虚拟电厂在欧美的发展历史已近30年ღ✿,其诞生于电力现货市场机制之后ღ✿,是依附于市场的经济组织新业态ღ✿,表现出聚合商ღ✿、平衡基团等多种形式ღ✿,聚合的市场主体在价格驱动下主动响应系统需要调整发用电行为ღ✿,为准确ღ✿、经济的新增调节能力奠定了制度基础ღ✿。近些年来ღ✿,我国可再生能源超高速发展ღ✿,已经接近或达到了原有计划体制下系统承受能力的极限ღ✿,调动发用两侧响应系统需要的电力现货市场建设相对滞后ღ✿,用户侧的调节能力释放较少且可靠性很低ღ✿,若在无市场化经济性评价制度的前提下ღ✿,继续使用传统规划方式大规模投资调节电源则易对电价上涨构成极大压力ღ✿。此时ღ✿,虚拟电厂进入我们的视野并受到高度重视ღ✿,其优势十分明显ღ✿,可以为系统提供亟需的灵活性ღ✿、解决新能源消纳难题ღ✿,但当前与虚拟电厂相适应的市场化机制依然有待完善ღ✿,削弱经济形态ღ✿、逐渐有“实体化”趋势的虚拟电厂在当下带来了新问题ღ✿。因此ღ✿,以全面ღ✿、客观的辩证思维看待虚拟电厂ღ✿,深入洞察其在能源体系中的角色与发展路径具有深远意义ღ✿。
“虚拟电厂”的概念源于1997年经济学家西蒙・阿韦布赫(Shimon Awerbuch)博士对虚拟公共设施的定义ღ✿:虚拟公共设施是独立且以市场为驱动的实体之间的一种灵活合作ღ✿,这些实体不必拥有相应的资产而能够为消费者提供其所需要的高效电能服务ღ✿。欧美电力现货市场起步较早ღ✿:英国1989年建立了竞争性电力库ღ✿,PJM在1997年建立了美国第一个区域性的ღ✿、基于报价的电力市场ღ✿;2000年北欧四国电力市场正式开始运营ღ✿,因此欧美也较早地开展了有关虚拟电厂的研究澳门mgm美高梅官方网址ღ✿。电力现货市场制度在欧美普及后ღ✿,全球首个虚拟电厂诞生于2000年ღ✿,即由德国ღ✿、荷兰等5国开展的虚拟燃料电池电厂(Virtual Fuel Cell Power Plantღ✿,VFCPP)项目ღ✿,其由31个独立的居民燃料电池热电联产系统构成ღ✿;2005年ღ✿,英国ღ✿、法国等8个国家启动了FENIX(Flexible Electricity Network to Integrate Expected)项目ღ✿,该项目在电力运营商ღ✿、电力市场以及用户之间建立连接ღ✿,实现了各机组设备的全息感知和高效调配ღ✿。美国的虚拟电厂则以聚合用户侧资源为主蜜芽2021最新地址ღ✿,2016年美国Con Edison公司启动CEVPP计划ღ✿,聚合用户侧的光伏和锂电池储能形成虚拟电厂ღ✿,参与电网调频蜜芽2021最新地址ღ✿,并参与批发市场和容量市场ღ✿。
我国近十年来电力市场机制建设迈出了关键步伐ღ✿,但进度尚不及行业和社会预期ღ✿。长期以来ღ✿,我国电力行业对于国外能物化ღ✿、硬件化ღ✿、主体化的技术业态十分敏感ღ✿,例如智能电网ღ✿、平衡基团ღ✿、需求侧响应等ღ✿。虚拟电厂被认为是能够支撑能源转型的新兴技术ღ✿,其发展同样受到了高度重视ღ✿,某种意义上提升到了与电力现货市场机制同等的地位ღ✿。在国家政策层面ღ✿,近期ღ✿,国家能源局发布的《关于支持电力领域新型经营主体创新发展的指导意见》ღ✿,明确“虚拟电厂是运用数字化ღ✿、智能化等先进技术ღ✿,聚合分布式电源和可调节负荷等ღ✿,协同参与系统运行和市场交易的电力运行组织模式”ღ✿,鼓励虚拟电厂聚合分布式光伏ღ✿、分散式风电ღ✿、新型储能ღ✿、可调节负荷等资源ღ✿,为电力系统提供灵活调节能力ღ✿。