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前瞻布局,虚拟电厂在电力市场"蓄势待发"

能源保障和安全事关国计民生。新旧电力系统转型升级下,能源的可控化和可储化成为行业发展的核心。风光的不可控以及不稳定性不仅会产生弃电弃光风险,还会对电网稳定和安全造成威胁。当下,以可商业化的角度来看,以网络系统技术为基础的“虚拟电厂”或将为我国电力系统发展提供新“思路”。

一、什么是虚拟电厂

虚拟电厂的相关概念,最早由西蒙*阿韦布赫(Shimon Awerbuch)博士于1997年提出。此后,各界专家学者从不同形态维度进行探索,给出了多种定义。

综合来看,虚拟电厂是一种通过先进信息通信和监测控制技术,实现海量分布式新能源、储能系统、可控负荷、电动汽车等聚合和协调优化,作为一个特殊电厂参与电网运行和电力市场的电源协调管理系统,对外表现为“一个具备可控性的电源”。它既可作为“正电厂”向系统供电和顶峰,又可作为“负电厂”通过负荷侧响应以配合系统填谷;既可快速响应指令、配合保障系统稳定并获得经济补偿,也可等同于电厂参与容量、电量、辅助服务等各类电力市场获得经济收益。

虽然叫“电厂”,其实并不发电,而是一种基于能源互联网技术的“看不见的电厂”。

虚拟电厂将无数个分散的电力资源聚合起来,通过智能调度,实时监测和分析虚拟电厂中的能源资源,预测能源需求,制定最优调度方案,实现电源侧的多能互补、负荷侧的双向互动、储能侧的灵活调剂。它是提升电力系统调节能力的重要手段之一。

目前,虚拟电厂可以参与的用户十分广泛,大如工业可调节负荷、用户侧储能,小如空调负荷、充电桩等各类高低压用户都可以。加入虚拟电厂参与移峰填谷也并非没有门槛。不管是发电的、用电的,还是储能的,参与的用户越多,电网的平衡调节能力就越强。当电网有需要的时候,虚拟电厂就给电网发电,当新能源供给过剩时,虚拟电厂就指挥大家迅速把电能消纳掉。

根据相关机构预计,到2025年,虚拟电厂平均每年投资建设规模达到200亿元,运营市场规模每年在50亿元以上。

二、发展驱动因素

虚拟电厂的理论和实践在欧美发达国家发展得较为成熟,已先后在德国、英国、法国、美国、澳大利亚、日本等国开展了商业试点并取得不错成果。欧洲的虚拟电厂已基本实现市场化运营。

现今,虚拟电厂的“崛起”离不开我国电力现货市场的发展需要。近年来,伴随着极端高温天气的不断涌现,社会整体用电负荷的持续攀升。在电力消费旺季、电力供应偏紧的背景下,虚拟电厂建设获得了国家政策的大力支持。

国内政策利好

近年来,国内电力市场改革稳步向前。市场机制进一步完善。我国电力现货市场改革朝着市场化、法治化方向发展,在电力现货市场监管、交易规则、市场准入等方面逐步推进了改革,形成了相对完善的市场机制。国家发展改革委、国家能源局等相关部门相继出台了一系列的政策文件,明确了市场主体的准入条件、交易规则、运行机制等,为市场的健康发展提供了坚实的法治保障。

之于虚拟电厂而言,在宏观政策层面也是频发利好。在国家、部委和地方政府的推动下,虚拟电厂相关政策规划逐步落地。在《2030年前碳达峰行动方案》中,国务院强调引导虚拟电厂参与系统调节,助力建设坚强智能电网;在《“十四五”现代能源体系规划》中,国家发改委、国家能源局明确提出将虚拟电厂作为智慧能源示范工程的新模式新业态。此外,多个地方政府也纷纷强调加快虚拟电厂建设,打造虚拟电厂生态体系,提升电力系统灵活性调节能力。

