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虚拟电厂从概念到落地有多远?

2022-11-28 12:14来源:中国电力企业管理作者:俞庆关键词:虚拟电厂电化学储能可再生能源收藏点赞

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虚拟电厂这个概念,最早源于1997年Shimon Awerbuch博士的著作《虚拟公共设施:新兴产业的描述、技术及竞争力》。书中认为“虚拟公用事业(VU)是由市场驱动的独立实体间的灵活协作,提供消费者所需的高效能源服务,而无需拥有相应的资产”。这一定义道出了虚拟电厂的本质属性。

(来源:中国电力企业管理 作者:俞庆)

随着风电、光伏等间歇性可再生能源的大规模并网,特别是分布式光伏在配电网侧的接入,以及类似电动汽车这样的大功率随机性负荷的普及,电网原有的规划设计和运行模式受到巨大的挑战——当源-荷两端都出现较大的随机性波动,如何实现动态平衡。

于是虚拟电厂受到了前所未有的重视,即挖掘负荷侧的就地、就近平衡能力,并在此基础上自下而上地构建虚拟化的响应能力,实现与电网的友好互动。

技术逻辑是一方面,商业逻辑是另一方面。虚拟电厂最重要的组成部分是可调节负荷资源,这部分资源与用户生产经营密切相关,如何管理好这些负荷、说服用户,需要完成商业价值闭环。哪怕是看上去最容易的分布式光伏售电,也面临未来电价不确定导致收益率变化的风险,也需要在虚拟电厂这个更大的业务视野里,重新寻找自身的价值定位。本文着眼于虚拟电厂的价值实现和商业落地,分析虚拟电厂发展存在的现实问题与可能的实现路径。

虚拟电厂的基本概念

虚拟电厂是负荷侧电力资源的虚拟化与商品化。这里的电力资源,包含了负荷侧所有可以被管理和调节的资源。

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虚拟电厂的物理资源

荷类资源主要有充电桩、电锅炉、空调、照明等;源类资源主要包括分布式光伏、分散式风电、沼气发电、天然气三联供发电、小型热电联产机组、氢燃料电池系统等;储类资源主要包括电化学储能、天然气存储装置(与三联供联合)、储氢装置(与氢燃料电池联合)、蓄热蓄冷装置(如冰蓄冷空调设备)等。

虚拟电厂的逻辑资源

上述物理资源,需要进行聚集协调。这个聚集和协调,分为两个层次。

一是物理层次,即在物理上进行连接、管理和协调,把上述的源、储、荷类资源,通过负荷侧的配电网络(主要是园区-用户配电系统)连接,构成园区级的微电网荷、用户级的微电网系统,形成“源网荷储”的物理连接。

二是信息-物理层次,即在信息层面上,对上述的“源网荷储”资源进行一次抽象与二次抽象。

虚拟电厂的逻辑抽象

一次抽象指的是对物理微电网的抽象化,其抽象边界还是与微电网重合。一次抽象是针对具体物理资源的,也是针对负荷侧用户的。

二次抽象是指在上述物理边界抽象的基础上,按照与电网互动的特性,把分散在各个地理位置的“源网荷储”资源,重新抽象成为逻辑意义上的“虚拟电厂资源”,这种再抽象,就与物理实体、物理网络边界、地理位置无关了。二次抽象是以逻辑特性为目标进行归集,是面对电网的。

只有经过了双重抽象,虚拟电厂才真正“虚拟”了。

虚拟电厂的商业模式

一次抽象和二次抽象,所形成的产品不同,针对的客户对象不同,商业模式也不同,而虚拟电厂的商业逻辑核心,是实现一二次商业模式的协同、串联。

二次侧的服务产品

当前业内对于虚拟电厂的认识,其实主要是二次侧的服务产品,即物理的源网荷储资源,通过两次抽象,变成电网侧的可调用服务。

这个服务从响应的速度看,按照时间颗粒度,可以分毫秒级、秒级、分钟级、小时级、天级、月级各个级别。

时间颗粒度越小,响应速度越快,一般可持续的周期也较短,与电网调度的关系越紧密,分钟级以下的可调度资源,可以以“直调资源”的方式参与辅助服务,这也是狭义的“虚拟电厂”。

