中國儲能網(wǎng)訊：本文以蘇州工業(yè)園區(qū)為案例，通過對各領域資源進行量化分析，挖掘虛擬電廠建設的潛力，可為地區(qū)建設虛擬電廠提供方法和借鑒經(jīng)驗。
蘇州工業(yè)園區(qū)隸屬江蘇省蘇州市，位于蘇州市城東，地處沿海經(jīng)濟開放區(qū)與長江三角洲經(jīng)濟發(fā)展帶交匯處。1994年2月經(jīng)國務院批準設立，行政區(qū)劃面積278平方公里。
蘇州工業(yè)園區(qū)集聚了大量工業(yè)和商業(yè)設施，電力消費潛力較高，特別是2017年以來蘇州工業(yè)園區(qū)經(jīng)濟實現(xiàn)年均8%的高速增長，帶動了工商業(yè)用電量持續(xù)增長。加之人口規(guī)模增長、居民生活水平提升、電動車保有量增加等因素驅動，蘇州工業(yè)園區(qū)電力需求巨大。
相應的，園區(qū)電力供給對外依存度高，電力供應安全的制約因素較多，在國內可再生能源高比例并網(wǎng)背景下，由于其隨機性、波動性、間歇性特點，一旦風電、光伏出力大幅下滑，極有可能帶來電力安全風險，導致電力供需緊平衡、電能質量下降等問題。特別是迎峰度夏期間，面對電力供應不足時，園區(qū)目前多采用有序用電方式來削減電網(wǎng)負荷，影響企業(yè)的正常生產(chǎn)，特別是連續(xù)生產(chǎn)類企業(yè)。
在此背景下，建設虛擬電廠能夠提供靈活的能源供應和需求管理，通過綜合利用各類調節(jié)資源，與智能電網(wǎng)相結合，實現(xiàn)智能調度和管理，促進電力供需平衡，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，保障企業(yè)正常生產(chǎn)，滿足園區(qū)經(jīng)濟高速增長的需求。
1.蘇州工業(yè)園區(qū)資源分析
基于蘇州工業(yè)園區(qū)電力供需兩側現(xiàn)狀，目前園區(qū)電力系統(tǒng)中虛擬電廠可調節(jié)的資源主要包括：可調節(jié)負荷和分布式電源，而在儲能方面尚未形成規(guī)模，故本次虛擬電廠建設潛力分析重點聚焦工業(yè)、建筑和交通三大領域的可調節(jié)負荷。
可調節(jié)負荷資源是指在電力系統(tǒng)中能夠通過控制、調整或管理其電力消耗行為來實現(xiàn)對電力需求進行靈活調節(jié)的負荷。這些資源可以在需要時減少或增加其電力消耗，以適應電力系統(tǒng)的供需平衡和優(yōu)化運行。
蘇州工業(yè)園區(qū)虛擬電廠建設資源分布
1）可調節(jié)負荷資源潛力影響因素分析
在實際運行層面，用戶能否參與虛擬電廠以及參與度的大小，除了與外部刺激（主要是電價和其他激勵信號）密切相關外，主要由其負荷可調節(jié)性、可調節(jié)能力等負荷特性決定。
負荷可調節(jié)性指的是用戶負荷在時間和大小上可以進行調整的程度，根據(jù)用戶生產(chǎn)生活條件限制，用電設備可分為：可調節(jié)負荷、不可調節(jié)負荷。
不可調節(jié)負荷是指在電網(wǎng)高峰時段下，用戶負荷中心不可以調節(jié)的負荷部分，該部分負荷要求的供電可靠性高，一旦改變會對用戶生產(chǎn)生活或者電網(wǎng)安全性帶來嚴重影響。
可調節(jié)負荷是指電網(wǎng)高峰時段下，用戶負荷中心可以調節(jié)的負荷部分。從調節(jié)負荷的角度，一般認為，可調節(jié)負荷具備較大的虛擬電廠資源潛力，如空調、照明、工業(yè)生產(chǎn)設備等。這些負荷可以通過調整運行時間、功率需求或啟?？刂频确绞?，實現(xiàn)對電力需求的靈活調整。
