虚拟电厂售电业务及共享储能等新型业态趋势

李扬教授 东南大学电气工程学院电力经济技术研究所 Email:li_yang@seu.edu.cn 讲师简介 李扬，工学博士，东南大学电气工程学院教授，博士生导师，中国电机工程学会高级会员，中国电机工程学会青年和教育工作委员会委员、全国智能电网用户接口标准化技术委员会（SAC/TC549）委员。长期从事电力系统运行、电力市场、需求侧管理等研究和教学。主持并完成国家863计划和国家重点研发计划项目、国家自然科学基金联合基金重点项目和面上项目、国网公司总部和省级科技项目40多项，发表学术论文250余篇，授权专利10余项，参与编制国家标准1项，国际标准1项，获广西壮族自治区人民政府、江西省人民政府等省部级/公司级科技奖励6项。 主要内容 引言 虚拟电厂的商业模式与售电业务 二 共享储能技术与商业模式 三 新兴业态的发展前景与政策支撑 四 总结 五五 一、一、引言 1.1虚拟电厂在电力系统中的作用 新能源为主体的新型电力系统面临的挑战 新能源发电的不稳定性不确定性 市场建设和政策体制改革 储能需求增加与电网升级改造 调度与控制难题 电力市场和相关政策需要进一步发展，以更好地整合新能源并激励相关的技术与服务创新。 新能源，特别是太阳能和风能，其发电量受天气和环境条件的影响很大。 为了平衡供需和缓解新能源的间歇性，电力系统需要更多的储能设施。 由于新能源发电的不稳定性，电网的调度和控制变得更加复杂。 一、一、引言 1.1虚拟电厂在电力系统中的作用 虚拟电厂在新型电力系统中的应用、优势及其挑战 对储能设备的优化使用 虚拟电厂的市场与政策适应性 对可再生能源的整合 在供需平衡中的应用 有效平衡电力供需，提高电力系统的稳定性和可靠性 优化设备的运行和管理，提高储能效率和经济性 适应电力市场和政策的变化，实现可持续发展的路径 整合和优化可再生能源发电，提高其接入电网的能力 一、一、引言 1.2虚拟电厂的概念与功能 虚拟电厂（VPP）定义：VPP是一种通过软件和通信技术将多种分布式能源资源（如风力发电、光伏、储能设备、以及可控负荷等）集成在一起的系统。这种系统使得这些分散的资源能够被聚合、调度、参与市场交易。 一、一、引言 1.2虚拟电厂的概念与功能 分布式可再生能源 虚拟电厂的资源组成 一、一、引言 1.2虚拟电厂的概念与功能 虚拟电厂内部资源组合方式不同，其功能类型也存在差异。 一、一、引言 1.2虚拟电厂的概念与功能 虚拟电厂在多种应用场景中发挥着重要作用，其中包括分布式能源管理、需求响应以及市场交易等。 分布式能源管理 市场交易 03 实现这些资源的最优配置和运行实时调整资源输出，确保能源供应的稳定性和效率 根据市场价格动态等因素制定买卖策略，最大化经济效益提供频率调节、备用电力和其他辅助服务，通过市场机制获取收益 需求响应 动态调整消费者的电力使用模式，响应电网需求或价格变化通过为参与需求响应的消费者提供经济激励，如降低电费或提供奖励，鼓励更多用户参与 一、一、引言 1.3虚拟电厂的市场需求 市场发展需要 •推动电力市场健康发展，提高电力市场稳定性及灵活性，使电力市场保持良性竞争氛围，降低电力物价，保障供需平衡。 电力市场对虚拟电厂技术和服务的需求涉及多种驱动因素： 可再生能源的整合 •电力系统需要更多灵活性来处理这些能源的间歇性和不可预测性。VPP不仅能聚合可再生能源提高系统的适应性和稳定性，而且提高了灵活性资源的经济价值。 电网现代化和数字化 •电力系统正在向更智能、更高效的方向发展，VPP利用先进的软件平台对分布式资源进行实时监控和控制，促进了电网的现代化建设，为资源的市场化交易提供渠道。 一、一、引言 1.3虚拟电厂的市场需求 虚拟电厂在电力市场中的交易面临一些挑战，这些挑战主要来自技术、法规、市场和经济等多个方面。 