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【摘要】虛擬電廠框架，通過了這個數字化技術、控制技術、物聯網技術、信息通信技術，將我們的分布式電源、儲能這些資源聚合起來，優化管理控制，能夠參與到我們電網的運行，還有電力市場的這個運營。四大技術，一個是低延遲的互動性的儲能通信技術；包含大量豐富資源的協調決策優化的這個技術；靈活市場策略的技術，靈活市場剛才也說了有包含兩類，一個是對外，一個對內；那第四個就是管控平台開發，其實這個開發也是分多次，包含對內的資源的開發，以及對多個資源的聚合和優化的。【講座主題】全資公司主要是由配電專業，還有電力自動化專業，系統專業組件而成，是國網的課改示範單位。我主要研究的這個方向就是虛擬電廠與電力市場。今天我們這個是儲能大會，所以我做了一個題目叫儲能型虛擬電廠的這個建設這是我的一個介紹，主要從事虛擬電廠、需求響應、電力市場經濟，還有綜合能源系統的這個專業領域的研究，也歡迎同專業的同仁跟我一起交流。今天分為四個方面給大家做介紹。第一個是虛擬電場的這個介紹。第二部分是儲能資源在虛擬電廠中的這些應用還有它的作用。第三部分就是我們儲能型虛擬電廠的主要運營模式，還有核心技術有哪些。第四部分就是介紹一下我們上海院在虛擬電廠建設的這方面的一些經驗。
【虛擬電廠介紹】首先我做一下這個虛擬電廠定義的這個介紹。大家對虛擬電廠應該是不陌生了，但是為什麼還要強調一下這個定義呢？因為可能在各行各業的領域，大家對這個定義還是有一些不同的，然後這個定義是我們在我們的國網公司企業標準現在還沒有完全發布，但是基本上就是這樣的一個框架，就是通過了這個數字化技術、控制技術、物聯網技術、信息通信技術，將我們的分布式電源、儲能這些資源聚合起來，優化管理控制，能夠參與到我們電網的運行，還有電力市場的這個運營。可能我們在很多這個場景上都可以提到，就是原網核處類型的這個微網型的虛擬電廠或者這個虛擬電站或者負荷聚合商，這些定義都很多。但是虛擬電廠其實它一定是要有電廠的，這個特質表現出來的這個特性就是一定要參與到我們電網的運行，並且現在它要有收益。那就是我們主要的這個價值兌現的地方就是電力市場。首先這個虛擬電廠定義提出應該是 97 年，我們這個國內做這個示範，大概從 2018 年開始，基本上就是我們 2015 年電力市場化改革以後，然後虛擬電廠得到了一個比較好的快速發展。然後這兩年很明顯，虛擬電廠發展的態勢是非常猛的，一方面原因是我們建設以新能源為主體的這個新一編系統的需要，就是我們大量的新能源的電源接入到電網。還有一方面就是我們電力市場的這個不斷推進。所以虛擬電廠主要是要解決我們這麼多的新能源接入到電網裡以後，一些費用不足的問題。可以說它是在用戶側來聚集很多的靈活資源來為電網緩解這個運行壓力，給用戶帶來高質量的用電，同時是將這個新能源消納，達到一個比較好的水平的一個技術。這是我們的對這個虛擬電廠的一個分類。在最早的時候我們分成了商業型和技術型，其實這種是在實際分層制定的時候不會完全區分的這麼開。但是在我們做研究的時候，會分一些商業型和技術型，就是從技術調用或者技術優化方面怎麼研究的虛擬電廠以及商業上面怎麼盈利的那個虛擬電廠做了一個劃分。然後再按照主體資源分，我們就分為，現在講的是需求響應型，其實我們大部分看到的是這個負荷型的虛擬電廠，我們現階段運行的普遍的虛擬電廠都屬於負荷型的，還有這個電源型的虛擬電廠以及混合型的虛擬電商。