劉澤三：虛擬電廠支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)，促進新能源消納

編者按：“雙碳”背景下，隨著科技水平不斷進步和能源行業(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，本次大會由中國能源研究會與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會上，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《虛擬電廠支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)，促進新能源消納》的報告。

以下內(nèi)容根據(jù)論壇演講實錄進行整理。

劉澤三：感謝張秘書長的介紹，現(xiàn)在能夠堅持準點來到這個地方相信是對技術(shù)領(lǐng)域有熱衷追求的人。按照慣例首先自報家門，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。我們整個集團業(yè)務板塊目前涵蓋到終端人工智能大數(shù)據(jù)、云服務通信、管理系統(tǒng)運維，以及網(wǎng)絡信息安全、北斗地理信息服務綜合能源，其實整個是圍繞集團私企品牌。

第三塊我們有科研屬性的定位，這里包括兩個國家級科研平臺，12個省部級科研平臺，包括工作站。在講虛擬電廠之前，我先用理解把電力系統(tǒng)概念做個回顧。整個電力系統(tǒng)的構(gòu)成是一張包括發(fā)電環(huán)節(jié)，輸配電以及用電環(huán)節(jié)，能源是沒法憑空產(chǎn)生的，時刻在幾大主體之間，通過能量流動保持動態(tài)平衡。但動態(tài)平衡的主體之間，傳統(tǒng)環(huán)節(jié)在隨著雙碳目標的提出以及新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建，無論是在源側(cè)還是其他的變化，比如是在源側(cè)，原來更多的是由電網(wǎng)公司在做，現(xiàn)在輸電側(cè)打開之后，我們的光伏以及新能源電都會變相由售電公司批發(fā)打包參與容量市場以及現(xiàn)貨市場。

從荷側(cè)也發(fā)生了很大的變化，上午有很多專家講過分布式能源，特別是屋頂光伏和整線光伏元素加入之后，荷側(cè)不僅僅是用電側(cè)會反向利用余電上網(wǎng)。余電上網(wǎng)過程會知道它是反向往電網(wǎng)注入潮流，在注入潮流的過程中，傳統(tǒng)電網(wǎng)源隨荷動，發(fā)電管夠，用戶用多少就發(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(cè)，或者增量配電網(wǎng)或者有源配電網(wǎng)這一側(cè)帶來了很多變革。

其實我們前面講的這些主體之間需要打造平衡，同時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(xiàn)，我們團隊分析認為從主要矛盾上講，供需不平衡。上午很多專家提到過，因為我們國家的資源稟賦和經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的不同，導致實際上很多能源是在西部北部，而負荷是在西南部。能源和負荷之間實際上是矛盾主體，現(xiàn)在這塊有成熟的技術(shù)，包括特高壓輸電以及直流輸電。

第二個矛盾是對區(qū)域來講，不同時段、氣候、季節(jié)的影響，會導致負荷的波動性比較大。我大概查了一下，重慶2022年巔峰時刻負荷是2600萬千瓦，同比上漲負荷是6.8%，如果算下來多了180萬千瓦，從這個數(shù)量來講相當于是一個發(fā)電廠。但這塊不是常態(tài)性負荷，導致電網(wǎng)要實現(xiàn)在風的階段做很多技術(shù)手段保證巔峰時的用電安全。

從清潔能源的方向上上午講過，清潔能源天生具備波動性和不穩(wěn)定性，所以由雙高帶來對電力系統(tǒng)的影響，特別是荷側(cè)的影響，也會帶來影響。

其實在雙碳經(jīng)濟的影響下，次生矛盾不僅僅在影響能源結(jié)構(gòu)，實際上對政府很多主體結(jié)構(gòu)都發(fā)生了改變。我們認為現(xiàn)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，一種是通過節(jié)能改造來降低碳排放，一種是利用更多綠電，這之間也為政府營商環(huán)境造成影響。

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

我們分析解決矛盾的方式，上風光儲是一部分，上火電也是一部分，但是我們認為現(xiàn)在行業(yè)上有一種技術(shù)方向，就是虛擬電廠技術(shù)。虛擬電廠的出現(xiàn)，是歷史技術(shù)的推動，也是屬于需求矛盾主體的推動。虛擬電廠的目標和資源實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。通過聚合這些負荷，來解決前面的一些矛盾。比如說在資源聚合矛盾上，可以通過聚合分布式電源儲能，特別是電動汽車的充電行為，通過資源協(xié)同優(yōu)化來提高能源利用率，降低用能成本，來降低碳的排放。