法规挑战 技术挑战 市场挑战 经济挑战 01 02 04 VPP的接入和运营受现有法规的限制 异构资源接口不统一，集成与管理困难 多时段、多市场类型决策难题投标不确定性问题市场成员之间策略性竞争压力 通信与数据处理能力，用户隐私安全 主要内容 引言 虚拟电厂的商业模式与售电业务 二 共享储能技术与商业模式 三 新兴业态的发展前景与政策支撑 四 总结 五五 二、二、虚拟电厂的商业模式与售电业务 2.1虚拟电厂的商业模式 泰莫斯定义商业模式是指一个完整的产品、服务和信息流体系，包括每一个参与者和其在其中起到的作用，以及每一个参与者的潜在利益和相应的收益来源和方式； 商业模式体系包括企业的定位、业务系统、盈利模式和企业价值等多方面； 虚拟电厂的商业模式可依据电力市场化的完善程度和收入来源的不同,区分商业模式。 二、二、虚拟电厂的商业模式与售电业务 2.1虚拟电厂的商业模式-参与主体 虚拟电厂商业模式的关键在于多方利益主体的协调运行，涉及到的主体包括：待聚合的资源（参与用户）、虚拟电厂运营商、电力系统运营商、政府监管机构和常规负荷用户（非参与用户）。 待聚合资源—实施对象（参与用户） 虚拟电厂运营商—实施主体 包括可再生能源、储能系统，可控负荷等，寻求最大化利润 优化资源配置和运行策略，以满足市场需求、提高能源效率。 电网公司—需求主体 借助VPP缓解电力投资，同时需要确保系统安全稳定运行 政府机构—监管主体 设定电力市场的规则和标准，监管市场运作，保护市场主体利益。 固定负荷—服务对象（非参与用户） 消费者，也是既得利益者 每一类主体在虚拟电厂的运营和成功中扮演着重要的角色，共同推动虚拟电厂的成功运营和电力市场的整体效益。 二、二、虚拟电厂的商业模式与售电业务 2.1虚拟电厂的商业模式-市场定位 虚拟电厂能够在电力市场中扮演多重角色，既可以作为发电机组从电力批发市场和零售市场中获利，而且还能作为售电公司组织和管理内部用户的需求响应。 在中长期市场，VPP可作为传统机组进行中长期双边、集中交易，合同转让交易。 在现货市场，VPP通过现货交易的差价获利。 在辅助服务市场，VPP参与调峰、调频等辅助服务市场交易。 在零售市场，VPP通过直接或间接向终端用户销售电力获利；还能通过控制电力价格和相关合同实施需求响应。 零售市场 参与主体：批发市场用户及零售用户 二、二、虚拟电厂的商业模式与售电业务 二、二、虚拟电厂的商业模式与售电业务 2.1虚拟电厂的商业模式—国内典型地区或省份参与品种 二、二、虚拟电厂的商业模式与售电业务 二、二、虚拟电厂的商业模式与售电业务 PJM需求响应市场的主要参与者： ①配电公司（EDC）：为PJM内部终端用户提供配电服务；②负荷服务实体（LSE）：包括负荷聚合商和其它电力销售方，只向其合同签订终端用户出售电力资源或提供其它用电服务；③削减服务提供商（CSP）：组织具有削减负荷潜力且愿意参与电力市场需求响应交易的终端用户，代表终端用户参与到PJM需求响应项目，可以是LSE；④终端用户（EUC）：不能直接参与市场交易，必须通过LSE或CSP作为代理方才能参与需求响应市场交易。 PJM需求响应的项目类型： ①经济型需求响应（能量市场、辅助服务市场）②紧急型需求响应（能量市场、容量市场）③价格反应型需求响应（基于分时电价的需求响应） 二、二、虚拟电厂的商业模式与售电业务 2.1虚拟电厂的商业模式—中国政策补贴型需求响应 二、二、虚拟电厂的商业模式与售电业务 2.1虚拟电厂的商业模式 整体来看，美国和欧洲在虚拟电厂的发展和市场化运作方面较为成熟，已实现商业化，而中国仍在试验和逐步市场化的过程中。 二、二、虚拟电厂的商业模式与售电业务 2.2.1虚拟电厂的售电业务-定义 售电业务的定义：通过控制和优化多种分布式能源资源，参与电力市场交易，向电网或终端用户销售电力及电力系统辅助服务的商业活动。 