電力現(xiàn)貨市場環(huán)境下虛擬電廠發(fā)展的冷思考

　　近年來，隨著新能源電源的快速發(fā)展，電網(wǎng)低谷時段保消納問題突出，同時由于電能替代等因素影響，電網(wǎng)高峰時段保供壓力漸增。為了解決保消納、保供問題，電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行需要大量同時具備上調(diào)和下調(diào)能力的調(diào)節(jié)性電源。但是建設(shè)抽蓄、電化學(xué)儲能等常規(guī)調(diào)節(jié)性電源的缺點(diǎn)明顯，其一是固定投資大、建設(shè)周期長;其二是存在15%～25%的能量轉(zhuǎn)換損耗。在這個大背景下，具備常規(guī)調(diào)節(jié)性電源同等功效的虛擬電廠脫穎而出，得到國內(nèi)資本界和產(chǎn)業(yè)界的推崇，成為新型電力系統(tǒng)的熱門概念和發(fā)展風(fēng)口。

　　虛擬電廠的功能定位和市場空間

　　虛擬電廠聚合的電力資源包括分布式新能源、儲能和電力負(fù)荷。從電網(wǎng)側(cè)看，虛擬電廠對外可以呈現(xiàn)為提供出力的電源，也可以呈現(xiàn)為純粹的用電負(fù)荷，在價格機(jī)制激勵下，虛擬電廠可以通過內(nèi)部控制手段，實(shí)現(xiàn)從電源到負(fù)荷的雙向狀態(tài)轉(zhuǎn)換，以求獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。在國內(nèi)，由于虛擬電廠聚合的電源資源通常小于負(fù)荷資源，對外一般呈現(xiàn)凈負(fù)荷特性，因此，將虛擬電廠同負(fù)荷聚合商、可調(diào)節(jié)負(fù)荷等一起歸類為需求側(cè)資源。

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

　　在電力現(xiàn)貨市場，在低電價時段虛擬電廠可以多用電，在高電價時段虛擬電廠可以少用電甚至提供電，由此獲得的差價收益可由虛擬電廠聚合的資源內(nèi)部分享。

　　在電力輔助服務(wù)市場，虛擬電廠可以參與調(diào)峰、調(diào)頻輔助服務(wù)市場。調(diào)峰是在電力現(xiàn)貨市場缺位情況下的特有輔助服務(wù)，必將隨著現(xiàn)貨市場的建設(shè)和完善逐步融合消失。調(diào)頻分為一次調(diào)頻和AGC調(diào)頻，一次調(diào)頻的響應(yīng)時間要求為秒級，虛擬電廠聚合資源眾多、調(diào)節(jié)性能各異，且控制指令下發(fā)鏈條偏長，很難滿足一次調(diào)頻時間要求，因此，虛擬電廠參與調(diào)頻輔助服務(wù)市場通常是指參與AGC調(diào)頻市場。AGC調(diào)頻的響應(yīng)時間要求為分鐘級，按照最新版《電網(wǎng)運(yùn)行準(zhǔn)則》(GB/T 31464-2022)規(guī)定，AGC發(fā)送指令的周期不大于30秒，這對虛擬電廠的調(diào)節(jié)能力提出了較高的要求。事實(shí)上，在AGC調(diào)頻市場最重要的兩個技術(shù)指標(biāo)即調(diào)節(jié)速率和調(diào)節(jié)精度上，虛擬電廠并不具備優(yōu)勢，因此，AGC調(diào)頻市場可能不是虛擬電廠發(fā)揮效能的主戰(zhàn)場。

　　電力現(xiàn)貨市場環(huán)境下虛擬電廠發(fā)展將受限

　　國內(nèi)電力現(xiàn)貨市場基本采用節(jié)點(diǎn)電價體系，個別省份例如江蘇，采用的分區(qū)電價體系也是先計(jì)算出節(jié)點(diǎn)電價，然后再加權(quán)平均得出分區(qū)電價。節(jié)點(diǎn)電價計(jì)算的前提條件是所有的發(fā)電和負(fù)荷必須放在具體的節(jié)點(diǎn)(在國內(nèi)電力現(xiàn)貨市場模型中，節(jié)點(diǎn)的最小顆粒度為220千伏母線)。換句話說，節(jié)點(diǎn)電價機(jī)制要求虛擬電廠聚合的資源必須位于同一節(jié)點(diǎn)，不允許跨節(jié)點(diǎn)聚合。因?yàn)椴煌?jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電價不同，代表不同節(jié)點(diǎn)資源的結(jié)算電價不同，其發(fā)出的經(jīng)濟(jì)激勵信號也不盡相同。例如高價節(jié)點(diǎn)鼓勵負(fù)荷減少用電，而低價節(jié)點(diǎn)鼓勵負(fù)荷增加用電，在這種情況下，跨節(jié)點(diǎn)聚合資源的虛擬電廠無法面對不同的節(jié)點(diǎn)電價進(jìn)行響應(yīng)。如果聚合的資源跨了節(jié)點(diǎn)，那么虛擬電廠必須按節(jié)點(diǎn)進(jìn)行拆分。也就是說，在節(jié)點(diǎn)電價體系下，每個虛擬電廠聚合資源的范圍均被嚴(yán)格限定在單個節(jié)點(diǎn)內(nèi)部，其聚合規(guī)模將受到極大限制，因此，虛擬電廠的容量規(guī)模注定做不大。

