有極大的優(yōu)化可能。
近期來看，在滿足市場(chǎng)技術(shù)準(zhǔn)入要求的前提下，可參與現(xiàn)貨市場(chǎng)以及對(duì)應(yīng)品種的輔助服務(wù)市場(chǎng)交易。參與日前現(xiàn)貨市場(chǎng)，可通過自調(diào)度、報(bào)量報(bào)價(jià)或接受市場(chǎng)價(jià)格三種方式參與；參與輔助服務(wù)市場(chǎng)時(shí)，以調(diào)峰輔助服務(wù)為主。
但是長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，虛擬電廠不僅可參與中長(zhǎng)期市場(chǎng)交易，方式與常規(guī)機(jī)組一致，還可參與日前、日內(nèi)、實(shí)時(shí)等多種時(shí)間尺度的現(xiàn)貨市場(chǎng)交易以及輔助服務(wù)市場(chǎng)交易。
而僅是輔助服務(wù)市場(chǎng)，其規(guī)模就足夠令人驚嘆。據(jù)北京電力交易中心估算：假設(shè)遠(yuǎn)期輔助服務(wù)成本為0.03元/KWh，2025年預(yù)計(jì)電量約9.5萬億千瓦時(shí)，2030年約11萬億千瓦時(shí)，預(yù)計(jì)輔助服務(wù)市場(chǎng)規(guī)模為2850-3300億元。
假以時(shí)日，虛擬電廠也會(huì)成為人們爭(zhēng)相爭(zhēng)搶的“香餑餑”。
國(guó)內(nèi)外對(duì)比
不難看出，虛擬電廠具體應(yīng)用時(shí)并不是固定選擇的，而是根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行組合的。
由于不同地區(qū)的虛擬電廠需求、模式、市場(chǎng)機(jī)制以及發(fā)展情況不盡相同，其虛擬電廠選擇參與市場(chǎng)時(shí)的方式和著重點(diǎn)也不一樣。
歐美地區(qū)虛擬電廠發(fā)展進(jìn)程
來源：CIES
國(guó)外地區(qū)以美國(guó)和歐洲為例，美國(guó)的虛擬電廠參與系統(tǒng)削峰填谷，以可控負(fù)荷的需求響應(yīng)為主。主要由能源零售商推動(dòng)，通過指導(dǎo)電力用戶暫時(shí)變更用電模式進(jìn)行削峰填谷。
用電高峰期，零售商以虛擬電廠方式聚合所控制的部分儲(chǔ)能，以確保電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并提供給需要的用戶，獲得收益。
而歐洲地區(qū)虛擬電廠參與電力市場(chǎng)交易，以聚合分布式電源為主。一般由獨(dú)立第三方運(yùn)營(yíng)商、發(fā)電廠以及輸電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商合作運(yùn)營(yíng)，通過虛擬電廠將大量分布式電源整合后共同參與電能量市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)。
相比國(guó)外虛擬電廠，國(guó)內(nèi)的發(fā)展起步較晚。
近年來，國(guó)內(nèi)對(duì)虛擬電廠的宏觀政策導(dǎo)向也愈發(fā)積極，中央、部委多次提及支持虛擬電廠的發(fā)展。
現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)虛擬電廠還處在試點(diǎn)發(fā)展階段，虛擬電廠項(xiàng)目以研究示范為主，聚焦于需求側(cè)響應(yīng)模式。
國(guó)內(nèi)虛擬電廠發(fā)展進(jìn)程
來源：CIES
虛擬電廠和其他靈活資源合理組合可以共同提高供消的穩(wěn)定性，隨著新能源裝機(jī)規(guī)模不斷提升，現(xiàn)階段我國(guó)的虛擬電廠還需要研究建立源網(wǎng)荷儲(chǔ)靈活高效互動(dòng)的電力運(yùn)行與市場(chǎng)體系。
虛擬電廠的核心是“通信”和“聚合”，聚合的可調(diào)節(jié)資源越多，才能在電力調(diào)峰中發(fā)揮更大的作用。所以我們必須推動(dòng)支持虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商、綜合能源服務(wù)商、負(fù)荷聚合商以及用戶側(cè)可調(diào)節(jié)資源四位一體參與市場(chǎng)調(diào)節(jié)。
