刘泽三：虚拟电厂支撑新型电力系统建设，促进新能源消纳

编者按：“双碳”背景下，随着科技水平不断进步和能源行业快速发展，分布式能源已成为引领能源领域发展的重要趋势之一。第十九届中国分布式能源国际论坛”于2023年12月12日在重庆召开，本次大会由中国能源研究会与中国能源网联合主办。会上，国网信息通信产业集团信通研究院信息技术研发中心主任刘泽三做了主题为《虚拟电厂支撑新型电力系统建设，促进新能源消纳》的报告。

以下内容根据论坛演讲实录进行整理。

刘泽三：感谢张秘书长的介绍，现在能够坚持准点来到这个地方相信是对技术领域有热衷追求的人。按照惯例首先自报家门，我们公司是国网公司全资子公司，目前一家信通研究院，又是一家分子公司，也是一家上市公司。我们整个集团业务板块目前涵盖到终端人工智能大数据、云服务通信、管理系统运维，以及网络信息安全、北斗地理信息服务综合能源，其实整个是围绕集团私企品牌。

第三块我们有科研属性的定位，这里包括两个国家级科研平台，12个省部级科研平台，包括工作站。在讲虚拟电厂之前，我先用理解把电力系统概念做个回顾。整个电力系统的构成是一张包括发电环节，输配电以及用电环节，能源是没法凭空产生的，时刻在几大主体之间，通过能量流动保持动态平衡。但动态平衡的主体之间，传统环节在随着双碳目标的提出以及新型电力系统的构建，无论是在源侧还是其他的变化，比如是在源侧，原来更多的是由电网公司在做，现在输电侧打开之后，我们的光伏以及新能源电都会变相由售电公司批发打包参与容量市场以及现货市场。

从荷侧也发生了很大的变化，上午有很多专家讲过分布式能源，特别是屋顶光伏和整线光伏元素加入之后，荷侧不仅仅是用电侧会反向利用余电上网。余电上网过程会知道它是反向往电网注入潮流，在注入潮流的过程中，传统电网源随荷动，发电管够，用户用多少就发多少，这种模式发生改变，改变成了源网化，更多认为是在荷侧，或者增量配电网或者有源配电网这一侧带来了很多变革。

其实我们前面讲的这些主体之间需要打造平衡，同时主体之间也有共同的诉求，但是想要达到诉求和主体之间矛盾出现，我们团队分析认为从主要矛盾上讲，供需不平衡。上午很多专家提到过，因为我们国家的资源禀赋和经济结构的不同，导致实际上很多能源是在西部北部，而负荷是在西南部。能源和负荷之间实际上是矛盾主体，现在这块有成熟的技术，包括特高压输电以及直流输电。

第二个矛盾是对区域来讲，不同时段、气候、季节的影响，会导致负荷的波动性比较大。我大概查了一下，重庆2022年巅峰时刻负荷是2600万千瓦，同比上涨负荷是6.8%，如果算下来多了180万千瓦，从这个数量来讲相当于是一个发电厂。但这块不是常态性负荷，导致电网要实现在风的阶段做很多技术手段保证巅峰时的用电安全。

从清洁能源的方向上上午讲过，清洁能源天生具备波动性和不稳定性，所以由双高带来对电力系统的影响，特别是荷侧的影响，也会带来影响。

其实在双碳经济的影响下，次生矛盾不仅仅在影响能源结构，实际上对政府很多主体结构都发生了改变。我们认为现在政府在能耗双控的挤压下，政府不仅仅是要保证用电成本低，也要保证用能成本，双碳经济压力就是要获取更多的碳配额。在获取更多碳配额的方式时，一种是通过节能改造来降低碳排放，一种是利用更多绿电，这之间也为政府营商环境造成影响。

比如说外向型的经济，在碳关税出来之后，向欧盟出售的产品，要么缴纳高额的碳关税，在国内可以通过积累CCER，通过绿证抵消一部分碳排放，这样来降低成本。在江苏很多企业都会面临这样的问题，他们也都知道这个产业的业态和形态。