　　目前，國內(nèi)現(xiàn)貨市場負(fù)荷側(cè)基本采用報(bào)量不報(bào)價方式參與市場。負(fù)荷側(cè)采用統(tǒng)一的發(fā)電節(jié)點(diǎn)加權(quán)平均電價作為結(jié)算電價。從一定意義上說，現(xiàn)階段負(fù)荷側(cè)并未真正參與現(xiàn)貨市場，不能對節(jié)點(diǎn)電價的高低進(jìn)行有效的響應(yīng)，也不具備相應(yīng)的靈活調(diào)節(jié)性。這里隱含了兩層意義：其一，用戶電價是事后結(jié)算的，事前并不知曉，用戶負(fù)荷失去了隨電價調(diào)節(jié)負(fù)荷的客觀可能性;其二，在省級市場范圍內(nèi)所有用戶的電價是相同的，失去了節(jié)點(diǎn)價格隨位置而不同的地理屬性。正是因?yàn)楝F(xiàn)階段負(fù)荷側(cè)沒有真正參與節(jié)點(diǎn)電價結(jié)算，才使得節(jié)點(diǎn)沒有成為制約虛擬電廠聚合范圍的約束條件，虛擬電廠的容量規(guī)模才得以擴(kuò)大。當(dāng)前的現(xiàn)狀是只要同屬同一個省級市場，其內(nèi)部資源無論身處何處，都可以聚合至單個虛擬電廠。值得指出的是，隨著電力現(xiàn)貨市場的深入推進(jìn)，負(fù)荷側(cè)將以報(bào)量報(bào)價方式參與現(xiàn)貨市場，并且按照所在節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電價進(jìn)行結(jié)算。在這個階段，虛擬電廠跨節(jié)點(diǎn)聚合資源的情形將不復(fù)存在，其發(fā)展規(guī)模將受到較大限制。更為重要的是，在節(jié)點(diǎn)電價體系下，即使是只聚合單個節(jié)點(diǎn)內(nèi)部資源的虛擬電廠，其存在的意義也將大打折扣。因?yàn)閱蝹€資源可以自主響應(yīng)節(jié)點(diǎn)電價進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而直接獲得相應(yīng)收益，參與聚合的意義不大。需要說明的是，只有節(jié)點(diǎn)電價型現(xiàn)貨市場對虛擬電廠資源聚合范圍有這個約束，而雙邊交易型現(xiàn)貨市場并不存在這個約束，這也是虛擬電廠在以節(jié)點(diǎn)電價為主的美國電力市場沒有得到蓬勃發(fā)展的主要原因所在。

　　雙邊交易型現(xiàn)貨市場對用戶用電行為嚴(yán)格遵循交易曲線的要求很高，可能并不適用于國內(nèi)市場，所以國內(nèi)現(xiàn)貨市場均為節(jié)點(diǎn)電價型現(xiàn)貨市場。盡管自身也存在出清結(jié)果難以解釋、新能源高占比市場長時間負(fù)電價不盡合理等諸多問題，但節(jié)點(diǎn)電價體系仍然是目前世界上完美結(jié)合電力系統(tǒng)物理特性和商品市場經(jīng)濟(jì)特性的最好的現(xiàn)貨市場核心理論，短期內(nèi)不存在任何被取代的可能性。因此，節(jié)點(diǎn)電價體系對虛擬電廠發(fā)展的限制是需要認(rèn)真考慮的現(xiàn)實(shí)問題。

　　電力現(xiàn)貨市場環(huán)境下虛擬電廠發(fā)展方向探討

　　在電力現(xiàn)貨市場環(huán)境下，節(jié)點(diǎn)電價體系只是限制了虛擬電廠的擴(kuò)張，而不是杜絕了虛擬電廠的發(fā)展。在節(jié)點(diǎn)內(nèi)部，虛擬電廠還是可以大有作為的，但是其發(fā)展思路應(yīng)該有所轉(zhuǎn)變，不再聚合普通資源，而應(yīng)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(yùn)行的安全風(fēng)險，又可以充分發(fā)揮虛擬電廠的體量優(yōu)勢，提高單個分布式新能源的市場收益，真正體現(xiàn)虛擬電廠的多重價值。

　　隨著分布式新能源裝機(jī)的迅猛增長，分布式新能源缺乏必要控制手段的問題逐漸凸顯，給電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行帶來了不可忽視的安全風(fēng)險。例如，在日出時段，分布式光伏發(fā)電出力迅速從零上升至滿功率，其爬坡率遠(yuǎn)超常規(guī)火電機(jī)組甚至水電機(jī)組爬坡率，通常造成電網(wǎng)時段性高頻，這是困擾電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的現(xiàn)實(shí)問題，也是虛擬電廠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后，通過聚合平臺的控制手段，可以實(shí)現(xiàn)對分布式新能源出力的有效控制，也就是說，虛擬電廠能夠提高分布式新能源的電網(wǎng)友好性，這也是虛擬電廠的安全價值所在。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(jié)點(diǎn)進(jìn)行聚合是可行的。不同節(jié)點(diǎn)的分布式新能源聚合成不同的虛擬電廠，一方面解決了分布式新能源不可控制的電網(wǎng)運(yùn)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(xiàn)貨市場環(huán)境下，單個分布式新能源只能是節(jié)點(diǎn)電價的被動接受者，而作為分布式新能源聚合體的虛擬電廠可以通過報(bào)量報(bào)價的方式參與市場運(yùn)營，有效提高整體收益，再通過公平合理的內(nèi)部收益分配機(jī)制來提高單個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(diào)度控制中心