中國儲能網訊：構建新型電力系統(tǒng)是電力行業(yè)落實“碳達峰碳中和”目標的重要任務。未來，電力系統(tǒng)發(fā)輸配用各環(huán)節(jié)的功能定位和特性將發(fā)生重大調整，系統(tǒng)的發(fā)展也將面臨諸多挑戰(zhàn)和需要研究解決的問題，虛擬電廠正是在這個趨勢下產生發(fā)展，也必將服務于新型電力系統(tǒng)建設，實現(xiàn)網源荷友好互動、多源特性互補、負荷側靈活響應，特別是為促進新能源高效消納提供一種新的解決方案。
01 我國電力系統(tǒng)建設及發(fā)展經驗
經濟社會發(fā)展是電力系統(tǒng)發(fā)展的核心驅動力，而電力系統(tǒng)的發(fā)展也是經濟社會發(fā)展的重要支撐。我國電力系統(tǒng)發(fā)展從19世紀末萌芽，伴隨動蕩飄搖的經濟社會而緩慢發(fā)展，新中國成立后隨著我國經濟社會快速發(fā)展，一直秉承著“人民電業(yè)為人民”的發(fā)展理念，在系統(tǒng)規(guī)模、裝機容量、技術水平、安全運行等方面都持續(xù)快速演變提升，滿足了各時期經濟社會發(fā)展需要。
與我國經濟社會發(fā)展階段以新中國成立、改革開放以及“十四五”開局作為劃分時點相似，我國電力系統(tǒng)發(fā)展同樣可以據此劃分階段，各階段經濟社會發(fā)展水平決定了當時的電力系統(tǒng)發(fā)展水平。
第一階段為1882-1949年，這個階段是以個體為主體的零星電力系統(tǒng)。在這個階段我國經濟社會與能源發(fā)展水平均較低，經濟社會發(fā)展用能需求與能源供給的矛盾不突出，電力系統(tǒng)發(fā)展緩慢。為解決全社會“有沒有”電用的矛盾，我國逐漸形成了以個體為主體的零星電力系統(tǒng)，電網以分散式地區(qū)電網為主，呈現(xiàn)小機組、低電壓、小型系統(tǒng)特征。
第二階段為新中國成立后至改革開放前的1949-1978年，這個階段逐步建立省市為主體的高壓電力系統(tǒng)。這個階段我國經濟社會和能源發(fā)展的矛盾逐步顯現(xiàn)，能源供應短缺導致經濟增長潛力未能充分釋放。為應對全社會用電需求從“有沒有”到“夠不夠”的矛盾轉變，我國逐步形成了以省市為主體的高壓電力系統(tǒng)，呈現(xiàn)中小機組、高電壓、中小型系統(tǒng)特征，電力裝備和技術開始發(fā)展。
第三階段為改革開放后的1978-2020年，這個階段形成了以區(qū)域為主體的超、特高壓電力系統(tǒng)。這個階段我國經濟社會和能源發(fā)展均呈現(xiàn)高速增長態(tài)勢，但發(fā)展不均衡矛盾突出，對電力系統(tǒng)大范圍優(yōu)化資源配置提出更高要求。為應對全社會用電需求從“夠不夠”到“好不好”的矛盾轉變，我國逐步形成了以區(qū)域為主體的超、特高壓電力系統(tǒng)，呈現(xiàn)中大機組、超、特高壓、大型系統(tǒng)特征，系統(tǒng)大范圍資源優(yōu)化配置能力和安全可靠性顯著提升，電力裝備和技術不斷突破，迅速發(fā)展。
第四階段為“十四五”開局后，這個階段將持續(xù)打造新能源占比逐步提高的新型電力系統(tǒng)。隨著經濟發(fā)展和社會進步，能源發(fā)展的內涵正在發(fā)生深刻變化，這個階段我國經濟社會與能源加快綠色低碳轉型，對電力系統(tǒng)高質量發(fā)展提出更高的要求。為應對全社會用電需求從“好不好”到“綠不綠”的矛盾轉變，我國將構建具備清潔低碳、安全充裕、經濟高效、供需協(xié)同、靈活智能特征的新型電力系統(tǒng)。
