虚拟电厂产业生态,面临哪些瓶颈,如何找准突破点?

电力家 2023-08-14
4191 字丨阅读本文需 10 分钟

电力供需矛盾明显之际,作为解决方式之一的虚拟电厂热度再起。

中国这个世界上最大最复杂的电力系统正处于加速转型期,电力市场和电价机制亦在提速完善。虚拟电厂能为电网的需求提供灵活响应,随着政策推动,尚处于示范阶段的虚拟电厂正在加速走向入市交易。

东南大学电气工程学院电力经济技术研究所所长高赐威表示,虚拟电厂的价值已被起步较早的国外市场验证。华泰证券预测,我国虚拟电厂市场规模有望在2030年达到千亿元。

尽管拥有光明的未来,正在攻坚市场化的虚拟电厂尚面临许多挑战,涉及建设、盈利和规模化的方方面面。

虚拟电厂掀起热潮

千亿赛道蓄势待发

作为新型电力系统的一员,虚拟电厂的热度随着气候变化和电力保供等话题起起伏伏,但保持不变的是它受政策支撑的底色。

虚拟电厂并非真正的电厂,而是利用物联网技术形成的一套智慧能源管理系统,可以聚合不同空间的可调节负荷、储能和电源侧等海量碎片化的电力资源,实现协调共享互济和自主优化配置,参与电力系统运行和电力市场交易。

简单地说,像充换电站、光伏站、储能站,以及部分中央空调这样的灵活异质资源目前都是分布式管理。如果将它们纳入一个统一的电力系统中,这些体量小,但数量多、总量大的众多“小型电站”就能组合成一个发电量可观的虚拟电厂,达到削峰填谷的目的。

国家电网测算数据显示,通过火电厂实现电力系统的削峰填谷,满足5%的峰值负荷需要投资4000亿元,而通过虚拟电厂的话仅需500-600亿元,成本为火电厂的1/8左右,经济优势明显。

近三年来,国家密集出台利好政策,明确支持虚拟电厂发展提速。国家《“十四五”现代能源体系规划》提出“推动储能设施、虚拟电厂、用户可中断负荷等灵活性资源参与辅助服务”。国家发改委及能源局发布的《关于促进智能电网发展的指导意见》,提出推广虚拟电厂。涉及虚拟电厂的政策文件已达十多个。

在现实需求和政策支撑背景下,虚拟电厂在广东、浙江、江苏等全国多地加速落地。今年6月,国内首个网地一体虚拟电厂运营管理平台——深圳虚拟电厂迎来升级。深圳虚拟电厂成立于2022年8月,资源容量超150万千瓦、可调能力超30万千瓦,是目前国内数据采集密度最高、直控资源最多、应用场景最全的虚拟电厂。

当前,深圳已有1.8万根充电桩接入虚拟电厂管理中心。预计到2025年,深圳会建成具备100万千瓦级可调节能力的虚拟电厂,逐步形成年度最大负荷5%左右的稳定调节能力。

7月,深圳、广州、柳州三地同步开展虚拟电厂多功能联合调控,标志着我国首个区域级虚拟电厂投入运行。

8月,国内首家省级虚拟电厂管理中心——海南省虚拟电厂管理中心成立,目前已接入充换电站、5G基站、空调等资源,规模达到50万千瓦,接近大型发电厂的装机容量,预计到2025年将接入至少100万千瓦的虚拟电厂规模。

中信证券预计,到2025年虚拟电厂整体市场空间有望达到723亿元,到2030年有望进一步增长到1961亿元。

虚拟电厂产业生态

面临四大瓶颈

一是市场缺少标准和规则指引,容易导致多元化发展中的各类管理风险。

目前,虚拟电厂的需求方主要以电网企业为主。随着未来市场参与主体、应用场景和电网形态日趋丰富,地方政府、售电公司、物业公司、电力用户和其他主体都有可能成为新的需求方并延伸提出多样化需求。在不同利益目标驱动下,结合虚拟电厂存在“类电厂”的特征,未来虚拟电厂需求侧一方面存在响应资源与传统电厂“同权不同责”的管理标准缺失问题,另一方面也存在利益驱动下大型电源或支撑性电站非计划流入高回报市场的安全风险。此外,对虚拟电厂对象的界定不清晰,也容易导致部分项目重复打包、概念混淆、虚假负控等骗取补贴、审批和估值行为。

