電力現貨市場(chǎng)環(huán)境下虛擬電廠(chǎng)發(fā)展的冷思考

　　近年來(lái)，隨著(zhù)新能源電源的快速發(fā)展，電網(wǎng)低谷時(shí)段保消納問(wèn)題突出，同時(shí)由于電能替代等因素影響，電網(wǎng)高峰時(shí)段保供壓力漸增。為了解決保消納、保供問(wèn)題，電網(wǎng)調度運行需要大量同時(shí)具備上調和下調能力的調節性電源。但是建設抽蓄、電化學(xué)儲能等常規調節性電源的缺點(diǎn)明顯，其一是固定投資大、建設周期長(cháng);其二是存在15%～25%的能量轉換損耗。在這個(gè)大背景下，具備常規調節性電源同等功效的虛擬電廠(chǎng)脫穎而出，得到國內資本界和產(chǎn)業(yè)界的推崇，成為新型電力系統的熱門(mén)概念和發(fā)展風(fēng)口。

　　虛擬電廠(chǎng)的功能定位和市場(chǎng)空間

　　虛擬電廠(chǎng)聚合的電力資源包括分布式新能源、儲能和電力負荷。從電網(wǎng)側看，虛擬電廠(chǎng)對外可以呈現為提供出力的電源，也可以呈現為純粹的用電負荷，在價(jià)格機制激勵下，虛擬電廠(chǎng)可以通過(guò)內部控制手段，實(shí)現從電源到負荷的雙向狀態(tài)轉換，以求獲得最大的經(jīng)濟效益。在國內，由于虛擬電廠(chǎng)聚合的電源資源通常小于負荷資源，對外一般呈現凈負荷特性，因此，將虛擬電廠(chǎng)同負荷聚合商、可調節負荷等一起歸類(lèi)為需求側資源。

　　虛擬電廠(chǎng)和微網(wǎng)的最大區別在于微網(wǎng)的電源和負荷均處在同一地理位置，而虛擬電廠(chǎng)聚合的資源可以位于同一電網(wǎng)的不同地理位置。虛擬電廠(chǎng)最顯著(zhù)的特點(diǎn)是出力或者負荷可以靈活調節，這就為虛擬電廠(chǎng)參與電力市場(chǎng)創(chuàng )造了條件。

　　在電力現貨市場(chǎng)，在低電價(jià)時(shí)段虛擬電廠(chǎng)可以多用電，在高電價(jià)時(shí)段虛擬電廠(chǎng)可以少用電甚至提供電，由此獲得的差價(jià)收益可由虛擬電廠(chǎng)聚合的資源內部分享。

　　在電力輔助服務(wù)市場(chǎng)，虛擬電廠(chǎng)可以參與調峰、調頻輔助服務(wù)市場(chǎng)。調峰是在電力現貨市場(chǎng)缺位情況下的特有輔助服務(wù)，必將隨著(zhù)現貨市場(chǎng)的建設和完善逐步融合消失。調頻分為一次調頻和AGC調頻，一次調頻的響應時(shí)間要求為秒級，虛擬電廠(chǎng)聚合資源眾多、調節性能各異，且控制指令下發(fā)鏈條偏長(cháng)，很難滿(mǎn)足一次調頻時(shí)間要求，因此，虛擬電廠(chǎng)參與調頻輔助服務(wù)市場(chǎng)通常是指參與AGC調頻市場(chǎng)。AGC調頻的響應時(shí)間要求為分鐘級，按照最新版《電網(wǎng)運行準則》(GB/T 31464-2022)規定，AGC發(fā)送指令的周期不大于30秒，這對虛擬電廠(chǎng)的調節能力提出了較高的要求。事實(shí)上，在A(yíng)GC調頻市場(chǎng)最重要的兩個(gè)技術(shù)指標即調節速率和調節精度上，虛擬電廠(chǎng)并不具備優(yōu)勢，因此，AGC調頻市場(chǎng)可能不是虛擬電廠(chǎng)發(fā)揮效能的主戰場(chǎng)。