同時可以通過虛擬電廠引導一部分用戶的用電行為，比如說需求響應，鼓勵企業(yè)改變自己的生產(chǎn)時序，來做需求響應。

在達成統(tǒng)一共識之后，團隊實際上對虛擬電場的研究也查閱了很多文獻，我們認為目前產(chǎn)生的虛擬電廠形態(tài)有這幾種，最早是歐洲出現(xiàn)的虛擬電廠，它更多是通過打捆新能源發(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，或者說現(xiàn)貨市場開放程度很高，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候，每額外提供1000瓦時的電能，實際上能獲得2美元的收益，在保證實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，像冀北的虛擬電廠也是我們國網(wǎng)公司做的虛擬電廠，更多是將電源負荷一起整合起來一起參與調(diào)頻調(diào)峰服務，后面會詳細介紹?；谶@個分析基礎(chǔ)上，團隊試圖給虛擬電廠下了定義，行業(yè)上對虛擬電廠的定義有很多。我們團隊認為虛擬電廠是種通過先進通信技術(shù)和軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)分布式電源儲能系統(tǒng)可控負荷電動汽車等分布式能源聚合和協(xié)調(diào)優(yōu)化，做一個特殊的虛擬電廠，參與電力市場和電網(wǎng)運行，進行內(nèi)部資質(zhì)和協(xié)調(diào)的管控系統(tǒng)。

在這個定義之下，我們認為虛擬電廠實際上扮演兩種角色，向內(nèi)看虛擬電廠是將聚合的資源進行最優(yōu)化調(diào)度之后，一方面達到能效最優(yōu)一方面達到成本最優(yōu)。向外看虛擬電廠同時有市場屬性，通過參與電力市場的交易，通過經(jīng)濟杠桿因素或者碳的杠桿因素來把它當作目標的輸入，保證內(nèi)部包括能效最優(yōu)以及經(jīng)濟最優(yōu)。虛擬電廠目前的運行模式，團隊總結(jié)起來，也是行業(yè)達成共識的。虛擬電廠的類型有三種，一種是電源性虛擬電廠，后面會有詳細的片子介紹。第二是負荷性虛擬電廠，第三類是混合性虛擬電廠。對于電源性虛擬電廠，目前應用場景比較多的，或者通過在國網(wǎng)公司內(nèi)部統(tǒng)計很多虛擬電廠，目前在國家很多虛擬電廠大部分是電源型虛擬電廠，像很多發(fā)電企業(yè)建立的虛擬電廠，目標是想通過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)電價會比普通綠電多了7分錢，對光伏企業(yè)來說這7分錢能解決20-30%的利潤。第二類是負荷性虛擬電廠，之前雖然概念上不見得能達成共識，但業(yè)務模式非常多，比較多的是需求響應，每個省，或者發(fā)改委或者經(jīng)信委，在夏天或者冬天的時候都會有需求響應的業(yè)務出現(xiàn)，在巔峰負荷的時候，鼓勵企業(yè)少用電的模式，去保證電網(wǎng)整個源和荷之間達到平抑。這一類型的虛擬電廠的業(yè)務模式包括需求響應也包括調(diào)峰調(diào)頻，調(diào)峰服務是相對于能聚合負荷達到一定規(guī)模再實現(xiàn)。第三類是混合性虛擬電廠，雖然目前業(yè)態(tài)不是特別成熟，但我們認為這是將來國家所發(fā)展虛擬電廠的主要形態(tài)。

上午很多專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，既有電源又有負荷，既能達到區(qū)域自治又能反向向電網(wǎng)供電，我們認為這種模式，混合性虛擬電廠將來是發(fā)展主流的趨勢。

針對這幾類虛擬電廠模式，我們團隊也有自己的積累和研究。我們給出了整個虛擬電廠整體的解決方案是，從它的架構(gòu)體系上應該分這幾層，最底下的一層和終端和負荷接觸的，無論是通過能源的采購裝置，這是解決和底層廠站或者設(shè)備之間的通信問題，再往上應該有一層類似園區(qū)級或者城市級的虛擬電廠，它的主要目標是為了達到能效最優(yōu)，或者為了達到內(nèi)部節(jié)能最優(yōu)的調(diào)整。再往上會有虛擬電廠的運營平臺，會承擔兩個角色。

