南方电网区域虚拟电厂常态化运行机制研究

专题报告 南方电网区域虚拟电厂常态化运行机制研究 电力圆桌项目课题组 2024年11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 能源环境服务产业联盟（EESIA）是由绿色低碳领域多家核心企业及机构于2015年1月联合发起成立的。自成立以来，EESIA聚焦节能降碳、综合能源服务、资源综合利用、新能源与储能、微电网与虚拟电厂、碳市场等绿色低碳领域，长期致力于开展产业研究，促进行业交流，推进国际合作与产业资源整合等相关工作。为推动我国绿色低碳循环高质量可持续发展，如期实现碳达峰碳中和战略目标贡献力量。 CoverImage@Freepik 所使用的方正字体由方正电子免费公益授权 南方电网区域虚拟电厂常态化运行机制研究 ResearchontheRegularOperationMechanismforVirtualPowerPlantsintheSouthernGridRegionofChina 2024年11月 目录 摘要1 1.背景3 1.1研究意义与目标3 1.2虚拟电厂内涵4 2.国外虚拟电厂案例研究6 2.1国外虚拟电厂发展概述6 2.2国外虚拟电厂典型案例分析13 2.3国外虚拟电厂发展的关键要素与经验启示17 3.国内虚拟电厂发展现状与挑战19 3.1国内虚拟电厂发展概述19 3.2国内虚拟电厂典型案例分析20 3.3虚拟电厂常态化运行的制约因素24 4.南方区域虚拟电厂常态化运行的机制分析26 4.1南方区域电力供需形势概况26 4.2南方区域虚拟电厂运行情况28 4.3南方区域虚拟电厂常态化运行机制研究29 5.结论与建议33 5.1结论33 5.2建议34 参考文献36 鸣谢37 摘要 在“双碳”目标下，我国能源电力系统加速重构，电力供需形势正发生深刻变化。特别是需求侧5G基站、储能电站、电动汽车等新型负荷不断发展，负荷波动性、不确定性增加，尖峰化加剧，峰谷差逐步拉大。电力系统对灵活性资源需求与日俱增，单纯依靠供给侧提供灵活性资源难以为继，亟需深入挖掘需求侧灵活调节资源，协力促进电力供需平衡、支撑新型电力系统建设。 近年来，以虚拟电厂为典型代表的需求侧新业态不断涌现，在提升电力系统灵活性、优化系统运行等方面发挥愈发显著的作用。本课题在系统分析国内外虚拟电厂发展现状基础上，总结了虚拟电厂常态化运行的制约因素与经验启示，并选取市场化改革走在全国前列的南方电网区域作为研究对象，梳理近年来南方电网区域实施虚拟电厂取得的成效，分析虚拟电厂在南方电网区域常态化推广应用存在的挑战，并提出相关结论和建议。 课题组研究发现，近期，国家和地方层面陆续出台了支持虚拟电厂发展的系列政策，消除了虚拟电厂参与电力市场的制度性障碍。但是，虚拟电厂仍然无法像其他经营性主体一样常态化参与电力市场，主要受限于市场身份、功能定位、价值疏导不清晰，这三方面因素制约着虚拟电厂的常态运行。 南方区域五省虚拟电厂发展存在较大差异。（1）广东依托现货市场，具备虚拟电厂常态化运行的基础条件，但主网传统装机容量相对冗余，导致虚拟电厂在广东现货市场中实现价值的空间受限。同时，局部配网需求逐渐凸显，但相关价格机制缺乏导致虚拟电厂难以实现功能价值。（2）云南与贵州作为西电东送战略主要外送省份，经济承受能力相 对较弱，实施虚拟电厂常态化运转存在资金总量、价格上限等多方面制约。（3）广西是西电东送战略实施的重要中转枢纽，随着灵活性调整能力需求的快速增加，合理的资金渠道仍是制约广西虚拟电厂常态运行的难题。（4）海南是南方电网区域电力流向的末端，本地电力资源相对匮乏。同时，近年来海量新能源汽车接入，造成配网层面供能难度增加。因此，海南开展虚拟电厂旨在解决配网运行问题。 