　　電力現貨市場(chǎng)環(huán)境下虛擬電廠(chǎng)發(fā)展將受限

　　國內電力現貨市場(chǎng)基本采用節點(diǎn)電價(jià)體系，個(gè)別省份例如江蘇，采用的分區電價(jià)體系也是先計算出節點(diǎn)電價(jià)，然后再加權平均得出分區電價(jià)。節點(diǎn)電價(jià)計算的前提條件是所有的發(fā)電和負荷必須放在具體的節點(diǎn)(在國內電力現貨市場(chǎng)模型中，節點(diǎn)的最小顆粒度為220千伏母線(xiàn))。換句話(huà)說(shuō)，節點(diǎn)電價(jià)機制要求虛擬電廠(chǎng)聚合的資源必須位于同一節點(diǎn)，不允許跨節點(diǎn)聚合。因為不同節點(diǎn)的節點(diǎn)電價(jià)不同，代表不同節點(diǎn)資源的結算電價(jià)不同，其發(fā)出的經(jīng)濟激勵信號也不盡相同。例如高價(jià)節點(diǎn)鼓勵負荷減少用電，而低價(jià)節點(diǎn)鼓勵負荷增加用電，在這種情況下，跨節點(diǎn)聚合資源的虛擬電廠(chǎng)無(wú)法面對不同的節點(diǎn)電價(jià)進(jìn)行響應。如果聚合的資源跨了節點(diǎn)，那么虛擬電廠(chǎng)必須按節點(diǎn)進(jìn)行拆分。也就是說(shuō)，在節點(diǎn)電價(jià)體系下，每個(gè)虛擬電廠(chǎng)聚合資源的范圍均被嚴格限定在單個(gè)節點(diǎn)內部，其聚合規模將受到極大限制，因此，虛擬電廠(chǎng)的容量規模注定做不大。

　　目前，國內現貨市場(chǎng)負荷側基本采用報量不報價(jià)方式參與市場(chǎng)。負荷側采用統一的發(fā)電節點(diǎn)加權平均電價(jià)作為結算電價(jià)。從一定意義上說(shuō)，現階段負荷側并未真正參與現貨市場(chǎng)，不能對節點(diǎn)電價(jià)的高低進(jìn)行有效的響應，也不具備相應的靈活調節性。這里隱含了兩層意義：其一，用戶(hù)電價(jià)是事后結算的，事前并不知曉，用戶(hù)負荷失去了隨電價(jià)調節負荷的客觀(guān)可能性;其二，在省級市場(chǎng)范圍內所有用戶(hù)的電價(jià)是相同的，失去了節點(diǎn)價(jià)格隨位置而不同的地理屬性。正是因為現階段負荷側沒(méi)有真正參與節點(diǎn)電價(jià)結算，才使得節點(diǎn)沒(méi)有成為制約虛擬電廠(chǎng)聚合范圍的約束條件，虛擬電廠(chǎng)的容量規模才得以擴大。當前的現狀是只要同屬同一個(gè)省級市場(chǎng)，其內部資源無(wú)論身處何處，都可以聚合至單個(gè)虛擬電廠(chǎng)。值得指出的是，隨著(zhù)電力現貨市場(chǎng)的深入推進(jìn)，負荷側將以報量報價(jià)方式參與現貨市場(chǎng)，并且按照所在節點(diǎn)的節點(diǎn)電價(jià)進(jìn)行結算。在這個(gè)階段，虛擬電廠(chǎng)跨節點(diǎn)聚合資源的情形將不復存在，其發(fā)展規模將受到較大限制。更為重要的是，在節點(diǎn)電價(jià)體系下，即使是只聚合單個(gè)節點(diǎn)內部資源的虛擬電廠(chǎng)，其存在的意義也將大打折扣。因為單個(gè)資源可以自主響應節點(diǎn)電價(jià)進(jìn)行調節，從而直接獲得相應收益，參與聚合的意義不大。需要說(shuō)明的是，只有節點(diǎn)電價(jià)型現貨市場(chǎng)對虛擬電廠(chǎng)資源聚合范圍有這個(gè)約束，而雙邊交易型現貨市場(chǎng)并不存在這個(gè)約束，這也是虛擬電廠(chǎng)在以節點(diǎn)電價(jià)為主的美國電力市場(chǎng)沒(méi)有得到蓬勃發(fā)展的主要原因所在。

