編者按
(資料圖片僅供參考)
虛擬電廠是一種新型電力系統(tǒng)，可對(duì)大規(guī)模新能源電力進(jìn)行高效利用，是電力行業(yè)未來(lái)極具潛力的發(fā)展方向。虛擬電廠現(xiàn)階段發(fā)展?fàn)顩r如何？如何發(fā)揮虛擬電廠的價(jià)值？虛擬電廠如何建設(shè)運(yùn)營(yíng)？······聚焦行業(yè)熱點(diǎn)，我們的“朋友圈”在暢聊。
2月初，我們刊發(fā)了【走進(jìn)虛擬電廠】系列，作者鄧慶安對(duì)虛擬電廠商業(yè)邏輯、技術(shù)能力需求以及社會(huì)化企業(yè)布局的商業(yè)策略進(jìn)行了分析探討，受到諸多關(guān)注與好評(píng)。本期，我們將歡迎“虛擬電廠大家談”第二位作者，他將聚焦虛擬電廠建設(shè)運(yùn)營(yíng)，從新的角度，再談虛擬電廠。
導(dǎo)語(yǔ)
2022年7月，在嚴(yán)峻的能源電力保供形勢(shì)下，“虛擬電廠”火了起來(lái)，它不僅成為了行業(yè)從業(yè)者關(guān)注的“熱點(diǎn)”，還站上了資本市場(chǎng)的“風(fēng)口”。
一千個(gè)讀者眼中有一千個(gè)哈姆雷特，虛擬電廠也如此。不同行業(yè)大咖和專家學(xué)者站在不同的視角，對(duì)這個(gè)現(xiàn)象級(jí)熱詞給予了不同的詮釋。圖1 虛擬電廠百度熱詞指數(shù)
從百度熱詞指數(shù)曲線可以看出，無(wú)論是作為新的廣域分散式能量控制技術(shù)，還是作為源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)的商業(yè)創(chuàng)新業(yè)態(tài)，亦或是解決高比例新能源下電力系統(tǒng)靈活性問(wèn)題的一劑良藥，當(dāng)前產(chǎn)業(yè)界都正在以一種更加務(wù)實(shí)的視角去看待虛擬電廠，并積極推動(dòng)虛擬電廠的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)。
商業(yè)模式、資源開(kāi)發(fā)、技術(shù)平臺(tái)是虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商面對(duì)的三類關(guān)鍵問(wèn)題?；睘楹?jiǎn)，本文結(jié)合實(shí)踐探索，向虛擬電廠發(fā)展關(guān)鍵問(wèn)題揮出“三板斧”，談?wù)勌摂M電廠建設(shè)運(yùn)營(yíng)中無(wú)法規(guī)避且需深入剖析的三個(gè)方面——能量運(yùn)營(yíng)、可調(diào)可控和多跨協(xié)同。
虛擬電廠業(yè)務(wù)開(kāi)展的核心是要把握能量運(yùn)營(yíng)
不管是電網(wǎng)企業(yè)、能源集團(tuán)等大型央企，需要作為核心企業(yè)，推動(dòng)建設(shè)新型能源生態(tài)系統(tǒng)，發(fā)揮虛擬電廠對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“壓艙石”作用；還是第三方市場(chǎng)主體需要將虛擬電廠打造成企業(yè)利潤(rùn)第三極，虛擬電廠的建設(shè)運(yùn)營(yíng)者都要注重本身的業(yè)務(wù)目標(biāo)，在業(yè)務(wù)開(kāi)展中，把握好能量運(yùn)營(yíng)的本質(zhì)。
當(dāng)前，虛擬電廠的主要業(yè)務(wù)是參與系統(tǒng)平衡，即滿足和提升系統(tǒng)靈活性，主要涉及需求響應(yīng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)、電能量現(xiàn)貨市場(chǎng)等。
首先需要強(qiáng)調(diào)的是，本文提出的“能量”，核心在于，虛擬電廠是通過(guò)對(duì)需求側(cè)資源的“能量”聚合，來(lái)解決新型電力系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中面臨的電力電量平衡性問(wèn)題以及頻率、電壓等穩(wěn)定性問(wèn)題。
把握能量運(yùn)營(yíng)，一是要了解資源的“能量特性”。
