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“法规、市场和技术”——虚拟电厂国外成功的三板斧

2022-12-02 08:45来源:能源新媒作者:刘小聪 谭清坤关键词:虚拟电厂储能系统新型电力系统收藏点赞

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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

刘小聪 谭清坤 吴潇雨

郑海峰 贾跃龙 吴鹏 时庆

国网能源研究院 虚拟电厂攻关研究团队

虚拟电厂利用先进信息通信和监测控制技术,将海量分布式新能源、储能系统、可控负荷、电动汽车等进行聚合和优化调度,从而参与电力市场运行,可以有效缓解系统供需矛盾、提升系统灵活性、促进新能源消纳。发展虚拟电厂对保障电力系统安全运行和推动构建清洁低碳、安全高效的能源体系具有重要意义。

国外虚拟电厂发展起步早并已实现商业化,我国虚拟电厂发展目前仍处试点探索阶段,吸收借鉴国外先进经验对促进我国虚拟电厂发展具有重要价值。

国外先进经验

国外的虚拟电厂实践各具特色,但都与当地资源特性和电网发展面临的问题高度相关,如:欧洲虚拟电厂发展是在清洁能源转型背景下,以分布式电源、储能资源的整合为主,主要针对实现分布式电源可靠并网和电力市场运营;美国虚拟电厂在需求响应基础上发展而来,聚焦负荷资源的聚合调配,侧重于用户侧柔性负荷的主动响应以提升电网运行稳定性。总体来看,国外虚拟电厂在政策法规、市场机制、技术手段等方面普遍相对成熟完善。

政策法规明确虚拟电厂“合法身份”,并营造良好发展环境。

国外典型国家普遍出台了针对需求响应聚合商、虚拟电厂等概念的法规,明确了聚合商的定义和参与市场的规则,为虚拟电厂聚合能源资源提供法律保障,同时还设置了其他直接或间接促进虚拟电厂发展的条款。

欧盟:2012年首次在法律上将“聚合商”定义为负荷管理服务提供商(2012/27/EU,第2条第45款),后在欧盟法规(EU/2019/943)和指令(EU/2019/944)中给出了聚合商的定义,阐明了其参与市场的机会。

德国:能源法案中明确了聚合商的定义,德国联邦网络局行业指导方针(BNetzA AZ.BK6-17-046)定义了聚合商的市场定位和规则。特别是《可再生能源法》明确规定,所有100千瓦以上可再生能源发电项目必须参与电力市场交易销售,促使分布式可再生能源项目倾向于选择交由虚拟电厂运营。

美国:《能源政策法案》将需求响应上升到国家发展层面,FERC 719、745、755等法令对需求响应参与市场交易和电力平衡做出相关规定,FERC 2222号令允许分布式能源(DER)聚合商在区域性批发电力市场中参与竞争。

成熟市场机制作“沃土”,培育多元主体和多样化商业模式。

依赖于成熟的电力市场机制,典型国家的虚拟电厂可参与电能量、辅助服务、容量等多个市场,其主体地位明确、交易规则健全,并由此构建了完备的商业模式和市场生态链。目前欧洲虚拟电厂主要通过参与电力交易来获取收益,美国则主要通过提供辅助服务来获取收益。

德国:虚拟电厂运营商有独立运营商、大型电力公司、设备制造商三种,构建了灵活的可再生能源市场机制,允许虚拟电厂参与长期和现货电力交易市场以及平衡市场,并为聚合商提供了充分的自由。值得一提的是,德国在现货市场中设计了平衡组机制,在这种“小平衡保电网大平衡”的框架下,虚拟电厂成为市场参与者/平衡组降低偏差、避免不平衡费的重要手段,提升了对能源聚合服务的需求。

美国:虚拟电厂的建设和运营主体包括配售电电力公司和独立第三方虚拟电厂公司,参与方包括电力公司、第三方聚合商、居民和工商业用户等。参与市场的形式各州不同,如:PJM市场允许虚拟电厂参与容量市场并优先出清,加州将日前市场从15分钟报价缩短到5分钟,以鼓励虚拟电厂等灵活性资源参与。虚拟电厂商业模式主要基于社区(用户),通过社区、工商业区等形式实现用户侧光伏、储能设施、电动汽车等能源汇集,为电网提供服务。

英国:由独立虚拟电厂运营商推动开发虚拟电厂项目,建立了分别基于电网公司、社区(用户)、发电企业的商业模式。其中,基于电网公司的平台模式由政府监管、电网运营商参与共建,主要是为负荷侧灵活性资源提供交易平台,以降低电网运营和升级改造成本;基于社区(用户)的商业模式侧重挖掘用户间电能互补潜力,增加平衡服务方面潜在盈利;基于发电企业的模式主要是解决聚合资源的整体优化协调控制的问题。

先进技术作“引擎”,支撑资源高效聚合配置和效益最大化。

国外虚拟电厂服务商普遍应用先进数字化平台并拥有优化调控算法等核心技术,实现对各类聚合资源的智能监测、管理和调度。最具代表性的分别是德国的Next-Kraftwerke,特斯拉的Autobidder。

