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关注 | 虚拟电厂—— 现象级“爆款”概念的“冷思考”

2022-11-29 08:57来源:能源新媒关键词:虚拟电厂新型电力系统电力安全收藏点赞

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虚拟电厂是近期多份国家政策文件提及的重点业态,在新型能源体系构建和保障电力系统安全稳定运行中具有重要价值,国网能源研究院立足国家战略部署,瞄准研究前沿,成立“虚拟电厂攻关研究团队”,梳理国内外相关情况,就发展前景、核心技术、商业模式等关键问题思考总结,力求取得研究成果,推动各方形成共识,服务虚拟电厂融入我国能源安全和绿色低碳发展大局,实现健康快速发展。

——国网能源研究院原副院长 蒋莉萍

(来源:微信公众号“能源新媒”文 | 吴潇雨、曹雨晨、代红才、时庆)

国网能源研究院 虚拟电厂攻关研究团队

虚拟电厂缘何火爆?

随着我国风、光等新能源占比的快速提升,电力系统面临的安全运行压力也随之而来。虚拟电厂通过整合需求侧小微资源,对于提升新型电力系统灵活性、促进新能源消纳具有积极作用,因此获得多方关注,甚至被某些机构冠以“拯救电荒”、“黑科技”的标签,并迅速升级为现象级“爆款”概念。其根本原因在于当前形势下,多方主体利益诉求在虚拟电厂上找到了契合点。

对于政府来说,虚拟电厂是保障电力安全供应,带动市场和产业发展的关键抓手。一方面,虚拟电厂是促进需求侧各类资源的协调开发,强化供需互动,降低大规模新能源并网对系统安全冲击的有效手段。另一方面,虚拟电厂作为新兴市场主体,可以丰富电力市场业态、活跃市场交易,且其产业链条包括采集终端、运行控制软件、数字化平台等多个环节,是促进相关产业发展的关键抓手。

对于电网企业来说,虚拟电厂具有支撑电网安全稳定运行,延缓电力投资的潜力。一方面,发展虚拟电厂可为电网运行带来高质量可调节资源。根据国网能源院预测,较乐观边界条件下,我国2025年需求侧资源的技术可开发潜力有望达到最大负荷的9%左右,通过虚拟电厂将难以调度利用的小微资源整合并参与系统运行调节,将对电力系统灵活性提升带来助益。另一方面,发展虚拟电厂可节省电网投资。据相关机构统计,我国每年95%以上峰值负荷不超过50小时,但却会带来不可避免的输变电设备投资,通过虚拟电厂平滑负荷曲线是节省电网投资的潜在选项。

对于资本市场来说,虚拟电厂是继分布式光伏、氢能后又一吸引资金入场的绝佳概念。虚拟电厂与分布式发电、电力保供、能源数字化等热点密切相关。一方面,炒作虚拟电厂概念有利于相关企业在一级市场融资。据华西证券预测2025年虚拟电厂市场规模将达到968亿元,2030年超过4500亿元,复合增速超过35%。今年我国稳住经济大盘的压力较大,风投机构愈发谨慎,一级市场融资困难。炒作概念可以吸引风投机构对虚拟电厂进行战略布局,有利于相关企业融资。另一方面,可以通过相关概念股票,在二级市场获利。今年7、8月份我国出现极端高温少雨天气,根据同花顺统计,两个月内虚拟电厂指数累计涨幅超过20%,跑赢同期沪深300指数超过30个百分点。

对于能源服务商来说,虚拟电厂是有前景的业务发展方向,也是抢占客户资源的好题材。一方面,虚拟电厂代表了能源数字化、用户侧资源开发利用等能源电力未来高价值发展方向,值得提前布局,但当前也有部分服务商借虚拟电厂概念包装既有的节能、交易等低技术密度业务。另一方面,在当前虚拟电厂热潮下,提前布局可获得更多优质客户资源,培养客户粘性,未来可以进一步拓展节能、分布式能源开发利用等其他业务。

综上所述,多方面原因导致目前虚拟电厂概念火爆。但是,在多方追捧、光鲜亮丽外表下,是否存在被忽略的问题,还需要冷静深思。

多方关注下存在深层次问题

需客观分析

关注度大幅提升背景下,山西、广东、山东等多地能源主管部门先后出台专项政策,产学研各界密集发声。但虚拟电厂从学术概念到当前进入落地实施阶段,从长远计,仍有关乎其健康发展的体系性宏观问题尚未有效解决。

问题一:概念内涵、功能形态未形成权威统一认识——“先规范,再发展”和“先发展,再规范”的十字路口如何抉择?