《2030年前碳达峰行动方案》ღ✿、《“十四五”现代能源体系规划》《电力需求侧管理办法(2023年版)》等多项政策ღ✿,均鼓励通过虚拟电厂充分激发和释放用户侧灵活调节能力ღ✿。各地实践层面ღ✿,2015年ღ✿,在国家能源局的指导下ღ✿,我国首个虚拟电厂示范项目在浙江落地ღ✿,而后ღ✿,江苏ღ✿、上海等各省份也先于电力市场建设ღ✿,陆续开展了虚拟电厂试点ღ✿。当前全国范围内多地虚拟电厂试点已卓有成效ღ✿,山西ღ✿、广东ღ✿、山东ღ✿、甘肃等多个开展现货市场运行的省份均已经出台虚拟电厂参与现货的相关规则ღ✿。虚拟电厂正迅速崛起ღ✿,与以往的各类技术一样ღ✿,成为了大家业内的投资热点和关注焦点ღ✿。
从国际经验看ღ✿,不同电力现货市场模式下虚拟电厂发展道路不同ღ✿:欧洲虚拟电厂以自调度模式开展ღ✿,而美国的虚拟电厂建立在需求响应和可中断负荷的基础之上ღ✿。欧美虚拟电厂发展也有共同之处ღ✿,一是虚拟电厂均是以现货实时电价为背景形成的ღ✿,是以现货市场为基础的二级经济关系ღ✿;二是虚拟电厂的兴起源自于市场主体的自发建设ღ✿,以经济关系衔接主体行为ღ✿;三是虚拟电厂并未改变系统可靠性规划模式ღ✿,可靠性规划仍然考虑源ღ✿、网ღ✿、荷ღ✿、储等构成电力系统的基本元器件开展ღ✿,而不将虚拟电厂这个各类资源的聚合体视为单个主体进行考虑ღ✿。
回归国内ღ✿,我国虚拟电厂的发展也有其自身特点ღ✿,一是以计划模式下的峰谷电价为背景起步ღ✿,更多基于目录电价核定的峰谷价差而并非电力市场的时变价差ღ✿;二是当前有将“虚拟电厂”与“源网荷储”基本元器件并列的趋势ღ✿,虚拟电厂的作用逐步“实体”化ღ✿。
虚拟电厂在我国多点开花ღ✿,不少行业研究者对其也愈加推崇ღ✿,然而当前行业对于虚拟电厂的认识并不全面ღ✿,在现货市场逐步建设完善的过程中ღ✿,虚拟电厂于蓬勃发展之下也逐渐显露了一些问题ღ✿,本来虚拟电厂应当是在电力现货市场中如鱼得水ღ✿,但实操中却需要大量特殊规则予以扶持ღ✿,犹如藏于蓝海之中的虚火ღ✿。为了让虚拟电厂更好地服务于电力市场化改革和新型电力系统建设ღ✿,厘清四项关键问题尤为必要ღ✿。
一是虚拟电厂不能取代基于源网荷储基本元器件的规划与运行方式ღ✿。虚拟电厂本质上是一种通过信息技术和控制技术将分布式电源ღ✿、储能ღ✿、可控负荷等聚合起来的系统ღ✿,其本身没有实际的发ღ✿、输ღ✿、变ღ✿、用等物理设备ღ✿,仅为一种实际器件的“优化组合”ღ✿。源ღ✿、网ღ✿、荷ღ✿、储等基本器件是构成电力系统的物质基础ღ✿,虚拟电厂聚合的资源也是电力系统的源ღ✿、网ღ✿、荷ღ✿、储基本元器件ღ✿,因此从某种程度上来说ღ✿,虚拟电厂就是电力系统“大圈子”里头的一个“小圈子”ღ✿。“虚拟电厂与源网荷储器件的关系”就类似于“电力市场与源网荷储器件的关系”ღ✿,是在电力现货市场制度基础上的ღ✿,一种个性化定制经济制度ღ✿。虚拟电厂仅能优化存量资源ღ✿、提高系统运行效率ღ✿,但并不能改变电源或储能本身的物理能力ღ✿。因此ღ✿,电力系统规划和运行仍应以源ღ✿、网ღ✿、荷ღ✿、储实体器件为基础开展ღ✿,让电力系统“踏踏实实”地运转ღ✿。