總體而言，我國的電力系統(tǒng)伴隨經濟社會發(fā)展持續(xù)迭代升級，新技術、新業(yè)態(tài)應運而生，支撐電力系統(tǒng)加速轉型。分布式電源、儲能、電動汽車、智能家居等的大量接入，以及“云大物移智鏈邊”等先進數(shù)字信息技術在電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的廣泛應用，必將催生綜合能源服務、車網協(xié)同等服務多樣化發(fā)展，以及需求響應、虛擬電廠等技術大范圍推廣應用。
02 新型電力系統(tǒng)發(fā)展與虛擬電廠應用
（一）全面、完整認識新型電力系統(tǒng)
關于新型電力系統(tǒng)，至少應從電網物理形態(tài)（電力）和價值形態(tài)（市場）兩個維度去認識。也就是說，新型電力系統(tǒng)不僅在物理形態(tài)上呈現(xiàn)新特點，在市場價值形態(tài)上也煥然一新。須強調的是，基于電能（發(fā)電和用電）瞬間平衡原理和資源優(yōu)化配置及規(guī)模經濟邊際效益理論，物理電網“一張網”涵蓋局部“微網”，更不用說“農網”，“獨立（微）網”只適宜“偏遠”區(qū)域，與是否多元產權主體和經營管理主體無關。
在物理形態(tài)方面，新型電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)出多能協(xié)同互補、源網荷同步互動、多網融合互聯(lián)等典型特征。相同的是電力系統(tǒng)依然是源（發(fā)電）網（輸電）荷（用電）同網同步、實時平衡運行，諸多不同表現(xiàn)在于：多能協(xié)同互補，也就是統(tǒng)籌用戶冷、熱、氣、電等各類用能需求，通過風光水火儲多能互補、冷熱氣電聯(lián)供、分布式智能電網等方式，保障不同時間尺度能源的有效供給，須澄清的是，不管是哪種“儲能”，首先是耗能特征，在電力系統(tǒng)中呈“源”“荷”兩面，以“源”的品質“調”的功能體現(xiàn)其價值。源網荷同步互動，也就是通過電網（即使是微網）實時的調控和調節(jié)協(xié)調，促進源荷同步互動等多種交互方式，實現(xiàn)源網荷各環(huán)節(jié)緊密耦合，提高電力系統(tǒng)動態(tài)平衡能力，促進供需精準平衡，保障電力可靠供應。多網融合互聯(lián)，也就是通過構建能源樞紐平臺，實現(xiàn)大電網與微電網，電網與車聯(lián)網、冷熱氣等其它能源網絡、工業(yè)互聯(lián)網柔性互聯(lián)與融合發(fā)展，推動能量流、數(shù)據流、價值流的深度融合。
在價值形態(tài)方面，新型電力系統(tǒng)將兼?zhèn)涓叨劝l(fā)達的電力交易市場、協(xié)調統(tǒng)一的價格形成機制，依托物理電網促進多能物理特性充分互補，以充分挖掘特質潛力。新型電力系統(tǒng)將包括新能源、儲能、調節(jié)性電源、微電網和“電力產消者”等豐富的市場主體，各市場主體的特性各不相同，推動源網荷各環(huán)節(jié)發(fā)生深刻變化，相應的市場機制和價值機制也需要更新迭代，逐步建立高度發(fā)達的電力交易市場和協(xié)調統(tǒng)一的價格形成機制。