虚拟电厂的模式与实践案例

一碳中和信息管理技术研究所杨玺碳中和信息管理技术研究所杨玺 01．虚拟电厂提出的背景 1.虚拟电厂提出的背景 1.1终端用能电气化与极端气候下的电力供需不平衡充裕度需求 伴随终端用能电气化水平不断提高，电力系统用电量快速增长： 各地电网出现负荷双高峰（冬季高峰、夏季高峰）： 冷热这类温度敏感性负荷使得电网尖峰负荷“越来越尖”，但全年持续时间短 电力系统需要更高的充裕度以满足尖峰负荷需求 1.虚拟电厂提出的背景 1.2发电厂穴余建设带来机组发电效率降低、碳排放增长经济性需求研究院 >为满足短时间尖峰负荷，传统方式通过新建具备高效调节能力的火电机组： 投资成本大、建设周期长，且会导致发电机组平均发电效率降低 由于新增火电机组和平均效率降低带来的碳排放增加与“双碳”自标背道而驰 发电企业因此受到影响 中国需要更柔性的峰值（土）电力 1.虚拟电厂提出的背景 1.3新型电力系统要求“源随荷动”向“源荷互动”转变灵活性需求 >风电、光伏等可再生能源大规模井网，发电侧可控性变差：联 分布式电源容量小、数量大，改变了传统电力系统结构 1.虚拟电厂提出的背景 1.4电力系统多元主体聚合的灵活协调控制智能化需求关网研究院 发/用电资源随机性、分散性、波动性提升调控难度 充分考虑多类资源特性的聚合建模与协调优化 不同主体参与多元市场的复杂交易与决策机制 02.虚拟电厂定义与内涵 2.虚拟电厂的定义与内涵 2.1虚拟电厂概念 虚拟电厂（Virtualpowerplant，VPP) 是一种通过信息技术和软件系统，实现分布式电源、储能、可调负荷等多种分布式资源的聚合和协同优化，作为个特殊的电厂参与电力市场和电网运行的协调管理系统 向系统供电调峰，又可作为“负电厂”加大负荷消纳配合系统填谷 提高电网安全保障水平 >特将需求侧分散资源聚沙或塔，发展虚拟电厂，与电网进行灵活、精准、智能化互动响应，平抑电网峰谷差，提升电网安全保障水平1降低用户用能成本 >参与虚拟电厂后用户用能效率大幅提升，在降低电费的同时，还可以获取需求响应收益。促进新能源消纳 发展虚拟电厂，将大大提升系统洞节能力，降低“三 弃电量。节约电厂和电网投资 >通过建设煤电机组满足其经营区5%的峰值负荷需求，电厂及配套电网投资约4000亿元；建设虚拟电厂，建设、运维和激励的资金规模仅为400-570亿元， 2.虚拟电厂的定义与内涵 2.2虚拟电厂涵盖边界 》聚合需求侧各类资源； >涵盖分布式电源、用户侧储能及可控负荷 、参与电力需求响应、调峰调频辅助服务和电能量市场， 2.虚拟电厂的定义与内涵 2.3虚拟电厂角色定位 从市场角度看：虚拟电厂是供给侧改革和商业模式的创新需要，是在电力市场环境下引入的新的市场主体，促进能源互联网的发展从电网角度看：提升电网的调控能力，增加负荷侧可调节资源，提高电力资产的使用效率，降低低利用小时数设备投资；从聚合运营商看：是价值创造的需要通过唤醒存量可调资源，参与电力市场和电网协同调控，承担市场运营风险获取收益从电力用户角度看：是激活存量电力可调节资源价值的需求，通过参与电网灵活调控，获取额外的增值服务收益。 03．中国虚拟电厂典型模式 3.中国虚拟电广典型模式 3.1中国虚拟电广支撑政策 政策保障 近年来，国家相继出台政策文件，明确鼓励虚拟电厂建设。《关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》、《“十四五”现代能源体系规划》等文件均明确建立电力需求响应资源库，鼓励虚拟电厂建设，完善电力需求响应机制等。 2023年5月19日，国家发展改革委发布（电力需求侧管理办法》和《电力负荷管理办法》的征求意见，指出的电力需求侧管理落实到县级，进而提高绿色电力消费比重和可再生能源利用水平，加强高耗能、高排放企业使用绿电的刚性约束，鼓励形成最大用电负荷的3%一5%的需求响应能力，完善需求侧资源参与电能量市场、辅助服务市场、容量市场等。 