虽然通过虚拟电厂的优化的确可以更充分地发挥聚合设备的调节能力ღ✿,但并不能创造出系统的“额外能力”ღ✿。因此ღ✿,决定电力系统调节能力和可靠性的是电力系统中的所有基本元件ღ✿,而并非虚拟电厂澳门mgm美高梅官方网址ღ✿。如果没有源网荷储基本元器件的合理规划与运行ღ✿,虚拟电厂将失去优化的对象和物质基础ღ✿,成为“无本之木”ღ✿。例如ღ✿,从需求侧入手增加可靠性ღ✿,需要的是调度真正可以控制的可中断负荷ღ✿。如果由虚拟电厂将储能和非可中断的普通用户聚合起来ღ✿,可以实现某一时段ღ✿,用户仅通过储能供电而不需要从大电网中购电ღ✿。此时ღ✿,虚拟电厂对大电网而言似乎变成了一个“可中断负荷”ღ✿,为系统提供了灵活性ღ✿,然而这种灵活性并非来自于虚拟电厂ღ✿,而是其聚合的储能发挥了作用ღ✿。因此ღ✿,虚拟电厂不能与源网荷储基本器件并列ღ✿,电力系统规划和运行依然要以源网荷储为基础进行ღ✿。
二是虚拟电厂不能脱离电力现货市场而存在ღ✿。电力是系统性商品ღ✿,任何一个单位的出力都会对整个电力系统带来影响ღ✿,电力现货市场实际包含了所有源网荷储元器件的动作信息ღ✿,虚拟电厂也不例外蜜芽2021最新地址ღ✿。电力实时价格形成峰谷价差ღ✿,虚拟电厂才能通过灵活安排自身发用电曲线ღ✿,在电能量市场中赚取价差获利ღ✿。依靠提供灵活性实现盈利的基本特质ღ✿,决定了虚拟电厂技术的发展离不开电力现货市场ღ✿。
虽然当前部分地区虚拟电厂的发展是基于计划体制下的峰谷分时电价ღ✿,但分时电价并不能永远作为虚拟电厂的避风港湾ღ✿。一方面ღ✿,计划体制下的分时电价由人为划定ღ✿,并非一成不变ღ✿,而是适时调整的ღ✿,无法作为一种长期稳定的机制托举虚拟电厂发展ღ✿,分时电价必然要过渡到电力现货市场形成的真实分时电价ღ✿;另一方面ღ✿,当前电力现货市场建设势头正盛ღ✿,2024年初已有山西ღ✿、广东两省现货市场转正ღ✿,5个地区开展现货连续结算ღ✿;而至2025年初ღ✿,现货正式运行地区已达4个ღ✿,连续结算地区已达9个ღ✿,全国绝大部分地区均已开展过现货试运行ღ✿,根据国家要求ღ✿,25年内全国大部分地区都要实现现货市场连续运行ღ✿。虚拟电厂融入现货市场已为大势所趋ღ✿。
尤其是我们要注意到ღ✿,当前现货市场中的虚拟电厂享受着“特殊对待”ღ✿,例如山东报量报价的虚拟电厂可以选择不参与实时市场等ღ✿。后续随着虚拟电厂定位逐渐理顺ღ✿、虚拟电厂技术实现进步ღ✿、市场机制不断完善ღ✿,虚拟电厂必然被取消特殊待遇ღ✿,与其他经营主体一同公平参加电力现货市场ღ✿,有投资意向的主体应当将投资的经济性评价置于电力现货市场背景下进行ღ✿。
三是虚拟电厂本质为经济组织ღ✿,而并非实体ღ✿。虚拟电厂的“优化组合”模式是一种基于财务激励的经济行为ღ✿,其动作与否取决于市场价格信号的引导ღ✿。如果能从市场中获利ღ✿,则虚拟电厂便会做出响应ღ✿,反之则不会动作ღ✿。经济行为没有实体ღ✿,这也是虚拟电厂的“虚拟”特征ღ✿,也正因如此ღ✿,不应要求虚拟电厂必须具备像实体火电厂一样的可靠性ღ✿,当价格激励不够时ღ✿,电力调度机构不应像对待实体火电机组一样强行调度虚拟电厂出力ღ✿,同时虚拟电厂也不应获得相应的容量补偿ღ✿。
