劉澤三：虛擬電廠(chǎng)支撐新型電力系統建設，促進(jìn)新能源消納

編者按：“雙碳”背景下，隨著(zhù)科技水平不斷進(jìn)步和能源行業(yè)快速發(fā)展，分布式能源已成為引領(lǐng)能源領(lǐng)域發(fā)展的重要趨勢之一。第十九屆中國分布式能源國際論壇”于2023年12月12日在重慶召開(kāi)，本次大會(huì )由中國能源研究會(huì )與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會(huì )上，國網(wǎng)信息通信產(chǎn)業(yè)集團信通研究院信息技術(shù)研發(fā)中心主任劉澤三做了主題為《虛擬電廠(chǎng)支撐新型電力系統建設，促進(jìn)新能源消納》的報告。

以下內容根據論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

劉澤三：感謝張秘書(shū)長(cháng)的介紹，現在能夠堅持準點(diǎn)來(lái)到這個(gè)地方相信是對技術(shù)領(lǐng)域有熱衷追求的人。按照慣例首先自報家門(mén)，我們公司是國網(wǎng)公司全資子公司，目前一家信通研究院，又是一家分子公司，也是一家上市公司。我們整個(gè)集團業(yè)務(wù)板塊目前涵蓋到終端人工智能大數據、云服務(wù)通信、管理系統運維，以及網(wǎng)絡(luò )信息安全、北斗地理信息服務(wù)綜合能源，其實(shí)整個(gè)是圍繞集團私企品牌。

第三塊我們有科研屬性的定位，這里包括兩個(gè)國家級科研平臺，12個(gè)省部級科研平臺，包括工作站。在講虛擬電廠(chǎng)之前，我先用理解把電力系統概念做個(gè)回顧。整個(gè)電力系統的構成是一張包括發(fā)電環(huán)節，輸配電以及用電環(huán)節，能源是沒(méi)法憑空產(chǎn)生的，時(shí)刻在幾大主體之間，通過(guò)能量流動(dòng)保持動(dòng)態(tài)平衡。但動(dòng)態(tài)平衡的主體之間，傳統環(huán)節在隨著(zhù)雙碳目標的提出以及新型電力系統的構建，無(wú)論是在源側還是其他的變化，比如是在源側，原來(lái)更多的是由電網(wǎng)公司在做，現在輸電側打開(kāi)之后，我們的光伏以及新能源電都會(huì )變相由售電公司批發(fā)打包參與容量市場(chǎng)以及現貨市場(chǎng)。

從荷側也發(fā)生了很大的變化，上午有很多專(zhuān)家講過(guò)分布式能源，特別是屋頂光伏和整線(xiàn)光伏元素加入之后，荷側不僅僅是用電側會(huì )反向利用余電上網(wǎng)。余電上網(wǎng)過(guò)程會(huì )知道它是反向往電網(wǎng)注入潮流，在注入潮流的過(guò)程中，傳統電網(wǎng)源隨荷動(dòng)，發(fā)電管夠，用戶(hù)用多少就發(fā)多少，這種模式發(fā)生改變，改變成了源網(wǎng)化，更多認為是在荷側，或者增量配電網(wǎng)或者有源配電網(wǎng)這一側帶來(lái)了很多變革。

其實(shí)我們前面講的這些主體之間需要打造平衡，同時(shí)主體之間也有共同的訴求，但是想要達到訴求和主體之間矛盾出現，我們團隊分析認為從主要矛盾上講，供需不平衡。上午很多專(zhuān)家提到過(guò)，因為我們國家的資源稟賦和經(jīng)濟結構的不同，導致實(shí)際上很多能源是在西部北部，而負荷是在西南部。能源和負荷之間實(shí)際上是矛盾主體，現在這塊有成熟的技術(shù)，包括特高壓輸電以及直流輸電。