負荷可調節(jié)能力指的是用戶負荷實際上能夠調整的范圍和幅度，其調節(jié)能力大小與用戶終端設備功率、設備使用頻次、保留負荷等密切相關；由于用戶響應行為具有間歇性特征，因此用戶負荷的季節(jié)性、周期性、日負荷特性等均影響到可調節(jié)時段和響應時間。同時，用戶負荷與電網(wǎng)高峰負荷的關系，也會影響用戶的可調節(jié)能力等。
可調節(jié)負荷資源影響因素
2）重點領域的資源潛力分析
從重點領域看，同一行業(yè)中用戶具有相似的負荷特性，其可調節(jié)資源具有一定的共性。
（1）工業(yè)領域：主要用電設備為電鍋爐、電窯爐、電傳送裝置、電機等生產(chǎn)裝備，以及電梯、照明、空調等輔助生產(chǎn)設備等。根據(jù)用電特性，可分為連續(xù)性用戶和不連續(xù)用戶。
①連續(xù)生產(chǎn)電力用戶：化工、水泥、冶金等行業(yè)，此類用戶用電量大，生產(chǎn)班制連續(xù)，主要生產(chǎn)設備長時間投運，對電力穩(wěn)定、安全供應的要求較高；
②非連續(xù)生產(chǎn)電力用戶：機械、紡織、食品等行業(yè)，此類電力用戶生產(chǎn)班制不連續(xù)，具有較大的需求響應資源潛力。
（2）建筑領域：主要用電設備包括空調、照明、電梯、水泵、電采暖等用能設備。根據(jù)用戶特征又可分為公共建筑、商業(yè)建筑和民用建筑類型：
①公共建筑：政府機關、醫(yī)院、學校等，此類電力用戶用電可靠性要求等級較高，用電高峰較為集中，多為白天，機關和學校多為工作日；醫(yī)院等公共機構對電力的可靠性要求高于機關和學校。
②商業(yè)建筑：賓館、餐飲、娛樂等行業(yè)，用戶用電量大，用電高峰較為集中，多為晚上，具有較大的節(jié)約電力資源潛力。
③居民建筑：以居民用電為主，用戶用電量大，增長快，負荷變化大，通常形成一到兩個負荷高峰。
（3）交通領域：以電動車、港口岸電以及充電設施為代表，用戶用電量大，用電高峰較為集中，特別是電動私家車出行多為早晚高峰，其充電時段的選擇具有較大的調節(jié)潛力。
綜合各重點領域負荷特性，工業(yè)中非連續(xù)生產(chǎn)行業(yè)、建筑領域的商業(yè)建筑，其可調節(jié)能力、價格敏感度高，可調節(jié)負荷資源潛力大；連續(xù)工業(yè)、充電設施其次。而公共建筑和民用建筑，資源開發(fā)潛力難度較高。
重點領域負荷特性分析
重點領域可調資源四象限分析
3）各領域可調節(jié)負荷資源
工業(yè)、建筑和交通是蘇州工業(yè)園區(qū)虛擬電廠可調節(jié)負荷資源分析的重點領域，其分析計算步驟分為行業(yè)最大可調節(jié)能力計算、行業(yè)可調節(jié)負荷計算兩大過程，分析方法的技術路線參考附錄A。
（1）工業(yè)領域
①工業(yè)行業(yè)最大可調節(jié)能力計算
2022年蘇州工業(yè)園區(qū)工業(yè)領域全年用電量為97.35億千瓦時，占全區(qū)全社會用電量的62.5%。工業(yè)電力消費大戶包括電子信息、紙業(yè)、化工等行業(yè)（不含電力生產(chǎn)企業(yè)）。
本研究選取了各行業(yè)內典型企業(yè)進行調研，并就企業(yè)產(chǎn)能利用率、生產(chǎn)班次、年度檢修時間等相關問題展開了交流。通過對同行業(yè)內不同企業(yè)調研結果進行分析，經(jīng)加權計算得出工業(yè)各行業(yè)的平均運行負荷率（Suse n）和最低負荷率（Smin n）。此外，根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗和調研結果發(fā)現(xiàn)，各行業(yè)每年的檢修時間基本為1個半月。
根據(jù)公式計算，工業(yè)各行業(yè)最大可調節(jié)能力，即（Pmax,n-Pmin,n），得到工業(yè)行業(yè)的最大可調節(jié)能力約64.0萬千瓦，其中裝備制造、石化及化工、木材加工及家具制造位列前三，其最大可調節(jié)能力分別為35.9萬千瓦、9.8萬千瓦和7.2萬千瓦。