儲(chǔ)能電站、分布式燃?xì)怆娬镜仍葱再Y源主要是通過(guò)電網(wǎng)提供“靈活出力”來(lái)響應(yīng)電網(wǎng)平衡需求的，具有實(shí)時(shí)、快速啟停能力，通常能夠?qū)崿F(xiàn)毫米級(jí)、秒級(jí)響應(yīng)。負(fù)荷資源重點(diǎn)通過(guò)自主調(diào)節(jié)負(fù)荷行為來(lái)響應(yīng)電網(wǎng)供需平衡需求，容易受負(fù)荷主體或企業(yè)主體行為影響，不同類型負(fù)荷資源的能量特性不同，如工業(yè)可調(diào)節(jié)負(fù)荷和電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷。
二是要熟悉系統(tǒng)的“能量需求”。
新能源在電力系統(tǒng)中的占比持續(xù)提升，系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠供應(yīng)面臨巨大挑戰(zhàn)，供需平衡和確保電力安全穩(wěn)定供應(yīng)成為系統(tǒng)的關(guān)鍵需求。平衡類、穩(wěn)定性問(wèn)題主要涉及需求響應(yīng)、一次調(diào)頻、二次調(diào)頻、三次調(diào)頻，調(diào)峰、無(wú)功優(yōu)化、爬坡、黑啟動(dòng)以及清潔能源消納需求等。
三是要構(gòu)建豐富的“能量產(chǎn)品”。
如根據(jù)資源類型構(gòu)建的電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷機(jī)組（公交車(chē)、出租車(chē)、私人用車(chē)等不同類型的充電負(fù)荷）、分布式光伏集群機(jī)組（配儲(chǔ)、不配儲(chǔ)）、分布式儲(chǔ)能電站機(jī)組、工業(yè)可調(diào)節(jié)負(fù)荷機(jī)組等產(chǎn)品體系；根據(jù)響應(yīng)能力構(gòu)建的覆蓋毫秒級(jí)、秒級(jí)、分鐘級(jí)、小時(shí)級(jí)的多時(shí)間尺度調(diào)控產(chǎn)品等。
值得注意的是，幾類市場(chǎng)的推進(jìn)程度進(jìn)程不一。虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商需要結(jié)合市場(chǎng)規(guī)則的成熟度，開(kāi)發(fā)不同的“能量產(chǎn)品”參與不同的平衡類業(yè)務(wù)。
以輔助服務(wù)市場(chǎng)為例，可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源參與電力輔助服務(wù)市場(chǎng)正在快速推進(jìn)，但多以參與調(diào)峰業(yè)務(wù)為主。隨著現(xiàn)貨市場(chǎng)的全面推進(jìn)，調(diào)峰市場(chǎng)將會(huì)被現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)替代，調(diào)峰業(yè)務(wù)盈利空間進(jìn)一步受到影響。
調(diào)頻收益則優(yōu)于調(diào)峰。盡管當(dāng)前調(diào)頻的市場(chǎng)化程度總體上低于調(diào)峰，但隨著需求側(cè)資源參與調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)的不斷成熟，虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商亟需構(gòu)建“毫秒級(jí)、秒級(jí)”的時(shí)間尺度調(diào)控產(chǎn)品來(lái)參與系統(tǒng)調(diào)頻業(yè)務(wù)，調(diào)頻業(yè)務(wù)將會(huì)獲得更高收益。
其次，要用好“運(yùn)營(yíng)”思維?！斑\(yùn)營(yíng)”則意味著能夠深度理解“客戶”，采用靈活的手段來(lái)形成“流量”。
虛擬電廠的運(yùn)營(yíng)需要對(duì)資源對(duì)象的成本、可靠性和靈活性等方面進(jìn)行深入細(xì)分和靈活組合，以適應(yīng)需求方的多元化需求；還需要采用共贏的方式，引導(dǎo)用戶主動(dòng)參與，而不是被動(dòng)選擇。