基于上述研究，为进一步推动虚拟电厂常态化运行，课题组建议： （1）在概念内涵方面，加快理清虚拟电厂的范畴和边界。建议从国家层面进一步明确虚拟电厂的概念定义，明晰虚拟电厂在电力市场中的权利与义务，引导社会各界形成统一认识。地方层面应结合国家层面的政策文件，进一步完善与细化虚拟电厂的管理细则，降低对虚拟电厂管理中存在的认知偏差。 （2）完善相关市场机制，扩大收益渠道，促进商业模式创新。做好虚拟电厂参与市场交易的合规性管理，建立虚拟电厂市场准入标准、程序和交易规则，将其纳入全国统一电力市场建设总体布局。加快推动虚拟电厂常态化参与调峰调频等辅助服务市场，推动虚拟电厂以灵活方式参与中长期、现货各类市场化交易，研究出台虚拟电厂在配电网功能发挥层面的市场化价格机制，充分激发虚拟电厂自身活力，促进商业模式创新。 （3）建立技术标准体系，提升建设效率。建立涵盖资源聚合控制、通信接口等方面的虚拟电厂建设运行标准体系，打破各类资源主体、虚拟电厂运营商、电网企业间的数据交互壁垒。构建信息网络安全防护机制，强化边界防护，提高内部安全防护能力，保证信息系统安全。研究出台适用于虚拟电厂的并网调度规范，促进虚拟电厂与电网友好互动。 1背景 1.1研究意义与目标 新型电力系统是能源绿色低碳转型的关键支撑，要加快推进电力行业低碳转型，破解日益增长的电力需求和环境约束之间的矛盾。构建新型电力系统是一场战略性、系统性、全局性变革。2023年6月，国家能源局组织发布《新型电力系统蓝皮书》，明确新型电力系统的内涵，是以确保能源电力安全为基本前提，以满足经济社会高质量发展的电力需求为首要目标，以高比例新能源供给消纳体系建设为主线任务，以源网荷储多向协同、灵活互动为有力支撑，以坚强、智能、柔性电网为枢纽平台，以技术创新和体制机制创新为基础保障的新时代电力系统，是新型能源体系的重要组成部分和实现“双碳”目标的关键载体。 从运行维度出发，新型电力系统面临源荷波动叠加的巨大挑战。新能源发电在电力系统占比不断提高，电源侧波动性也将不断增加。同时，负荷侧5G基站、储能电站、电动汽车等新型负荷不断发展，传统的电力用户形态将由电力消费者逐步转变为电力产消者，负荷波动性、不确定性增加，尖峰化加剧，峰谷差逐步拉大。在此背景下，电力系统对灵活性资源需求与日俱增，而需求侧资源将成为电力系统主要调节资源之一。在供需高度协调、产消一体化发展需求下，需求侧资源将逐渐提升至与供给侧同等地位，在促进电力供需平衡、支撑新能源消纳等方面发挥更加突出的作用。 虚拟电厂是新型电力系统的重要组成部分，是电力需求侧管理的延伸，也是促进电力供需灵活互动的重要抓手。虚拟电厂的特征主要体现在以下四方面：一是丰富多元化市场主体、扩大负荷侧灵活资源规模。虚拟电厂既可以将电力用户聚合，形成“负荷类”虚拟电厂，更可将新能源、储能等整体优化，形成“源网荷储一体化”虚拟电厂。二是聚合各类需求侧可调节资源缓解电力供需压力。虚拟电厂通过聚合和调动各类负荷侧主体，形成更经济、更灵活的可调节资源，缓解尖峰时段的供需矛盾。三是促进可再生能源优化配置与消纳能力提升。虚拟电厂能够通过源网荷储灵活双向调节，通过填谷需求响应或参与电力市场来促进可再生能源消纳和优化配置。四是数字赋能需求侧资源精准调控与灵活互动。新一代数字技术赋能虚拟电厂智慧化发展，实现了对各类资源的智能监测、管理和调度。 虚拟电厂未来快速发展是大势所趋，我国多个试点项目已经取得了积极成效，但目前虚拟电厂仍面临调用频次有限，收益不稳定等问题，难以实现规模化、常态化运行。 虚拟电厂常态化运行意味着能够给予所有的市场主体合理、持续、可预期的市场信号，并以经济手段对市场主体电力消费行为形成长期和短期的有效激励，同时可以引导各类型主体参与开展虚拟电厂投资。