②工業(yè)行業(yè)參與度分析
裝備制造、印刷等行業(yè)的單個用戶可調節(jié)能力大，價格敏感度高，屬于A象限，參與度賦值為50%；而鋼鐵、石化及化工、醫(yī)藥制造等行業(yè)雖然單個用戶可調節(jié)能力大、但價格敏感度較低，屬于C象限，參與度賦值為20%。
③工業(yè)行業(yè)可調節(jié)負荷計算
根據(jù)賦值結果，按照公式（1-1），計算得到蘇州工業(yè)園區(qū)工業(yè)領域可調節(jié)負荷在24.4萬kW。其中，“裝備制造業(yè)”“石化和化工行業(yè)”“木材加工及家具制造”位列前三，可調節(jié)負荷分為18.0萬千瓦、2.0萬千瓦、1.4萬千瓦。
（2）建筑領域
①建筑領域最大可調節(jié)能力計算
建筑領域電力負荷呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性特征。尤其是空調負荷，是拉高夏季電網(wǎng)峰值的最主要類型。同時，由于公共建筑和民用建筑，資源開發(fā)潛力難度較高，故本次計算重點關注制冷季（夏季）商業(yè)建筑（辦公/商場/綜合）中空調的可調節(jié)負荷資源潛力。
截至2022年底，蘇州工業(yè)園區(qū)共計擁有各類商業(yè)建筑面積約1000余萬平方米，其中辦公建筑、商場建筑和綜合建筑的比重約為7.1:1:2.6。根據(jù)對蘇州工業(yè)園區(qū)上述三類建筑中典型建筑的調研結果，這三類建筑空調每月的運行時間約為辦公建筑200小時，商場建筑360小時，綜合建筑275小時。按照公式（參考附錄A），計算得出2022年蘇州工業(yè)園區(qū)商業(yè)建筑在制冷季的平均用電負荷分別為12萬千瓦、1.4萬千瓦、3.2萬千瓦。三者合計得到建筑領域最大可調節(jié)能力為16.6萬千瓦。
②建筑領域參與度分析
商業(yè)建筑（辦公/商場/綜合）的單個用戶可調節(jié)能力大，價格敏感度高，屬于A象限，對其參與度賦值為45%。
③建筑領域可調節(jié)負荷計算
根據(jù)賦值結果，按照上述公式（1-1），計算得到蘇州工業(yè)園區(qū)建筑領域可調節(jié)負荷在7.47萬千瓦。其中，辦公建筑、商場建筑、綜合建筑可調節(jié)負荷分別為5.39萬千瓦、0.64萬千瓦、1.44萬千瓦。
園區(qū)各類商業(yè)建筑的可調節(jié)負荷
（3）交通領域
①交通領域最大可調節(jié)能力計算
蘇州工業(yè)園區(qū)充電基礎設施以車用充電站、充電樁為主。根據(jù)規(guī)劃，2025年底，園區(qū)將建有公用充電樁3660個、專用充電樁607個、私人充電樁3萬個，容量總需求達37.64萬千伏安，同時系數(shù)取0.6測算，用電負荷約為12.04萬千瓦。截至2022年底，園區(qū)共有各類充電樁10000個左右，其中公用、專用和私人充電樁數(shù)量比例約5:1:21。按照類比估算，目前園區(qū)充換電設施中三類充電樁用電負荷約3.0萬千瓦、2.5萬千瓦和0.98萬千瓦。三者合計，得到園區(qū)充換電設施最大可調節(jié)能力約為6.4萬千瓦。
②交通領域參與度分析
根據(jù)對園區(qū)充電站和私人用戶的調研結果，用戶普遍對電價的敏感度高，價格波動可直接影響用戶的充電行為，因此車用充電樁屬于B象限，參與度賦值為30%。
③交通領域可調節(jié)負荷計算
根據(jù)賦值結果，計算得到蘇州工業(yè)園區(qū)交通領域可調節(jié)負荷在1.9萬千瓦。其中公共樁、專用樁、私人充電樁可調節(jié)負荷分別為0.9萬千瓦、0.7萬千瓦、0.3萬千瓦。
園區(qū)各類充電設施的可調節(jié)負荷
（4）各領域可調節(jié)負荷資源匯總