电力需求侧管理资金来源-主要有三类 1、直接资金政府财政 政府财政支持：2012年4城市试点，目前仅小范围试点如上海、天津计入供电成本：湖南、河南、山西 2、差别电价 尖峰电价：起源于江苏，另外有安徽。跨省购电价盈余：起源于山东，另外有浙江、陕西、湖北。 由电力交易用户分担费用：有广东、江苏、山东等地采用此模式。 3.中国虚拟电厂典型模式 3.中国虚拟电厂典型模式 清华四川能源互联网研究院丨北京园声能源科技有限公司究院 3.1中国虚拟电厂支撑政策 国内电力市场建设稳步推进 优先发电、购电交易 现货市场建设试点 中长期电能交易 合同电量转让交易 助服务交易 根据国家能源局批复开展跨区域省间高余可再生能源电力现货交易试点。在国家发改委、国家能源局组织下，8个现货试点省全部正式启动试运行，其中山西甘肃已开展长周期不间断结算试运行。第二批6家试点已经积极准备现货试运行。《省间现货交易规则（试行）正式印发。 优先购电指按照政府定价优先购买电力电量，并获得优先用电保障。优先发电指按照政府定价或同等优先原则，优先出售电力电量。优先发电电量现阶段视为厂网双边交易电量，纳入电力中长期交易范畴。 指各类电量交易合同的转让交易。 《北京电力交易中心跨区跨省电力中长期交易实施细则》正式印发，为今后五年中长期交易开展提供依据。省间市场交易，指跨 区域省间辅助服务市场方面，国网经营区内除西南区域外，其他五个区域相继出台了区域省间铺助服务市场运营规则 目前主要形式：发电权交易，包括：火火，水火、新能源与常规电厂之间的合同替代交易，公用电厂与自备电广的巷代交易省间替代交易等。合同交易：包括合同转让、回购、置换交易。 省内辅助服务市场方面，国网经营区内除上海、湖北、湖南江西、西藏五省市外其余省份均出台了辅助服务市场运营规则。 越省级电网的交易，包括省间电力直接交易。电力直接交易，指电 力用户、售电公司与发电企业通过交易平台开展的交易。 3.中国虚拟电厂典型模式 3.2中国虚拟电厂整体发展情况 全国统一的电力市场尚未形成，各地区电力市场化改革进程差异较大，虚拟电广试点项目与区域政策关联度较高。 大多数地区虚拟电厂以参与邀约型电力需求响应为主，河北、上海等地开始探索虚拟电厂参与电力辅助服务市场，山西省电力现货市场较完善，虚拟电厂可以直接参与电力现货市场交易 3.中国虚拟电厂典型模式 3.3冀北虚拟电厂 建成时间：2019年10月 聚合资源：超过150家用户，包括供热锅炉、可调节工商业负荷、分布式新能源等 规模大小：接入总容量358MW，最大可调能力204MW 参与市场：华北辅助服务市场（调峰辅助服务为主）能源 取得效益：截至2022年底，冀北虚拟电厂已连续提供在线调峰服务超过4800小时，累计发电新能源电力3701万千瓦时 3.中国虚拟电厂典型模式 清华四川能源互联网研究院丨北京园声能源科技有限公司 3.4山西虚拟电厂 启动时间：2022年6月，省能源局发布《虚拟电厂建设与运营管理实施方案》，于全省推进虚拟电厂虚拟电厂类型：负荷类虚拟电厂、源网荷储一体化虚拟电厂 规模：2023年初，已完成15个虚拟电厂建设，共聚合容量184.74万千瓦，可调节容量39.2万干瓦市场：中长期+现货效益：在电力供应紧张时期，每天可释放出156.8万干瓦时电量，可满足22.4万户家庭的日用电需要 山西省能源局文件 单 2: Mr gh s.8 1x0211 * 15 VPPsthe total aggregatedCapacity is 1.847 MWwith a reguiablecapacity of 392 MW 关干印发（虚投电广建设与总营管理实能方案）的通知 ±± .2:021 206 + + *R营4±n*. 3.