2023虛擬電廠新型電力系統(tǒng)

——新型電力系統(tǒng)側(cè)間歇性負荷的進一步增長，對電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力進一步提升，傳統(tǒng)“源隨荷動”的運行模式亟須向“源荷互動”轉(zhuǎn)變，“虛擬電廠”應(yīng)運而生。虛擬電廠可以把各類分散能源、可控負荷、儲能聚合起業(yè)化。其中，德國由于分布式電源裝機占比較高(2020年分布式光伏裝機占比74%),因此虛擬電廠資源以發(fā)電側(cè)為主廠還處于發(fā)展初期，主要由政策引導(dǎo)來參與市場。目前江蘇、投資建議：行業(yè)方面，虛擬電廠是電力系統(tǒng)靈活性資源的重要組成部分，我國虛擬電廠還 61.1背景：能源綠色轉(zhuǎn)型，電力系統(tǒng)調(diào)節(jié) 7 8 9 2.3美國：負荷側(cè)資源聚合為主 3.2運作機制：邀約一響應(yīng)—激勵 3.4前景：到2025年虛擬電廠投資有望達815億元 一、虛擬電廠：需求側(cè)響應(yīng)的延伸國能源綠色轉(zhuǎn)型進度加速。然而，新能源發(fā)電嚴重依賴于光照強度、風力強度等自然因素指標，總體上具圖表1:我國非化石能源消費比重及未來預(yù)期目標(%)1.2定義：通過數(shù)字化手段聚合分布式能源的軟件平臺系統(tǒng)·虛擬電廠顧名思義就是虛擬化的電廠，起到發(fā)出電能，參與能量市場；通過調(diào)節(jié)功率來參與輔助服務(wù)市場調(diào)峰、調(diào)頻等作用?！て浜诵乃枷刖褪前迅黝惙稚⒖烧{(diào)電源、可控負荷、儲能聚合起來，通過數(shù)字化的手段形成一個虛擬的電廠來做統(tǒng)一的管理和調(diào)度。所以，虛擬電廠本質(zhì)上是一套軟件平臺系統(tǒng)，它聚合了現(xiàn)有的分布式資源，并通過協(xié)同控制，參與電力市場。青高青合南?且厚總商空圖表3:虛擬電廠結(jié)構(gòu)示意圖口A穩(wěn)信號收發(fā)應(yīng)定出輔肋服務(wù)多元儲能電動汽車兼◎市場交易市場出清容量需求力圖表4:虛擬電廠平臺架構(gòu)示意圖日A團四中心云平臺·虛擬電廠聚集了分布式能源(發(fā)電)、儲能(充電/放電)、可控負荷(用電)等，可根據(jù)實際的組成將其劃分為以下4類：1電源型虛擬電廠：具有能量出售的能力，可以參與能量4混合型虛擬電廠：全能型角色。在國外案例中，日本和德國以儲能和分布式電源作為虛擬電廠的主體，美國則是以可控負荷為個混合型。0二、歐美電力市場成熟，虛擬電廠已實現(xiàn)商業(yè)化力需求響應(yīng)工作力需求響應(yīng)工作緊急型削峰、填谷需求響應(yīng)補償費用按照國家有關(guān)政策進行分 力可中斷負荷需求響應(yīng)工作方案》峰需求響應(yīng)補償費用按全省工商業(yè)用戶在需求響應(yīng)執(zhí)行時段的用電量進行分攤，填谷需求響應(yīng)補償費用按省內(nèi)核電機組、集中式新能源廠站、火電機組在需求響應(yīng)執(zhí)行時段上網(wǎng)電量進行圖表6:虛擬電廠收入模式圖表7:山東省需求側(cè)響應(yīng)資金來源·歐洲新能源發(fā)電量占比位居全球首位。2020年，歐洲風光發(fā)電占比達19.58%,位居全球首位。