近年來(lái)，隨著新能源電源的快速發(fā)展，電網(wǎng)低谷時(shí)段保消納問(wèn)題突出，同時(shí)由于電能替代等因素影響，電網(wǎng)高峰時(shí)段保供壓力漸增。為了解決保消納、保供問(wèn)題，電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行需要大量同時(shí)具備上調(diào)和下調(diào)能力的調(diào)節(jié)性電源。但是建設(shè)抽蓄、電化學(xué)儲(chǔ)能等常規(guī)調(diào)節(jié)性電源的缺點(diǎn)明顯，其一是固定投資大、建設(shè)周期長(zhǎng);其二是存在15%～25%的能量轉(zhuǎn)換損耗。在這個(gè)大背景下，具備常規(guī)調(diào)節(jié)性電源同等功效的虛擬電廠脫穎而出，得到國(guó)內(nèi)資本界和產(chǎn)業(yè)界的推崇，成為新型電力系統(tǒng)的熱門(mén)概念和發(fā)展風(fēng)口。
虛擬電廠的功能定位和市場(chǎng)空間
虛擬電廠聚合的電力資源包括分布式新能源、儲(chǔ)能和電力負(fù)荷。從電網(wǎng)側(cè)看，虛擬電廠對(duì)外可以呈現(xiàn)為提供出力的電源，也可以呈現(xiàn)為純粹的用電負(fù)荷，在價(jià)格機(jī)制激勵(lì)下，虛擬電廠可以通過(guò)內(nèi)部控制手段，實(shí)現(xiàn)從電源到負(fù)荷的雙向狀態(tài)轉(zhuǎn)換，以求獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。在國(guó)內(nèi)，由于虛擬電廠聚合的電源資源通常小于負(fù)荷資源，對(duì)外一般呈現(xiàn)凈負(fù)荷特性，因此，將虛擬電廠同負(fù)荷聚合商、可調(diào)節(jié)負(fù)荷等一起歸類(lèi)為需求側(cè)資源。
虛擬電廠和微網(wǎng)的最大區(qū)別在于微網(wǎng)的電源和負(fù)荷均處在同一地理位置，而虛擬電廠聚合的資源可以位于同一電網(wǎng)的不同地理位置。虛擬電廠最顯著的特點(diǎn)是出力或者負(fù)荷可以靈活調(diào)節(jié)，這就為虛擬電廠參與電力市場(chǎng)創(chuàng)造了條件。
在電力現(xiàn)貨市場(chǎng)，在低電價(jià)時(shí)段虛擬電廠可以多用電，在高電價(jià)時(shí)段虛擬電廠可以少用電甚至提供電，由此獲得的差價(jià)收益可由虛擬電廠聚合的資源內(nèi)部分享。
在電力輔助服務(wù)市場(chǎng)，虛擬電廠可以參與調(diào)峰、調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)。調(diào)峰是在電力現(xiàn)貨市場(chǎng)缺位情況下的特有輔助服務(wù)，必將隨著現(xiàn)貨市場(chǎng)的建設(shè)和完善逐步融合消失。調(diào)頻分為一次調(diào)頻和AGC調(diào)頻，一次調(diào)頻的響應(yīng)時(shí)間要求為秒級(jí)，虛擬電廠聚合資源眾多、調(diào)節(jié)性能各異，且控制指令下發(fā)鏈條偏長(zhǎng)，很難滿(mǎn)足一次調(diào)頻時(shí)間要求，因此，虛擬電廠參與調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)通常是指參與AGC調(diào)頻市場(chǎng)。AGC調(diào)頻的響應(yīng)時(shí)間要求為分鐘級(jí)，按照最新版《電網(wǎng)運(yùn)行準(zhǔn)則》(GB/T 31464-2022)規(guī)定，AGC發(fā)送指令的周期不大于30秒，這對(duì)虛擬電廠的調(diào)節(jié)能力提出了較高的要求。事實(shí)上，在AGC調(diào)頻市場(chǎng)最重要的兩個(gè)技術(shù)指標(biāo)即調(diào)節(jié)速率和調(diào)節(jié)精度上，虛擬電廠并不具備優(yōu)勢(shì)，因此，AGC調(diào)頻市場(chǎng)可能不是虛擬電廠發(fā)揮效能的主戰(zhàn)場(chǎng)。
電力現(xiàn)貨市場(chǎng)環(huán)境下虛擬電廠發(fā)展將受限