當前，尤其迫切健全和完善包括“儲能”在內的“調節(jié)”服務市場價格并充分體現(xiàn)其“功能價值”，完善中長期穩(wěn)定電力供需、現(xiàn)貨發(fā)現(xiàn)價格、輔助服務保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行的交易機制，構建涵蓋電力市場、碳市場、綠證市場等在內的多市場協(xié)同運作體系，持續(xù)深化電價改革，加快構建起有效反映電力供需狀況、功能價值、成本變化、時空信號和綠色價值的市場化電價形成機制，為構建新型電力系統(tǒng)提供堅實的機制保障。
（二）新型電力系統(tǒng)的典型特征
隨著電力系統(tǒng)中新能源占比提高，為兼容新能源隨機性、間歇性、波動性等特點，新型電力系統(tǒng)應呈現(xiàn)以下的典型特征：
一是以清潔低碳為目標。非化石能源將逐步成為裝機和電量主體，風光水核氫等多種能源協(xié)同發(fā)展，電力碳排放逐步達到“雙碳”目標要求。工業(yè)、交通、建筑等領域電氣化持續(xù)推進，電能逐步成為終端能源消費的主體。二是以安全充裕為前提。新能源逐步由增量電源主體向整體結構主體轉變；火電發(fā)揮“壓艙石”作用，“充分保有”“靈活性調節(jié)”并逐步向支撐性、保障性能源定位轉變；大電網與分布式智能電網共同支撐電力安全供給和系統(tǒng)穩(wěn)定運行。三是以經濟高效為重點。能源新技術、新裝備、新材料持續(xù)迭代升級，推動風電、光伏、新型儲能等成本持續(xù)下降，保障電能經濟供給；中長期市場、現(xiàn)貨電能量市場、輔助服務市場、綠電交易等機制持續(xù)完善，推動電力系統(tǒng)經濟高效運轉。四是以供需協(xié)同和靈活智能為支撐。立足全國優(yōu)化布局生產力，西部、北部清潔能源供應與東部、中部電力需求高效匹配。分布式電源、多元負荷、新型儲能等靈活資源廣泛接入，先進數(shù)字技術與電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)深度融合，源隨荷動向源荷靈活互動的智能調控模式轉變，實現(xiàn)源網荷各環(huán)節(jié)緊密耦合、多層互動。
（三）新型電力系統(tǒng)發(fā)展促進虛擬電廠應用
虛擬電廠，顧名思義非實體電廠，它是通過實時信息通信和監(jiān)測控制技術，實現(xiàn)分布在一定區(qū)域分散分布式新能源、儲能系統(tǒng)、可控負荷、電動汽車等資源的聚合和協(xié)調優(yōu)化，形成的具有電力市場交易或電網互動能力的（獨立）經濟實體。
一方面，新型電力系統(tǒng)發(fā)展對虛擬電廠應用提出了迫切需求。我國“富煤、貧油、少氣、新能源豐富”的能源資源稟賦特征，決定了要端牢能源的飯碗、實現(xiàn)能源綠色低碳轉型，必須大力發(fā)展新能源。然而新能源“大裝機小出力”特征明顯，其固有的強隨機性、波動性和間歇性，對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行帶來嚴峻挑戰(zhàn)。同時，隨著社會經濟發(fā)展和電氣化水平的提升，電力系統(tǒng)尖峰負荷屢創(chuàng)新高、峰谷差持續(xù)拉大，導致負荷高峰時段頂峰能力不足與低谷時段棄風棄光并存并將長期存在，這對提升電力系統(tǒng)靈活性調節(jié)能力提出了更高要求。平衡“綠色低碳”“終端低價”“供電保障”三角難題，不僅需要兼顧供銷兩端資源配置最優(yōu)，還迫切需要培育一種具有經濟性的新型市場主體參與電網互動，以市場化方式激發(fā)各類主體主動分擔電力系統(tǒng)調節(jié)壓力，解決新形勢下供需矛盾，保障電網安全穩(wěn)定運行。