一方面可以結(jié)合不同地區(qū)的資源稟賦，從電源結(jié)構(gòu)、常規(guī)機(jī)組與新能源機(jī)組的出力特征、負(fù)荷特征等角度，來(lái)設(shè)計(jì)虛擬電廠的產(chǎn)品體系。如吉林、遼寧等東北地區(qū)以清潔能源消納需求為主，虛擬電廠的產(chǎn)品設(shè)計(jì)可以圍繞清潔能源曲線追蹤消納、新能源裝機(jī)帶來(lái)的調(diào)頻資源缺少等方面開(kāi)展。
另一方面，在需求側(cè)資源聚合運(yùn)營(yíng)方面，市場(chǎng)化的第三方主體（這里也包括電網(wǎng)企業(yè)的產(chǎn)業(yè)單位，如綜合能源服務(wù)公司、電動(dòng)汽車(chē)充電服務(wù)公司等）可采用類似于“批發(fā)商+渠道商”的多級(jí)運(yùn)營(yíng)模式，來(lái)不斷擴(kuò)大資源聚合規(guī)模和品類。由于需求側(cè)資源接入并網(wǎng)大多處于配網(wǎng)側(cè)低電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)，可以通過(guò)省、地、縣縱向多級(jí)運(yùn)營(yíng)的模式擴(kuò)大資源聚合網(wǎng)絡(luò)；還可以對(duì)外協(xié)同社會(huì)化的第三方公司來(lái)進(jìn)行二級(jí)&三級(jí)的資源聚合。以電動(dòng)汽車(chē)為例，很多社會(huì)化的充電場(chǎng)站運(yùn)營(yíng)商掌握大量的充電樁資源，可以聯(lián)合電網(wǎng)企業(yè)綜服公司或者電動(dòng)汽車(chē)充電服務(wù)公司來(lái)進(jìn)行資源聚合，參與虛擬電廠業(yè)務(wù)。
當(dāng)然，除了能量運(yùn)營(yíng)、參與電力系統(tǒng)平衡類業(yè)務(wù)外，虛擬電廠還存在其他幾類業(yè)務(wù)方向。
一方面是投資建設(shè)儲(chǔ)能電站，通過(guò)容量補(bǔ)償機(jī)制或未來(lái)可以通過(guò)容量電價(jià)機(jī)制來(lái)增加營(yíng)收；另一方面是通過(guò)聚合用戶側(cè)的分布式光伏、風(fēng)電等資源，以碳資產(chǎn)聚合的模式獲得國(guó)際綠證，在市場(chǎng)上進(jìn)行交易，獲得收益。
此外，隨著分布式能源零售交易（隔墻售電）政策的進(jìn)一步完善和落地，虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商還可以在電力零售市場(chǎng)中發(fā)現(xiàn)更多的盈利空間。
虛擬電廠的資源開(kāi)發(fā)要注重可調(diào)可控
近年來(lái)，需求側(cè)資源參與需求響應(yīng)、輔助服務(wù)等市場(chǎng)的數(shù)量和類型在不斷拓展。從高壓大用戶到中小用戶，再到分布式電源、 電動(dòng)汽車(chē)、儲(chǔ)能等各種類型的資源，可調(diào)規(guī)模不斷增大。
但規(guī)模擴(kuò)大并不意味著實(shí)際響應(yīng)的能力增強(qiáng)。從各省能源局對(duì)外公示的2019年需求響應(yīng)的補(bǔ)貼數(shù)據(jù)來(lái)看，實(shí)際參與需求響應(yīng)的負(fù)荷僅占最大負(fù)荷的2%左右，從經(jīng)營(yíng)角度看，資源實(shí)際響應(yīng)情況直接影響虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商的營(yíng)收。因此，資源精準(zhǔn)開(kāi)發(fā)就顯得尤為重要。
首先要選擇可調(diào)潛力較大的資源。
結(jié)合實(shí)際，從負(fù)荷側(cè)資源參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的試點(diǎn)省級(jí)電網(wǎng)企業(yè)來(lái)看，這個(gè)層面的資源選擇，初期主要是各省市按照自身用電產(chǎn)業(yè)比重選擇需求側(cè)響應(yīng)資源。例如上海黃浦區(qū)的虛擬電廠資源以建筑空調(diào)為主；山西以鑄造、采礦、有色金屬冶煉加工等工業(yè)用戶為主；華北輔助服務(wù)市場(chǎng)多以電動(dòng)汽車(chē)聚合商、樓宇等負(fù)荷開(kāi)展調(diào)峰輔助服務(wù)試點(diǎn)。