从服务的买家看,电网无疑是虚拟电厂二次侧产品的最大买家,主要以辅助服务产品采购的方式,这依赖于辅助服务市场的成熟。

目前电网的调节服务更多以需求响应补贴的方式采购,这是一种半市场化的过渡模式,从中长期来看,必然要被分时电价机制(电力现货市场)或者辅助服务市场所取代。

除了电网以外,发电企业以“共享储能”的方式也可以采购某些虚拟电厂产品,乃至售电公司也可以采购负荷侧虚拟资源,实现电力交易的风险对冲(比如避免偏差损失)。

从未来来看,非电网的服务产品采购也有较大发展空间,而且各类虚拟电厂服务产品交易,呈现出“场外、就近(隔墙)、高频、小额”的特点,是电力零售侧业务的主要组成部分,但是在服务产品的交易主体、信用机制、交易物确权、交易确认、交易自动化、交易中介模式等方面,还需要进一步探索,个人认为基于区块链的智能交易,将构建虚拟电厂智能商业模式。

一次侧的服务产品

一次侧的服务产品,即面向终端电力用户的综合能源服务形态,是实现负荷侧聚集、客户黏性构建、价值与商业逻辑闭环的关键。如果离开了一次侧的服务落地,二次侧的虚拟电厂,是不具有商业可持续性的。

举个例子,比如作为虚拟电厂二次侧产品的最重要形态——需求响应服务,虽然电网企业构建了较大规模的负荷资源池,并且配置了相当数量的自动需求响应(ADR)终端,在真需要进行需求响应时,却存在“两低”的现象,即:全部签约客户的总体参与率较低、单一客户的参与意愿逐日降低。

从商业本质上看,需求响应或者虚拟电厂(二次侧的可调度服务),并非电力用户的真实需求,而是电网和其他主体的需求。

终端用户的服务需求,即虚拟电厂一次侧的需求,无非是三大场景:安全用电,即有电用,保障正常生产;经济用电,在有电用的前提下,降低总体电费成本;绿色用电,实现零碳转型。

而虚拟电厂的二次侧价值,在一次侧的用户看来,是一种“间接”的需求,现有的虚拟电厂更强调技术特性,更强调电网的需求,而忽视了一次侧的直接用户价值,这种间接性和价值背离,导致了上述的“两低”,这不是虚拟电厂技术能解决的问题,而是商业逻辑问题。

一二次侧商业逻辑的贯通

所以,虚拟电厂能否真正落地,一方面取决于二次侧的商业模式能否可持续,能否建立连续运行的市场机制,而不是依靠少数缺电事件驱动的补贴。另一方面,更重要的是,靠什么去汇聚资源,说服客户让渡部分负荷资源。

这个说服需要依赖于综合能源,并且把二次侧的收益打包到综合能源的商业模式中,作为一种补充。对终端电力用户而言,二次侧收益始终是一种“锦上添花”的补充,用户不可能不生产、不用电,把虚拟电厂作为主要业务收入。

所以如何贯通虚拟电厂的一二次,成为打通虚拟电厂商业模式的核心。

这个贯通是双向的,一方面,从一次到二次,需要通过综合能源中的能效服务、负荷管理、实现用户侧负荷的数字化、可管理化,解决虚拟电厂的数字化投入问题,同时通过深入负荷末端,了解电力负荷特性与生产特性之间的有机联系,解决“生产运营”和“需求响应”之间的天然矛盾,并且实现客户信任,解决资源汇聚和资源管理问题。

另一方面,从二次到一次,通过现货价格信号传递、需求响应指令传递,代理购售电模式建立,实现资源在二次侧变现以后,变现利益的“透传”问题,让用户通过代理价格的变化感受到经济性收益。

虚拟电厂落地面临三道关

虚拟电厂在国内的落地,需要经过三道关。

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第一道是技术关,即如何从原有的“自上而下”的构建电力系统运行管理体系,以电力自动化和电力信息化技术实现源荷平衡,变为如何“自下而上”的,从用户微电网、园区微电网、城市主动配电网、大电网逐层平衡、分层自治的模式。在这个建构模式变化下,形成“云边端”的新型电力系统数字化架构,适应海量分布式资源的并网与协调问题。

第二道是用户关,即在一次侧的产品服务方面,以综合能源商业模式为基础,解决电力系统“最后一公里”的运营管理,实现最末端分散式源储荷的连接、抽象、管理、控制,并解决用户信任和商业逻辑闭环问题。

第三道是商业关,即构建二次侧的可持续商业模式,形成电力零售侧“隔墙售电、就近平衡、虚拟池化”,以及虚拟电力资源参与电力批发侧互动的多层次市场化模式,解决目前依靠需求响应补贴的机制束缚问题。

随着电力行业低碳化工作的深入,越来越需要构建新型电力系统,而虚拟电厂由于其“经济、就近”的天然优势,结合数字化技术的创新,将会发挥更为重要的作用。


投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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