虛擬電廠(chǎng)的控制系統 圖片來(lái)源：北京市通州區城管委
? 施懿宸 俞越 朱子慧
在我國“雙碳”目標以及建設新型電力系統目標的指引下，集中式與分布式新能源發(fā)電發(fā)展得極為迅速，其中海量異構的分布式能源接入電網(wǎng)。但分布式能源存在大規模直接接入后影響電網(wǎng)系統安全穩定運行的風(fēng)險，需要完善頂層設計，明確權責邊界，強化市場(chǎng)機制，重視和保障網(wǎng)絡(luò )安全。
在我國“雙碳”目標以及建設新型電力系統目標的指引下，集中式與分布式新能源發(fā)電發(fā)展得極為迅速，其中海量異構的分布式能源接入電網(wǎng)。分布式能源具有靈活性強、易與負荷互動(dòng)以及能效利用合理等優(yōu)勢，但其發(fā)電效率的不穩定性，存在大規模直接接入后影響電網(wǎng)系統安全穩定運行的風(fēng)險。同時(shí)，大部分分布式能源單體容量小、數量多、接入點(diǎn)分散等特征，也將給電網(wǎng)調控與電力市場(chǎng)維持穩定帶來(lái)不小挑戰。通過(guò)引入虛擬電廠(chǎng)(VPP)，利用第三方主體對海量分布式能源進(jìn)行聚合調度，可有效促進(jìn)可再生能源消納和能源結構智慧化轉型。
本文將從虛擬電網(wǎng)的供需關(guān)系入手，分析虛擬電網(wǎng)在國內的未來(lái)發(fā)展方向。
一、虛擬電廠(chǎng)概述
1.虛擬電廠(chǎng)定義
虛擬電廠(chǎng)是一種集成多種分散的能源資源，是通過(guò)智能化管理和控制系統協(xié)同運作的能源系統。其通常通過(guò)先進(jìn)的信息技術(shù)和通信技術(shù)監測、控制和協(xié)調各種能源設備，以實(shí)現對電力系統的動(dòng)態(tài)管理;能夠將分布在不同地點(diǎn)的可再生能源、儲能設備、傳統電力發(fā)電設備等整合成一個(gè)統一的虛擬單元，以提高能源系統的效率、可靠性和可持續性。
對于虛擬電廠(chǎng)，人們有多種分類(lèi)方法。據其資源屬性，可分為能量輸出型和功率調節型;根據實(shí)現功能的不同，存在商業(yè)型和技術(shù)型虛擬電廠(chǎng)。商業(yè)型虛擬電廠(chǎng)，主要是從商業(yè)收益的角度出發(fā)，制定各分布式能源的發(fā)電和用電計劃并參與電力市場(chǎng)，包括中長(cháng)期或現貨等能量市場(chǎng)以及輔助服務(wù)市場(chǎng);技術(shù)型虛擬電廠(chǎng)，主要是從安全調度的角度出發(fā)，通過(guò)響應電力系統下發(fā)的調度指令，為輸電網(wǎng)提供實(shí)時(shí)功率平衡服務(wù)，或是為配電網(wǎng)提供阻塞管理、電壓控制等服務(wù)。
2.虛擬電廠(chǎng)供需邏輯
在虛擬電廠(chǎng)的運營(yíng)中，涵蓋了各種能源資源，包括但不限于太陽(yáng)能光伏系統、風(fēng)力渦輪機、傳統的火力發(fā)電廠(chǎng)。這些能源資源分布在不同的地理位置和技術(shù)平臺上，形成了一個(gè)分散的網(wǎng)絡(luò )。太陽(yáng)能和風(fēng)力資源主要用于可再生能源的發(fā)電，而傳統發(fā)電廠(chǎng)則提供了穩定的基礎負荷，儲能設備則用于平衡能源的供需差異，提高能源系統的靈活性。以各類(lèi)最終用戶(hù)的用電需求，電力市場(chǎng)根據實(shí)際的電力需求進(jìn)行市場(chǎng)定價(jià)，并通過(guò)虛擬電廠(chǎng)的協(xié)同運作，實(shí)時(shí)監測和調整能源生產(chǎn)與分配，以整合多種能源資源，可有效提高能源的利用率，提高能源的靈活性和穩定性，推動(dòng)清潔能源的發(fā)展。
在虛擬電廠(chǎng)供需鏈路中，信息和通信技術(shù)發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用。智能化的監測和控制系統使得虛擬電廠(chǎng)能夠實(shí)時(shí)獲取各個(gè)能源資源的產(chǎn)能和狀態(tài)信息。這些數據通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò )傳輸到虛擬電廠(chǎng)的集中控制中心，經(jīng)過(guò)分析和處理后，制定最優(yōu)的能源調度方案。同時(shí)，市場(chǎng)需求信息也被反饋給虛擬電廠(chǎng)，以便調整能源生產(chǎn)和供應。
