中國儲能網(wǎng)訊：我國正在深化能源綠色低碳轉(zhuǎn)型，加快推進(jìn)新型電力系統(tǒng)建設(shè)。虛擬電廠作為新型電力系統(tǒng)的重要組成元素之一，越來越受到社會各界關(guān)注。目前，多個省市已開啟虛擬電廠試點(diǎn)建設(shè)及運(yùn)營，并出臺配套政策文件。但虛擬電廠在我國處于發(fā)展初期，其概念內(nèi)涵、技術(shù)特性、運(yùn)營模式等尚缺乏統(tǒng)一規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，造成部分傳媒界、金融界、學(xué)術(shù)界等領(lǐng)域的關(guān)注者對虛擬電廠存在不同程度的誤讀，出現(xiàn)一些概念被泛化使用、炒作的現(xiàn)象。因此，有必要對虛擬電廠的內(nèi)涵與定位、技術(shù)要求及特征、商業(yè)運(yùn)營道路等進(jìn)行分析和思考，并對我國虛擬電廠健康、科學(xué)發(fā)展的提出相關(guān)建議。
虛擬電廠的內(nèi)涵與定位
從虛擬電廠的名稱看
某物體的虛擬物，通常是指雖然從組成和結(jié)構(gòu)上與該物體的實(shí)物有較大差異，但與實(shí)物在主要外現(xiàn)特性上相近或相同。常規(guī)燃煤、燃?xì)狻⑺Φ入姀S具有較優(yōu)秀的調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓和爬坡能力，可為電力系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)動慣量，出力能夠在分鐘級較精準(zhǔn)控制，能夠接受并快速響應(yīng)電力調(diào)度中心下達(dá)的調(diào)度指令。較好的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力使常規(guī)電廠在用戶負(fù)荷或新能源出力突然波動、電力系統(tǒng)出現(xiàn)異常或故障后能夠按照調(diào)度指令快速進(jìn)行調(diào)節(jié)，支撐系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。所以，從虛擬電廠的名稱看，其在電力系統(tǒng)中的電氣表現(xiàn)、發(fā)揮的作用應(yīng)與常規(guī)電廠類似。
從能源轉(zhuǎn)型的背景看
近年來，我國常規(guī)電源比重持續(xù)下降，以風(fēng)能、太陽能為代表的新能源比重不斷上升。由于新能源較高的波動性和隨機(jī)性，電力保供和新能源消納所需的靈活性調(diào)節(jié)資源日趨緊張，電力平衡的方式亟需由“源隨荷動”轉(zhuǎn)變?yōu)椤霸淳W(wǎng)荷儲協(xié)同互動”，在這一背景下虛擬電廠愈發(fā)受到重視。一方面，常規(guī)電源比重下降使電力系統(tǒng)保持安全穩(wěn)定運(yùn)行所需的調(diào)節(jié)資源必須由新的主體提供；另一方面，虛擬電廠通過應(yīng)用先進(jìn)的信息技術(shù)和控制技術(shù)，高效整合分散的個體資源，能夠在電力市場中提高自身及所聚合資源的收益，同時(shí)能提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。因此，虛擬電廠的發(fā)展既是“形勢所迫”，也是其基于自身收益的主動要求，其所虛擬的顯然并非新能源電站，而是常規(guī)電廠，其關(guān)鍵不在于是否能夠發(fā)電，而在于向電力系統(tǒng)提供近似常規(guī)電廠的調(diào)節(jié)能力。虛擬電廠并非實(shí)體電廠，自然無法完全具備常規(guī)電廠的調(diào)節(jié)性能，但作為電廠至少應(yīng)當(dāng)具備基本的調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓能力，并能夠按照調(diào)度指令運(yùn)行。
與負(fù)荷聚合商的區(qū)別