二是地理和行政区域约束限制了虚拟电厂运营商资源汇聚的能力施展和盈利空间。

受限于我国分区域甚至分台区电力平衡模式基础,大部分虚拟电厂运营商往往以城市行政边界开展资源摸排和洽谈,目前汇聚形成的电能量和灵活性资源也主要用于解决地市级甚至台区级电力平衡问题。该模式同时压缩了虚拟电厂的需求侧和供应侧两头市场,导致中间运营盈利空间和潜力有限。有限的利润空间限制了有能力的运营商的发展,且“一地一策”机制也增加了运营商的推广复制成本。

三是用户侧数字化进程仍显著低于虚拟电厂业态预期,负控基础薄弱。

资源侧数字化进程是虚拟电厂的根基和基础,但我国工业企业和建筑用户的数字化、智能化改造进程目前存在“投资冗余”和“投资匮乏”并存的窘境。大量典型能耗设备存在“一设备多表计、一设备多平台”的冗余监控问题,但其现有采集颗粒度、计量准确度和控制实效性又缺乏顶层规划。上游资源数字化基础的强弱不合理现状,直接导致虚拟电厂概念无法实质性落地运行或者建设成本陡增。大部分企业和用户的数字化基础设施存在“能看不能用”或“能看历史不能看实时”的空转情况,无法满足虚拟电厂柔性控制和动态响应需求。此外,负控设施权责归属问题、监测计量准确性问题、信息交互颗粒度问题、一设备受多平台控制导致的优先级不明确等诸多问题又进一步拉高了上游用户直接参与虚拟电厂的门槛和成本。

四是虚拟电厂的独立第三方交易监管机构更需要历史数据和管理经验的支撑,当前交易监管缺少运行基础。

从虚拟电厂产品本质及市场长期健康发展的需求来看,该服务类型其实具备以双边交易模式(含中间商)进行协商交易的可能性。因此,如果未来存在第三方交易监管机构,其核心价值将主要体现在需求发布透明性、指导价格合理性以及计量计费准确性三个方面。在我国当前电力市场建设、电力体制改革和电价定价机制中,交易监管的历史数据、运行经验和更新机制仍相对薄弱,难以为该产业监管方提供坚实支撑。

虚拟电厂产业规模化发展

可从六方面突破

一是以政策规划明确产业格局。建议在架构稳定、角色鲜明和权责清晰的产业发展架构下,鼓励地方政府结合城市虚拟电厂资源容量、结构、成本,因地制宜开展多环节市场引导。明确虚拟电厂“3+1”市场模式架构,“3”即虚拟电厂的上游资源方、中游运营方、下游需求方,“1”即独立于虚拟电厂市场之外的交易市场监管方/交易平台方。在明确产业架构及其分工角色的基础上,避免“运动员”“裁判员”和“记分员”混合竞赛甚至联合竞赛的情况,推动虚拟电厂市场良性发展。

二是以补贴激励把住有效切入点。建议明确本地虚拟电厂发展目标,予以“引流型”而非“奖励型”补贴激励。各区域发展虚拟电厂业态的初衷并不相同,有的区域是为了缓解阶段性电力紧缺,有的区域是为了促进新能源消纳,有的区域是为了带动产业上下游发展,还有的区域是为了补充市场交易元素等。与此同时,各区域发展虚拟电厂的实际堵点也不尽相同,包括用户数字化基础薄弱、需求并非真实存在、缺少交易市场环境等差异化困难。地方补贴激励应本着引导资金流入而非兜底买单的原则,主抓能撬动本地产业关键节点的项目和技术进行资金补贴和政策疏解。

三是以管理机制把握底线原则。建议公开发布并滚动更新虚拟电厂“类电厂”技术标准和要求,动态量化引导虚拟电厂与常规电厂合理同责同权。充分的同责同权机制不仅有利于清除市场中的短期套利行为,有助于需求侧长期稳定发挥虚拟电厂的“电厂价值”,有利于挖掘其精准、快速调节能力,更有益于引导产业技术良性迭代升级。因此,虚拟电厂管理或监管单位应结合本地产业当前发展阶段动态更新虚拟电厂的信息安全标准、并网技术规范、调节能力要求、补偿考核方式等原则和底线,从而分阶段推动产业常态化运作和发展。

