中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
01.虛擬電廠的定義
虛擬電廠是一種運(yùn)用先進(jìn)通信、計(jì)算、調(diào)度和市場(chǎng)等手段聚合大量的分布式能源并進(jìn)行統(tǒng)一管理和協(xié)調(diào)優(yōu)化的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)上可以接受電網(wǎng)調(diào)度或者面向電力市場(chǎng)參與各種交易，為電網(wǎng)提供快速爬坡的靈活性；對(duì)下可以針對(duì)分布式電源、可控負(fù)荷、充電樁和工商業(yè)儲(chǔ)能等配網(wǎng)級(jí)分布式資源實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和控制，給予海量且分散和多元的分布式能源資源參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)和市場(chǎng)交易且獲利的機(jī)會(huì)。
虛擬電廠本質(zhì)是一種輕資產(chǎn)模式下的協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)，僅利用軟件系統(tǒng)平臺(tái)和通訊技術(shù)整合分布式電力資源并把控運(yùn)行核心和控制要點(diǎn)，并不需要自持或投資分布式資源。
02.虛擬電廠的發(fā)展背景
首先，現(xiàn)階段新能源接入比例和居民及三產(chǎn)負(fù)荷快速增長(zhǎng)，電力系統(tǒng)于源荷兩端波動(dòng)性大，于尖峰時(shí)刻的供需出現(xiàn)失衡矛盾，故電力系統(tǒng)對(duì)于靈活性調(diào)節(jié)資源以支撐系統(tǒng)的需求愈發(fā)強(qiáng)烈，且對(duì)于靈活性資源的功能需求和內(nèi)涵定義正逐步外延。
表1 兩峰電力供需局勢(shì)
圖1 數(shù)據(jù)來(lái)源：中電聯(lián)，信達(dá)證券，EESA數(shù)據(jù)庫(kù)
其次，傳統(tǒng)煤電調(diào)節(jié)難以滿足新型電力系統(tǒng)對(duì)源荷波動(dòng)調(diào)節(jié)的需求。當(dāng)前電力系統(tǒng)對(duì)于短時(shí)間尺度的靈活性需求不斷增強(qiáng)，其要求系統(tǒng)調(diào)節(jié)側(cè)可更快速且頻繁匹配供需平衡，而煤電不適合提供短時(shí)顆粒度的靈活性，同時(shí)頻繁調(diào)節(jié)出力和啟停會(huì)使得煤電機(jī)組出現(xiàn)損壞。
再次，抽蓄和電化學(xué)儲(chǔ)能雖然可滿足電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)需求，但建設(shè)周期長(zhǎng)和運(yùn)行成本高的弊端仍存。抽蓄是擁有調(diào)峰調(diào)頻調(diào)相和黑啟動(dòng)等多種功能的靈活性資源，但受限于建設(shè)工期長(zhǎng)、建設(shè)條件要求高且建設(shè)情況復(fù)雜，短期內(nèi)難有較大增量；電化學(xué)儲(chǔ)能是擁有響應(yīng)速度快可接受秒級(jí)/分鐘級(jí)調(diào)度指令的靈活性資源，但度電調(diào)峰成本遠(yuǎn)高于火電靈活性改造和抽蓄。
最后，需求側(cè)響應(yīng)用以提升系統(tǒng)靈活性具有高性?xún)r(jià)比。源側(cè)火電靈活性改造單位容量改造投入成本約0.6-0.7元/W，源側(cè)抽蓄建設(shè)成本約6.3-7.2元/W，儲(chǔ)能投入成本約1.5元/Wh，而需求側(cè)響應(yīng)一般規(guī)?？蛇_(dá)到最大負(fù)荷3%-5%，推廣費(fèi)加設(shè)備費(fèi)及運(yùn)維費(fèi)用攻擊約0.2-0.4元/W，較源儲(chǔ)兩側(cè)性?xún)r(jià)比更高。