德国:Next-Kraftwerke通过其NEMOCS平台,聚合热电联产机组、水电站、新能源电站、负荷等4200台设备,规模超过280万千瓦。该平台使用基于大数据的智能算法,使可再生能源发电机组和工业用户更加灵活、快速的响应价格信号。

美国:Tesla Autobidder平台可以在车辆、电池、光伏设备、电网构成的生态系统中,根据价格信号、功率预测等自动调度,以实现高效的资源分配和最大化的商业效益,为虚拟电厂实现精准预测、快速调度、智慧响应功能。

我国虚拟电厂发展现状与国外的比较分析

我国虚拟电厂处于研究和示范为主的起步探索阶段,已有江苏、冀北、上海、浙江、天津、深圳等地结合区域特点开展了虚拟电厂的试点应用,其中江苏虚拟电厂可提供快速可中断的负荷控制服务;上海虚拟电厂建设以聚合商场、楼宇等需求响应为主,积极推进负荷集成商为主体运营的商业运营模式;冀北虚拟电厂提出了“云管边端”技术架构,并将虚拟电厂纳入电力辅助服务范围;深圳成立了国内首个城市级虚拟电厂管理中心,以负荷型、储能型资源聚合为主。

综合分析,我国虚拟电厂兼具欧美的特点,从发展背景和能源结构看,我国虚拟电厂与欧洲较为接近,基于能源转型深入推进、清洁低碳发展步伐加快的大背景,但欧洲的新能源比例要高于我国;从市场机制看,我国与美国较为接近,运营模式以需求响应为主,但我国目前还处于政府引导、电网实施的阶段。

在政策法规层面,虚拟电厂支持政策相继出台,顶层法规框架、政策细则有待加强。

国家层面,顶层设计规划加速落地,《2030年前碳达峰行动方案》、《“十四五”现代能源体系规划》、《国家发展改革委、国家能源局关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见》等综合性政策从不同方面提出要引导虚拟电厂等多种资源参与系统调节。

地方层面,广东、山东、陕西等省份出台了虚拟电厂专项文件,或在需求响应政策文件中对虚拟电厂提出了要求。

但相较国外在立法层面给予支持的政策力度,我国虚拟电厂尚缺少国家立法层面的顶层设计,国家层面的政策细则也有待出台,从而进一步明确虚拟电厂和相关参与主体的明确定位、职责划分,并对虚拟电厂的定义、分类等基础概念进行规范,保障虚拟电厂规范发展。

在市场机制层面,逐步推动虚拟电厂参与市场交易,交易机制有待完善,商业模式有待创新。

我国当前正处于加速推进电力市场化建设进程中,虚拟电厂主要参与辅助服务市场。近期发布的《电力现货市场基本规则(征求意见稿)》明确提出推动虚拟电厂等新兴市场主体参与交易,华北、山东、上海等省份也建立了虚拟电厂参与调峰、调频机制,江苏等地则已将聚合储能的综合能源服务商纳入调频资源。

但总体来看,虚拟电厂参与电力市场交易机制尚处于起步阶段,交易规则、交易品种设计不健全,如:华北仅仅允许虚拟电厂根据日前发电预计划在出清价格最高时段提供调峰服务;上海将虚拟电厂单独划分,不与火电提供的深度调峰共同报价出清。多数虚拟电厂仅以邀约、投标等方式参与政策性需求响应,盈利来源依赖于政府部门的专项费用补贴,市场规模相对较小、盈利方式单一,同时还存在一定的准入门槛限制,导致运营商、用户参与度低。

未来需进一步健全市场化机制,倡导建立公平规范的运营环境,在建设初期同步探索针对能源聚合服务的激励机制,培育多类型负荷聚合商,并拓展能源聚合服务的范围和场景,丰富交易品种,促进商业模式创新,营造良性发展生态圈。

在技术支撑层面,智能化水平不断提升,技术标准体系有待健全,核心技术有待突破。

各省虚拟电厂实践在智慧管控平台方面也有积极的探索,如:江苏依托大规模源网荷友好互动系统、需求响应业务支撑平台、大规模空调有序削峰系统构建虚拟电厂管理平台;上海创新应用信息物理系统,通过实时监控、自动执行指令、自动优化升级策略提升楼宇响应的“智慧”的程度;冀北虚拟电厂提出了“云管边端”技术架构,研发了基于公网云的智能管控平台,但由于各省的平台依托不同的发展基础和目标,聚合平台功能各异,缺乏统一标准与接口,导致数据交互壁垒高,信息传输实时性、可靠性不够。

同时在优化调控技术等高价值密度的集成性技术方面与先进国家相比还有差距。未来还需进一步健全虚拟电厂标准体系,建立统一规范的信息通信系统,加强关键基础支撑技术攻关,支撑虚拟电厂复杂多样的业务场景需求。

结语

国外先进国家的经验表明,法规、市场和技术在不同层面对虚拟电厂的发展提供了良好的支撑。我国虚拟电厂在发展背景、运营模式等方面与欧美各有相似之处,对比欧美先进国家的经验,立足我国国情,未来我国虚拟电厂尚需在顶层法规框架和政策细则、市场交易机制和商业模式、技术标准体系和核心技术等方面加以改进,以推进虚拟电厂高质量规模化发展,助力新型电力系统建设和双碳目标的实现。


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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