第一是虛擬電廠本身，跨虛擬電廠之間的調(diào)節(jié)和平衡，第二是本身需要運營，運營需要接入和管理平臺，這是對接的整體虛擬電廠的架構(gòu)。在架構(gòu)體系下，也給出了我們團隊研究認為虛擬電廠必須具備的幾個模塊。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(shù)據(jù)，北向認為是為設(shè)備做通信。

再往上有聚合管理模塊，聚合管理模塊叫法不一，但虛擬電廠存在必須存在這塊模塊，虛擬電廠本身是聚沙成塔，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(diào)控，所以我們認為聚合模塊是虛擬電廠必須存在的模塊。

再往上是系統(tǒng)控制模塊，仿真驗證和負荷分解。這是兩個大的方面，我們認為是必備的?，F(xiàn)在所見到的虛擬電廠形態(tài)更多是類似區(qū)域級或者城市級的虛擬電廠。未來虛擬電廠一定是不同的虛擬電廠之間需要協(xié)同的工作模式，有的虛擬電廠電源屬性會比較強，有的負荷性強，必然會要求跨臺區(qū)區(qū)域的虛擬電廠之間會相互協(xié)同。

在相互協(xié)同過程中，電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)會實時發(fā)生變化，我們認為必須得有仿真驗證模塊，在根據(jù)電網(wǎng)實時拓撲結(jié)構(gòu)上，在下滑指令過程中要推演一遍指令，最起碼保證變壓器的容量滿足指令的要求，以及負荷分解的控制指令，來了一個需求，比如說要調(diào)50兆瓦，必然會分解到不同的園區(qū)和用戶間進行調(diào)整。

現(xiàn)在講的這套體系里沒有談到虛擬電廠真正怎么存活。我們認為一定有所謂的商業(yè)模式存在，沒有商業(yè)模式的激勵和滋潤，虛擬電廠不會長久，所以虛擬電廠必然有所謂的運營模塊，面向市場運營模塊要掙錢，我們建的比較多的是調(diào)峰調(diào)頻、需求響應，以及后續(xù)的現(xiàn)貨交易。

從整個對虛擬電廠定義結(jié)構(gòu)來講，虛擬電廠本身的業(yè)務類型和應用場景分兩類，第一類叫支撐電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的業(yè)務，前面提到過除了調(diào)峰調(diào)頻和需求響應，更重要的是有前提分析。我們知道要做調(diào)峰調(diào)頻之前有兩個前提分析，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曲線。

第二是虛擬電廠對外運營的場景，對外運營的場景前面也提到過，包括綠證、碳排放以及用能權(quán)交易和智慧運維，這里花點時間解釋一下用能權(quán)交易。用能權(quán)交易是團隊不敢說首次提出，在產(chǎn)業(yè)實踐上是最優(yōu)先提出來的。用能權(quán)置換概念體系產(chǎn)生的背景是這樣，現(xiàn)在在電網(wǎng)里有兩種考核機制，如果作為售電廠商，在購買容量電量之后，或者現(xiàn)貨交易電量之后面臨的問題是偏差考核，買來50兆瓦電，如果沒有按照規(guī)定曲線執(zhí)行50兆瓦，售電廠商要被考核。第二類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，需求響應一旦響應之后，如果沒有按照電網(wǎng)公司的曲線降負荷，也會面臨偏差考核。往往傳統(tǒng)的方式是因為無論是售電公司還是負荷廠商，它們之間沒辦法交互，所以我們希望能構(gòu)建用能權(quán)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(tǒng)一的二級市場里。簡單來講兩個企業(yè)，一個是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。原來面臨的問題是A企業(yè)要處罰，B企業(yè)多響應10兆瓦是浪費的，如果說能建立二級市場，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(quán)交易，更多的是可以啟動分布式電源和儲能，儲能很多商業(yè)模式就是兩充一放，可以啟動儲能和電源，通過少向電網(wǎng)買點，實際上變相也是在降負荷。我們認為用能權(quán)交易是在江蘇高郵做出這么個業(yè)務模式，后面會詳細的介紹。

