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虛擬電廠將成為未來解決能源變革問題的重要手段

   2022-12-21 24
 若要充分發揮虛擬電廠對電力系統的支撐作用,實現可調節資源納入新型電力系統調控運行,還需要在政策制定、關鍵技術、市場機制及商業模式方面進行突破。
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隨著碳達峰、碳中和目標的持續推進,新型電力系統的發展成為未來趨勢??稍偕茉?、分布式發電的開發得到前所未有的重視,傳統“源隨荷動”的運行模式亟須向“源荷互動”轉變,這也讓原有的電力系統變得更加復雜,對電力系統靈活調節能力提出了更高的要求。在發電、輸電、配電、用電各環節的新態勢下,虛擬電廠應運而生。虛擬電廠能夠提升能源服務,實現對分布式能源的響應分配、靈活潛力挖掘、實時協調控制,參與電力交易市場和需求響應,在破解清潔源消納難題、綠色能源轉型方面將發揮重要作用。
 
國內虛擬電廠發展剛剛起步,還達不到參與電網調峰調頻的程度??梢灶A見,在政策、技術、商業模式等方面日趨成熟的基礎上,虛擬電廠將成為未來解決能源變革問題的重要手段,可能邁入快速增長期。
 
(來源:微信公眾號“電聯新媒” 作者:王光達 等)
 
國內外虛擬電廠發展現狀
 
歐美國家的虛擬電廠發展比中國早十年左右,目前已較為成熟。早在2001年,德國、英國、法國、西班牙等國家開始興起以集成中小型分布式發電單元為主的虛擬電廠項目,同期,北美推進相同內涵的“電力需求響應”,澳大利亞、日本等國家近年來也逐步加入研究、部署行列。各國發展各有側重,歐洲虛擬電廠以聚合分布式電源為主;美國虛擬電廠則以負荷型的靈活性資源為主,美國許多州都在嘗試家庭虛擬電廠;日本以聚合用戶側儲能和分布式電源為主;澳大利亞以聚合用戶側儲能為主,特斯拉公司在南澳建成了號稱世界上最大的電池虛擬電廠。國外主要虛擬電廠工程如表所示。國際上,歐洲是虛擬電廠最集中、最成熟的市場,據Guidehouse Insights預測,到2028年,歐洲虛擬電廠市場收入預計每年超過30億美元。其中,德國已完全實現商業化,德國的能源聚合市場和靈活性市場規模為75吉瓦,預計2030年將翻一番。
 
 
 
國內虛擬電廠處于起步階段,尚未形成成熟的成套解決方案,仍以試點示范為主。從2016年前后開始,上海、廣東、冀北、山東等地的示范項目逐步落地,如上海主要以聚合商業樓宇空調資源為主開展虛擬電廠試點;廣東主要以點對點項目測試為主;山東試點開展了日前現貨交易;冀北主要以參與華北輔助服務市場為主。其中,冀北虛擬電廠是國內少有的完全市場化運營模式。公開資料顯示,冀北虛擬電廠一期主要覆蓋張家口、秦皇島、廊坊三個地市,實時接入與控制蓄熱式電采暖、可調節工商業、智能樓宇等11類可調資源,自2019年12月投運至次年4月供熱季結束,其虛擬電廠參與調峰總收益約160.4萬元。
 
國內虛擬電廠與國外相比仍有較大差距,主要體現在以下四個方面:一是聚合資源類型不同,國外聚合資源類型豐富,包括源、荷、儲等各類資源(如德國Next Kraftwerke公司分布式資源占比達97%),而國內以負荷側資源為主,類型單一,難以形成規模效益;二是市場成熟度不同,國外輔助服務市場和電力現貨市場已經較為成熟,相關配套機制較為健全,而國內仍未形成穩定的電力市場機制,配套機制仍不完善;三是核心技術發展程度不同,國外核心技術更加成熟,尤其是虛擬電廠中核心的協調控制技術,已經可以實現大規模資源的協調優化控制,而國內對發電側分布式能源尚不可控,協調控制技術有待完善;四是商業模式成熟度不同,國外虛擬電廠商業化已較成熟,通過電力市場交易、參與調峰調頻、配置儲能等獲得收益,而國內虛擬電廠的商業模式不清晰,仍處于探索階段。
 
國內虛擬電廠面臨的難題
 
當前我國虛擬電廠仍面臨政策、技術、商業模式等多方面難題。
 
政策方面,管理體系和市場激勵機制不完善。近年來,國家、地方層面已發布系列規劃文件,將虛擬電廠作為電力系統重要的研究方向,如2015年國家發改委、國家能源局發布的《關于促進智能電網發展的指導意見》,提出研究推廣虛擬電廠技術,2022年國家發改委、國家能源局發布的《“十四五”現代能源體系規劃》提到開展可調節負荷、樓宇空調負荷、用戶側儲能等各類資源聚合的虛擬電廠示范。但國家還未出臺專項政策,國家和地方層面對虛擬電廠的規劃、設計、建設、運行、監管等管理職能未能作出統一部署。同時,市場激勵機制和補償機制也存在空白,相關用戶、發電商參與積極性不高,亟待出臺相關政策。
 
技術方面,分布式能源的協調控制和精準預測能力有待提高。分布式能源、儲能系統及可控負荷等的協調控制是虛擬電廠的關鍵和難點。目前,國內虛擬電廠試點實現了初步用戶用能監測,但在資源的優化調度方面還有較大不足,同時由于用電設備精細化數據采集能力不足,數據積累量不夠,在大容量、資源分布廣的可再生能源的精準預測方面也存在較大差距。
 