據(jù)南方某省的調(diào)研結(jié)果來(lái)看，空調(diào)資源、供熱資源（如煤改電）、水泥、陶瓷等行業(yè)的用電設(shè)備（如電爐設(shè)備、生料磨機(jī)等）、電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷等幾類資源的可調(diào)潛力相對(duì)較大。
其可調(diào)節(jié)潛力如何量化評(píng)估呢？以電動(dòng)汽車(chē)站樁充電負(fù)荷為例，首先要掌握區(qū)域的負(fù)荷曲線以及尖峰平谷時(shí)段，其次要對(duì)電動(dòng)汽車(chē)總體充電負(fù)荷曲線特征、站內(nèi)充電行為進(jìn)行分析，并結(jié)合車(chē)輛出行行為和充電行為的模擬，量化評(píng)估高峰時(shí)段可調(diào)節(jié)的空間。
其次是要選擇可控能力高的資源。
如何評(píng)估資源的可調(diào)潛力和可控能力呢？國(guó)家能源局頒布了《可調(diào)節(jié)負(fù)荷并網(wǎng)運(yùn)行與控制技術(shù)規(guī)范》，文件從可觀、可測(cè)、可調(diào)、可控四個(gè)方面對(duì)資源的可調(diào)潛力和可控能力進(jìn)行了明確。
“可觀”強(qiáng)調(diào)的是采集和監(jiān)測(cè)能力，“可測(cè)”更多地是針對(duì)不同類型資源可調(diào)節(jié)潛力的測(cè)算，“可調(diào)”重點(diǎn)是聚合資源的響應(yīng)能力，“可控”強(qiáng)調(diào)是對(duì)調(diào)度指令的跟隨控制。可調(diào)可控更多呈現(xiàn)的是虛擬電廠或者虛擬機(jī)組作為一個(gè)整體進(jìn)行響應(yīng)的“外特性”，評(píng)測(cè)多時(shí)間尺度調(diào)控量和不同調(diào)度和控制方式下的調(diào)控能力，重點(diǎn)從可調(diào)度區(qū)間、可調(diào)速率、連續(xù)性、跟隨性、中斷性、時(shí)延性等角度進(jìn)行評(píng)估。這些都可以為虛擬電廠的資源精準(zhǔn)開(kāi)發(fā)提供很好的評(píng)估視角。
虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商在資源開(kāi)發(fā)時(shí)，可以參考上述對(duì)資源評(píng)估的角度，提前進(jìn)行評(píng)估測(cè)算。除此之外，從生態(tài)賦能的角度來(lái)看，政府主管部門(mén)也可以定期開(kāi)展虛擬電廠運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析并對(duì)外發(fā)布評(píng)估報(bào)告，為各類虛擬電廠市場(chǎng)主體資源開(kāi)發(fā)提供指導(dǎo)。
虛擬電廠的平臺(tái)建設(shè)要適配多跨協(xié)同
工欲善其事，必先利其器。建設(shè)發(fā)展虛擬電廠更需要穩(wěn)定高效的運(yùn)營(yíng)調(diào)控平臺(tái)來(lái)支撐保障。在平臺(tái)的實(shí)際建設(shè)過(guò)程中，系統(tǒng)架構(gòu)、通信控制、能力開(kāi)放和最優(yōu)調(diào)控是運(yùn)營(yíng)商重點(diǎn)關(guān)注的幾個(gè)方面。結(jié)合對(duì)虛擬電廠平臺(tái)的資源聚合和能量運(yùn)營(yíng)的角度來(lái)看，虛擬電廠平臺(tái)的建設(shè)需要綜合考慮跨區(qū)信息交互、跨平臺(tái)業(yè)務(wù)交互和跨系統(tǒng)可靠通信等多跨協(xié)同的不同場(chǎng)景。
（一）多平臺(tái)業(yè)務(wù)集成