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的案例，點了四類典型的場景。山西太原虛擬電廠典型是園區(qū)型的虛擬電廠，它能夠強控園區(qū)電動汽車達到永續(xù)充電，能強控園區(qū)空調(diào)負荷，按照經(jīng)濟最優(yōu)，或者節(jié)能降碳最優(yōu)，是強制控制型的虛擬電廠。浙江義烏的特點是聚合更多負荷側(cè)的，比如說現(xiàn)在聚合更多的是達到的1.7萬千瓦時，聚合更多資源是5G基站，每個5G基站都有所謂的儲備電源，這個儲備電源大部分情況下是不會用到的，如果在電網(wǎng)巔峰負荷的時候，讓這些基站不再用電網(wǎng)的電，而是轉(zhuǎn)向自備電源或者儲能電源，一方面能夠帶來一部分利潤收益，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型的虛擬電廠。

我們研究這個領(lǐng)域行業(yè)的人都明白，充電汽車是非常優(yōu)質(zhì)的可調(diào)負荷，它的充電時序和功率都可以隨著調(diào)節(jié)變化發(fā)生不同的變化。一個充電樁快充的容量和滿充容量不一樣。最后是江蘇高郵，它是個典型的城市級虛擬電廠，我們認為它是政府主導型虛擬電廠，是由江蘇發(fā)改委市政府主導的虛擬電廠。它做虛擬電廠的初衷只有一個，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(xù)用電，他們沒有激勵政策，希望構(gòu)建優(yōu)質(zhì)企業(yè)想不停電就向停電企業(yè)購買用電權(quán)，政府就通過這個來保證整個公平公正的用電權(quán)交換以及整個生產(chǎn)安全。

下面兩個之所以放到案例里，不能叫下一步的工作方向，是我們團隊給的兩個方向。第一是虛擬電廠業(yè)務的發(fā)展分享，提到了綠電交易、綠證交易、CCER等等，這個東西是在調(diào)研很多國內(nèi)企業(yè)或者政府出來的，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，所以不可能引進更多玻璃企業(yè)，希望能做到第一是引進新興技術(shù)幫它做CCER或者做綠證，來降碳，另外一方面通過虛擬電廠的調(diào)度來節(jié)能，這樣來支撐引進更多，擴大玻璃產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，所以我們認為將來虛擬電廠如果和碳集合在一起，也是很好的業(yè)務形態(tài)。第二是站在國網(wǎng)公司的角度，通過掌握的信息給出方向的建議，現(xiàn)在無論是國家標準還是國網(wǎng)公司出的技術(shù)規(guī)范，都有導向，會非常鼓勵市場營利性的虛擬電廠大規(guī)模化發(fā)展。國網(wǎng)公司現(xiàn)在所謂的需求響應調(diào)節(jié)是臨時性的，隨便出一個政策商量好調(diào)節(jié)，沒有儲備池。他們希望通過虛擬電廠作為常規(guī)調(diào)節(jié)手段，只要想調(diào)節(jié)通過第三方虛擬電廠調(diào)節(jié)。

大的政策背景是這樣，給的技術(shù)政策是國網(wǎng)公司現(xiàn)在有個新型負荷管理系統(tǒng)，希望將來所有虛擬電廠要接入新型負荷管理系統(tǒng)，因為行業(yè)里最全，時間精度最高的用戶負荷數(shù)據(jù)是15分鐘一個點的數(shù)據(jù)，如果拿到精準的數(shù)據(jù)，再去配合分布式電源做需求響應或者執(zhí)行考核，相信未來既能夠為能源的變革作出貢獻，也能為企業(yè)帶來經(jīng)濟價值，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的發(fā)展，從歐盟的虛擬電廠理念提出，到國內(nèi)虛擬電廠的發(fā)展，結(jié)合公司虛擬電廠的業(yè)務以及應用的案例，給我們做了詳細的介紹。

其實我們自己的理解，虛擬電廠也是通過鏈接聚合商、微電網(wǎng)，以及它們所轄的各類負荷、儲能、微電網(wǎng)、電動汽車、分布式電源等參與電力市場交易來獲利，同時幫助電力市場平和調(diào)節(jié)，既可以作為“正電廠”向系統(tǒng)供電調(diào)峰，又可作為“負電廠”加大負荷消納配合，實現(xiàn)系統(tǒng)的平衡。虛擬電廠也是分布式領(lǐng)域非常關(guān)注的方向，再次感謝劉主任。