二、虛擬電廠(chǎng)與需求響應
構建虛擬電廠(chǎng)的前置條件是需要與需求響應進(jìn)行對應。需求響應是指應對短時(shí)的電力供需緊張、可再生能源電力消納困難等情況，通過(guò)經(jīng)濟激勵為主的措施，引導電力用戶(hù)根據電力系統運行的需求自愿調整用電行為，實(shí)現削峰填谷，提高電力系統靈活性，保障電力系統安全穩定運行，促進(jìn)可再生能源電力消納。
需求響應主要分為邀約型與實(shí)時(shí)型兩種呈現形式。邀約型需求響應是一種預先計劃和安排的響應方式，能源消耗方和虛擬電廠(chǎng)之間事先協(xié)商好特定的時(shí)間段內的電力使用計劃，其中包括能源消耗方在高峰期減少負荷或啟動(dòng)儲能設備，以及虛擬電廠(chǎng)在可再生能源充足時(shí)增加產(chǎn)能。實(shí)時(shí)型需求響應則更加靈活，能夠在短時(shí)間內作出實(shí)時(shí)的響應，能源消耗方和虛擬電廠(chǎng)將會(huì )根據實(shí)際情況，通過(guò)智能化監測和控制系統在實(shí)時(shí)情景中調整能源使用，其中包括對負荷的即時(shí)調整、儲能設備的實(shí)時(shí)利用以及根據市場(chǎng)電價(jià)在實(shí)際運行中作出靈活的決策。相比邀約型需求響應的剛性計劃與對信息需求的高依賴(lài)性，實(shí)時(shí)型需求響應的優(yōu)勢在于適應性強，能夠更加靈活地適應市場(chǎng)變化和系統波動(dòng)，虛擬電廠(chǎng)也可結合市場(chǎng)環(huán)境動(dòng)態(tài)變化、對氣候、用電峰谷等進(jìn)行相關(guān)預測。
虛擬電廠(chǎng)雖然在參與需求響應時(shí)其仍有負荷作用，但在準確定義上不應參與需求響應，而是作為電廠(chǎng)參與系統調度，其更多扮演的是需求響應資源的整合者角色。虛擬電廠(chǎng)在聚合分布式資源所呈現出電廠(chǎng)的外特性，實(shí)現對分布式資源的監測、管理和運行;并通過(guò)聚合、通信與控制構建出一個(gè)技術(shù)平臺，依托通信、控制技術(shù)調控分布式資源，通過(guò)電網(wǎng)拓撲實(shí)現資源聚合。在需求響應過(guò)程中，虛擬電廠(chǎng)重要的是在電網(wǎng)系統中提供產(chǎn)品或服務(wù)的電廠(chǎng)身份，其需要與電廠(chǎng)一樣參與電力市場(chǎng)競爭和系統調度，在整體電網(wǎng)管理體系下與調度部門(mén)進(jìn)行對接。
三、推動(dòng)虛擬電廠(chǎng)發(fā)展建議
1.完善頂層設計
我國鼓勵通過(guò)虛擬電廠(chǎng)挖掘需求側資源并組織其參與需求響應，不斷出臺虛擬電廠(chǎng)支持政策，明確將虛擬電廠(chǎng)作為一類(lèi)并網(wǎng)主體和輔助服務(wù)市場(chǎng)參與主體。2023年9月，國家能源局發(fā)布《電力現貨市場(chǎng)基本規則(試行)》，指出電力現貨市場(chǎng)近期建設主要任務(wù)為推動(dòng)虛擬電廠(chǎng)等新興主體參與交易。
各地也做出積極響應，浙江、江蘇等地已開(kāi)展虛擬電廠(chǎng)等第三方主體和用戶(hù)資源參與調峰輔助服務(wù)試點(diǎn)工作。但在頂層設計層面，虛擬電廠(chǎng)相關(guān)政策仍舊缺失，需要進(jìn)一步規范虛擬電廠(chǎng)專(zhuān)項政策以及功能定位、相關(guān)標準規范與技術(shù)管理體系、市場(chǎng)準入和運行機制等方面。
2.明確權責邊界