第二個(gè)矛盾是對區域來(lái)講，不同時(shí)段、氣候、季節的影響，會(huì )導致負荷的波動(dòng)性比較大。我大概查了一下，重慶2022年巔峰時(shí)刻負荷是2600萬(wàn)千瓦，同比上漲負荷是6.8%，如果算下來(lái)多了180萬(wàn)千瓦，從這個(gè)數量來(lái)講相當于是一個(gè)發(fā)電廠(chǎng)。但這塊不是常態(tài)性負荷，導致電網(wǎng)要實(shí)現在風(fēng)的階段做很多技術(shù)手段保證巔峰時(shí)的用電安全。

從清潔能源的方向上上午講過(guò)，清潔能源天生具備波動(dòng)性和不穩定性，所以由雙高帶來(lái)對電力系統的影響，特別是荷側的影響，也會(huì )帶來(lái)影響。

其實(shí)在雙碳經(jīng)濟的影響下，次生矛盾不僅僅在影響能源結構，實(shí)際上對政府很多主體結構都發(fā)生了改變。我們認為現在政府在能耗雙控的擠壓下，政府不僅僅是要保證用電成本低，也要保證用能成本，雙碳經(jīng)濟壓力就是要獲取更多的碳配額。在獲取更多碳配額的方式時(shí)，一種是通過(guò)節能改造來(lái)降低碳排放，一種是利用更多綠電，這之間也為政府營(yíng)商環(huán)境造成影響。

比如說(shuō)外向型的經(jīng)濟，在碳關(guān)稅出來(lái)之后，向歐盟出售的產(chǎn)品，要么繳納高額的碳關(guān)稅，在國內可以通過(guò)積累CCER，通過(guò)綠證抵消一部分碳排放，這樣來(lái)降低成本。在江蘇很多企業(yè)都會(huì )面臨這樣的問(wèn)題，他們也都知道這個(gè)產(chǎn)業(yè)的業(yè)態(tài)和形態(tài)。

我們分析解決矛盾的方式，上風(fēng)光儲是一部分，上火電也是一部分，但是我們認為現在行業(yè)上有一種技術(shù)方向，就是虛擬電廠(chǎng)技術(shù)。虛擬電廠(chǎng)的出現，是歷史技術(shù)的推動(dòng)，也是屬于需求矛盾主體的推動(dòng)。虛擬電廠(chǎng)的目標和資源實(shí)際上目標是為了聚合分布式光伏、分布式儲能以及商業(yè)樓宇的復合。通過(guò)聚合這些負荷，來(lái)解決前面的一些矛盾。比如說(shuō)在資源聚合矛盾上，可以通過(guò)聚合分布式電源儲能，特別是電動(dòng)汽車(chē)的充電行為，通過(guò)資源協(xié)同優(yōu)化來(lái)提高能源利用率，降低用能成本，來(lái)降低碳的排放。

同時(shí)可以通過(guò)虛擬電廠(chǎng)引導一部分用戶(hù)的用電行為，比如說(shuō)需求響應，鼓勵企業(yè)改變自己的生產(chǎn)時(shí)序，來(lái)做需求響應。

在達成統一共識之后，團隊實(shí)際上對虛擬電場(chǎng)的研究也查閱了很多文獻，我們認為目前產(chǎn)生的虛擬電廠(chǎng)形態(tài)有這幾種，最早是歐洲出現的虛擬電廠(chǎng)，它更多是通過(guò)打捆新能源發(fā)電去上網(wǎng)，這是一種形態(tài)，第二種是美國負荷性的形態(tài)。因為美國我們知道它的階梯電價(jià)，或者說(shuō)現貨市場(chǎng)開(kāi)放程度很高，可以看到之前找到的案例是他們提供額外在顛覆負荷的時(shí)候，每額外提供1000瓦時(shí)的電能，實(shí)際上能獲得2美元的收益，在保證實(shí)際用電收益之外還有額外的2美元收益。