另一方面，新型電力系統(tǒng)發(fā)展也為虛擬電廠應用奠定了重要基礎條件。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)強調保障供給以滿足需求，體現(xiàn)為“源隨荷動”，而隨著分布式電源、可調負荷、電動汽車等廣泛應用，新型電力系統(tǒng)更強調“源網荷協(xié)同互動”，這使得終端負荷特性由傳統(tǒng)的剛性、純消費型向柔性、生產與消費兼具型轉變，為虛擬電廠應用奠定了物質條件。同時，新型電力系統(tǒng)發(fā)展推動了計量、通信、控制、大數(shù)據、人工智能等領域的新型技術在電力系統(tǒng)中的應用，大大增強了各市場主體實時信息對稱性與可控能力，為虛擬電廠聚合和協(xié)調優(yōu)化具有單體容量較小、接入電壓等級低、數(shù)量眾多、分布廣泛等特征的零散靈活資源提供了技術條件。
03 新型電力系統(tǒng)背景下的虛擬電廠功能
現(xiàn)階段，我國虛擬電廠業(yè)態(tài)還處在探索階段，主要以參與需求響應，進行削峰填谷為主。隨著物理電網和市場機制的不斷完善，虛擬電廠也在逐步參與調峰、調頻、備用等輔助服務交易中發(fā)揮更大作用。
（一）虛擬電廠參與需求響應
1.虛擬電廠參與削峰填谷。隨著經濟發(fā)展和工商業(yè)負荷的迅速增長，電網尖峰負荷不斷增加，新能源裝機比例不斷上升，各省區(qū)均存在不同程度調峰困難，尖峰負荷持續(xù)時間短，局部低谷時段需煤電機組壓出力運行。為應對短時尖峰負荷新建電源，投資成本大，經濟性不高，虛擬電廠從負荷側資源入手，主動響應電網調度或交易機構發(fā)出的削峰或填谷邀約，協(xié)調優(yōu)化可控調節(jié)資源的用電模式，為各省電網提供削峰填谷的有效手段，解決電網日峰谷差大、局部時段調峰困難問題。如：上海構建了以商業(yè)樓宇為主的“調度-交易-運營一體化“的虛擬電廠運營體系，初步形成100萬千瓦發(fā)電能力，分鐘級、秒級調度容量超過6萬千瓦和3萬千瓦，在2022年春節(jié)實施了涵蓋千余電力用戶的填谷需求響應，實現(xiàn)需求響應最大填谷容量4.1萬千瓦，填谷電量7.1萬千瓦時，消納清潔能源2.2萬千瓦時。
2.虛擬電廠緩解電網局部阻塞。電網調度機構根據電網拓撲、斷面約束等信息實時計算電網阻塞情況，并向虛擬電廠平臺發(fā)出阻塞區(qū)域的負荷調節(jié)需求；虛擬電廠平臺通過對阻塞區(qū)域內的可調資源進行優(yōu)化，響應調度需求指令，實現(xiàn)緩解電網阻塞的目標。
（二）虛擬電廠參與輔助服務
1.虛擬電廠參與調峰調頻。虛擬電廠作為獨立的市場主體，在滿足相關市場參與條件下，可參與調峰、調頻等相應類型輔助服務市場交易。用戶通過儲能調頻獲得調頻收益，同時電網獲得優(yōu)質的調頻資源，實現(xiàn)用戶和電網合作共贏。如：國網冀北公司建設的國內首個虛擬電廠試點項目，于2019年12月建成投運，目前聚合了35家用戶、156個可調節(jié)資源，總容量35.8萬千瓦，調節(jié)能力20.4萬千瓦，2022年已響應最大調節(jié)功率為15.4萬千瓦，每分鐘最大調節(jié)速率1.57萬千瓦，調節(jié)性能良好。自2019年起，作為獨立第三方主體參與華北調峰輔助服務市場，連續(xù)提供調峰服務超過5225小時，累計增發(fā)新能源電量3747萬千瓦時。