　　雙邊交易型現貨市場(chǎng)對用戶(hù)用電行為嚴格遵循交易曲線(xiàn)的要求很高，可能并不適用于國內市場(chǎng)，所以國內現貨市場(chǎng)均為節點(diǎn)電價(jià)型現貨市場(chǎng)。盡管自身也存在出清結果難以解釋、新能源高占比市場(chǎng)長(cháng)時(shí)間負電價(jià)不盡合理等諸多問(wèn)題，但節點(diǎn)電價(jià)體系仍然是目前世界上完美結合電力系統物理特性和商品市場(chǎng)經(jīng)濟特性的最好的現貨市場(chǎng)核心理論，短期內不存在任何被取代的可能性。因此，節點(diǎn)電價(jià)體系對虛擬電廠(chǎng)發(fā)展的限制是需要認真考慮的現實(shí)問(wèn)題。

　　電力現貨市場(chǎng)環(huán)境下虛擬電廠(chǎng)發(fā)展方向探討

　　在電力現貨市場(chǎng)環(huán)境下，節點(diǎn)電價(jià)體系只是限制了虛擬電廠(chǎng)的擴張，而不是杜絕了虛擬電廠(chǎng)的發(fā)展。在節點(diǎn)內部，虛擬電廠(chǎng)還是可以大有作為的，但是其發(fā)展思路應該有所轉變，不再聚合普通資源，而應聚焦于聚合分布式新能源，特別是分布式光伏發(fā)電，這既可以降低電網(wǎng)運行的安全風(fēng)險，又可以充分發(fā)揮虛擬電廠(chǎng)的體量?jì)?yōu)勢，提高單個(gè)分布式新能源的市場(chǎng)收益，真正體現虛擬電廠(chǎng)的多重價(jià)值。

　　隨著(zhù)分布式新能源裝機的迅猛增長(cháng)，分布式新能源缺乏必要控制手段的問(wèn)題逐漸凸顯，給電網(wǎng)調度運行帶來(lái)了不可忽視的安全風(fēng)險。例如，在日出時(shí)段，分布式光伏發(fā)電出力迅速從零上升至滿(mǎn)功率，其爬坡率遠超常規火電機組甚至水電機組爬坡率，通常造成電網(wǎng)時(shí)段性高頻，這是困擾電網(wǎng)調度運行的現實(shí)問(wèn)題，也是虛擬電廠(chǎng)可以有所作為的新發(fā)展方向。將分散的分布式新能源聚合到虛擬電廠(chǎng)后，通過(guò)聚合平臺的控制手段，可以實(shí)現對分布式新能源出力的有效控制，也就是說(shuō)，虛擬電廠(chǎng)能夠提高分布式新能源的電網(wǎng)友好性，這也是虛擬電廠(chǎng)的安全價(jià)值所在。盡管分布式新能源點(diǎn)多面廣，但在地理位置上相近，按照節點(diǎn)進(jìn)行聚合是可行的。不同節點(diǎn)的分布式新能源聚合成不同的虛擬電廠(chǎng)，一方面解決了分布式新能源不可控制的電網(wǎng)運行難題，另一方面也為分布式新能源提供了新的發(fā)展空間。此外，在電力現貨市場(chǎng)環(huán)境下，單個(gè)分布式新能源只能是節點(diǎn)電價(jià)的被動(dòng)接受者，而作為分布式新能源聚合體的虛擬電廠(chǎng)可以通過(guò)報量報價(jià)的方式參與市場(chǎng)運營(yíng)，有效提高整體收益，再通過(guò)公平合理的內部收益分配機制來(lái)提高單個(gè)分布式新能源的收益，這方面的研究和實(shí)踐值得進(jìn)一步探索。

　　本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2024年10期，作者供職于國家電網(wǎng)有限公司華東分部調度控制中心