目前部分省市試點(diǎn)建設(shè)的虛擬電廠，所聚合的主要是可調(diào)節(jié)負(fù)荷，僅具備一定的調(diào)峰能力，不具備調(diào)頻、調(diào)壓能力，且負(fù)荷控制的精度較差，不能實(shí)時(shí)響應(yīng)調(diào)度指令，只支持日前或提前數(shù)小時(shí)安排負(fù)荷曲線計(jì)劃，實(shí)質(zhì)屬于負(fù)荷聚合商，與常規(guī)電廠所能提供的調(diào)節(jié)能力差距較大。虛擬電廠的調(diào)節(jié)性能應(yīng)與常規(guī)電廠對標(biāo)，其負(fù)荷/出力控制精度應(yīng)達(dá)到一定水平，且具備調(diào)頻和調(diào)壓能力。社會各界應(yīng)統(tǒng)一認(rèn)識，明確區(qū)分虛擬電廠與負(fù)荷聚合商，避免虛擬電廠概念的泛化使用。
聚合什么樣的資源
電力系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)資源可分為電力調(diào)度直接管控的資源與難以管控的資源兩大類。納入調(diào)度管轄范圍的集中式電源、抽蓄、獨(dú)立儲能等是調(diào)度直接管控資源，可以接受實(shí)時(shí)調(diào)度指令進(jìn)行調(diào)節(jié)，在靈活高效使用方面基本不存在問題。用戶負(fù)荷、用戶側(cè)小型儲能、分布式電源、電動汽車等是調(diào)度難以管控的資源，通常不接受調(diào)度指令，其調(diào)節(jié)潛力尚未充分挖掘。新型電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲協(xié)同互動的關(guān)鍵，正是將調(diào)度難以管控的資源通過信息通信、聚合控制等技術(shù)及市場機(jī)制建設(shè)等方面的努力，轉(zhuǎn)換為調(diào)度可管控資源，從而更充分、靈活、高效地運(yùn)用其調(diào)節(jié)能力。在形式上負(fù)荷聚合商即為這一轉(zhuǎn)換的初級表現(xiàn)，更高級的表現(xiàn)包括虛擬電廠、并網(wǎng)型微電網(wǎng)等。因此，虛擬電廠應(yīng)著重于聚合調(diào)度難以管控資源，至少不應(yīng)聚合已有的調(diào)度對象。部分地區(qū)將獨(dú)立儲能、集中式新能源甚至有一定規(guī)模的常規(guī)電源都納入虛擬電廠的可聚合資源是不妥的。
虛擬電廠概念的涵義
基于上述討論，我們可以給虛擬電廠一個不十分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩x：虛擬電廠是將電力系統(tǒng)中原本難以調(diào)度管控的實(shí)體資源聚合，運(yùn)用先進(jìn)的信息通信和聚合控制等技術(shù)，優(yōu)化整合為具有近似常規(guī)電廠的調(diào)節(jié)能力、可直接調(diào)度的虛擬聚合體，參與電力市場并獲取調(diào)節(jié)收益，同時(shí)提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。所聚合的實(shí)體資源是其物理基礎(chǔ)，對收益的追求是其運(yùn)營驅(qū)動力，信息通信和聚合控制等先進(jìn)技術(shù)是其調(diào)節(jié)性能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵與價(jià)值創(chuàng)造的核心。
虛擬電廠的技術(shù)要求和特性
作為調(diào)度對象的要求
虛擬電廠作為調(diào)度對象，其聚合管理平臺應(yīng)滿足接入調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)的條件，具備對整個聚合體及主要聚合資源實(shí)時(shí)運(yùn)行可觀、可測、可控的能力，并滿足數(shù)據(jù)信息交換、網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)等方面的要求。