國(guó)內(nèi)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)基本采用節(jié)點(diǎn)電價(jià)體系，個(gè)別省份例如江蘇，采用的分區(qū)電價(jià)體系也是先計(jì)算出節(jié)點(diǎn)電價(jià)，然后再加權(quán)平均得出分區(qū)電價(jià)。節(jié)點(diǎn)電價(jià)計(jì)算的前提條件是所有的發(fā)電和負(fù)荷必須放在具體的節(jié)點(diǎn)(在國(guó)內(nèi)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)模型中，節(jié)點(diǎn)的最小顆粒度為220千伏母線(xiàn))。換句話(huà)說(shuō)，節(jié)點(diǎn)電價(jià)機(jī)制要求虛擬電廠聚合的資源必須位于同一節(jié)點(diǎn)，不允許跨節(jié)點(diǎn)聚合。因?yàn)椴煌?jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電價(jià)不同，代表不同節(jié)點(diǎn)資源的結(jié)算電價(jià)不同，其發(fā)出的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)信號(hào)也不盡相同。例如高價(jià)節(jié)點(diǎn)鼓勵(lì)負(fù)荷減少用電，而低價(jià)節(jié)點(diǎn)鼓勵(lì)負(fù)荷增加用電，在這種情況下，跨節(jié)點(diǎn)聚合資源的虛擬電廠無(wú)法面對(duì)不同的節(jié)點(diǎn)電價(jià)進(jìn)行響應(yīng)。如果聚合的資源跨了節(jié)點(diǎn)，那么虛擬電廠必須按節(jié)點(diǎn)進(jìn)行拆分。也就是說(shuō)，在節(jié)點(diǎn)電價(jià)體系下，每個(gè)虛擬電廠聚合資源的范圍均被嚴(yán)格限定在單個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部，其聚合規(guī)模將受到極大限制，因此，虛擬電廠的容量規(guī)模注定做不大。
目前，國(guó)內(nèi)現(xiàn)貨市場(chǎng)負(fù)荷側(cè)基本采用報(bào)量不報(bào)價(jià)方式參與市場(chǎng)。負(fù)荷側(cè)采用統(tǒng)一的發(fā)電節(jié)點(diǎn)加權(quán)平均電價(jià)作為結(jié)算電價(jià)。從一定意義上說(shuō)，現(xiàn)階段負(fù)荷側(cè)并未真正參與現(xiàn)貨市場(chǎng)，不能對(duì)節(jié)點(diǎn)電價(jià)的高低進(jìn)行有效的響應(yīng)，也不具備相應(yīng)的靈活調(diào)節(jié)性。這里隱含了兩層意義：其一，用戶(hù)電價(jià)是事后結(jié)算的，事前并不知曉，用戶(hù)負(fù)荷失去了隨電價(jià)調(diào)節(jié)負(fù)荷的客觀可能性;其二，在省級(jí)市場(chǎng)范圍內(nèi)所有用戶(hù)的電價(jià)是相同的，失去了節(jié)點(diǎn)價(jià)格隨位置而不同的地理屬性。正是因?yàn)楝F(xiàn)階段負(fù)荷側(cè)沒(méi)有真正參與節(jié)點(diǎn)電價(jià)結(jié)算，才使得節(jié)點(diǎn)沒(méi)有成為制約虛擬電廠聚合范圍的約束條件，虛擬電廠的容量規(guī)模才得以擴(kuò)大。當(dāng)前的現(xiàn)狀是只要同屬同一個(gè)省級(jí)市場(chǎng)，其內(nèi)部資源無(wú)論身處何處，都可以聚合至單個(gè)虛擬電廠。值得指出的是，隨著電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的深入推進(jìn)，負(fù)荷側(cè)將以報(bào)量報(bào)價(jià)方式參與現(xiàn)貨市場(chǎng)，并且按照所在節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電價(jià)進(jìn)行結(jié)算。在這個(gè)階段，虛擬電廠跨節(jié)點(diǎn)聚合資源的情形將不復(fù)存在，其發(fā)展規(guī)模將受到較大限制。更為重要的是，在節(jié)點(diǎn)電價(jià)體系下，即使是只聚合單個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部資源的虛擬電廠，其存在的意義也將大打折扣。因?yàn)閱蝹€(gè)資源可以自主響應(yīng)節(jié)點(diǎn)電價(jià)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而直接獲得相應(yīng)收益，參與聚合的意義不大。需要說(shuō)明的是，只有節(jié)點(diǎn)電價(jià)型現(xiàn)貨市場(chǎng)對(duì)虛擬電廠資源聚合范圍有這個(gè)約束，而雙邊交易型現(xiàn)貨市場(chǎng)并不存在這個(gè)約束，這也是虛擬電廠在以節(jié)點(diǎn)電價(jià)為主的美國(guó)電力市場(chǎng)沒(méi)有得到蓬勃發(fā)展的主要原因所在。