綜上，工業(yè)、建筑（空調）、交通（充電設施）三大領域的可調節(jié)負荷之和為33.76萬千瓦，其中，工業(yè)為24.36萬千瓦，建筑（空調）為7.47萬千瓦，交通（充電設施）為1.93萬千瓦。
4）各領域調節(jié)電網(wǎng)高峰負荷能力
（1）蘇州工業(yè)園區(qū)電網(wǎng)負荷特性分析
從全年來看，參考江蘇省全年日最高、最低負荷曲線，江蘇省夏季（7、8 月）負荷明顯高于其他季節(jié)。2022年，蘇州工業(yè)園區(qū)全年最大負荷出現(xiàn)在7月，達314.8萬千瓦。因此，夏季是蘇州工業(yè)園區(qū)電網(wǎng)削峰最迫切時刻。從工作日來看，參考江蘇省工作日典型負荷虛線，全天形成兩個高峰時刻，早高峰10點至11點，晚高峰13點至16點3分。
（2）各領域負荷與電網(wǎng)高峰負荷的關系
工業(yè)領域方面，蘇州工業(yè)園區(qū)工業(yè)負荷占比較大，但工業(yè)負荷受季節(jié)變化影響小。工業(yè)負荷與夏季電網(wǎng)高峰負荷一般相關。
建筑領域（空調）方面，負荷的季節(jié)性特征明顯，空調負荷與夏季電網(wǎng)高峰負荷強相關。
交通領域（充電設施）方面，負荷規(guī)模小，且不呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化。負荷與夏季電網(wǎng)高峰負荷弱相關。
綜合上述分析，對行業(yè)負荷與電網(wǎng)高峰負荷的關系進行賦值。
園區(qū)各領域負荷與電網(wǎng)高峰負荷的關系賦值
（3）各領域負荷與電網(wǎng)高峰負荷的關系
根據(jù)賦值結果，根據(jù)公式（1-2），計算在電網(wǎng)高峰時段行業(yè)實際可調節(jié)能力為22.5萬千瓦，其中工業(yè)為14.6萬千瓦、建筑領域（空調）為7.5萬千瓦、交通領域（充電設施）為0.4萬千瓦。
園區(qū)各領域可調節(jié)負荷資源潛力
2.園區(qū)虛擬電廠建設資源匯總
建設虛擬電廠，除了上面提到的可調節(jié)資源，還有分布式發(fā)電和儲能。目前園區(qū)內部分企業(yè)建設有分布式光伏發(fā)電站，利用“閑置屋頂”產(chǎn)出“清潔電力”，截至2020年投運項目151個，裝機容量13.6萬千瓦，已全部實現(xiàn)并網(wǎng)，每年可提供1.36億千瓦時電力。目前園區(qū)在電網(wǎng)側和用戶側儲能方面尚未形成規(guī)模，但擁有相當規(guī)模的5G基站儲能資源，可作為虛擬電廠的建設資源，聚合起來參與電網(wǎng)調度。截至2022年3月，已建成5G基站3944個。按照單站功耗2.7千瓦計算，蘇州工業(yè)園區(qū)5G基站儲能大約為1萬千瓦。
因此，綜合各類型可調資源，得到蘇州工業(yè)園區(qū)虛擬電廠建設資源共計約37.14萬千瓦，其中可調節(jié)負荷資源為22.5萬千瓦，分布式能源為13.6萬千瓦。2022年蘇州工業(yè)園區(qū)最高用電負荷314.8萬千瓦，園區(qū)虛擬電廠可建設資源約占最高用電負荷的11.8%。
園區(qū)虛擬電廠建設資源情況
總體來看，蘇州工業(yè)園區(qū)可調節(jié)資源潛力高、企業(yè)數(shù)字化程度高，具有很好的虛擬電廠建設基礎。
蘇州工業(yè)園區(qū)擁有較大的可調節(jié)資源潛力，包括工業(yè)、商業(yè)建筑（空調）、交通三類用電領域的豐富可調節(jié)負荷資源以及相當規(guī)模的分布式能源，預估資源潛力達37.1萬千瓦。