其中，德國是全球新能源轉(zhuǎn)型翹楚，2021年，德國風光裝機量占比55.81%,風光發(fā)電量占比達28.85%。圖表8:2020年歐洲風電光伏發(fā)電量占比位居全球首位圖表9:2021年德國風光裝機量占比55.81%圖表10:2021年德國風光發(fā)電量占比28.85%分布式光伏裝機容量(分布式光伏裝機容量(GW)——分布式光伏容量占比(%)2.2德國：發(fā)電側(cè)分布式能源聚合為主，獨立收益，溢價部分與客戶分成；或參與輔助服務(wù)(調(diào)頻、備用等)來收取服務(wù)傭金。要參與方。NextKraft-werke是歐洲規(guī)模最大的虛擬電廠之一，2021年其電廠規(guī)模已達9800MW(來源于官網(wǎng))。圖表11:德國分布式光伏占光伏裝機量比重74.2%圖表12:德國虛擬電廠類型能源資源組合發(fā)電側(cè)、需求側(cè)，儲能需求側(cè)發(fā)電側(cè)、需求側(cè)發(fā)電側(cè)、需求側(cè)發(fā)電側(cè)電廠規(guī)模(2021年)(2018年)3000MW以上(2015年)(2019年)資源管理與優(yōu)化√√√√√√√√√√√√直接銷售√√√√√需求響應(yīng)(工商業(yè))√√√√√需求響應(yīng)(家庭)√√√√電力公司獨立虛擬電廠新型市場參與者電力公司獨立虛擬電廠2.3美國：負荷側(cè)資源聚合為主·2021年，美國風光發(fā)電占比為12.6%,略高于中國。在過去20年，美國零售電價上漲了59%,目前加州的電價為0.256美元/kWh(約RMB1.73元/KWh)。在光伏單位圖表13:2021年美國風電光伏發(fā)電量占比為12.6%圖表14:2021年美國風電光伏裝機量占比為16.2%圖表15:2021年美國戶用光伏新增裝機占全美光伏新增裝機比重的17.8%■風電光伏裝機量(萬千瓦)——風電光伏裝機量占比2.3美國：負荷側(cè)資源聚合為主·美國虛擬電廠主要以負荷側(cè)靈活性資源為主，規(guī)模已占尖峰負荷的4%以上(來源于能源研究俱樂部)。實際響應(yīng)量>中標容量的90%時)。圖表16:美國加州虛擬電廠參與市場方式分布式能源(DER)‘虛擬”單元參與電力市場交易內(nèi)可持續(xù)輸出能量市場：最低聚合容量不小于0.5MW;旋轉(zhuǎn)備用市場：最低聚合容量不小于20MW;(單個分布式資源容量不超過1MW)2每4s提供狀態(tài)信息；1無論任何容量都需要遙測；2每4s提供狀態(tài)信息；3每1min更新狀態(tài)1無論任何容量都需要遙測；2每4s提供狀態(tài)信息三、國內(nèi)現(xiàn)狀：邀約型向市場化過渡圖表17:虛擬電廠建設(shè)相關(guān)政策發(fā)布時間山西能源局北京發(fā)改委提高電力需求側(cè)響應(yīng)能力。發(fā)揮電力在能源互聯(lián)網(wǎng)中的紐帶作用，挖掘需求響應(yīng)資國家發(fā)改委支持用戶側(cè)儲能、電動汽車充電設(shè)施、分布式發(fā)電等用戶側(cè)可調(diào)節(jié)資源，以及負荷系的指導(dǎo)意見》國家發(fā)改委意見》國家發(fā)改委鼓勵聚合利用不間斷電源、電動汽車、用戶側(cè)儲能等分散式儲能《關(guān)于推進電力源網(wǎng)荷儲一體化和多能互補發(fā)展的指導(dǎo)意見》國家發(fā)改委進一步加強源網(wǎng)荷儲多向互動，通過虛擬電廠等一體化聚合模式，參與電力中長期、輔助服務(wù)、現(xiàn)貨等市場交易，為系統(tǒng)提供調(diào)節(jié)支撐能力。