從當(dāng)前發(fā)布的《可調(diào)節(jié)負(fù)荷并網(wǎng)運(yùn)行與控制技術(shù)規(guī)范（征求意見(jiàn)稿）》可以看出，虛擬電廠建設(shè)是按照“資源級(jí)”、“電廠級(jí)”、“電網(wǎng)級(jí)”的典型架構(gòu)來(lái)思考的。實(shí)際建設(shè)運(yùn)營(yíng)中，由于主導(dǎo)方和運(yùn)營(yíng)主體能力等方面的差異性，虛擬電廠的調(diào)控體系涉及電網(wǎng)調(diào)度、電網(wǎng)營(yíng)銷(xiāo)、電力交易等業(yè)務(wù)系統(tǒng)。虛擬電廠統(tǒng)一調(diào)控平臺(tái)和第三方虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商自行建設(shè)的平臺(tái)間業(yè)務(wù)流、能量流、信息流的交互，具有“跨平臺(tái)互聯(lián)、跨區(qū)數(shù)據(jù)交互”等特點(diǎn)。
（二）跨系統(tǒng)通信控制
《南方電網(wǎng)虛擬電廠分布式資源并網(wǎng)技術(shù)規(guī)范（征求意見(jiàn)稿）》中提到，“納入一次調(diào)頻控制的可控資源，啟動(dòng)時(shí)間要在3秒內(nèi)，響應(yīng)時(shí)間要在12秒內(nèi)、調(diào)節(jié)時(shí)間要在30秒內(nèi)?！?/p>
虛擬電廠并網(wǎng)調(diào)控響應(yīng)要求從指令的下發(fā)、響應(yīng)調(diào)節(jié)時(shí)限要求達(dá)到“秒級(jí)”，需要根據(jù)控制模式（直控、非直控）、資源類型、環(huán)境現(xiàn)狀、調(diào)控層級(jí)和資源設(shè)備條件等多因素進(jìn)行綜合考慮和選擇。以空調(diào)為例，中央空調(diào)、VRV空調(diào)、居家家用空調(diào)的互動(dòng)控制需要采用不同的通信鏈路和技術(shù)。此外，當(dāng)前一些新區(qū)城市也在積極推進(jìn)城市級(jí)虛擬電廠建設(shè)，這種場(chǎng)景下還需要綜合考慮符合城市物聯(lián)網(wǎng)體系的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求。
（三）多目標(biāo)最優(yōu)調(diào)控
由于虛擬電廠對(duì)外是作為一個(gè)整體來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)的，需要在滿足調(diào)控范圍、響應(yīng)時(shí)間、調(diào)節(jié)速率等指標(biāo)的前提下，對(duì)內(nèi)部參與響應(yīng)的各類資源制定相應(yīng)的調(diào)度策略，基本的約束涉及內(nèi)部不同資源的調(diào)節(jié)上下限、調(diào)節(jié)速率和所處末端電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行以及運(yùn)營(yíng)商與聚合資源之間的利益分配底線等。
此外，在高度市場(chǎng)化的交易規(guī)則下，虛擬電廠參與市場(chǎng)交易要求報(bào)量報(bào)價(jià)出清，因此還要考慮在對(duì)價(jià)格變化趨勢(shì)、負(fù)荷變化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)控。同時(shí)還需要具備針對(duì)不同交易場(chǎng)景、不同時(shí)間調(diào)節(jié)尺度、不同收益水平的交易策略和調(diào)度策略推演能力。
結(jié)語(yǔ)
未來(lái)，隨著市場(chǎng)機(jī)制的逐步完善和細(xì)化，通信控制技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬電廠參與電力電量平衡、調(diào)頻調(diào)壓等業(yè)務(wù)將常態(tài)化開(kāi)展，虛擬電廠的商業(yè)模式會(huì)“百花齊放”，越來(lái)越多的資源類型將會(huì)被挖掘、聚合，虛擬電廠必將呈現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展趨勢(shì)。
作者：杜杰
部門(mén)：朗新科技集團(tuán)業(yè)務(wù)研究中心
標(biāo)簽： 電動(dòng)汽車(chē) 輔助服務(wù) 電力系統(tǒng)