第三種是我們國家做的比較多的，像冀北的虛擬電廠(chǎng)也是我們國網(wǎng)公司做的虛擬電廠(chǎng)，更多是將電源負荷一起整合起來(lái)一起參與調頻調峰服務(wù)，后面會(huì )詳細介紹?；谶@個(gè)分析基礎上，團隊試圖給虛擬電廠(chǎng)下了定義，行業(yè)上對虛擬電廠(chǎng)的定義有很多。我們團隊認為虛擬電廠(chǎng)是種通過(guò)先進(jìn)通信技術(shù)和軟件系統，實(shí)現分布式電源儲能系統可控負荷電動(dòng)汽車(chē)等分布式能源聚合和協(xié)調優(yōu)化，做一個(gè)特殊的虛擬電廠(chǎng)，參與電力市場(chǎng)和電網(wǎng)運行，進(jìn)行內部資質(zhì)和協(xié)調的管控系統。

在這個(gè)定義之下，我們認為虛擬電廠(chǎng)實(shí)際上扮演兩種角色，向內看虛擬電廠(chǎng)是將聚合的資源進(jìn)行最優(yōu)化調度之后，一方面達到能效最優(yōu)一方面達到成本最優(yōu)。向外看虛擬電廠(chǎng)同時(shí)有市場(chǎng)屬性，通過(guò)參與電力市場(chǎng)的交易，通過(guò)經(jīng)濟杠桿因素或者碳的杠桿因素來(lái)把它當作目標的輸入，保證內部包括能效最優(yōu)以及經(jīng)濟最優(yōu)。虛擬電廠(chǎng)目前的運行模式，團隊總結起來(lái)，也是行業(yè)達成共識的。虛擬電廠(chǎng)的類(lèi)型有三種，一種是電源性虛擬電廠(chǎng)，后面會(huì )有詳細的片子介紹。第二是負荷性虛擬電廠(chǎng)，第三類(lèi)是混合性虛擬電廠(chǎng)。對于電源性虛擬電廠(chǎng)，目前應用場(chǎng)景比較多的，或者通過(guò)在國網(wǎng)公司內部統計很多虛擬電廠(chǎng)，目前在國家很多虛擬電廠(chǎng)大部分是電源型虛擬電廠(chǎng)，像很多發(fā)電企業(yè)建立的虛擬電廠(chǎng)，目標是想通過(guò)把新能源打捆之后上網(wǎng)。

特別是分布式新能源，打捆上網(wǎng)之后，每度上網(wǎng)電價(jià)會(huì )比普通綠電多了7分錢(qián)，對光伏企業(yè)來(lái)說(shuō)這7分錢(qián)能解決20-30%的利潤。第二類(lèi)是負荷性虛擬電廠(chǎng)，之前雖然概念上不見(jiàn)得能達成共識，但業(yè)務(wù)模式非常多，比較多的是需求響應，每個(gè)省，或者發(fā)改委或者經(jīng)信委，在夏天或者冬天的時(shí)候都會(huì )有需求響應的業(yè)務(wù)出現，在巔峰負荷的時(shí)候，鼓勵企業(yè)少用電的模式，去保證電網(wǎng)整個(gè)源和荷之間達到平抑。這一類(lèi)型的虛擬電廠(chǎng)的業(yè)務(wù)模式包括需求響應也包括調峰調頻，調峰服務(wù)是相對于能聚合負荷達到一定規模再實(shí)現。第三類(lèi)是混合性虛擬電廠(chǎng)，雖然目前業(yè)態(tài)不是特別成熟，但我們認為這是將來(lái)國家所發(fā)展虛擬電廠(chǎng)的主要形態(tài)。

上午很多專(zhuān)家都在講分布式能源，它的主體是什么?有源配電網(wǎng)或者增量配電網(wǎng)。增量配電網(wǎng)是很典型的混合性虛擬電廠(chǎng)，既有電源又有負荷，既能達到區域自治又能反向向電網(wǎng)供電，我們認為這種模式，混合性虛擬電廠(chǎng)將來(lái)是發(fā)展主流的趨勢。

