安徽電網虛擬電廠發展潛力及可行場景分析

國網安徽省電力有限公司經濟技術研究院 楊 敏 馬燕如 劉 麗 王 寶

虛擬電廠打破了傳統電力系統發、用電之間的界限，具有強大的發用電資源整合能力，勢必成為“十四五”能源轉型升級的重要推手，也有望成為電網企業轉型發展的重要新興業務。后疫情時代，安徽經濟增速進入“穩中趨緩”的新常態，國網某電力公司生產經營面臨政府監管加強、電力市場化改革深化、新型電力系統建設提速、新型負荷增多等方面壓力。

1 安徽電網發展虛擬電廠的必要性分析

從緩解夏季短時供電缺口、應對未來大規模電動汽車分散無序充電、促進分布式電源消納等三個角度，分析論證安徽發展虛擬電廠的必要性。

1.1 緩解夏季短時供電缺口

安徽煤電發展放緩，電力供需平衡難度大，“十四五”期間電力缺口達到千萬千瓦級，能源局預測全省2022—2024年電力供需形勢為紅色預警。如何緩解夏季短時供電缺口，將是擺在安徽電力工業發展進程中的重要問題。按照“十四五”電力規劃的總體部署，“十四五”期間，我國新型電力系統建設對發電側靈活性資源改造提出了較高的要求。而虛擬電廠正是可以將各類需求側響應資源有機聚合的技術組態，不僅可有效調動需求側響應資源，還能夠使需求側響應資源和供給側資源以及儲能資源有效結合，從而發揮出比單純調動需求側資源更好的作用。

作為一種需求側響應方式，虛擬電廠可通過利用用戶的電力消耗彈性，緩解高峰負荷時段的電力供應緊張狀況，這對于降低發電上網電價、增強電力系統經濟性和安全運行起到了積極作用。虛擬電廠具備高度靈活可調性，可通過簽訂可中斷負荷合同或多方管理協議等方式，按計劃執行聚合負荷的調控與管理，有效控制電力峰谷差，提高社會資源的利用效率，以實現社會效益的最優化。

1.2 應對大規模電動汽車無序充電

作為一種重要的新型負荷形式，電動汽車負荷對電網特別是配電網的影響正在逐步顯現，大量電動汽車的無序充電為電網安全穩定運行帶來挑戰，并在一定程度上造成負面沖擊。實現對電動汽車新型負荷的管理面臨點多面廣的挑戰。而虛擬電廠具有對分布式資源“集而成團、聚沙成塔”的技術優勢，在華東、華南等具備條件的地區構建電動汽車驅動型虛擬電廠，統籌管理電動汽車、充換儲一體化電站以及其他可中斷負荷資源，有較強的實踐可行性和應用必要性[1]。

其次，電動汽車需求響應資源與電力系統動態平衡，需要采用合適的技術實現形式走規模化納入、局部平衡的技術路線，虛擬電廠無疑屬于具備上述特點的技術路線。近年來，相關研究人員先后提出面向虛擬電廠，并考慮電動汽車充電需求的分層日前電力調度系統模型[2]、VPP參與下的電力市場協調調度優化模型、包含單一資源（電動汽車）分散控制的虛擬電廠調度策略等技術路線，為虛擬電廠應對大規模電動汽車并網挑戰提供有效技術支撐。最后，由于虛擬電廠具有基于配電網融匯分散式“源網荷儲”資源的重要作用，不僅是電力領域一類重要的運作平臺，同樣是電力生態圈的重要組成部分。通過發展電動汽車型虛擬電廠，無疑可以實現兩類平臺生態圈的有機銜接。

1.3 促進分布式電源消納

目前，安徽分布式光伏占本地電源比重已超10%。隨著新型電力系統加快構建，分布式光伏等作為新能源開發利用的重要形式，將迎來倍增發展機遇，其裝機占比將進一步提升。分布式光伏接入配電網后，改變了配電網各支路潮流的單向流動模式，將對配電網運行帶來一定影響。

虛擬電廠通過整合分布式光伏、分散式風電以及小型生物質發電等分布式電源資源，利用大數據和人工智能等數據分析和能源預測技術，統籌管理并實時監測電源設備的數據情況，優化分布式電源能量產生和儲存的運行狀態，以更好地適應不同的能源需求和生產條件，解決分布式電源與中心電網耦合性較差、供需不平衡及能源浪費等問題，從而最大限度地提升分布式電源的消納效率。同時，考慮分布式電源規模小、數量多等特點，作為分布式電源市場化運營的重要方式，虛擬電廠具有適應大規模分布式電源市場化運營的天然技術優勢，為促進分布式電源消納，提供了可行、有效的市場化途徑。

2 安徽電網發展虛擬電廠的可行性分析

從負荷側和電源側等靈活調節資源潛力大、支撐虛擬電廠運營的市場化機制逐步形成等維度，分析論證安徽發展虛擬電廠的可行性。

2.1 各類靈活調節資源潛力分析

2.1.1 工商業和居民柔性負荷調節潛力分析

近年來，安徽電力需求逐年增長，全社會用電量年均增長率約為9.2%。其中，第一產業用電量年均增長23.3%，第二產業用電量年均增長7.8%，第三產業用電量年均增長11.3%，城鄉居民生活用電量年均增長11.0%。安徽省全社會用電量占比情況如下：第一產業用電量1%，第二產業用電量63%，第三產業用電量18%，城鄉居民生活用電量18%。