雙邊交易型現(xiàn)貨市場(chǎng)對(duì)用戶(hù)用電行為嚴(yán)格遵循交易曲線(xiàn)的要求很高，可能并不適用于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，所以國(guó)內(nèi)現(xiàn)貨市場(chǎng)均為節(jié)點(diǎn)電價(jià)型現(xiàn)貨市場(chǎng)。盡管自身也存在出清結(jié)果難以解釋、新能源高占比市場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間負(fù)電價(jià)不盡合理等諸多問(wèn)題，但節(jié)點(diǎn)電價(jià)體系仍然是目前世界上完美結(jié)合電力系統(tǒng)物理特性和商品市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)特性的最好的現(xiàn)貨市場(chǎng)核心理論，短期內(nèi)不存在任何被取代的可能性。因此，節(jié)點(diǎn)電價(jià)體系對(duì)虛擬電廠發(fā)展的限制是需要認(rèn)真考慮的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。
電力現(xiàn)貨市場(chǎng)環(huán)境下虛擬電廠發(fā)展方向探討
在電力現(xiàn)貨市場(chǎng)環(huán)境下，節(jié)點(diǎn)電價(jià)體系只是限制了虛擬電廠的擴(kuò)張，而不是杜絕了虛擬電廠的發(fā)展。在節(jié)點(diǎn)內(nèi)部，虛擬電廠還是可以大有作為的，但是其發(fā)展思路應(yīng)該有所轉(zhuǎn)變，不再聚合普通資源，而應(yīng)聚焦于聚合分布式新能源，特別是分布式光伏發(fā)電，這既可以降低電網(wǎng)運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn)，又可以充分發(fā)揮虛擬電廠的體量?jī)?yōu)勢(shì)，提高單個(gè)分布式新能源的市場(chǎng)收益，真正體現(xiàn)虛擬電廠的多重價(jià)值。
隨著分布式新能源裝機(jī)的迅猛增長(zhǎng)，分布式新能源缺乏必要控制手段的問(wèn)題逐漸凸顯，給電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行帶來(lái)了不可忽視的安全風(fēng)險(xiǎn)。例如，在日出時(shí)段，分布式光伏發(fā)電出力迅速?gòu)牧闵仙翝M(mǎn)功率，其爬坡率遠(yuǎn)超常規(guī)火電機(jī)組甚至水電機(jī)組爬坡率，通常造成電網(wǎng)時(shí)段性高頻，這是困擾電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，也是虛擬電廠可以有所作為的新發(fā)展方向。將分散的分布式新能源聚合到虛擬電廠后，通過(guò)聚合平臺(tái)的控制手段，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式新能源出力的有效控制，也就是說(shuō)，虛擬電廠能夠提高分布式新能源的電網(wǎng)友好性，這也是虛擬電廠的安全價(jià)值所在。盡管分布式新能源點(diǎn)多面廣，但在地理位置上相近，按照節(jié)點(diǎn)進(jìn)行聚合是可行的。不同節(jié)點(diǎn)的分布式新能源聚合成不同的虛擬電廠，一方面解決了分布式新能源不可控制的電網(wǎng)運(yùn)行難題，另一方面也為分布式新能源提供了新的發(fā)展空間。此外，在電力現(xiàn)貨市場(chǎng)環(huán)境下，單個(gè)分布式新能源只能是節(jié)點(diǎn)電價(jià)的被動(dòng)接受者，而作為分布式新能源聚合體的虛擬電廠可以通過(guò)報(bào)量報(bào)價(jià)的方式參與市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)，有效提高整體收益，再通過(guò)公平合理的內(nèi)部收益分配機(jī)制來(lái)提高單個(gè)分布式新能源的收益，這方面的研究和實(shí)踐值得進(jìn)一步探索。
本文刊載于《中國(guó)電力企業(yè)管理》2024年10期，作者供職于國(guó)家電網(wǎng)有限公司華東分部調(diào)度控制中心
評(píng)論