綜上，以需求響應(yīng)為主的虛擬電廠在當(dāng)下亟須靈活性資源助力的新型電力系統(tǒng)中逐步走向了大眾的視野，疊加各省發(fā)布政策用以鼓勵(lì)虛擬電廠的建設(shè)，我國(guó)虛擬電廠正加速發(fā)展。
03.虛擬電廠可調(diào)節(jié)資源
一切在配電層級(jí)和可靈活調(diào)節(jié)自身負(fù)荷與出力的資源均可參與虛擬電廠調(diào)度，主要分為“源、荷、儲(chǔ)”。源類(lèi)主要有分布式光伏、風(fēng)電、小型的水電及火電機(jī)組等。荷類(lèi)主要有商業(yè)樓宇、工商業(yè)園區(qū)和冷熱負(fù)荷，儲(chǔ)類(lèi)主要有獨(dú)立儲(chǔ)能、工商業(yè)儲(chǔ)能、其他形式儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車(chē)。
表2 虛擬電廠可聚合資源特性及參數(shù)
從整體運(yùn)行環(huán)節(jié)分析，一方面虛擬電廠根據(jù)對(duì)下聚合的分布式能源特性（分布式電源的出力與爬坡曲線，儲(chǔ)能的充放電功率及電量水平，負(fù)荷側(cè)調(diào)節(jié)/中斷的容量和響應(yīng)時(shí)間）完成數(shù)學(xué)建?？坍?huà)，得出虛擬電廠的響應(yīng)能力。另一方面在調(diào)度機(jī)構(gòu)下達(dá)調(diào)節(jié)功率曲線時(shí)，虛擬電廠根據(jù)依據(jù)調(diào)用成本最優(yōu)原則拆解功率曲線至各資源，通過(guò)遠(yuǎn)程終端檢測(cè)或直接控制資源完成出力和調(diào)節(jié)。
04.虛擬電廠構(gòu)成要素
虛擬電廠主要由中央系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程終端三大架構(gòu)要素組成。
中央系統(tǒng)為虛擬電廠主站，是虛擬電廠的大腦。用戶的數(shù)據(jù)采集與分析、電力市場(chǎng)預(yù)測(cè)估計(jì)、資源建模與集合和市場(chǎng)優(yōu)化交易策略是主站運(yùn)行的四大模塊，其運(yùn)行邏輯為匯集遠(yuǎn)程控制終端所采集的用戶用電數(shù)據(jù)，結(jié)合內(nèi)置電力市場(chǎng)預(yù)測(cè)模塊的預(yù)測(cè)結(jié)果，基于運(yùn)行效益最優(yōu)的原則開(kāi)展優(yōu)化計(jì)算從而參與電力市場(chǎng)交易或執(zhí)行調(diào)度指令。
通信網(wǎng)絡(luò)為虛擬電廠面向調(diào)度機(jī)構(gòu)/市場(chǎng)機(jī)構(gòu)和遠(yuǎn)程終端的信息交互與控制通道，其主要方式分為對(duì)上和對(duì)下兩種，對(duì)上采用光纖接入調(diào)度控制系統(tǒng)（省調(diào)控中心→切負(fù)荷中心站→大用戶就近變電站→大用戶10kV配電站/智能負(fù)荷控制終端），對(duì)下采用無(wú)線公網(wǎng)接入交易平臺(tái)和營(yíng)銷(xiāo)需求響應(yīng)平臺(tái)及分布式資源（電力交易平臺(tái)→虛擬電廠平臺(tái)→無(wú)線公網(wǎng)→分布式資源計(jì)量點(diǎn)）。
遠(yuǎn)程終端為虛擬電廠控制終端資源的手段，一般以“邊端結(jié)合”的形式（設(shè)置即插即用的邊緣智能網(wǎng)關(guān)）實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算等功能，同時(shí)也完成對(duì)調(diào)節(jié)資源的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和柔性控制。
05.商業(yè)模式
5.1需求側(cè)響應(yīng)