2.虛擬電廠作為系統(tǒng)備用。未來電力系統(tǒng)中的新能源機組增多，常規(guī)機組占比減少，將導致發(fā)電側備用能力不足，同時，新能源出力波動又將進一步提高系統(tǒng)備用需求。虛擬電廠可以聚合靈活資源作為負荷側備用，待系統(tǒng)有需求時即可通過調度下令快速響應。如：深圳打通電網調度系統(tǒng)與虛擬電廠平臺接口，實現(xiàn)電網調度系統(tǒng)與用戶側可調節(jié)資源的雙向通信，可滿足電網調度對虛擬電廠平臺實時調節(jié)指令、在線實時監(jiān)控等技術要求。目前接入裝機容量約為87萬千瓦（相當于約9萬戶家庭的用電報裝容量，接近一座大型煤電廠的裝機容量）。預計到2025年，將建成具備100萬千瓦級可調節(jié)能力的虛擬電廠。2023年9月，深圳虛擬電廠首次參與南方區(qū)域跨省電力備用輔助服務市場調用運行，在負荷高峰時段內為電力系統(tǒng)提供正備用，并于11月作為第三方獨立主體參與跨省備用市場交易，首次與其他常規(guī)電源發(fā)電主體同臺競價，日前出清最大中標容量約為2.4萬千瓦。
此外，虛擬電廠還將呈現(xiàn)顯著的節(jié)能減排社會價值與效益，引導用戶優(yōu)化用電：一是虛擬電廠可以促進節(jié)能減排和新能源消納：采用200兆瓦虛擬電廠通過調動清潔能源替代火電電量每年可節(jié)約標煤4.07萬噸，減排二氧化碳10.8萬噸、二氧化硫3261噸。二是虛擬電廠可以培育市場主體、帶動生態(tài)構建：培育一大批負荷集成商等市場主體，帶動新增就業(yè)（帶動節(jié)能設備，平臺建設，計量設備等產業(yè)），拉動GDP增長和帶來額外納稅等收益。三是通過參加虛擬電廠可以獲得補貼收益、減少停電損失：用戶主動參與需求側響應項目，可獲取響應負荷調整的激勵補貼；用戶參與能效電廠和移峰填谷項目，可獲取一次性補貼。同時，對用電可靠性較高的用戶而言，需求側響應可以通過在高峰時期降低其他用戶的用電負荷，來保證高可靠性用戶的用電需求，降低停電帶來的損失。
04 虛擬電廠與電力市場的發(fā)展聯(lián)系
結合虛擬電廠的聚合特性，持續(xù)完善電力市場機制，明確虛擬電廠參與市場準入標準，不斷豐富虛擬電廠可參與的交易品種等，將有助于激發(fā)虛擬電廠活力創(chuàng)新商業(yè)模式，促進虛擬電廠的廣泛應用和實踐。
一是明確虛擬電廠參與各類市場的準入標準。將虛擬電廠納入全國統(tǒng)一電力市場體系建設的總體布局規(guī)劃，根據響應特性、響應時長、響應速度、容量規(guī)模等性能指標要求，建立虛擬電廠參與中長期、現(xiàn)貨、輔助服務等不同品種交易的準入標準。
二是加快完善輔助服務交易品種。加快推動調頻、備用、爬坡、無功等輔助服務市場建設，滿足新型電力系統(tǒng)對于各類調節(jié)品種的需求，并將虛擬電廠等新興市場主體納入參與范圍，以市場化方式反映虛擬電廠參與電力系統(tǒng)調節(jié)的價值，為虛擬電廠提供多樣化的成本回收途徑。
三是建立虛擬電廠容量補償機制。虛擬電廠是新型電力系統(tǒng)下新興的重要調節(jié)資源，在當前虛擬電廠市場參與機制不完善，盈利模式存在較大不確定性的情況下，為推動虛擬電廠良性健康發(fā)展，可考慮建立虛擬電廠容量補償機制，拓寬虛擬電廠的收益來源，促進虛擬電廠的投資建設。
