储能型虚拟电厂的建设与思考分析报告

1、2022年9月储能型虚拟电厂的建设与思考个人简介简介：电力系统及自动化专业，工学硕士，高级工程师，高级项目 经理，任职于国网上海能源互联网研究院有限公司，上海交 通大学博士研究生，中电联能源互联网标委会虚拟电厂工作 组召集人兼秘书，主要从事虚拟电厂技术、需求响应，电力 市场与电力经济，综合能源系统等领域研究，参加完成国际 标准1项，国家标准3项，公司标准5项，申请发明专利6项， 授权2项，发表论文数十篇，主持和参与完成国家重点研发计 划项目3项，国网科技项目十余项。左娟zuojuan2目录一、虚拟电厂介绍二、储能资源在虚拟电厂中的应用三、储能型虚拟电厂运营模式与核心技

2、术四、上海院虚拟电厂建设实践3虚拟电厂介绍虚拟电厂的定义：概念通过先进的数字化技术、控制技术、物联网技术与信息通信技术，将分布式电源、储能与可调负荷 等分布式资源进行聚合管理与优化控制，并参与电网运行及电力市场的运营实体。概念的核心可以总结为“通信”和“聚合”关键技术主要包括协调控制技术、智能计量技术以及信息通信技术能够聚合DER参与电力市场和辅助服务市场运行，为配电网和输电网提供管理和辅助服务4虚拟电厂发展的现实意义：存在的问题在单独运行时，分布式电源没有足够的能力、 灵活性和控制能力使得发电站运作同时实现 成本合理与技术可行虚拟电厂存在的意义：帮助实现能源转型的提高新能源并网 比例的目标聚

3、合分布式新能源发电资产；通过灵活性算法自动控制发电资产；调节电力生产和消耗之间的偏差，平衡预测波动；减少新能源注入电网带来的冲击整合各种具有不同发电方式的分布式能源，结合各类分布式电源的功能特性，综合空间的条 件将一系列分布式电源组合成一个整体虚拟电厂解决的问题虚拟电厂介绍5虚拟电厂主要类型：按主体资源类型分按功能分需求响应型虚拟电厂：由可调整负荷以及用户侧储能、自用型分布式电源等资源为主构成的虚拟电厂商业型虚拟电厂：从商业收益的角度出发，对用户需求和发电潜力进行预测，实现分布式能源市场运营，是分布式能源投资组合的一种灵活表述虚拟电厂 分类电源型虚拟电厂：以公用型DG、电网侧和发电侧储能 等资

4、源为主，实现削峰填谷技术型虚拟电厂：从系统管理的角度出发，由分布式能源和可控负荷共同组成，考虑分布式能源聚合混合型虚拟电厂：由前两者共同组成，通过能量管理系 统的优化控制，实现能源利用和供用电整体效益最大化对本地网络的实时影响，具有与其他并网电厂相同 的参数虚拟电厂介绍66从示范项目到 商业应用的过 渡期发展 阶段电网和用户之 外的第三方运 营商研发 主体资源聚合和优 化策略、电力 市场竞标方案研究 热点国外虚拟电厂研究现状：国内外虚拟电厂建设案例德国德国的虚拟电厂已经完全 实现商业化。其虚拟电厂 项目以分布式可再生能源 为主，在批发市场销售100kW以上中型可再生能源 电厂生产的电量，还利于

5、 如生物质发电和水电这些 灵活性较高的机组从日间 市场和平衡市场中获利。欧盟欧洲虚拟电厂聚焦发电侧， 聚合资源参与电力交易或 辅助服务实现降本增效。 欧洲在新能源发电和装机 上领先全球，截至2020年， 欧盟可再生能源发电量占 比达到 38%，至2030年， 可再生能源在欧盟整体能 源结构中占比将达40%美国美国虚拟电厂项目和电力 市场的融合发展走在世界 前列，其虚拟电厂项目以 需求侧管理为主要特色， 通过在用户端加装智能控 制设备对负荷进行协同控 制，进而参与电力市场交 易。日本日本虚拟电厂项目重点集 中在住宅、办公大楼、工 厂、商业设施、公共事业 和电动汽车等六大领域， 以“光伏+储能”为

6、主要形 式，到2030年日本VPP可利 用的分布式电源装机容量 将达到3770万千瓦，相当 于37座百万千瓦级大型火 电厂。77德国平衡基团德国的现货市场设计了一种平衡基团机制， 配电网运营商DSO全面负责了新能源电力 的优先经营权；在此基础上，剩余电力交 易由平衡基团负责，这样既保证了新能源 的电力消纳，又给予非新能源电力的市场 调节。主要收益模式：通过统一的平衡市场进行 平衡能力买卖市场组织形式：大区内的调节资源聚合商 机制，通过虚拟电厂等聚集灵活资源池国外虚拟电厂研究现状：虚拟电厂介绍88美国特斯拉户用光储拥有Powerwall的加州公用事业公司PG&E 客户可以通过特斯拉应用程序注册加

7、入虚拟 电厂，利用其户用光储系统，统一参与CAISO的需求响应-紧急减载计划；主要收益模式：分布式资源通过聚合商实现 优先就地消纳及平衡潜力调用管理，需求响 应与电价套利；市场组织形式：跨区域分布式资源聚合商为 主体，参与统一电力市场，以资源聚合商的 方式进行跨区域聚合与电网计量；源荷储聚 合，不强调自平衡，主要挖掘响应潜力国外虚拟电厂研究现状：虚拟电厂介绍99国内虚拟电厂研究现状：邀约型阶段市场型阶段跨空间自主调度型虚拟电厂依据外围条 件的不同， 把虚拟电厂 的发展分为 三个阶段。在没有电力市场的情况下，由政府部门或调度机构牵头组织，各个需求响 应服务商参与，共同完成邀约、响应和激励流程。在