從負荷調節能力方面來看，安徽工業需求響應資源增長速度不及服務業，體現了安徽經濟增長動能逐步由工業轉向服務業轉移。工業需求響應資源潛力相對較小，主要由于安徽最大負荷一般發生在夏季晚間21：00點，此時工業因執行高峰電價，用電負荷為全天最低谷，可轉移負荷規模有限。安徽2025年居民需求響應潛力達約125萬kW，可削峰潛力較大。安徽夏季空調負荷中居民生活貢獻近80%，居民空調負荷已成為夏季尖峰負荷重要組成部分，引導居民用戶調整尖峰時段空調負荷水平，可起到較好的削峰效果。

表1 安徽需求響應資源潛力

2.1.2 電動汽車充換電負荷調節潛力分析

電動汽車大規模接入電網時，通過設計電動汽車智能充電方案，有效引導汽車到電網之間的雙向通信和能量交換行為（V2G行為），可實現對電網的削峰填谷作用，電動車規模越大，這一效應越顯著。引導電動汽車有序充電需要從提升電網智能化水平、建立電動汽車充放電標準、完善充放電市場價格機制、提升用戶認知等多個方面持續探索和創新方法與機制。例如，可通過信息交互和智能控制設備進行功率的實時調節，輔以充放電補貼等方式引導消費者行為，以實現在用電高峰降低充電功率、鼓勵個人、商業電動車和換電站進行放電，在用電低谷時滿功率充電、鼓勵個人、商業電動車和換電站進行充電的引導目標。

2.1.3 分布式儲能發展潛力分析

2017年，國家發展和改革委員會、國家能源局等五部委聯合提出鼓勵用戶側建設分布式儲能系統，完善用戶側儲能系統支持政策。2018年7月，國家發展和改革委員會要求進一步擴大銷售側峰谷電價執行范圍，擴大高峰、低谷價差，利用峰谷價差等市場化機制促進儲能發展。此后江蘇、山東等地相繼出臺用戶側儲能支持政策，從完善峰谷電價機制、提供資金補貼支持、參與電力市場交易等方面，推動用戶側儲能發展。受產業結構升級、第三產業和居民生活用電等用電峰谷特性明顯負荷比重上升等影響，安徽用電負荷尖峰化特性特征越發突出，最大峰谷差逐年遞增，春秋季調峰形勢嚴峻，現有火電機組深度調峰、抽水蓄能等調峰資源逐漸無法滿足電網調峰需求，分布式儲能發展需求緊迫。

2.2 電力市場機制分析

建設高標準能源市場體系已成為我國新時代能源發展的重要抓手。隨著電力市場建設進程的推進，在全國高標準電力市場體系的場景下，安徽也將形成中長期市場為主體、現貨市場為補充，涵蓋電能量、輔助服務、發電權、輸電權和容量補償等多交易品種的市場體系，電力市場將最大限度還原電力商品屬性，實現市場配置資源、釋放價格信號、反映成本特性、增強需求彈性、引導電力投資、調動系統靈活性資源、促進源網荷儲有效互動、引導多元主體參與系統運行決策的多重功能。

3 安徽虛擬電廠典型應用場景

虛擬電廠依據其聚合的內部資源類型的差異，區分了不同的技術實施模式，基本可分為完全由分布式發電單元構成的供應側主導型驅動場景，主要由可調整負荷構成的需求側技術驅動模式、同時擁有發電單元，以及可控負荷的源荷混合技術驅動模式三種。

3.1 需求側驅動虛擬電廠

需求側主導驅動虛擬電廠由受電力用戶主導、通過改變電力消費模式可進行有效調整的可控負荷構成。按照響應方式的不同，可控負荷可分為兩大類：基于電價的可轉移負荷以及基于激勵的可中斷負荷。需求側驅動虛擬電廠的合理調度，有利于資源的利用最大化，但因不含發電單元，無法自主供電，且可控負荷主要受電力用戶主導，而電力用戶的決策與多種因素相關。當外部環境發生變化、電力用戶獲取信息不完全，以及對信息的決策處理出現偏好性和局限性時，會導致可控負荷的變化出現偏差，所以僅可配合其他電廠供電，實現輔助功能。

圖1 需求側驅動虛擬電廠運營體系

3.2 供給側驅動虛擬電廠

供應側驅動虛擬電廠由分布式發電機組、分布式儲能裝置等發電單元構成。當系統處于峰谷時段時，通過合理調整機組出力或儲能裝置充放電過程，改變電力供應情況以適應需求側的電力需求，提高電能利用率和系統穩定性。供應側主導驅動型虛擬電廠由于配置了發電單元，可快速跟蹤負荷變化，實現獨立自主供電。但供應側主導驅動型虛擬電廠忽略了需求側電力用戶的電力消費模式的改變，在用電低谷時，則可能造成不必要的能源浪費。

圖2 供給側驅動虛擬電廠運營體系

3.3 源荷混合型虛擬電廠

源荷混合技術驅動虛擬電廠由分布式發電機組、儲能和可控負荷等資源聚合而成，通過能量管理系統的優化控制，實現更為安全、可靠和清潔的供電。源荷混合型虛擬電廠最大限度的發揮虛擬電廠對分布式資源的內部協調和互濟作用，使得虛擬電廠的外部特性能夠得以全面的充分的發揮，這些外部特性主要表現為出力伸縮性、源荷兩相性、環境友好性等方面。

圖3 源荷混合型虛擬電廠運營體系

綜上所述，開展適應安徽特點的虛擬電廠典型應用場景及其商業模式研究，是安徽電力公司主動適應內外部環境變化，創新經營生產管理理念的重要舉措，也為安徽虛擬電廠落地實施和公司新業務開辟提供了理論基礎和前瞻性科學儲備，具有重要指導意義。