中国虚拟电厂典型模式 3.5深圳虚拟电厂 建成时间：2022年9月完成第一阶段建设，建成深圳市虚拟电厂管理中心 规模：接入总容量约71万千瓦，其中调节负荷50万千瓦，分布式光伏21万千瓦 市场：广东省电力需求响应市场 预期成效：到2025年，深圳将建成可调节容量100万千瓦的虚拟电厂逐步形成年最大负荷5%左右的稳定调节能力，每年节约标准煤2万吨，减少二氧化碳5万吨和二氧化硫1.600吨 04． 工作经验与案例 4.工作经验与案例 4.1山东大工业用户实时自动需求响应建设项目 支撑山东省需求响应工作，运用市场机制和经济杠杆，引导电力用户主动参与削峰填谷，构建需求侧供给侧写通过参与电力电量平衡的新机制。 通过对山东11个地市约100家大用户（包含工业企业和工业园区）进行实时需求响应能力建设，实现工业企业及园区各供用能系统的实时感知、动态控制和信息服务，实现实时需求响应柔性控制，优化能源结构配置，提升能源综合利用水平 工业企业及园区用能控制系统还能实现负荷互济、提升平衡能力远期可以进一步拓展工业企业及园区能源交易，现货交易等新型业态。在此基础上搭建工业企业和工业园区能源管控体系，为能源优化提供数据支撑，能使企业更好的完成资源调配、组织生产部门结算、成本核算，并对能源进行监测，以便企业实时掌握能源状况，同时方便企业的计量和成本核算工作。 4.工作经验与案例 4.2浙江虚拟电厂技术平台 V2022年3月，基于区块链的虚拟电厂项目完成平台软件的基本功能开发及测试，通过了电科院的安全评测，并在国网云中按照国网信通安全要求，完成了内网环境的部署。科掌技术成果定证书 V该项目获省电力公司科技进步一等奖。 4.工作经验与案例 清华四口能源互联网研究院北京园声能源科技有限公司 4.3首都模式虚拟电厂 2020年8月，北京市电力行业管理综合服务平台期完成上线。 2021年12月，国网北京虚拟电厂平台完成验收上线，完成北京市电力行业管理综合服务平台与国网北京虚拟电厂平台技术联调。 2022年6月，试点接入14户楼宇用户，1户充电桩集成用户（1000个充电桩），完成技术验证。 4.工作经验与案例 4.3首都模式虚拟电厂 围绕北京房山区打造综合智慧零碳电厂，实现对分布式光伏、储能、充电桩、光储直柔系统及用户侧资源实时监控，并具备与华北辅助服务中心平台互联互通的能力，可参与辅助服务市场并获得服务收益、推广价值和先行示范效益。 >能够为首都电力系统提供稳定的应急响应容量、解决城市常规用能和重大活动应急用能需求，为首都能源安全提供重要保障，同时加快形成本地清洁能原供应体系， 通过虚拟电厂运营，实现电力优化配置，提升发电效率，降低度电能耗，年碳减排量可达数十万吨：通过广泛开展综合能源服务提升我市绿电消纳水平，提高用户侧节能减排意识，培育节能低碳行为，进一步挖掘节能降碳潜力，赋能首都双碳目标实现 4.工作经验与案例 4.4安徽芜湖城市级虚拟电厂 √省市两级政策引导，全域覆盖实现更大范围的资源优化配置： √高度融合数据中心、分布式光、储、充资源，真正实现从削峰填谷到常态化调度的发电”能力，2022年迎峰度夏期间，全市通过该平台累计实施需求响应25次，累计响应负荷594方干瓦，单日最高响应负荷32.8万干瓦；√形成市场化运营主体，打破用户侧垒断，与综合能源服务互哺打造商业模式，推动电力现货市场改革；V与能耗监测、排放分析相结合，提升现代政府碳治理能力。 4.工作经验与案例 4.工作经验与案例 4.工作经验与案例 清华四川能源互联网研究院丨北京园声能源科技有限公司 4.4安徽芜湖城市级虚拟电厂 打造城市级虚拟电厂，接入“源-网-荷-储”多元主体，实现城市级大规模电力需求响应。辅助服务和现货交易：基于高精度负荷响应潜力预测和先进控制与调度能力建设，构建未来城市电力供应体系：提升系统接入能力，并为芜湖电力保供提供强有力的支撑，平台研发和负荷接入按照总体规划，分步实施的原则。 积极拓展平台应用范围 多元主体聚合的虚拟电厂 ：电力需求响应、电力辅助服务和现货