作為調(diào)度對象，虛擬電廠響應(yīng)調(diào)度指令進(jìn)行調(diào)節(jié)的速度應(yīng)滿足要求，即自調(diào)度指令下達(dá)至虛擬電廠開始，進(jìn)行與指令相應(yīng)方向調(diào)節(jié)的時(shí)間需在一定限值內(nèi)。常規(guī)電廠可以做到接近實(shí)時(shí)響應(yīng)，虛擬電廠初期可適當(dāng)放寬，但至少應(yīng)當(dāng)有半小時(shí)內(nèi)的響應(yīng)能力，響應(yīng)速度越快，對系統(tǒng)的價(jià)值越大。目前，部分省市僅要求虛擬電廠達(dá)到日前級別的響應(yīng)能力（即日前確定負(fù)荷/出力計(jì)劃曲線，日內(nèi)按日前計(jì)劃執(zhí)行），如此安排在起步階段可以理解，但后期應(yīng)當(dāng)提高標(biāo)準(zhǔn)。
具備怎樣的調(diào)節(jié)性能
調(diào)峰能力可視為每5分鐘負(fù)荷/出力的精準(zhǔn)控制能力及爬坡能力。以燃煤火電為例，通常每5分鐘實(shí)際出力與發(fā)電計(jì)劃指令的允許偏差為±2%，爬坡能力要求一般為每分鐘不低于±1.5%額定容量。虛擬電廠初期可適當(dāng)降低標(biāo)準(zhǔn)，但不應(yīng)差距過大。
調(diào)頻能力可視為秒級負(fù)荷/出力響應(yīng)能力、分鐘級精準(zhǔn)控制能力及強(qiáng)爬坡能力。以火電的調(diào)頻性能指標(biāo)來衡量，目前絕大多數(shù)可調(diào)節(jié)負(fù)荷的調(diào)頻性能極差，在當(dāng)前的技術(shù)條件下，除非虛擬電廠所聚合的資源中有充足容量的儲能，否則難以具備調(diào)頻能力。
調(diào)壓能力需注意虛擬電廠所聚合的各個資源的并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)可能各不相同，這就要求各個資源自身具備電壓調(diào)整能力或配置動態(tài)無功補(bǔ)償裝置等電壓調(diào)節(jié)設(shè)施。發(fā)展初期應(yīng)至少要求虛擬電廠所聚合的各資源，在運(yùn)行中不造成其并網(wǎng)點(diǎn)電壓大幅波動，并滿足功率因數(shù)等要求。更進(jìn)一步，虛擬電廠應(yīng)具有主動調(diào)壓能力，各資源應(yīng)配置電壓調(diào)節(jié)設(shè)施或應(yīng)用調(diào)壓技術(shù)，在各類運(yùn)行狀態(tài)及電力系統(tǒng)異常、故障條件下能夠發(fā)揮支撐系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的作用。
資源的空間分布要求
對于虛擬電廠聚合的各個資源的并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，其空間分布問題常常被忽視。如果電力系統(tǒng)中存在網(wǎng)絡(luò)約束，那么約束斷面內(nèi)外的資源不宜聚合在同一個虛擬電廠。因?yàn)槿艏s束斷面出現(xiàn)阻塞，斷面內(nèi)外資源的調(diào)峰方向應(yīng)是相反的。所以，虛擬電廠所聚合的各資源的并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，必須處于同一阻塞分區(qū)內(nèi)。對某一個聚合不同并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)資源的虛擬電廠，即使無法確定其作為整體所在的電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，仍需明確其所在的阻塞分區(qū)，在調(diào)度運(yùn)用時(shí)要特別注意。目前，部分地區(qū)在虛擬電廠試點(diǎn)建設(shè)中未考慮到資源空間分布的影響，后續(xù)應(yīng)給予關(guān)注。