我们分析解决矛盾的方式，上风光储是一部分，上火电也是一部分，但是我们认为现在行业上有一种技术方向，就是虚拟电厂技术。虚拟电厂的出现，是历史技术的推动，也是属于需求矛盾主体的推动。虚拟电厂的目标和资源实际上目标是为了聚合分布式光伏、分布式储能以及商业楼宇的复合。通过聚合这些负荷，来解决前面的一些矛盾。比如说在资源聚合矛盾上，可以通过聚合分布式电源储能，特别是电动汽车的充电行为，通过资源协同优化来提高能源利用率，降低用能成本，来降低碳的排放。

同时可以通过虚拟电厂引导一部分用户的用电行为，比如说需求响应，鼓励企业改变自己的生产时序，来做需求响应。

在达成统一共识之后，团队实际上对虚拟电场的研究也查阅了很多文献，我们认为目前产生的虚拟电厂形态有这几种，最早是欧洲出现的虚拟电厂，它更多是通过打捆新能源发电去上网，这是一种形态，第二种是美国负荷性的形态。因为美国我们知道它的阶梯电价，或者说现货市场开放程度很高，可以看到之前找到的案例是他们提供额外在颠覆负荷的时候，每额外提供1000瓦时的电能，实际上能获得2美元的收益，在保证实际用电收益之外还有额外的2美元收益。

第三种是我们国家做的比较多的，像冀北的虚拟电厂也是我们国网公司做的虚拟电厂，更多是将电源负荷一起整合起来一起参与调频调峰服务，后面会详细介绍。基于这个分析基础上，团队试图给虚拟电厂下了定义，行业上对虚拟电厂的定义有很多。我们团队认为虚拟电厂是种通过先进通信技术和软件系统，实现分布式电源储能系统可控负荷电动汽车等分布式能源聚合和协调优化，做一个特殊的虚拟电厂，参与电力市场和电网运行，进行内部资质和协调的管控系统。

在这个定义之下，我们认为虚拟电厂实际上扮演两种角色，向内看虚拟电厂是将聚合的资源进行最优化调度之后，一方面达到能效最优一方面达到成本最优。向外看虚拟电厂同时有市场属性，通过参与电力市场的交易，通过经济杠杆因素或者碳的杠杆因素来把它当作目标的输入，保证内部包括能效最优以及经济最优。虚拟电厂目前的运行模式，团队总结起来，也是行业达成共识的。虚拟电厂的类型有三种，一种是电源性虚拟电厂，后面会有详细的片子介绍。第二是负荷性虚拟电厂，第三类是混合性虚拟电厂。对于电源性虚拟电厂，目前应用场景比较多的，或者通过在国网公司内部统计很多虚拟电厂，目前在国家很多虚拟电厂大部分是电源型虚拟电厂，像很多发电企业建立的虚拟电厂，目标是想通过把新能源打捆之后上网。

特别是分布式新能源，打捆上网之后，每度上网电价会比普通绿电多了7分钱，对光伏企业来说这7分钱能解决20-30%的利润。第二类是负荷性虚拟电厂，之前虽然概念上不见得能达成共识，但业务模式非常多，比较多的是需求响应，每个省，或者发改委或者经信委，在夏天或者冬天的时候都会有需求响应的业务出现，在巅峰负荷的时候，鼓励企业少用电的模式，去保证电网整个源和荷之间达到平抑。这一类型的虚拟电厂的业务模式包括需求响应也包括调峰调频，调峰服务是相对于能聚合负荷达到一定规模再实现。第三类是混合性虚拟电厂，虽然目前业态不是特别成熟，但我们认为这是将来国家所发展虚拟电厂的主要形态。

上午很多专家都在讲分布式能源，它的主体是什么?有源配电网或者增量配电网。增量配电网是很典型的混合性虚拟电厂，既有电源又有负荷，既能达到区域自治又能反向向电网供电，我们认为这种模式，混合性虚拟电厂将来是发展主流的趋势。