辅助市场建设

随着电力市场化进程的推进,我国电力现货市场的交易规模逐年扩大。相关数据显示,2019年我国全社会用电量达到了亿千瓦时,其中就有30%的电量通过电力现货市场进行了交易。这一交易规模不仅体现了市场主体对电力现货市场的广泛认可,也说明了市场的发展潜力。

此外,电力市场的逐步开放,也使得我国电力现货市场的竞争日益激烈。国内外的电力企业纷纷通过参与市场化交易获取电力资源。这种竞争一方面有助于提高市场效率,推动电力资源的优化配置,同时也促使电力企业提升服务质量、降低成本,满足广大用户的需求。

现今,围绕着“源荷网储一体化”、“多能互补协调”这些新的能源系统形态,如何将经济效益和社会效益结合起来成为社会上下协同的核心方向,虚拟电厂的作用愈发显现。

三、技术方向

虚拟电厂的发展离不开技术的支持与推动。

虚拟电厂由分布式资源层、通信网络层、管理平台层三个层次构成。分布式资源层指分布在配网中的各种可再生能源、储能设备、可调负荷等资源,它们是虚拟电厂的基础和核心。通信网络层指连接分布式资源和管理平台的信息传输网络,它们是虚拟电厂的桥梁和纽带。管理平台层指对分布式资源进行数据采集、监控、控制和优化等功能的软件系统,它们是虚拟电厂的大脑和灵魂。

虚拟电厂涉及多个领域和方面的技术,其中最关键的有协调控制技术、优化调度技术、市场交易技术等。协调控制技术指对分布式资源进行实时或近实时地控制,以保证其稳定输出或响应需求变化。优化调度技术指根据市场价格信号或系统运行状态,对分布式资源进行最优化配置或激励机制设计,以实现效益最大化或成本最小化。市场交易技术指通过建立合理有效的商业模式和服务平台,使虚拟电厂能够参与到现有或新兴的电力市场中,如日前市场、辅助服务市场等。

目前,虚拟电厂技术正处于不断创新与发展之中。未来虚拟电厂的发展方向主要集中在以下几个方面:一是完善虚拟电厂的技术体系,提高虚拟电厂的自动化水平和信息化管理水平。通过推动人工智能技术的应用,实现虚拟电厂的智能化运营。二是推进虚拟电厂与现有能源系统的融合,实现虚拟电厂与传统电力系统的互联互通。三是加强虚拟电厂与电网的协调运行,提高虚拟电厂整体的运行效率和稳定性。四是促进虚拟电厂的规模化应用,推动虚拟电厂的商业模式创新和市场化发展。

四、发展前景

虚拟电厂可以有效解决新能源的随机性、间歇性和波动性等问题,提高新能源的消纳能力和功率质量。虚拟电厂还可以通过参与辅助服务市场、现货交易市场等,为新能源提供更多的收益来源和价值实现途径。

虽然虚拟电厂意义重大,但在发展上,我国虚拟电厂行业仍处于邀约制试点阶段,该技术所对应的商业化市场仍不成熟,在规模、运行模式、安全、监管和市场化等方面面临诸多挑战。

虚拟电厂需要依赖先进的信息通信技术、数据分析技术、人工智能技术等,实现对分布式资源的高效管理和优化调度。但是,这些技术在我国还存在一定的瓶颈和不足,如数据采集和传输的安全性、可靠性和实时性,数据处理和分析的精度和效率,人工智能算法的适应性和稳定性等。

然而,随着电力现货市场及辅助服务市场发展,虚拟电厂有望迎来快速发展,从邀约制迈向市场化发展阶段迈进,其盈利模式也有望随着电力市场化改革的推进而不断清晰和市场化。

根据国家能源局的规划,到2025年,我国虚拟电厂建设和运营规模将超过2000MW,未来将逐步成为电力市场的重要参与者之一。

我国虚拟电厂的发展前景可期!

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