2024年深圳市虚拟电厂建设潜力分析：空调和电动汽车专题报告

专题报告 深圳市虚拟电厂建设潜力分析：空调和电动汽车 电力圆桌项目课题组 2024年12月 电力圆桌项目 电力圆桌（全称电力可持续发展高级圆桌会议）项目于2015年9月启动，旨在紧扣应对气候变化、调整能源结构的国家战略，邀请业内专家和各利益方参与，共同探讨中国电力部门低碳转型的路径和策略。通过建立一个广泛听取各方意见的平台机制，电力圆桌将各方关心的、有争议的、目前决策困难的关键问题提交到平台讨论，选出核心问题委托智库开展高质量研究，并将研究成果和政策建议提交到平台征求意见，从而支持相关政策的制定和落地，推动中国电力行业的改革和可持续发展，提高电力行业节能减排、应对气候变化的能力。 项目课题组 中国科学院深圳先进技术研究院（简称“深圳先进院”）由中国科学院、深圳市人民政府及香港中文大学于2006年2月共同建立，实行理事会管理，探索体制机制创新；瞄准国际一流工研院，致力于建设与国际学术接轨、与粤港澳大湾区产业接轨的新型科研机构，定位为提升粤港澳大湾区制造业、健康产业和现代服务业的自主创新能力，推动自主知识产权新工业建立，率先建成国际一流科研机构。 深圳先进院目前已初步打造了科技、人才、产业一体的“创新体系”，由八个研究所（中国科学院香港中文大学深圳先进集成技术研究所、生物医学与健康工程研究所、先进计算与数字工程研究所、生物医药与技术研究所、脑认知与脑疾病研究所、合成生物学研究所、先进材料科学与工程研究所、碳中和技术研究所）组成，牵头组建2个全国重点实验室、3个国家创新中心、79个省市创新载体。 深圳先进院将抓住粤港澳大湾区和中国特色社会主义先行示范区“双区驱动”的建设机遇，在改革热土上孜孜探索体制机制创新，不断冲击国际科学前沿，前瞻布局战略性新兴产业，不断多方位促进科教融合和创新发展。 感谢深圳虚拟电厂管理中心、南方电网深圳供电局有限公司为本课题研究提供的指导。感谢自然资源保护协会专家为本报告提供的宝贵建议。 CoverImage@Freepik 所使用的方正字体由方正电子免费公益授权 深圳市虚拟电厂建设潜力分析：空调和电动汽车 PotentialAnalysisforVirtualPowerPlantDevelopmentinShenzhen:AirConditionersandElectricVehicles 2024年12月 目录 摘要1 1.背景6 1.1全国虚拟电厂建设现状与经验6 1.2全国新能源和空调电动汽车负荷的发展情况8 1.3深圳新能源和空调电动汽车负荷的发展情况9 2.国际虚拟电厂建设经验10 2.1因地制宜发展特色虚拟电厂10 2.2明确法律框架，为虚拟电厂发展提供保障11 2.3多层级平衡机制提升电力市场效率11 2.4制定统一的技术标准和通信协议，实现设备互联互通12 2.5推广智能设备与控制技术，提升能效与需求响应便捷性12 2.6多元化商业模式与激励措施推动虚拟电厂发展13 2.7电价激励与响应奖励优化用户行为，提升电网效率14 3.深圳市虚拟电厂现状与经验15 3.1深圳虚拟电厂发展现状15 3.2深圳虚拟电厂管理平台建设成效17 3.3深圳市虚拟电厂建设经验18 4.深圳市响应潜力和效益评估20 4.1响应潜力评估20 4.2灵活性资源响应经济性评估27 5.研究发现和行业建议36 5.1研究发现36 5.2行业建议38 参考文献46 摘要 我国电动汽车保有量快速增长和极端气候频发导致电力需求激增，加之可再生能源的大规模接入，电网面临着巨大的调节压力，亟需提升系统的灵活性，实现源荷高效互动。虚拟电厂作为一种新型的电力管理模式，通过聚合分布式能源、储能系统和可控负荷等资源，能够有效提升电力系统的灵活性和可再生能源的消纳能力，为落实双碳目标要求，提高电网平衡调节能力提供有效支撑。 