针对这几类虚拟电厂模式，我们团队也有自己的积累和研究。我们给出了整个虚拟电厂整体的解决方案是，从它的架构体系上应该分这几层，最底下的一层和终端和负荷接触的，无论是通过能源的采购装置，这是解决和底层厂站或者设备之间的通信问题，再往上应该有一层类似园区级或者城市级的虚拟电厂，它的主要目标是为了达到能效最优，或者为了达到内部节能最优的调整。再往上会有虚拟电厂的运营平台，会承担两个角色。

第一是虚拟电厂本身，跨虚拟电厂之间的调节和平衡，第二是本身需要运营，运营需要接入和管理平台，这是对接的整体虚拟电厂的架构。在架构体系下，也给出了我们团队研究认为虚拟电厂必须具备的几个模块。第一模块是刚才谈到的物联管理模块，它有南向和北向，南向更多是在接入数据，北向认为是为设备做通信。

再往上有聚合管理模块，聚合管理模块叫法不一，但虚拟电厂存在必须存在这块模块，虚拟电厂本身是聚沙成塔，将一些分散式负荷聚合或者分散式电源进行聚合，聚合完成之后需要和负荷做匹配，和负荷匹配完成之后再做调控，所以我们认为聚合模块是虚拟电厂必须存在的模块。

再往上是系统控制模块，仿真验证和负荷分解。这是两个大的方面，我们认为是必备的。现在所见到的虚拟电厂形态更多是类似区域级或者城市级的虚拟电厂。未来虚拟电厂一定是不同的虚拟电厂之间需要协同的工作模式，有的虚拟电厂电源属性会比较强，有的负荷性强，必然会要求跨台区区域的虚拟电厂之间会相互协同。

在相互协同过程中，电网拓扑结构会实时发生变化，我们认为必须得有仿真验证模块，在根据电网实时拓扑结构上，在下滑指令过程中要推演一遍指令，最起码保证变压器的容量满足指令的要求，以及负荷分解的控制指令，来了一个需求，比如说要调50兆瓦，必然会分解到不同的园区和用户间进行调整。

现在讲的这套体系里没有谈到虚拟电厂真正怎么存活。我们认为一定有所谓的商业模式存在，没有商业模式的激励和滋润，虚拟电厂不会长久，所以虚拟电厂必然有所谓的运营模块，面向市场运营模块要挣钱，我们建的比较多的是调峰调频、需求响应，以及后续的现货交易。

从整个对虚拟电厂定义结构来讲，虚拟电厂本身的业务类型和应用场景分两类，第一类叫支撑电网安全稳定运行的业务，前面提到过除了调峰调频和需求响应，更重要的是有前提分析。我们知道要做调峰调频之前有两个前提分析，第一是对初定的分析做预测合，第二是对负荷的前提分析做预测，所有工作都为了理合两个曲线。

第二是虚拟电厂对外运营的场景，对外运营的场景前面也提到过，包括绿证、碳排放以及用能权交易和智慧运维，这里花点时间解释一下用能权交易。用能权交易是团队不敢说首次提出，在产业实践上是最优先提出来的。用能权置换概念体系产生的背景是这样，现在在电网里有两种考核机制，如果作为售电厂商，在购买容量电量之后，或者现货交易电量之后面临的问题是偏差考核，买来50兆瓦电，如果没有按照规定曲线执行50兆瓦，售电厂商要被考核。第二类考核是所谓的需求响应，可以看到需求响应像上海每度电达到2块钱，需求响应一旦响应之后，如果没有按照电网公司的曲线降负荷，也会面临偏差考核。往往传统的方式是因为无论是售电公司还是负荷厂商，它们之间没办法交互，所以我们希望能构建用能权交易池。

我们把所有参加需求响应的资源和负荷企业放到统一的二级市场里。简单来讲两个企业，一个是A企业50兆瓦，B企业响应50兆瓦，由于某些原因，A企业只能响应40兆瓦，B企业响应60兆瓦。原来面临的问题是A企业要处罚，B企业多响应10兆瓦是浪费的，如果说能建立二级市场，把B的10兆瓦匀给A，A能达到最优的利，B也能达到经济利润的价值，这是一种形态。