虛擬電廠的商業(yè)運(yùn)營建議
所基于的市場環(huán)境
當(dāng)前各省市已開展試運(yùn)行的虛擬電廠（或負(fù)荷聚合商），主要通過參與調(diào)峰輔助服務(wù)（包括削峰與填谷）獲取收益，缺乏參與現(xiàn)貨市場及調(diào)頻、爬坡等其他輔助服務(wù)獲取收益的案例。近年來，我國電力市場化改革提速，山西、山東、甘肅、廣東等多個省市已開展電力現(xiàn)貨市場整年度周期以上的不間斷試運(yùn)行，其他省份現(xiàn)貨市場建設(shè)也在加快推進(jìn)?，F(xiàn)貨市場在電力保供、新能源消納、培育新型市場主體等方面展現(xiàn)了重要積極作用，其發(fā)展已成為大勢所趨。因此，虛擬電廠的商業(yè)運(yùn)營應(yīng)基于以現(xiàn)貨市場為核心的電能量市場，以及與現(xiàn)貨市場相協(xié)調(diào)的輔助服務(wù)市場。尚未啟動現(xiàn)貨市場的省市，虛擬電廠只能先參與調(diào)峰等輔助服務(wù)獲取收益，但市場機(jī)制設(shè)計(jì)應(yīng)考慮未來向現(xiàn)貨的過渡，現(xiàn)貨市場來得可能比想象得要快。
兩級市場架構(gòu)
電能量市場已形成較成熟的兩級市場架構(gòu)：第一級，售電公司和大用戶在中長期市場、現(xiàn)貨市場向發(fā)電企業(yè)購電，是為批發(fā)市場；第二級，售電公司根據(jù)與各零售用戶簽訂的零售合約，將批發(fā)市場購電向零售用戶分銷，是為零售市場。虛擬電廠所聚合的資源一般分屬不同企業(yè)，其同樣參與兩級市場，一是作為聚合體在批發(fā)市場購電或售電及獲得輔助服務(wù)收益；二是在零售市場與所聚合各資源間的購電、售電及調(diào)節(jié)控制服務(wù)等的結(jié)算。虛擬電廠參與兩級市場的交易，必須既能保證自身作為聚合商的收益，又可提升所聚合各資源的收益，才能長期生存下去。各界關(guān)注批發(fā)市場虛擬電廠交易機(jī)制的同時(shí)，也應(yīng)注意在零售市場的聚合商如何與各資源建立有效的利益共享及風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)機(jī)制。
重復(fù)付費(fèi)問題
尚未啟動現(xiàn)貨市場的省市，電能量交易往往不進(jìn)行分時(shí)結(jié)算，因而虛擬電廠（或負(fù)荷聚合商）所提供的調(diào)峰服務(wù)在電能量交易中并未體現(xiàn)分時(shí)價(jià)值，其獲得的調(diào)峰收益不存在重復(fù)付費(fèi)問題。此時(shí)，虛擬電廠（或負(fù)荷聚合商）不需要具有售電資質(zhì)，其所聚合的負(fù)荷資源可來自多個不同的售電公司。
啟動用戶側(cè)參與的雙邊現(xiàn)貨市場的省市，現(xiàn)貨市場的電價(jià)變化已經(jīng)反映了對發(fā)電側(cè)和用電側(cè)調(diào)峰服務(wù)的定價(jià)，再繼續(xù)開展調(diào)峰市場存在對同一服務(wù)重復(fù)付費(fèi)的問題。現(xiàn)貨市場與調(diào)峰市場共存時(shí)，某一負(fù)荷可調(diào)節(jié)用戶削峰填谷后，既可節(jié)省代理其購電的售電公司的購電費(fèi)用，又使聚合其的虛擬電廠（或負(fù)荷聚合商）獲得了調(diào)峰服務(wù)收益，則出現(xiàn)重復(fù)付費(fèi)。因此，開展雙邊現(xiàn)貨市場的省市應(yīng)取消調(diào)峰市場。若要增強(qiáng)用戶負(fù)荷參與調(diào)節(jié)的意愿，應(yīng)擴(kuò)大現(xiàn)貨市場的價(jià)格上下限，而非另外開展需求側(cè)調(diào)峰市場。同時(shí)，現(xiàn)貨市場中的虛擬電廠（或負(fù)荷聚合商）應(yīng)是具有售電資質(zhì)的主體，其所聚合的資源不能再被任何其他售電公司代理購電。
虛擬電廠的收益來源