值得注意的是ღ✿,虚拟电厂聚合分布式资源并响应调度信号ღ✿,其自身对聚合资源的出力有一定控制权ღ✿,但这种控制权不应打破当前电力系统传统调度制度ღ✿。也即响应调度指令的虚拟电厂只应聚合调度“看不见的”ღ✿、无法单独作为市场经营主体的分布式资源ღ✿,能够直接接受调度指令的单元不应纳入虚拟电厂的资源聚合对象ღ✿。“不谋全局者不足谋一隅”ღ✿,电力现货市场优化的范围大ღ✿、效果更优ღ✿,能够作为独立经营主体ღ✿、通过自行报价进行优化的大容量单元应当交由电力现货市场优化ღ✿;没有能力参加市场报价的容量较小的资源ღ✿,本身无法进行优化ღ✿,此时虚拟电厂可以将其进行聚合ღ✿,由专业的交易员协调各类资源ღ✿,达到对小容量分布式资源优化的结果ღ✿。也只有如此ღ✿,虚拟电厂才能从实质上真正增加电力系统灵活性ღ✿。
四是虚拟电厂不能成为操纵市场的遮羞布ღ✿。国家能源局《关于进一步规范电力市场交易行为有关事项的通知》等文件中明确ღ✿,各经营主体原则上以市场注册主体为单位独立进行报价ღ✿。各经营主体间不得通过口头约定ღ✿、签订协议等方式串通报价ღ✿。虚拟电厂的运营可能涉及多个利益主体ღ✿,如分布式电源所有者ღ✿、储能运营商ღ✿、负荷聚合商等ღ✿,在虚拟电厂对它们进行集中管理和协调的过程中ღ✿,各主体之间存在密切的信息交流与共享ღ✿,这有利于虚拟电厂的整体运行优化ღ✿,但也为串通报价提供了便利条件ღ✿,可能会出现部分主体达成私下的价格协议ღ✿,在局部形成市场力ღ✿,操纵市场价格ღ✿。虚拟电厂存在以“优化组合”为幌子ღ✿,在对内部资源进行“二调度”ღ✿、“二交易”的同时串通报价的可能ღ✿,因此虚拟电厂的发展必须与反不正当竞争和加强串谋监管同步考虑ღ✿。
在能源加速转型ღ✿、电力市场化改革持续推进背景下ღ✿,新技术ღ✿、新业态在与建设过程中的新体制衔接时难免产生新问题ღ✿。回归虚拟电厂本源ღ✿,辩证地看待虚拟电厂技术才能更好地促进其长远发展ღ✿。基于此ღ✿,我们提出以下几方面建议ღ✿。
一是建议进一步明确虚拟电厂的定义ღ✿。虚拟电厂本质是一种经济形式ღ✿,其不能取代源ღ✿、网ღ✿、荷ღ✿、储等电力基本器件ღ✿,也无法与基本器件并列ღ✿。一方面ღ✿,电力系统的规划仍应以基本器件为基础开展ღ✿,不同地区应当根据当地经济发展水平ღ✿、负荷增长情况ღ✿、地区资源禀赋等条件规划电源ღ✿、储能ღ✿、电网ღ✿、用电设施的建设ღ✿,而不必刻意规划“需要建几个澳门mgm美高梅官方网址ღ✿、建多大的虚拟电厂”ღ✿。虚拟电厂这种“经济形式”的发展交由市场价差来激励即可ღ✿,设计好市场机制是虚拟电厂健康发展核心保障ღ✿,有了市场价格的正确引导ღ✿,虚拟电厂无需刻意规划即可健康发展ღ✿。另一方面ღ✿,电力系统的可靠性也无法由虚拟电厂直接提供ღ✿,而是由基本器件提供ღ✿,相应的ღ✿,容量补偿相关机制也无需将虚拟电厂纳入其中ღ✿,直接按照面对基本元器件设计即可ღ✿。