售电业务是核心运营活动之一，将多种分布式能源资源通过先进的信息技术和软件平台整合起来，形成一个能效高、响应灵活的电力资源集群。 虚拟电厂能在电力市场上像单一电站一样进行电力销售和交易。 二、二、虚拟电厂的商业模式与售电业务 2.2.1虚拟电厂的售电业务-定义 ①对外参与能源市场 •VPP聚合内部分布式能源资源参与电能量市场、辅助服务市场交易，此外还可考虑参与碳市场、天然气市场。 ②对聚合资源形成内部市场 •VPP通过价格信号引导底层资源的发电和用能行为。•底层资源之间以合作方式运行，VPP合理分配利 润。③运营商之间的电力交易 虚拟电厂售电业务范围示意图 •多个虚拟电厂之间或者虚拟电厂与其他市场主体之间也可进行电力交易。 二、二、虚拟电厂的商业模式与售电业务 2.2.2虚拟电厂的售电业务—对外参与能源市场 挑战1：如何聚合内部分布式资源，计算满足多种运行约束条件下VPP整体对外的功率调节能力，同时满足系统对调节性能的要求 构建虚拟电厂功率聚合模型Ω 聚合结果：通过数学解析法获得VPP在公共连接点连续时间尺度的可行域P、Q，及其调节技术指标r,τ,ω. 二、二、虚拟电厂的商业模式与售电业务 2.2.2虚拟电厂的售电业务—对外参与能源市场 挑战2：如何在考虑内部资源和外部市场环境的多重不确定性下，提高VPP优化运行与市场竞标的准确性 二、二、虚拟电厂的商业模式与售电业务 2.2.2虚拟电厂的售电业务—对外参与能源市场 考虑不确定性的VPP聚合问题 构建包含多不确定性因素相关性和多时间尺度耦合关系的不确定性集。 以可行域最大化为目标，构建VPP两阶段鲁棒优化模型，并采用基于列和约束生成算法优化求解。 最终获得更精准、偏差功率更低的VPP可行域。 :,tttttμμμLζTU,min,maxtttt ζζζT,, ,maxi ti titζ  NTmax,,ijHHi jijUUN 不确定性集合的构建 基于列和约束生成算法的两阶段鲁棒优化求解 相关文献：X.Liu,Y.Li,“Dynamicaggregationstrategyforavirtualpowerplanttoimproveflexibleregulationability,”Energy,2024 二、二、虚拟电厂的商业模式与售电业务 2.2.2虚拟电厂的售电业务—对外参与能源市场 考虑不确定性的市场投标问题 采用Copula函数构建市场价格与调频需求之间相互关联的不确定性模型，并以相应的Copula-CVaR模型作为市场风险量度指标对需求响应聚合商的决策风险进行量化 建立以需求响应聚合商的利益最大化为目标的竞标模型。 1.建立损失函数 2.构建Copula-CVaR函数 3.将Copula-CVaR以乘以一个风险偏好系数Ｌ的形式加入目标函数中，获得虚拟电厂在调频市场中的竞标决策模型： 相关文献：X.Liu,Y.Li,“Dynamicbiddingstrategyforademandresponseaggregatorinthefrequencyregulationmarket,”AppliedEnergy,2022 二、二、虚拟电厂的商业模式与售电业务 2.2.2虚拟电厂的售电业务—对外参与能源市场 挑战3：如何实现多市场间策略协调，有效地在电力市场和辅助服务市场之间平衡资源使用，这要求虚拟电厂具备高度的策略灵活性和响应能力 根据分布式资源的运行状态，市场需求及价格的动态变化，VPP随之动态的调整自身的组合形式，制定完善的竞标策略。VPP将分布式资源聚合为多个虚拟机组，分别参与不同的调节任务，虚拟机组之间的资源根据需求协同运行。 以市场收益最大为目标，同时满足系统、资源运行约束以及市场所需的调节性能 二、二、虚拟电厂