我们认为这种形态不单单能解释用能权交易，更多的是可以启动分布式电源和储能，储能很多商业模式就是两充一放，可以启动储能和电源，通过少向电网买点，实际上变相也是在降负荷。我们认为用能权交易是在江苏高邮做出这么个业务模式，后面会详细的介绍。

应用案例上讲，今天国网山西的同事也在，我们在山西太原、浙江义乌、四川成都、江苏高邮都做了虚拟电厂的案例，点了四类典型的场景。山西太原虚拟电厂典型是园区型的虚拟电厂，它能够强控园区电动汽车达到永续充电，能强控园区空调负荷，按照经济最优，或者节能降碳最优，是强制控制型的虚拟电厂。浙江义乌的特点是聚合更多负荷侧的，比如说现在聚合更多的是达到的1.7万千瓦时，聚合更多资源是5G基站，每个5G基站都有所谓的储备电源，这个储备电源大部分情况下是不会用到的，如果在电网巅峰负荷的时候，让这些基站不再用电网的电，而是转向自备电源或者储能电源，一方面能够带来一部分利润收益，第二部分是降低电网负荷。第三是四川的成都，这是典型的充电汽车型的虚拟电厂。

我们研究这个领域行业的人都明白，充电汽车是非常优质的可调负荷，它的充电时序和功率都可以随着调节变化发生不同的变化。一个充电桩快充的容量和满充容量不一样。最后是江苏高邮，它是个典型的城市级虚拟电厂，我们认为它是政府主导型虚拟电厂，是由江苏发改委市政府主导的虚拟电厂。它做虚拟电厂的初衷只有一个，他们有很多企业，一到用电高峰期，目前政府要求的是强制永续用电，他们没有激励政策，希望构建优质企业想不停电就向停电企业购买用电权，政府就通过这个来保证整个公平公正的用电权交换以及整个生产安全。

下面两个之所以放到案例里，不能叫下一步的工作方向，是我们团队给的两个方向。第一是虚拟电厂业务的发展分享，提到了绿电交易、绿证交易、CCER等等，这个东西是在调研很多国内企业或者政府出来的，拿安徽蚌埠市为例，它有大量的玻璃产业，他们一直想把玻璃产业做大，但面临的问题是能效双控，我们知道玻璃是高能耗企业，碳排永远超标，所以不可能引进更多玻璃企业，希望能做到第一是引进新兴技术帮它做CCER或者做绿证，来降碳，另外一方面通过虚拟电厂的调度来节能，这样来支撑引进更多，扩大玻璃产业规划，所以我们认为将来虚拟电厂如果和碳集合在一起，也是很好的业务形态。第二是站在国网公司的角度，通过掌握的信息给出方向的建议，现在无论是国家标准还是国网公司出的技术规范，都有导向，会非常鼓励市场营利性的虚拟电厂大规模化发展。国网公司现在所谓的需求响应调节是临时性的，随便出一个政策商量好调节，没有储备池。他们希望通过虚拟电厂作为常规调节手段，只要想调节通过第三方虚拟电厂调节。

大的政策背景是这样，给的技术政策是国网公司现在有个新型负荷管理系统，希望将来所有虚拟电厂要接入新型负荷管理系统，因为行业里最全，时间精度最高的用户负荷数据是15分钟一个点的数据，如果拿到精准的数据，再去配合分布式电源做需求响应或者执行考核，相信未来既能够为能源的变革作出贡献，也能为企业带来经济价值，更能保证政府的用能安全。

我的分享完毕，谢谢大家!

主持人：谢谢刘主任!

为我们相信介绍了虚拟电厂的发展，从欧盟的虚拟电厂理念提出，到国内虚拟电厂的发展，结合公司虚拟电厂的业务以及应用的案例，给我们做了详细的介绍。

其实我们自己的理解，虚拟电厂也是通过链接聚合商、微电网，以及它们所辖的各类负荷、储能、微电网、电动汽车、分布式电源等参与电力市场交易来获利，同时帮助电力市场平和调节，既可以作为“正电厂”向系统供电调峰，又可作为“负电厂”加大负荷消纳配合，实现系统的平衡。虚拟电厂也是分布式领域非常关注的方向，再次感谢刘主任。