在政策支持下，虛擬電廠相關(guān)技術(shù)和模式日漸成熟，目前國(guó)內(nèi)多個(gè)虛擬電廠發(fā)展也取得了不錯(cuò)的成績(jī)，如：
上海虛擬電廠，擁有調(diào)度-交易-運(yùn)營(yíng)一體化運(yùn)營(yíng)體系，目前平臺(tái)已接入20家虛擬電廠，最大調(diào)節(jié)能力可達(dá)41.48萬千瓦；
作為首個(gè)市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)的示范工程的冀北虛擬電廠，目前接入總?cè)萘繛?5.8萬千瓦，最大調(diào)節(jié)能力為20.4萬千瓦；
深圳虛擬電廠是首家虛擬電廠管理中心，對(duì)接虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商累計(jì)66家，接入資源規(guī)模達(dá)150萬千瓦，最大調(diào)節(jié)能力為30萬千瓦。
山東需求及情況
作為工業(yè)種類最齊全的經(jīng)濟(jì)大省，山東用電的保供需求極大；再加上近幾年新能源裝機(jī)迅速增長(zhǎng)，山東新能源消納需求爆發(fā)。
山東日均最高負(fù)荷同比增長(zhǎng)9.48%，全網(wǎng)用電量同比增長(zhǎng)5.69%，10天破億，兩創(chuàng)新高，首次出現(xiàn)午晚峰同時(shí)破億。
山東電網(wǎng)風(fēng)光新能源總裝機(jī)為7647萬千瓦，新能源最大出力達(dá)4769萬千瓦，午間消納能力已經(jīng)趨于飽和。
山東省面臨著電力供應(yīng)緊張和消納困難的雙重困境。
面對(duì)以上兩個(gè)問題，山東不僅要整合分布式能源資源，挖掘各類負(fù)荷側(cè)調(diào)節(jié)潛力，實(shí)現(xiàn)能源的高效配置和靈活調(diào)度。還要完善電力市場(chǎng)規(guī)則，激發(fā)負(fù)荷側(cè)資源參與調(diào)解積極性，提高電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力。
這時(shí)候就輪到虛擬電廠發(fā)揮作用了，發(fā)展虛擬電廠也成為了山東解決以上兩大問題的不二選擇。
濟(jì)南開展虛擬電廠建設(shè)運(yùn)營(yíng)試點(diǎn)工作
來源：濟(jì)南市發(fā)改委
現(xiàn)階段山東三家虛擬電廠接入資源總量為53.88萬千瓦，可調(diào)節(jié)容量9.56萬千瓦。
其中，中廣核運(yùn)營(yíng)虛擬電廠接入資源包括特來電充換電站、特銳德工業(yè)園區(qū)等。總?cè)萘?.8萬千瓦，可調(diào)節(jié)容量2.26萬千瓦；
國(guó)電投運(yùn)營(yíng)虛擬電廠接入資源包括分布式光伏等，總?cè)萘?.93萬千瓦，可調(diào)節(jié)容量4.03萬千瓦；
華能虛擬電廠接入資源包括代理購(gòu)電企業(yè)、空調(diào)負(fù)荷、充換電站等，總?cè)萘?9.15萬千瓦，可調(diào)節(jié)容量3.27萬千瓦。
山東現(xiàn)行虛擬電廠相關(guān)要求均以2022年6月山東能監(jiān)辦、山東省發(fā)改委、省能源局聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于進(jìn)一步做好2022年下半年山東省電力現(xiàn)貨市場(chǎng)結(jié)算試運(yùn)行工作有關(guān)事項(xiàng)的通知》（魯監(jiān)能市場(chǎng)[2022]34號(hào)）為準(zhǔn)。
現(xiàn)在山東的虛擬電廠主要是用作移峰填谷。參與填谷交易，緩解負(fù)荷低谷時(shí)段或新能源大發(fā)導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)備用不足問題；參與頂峰交易，緩解負(fù)荷高峰時(shí)段發(fā)電不足產(chǎn)生的電力短缺問題。
目前，山東能監(jiān)辦正在組織修訂市場(chǎng)規(guī)則，擬更新虛擬電廠參與市場(chǎng)機(jī)制，對(duì)虛擬電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理、注冊(cè)入場(chǎng)要求、市場(chǎng)交易組織方式和結(jié)算等方面進(jìn)行明確。