四是市场规则要注意调整发展节奏。建议制定虚拟电厂分阶段发展标准,推动分阶段目标下虚拟电厂单体容量、地理范围、电压等级等准入指标的递进式升级。在虚拟电厂业态发展初期,应着力推动新业态、新模式与国家既有能源基础设施开展良性互动和渐进式融合改革。建设初期,建议引导虚拟电厂以省级平衡区为地理范围边界,在尽可能发挥其跨地理空间聚合资源优势的同时,减少对我国既有电力平衡模式的冲击,从而良性参与我国新型电力系统建设。

五是将数字化基础设施融入生产生活。切实推动用户数字化转型融入日常经营管理,进一步推动我国工业互联网深化落地。从虚拟电厂发展根基入手,切实推进相关资源的负控数字化进程在工业互联网基础上走深走实。真正体现数字化是为能源管理服务、为用户管理服务、为企业经营服务的本意。优先推动用户内既有负控资源充分利用,明确既有负控设备的资产转移和权限开放建议标准,为虚拟电厂等相关业态轻量化发展提供良好市场环境。

六是以资金智力引导市场发展。应鼓励引导资金和智力资源为虚拟电厂用户侧赋能,助推相关资源基于当前电力基础设施参与响应交易。长期来看,虚拟电厂业态较有可能分化发展。一是部分直控型虚拟电厂主体逐步融入现有配电网负荷控制系统,承担小微资源响应交易的主体责任并获取合理收益;二是上游资源方逐步形成自主响应能力,在用户内数字化基础上同时参与现货/辅助服务市场、碳交易市场、绿电市场等多类型交易;三是拥有大量自持负荷资源的大型售电公司、房地产商和企业等继续以“中间层”角色向下游提供虚拟电厂服务。在此市场中,提前布局并填补用户市场参与电源市场的技术空白和模式短板,有望推动该市场发展提前进入快车道。

市场化运营

先发企业有望受益

在碳中和和新型电力市场建设的趋势下,虚拟电厂已是可靠的方向。尤其是虚拟电厂对于电网和用电负荷方面具有积极作用,而这又跟百姓生活直接相关,发展空间有望进一步提升。

当前,虚拟电厂前景受到广泛看好,因而也吸引了众多企业入局。从企业类别来看,主要包括三类玩家:

一是电网信息化企业,依托在电力、通信领域经验技术和电网公司丰富的信息通信资源,具有开展虚拟电厂业务的先天优势,成为当前示范项目主力,如国电南瑞、国网信通、远光软件等;

二是智慧能源和IT领域方案提供商,主要依托能源领域系统开发、控制计量、数字化转型等技术储备实现虚拟电厂系统优化,通过与能源领域企业合作实现资源整合与业务拓展,如恒实科技等;

三是新能源、新型储能等领域企业也开展虚拟电厂技术研发和布局,如国能日新等。

不过需要注意的是,国内的虚拟电厂还处在发展初期,虽然相关技术已经比较成熟,但距离盈利和规模化的市场化运营还存在一定距离。比如在商业模式方面,主要通过政府机构或电力调度机构发出邀约信号,由负荷聚合商、虚拟电厂组织资源进行削峰、填谷等需求响应,与集合单元分成辅助服务收入盈利。

但需求响应能力的强化,本质是虚拟电厂的发展进阶。国金证券指出,虚拟电厂的建设包括邀约型、市场型、跨空间自主调度型三大阶段,需求响应包括系统导向和市场导向两种形式。未来,需求响应由系统导向到市场导向的发展转变,也就意味着虚拟电厂建设由第一阶段邀约主导转向第二阶段市场主导的模式进阶。

在此情况下,具有技术或资源优势、且策略布局较为完善的虚拟电厂标的或将优先受益。例如已实现市场化应用的国能日新,其储能业务作为虚拟电厂可聚合的资源类型之一,可以参与到调峰辅助服务、需求侧响应、以及电能量交易中。

虽然仍处于由政府部门牵头、各聚合商参与、共同完成的早期阶段,但虚拟电厂未来千亿级别的市场规模已无需置疑。随着我国电力中长期、现货、辅助服务市场等机制的不断完善,我国虚拟电厂这步棋能走哪里,也值得更多关注。

文章来源: 中能传媒,华夏时报,能源皮匠

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