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    火電成本1/7!虛擬電廠急需頂層設計

    科學報發布時間:2022-09-09 12:36:18

      近期,全球多地遭受極端高溫天氣考驗,干旱嚴重。高溫造成的能源供求緊張局勢突出,能源保供情況備受關注。

      可想而知,未來電力系統的安全穩定運行面臨著諸多挑戰:一是全球氣候變暖引起的極端天氣頻發,二是“雙碳”目標下能源轉型和能源革命持續推進,三是大規模分布式電源并網。

      在此背景下,電力系統的靈活性越來越重要,虛擬電廠因注重綜合能源服務的形式“應運重生”。

      何謂虛擬電廠?虛擬電廠的概念最早在1997年提出,主要目標是節能減排,在21世紀初期已受到了歐洲、北美等國的關注,之后在全球推廣。

      應該說,虛擬電廠是一套先進的電力管理系統,結合軟件系統和信息通信技術,將系統中的分布式電源、柔性負荷、儲能、電動車等多種可調節資源聚合在一起,通過對資源的智能調控和協調優化,實現電力系統的供需平衡和對大規模新能源電力的高效利用。

      虛擬電廠兼具“源—荷”特性,既可以向電力系統供電,又可以消納系統的電力,可以更靈活地實現“削峰填谷”的功能。

      虛擬電廠通過將多種可調節能源集成的形式實現智能協同調控,從而保障電網的安全穩定輸出,為解決極端天氣、新能源電力和大規模分布式電源接入給電網帶來的波動性難題提供了新的路徑和方案。

      因此,虛擬電廠可以說是新型電力系統的智能管家,是可再生能源發展的配套保障。

      虛擬電廠參與電力市場兼具經濟效益和社會效益,具有廣闊的市場前景。虛擬電廠是個老概念,但未來虛擬電廠在先進數字技術和能源互聯網的加持下可以實現電源的多能互補和負荷的靈活互動,為電網提供調峰調頻、儲能等輔助服務。

      虛擬電廠聚合了多種能源,可以在用電高峰期削減負荷、在用電低谷期增加負荷,因此其在輔助服務市場上具有獨特優勢,可進行調峰和調頻服務交易。虛擬電廠參與需求側響應的方式是根據合同要求按時按容量削減負荷,從而保障電網的供需平衡。在提供需求響應和輔助服務業務中,可通過價格補償機制獲得收益。

      在現貨交易市場中,虛擬電廠可以靈活配置電能,利用峰谷電價差盈利,不僅具有較大的盈利空間,還可實現電網運行供需優化。從經濟性來看,根據國家電網的測算,如果通過火電廠實現電力系統的削峰填谷,滿足5%的峰值負荷需要投資4000億元,而通過虛擬電廠實現這一目標僅需投資500億~600億元,即火電廠成本的1/8~1/7。

      虛擬電廠市場至少有三方面潛能。首先,可再生能源占比提高使電網“雙高”“雙峰”的特點凸顯,加之備用容量可能不足,導致電網備用容量缺口巨大。

      其次,我國分布式發電裝機量大,裝機容量逐年增長。同時電動車、儲能等用戶側可調節負荷資源也在逐年增長。

      再次,隨著電能替代的進一步推進,全社會用電量持續攀升,虛擬電廠平抑負荷的功能將發揮更大作用。

      除了市場推動外,近年來利好政策頻發,為虛擬電廠的蓬勃發展創造了政策環境。隨著電力市場交易的持續放開,推動新能源逐步參與市場交易,電力系統對于調峰調頻此類輔助服務的需求將大大增加。虛擬電廠作為市場參與者,可通過電力交易和提供輔助服務獲得收益。

      同時,《“十四五”現代能源體系規劃》等多個政策文件均提出將開展各類資源聚合的虛擬電廠示范。

      在市場驅動和政策支持下,虛擬電廠有望實現跨越式增長。然而,虛擬電廠發展仍面臨著挑戰。

      隨著信息通信、智能調度算法、智能計量等技術的發展,虛擬電廠的技術日漸成熟。虛擬電廠的發展通常分為邀約型階段、市場化階段和跨空間自主調度型階段。

      國外虛擬電廠已進入市場化階段,國內尚處于由邀約型向市場化過渡的初期發展階段,以試點示范為主,市場參與度比較低,上海、江蘇、河北等地已開始虛擬電廠的試點建設和運行。

      當前我國的虛擬電廠建設具有以下幾個特點:

      一是頂層設計亟待完善。我國虛擬電廠建設處在發展初期,尚沒有國家層面的專項政策,省級層面的專項政策也寥寥無幾。與虛擬電廠相關的輔助服務市場和電力現貨市場均不成熟,虛擬電廠參與交易的市場條件尚未完全形成。行業技術標準體系未構建,監管體系未形成,參與交易運行的規程、規范和規則有待完善。在聚合資源類型上,我國目前以負荷側資源為主,尚未充分釋放可再生能源的活力。

      二是虛擬電廠相關技術有待進一步發展。虛擬電廠相關業務需要滿足即時響應和可靠性要求,其中的關鍵技術包括實時快速響應的協調控制技術、先進的人工智能和大數據技術等,目前虛擬電廠的發展還受限于技術。并且我國虛擬電廠對系統內可調節能源的協調控制功能和策略有待完善,對體量大、資源分布廣的分布式可再生能源的控制能力不足,精準預測能力也不夠。從數據采集、電力交易到用戶結算,以及為用戶提供運營服務和解決方案,這一套程序尚不成熟。

      三是虛擬電廠商業模式尚不清晰。目前我國虛擬電廠市場的關注度和參與度低,輔助服務業務量較小,電力現貨交易業務則處于探索階段。行業發展的時機和條件未成熟,實現盈利難度較大。此外,市場價格機制關乎虛擬電廠的生死存亡,電價對于虛擬電廠的盈利影響很大。如果沒有電價改革配合,虛擬電廠的預期盈利空間恐會大打折扣,大規模商業運行也將受到影響。

      虛擬電廠是消納新能源電力、保障新型電力系統安全穩定運行和實現能源保供的一大利器,需積極推動虛擬電廠建設,激發虛擬電廠活力,促進虛擬電廠長足發展。

      首先,將頂層設計盡快提上日程。盡快著手繪制虛擬電廠發展藍圖,做好頂層設計工作。出臺國家層面的專項政策和指導性文件,積極鼓勵省級層面的專項政策出臺。牽頭構建虛擬電廠建設標準體系,明確虛擬電廠的定義、范圍、發展規劃、實施策略,完善虛擬電廠參與電力市場交易的各項規則,為虛擬電廠建設提供政策支撐和依據。

      其次,積極推動核心技術研發。加快推進協調控制技術、分布式能源可控可測技術、光伏發電技術、儲能技術等的研發,提高虛擬電廠對分布式電源、儲能等資源的調控能力,改善對資源的智能管理能力,推動分布式可再生能源納入聚合資源范圍,充分發揮我國大體量分布式電源裝機優勢,實現規模效應,提高電力系統的安全性、穩定性和經濟性。

      再次,加快完善市場機制和激勵機制。虛擬電廠的發展與電力現貨市場、輔助服務市場的進展息息相關。應扎實推進電力現貨市場建設,深化電力體制改革和電價改革。逐步推動電價市場化,讓電力價格反映供應成本,讓市場機制充分發揮作用。完善新能源電力參與市場交易機制,激發新能源電力市場活力。加快輔助服務市場建設步伐,激勵更多市場主體參與輔助服務市場交易。同時,完善虛擬電廠與現貨市場、容量市場和輔助服務市場的互動機制。

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