二是建议将现货实时市场作为虚拟电厂发展的前置条件ღ✿。一方面ღ✿,电力现货实时市场通过价格信号反映电力供需水平ღ✿,有效的价格信号能为虚拟电厂技术提供生存的必要条件ღ✿。因此ღ✿,加速电力现货市场建设ღ✿,推进更多主体参与现货市场ღ✿,完善市场机制ღ✿,增强现货发现价格能力ღ✿,才能为虚拟电厂技术发展打好基础ღ✿、铺平道路ღ✿。另一方面ღ✿,若是以未开展现货时的峰谷电价差值来作为虚拟电厂的设计基础ღ✿,十分有可能会偏离现货市场运行后的真实峰谷价差ღ✿,例如山东用户侧峰谷分时电价ღ✿,峰段价格是谷段价格的3.6倍ღ✿,尖峰价格是谷段价格的4.3倍ღ✿,但实际现货价格的平均峰谷差仅为2倍稍多ღ✿。现货市场开展后峰谷价差缩小ღ✿,可能导致虚拟电厂无法达到预期投资收益率ღ✿,甚至亏损ღ✿。因此ღ✿,现货市场未开展地区的虚拟电厂项目ღ✿,应该充分考虑未来现货价格的影响ღ✿,做到投建之前合理ღ✿、全面评估ღ✿。
三是建议完善适应虚拟电厂经济组织方式的市场机制ღ✿。虚拟电厂的“虚拟”既体现在其为经济形式而非实体ღ✿,又体现在其地理位置上的“虚拟”ღ✿,而这可能对当前市场机制带来麻烦ღ✿:虚拟电厂聚合的分布式资源地理分布可能十分辽阔ღ✿,一个虚拟电厂并不能在一处实际地点被人看到ღ✿,以至于如果不加限制ღ✿,各个资源在电力系统中可能分属不同出清节点ღ✿,如不进行统一ღ✿,可能出清多个价格ღ✿。一家虚拟电厂应当作为一个单独的经营主体参与电力市场ღ✿,为避免同一经营主体控制下的资源出现不同的节点电价ღ✿,应当规定虚拟电厂只能聚合位于同一节点下的分布式资源ღ✿,或聚合各地资源后ღ✿,在参与电力市场时应将聚合的资源分解到各个确定节点进行申报和出清ღ✿。同时ღ✿,市场中聚合了储能的虚拟电厂已经初步具备做市商的性质(储能本身不生产电能ღ✿,与做市商类似ღ✿,通过价差套利)ღ✿,其实时市场外的全部行为都有携带杠杆的可能ღ✿。通过杠杆合理套利有利于加速各环节财务市场价格收敛于现货价格ღ✿,应在适当时机放开其他经营主体套利限制ღ✿,取消超额收益回收机制ღ✿,避免出现允许虚拟电厂一种主体独享“扶持性套利”ღ✿,如此将有助于维护市场公平ღ✿,同时加强市场发现真实价格的能力ღ✿。
四是建议健全完善对于虚拟电厂参与电力市场的监管机制澳门mgm美高梅官方网址ღ✿。针对虚拟电厂参与电力市场后存在的“二调度”ღ✿、“二交易”的情况ღ✿,需要完善相应监管机制ღ✿,防止隐藏的串通报价行为的发生ღ✿。可以考虑对虚拟电厂可聚合的资源进行适当限制ღ✿,例如不允许跨发电集团聚合分布式资源ღ✿,不允许聚合可以直接接受调度指令的资源ღ✿,不允许跨售电公司聚合用户等ღ✿,并且研究虚拟电厂参与财务性市场可能存在的问题ღ✿。健全完善针对虚拟电厂参与电力市场的监管机制ღ✿,合理限制其可聚合资源ღ✿,对于维护电力市场秩序ღ✿、促进电力行业的可持续发展具有至关重要的意义ღ✿。
在“双碳”目标引领下ღ✿,虚拟电厂成为构建新型电力系统的重要一环ღ✿。辩证看待虚拟电厂技术在市场化背景下的优势与潜在的问题ღ✿,给予虚拟电厂正确的定位尤为关键ღ✿。同时ღ✿,技术创新与市场化道路要并重ღ✿,由市场筛选技术ღ✿,由技术推进市场ღ✿,是实现新技术健康发展和市场机制不断完善的必然选择ღ✿。只有与电力市场进行深度融合ღ✿,服从并服务于电力现货市场机制ღ✿,虚拟电厂才能实现高质量ღ✿、可持续发展ღ✿,全方位深层次体现其价值ღ✿。
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