此外，園區(qū)作為國內領先的國家級開發(fā)區(qū)，歷來重視電力低碳化數(shù)字化轉型創(chuàng)新，在政府側，現(xiàn)已完成園區(qū)能源公共服務平臺的建設，覆蓋區(qū)內企業(yè)的用能情況，率先建成全省首個開門接電示范區(qū)；在企業(yè)側，從自身發(fā)展需求和政策引導下，企業(yè)歷來重視在數(shù)字化方面的轉型，已集中完成的各類數(shù)字化轉型項目3000余個，實現(xiàn)規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)全覆蓋，加強了對設備和能耗的監(jiān)控能力，為挖掘可調節(jié)負荷資源潛力，奠定了良好的建設基礎。
3.虛擬電廠發(fā)展建議
為充分發(fā)揮虛擬電廠對地區(qū)的支撐作用，實現(xiàn)可調節(jié)資源納入新型電力系統(tǒng)調控運行，下一步還可以在政策制定、關鍵技術、市場機制及商業(yè)模式方面進行突破。
（1）政策制定
一是加強頂層設計，明確虛擬電廠的定義、范圍、發(fā)展定位、發(fā)展目標和實施策略，梳理各方的職責。建議借鑒江蘇的虛擬電廠發(fā)展模式，由政府主導平臺建設并提供公平、開放、免費服務，社會資本主導虛擬電廠建設和運營，培育市場化的“聚合商”，以促進技術創(chuàng)新和成本降低。
二是建立虛擬電廠標準體系，打破數(shù)據(jù)交互壁壘，建立多方協(xié)作機制和標準體系。國家標準如《虛擬電廠管理規(guī)范》和《虛擬電廠資源配置與評估技術規(guī)范》可以為虛擬電廠建設提供統(tǒng)一的管理規(guī)范。
（2）關鍵技術
一是優(yōu)化虛擬電廠的調控優(yōu)化、分析預測等核心技術，拓展多樣形態(tài)的資源動態(tài)，完善可調節(jié)資源協(xié)同優(yōu)化調控的標準體系。強化信息-物理-社會耦合視角下的動態(tài)特性量化分析能力。例如合肥虛擬電廠使用5G+量子技術實現(xiàn)了虛擬電網(wǎng)的再增速，并且提高了虛擬電網(wǎng)運行的安全性。
二是提高虛擬電廠對不同資源對象的辨識和配置效率，實現(xiàn)海量分布式資源的即插即用和高頻并發(fā)處理，加強通信承載能力。例如江蘇源網(wǎng)荷友好互動系統(tǒng)在2017年5月24日在蘇州對245戶大用戶開展了實切驗證，實現(xiàn)精準切負荷300萬千瓦，用戶側零誤跳完成實切演練，充分證明了其數(shù)據(jù)處理的準確性。
三是研究虛擬電廠接入的安全校核方法和動態(tài)評估技術，整合動態(tài)全局加密技術，以提高運行控制的可靠性和安全性，例如合肥虛擬電廠的量子技術，實現(xiàn)了量子加密，大幅提升虛擬電廠運行安全。
四是建設統(tǒng)一的虛擬電廠接入平臺，實現(xiàn)不同社會資本投資的虛擬電廠平臺按照統(tǒng)一的技術規(guī)范標準接入，以最優(yōu)方式配置省內資源。
（3）市場機制
一是研究虛擬電廠多元主體動態(tài)定價技術，綜合考慮邊際成本、運行情況等多因素，實現(xiàn)不同類型可調節(jié)資源價值的最優(yōu)分配。
二是完善現(xiàn)貨電能量市場、輔助服務市場等電力市場的價格形成機制，逐步放寬現(xiàn)貨市場價格上限，以鼓勵虛擬電廠的進一步投資。
三是完善市場交易體系，設計符合虛擬電廠靈活調節(jié)能力的市場交易機制，以支持虛擬電廠的市場化運營，消除或降低最低容量限制，以鼓勵虛擬電廠參與市場競爭。
四是引入基于區(qū)塊鏈的可信交易技術，以實現(xiàn)信息流、能量流和資金流的可溯源和可認證，從而激活虛擬電廠調節(jié)資源的潛力。
（4）商業(yè)模式
一是鼓勵符合要求的虛擬電廠參與電力市場，與傳統(tǒng)能源進行公平競爭，并鼓勵其參與綠色證書交易、綠色電力交易和碳排放交易，以回收投資成本。
二是探索開展能源金融、大數(shù)據(jù)增值等多類型服務，以拓展虛擬電廠的商業(yè)模式。
三是完善商業(yè)激勵模式，包括資源價值貢獻度和用戶決策理性的多種合作博弈定價方法，以提高用戶資源參與虛擬電廠運營的積極性。