在高热度下,政学产研各界均对虚拟电厂的概念内涵在各自的专业和立场上进行了解读,哪怕以“每一个人眼中都有一个不同的虚拟电厂”来描述也不过分。山西省能源局文件认为虚拟电厂可以有负荷型、源网荷储一体等多种类型,学术界则倾向于认为虚拟电厂是一套技术管理系统,能源服业企业则基于业务拓展和抢占客户资源的考虑,倾向于编织虚拟电厂的大框,将综合能源服务等概念纳入其中。

百家争鸣的现状虽然打开了虚拟电厂的发展思路,但概念内涵、功能形态是新生事物的“四梁八柱”,没有稳固统一的基本认识,后续围绕虚拟电厂设计其市场机制、管理规范等都将在各自的话语体系里生长,在并网管理、市场交易、模式创新等多方面带来高额的、不必要的系统性成本增长。

问题二:虚拟电厂作为市场主体、并网调度主体,在电力市场、电网调度运行体系中的定位和责权利边界不明确,其商业价值和系统运行价值如何发掘?

在2021年底国家发改委、国家能源局新版两个细则中已将虚拟电厂认定为辅助服务市场主体、并网调度主体,相当于给予其在市场交易、系统调度运行中的合法“身份”,但是主体身份背后则是复杂的责权利设计,其责权利是否明确和对等,关乎虚拟电厂是否能与各类主体建立清晰的规则体系,直接决定了虚拟电厂能走多远。

山东现货市场规则对虚拟电厂责权利进行了专门表述,但是仍处于框架阶段,还需要细化的论述,这是当前虚拟电厂责权利设计的普遍性问题。

责权利的不明确将使资本方、运营商、电网企业对于在虚拟电厂的发展投入上有所保留。资本方不敢投入因为“利”不明确,市场主体定位不清楚,能够参与的交易品种少,盈利渠道受限。运营商则担心“权”,虚拟电厂在市场交易和电网运行中属于小微主体,没有明确的依据谋取权利则较为困难。电网企业则担心“责”,电网承担电力系统的运行安全,责任事关国计民生安全,没有明确的责任归属,虚拟电厂资源在运行中也难以用的安心。

问题三:技术标准体系不健全——导致对“内”整合各类型小微资源、对“外”与参与系统运行等多项问题。

虚拟电厂的量测、通信技术较为成熟,排除考验运营商技术能力的多资源协调优化技术外,关键在于技术体系的标准化,对内主要就是建设标准,制约其建设成本和运营效率,对外是并网运行标准,制约其在系统运行中发挥价值。

当前,虚拟电厂对内的建设标准不统一,导致成本高且存在信息安全风险。各类资源主体仍通过自有平台提供接口、安装采集控制设备等方式接入虚拟电厂,对其接口的开放配合意愿低,同时采集控制设备规约不一致,数据交互存在壁垒,难以建立多系统贯通的信息安全防护体系。

对外是并网调度标准、规程不明确,导致并网调度难。大部分省份能源主管机构均未出台适用于虚拟电厂的专门并网调度协议模板,并网调度依据不足,缺乏接入规范、调节能力要求、数据交互要求、补偿考核方式和计量结算要求等并网调度必备细则。

健康发展需要“冷思考”

虚拟电厂是在《“十四五”现代能源体系规划》、《关于加快建设全国统一电力市场体系的指导意见》等多份国家级政策文件中均有涉及的重点概念,代表其在支撑“双碳”目标实现、新型电力系统建设、构建新型能源体系的征程中必将发挥重要作用。因此,面对当下虚拟电厂暴露出的多项问题,我们应立足能源安全保供、绿色低碳发展的大局中去全面谋划、深入思考。

思考一:单纯以商业视角或技术视角去解构虚拟电厂过于片面,而应以“系统观念”置于能源电力绿色低碳、安全高效发展的大局中去认知虚拟电厂。

虚拟电厂“是什么、具备什么特征”是决定其作为一类独立市场主体和并网主体的关键。一方面,如果只是商业性的将虚拟电厂过度泛化,与负荷集成商、需求响应等概念简单等同,不明确其作为一类新兴市场主体所应具备的独特技术特性(类电厂特性,后文解释),那么将毫无提出虚拟电厂的必要性。另一方面,如果仅从技术视角关注虚拟电厂具备什么样的调节性能,而对其作为一类主体的责权利无清晰界定,那么其将难以参与市场交易和系统运行。因此,需要对虚拟电厂的概念构建系统性认知:

一是虚拟电厂对其聚合的各类用户来说是一种运营服务,对于电力系统来说是具备“类电厂”技术特性的特殊电厂。对内部的用户来说,虚拟电厂以贴合其生产需求为前提的资源管理,,资源管理的形式可以是各类能源服务,但核心是挖掘其用电曲线的潜在可调价值并博得收益。而对于电力系统来说,虚拟电厂具备超越一般聚合资源的类电厂技术特性,即调节能力而非提供电量,成为调峰调频等日渐稀缺的灵活性资源的可靠提供者,是体现其系统价值的重要方向。