需求側(cè)響應(yīng)是以經(jīng)濟(jì)激勵(lì)為主的措施，鼓勵(lì)具有負(fù)荷調(diào)節(jié)能力的用戶在預(yù)定時(shí)段主動(dòng)調(diào)減（增加）虛擬電廠的出力和用電負(fù)荷，緩解電力供需矛盾。虛擬電廠參與共分為兩步，其一為每年年初自愿申報(bào)參與需求響應(yīng)，其二為省調(diào)度中心對(duì)申報(bào)成功的虛擬電廠進(jìn)行階段響應(yīng)邀約（一般為迎峰度夏、度冬時(shí)期），虛擬電廠應(yīng)邀后可提供需求響應(yīng)資源（原則上1天不多于2次、每次不超過(guò)2小時(shí)），同時(shí)參與約定需量響應(yīng)的數(shù)據(jù)采集周期為15分鐘，參與實(shí)時(shí)需求響應(yīng)的速度應(yīng)達(dá)到分鐘級(jí)，數(shù)據(jù)采集周期為30秒。
表3 2023年部分地區(qū)需求響應(yīng)政策
數(shù)據(jù)來(lái)源：EESA數(shù)據(jù)庫(kù)
5.2調(diào)峰輔助服務(wù)
調(diào)峰服務(wù)指在電網(wǎng)調(diào)峰能力不足時(shí)段調(diào)整自身用電曲線達(dá)到緩解電網(wǎng)負(fù)荷高峰資源不足的效果。目前我國(guó)華北、華中、上海、山東、浙江和甘肅等地已頒布相關(guān)法規(guī)對(duì)虛擬電廠參與調(diào)峰市場(chǎng)進(jìn)行了準(zhǔn)入、報(bào)價(jià)與出清和結(jié)算方式等方面的規(guī)定。
表4 部分地區(qū)虛擬電廠調(diào)峰政策
數(shù)據(jù)來(lái)源：EESA數(shù)據(jù)庫(kù)
5.3調(diào)頻輔助服務(wù)
調(diào)頻服務(wù)主要包括一次調(diào)頻和二次調(diào)頻，目前僅江蘇和浙江兩省明確了虛擬電廠可分別作為第三方獨(dú)立主體、綜合能源服務(wù)商的身份參與調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)。
表5 江浙地區(qū)虛擬電廠調(diào)頻政策
數(shù)據(jù)來(lái)源：EESA數(shù)據(jù)庫(kù)
5.4電力現(xiàn)貨市場(chǎng)
虛擬電廠可根據(jù)當(dāng)?shù)仉娏ΜF(xiàn)貨市場(chǎng)相關(guān)規(guī)定在日前聚合計(jì)算并申報(bào)自身出力和調(diào)節(jié)能力，并根據(jù)日前現(xiàn)貨市場(chǎng)中標(biāo)情況和調(diào)度指令實(shí)時(shí)調(diào)減（增加）分布式資源的出力和負(fù)荷，從而以電力現(xiàn)貨市場(chǎng)結(jié)算規(guī)則獲得收益。
06.我國(guó)虛擬電廠運(yùn)行現(xiàn)狀
6.1我國(guó)虛擬電廠發(fā)展所處階段
虛擬電廠發(fā)展分為邀約型、市場(chǎng)化和自主調(diào)度型三個(gè)階段。邀約型階段是在沒(méi)有電力市場(chǎng)的情況下由政府部門(mén)或者調(diào)度部門(mén)發(fā)出邀約信號(hào)，各個(gè)虛擬電廠以可控資源參與響應(yīng)與調(diào)度，完成邀約至響應(yīng)至激勵(lì)的閉環(huán)流程，我國(guó)目前處于邀約型發(fā)展初期；市場(chǎng)化階段最大變化就是電力市場(chǎng)建設(shè)完成，虛擬電廠以實(shí)體電廠模式參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)和容量市場(chǎng)并獲得收益，德國(guó)和美國(guó)等地區(qū)正向市場(chǎng)化階段邁進(jìn)；自主調(diào)度型階段的變化是虛擬電廠區(qū)域范圍擴(kuò)大，不僅有分布式能源資源，更聚合了微電網(wǎng)等組合形態(tài)，收益模式也更豐富。
6.2我國(guó)虛擬電廠項(xiàng)目運(yùn)行現(xiàn)狀
我國(guó)虛擬電廠主要以試點(diǎn)項(xiàng)目為主，項(xiàng)目收益尚不可觀，仍處前期聚合控制技術(shù)驗(yàn)證和參與系統(tǒng)響應(yīng)階段。當(dāng)前已運(yùn)行項(xiàng)目的控制功能已完成技術(shù)驗(yàn)證且可接入現(xiàn)行調(diào)度安全系統(tǒng)接收調(diào)度指令并完成相應(yīng)調(diào)峰調(diào)頻功能，但因規(guī)模較小和補(bǔ)償水平較低的原因，虛擬電廠收益并不可觀。