試點項目特點需求響應(yīng)、新能源“大規(guī)模網(wǎng)荷友好互動系統(tǒng)”、可中斷/調(diào)源-網(wǎng)-荷控制系統(tǒng)、需求響應(yīng)、削峰填點項目、寧波離網(wǎng)光儲系統(tǒng)式虛儲能設(shè)施、民、樓宇等國內(nèi)單次響應(yīng)體量商業(yè)樓宇能源管理、削峰填谷等理示范項目、虛擬電廠運營項目工商業(yè)負荷、以商業(yè)樓宇為主的虛擬電廠體系需求響應(yīng)等冀北泛在電力物聯(lián)網(wǎng)虛擬電廠示暖等多主體參與3.2運作機制：邀約—響應(yīng)—激勵·依據(jù)外圍條件的不同，虛擬電廠的發(fā)展可分為邀約型階段、市場化階段、自主調(diào)度型階段，我國虛擬電廠處于邀約型向市場化過渡的階段?！ぱs型階段運作機制：“邀約—響應(yīng)—激勵”模式：(1)政府部門或電力調(diào)度機構(gòu)發(fā)出邀約信號；(2)虛擬電廠組織資源進行需求響應(yīng)，激勵電力用戶調(diào)整其用電行為?！つ壳敖K、浙江、上海、冀北等地區(qū)已開展虛擬電廠實踐，主要響應(yīng)資源包括儲能設(shè)施、充電樁、居民、樓宇等。分布式電源、儲能系分布式電源、儲能系統(tǒng)，可控負荷[末應(yīng)分布式電通，儲能系統(tǒng)、可控負荷3.3實踐：上海虛擬電廠-累計調(diào)度超27.8萬千瓦·上海黃浦商業(yè)建筑虛擬電廠于2021年投運，依靠能源互聯(lián)網(wǎng)管理體系，精細化調(diào)解用戶用電，實現(xiàn)柔性負荷控制和在線實施調(diào) 頻。黃浦區(qū)有大型商業(yè)建筑數(shù)量超過200幢，年耗電量約13億千瓦時，峰值負荷近50萬千瓦，樓宇能耗占全區(qū)總能耗65%以上?！S浦區(qū)虛擬電廠總體架構(gòu)上實現(xiàn)了“物聯(lián)網(wǎng)通信”+“互聯(lián)網(wǎng)聚合”+“人工智能調(diào)度”+“智慧樓宇控制”,精準有效管理每棟建筑的每小時能源消費。每個建筑均具備約200kW的柔性負荷調(diào)節(jié)能力，即虛擬發(fā)電能力。該虛擬電廠作為上海電力需求響應(yīng)日常調(diào)度資源，截至2021年11月累計調(diào)度超1700幢次/27.8萬千瓦，單次最大削減負荷50.5MW,柔性負荷調(diào)度能力超過10%。時間2021年5月6日“雙碳”主題虛擬2020年9月29日響應(yīng)交易綜合能源服務(wù)公司、蔚來汽車、騰2020年6月25日響應(yīng)交易2019年12月5日點交易·國家電投深圳能源采用“虛擬電廠+電力現(xiàn)貨”模式，能夠精準預(yù)測電力現(xiàn)貨市場價格，并根據(jù)價格信號自動調(diào)節(jié)用戶可控負荷，在不影響用戶正常生產(chǎn)的情況下，將用戶負荷從現(xiàn)貨高價轉(zhuǎn)移至現(xiàn)貨低價時段，從而提高售電公司的電力現(xiàn)貨盈利。根據(jù)5月26日廣東電力現(xiàn)貨市場數(shù)據(jù)，深圳能源調(diào)度位于東莞的尚呈新能源蛤地智能充電站，將