二是虚拟电厂的聚合对象应聚焦于电网难以直接调度的零散小微资源。从电力系统运行视角看,对点多面广的分布式资源的直接调度管理十分困难且成本高昂,一旦分布式资源占比达到一定程度对电力系统运行带来极大的不确定性。因此,虚拟电厂的发展应该瞄准小微资源,扮演系统调度与用户的中间管理者角色,进行资源的整合、优化和调配,将使分布式光伏、用户侧储能、可调节负荷等各类资源更好地在系统运行和市场中交易发挥作用,同时获取合理收益。

三是虚拟电厂承担系统平衡责任、接受电网调度,并逐步与常规电厂“同责同权”是发展方向。虚拟电厂的发展需要多方主体共同参与,在响应系统需求获取收益的同时,承担与之匹配的平衡责任也是大势所趋,例如对于响应偏差的相应考核等。目前对于虚拟电厂的响应偏差在市场规定中还处于比较宽松的环境,比如华北调峰辅助服务市场中,对于火电厂偏差超过2%即需要考核,而对于虚拟电厂标准这一数字是30%。

思考二:虚拟电厂所需的市场环境还处于建设推进阶段,其核心在于市场准入条件、责权利规则以及交易品种的设计,需要充分结合虚拟电厂的特性。

虚拟电厂需要凭其核心能力即调节能力在市场博弈,其市场准入条件、交易品种以及对应规则将决定其收益空间,而目前这三个要素都仅在在华北、山西、山东、深圳等先行地区有着结合自身特色和实际的初步探索。

一是虚拟电厂主要市场盈利手段是其调节能力,应侧重于支撑系统短时间尺度平衡的相关市场。虚拟电厂的核心作用不是发出电能量,而是调节能力。因此,参与系统日前、小时、分钟甚至秒级的交易品种(如现货、辅助服务),才是最大化系统价值的手段。如冀北的虚拟电厂参与调峰辅助服务市场,纳入调度平衡计划中,山西、山东则可参与现货市场。

二是在虚拟电厂的市场准入标准上需要结合其类型,以及系统运行需求形成差异化的规定。虚拟电厂由于其聚合对象、技术条件参差不齐,在响应能力如调节速度、响应容量、调节时间上势必会有各自擅长的领域,例如以用户侧储能为主的虚拟电厂在调节速度上必然占有优势,进一步结合调峰、调频等各类场景的实际需求,形成差异化市场准入条件是合理方向,一刀切的最低准入标准规定并不利于虚拟电厂发展。

三是当前对虚拟电厂在响应偏差上的考核适当放宽是可行之策,但逐步收紧也是必然趋势。虚拟电厂当前还是新兴事物且在市场中获取的收益有限,在偏差考核等责任考核上过于严苛会影响其发展,当前各地基本对虚拟电厂的偏差考核较为松弛是正确的,未来逐步收紧也是大势所趋。

思考三:虚拟电厂在核心技术上应聚焦考虑用户用电特性、市场价格信息的多资源优化调控算法,而在技术体系构建上做到“内外有别,各有侧重”是关键。

一是在核心技术方面,应发力优化调控算法,让用户无感、令经济收益最大是重要目标。虚拟电厂的构建主要包括量测、通信和优化调控技术,量测和通信已几乎不存在技术瓶颈,而能够综合考虑用户用电特性和舒适度,最大化挖掘其调节潜力,进一步结合市场信息实现客观收益的优化调控算法才是关键,例如美国Tesla Autobidder平台、德国Next-Kraftwerke的NEMOCS平台均具有相关核心算法。

二是技术标准体系方面,对内构建虚拟电厂的建设运营标准体系降成本,对外做好并网调度标准体系。虚拟电厂内部技术标准的不统一将抬高运营商的建设成本,应建立涵盖采集控制设备规约、平台接口等方面的统一标准体系,打通负荷设备、采集终端、虚拟电厂运营平台之间的交互壁垒。外部技术标准主要是虚拟电厂的并网运行标准,包括安全防护、并网技术规范、补偿考核方式和计量结算等,服务虚拟电厂更好的参与电网运行。

结语

总的来说,虚拟电厂在我国还处于发展初期,一味的追捧概念、大干快上并不可取,甚至可能适得其反。各方主体应冷静下来,立足我国的基本国情、电力市场发展情况,于能源电力发展的大局中进行“系统性”思考,抓住虚拟电厂调节能力这一核心特征,形成其概念内涵、形态特征的统一认识,加快完善其参与市场的相关机制,构建技术标准体系,促进虚拟电厂健康发展,助力新型能源体系和新型电力系统构建。

(本文系作者个人观点,不代表机构观点)

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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