05 虛擬電廠業(yè)態(tài)良性發(fā)展的建議
我國虛擬電廠總體上處于試點示范的發(fā)展初期，仍面臨虛擬電廠總體規(guī)劃不足，技術支撐體系不夠完備，商業(yè)模式尚未理順，市場定位和準入標準不夠明確，市場參與機制尚不健全以及輔助服務市場規(guī)模小、品種少等挑戰(zhàn)，制約了虛擬電廠的廣泛應用和實踐。為進一步發(fā)揮虛擬電廠對新型電力系統(tǒng)建設的支撐作用，需要從政策、技術、商業(yè)模式、市場機制等方面推動虛擬電廠業(yè)態(tài)良性發(fā)展。
（一）政策層面：加強產業(yè)監(jiān)管和有序引導。建議將需求側資源與發(fā)電側資源調節(jié)能力等同，盡快出臺促進和完善虛擬電廠建設與發(fā)展的指導性文件，結合新型電力系統(tǒng)建設規(guī)劃和不同地區(qū)資源稟賦，合理規(guī)劃虛擬電廠的范圍及職能，明確虛擬電廠在各階段的發(fā)展重點。結合新型電力系統(tǒng)建設要求和相關技術發(fā)展趨勢，從管理要求、技術參數(shù)、運營模式等方面，加快制定虛擬電廠系列標準規(guī)范，構建完整的虛擬電廠技術標準體系，制訂信息規(guī)范、并網檢測、網絡安全等一批核心技術標準。
（二）技術層面：以數(shù)字化推動平臺建設。虛擬電廠可觀、可測、可調控的功能實現(xiàn)需依托數(shù)字化技術，建議深化“云大物移智鏈”等先進信息技術與虛擬電廠的融合，密切虛擬電廠與調度的聯(lián)系，推動虛擬電廠聚合電能及用戶管理“一體化”平臺建設，促進信息流動和開放共享，特別是實現(xiàn)虛擬電廠的聚合用戶管理、系統(tǒng)狀態(tài)感知、運營策略動態(tài)優(yōu)化、指令實時下發(fā)等功能，提升用戶側需求響應的自動化和智能化水平，實現(xiàn)響應系統(tǒng)決策智能化、執(zhí)行方式自動化（促進用戶“多表集抄”“多網融合”“多機統(tǒng)控”功能實現(xiàn)，減少用戶重復建設投資）。
（三）商業(yè)模式層面：培育新業(yè)態(tài)。建議密切跟進需求響應、電力輔助服務市場、電能量交易市場、綠電及碳交易等政策與規(guī)則動態(tài)，加速虛擬電廠商業(yè)模式創(chuàng)新，強化產品創(chuàng)新迭代。完善虛擬電廠內部定價及利益分配機制，提高用戶資源參與虛擬電廠運營的積極性。完善促進虛擬電廠產業(yè)發(fā)展的金融財稅、創(chuàng)新鼓勵政策，鼓勵各類市場主體以多元化方式參與到虛擬電廠建設與發(fā)展的過程，推動虛擬電廠業(yè)態(tài)的培育發(fā)展。
（四）市場機制層面：完善市場機制和系統(tǒng)設計。建議加快明確虛擬電廠市場定位和主體身份，合理確定市場準入標準，將虛擬電廠納入全國統(tǒng)一電力市場體系建設的總體布局規(guī)劃。加快完善虛擬電廠市場參與機制，健全輔助服務市場交易品種，充分反映虛擬電廠的調節(jié)價值，為虛擬電廠提供多樣化的成本回收途徑，促進虛擬電廠的投資建設。加強市場技術支持系統(tǒng)建設，做好市場注冊、評估、計量、結算等關鍵性支撐，滿足虛擬電廠靈活、自由參與多類別電力市場的需要。
虛擬電廠，產電無廠，銷電無網，等效可控，現(xiàn)貨交易；雖是”買賣”，卻有別于實體電廠“直銷”和傳統(tǒng)“躉售電”。其實，虛擬電廠也并非新生事物，但在新的歷史階段將成為以“雙碳”為目標的新型電力系統(tǒng)（電力市場）建設的新興實體。