第一，市場設(shè)計(jì)應(yīng)遵循商品“同質(zhì)同價(jià)”的原則?；诔杀?、政策等因素考慮，需要進(jìn)行平衡的部分應(yīng)在市場之外通過再分配實(shí)現(xiàn)，其方式應(yīng)盡可能與市場運(yùn)營解耦，例如對虛擬電廠給予稅收優(yōu)惠等。在現(xiàn)貨市場中，虛擬電廠應(yīng)自主報(bào)量報(bào)價(jià)與常規(guī)電廠同臺競爭，在出清和調(diào)用順序上均同等對待，通過調(diào)節(jié)負(fù)荷/出力獲得現(xiàn)貨市場的分時(shí)價(jià)差收益。第二，為發(fā)揮中長期交易“壓艙石”作用、防控市場風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)前在現(xiàn)貨市場中對售電公司或大用戶中長期交易量占實(shí)際負(fù)荷的比重有嚴(yán)格的上下限，但虛擬電廠因參與調(diào)節(jié)造成各時(shí)刻的實(shí)際負(fù)荷存在不確定性，為避免對其不合理的考核，應(yīng)根據(jù)調(diào)節(jié)能力大小放寬虛擬電廠的中長期交易量占比限制，這就給虛擬電廠獲得更多中長期與現(xiàn)貨的價(jià)差收益提供了機(jī)會。第三，逐步建立容量補(bǔ)償機(jī)制或容量市場，參與主體應(yīng)包括虛擬電廠，其可獲得與常規(guī)電廠同等的容量收益。第四，加快推動調(diào)頻、備用、爬坡、無功等輔助服務(wù)市場建設(shè)，按照“貢收匹配”的原則完善交易機(jī)制，拓展可參與交易的市場主體范圍，使虛擬電廠所提供的各類輔助服務(wù)可獲得相應(yīng)收益。第五，為強(qiáng)化電力保供能力，建議建立緊急控制服務(wù)交易機(jī)制，虛擬電廠等市場主體可通過此交易獲得應(yīng)急響應(yīng)收益。
緊急控制服務(wù)交易
現(xiàn)貨市場環(huán)境下，依然會有部分具有調(diào)節(jié)能力的用戶不愿調(diào)整負(fù)荷響應(yīng)電力需求，除缺乏市場培育引導(dǎo)等方面原因外，還有兩方面原因：一是其負(fù)荷調(diào)節(jié)的成本較高，現(xiàn)貨價(jià)差對其沒有吸引力；二是其負(fù)荷調(diào)節(jié)受設(shè)備損耗、壽命等影響僅供應(yīng)急使用，不宜常態(tài)化開展。當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)日內(nèi)用電負(fù)荷突增、新能源出力嚴(yán)重低于預(yù)期、突發(fā)異常或故障等緊急情況時(shí)，系統(tǒng)面臨電力供應(yīng)短缺風(fēng)險(xiǎn)，此時(shí)應(yīng)設(shè)法利用這些具有調(diào)節(jié)能力但常態(tài)下不愿調(diào)整的資源，特別是可以快速響應(yīng)的資源，如可中斷負(fù)荷等。
因此，應(yīng)建立緊急控制服務(wù)交易機(jī)制，由具備可在收到調(diào)度指令后半小時(shí)內(nèi)快速壓降（或中斷）負(fù)荷能力的大用戶、負(fù)荷聚合商和虛擬電廠等主體參與。各主體應(yīng)提前向調(diào)度中心報(bào)備其并網(wǎng)點(diǎn)（或所聚合各主要調(diào)節(jié)資源的并網(wǎng)點(diǎn)）、日常運(yùn)行負(fù)荷范圍、應(yīng)急調(diào)節(jié)時(shí)最低運(yùn)行負(fù)荷、響應(yīng)時(shí)間、爬坡速率、應(yīng)急調(diào)節(jié)最長持續(xù)時(shí)間等信息，在電力供應(yīng)出現(xiàn)應(yīng)急狀況時(shí)優(yōu)選調(diào)用。緊急控制服務(wù)交易僅在政府主管部門確定的應(yīng)急條件下啟動，其失負(fù)荷補(bǔ)償價(jià)格可在設(shè)定的上下限范圍內(nèi)由各參與主體自行申報(bào)，但價(jià)格下限不應(yīng)低于現(xiàn)貨市場最高限價(jià)。