電源型的包含我們接入了分布式的那個新能源以及一些儲能，都可 以叫做電源型的虛擬電廠。混合型的就是二者兼而有之的，這些兼而有之的這個虛擬電廠可以說很可能是未來發展的一個主要方向。現在這個國外的一個主要的研究現狀，我們所聽到做得比較好的，德國的、歐盟的、美國的和日本的，特別是歐洲有比較好的這個發展和應用。因為在德國或者歐洲的電力市場、美國的電力市場跟我們國家還是有一些區別的。我們下面重點講兩個比較先進的虛擬電廠的一個實例，德國的平衡集團的這個設計。其實平衡集團其實就是我們這邊理解的虛擬電廠，只不過各自的翻譯不同，這個 brp 就是 balancing responsible party 它其實就是一個 group 一樣的。所以我們這裡面有人翻譯成這個平衡集團，其實就是在我們配網這一層形成一個一個的組織，這裡面的緣何是可以自平衡的？所以剛才我說這個混合型的虛擬電廠是以未來一個比較好的發展方向。就是說它在配網這一層，因為接入了分布式電源以後，那在區域先進行一些平衡，可以為霸網和組網的這個能量平衡減壓，也同時提高了我們建設在用戶這一側的新能源的這個消耗。美國的，我們經常看到的這個新聞，前段時間也特別火的，因為那個特斯拉做了一個這個 power wall 的項目，其實他很早就在做，但是最近就是因為參與了運營並且有收益，從一開始的不是強制的，就是這個用戶自願的，到現在用戶已經非常希望去加入到這個計劃中，原因就是他運營的這個虛擬電廠已經收益了，這個 power wall 已經迭代了三代了，一代、二代還有現在的這個 power wall+，這裡面就是基於他用戶的一個光伏系統，包含屋頂光伏、電動汽車、戶用儲能這一整套的這個用電平衡機制。同時他參與了就地的這個消納平衡，還有需求響應，也參與了區域的電力市場，所以它收益是比較可觀的。也是因為這個新聞發出來以後，我們國家內部這個資本市場可以看到虛擬電廠概念的公司都有一個股價飛升的階段，就是大家看到了這個技術可能未來是有希望的。我們國內對虛擬電廠發展的三個階段的評判。在第一階段就是邀約型階段，第二階段是市場型階段，第三個就是跨空間自主調度型的階段。現在我們判斷的這個我們的國內的虛擬市場階段應該屬於邀約型和市場型這個中間這一個階段，有一部分區域可能我們實現的這個市場，完全參與市場，但是大部分還是停留在這個邀約型，就是參與各地的需求響應的階段。這是我們整理的國內十三五十四五各地的這個示範的情況，包括冀北、江蘇、上海、浙江、廣東、深圳，還有河北，現在都在屬於一批二批三批的虛擬電廠的試點的省份。這些省份的虛擬電廠，每一階段的示範都有了很好的這個經驗，比如，江蘇這個需求響應的規模就特別大。從 2016 年消減符合三百五十二萬千瓦，到 2019 年這個達到了最高核銷 3% 到 5% 。20 年我們建設的這個跟冀北公司一起，起草了 rec 的這個虛擬電廠的這個標準，並且冀北公司也是在虛擬電廠市場化的推進上是走得非常的快，應該算是前列。廣東深圳還有這個國網中的上海，安徽，浙江的兩個地區，這屬於第一階段。這個第二階段市場化階段就是冀北虛擬電廠，上海虛擬電廠和深圳虛擬電廠的一個簡單的這個介紹。冀北訓電廠就是包含了分布式光伏、續熱式電採暖這些包括負荷的錯峰使用以及新能源跟負荷之間的匹配。這是冀北的虛擬電廠。上海的虛擬電廠基本是集中在這個負荷以及邀約的階段。但是上海在政策上面他是做了一個推進的，就是虛擬電廠作為主體參與電力市場這方面。