針對這幾類(lèi)虛擬電廠(chǎng)模式，我們團隊也有自己的積累和研究。我們給出了整個(gè)虛擬電廠(chǎng)整體的解決方案是，從它的架構體系上應該分這幾層，最底下的一層和終端和負荷接觸的，無(wú)論是通過(guò)能源的采購裝置，這是解決和底層廠(chǎng)站或者設備之間的通信問(wèn)題，再往上應該有一層類(lèi)似園區級或者城市級的虛擬電廠(chǎng)，它的主要目標是為了達到能效最優(yōu)，或者為了達到內部節能最優(yōu)的調整。再往上會(huì )有虛擬電廠(chǎng)的運營(yíng)平臺，會(huì )承擔兩個(gè)角色。

第一是虛擬電廠(chǎng)本身，跨虛擬電廠(chǎng)之間的調節和平衡，第二是本身需要運營(yíng)，運營(yíng)需要接入和管理平臺，這是對接的整體虛擬電廠(chǎng)的架構。在架構體系下，也給出了我們團隊研究認為虛擬電廠(chǎng)必須具備的幾個(gè)模塊。第一模塊是剛才談到的物聯(lián)管理模塊，它有南向和北向，南向更多是在接入數據，北向認為是為設備做通信。

再往上有聚合管理模塊，聚合管理模塊叫法不一，但虛擬電廠(chǎng)存在必須存在這塊模塊，虛擬電廠(chǎng)本身是聚沙成塔，將一些分散式負荷聚合或者分散式電源進(jìn)行聚合，聚合完成之后需要和負荷做匹配，和負荷匹配完成之后再做調控，所以我們認為聚合模塊是虛擬電廠(chǎng)必須存在的模塊。

再往上是系統控制模塊，仿真驗證和負荷分解。這是兩個(gè)大的方面，我們認為是必備的?，F在所見(jiàn)到的虛擬電廠(chǎng)形態(tài)更多是類(lèi)似區域級或者城市級的虛擬電廠(chǎng)。未來(lái)虛擬電廠(chǎng)一定是不同的虛擬電廠(chǎng)之間需要協(xié)同的工作模式，有的虛擬電廠(chǎng)電源屬性會(huì )比較強，有的負荷性強，必然會(huì )要求跨臺區區域的虛擬電廠(chǎng)之間會(huì )相互協(xié)同。

在相互協(xié)同過(guò)程中，電網(wǎng)拓撲結構會(huì )實(shí)時(shí)發(fā)生變化，我們認為必須得有仿真驗證模塊，在根據電網(wǎng)實(shí)時(shí)拓撲結構上，在下滑指令過(guò)程中要推演一遍指令，最起碼保證變壓器的容量滿(mǎn)足指令的要求，以及負荷分解的控制指令，來(lái)了一個(gè)需求，比如說(shuō)要調50兆瓦，必然會(huì )分解到不同的園區和用戶(hù)間進(jìn)行調整。

現在講的這套體系里沒(méi)有談到虛擬電廠(chǎng)真正怎么存活。我們認為一定有所謂的商業(yè)模式存在，沒(méi)有商業(yè)模式的激勵和滋潤，虛擬電廠(chǎng)不會(huì )長(cháng)久，所以虛擬電廠(chǎng)必然有所謂的運營(yíng)模塊，面向市場(chǎng)運營(yíng)模塊要掙錢(qián)，我們建的比較多的是調峰調頻、需求響應，以及后續的現貨交易。

從整個(gè)對虛擬電廠(chǎng)定義結構來(lái)講，虛擬電廠(chǎng)本身的業(yè)務(wù)類(lèi)型和應用場(chǎng)景分兩類(lèi)，第一類(lèi)叫支撐電網(wǎng)安全穩定運行的業(yè)務(wù)，前面提到過(guò)除了調峰調頻和需求響應，更重要的是有前提分析。我們知道要做調峰調頻之前有兩個(gè)前提分析，第一是對初定的分析做預測合，第二是對負荷的前提分析做預測，所有工作都為了理合兩個(gè)曲線(xiàn)。