表6 我國(guó)部分在運(yùn)虛擬電廠運(yùn)行情況
數(shù)據(jù)來(lái)源：中國(guó)電力科學(xué)研究院，EESA數(shù)據(jù)庫(kù)
07.虛擬電廠產(chǎn)業(yè)鏈分析
7.1產(chǎn)業(yè)鏈全景
虛擬電廠產(chǎn)業(yè)鏈可劃分為上游資源層、中游設(shè)備和運(yùn)營(yíng)層、下游交易層，目前參與虛擬電廠的企業(yè)多以提供通信和自動(dòng)化控制系統(tǒng)、預(yù)測(cè)及優(yōu)化等軟件模塊和提供遠(yuǎn)程終端和智能電表等設(shè)備提供商和服務(wù)商。
7.2行業(yè)壁壘
企業(yè)入局虛擬電廠賽道并非易事，該行業(yè)存在資質(zhì)壁壘和技術(shù)壁壘。一方面，虛擬電廠的注冊(cè)需要電力行業(yè)相應(yīng)資質(zhì)及一定技術(shù)能力，虛擬電廠需要國(guó)家電網(wǎng)管理，并由各地能源局和監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)參與虛擬電廠工作的電力用戶進(jìn)行資質(zhì)審批，電力資質(zhì)是參與虛擬電廠的入門(mén)壁壘；另一方面，通信系統(tǒng)是虛擬電廠的核心，主控系統(tǒng)的技術(shù)水平?jīng)Q定了虛擬電廠的技術(shù)天花板，主控系統(tǒng)的多元化調(diào)節(jié)能力和優(yōu)化的調(diào)度方式以及精準(zhǔn)地實(shí)時(shí)報(bào)價(jià)是參與虛擬電廠的技術(shù)壁壘。
08.虛擬電廠發(fā)展瓶頸
首先，我國(guó)虛擬電廠仍處于早期探索階段，發(fā)展路線較為模糊，頂設(shè)仍欠缺。當(dāng)前，虛擬電廠的建設(shè)主體、運(yùn)營(yíng)主體、監(jiān)管主體、參與主體、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、定價(jià)機(jī)制、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和收益分成等問(wèn)題尚未明確，這將導(dǎo)致行業(yè)發(fā)展阻力巨大。同時(shí)國(guó)內(nèi)現(xiàn)行試點(diǎn)項(xiàng)目差異較大，并未形成區(qū)域性或全國(guó)性統(tǒng)一范式，將不利于虛擬電廠軟硬件技術(shù)發(fā)展。
其次，傳統(tǒng)調(diào)度機(jī)構(gòu)尚未形成調(diào)度負(fù)荷側(cè)資源的習(xí)慣。因傳統(tǒng)電力系統(tǒng)運(yùn)行較為注重系統(tǒng)安全，仍主要依賴(lài)于可靠性較高的源測(cè)資源，而當(dāng)前虛擬電廠聚合資源規(guī)模較小且分散，同時(shí)采用無(wú)線公網(wǎng)進(jìn)行通信控制，故存在控制失靈等風(fēng)險(xiǎn)，繼而調(diào)度部門(mén)未能完全形成調(diào)度負(fù)荷側(cè)資源的習(xí)慣。
再次，我國(guó)電力市場(chǎng)化改革仍未成熟，虛擬電廠商業(yè)模式尚未確定。我國(guó)當(dāng)前電力市場(chǎng)并非完全市場(chǎng)化交易，在“計(jì)劃電價(jià)”的牽制下虛擬電廠盈利困難，商業(yè)化運(yùn)作難度大，商業(yè)模式仍需探索和印證。
最后，虛擬電廠參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)時(shí)，好的投標(biāo)策略如何制定是市場(chǎng)化交易中所面臨的挑戰(zhàn)。虛擬電廠在投標(biāo)過(guò)程中，如何平衡所聚合資源特性，如何滿足輔助服務(wù)性能需求的前提下最大優(yōu)化潛在利潤(rùn)，如何充分處理各類(lèi)市場(chǎng)間的耦合關(guān)系，直接決定現(xiàn)階段收益和未來(lái)發(fā)展。