是為下一步，虛擬電廠，特別是儲能，儲能除了獨立儲能能夠參與到這個市場，好多的小儲能是參與不到市場的。那它這個獲得主體的資格的這麼一個手段是可以通過虛擬電廠這個方式，因為我們可見虛擬電廠這個主體是可以被大多數省份政策認定為一個比較合格的這個市場的，還有深圳的虛擬電廠，這是相關政策。剛才好多領導也都說了，我這裡面就不贅述了，基本上都是一個向前不斷推進的一個過程。虛擬電廠應用它是兩個層面，一個是運營層面，還有一個市場層面。同時我們在最早的時候就提出了虛擬電廠這個技術應該是我們未來信息系統的建設中一個比較重要的一個技術。他在我們原網和這個形態看起來是我們在用戶這一側，但是他包含的元素是比較多的，所以他要對我們到網提升可再生能源的消納，以及提升我們用戶這一側的這個效益，是比較重要的一個角色。
【儲能資源在虛擬電廠中的應用】下面我說一下儲能資源在虛擬電廠中的這個應用。儲能前面也說了很多了，能量型儲能、功率型儲能、備用型儲能，這種各種各樣的技術大家都在做，現在有這麼多產業公司都在做，還有儲能的這些形式。機械類的，像抽水蓄能等，我們應該是政策上，五大發電集團都在部署這個抽蓄，還有一些壓縮空氣儲能都在做一些示範項目，電化學儲能、電磁儲能，還有其他各種各樣的這種形式，是很多的。儲能的技術的這個政策，國家能源局也是一步一步的在推進。一個是建立輔助服務辦法，就是我們的儲能是可以參與輔助服務的，其實就是給儲能有一個收益的出口，包括 22 年提出了包含新能儲的電動汽車充電網絡、虛擬電廠等這些主體都是可以參與輔助服務的。未來儲能聚合型的虛擬電廠參與現貨市場，包括是否可以參與零售市場，這些我們都是在研究。就是儲能應用場景的一些痛點，包含我們現在也有一些共享儲能，怎麼樣，找到它的這個收益，怎麼樣，能夠在投資跟收益上能夠做得比較好。我們現在大部分都是做我們電價的套利，因為我們現在大部分省部的電價也就是四段左右。那未來如果參與到現貨，那可能這個電價套利的這個空間會更大。同時我們不僅僅去看的電價的差異，可能還有一些這個用戶這一側服務的一些收益，都是可以看到。也就是說，我們儲能其實是我們虛擬電廠中一個非常重要的這個資源，它又可以正又可以負，所以它既可以去做一些削峰填補，同時其實也是可以為我們這個用戶這一側提供一些服務。這是虛擬電廠建設的兩極體系，兩極體系就是對上和對下的市場，這個也是很多在這一方面對虛擬電廠運營主體和虛擬電廠這兩個概念有一些偏差的地方。因為我們講整個虛擬電廠的運營其實它建設是分很多層的。從除了資源這一層，我們可以把它暫時稱作叫虛擬電廠的基礎。還有一層就是我們通常聽到的聚合商運營商，其實還有再上一層，就是我們在電網這一側也好，或者在市場政府這一側提供一個比較大的平台，為這些聚合商接入市場，接入需求響應或者參與電網互動提供這麼一個平台。所以它應該是分多層的。我們現在簡單可以看出來是對內的對外的。所以對內的我們也是很多的建設內容，包含資源建設的內容，還有就是我們聚合建設的內容。對外，然後是參與市場，參與需求響應，這些建設的內容。