第二是虛擬電廠(chǎng)對外運營(yíng)的場(chǎng)景，對外運營(yíng)的場(chǎng)景前面也提到過(guò)，包括綠證、碳排放以及用能權交易和智慧運維，這里花點(diǎn)時(shí)間解釋一下用能權交易。用能權交易是團隊不敢說(shuō)首次提出，在產(chǎn)業(yè)實(shí)踐上是最優(yōu)先提出來(lái)的。用能權置換概念體系產(chǎn)生的背景是這樣，現在在電網(wǎng)里有兩種考核機制，如果作為售電廠(chǎng)商，在購買(mǎi)容量電量之后，或者現貨交易電量之后面臨的問(wèn)題是偏差考核，買(mǎi)來(lái)50兆瓦電，如果沒(méi)有按照規定曲線(xiàn)執行50兆瓦，售電廠(chǎng)商要被考核。第二類(lèi)考核是所謂的需求響應，可以看到需求響應像上海每度電達到2塊錢(qián)，需求響應一旦響應之后，如果沒(méi)有按照電網(wǎng)公司的曲線(xiàn)降負荷，也會(huì )面臨偏差考核。往往傳統的方式是因為無(wú)論是售電公司還是負荷廠(chǎng)商，它們之間沒(méi)辦法交互，所以我們希望能構建用能權交易池。

我們把所有參加需求響應的資源和負荷企業(yè)放到統一的二級市場(chǎng)里。簡(jiǎn)單來(lái)講兩個(gè)企業(yè)，一個(gè)是A企業(yè)50兆瓦，B企業(yè)響應50兆瓦，由于某些原因，A企業(yè)只能響應40兆瓦，B企業(yè)響應60兆瓦。原來(lái)面臨的問(wèn)題是A企業(yè)要處罰，B企業(yè)多響應10兆瓦是浪費的，如果說(shuō)能建立二級市場(chǎng)，把B的10兆瓦勻給A，A能達到最優(yōu)的利，B也能達到經(jīng)濟利潤的價(jià)值，這是一種形態(tài)。

我們認為這種形態(tài)不單單能解釋用能權交易，更多的是可以啟動(dòng)分布式電源和儲能，儲能很多商業(yè)模式就是兩充一放，可以啟動(dòng)儲能和電源，通過(guò)少向電網(wǎng)買(mǎi)點(diǎn)，實(shí)際上變相也是在降負荷。我們認為用能權交易是在江蘇高郵做出這么個(gè)業(yè)務(wù)模式，后面會(huì )詳細的介紹。

應用案例上講，今天國網(wǎng)山西的同事也在，我們在山西太原、浙江義烏、四川成都、江蘇高郵都做了虛擬電廠(chǎng)的案例，點(diǎn)了四類(lèi)典型的場(chǎng)景。山西太原虛擬電廠(chǎng)典型是園區型的虛擬電廠(chǎng)，它能夠強控園區電動(dòng)汽車(chē)達到永續充電，能強控園區空調負荷，按照經(jīng)濟最優(yōu)，或者節能降碳最優(yōu)，是強制控制型的虛擬電廠(chǎng)。浙江義烏的特點(diǎn)是聚合更多負荷側的，比如說(shuō)現在聚合更多的是達到的1.7萬(wàn)千瓦時(shí)，聚合更多資源是5G基站，每個(gè)5G基站都有所謂的儲備電源，這個(gè)儲備電源大部分情況下是不會(huì )用到的，如果在電網(wǎng)巔峰負荷的時(shí)候，讓這些基站不再用電網(wǎng)的電，而是轉向自備電源或者儲能電源，一方面能夠帶來(lái)一部分利潤收益，第二部分是降低電網(wǎng)負荷。第三是四川的成都，這是典型的充電汽車(chē)型的虛擬電廠(chǎng)。

