中國儲能網(wǎng)訊：我國“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《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》中提到：“積極推動源網(wǎng)荷儲一體化發(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”
同時，《規(guī)劃》也對電力系統(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中國山東儲能高質(zhì)量發(fā)展大會暨展覽會上，山東電力調(diào)度控制中心調(diào)度計劃處處長張冰介紹了目前虛擬電廠技術(shù)的發(fā)展和實踐情況，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”清潔發(fā)展的新一代智能控制技術(shù)和互動商業(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)化運行控制和市場交易。
華能浙江虛擬電廠資源概覽頁
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期市場交易和現(xiàn)貨市場交易及輔助服務(wù)市場交易。
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)儲能、電網(wǎng)側(cè)儲能；混合資源類型主要包括：分布式發(fā)電、儲能、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)、激勵流程；市場型則是指通過參與電力現(xiàn)貨市場以及輔助服務(wù)市場獲得收益；而自主型是根據(jù)供需自主調(diào)度，并在市場環(huán)境下長期穩(wěn)定商業(yè)運營
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，其功能包括負(fù)荷預(yù)測、發(fā)用電計劃管理以及資金結(jié)算；可實現(xiàn)數(shù)據(jù)量測傳輸，其中包括電力、電量分時計量與傳輸，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。三種運行模式各有利弊，無論哪一種都不能完全實現(xiàn)效率的絕對保障和收益的完全公平。
集中式控制模式，優(yōu)點是運行成本最低或參與電力市場獲利最大，缺點是內(nèi)部發(fā)電資源所屬權(quán)不唯一時，會面臨收益二次分配問題；
分布式控制模式，優(yōu)點是虛擬電廠計算分配壓力小，缺點是各個分布式能源之間相互獨立缺乏集中控制下的協(xié)調(diào)運行；
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，更有競爭力，協(xié)調(diào)性更佳。特點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)度模式下的計算負(fù)擔(dān)，同時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，從市場機制來看，目前的虛擬電廠不具備經(jīng)濟(jì)性強吸引力。虛擬電廠可參與市場有待拓寬，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，在滿足市場技術(shù)準(zhǔn)入要求的前提下，可參與現(xiàn)貨市場以及對應(yīng)品種的輔助服務(wù)市場交易。參與日前現(xiàn)貨市場，可通過自調(diào)度、報量報價或接受市場價格三種方式參與；參與輔助服務(wù)市場時，以調(diào)峰輔助服務(wù)為主。
但是長遠(yuǎn)來看，虛擬電廠不僅可參與中長期市場交易，方式與常規(guī)機組一致，還可參與日前、日內(nèi)、實時等多種時間尺度的現(xiàn)貨市場交易以及輔助服務(wù)市場交易。
而僅是輔助服務(wù)市場，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)計電量約9.5萬億千瓦時，2030年約11萬億千瓦時，預(yù)計輔助服務(wù)市場規(guī)模為2850-3300億元。
假以時日，虛擬電廠也會成為人們爭相爭搶的“香餑餑”。
國內(nèi)外對比
不難看出，虛擬電廠具體應(yīng)用時并不是固定選擇的，而是根據(jù)實際情況進(jìn)行組合的。
由于不同地區(qū)的虛擬電廠需求、模式、市場機制以及發(fā)展情況不盡相同，其虛擬電廠選擇參與市場時的方式和著重點也不一樣。
歐美地區(qū)虛擬電廠發(fā)展進(jìn)程
來源：CIES
國外地區(qū)以美國和歐洲為例，美國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，通過指導(dǎo)電力用戶暫時變更用電模式進(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交易，以聚合分布式電源為主。一般由獨立第三方運營商、發(fā)電廠以及輸電網(wǎng)運營商合作運營，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和輔助服務(wù)市場。
相比國外虛擬電廠，國內(nèi)的發(fā)展起步較晚。
近年來，國內(nèi)對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)階段國內(nèi)虛擬電廠還處在試點發(fā)展階段，虛擬電廠項目以研究示范為主，聚焦于需求側(cè)響應(yīng)模式。
國內(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，隨著新能源裝機規(guī)模不斷提升，現(xiàn)階段我國的虛擬電廠還需要研究建立源網(wǎng)荷儲靈活高效互動的電力運行與市場體系。
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。所以我們必須推動支持虛擬電廠運營商、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，目前國內(nèi)多個虛擬電廠發(fā)展也取得了不錯的成績，如：
上海虛擬電廠，擁有調(diào)度-交易-運營一體化運營體系，目前平臺已接入20家虛擬電廠，最大調(diào)節(jié)能力可達(dá)41.48萬千瓦；
作為首個市場化運營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，對接虛擬電廠運營商累計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迅速增長，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9.48%，全網(wǎng)用電量同比增長5.69%，10天破億，兩創(chuàng)新高，首次出現(xiàn)午晚峰同時破億。
山東電網(wǎng)風(fēng)光新能源總裝機為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。
面對以上兩個問題，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，實現(xiàn)能源的高效配置和靈活調(diào)度。還要完善電力市場規(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)運營試點工作
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，中廣核運營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；
國電投運營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)貨市場結(jié)算試運行工作有關(guān)事項的通知》（魯監(jiān)能市場[2022]34號）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規(guī)則，擬更新虛擬電廠參與市場機制，對虛擬電廠并網(wǎng)運行管理、注冊入場要求、市場交易組織方式和結(jié)算等方面進(jìn)行明確。