【儲能虛擬電廠的核心】下面說一下儲能型虛擬電廠的一個核心，這些儲能因為它有不同的特性除了我們提供一些調峰的這個需求，還有這個調頻。德國的這個虛擬電廠，很大程度上它的收益都來自於它的調頻。那為什麼呢？因為它的這個市場中調頻的品種是特別多的，一次二次三次，而且它的收益也是很豐富的。那我們國家可能現在還在發展過程中，從原來的兩個細則到現在的很多服務市場，可能到未來我們有現貨市場，這個服務市場都會消失。那這些都是在行進過程中，我們根據現在電網的需求來設置這些交易品種。同時我們儲能的這特性建成了虛擬電廠以後，是滿足我們這些市場需求的，所以它自然就會有一些收益，這些是一些這個分類，包含就是我們一些應用場景，有一些戶用的光儲、儲熱，還有小型的儲能站，我們數據中心 5G 基站這些都有在市場上在做，有一些這些儲能的資源的都在考慮它要麼參加需求響應，要麼參加輔助服務市場或者做一些電價的套利。綜合來說就是，運營儲能型虛擬電廠，那首先它的一個核心的能力要有預測能力，同時它怎麼去對電網的需求有個很好的這個感知？如果說這幾點做到了，肯定是收益會很好。這個澳洲的虛擬電廠在去年前年的時候，新聞也是比較多的，做的也是比較好的。我們好多的這個儲能企業賣的這個電池也是到澳洲市場。我們做的一個類似共享儲能，整體的虛擬電腦運營商怎麼去提供這個服務的一個架構。它為電網提供平衡能力，聚合調度用戶側的這些資源，資源包含電動汽車性能，是投資也可以租賃，這是一個投資的模式。收費就是用戶要向運營商支付服務費，獲得這個儲能的控制權。盈利就是時空互補的特性，還有包括一些容量組成。這是幾個技術，就是在儲能型虛擬電廠中，我們認為有四大技術，一個是低延遲的互動性的儲能通信技術；包含大量豐富資源的協調決策優化的這個技術；靈活市場策略的技術，靈活市場剛才也說了有包含兩類，一個是對外，一個對內；那第四個就是管控平台開發，其實這個開發也是分多次，包含對內的資源的開發，以及對多個資源的聚合和優化的。最上面一層就是對電網這個省一級的調度能力的這個互動的能力。
最後我們簡單介紹一下上海院這個虛擬電廠建設實踐。我們上海院是牽頭十四五的國家重點研發計劃項目，規模化資源虛擬電廠，鏡頭互動調控關鍵技術研究的這個主要團隊裡面都是五個課題，上海院都是牽頭一個，其他四個都是參與。這個是我們主要對十四五期間對虛擬電廠這個示範的一個架構，那主要最終建成的就是浙江省域級的這個立體式的虛擬電廠，以及上海像針對超大城市的混合型城市的虛擬電廠的示範和驗證，這裡面就很清楚地看出了我們剛才講的這個三層的體系，省域級、聚合商體系的和這一層級的以及這個資源層建設。所以這裡面其實蘊含了很多的商機也好，或者這個產業也好，每一層都有大家可以去挖掘和做的這個工作。我們做的幾個案例，包括河北廊坊的，它是以分布式電源先接入的虛擬驗廠，應該是國內第一個去聚合電源的虛擬電廠，浙江的我們也參與建設了。最開始的參與負荷交易市場，到現在逐漸參與現貨交易，紹興的中國能源站形式的這個虛擬電廠。建成就是為中國能源站，這個我們叫負荷實時的交易系統，應該說是未來能源互聯網的一個初形態，它裡面包含了熱、氣、電的一些買賣。那我們以電為核心，做出了多個能源站之間的一些互動，並且響應電網的電價或者有一些氣價來對它進行一個這個管理和管控，這也是一種類型的虛擬電廠。還有縣級的儲能。我們在浙江和江蘇這個工業比較發達的省份，它有很多企業都是有一些小型的儲能，這些小型的儲能我們都可以把它用起來。一方面電網也需要是因為未來這個年年缺電的這個狀態可能會變成一個常態，就是新能源越來越多。我們沒有很快地建設好這個備用和調節的這個能力，所以這個包括能源雙控的壓力也都在，所以未來這個缺電可能也是個常態。所以我們以這種現有的資源建設虛擬電廠，這是一個非常好的應用場景，包括義烏跟江蘇的丹陽差不多的情況。
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