市場開放程度方面,用戶側負荷及發電側資源參與意愿不強。當前中國電力行業的產業結構,在負荷側幾乎沒有成熟的服務商和市場環境,這也就造成電力市場的開放程度不高。同時,雖然中央在政策層面已經確認了虛擬電廠可以作為獨立的市場主體參與輔助服務,但在實際操作過程中,一些地區出于安全運行等方面的考慮,對虛擬電廠設置了“高門檻”,提出安全性、技術規范標準等各種要求,也大大降低了市場主體參與的積極性。如華北地區,目前僅允許虛擬電廠根據日前發電預計劃在出清價格最高時段提供調峰服務;上海雖有報價機制,但將虛擬電廠調峰單獨劃分,不與火電提供的深度調峰共同報價出清。
 
商業模式方面,虛擬電廠盈利模式不明朗。當前,國內虛擬電廠項目基本由電網公司建設運營,國家層面缺乏總體政策保障和機制驅動,參與主體靠國家補助,整體盈利模式仍處于探索階段,沒有持續性。同時,目前省級層面缺乏統一的虛擬電廠平臺,沒有統一標準和接口,各類設備、聚合商間數據交互壁壘高,建設成本和難度較高。
 
關于虛擬電廠的思考
 
近年來,虛擬電廠逐步走進大家的視野,已經成為國內相關領域關注的熱點。但也有一種言論認為虛擬電廠炒作成分比較大,供電緊張時不能起到緩解的作用。
 
這種說法有一定道理,國內虛擬電廠起步較晚,又受限于政策、技術、經濟等方面因素的影響,目前發展還不成熟,更多是以小規模的試點工程為主,距離參與電網調峰調頻、服務電網安全穩定運行仍有很長的路要走。國內虛擬電廠的發展遠遠跟不上社會對它的需求,技術發展未到能夠推廣應用的程度,從這個角度來說,這種觀點也無可厚非。
 
雖然虛擬電廠在解決新能源消納和電力安全方面會起到一定作用,但認為單一依賴虛擬電廠解決電力安全運行的問題卻有些夸大其詞,還需要源網荷儲協調互動和電力市場的健康發展。
 
我們也該認識到,任何一種新概念、新技術的發展,都會經歷這樣的過程,技術發展跟不上需求,短時間讓人看不到效益,自然會受到質疑,這是正常的,也是一種理性看待熱點問題該有的嚴謹態度。
 
站在更長遠的時間維度來看,虛擬電廠在破解清潔能源消納難題、綠色能源轉型方面具有重要作用,在電網綠色低碳轉型和新型電力系統構建的過程中,會有更廣闊的空間和市場。道路是曲折的,前途是光明的,我們還應給虛擬電廠更多的包容和期許。
 
政策機制建議
 
虛擬電廠作為一種新興市場主體,可有效促進喚醒海量資源,加速電力系統互動模式的轉變。若要充分發揮虛擬電廠對電力系統的支撐作用,實現可調節資源納入新型電力系統調控運行,還需要在政策制定、關鍵技術、市場機制及商業模式方面進行突破。
 
在政策層面,一是加強頂層設計,梳理各方職責,明確虛擬電廠定義、范圍、發展定位、發展目標及分步實施策略;二是加快完善管理政策和激勵機制,國家層面出臺專門針對虛擬電廠的指導性文件,明確虛擬電廠準入條件和補貼政策,鼓勵和引導新興主體參與市場交易,為虛擬電廠商業化運營提供政策保障;三是建立虛擬電廠標準體系,打通各類負荷聚合商間的數據交互壁壘,建立統一、協調的多方協作機制和標準體系。
 
在技術層面,一是要進一步優化虛擬電廠調控優化、分析預測等方面的核心技術,拓展多樣形態的資源動態,完善可調節資源參與電力系統協同優化調控的標準體系,提高信息-物理-社會耦合視角下的動態特性量化分析能力;二是要提高虛擬電廠對不同資源對象的辨識和配置效率,實現海量分布式資源的即插即用及海量信息的高頻并發處理,提高異構網絡下的通信承載能力;三是研究考慮虛擬電廠接入的安全校核方法和動態評估技術,聯合動態全局加密技術,完善信息安全防護體系,提升虛擬電廠運行控制的可靠性及安全性。
 
在市場機制層面,一是研究考慮邊際成本、運行情況等多重因素及復雜目標的虛擬電廠多元主體動態定價技術,實現不同類型可調節資源價值的最優分配;二是要進一步完善適應虛擬電廠參與的多交易品種、多時間尺度的市場交易體系,以政府主導為主,電網公司起到適當引導示范作用,設計符合虛擬電廠靈活調節能力的市場交易機制,為虛擬電廠的市場化運營提供機制保障;三是引入基于區塊鏈的可信交易技術,實現信息流-能量流-資金流的可溯源、可認證,激活虛擬電廠調節資源稟賦的潛力。
 
在商業模式方面,一是在聚合可調節資源參與電力市場的基礎上,虛擬電廠運營商除了要按照市場規則與可調節資源簽訂代理合同外,還可基于聚合可調節資源類型和參與市場機制的不同,探索開展能源金融、大數據增值等多類型服務,拓展虛擬電廠商業模式;二是進一步考慮不同資源對象的物理特性、用戶意愿和響應成本的激勵方法,構建涵蓋B2B、B2C、C2B、C2C等多種商業運營模式的價值互動模型,提高用戶資源響應率;三是要進一步豐富虛擬電廠激勵資金,加快完善激勵政策,并針對虛擬電廠與靈活資源的價值傳導模型缺失問題,進一步完善商業激勵模式、資源價值貢獻度、用戶決策理性的多種合作博弈定價方法,提高用戶資源參與虛擬電廠運營的積極性。
 
 
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