为促进虚拟电厂常态化运行，本项目在研究国外虚拟电厂最新实践和运行机制的基础上，分析国内虚拟电厂发展现状，总结虚拟电厂常态化运行的制约因素与经验启示。此外，报告选取市场化改革走在全国前列的南方电网区域作为研究对象，梳理近年来南方电网区域实施虚拟电厂取得的成效，分析虚拟电厂在南方电网区域常态化推广应用存在的挑战，并提出相关结论和建议。 1.2虚拟电厂内涵 早在1997年，西蒙·阿韦布赫博士就提出了虚拟电厂的概念雏形“一种由独立的、市场驱动的实体组成的灵活聚合体，可以高效为消费者提供能源服务，而不必拥有相应的资产”。对于虚拟电厂的定义以及功能形态，经过二十余年发展，业内对其形成了较为统一的共性认识。 天津大学王成山院士定义“虚拟电厂不是一个实体发电厂，而是一套能源管理系统，即通过先进计量、信息通信、控制和管理技术，将用户侧分散的清洁能源、储能系统、可 控负荷等分布式能源资源聚合并协调优化，参与电网运行”。山西省能源局官方文件中定义“虚拟电厂是能源与信息技术深度融合的重要方向，是将不同空间的可调节负荷、储能侧和电源侧等一种或多种资源聚合起来，实现自主协调优化控制，参与电力系统运行和电力市场交易的智慧能源系统，是市场机制下源网荷储协调互动有效实现形式”。国网冀北公司定义“虚拟电厂在传统电网物理架构上，依托互联网和现代信息通讯技术，聚合分布式电源、储能、负荷等尚未纳入电网现有调控范围的各类资源，进行协同优化运行控制和市场交易，实现电源侧的多能互补、负荷侧的灵活互动，对电网提供调峰、调频、备用等辅助服务”。国际上，欧盟FENIX项目中定义“虚拟电厂聚合众多不同容量的分布式能源，通过综合表征各分布式能源的参数建立整体的运行模式，并能够包含聚合分布式能源输出的网络影响”。 各方在虚拟电厂的功能形态上形成了一定共识，但同时各有侧重。共性是明确了虚拟电厂的基本特性，包含多类型资源、参与电网运行、运营协调控制技术、参与市场交易、聚合优化。差异在于侧重商业模式和服务属性，或侧重协同控制等技术属性。 2 国外虚拟电厂案例研究 2.1国外虚拟电厂发展概述 (1)美国 电力需求侧管理起源于美国，作为综合资源规划的一个重要组成部分，在20世纪 70年代世界能源危机的背景下迅速发展起来。美国90年代起把电力需求侧管理列入可持续发展能源战略的重要支持手段，联邦政府和州政府在法律法规、政策机制、标准技术、资金支持等方面持续推动电力需求侧管理优化调整。美国的虚拟电厂以可调负荷为主。2019年美国七大电力市场上需求响应规模占到电力市场最大负荷的9%以上，对电力系统的影响较大。由于发展较早、激励手段多样、成效显著，美国成为全球“需求响应型”虚拟电厂市场化发展的榜样。 a）主要政策措施 20世纪90年代开始，美国积极推动电力市场化进程，逐步为电力需求侧管理破除体制机制壁垒。1992年修订的《能源政策法》，对美国电力市场建设影响极大。该法案明确放开批发侧市场竞争，规定各类电力企业都享有平等、开放地进入输电网的权利，为电力需求侧管理市场化奠定了基础。2005年通过的《能源政策法》明确支持需求响应； 2007年的《能源独立及安全法案》将需求响应作为重要内容，要求评估未来5年、10年的全国需求响应潜力，并制定国家需求响应行动计划；2008年，美国联邦政府进一步推动需求响应参与电力市场，明确需求侧资源与发电资源处于同等地位，允许需求响应直接参与批发市场竞价。2011年美国联邦监管委员会第745号令明确了需求响应的补偿问题，将需求响应资源作为发电资源的替代方案，可以得到和发电资源同等的资金补偿。在连续多年的政策支持下，电力需求侧管理相关规则日益完善。随着储能等新型市场主体不断涌现，2018年美国联邦监管委员会第841号令进一步推动储能作为需求侧资源进入电力市场。 表2-1美国电力需求侧管理相关法令主要内容及意义 年份 法令 主要内容及