欧美发达国家已经建立起成熟的政策框架和体制机制，并逐步形成了基于当地能源资源禀赋和市场需求的虚拟电厂体系和运营模式，而作为国内的先行者之一，深圳市在虚拟电厂建设方面处于全国领先地位。本报告首先梳理了国际虚拟电厂发展历程，总结了欧美等先进国家和地区的虚拟电厂建设经验。报告接下来对深圳虚拟电厂建设现状与响应潜力做了分析和评估。结合国际经验，报告提出深圳市虚拟电厂发展建议，关注空调与电动汽车两类高潜力资源，设计政策路线图，为深圳市虚拟电厂的可持续发展提供参考。报告还根据我国实际情况，提出因地制宜发展虚拟电厂、明确法律框架、建立多层级平衡机制、统一技术标准和通信协议、推广智能设备、多元化商业模式与激励措施以及实施电价激励等助力全国虚拟电厂发展的建议。 2023年深圳市虚拟电厂管理平台接入容量约2650兆瓦、调节能力达560兆瓦。 2025年全市预计建成具备1000兆瓦级可调能力的虚拟电厂，逐步形成年度最大负荷5% 左右的稳定调节能力，并在2030年负荷调节能力达到1500兆瓦。报告在梳理深圳市虚拟电厂政策支持、发展状况和建设成果的基础上，发现深圳市在虚拟电厂建设发展方面具 有如下优势：虚拟电厂的政策支持力度大，市场活跃度高，资源整合能力强，参与主体综合收益可观；建设了国内首个网地一体虚拟电厂运营管理平台，已形成全国可推广的管理模式。 在深圳虚拟电厂资源中，本报告重点分析了空调和电动汽车的调控响应潜力，对这两大领域的市场潜力和经济效益进行了详细评估。研究发现，在响应潜力评估方面，最佳情景下，2030年深圳市空调调节潜力可达4844兆瓦，削峰能力达到最高用电负荷16%，电动汽车调节潜力可达1859兆瓦，填谷能力达到低谷用电负荷10%。 在响应经济性评估方面，空调的响应经济效益主要体现在避免发电成本、减少碳排放成本及GDP损失方面，而电动汽车响应经济性主要以避免发电成本、减少碳排放成本、GDP损失及充电峰谷分时电价的差价优惠表现。最佳情景下，2030年，假设深圳市约65%居民户和51%工商业空调提供灵活性资源响应，单次响应可避免发电成本约在 1608-6438万元之间，实现净经济效益284-5114万元，避免损失GDP1.78亿元，减少 碳排放成本139万元；43%电动汽车提供灵活性资源响应，单次响应可避免发电成本约 在644-2577万元之间，实现净经济效益114-2047万元，避免损失GDP0.71亿元，减 少碳排放成本55万元。 响应潜力 响应潜力 电源侧净收益 万元 电源侧净收益 万元 避免损失 亿元 避免损失 亿元 碳排放成本 万元 碳排放成本 万元 针对不同空调使用群体差异化管理商业空调需求响应发挥重要作用 工商业空调需求响应潜力逐年增加 工业空调 商业空调 居民空调 电动汽车有序充电发挥作用 非市政用车转移负荷增加快速 削峰填谷 乘用车 市政车 响应潜力 响应潜力 电源侧净收益 万元 电源侧净收益 万元 避免损失 万元 避免损失 万元 节约购电成本 万元 节约购电成本 万元 碳排放成本 万元 碳排放成本 万元 图1深圳市响应潜力评估结果 深圳市虚拟电厂建设潜力分析：空调和电动汽车|4| 表1深圳市空调与电动汽车参与响应政策路线图 对象 分类 特点 分类 近期措施 远期措施 空调 工商业 蓄冷渗透率高；蓄冷峰谷电价比高；商业空调潜力大； 温度设置偏低 政策 ·提供设备安装升级补贴、专项贷款和税收优惠·单独安装分时计量装置 ·设计工商业专用的需求响应电价，优化蓄冷电价制度·新建项目融入蓄冷设计，既有项目改造提供补贴与税收优惠 ·优化电价政策，实施实时电价·设计灵活的需求响应合约·工商业能源用户设定能效标准和建筑排放限额·对集中蓄冷进行容量定价 蓄冷初期投资较高；设备更新费用高；市场机制不健全；准入门槛高； 响应灵活性差；调节能力不足 技术 ·推广中央空调技术·进行蓄冷改造更新·采用精细化管理与智能控制技术·提升变频与节能技术设备覆盖率·提供舒适度调节技术和设备支持·空调负荷实现分区控制与精准响应 ·在工业用户中推广低能耗空调技术·增加动态负载控制与通信技术支持·广泛应用负载聚合技术，提升整体调节能力 居民 数量庞大；多人户居多；个人负荷分散 政策 ·推广应用智能空调与控制技术 ·对参与需求响应的用户免费安装智能控制设备并予以激励金 ·推广空调伴侣，提升需求响应设备的普及率·空调以旧换新补贴·推行居民分时电价机制 ·鼓励龙头企业（如格力、美的）加入空调聚合需求响应体系 ·设计不同参与模式和补贴标准·推动自动化、分级化需求响应模式·要求新装空调具备响应能力·提升空调能效水平，COP5.0，增加能效补贴·逐步实行尖峰电价 潜力有限；无峰谷电价；控制难度高；响应弱； 规模化不足；无有效商业模式；隐私安全问题突出 技术 ·手机远程控制，支持用户手动退出·提升空调能效水平，COP3.8·设置合理的温控范围和响应时长·升级或集成传感和控制元件·系统的精细化管理 ·试行需求响应应用场景多样化，与电动车或其他智能家居设备联合调控 ·全自动需求响应模式·加强动态负载控制与通信技术·推广智能家居系统·实现大规模负荷群控制·增大变频空调渗透率，聚合商从调温转调频 ·研究分户或分区响应控制技术，提升整体负荷响应能力 对象 分类 特点 分类 近期措施 远期措施 电动汽车 市政用车 控制力度强；预测性强；使用时间固定 政策 ·建立统一智能调配平台，优化市政车队调度和管理流程·提供充电桩建设补贴，降低初始投资成本，加快充电设施覆盖 ·制定行业统一标准，明确响应规范和考核方式 ·推动自动化车队管理系统建设 ·发展V2G，实现电网与车辆间能量互动，增强电力调控能力 调度复杂； 需考虑运输计划与需求响应的平衡 技术 ·增加需求响应奖惩机制·推广智能车载管理系统·优化用车和响应计划，提高车队需求响应参与率 ·通过智能充电桩调节功率，调节电网频率从而提供平衡服务·基于分布式电源管理的系统研究，进一步降低对主电网的依赖 ·推动电动汽车与光储充结合发展 乘用车 未来潜力大； 用户价格敏感性较强； 充电时间灵活； 私家车规模大但分散 政策 ·提高响应补贴，针对不同用户推广分层次奖励机制 ·提供电动汽车的特定峰谷平电价选择·增加V2G基础建设投资与充电桩建设·明确电动汽车参与电力市场准入条件 ·构建需求响应参与积分系统，吸引用户长期参与需求响应 ·完善标准体系，设立针对V2G的价格激励机制·个性化需求响应合同·允许参与容量市场和辅助服务市场 充电设施的建设和运营成本较高； 车主参与意愿弱（安全和里程）；车辆缺乏V2G；用户充电习惯限制； 充电设施和智能化管理不足；主体多元化，难以集中管控 技术 ·手机控制时间，聚合商智能安排充电·汽车厂商增强电池质量，完善V2G保险条款·推广智能充电桩·增强电动汽车性能，配备V2G功能 ·使用先进电池管理系统，设定V2G最低电量阈值 ·开发统一集成管理平台 ·完善运营商与车主参与需求响应的竞价机制与考核机制 ·推动电动汽车与光储充结合发展·电动汽车实行V2G |5| 深圳市虚拟电厂建设潜力分析：空调和电动汽车 1 背景 在我国新能源电力系统建设全面启动的背景下，可再生能源的迅猛发展引起了电源结构的显著转变。2023年，全国太阳能发电装机容量约6.1亿千瓦，同比增长55.2%；风电装机容量约4.4亿千瓦，同比增长20.7%[1]。一方面，可再生能源快速发展显著影响着我国能源电力绿色转型。另一方面，我国电力系统迫切需要增加系统调节资源以优化新能源的吸纳效率。此外，空调和电动汽车等用电负荷的急剧攀升，对电网的承载能力提出了更高的要求。以深圳市为例，2023年深圳市公共建筑空调负荷占全社会用电负荷比重超过32%，新能源汽车总量已达76.6万辆。在电动汽车充电高峰时段，全市充电负荷超过1200兆瓦，相当于即时消耗广 东最大的火电机组发电容量；截至2024年6月，深圳市机动车保有量约为426.3万辆，其中，新能源汽车达108.0万辆，占比超四分之一[2]。这意味着，空调和电动汽车将对电网承载能力造成挑战，电网供需平衡