目前，各地對虛擬電廠(chǎng)的市場(chǎng)準入門(mén)檻存在定義與邊界差異，大多數地區將虛擬電廠(chǎng)的應用主要集中在需求響應和輔助服務(wù)市場(chǎng)，只有部分地區開(kāi)展了電力現貨市場(chǎng)的準入試點(diǎn)。這種差異性導致了虛擬電廠(chǎng)在市場(chǎng)中的定位和參與方式的不一致性。在現行法規體系下，電力系統和市場(chǎng)已經(jīng)建立了相對成熟的法規制度和規范。然而，虛擬電廠(chǎng)作為新興參與者，在缺乏專(zhuān)門(mén)政策支持的情況下，面臨如何遵守法規制度和規范、有效參與市場(chǎng)交易的重要問(wèn)題。這意味著(zhù)虛擬電廠(chǎng)的建設、運營(yíng)、市場(chǎng)準入、參與方式、監管等方面存在一系列待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。為推動(dòng)虛擬電廠(chǎng)行業(yè)的健康發(fā)展，有必要在法規政策層面提供更明確的指導和規范，為虛擬電廠(chǎng)的規范化和市場(chǎng)化提供更為清晰的方向。
3.強化市場(chǎng)機制
目前，虛擬電廠(chǎng)的參與仍主要依賴(lài)政府機構或電力調度機構的邀請信號，缺乏明確的市場(chǎng)化交易機制，這使得虛擬電廠(chǎng)在技術(shù)規范和權責規定方面存在一定的模糊性，商業(yè)化應用面臨較大的困境。當前國內電力市場(chǎng)機制正在不斷改革，以適應新的能源形勢。然而，虛擬電廠(chǎng)的引入可能需要強化整體電力現貨市場(chǎng)機制，使其更好地適應市場(chǎng)需求，提高效益和靈活性。為了更好地支持虛擬電廠(chǎng)的運營(yíng)，電力市場(chǎng)機制需要考慮到可再生能源的不穩定性和季節性。市場(chǎng)定價(jià)機制應該能夠反映不同時(shí)間和地點(diǎn)的電力需求和供應情況。此外，為了激勵虛擬電廠(chǎng)的發(fā)展，市場(chǎng)機制可能需要提供更多的激勵機制，以鼓勵對可再生能源的投資和集成。
在市場(chǎng)機制的設計上，政府部門(mén)和電力行業(yè)相關(guān)方需要共同努力，以確保市場(chǎng)機制的公平、透明和有效。這可能包括對市場(chǎng)規則的不斷優(yōu)化和調整，以適應快速變化的能源格局。在市場(chǎng)機制的強化過(guò)程中，虛擬電廠(chǎng)需要重點(diǎn)解決建設、運營(yíng)、市場(chǎng)準入、參與方式、監管等關(guān)鍵問(wèn)題。在系統設計、成本分攤機制、盈利模式、交易機制等方面需要有更為清晰的規定。這也涉及到虛擬電廠(chǎng)如何更好地平衡與市場(chǎng)主體的利益，確保市場(chǎng)的公平和有效運作。
4.重視網(wǎng)絡(luò )安全
虛擬電廠(chǎng)的核心之一在于通信，在分布式電源接入電網(wǎng)時(shí)，需依靠信息通信和協(xié)調控制等技術(shù)采集、組織、分類(lèi)和處理大量的能源數據和信息交換，包括實(shí)時(shí)能源產(chǎn)生和消耗數據、設備狀態(tài)信息等。在分散式電源終端接入后，將依靠電網(wǎng)中的大量信息，從而控制用電需求和發(fā)電輸出，這一過(guò)程涉及多交易主體的用戶(hù)敏感數據處理。如何保障用戶(hù)用電信息的隱私性，保證用戶(hù)負荷不被惡意干擾或盜取權限，成為構建虛擬電廠(chǎng)信息安全防護體系的重中之重。
為了解決安全問(wèn)題，需要建立健全數據安全和隱私保護框架。這可能涉及到制定相關(guān)的數據安全標準和協(xié)議，確保能源數據的傳輸和存儲過(guò)程中不受到未經(jīng)授權的訪(fǎng)問(wèn)和篡改。同時(shí)，制定嚴格的隱私保護法規，明確能源數據的所有權和使用權限，以保護用戶(hù)的隱私權益。政府部門(mén)、企業(yè)和研究機構需要共同努力，制定并執行相關(guān)政策和措施，以確保虛擬電廠(chǎng)的能源數據安全和隱私得到有效保護。
(作者：施懿宸，中財綠指公司首席經(jīng)濟學(xué)家;俞越，中央財經(jīng)大學(xué)綠色金融國際研究院研究員、長(cháng)三角綠色價(jià)值投資研究院研究員;朱子慧，長(cháng)三角綠色價(jià)值投資研究院研究助理)
(責任編輯：韓夢(mèng)晨)