我們研究這個(gè)領(lǐng)域行業(yè)的人都明白，充電汽車(chē)是非常優(yōu)質(zhì)的可調負荷，它的充電時(shí)序和功率都可以隨著(zhù)調節變化發(fā)生不同的變化。一個(gè)充電樁快充的容量和滿(mǎn)充容量不一樣。最后是江蘇高郵，它是個(gè)典型的城市級虛擬電廠(chǎng)，我們認為它是政府主導型虛擬電廠(chǎng)，是由江蘇發(fā)改委市政府主導的虛擬電廠(chǎng)。它做虛擬電廠(chǎng)的初衷只有一個(gè)，他們有很多企業(yè)，一到用電高峰期，目前政府要求的是強制永續用電，他們沒(méi)有激勵政策，希望構建優(yōu)質(zhì)企業(yè)想不停電就向停電企業(yè)購買(mǎi)用電權，政府就通過(guò)這個(gè)來(lái)保證整個(gè)公平公正的用電權交換以及整個(gè)生產(chǎn)安全。

下面兩個(gè)之所以放到案例里，不能叫下一步的工作方向，是我們團隊給的兩個(gè)方向。第一是虛擬電廠(chǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展分享，提到了綠電交易、綠證交易、CCER等等，這個(gè)東西是在調研很多國內企業(yè)或者政府出來(lái)的，拿安徽蚌埠市為例，它有大量的玻璃產(chǎn)業(yè)，他們一直想把玻璃產(chǎn)業(yè)做大，但面臨的問(wèn)題是能效雙控，我們知道玻璃是高能耗企業(yè)，碳排永遠超標，所以不可能引進(jìn)更多玻璃企業(yè)，希望能做到第一是引進(jìn)新興技術(shù)幫它做CCER或者做綠證，來(lái)降碳，另外一方面通過(guò)虛擬電廠(chǎng)的調度來(lái)節能，這樣來(lái)支撐引進(jìn)更多，擴大玻璃產(chǎn)業(yè)規劃，所以我們認為將來(lái)虛擬電廠(chǎng)如果和碳集合在一起，也是很好的業(yè)務(wù)形態(tài)。第二是站在國網(wǎng)公司的角度，通過(guò)掌握的信息給出方向的建議，現在無(wú)論是國家標準還是國網(wǎng)公司出的技術(shù)規范，都有導向，會(huì )非常鼓勵市場(chǎng)營(yíng)利性的虛擬電廠(chǎng)大規?；l(fā)展。國網(wǎng)公司現在所謂的需求響應調節是臨時(shí)性的，隨便出一個(gè)政策商量好調節，沒(méi)有儲備池。他們希望通過(guò)虛擬電廠(chǎng)作為常規調節手段，只要想調節通過(guò)第三方虛擬電廠(chǎng)調節。

大的政策背景是這樣，給的技術(shù)政策是國網(wǎng)公司現在有個(gè)新型負荷管理系統，希望將來(lái)所有虛擬電廠(chǎng)要接入新型負荷管理系統，因為行業(yè)里最全，時(shí)間精度最高的用戶(hù)負荷數據是15分鐘一個(gè)點(diǎn)的數據，如果拿到精準的數據，再去配合分布式電源做需求響應或者執行考核，相信未來(lái)既能夠為能源的變革作出貢獻，也能為企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟價(jià)值，更能保證政府的用能安全。

我的分享完畢，謝謝大家!

主持人：謝謝劉主任!

為我們相信介紹了虛擬電廠(chǎng)的發(fā)展，從歐盟的虛擬電廠(chǎng)理念提出，到國內虛擬電廠(chǎng)的發(fā)展，結合公司虛擬電廠(chǎng)的業(yè)務(wù)以及應用的案例，給我們做了詳細的介紹。

其實(shí)我們自己的理解，虛擬電廠(chǎng)也是通過(guò)鏈接聚合商、微電網(wǎng)，以及它們所轄的各類(lèi)負荷、儲能、微電網(wǎng)、電動(dòng)汽車(chē)、分布式電源等參與電力市場(chǎng)交易來(lái)獲利，同時(shí)幫助電力市場(chǎng)平和調節，既可以作為“正電廠(chǎng)”向系統供電調峰，又可作為“負電廠(chǎng)”加大負荷消納配合，實(shí)現系統的平衡。虛擬電廠(chǎng)也是分布式領(lǐng)域非常關(guān)注的方向，再次感謝劉主任。