8、电能量现货市场、辅助服务市场和容量市场建成后，虚拟电厂以负荷聚 合商或实体电厂的模式，参与市场获得收益。随着虚拟电厂聚合的资源种类越来越多，数量越来越大，空间越来越广， 其中既包含可调负荷、储能和分布式电源等基础资源，也包含由这些基础 资源整合而成的微网、局域能源互联网。虚拟电厂介绍1010国内虚拟电厂研究现状：2015年江苏省率先出台了江苏省电力需求 响应实施细则。2016年江苏省开展了全球 单次规模最大的需 求响应，削减负荷352万千瓦。2019年江苏省再次刷新纪 录达到402万千瓦， 削峰能力基本达到最高负荷的3%5%。2020年国家电网冀北公司 高标准建设需求响 应支撑平台，优化 创新

9、虚拟电厂运营 模式。2020年广东深圳自动化虚 拟电厂试运行，发 挥储与大型电厂等 效的调峰、电压控 制等功能。“十三五”“十四五”期间，我国江苏、上海、浙江、广东等地开展了电力需求响应和虚拟电厂的试点。虚拟电厂介绍2020年华北国网综能虚拟 电厂按接入水平计 算每天可创造23万 千瓦时新能源电量 消纳空间。2021年上海虚拟电厂实现 国内首次基于虚拟 电厂实施智慧减碳2021年安徽合肥虚拟电厂 接入光伏120MW， 预计三年内总容量 占比夏季降温负荷400万千瓦近两成。2021年浙江丽水绿色能源 虚拟电厂由全市境 内800多座水电站组 成，可参与辅助电 网调峰工作。2021年浙江平湖虚拟电厂

10、 接入的10个用户精 准提供调峰、调频、 调压等辅助服务， 合计容量15.7MW。第一阶段 邀约型阶段第二阶段 市场化阶段1111国内虚拟电厂研究现状：冀北虚拟电厂冀北虚拟电厂项目建设的示范工程 涵盖北方清洁供暖、分布式光伏等 场景，示范资源类型包含分布式光 伏、蓄热式电采暖、造雪负荷等资 源冀北虚拟电厂示范工程主要包括两 部分：一是连接起生态系统中的用 户、运营商和电力系统，并进行价 值创造的管控平台；二是管控平台 的核心产品虚拟电厂。上海虚拟电厂上海黄浦区虚拟电厂入驻参与楼宇130幢，包括办公建筑、宾馆酒店、 购物商场及综合楼体等，发电资源 潜力主要于建筑内的中央空调 系统、照明系统、生活

11、水以及新风 系统负荷。平台总体架构分为两层：下层为虚 拟发电机层（即楼宇用户层），通 过智能终端与虚拟电厂平台进行数 据采集上传和接受削峰指令，实现 交互和楼宇系统控制；上层为虚拟 电厂层，采集、分析数据并完成虚 拟发电任务执行、监视、结算等任 务，实现电厂整体运营管理。深圳虚拟电厂深圳虚拟电厂平台利用网地一体虚 拟电厂精准削峰，是我国首个虚拟 电厂调度用户负荷参与电力现货市 场盈利的案例，2022年5月平均度 电收益0.274元。目前，该平台接入负荷资源超过500兆瓦，相当于约9万户家庭的 用电报装容量，并接入分布式光伏 容量300兆瓦。国内外虚拟电厂建设案例1212虚拟电厂相关政策：科技部

12、、国家等 九部门科技支撑碳达峰碳中 和实施方案建立一批适用于分布式能源的“源-网-荷-储- 数”综合虚拟电厂678“十四五”现代能源体系规划 大力提升电力负荷弹性。开展工业可 调节负荷、楼宇空调负荷等各类资源 聚合的虚拟电厂示范。开展新能源发电并网及主动支撑、大容量远 海风电友好送出、V2G、虚拟电厂、微电网等技术研发及示范应用。丰富辅助服务交易品种，推动储能设 施、虚拟电厂、用户可中断负荷等灵国家国家能源局关于推进电力源网荷储一体通过虚拟电厂等一体化聚合模 式，参与电力中长期、辅助服 务、现货等市场交易，为系统 提供调节支撑能力。国务院2030年前碳达峰行动方案进一步加强源网荷储多向互动，

13、加快灵活调节电源建设，引导自备电厂、传统高载能工业负荷、 工商业可中断负荷、电动汽车充 电网络、虚拟电厂等参与系统调 节，建设坚 强智能电网，提升 电网安全保障水平。34567891011 122021 | 20221广东省广州市国家国家能源局广州市虚拟电厂实施 细则将虚拟电厂作为全社会 用电管理的重要手段， 引导用户参与电网运行 调节，实现削峰填谷， 逐步形成约占 广州市 统调最高负荷3%左右关于加快建设全国统一电力市 场体系的指导意见引导各地区根据实际情况，建立 市场化的发电容量成本回收机制， 探索容量补偿机制、容量市场、 稀缺电价等多种方式，保障电源 固定成本回收和长期电力供应安 全。鼓

14、励抽水蓄能、储能、虚拟国家国家能源局关于完善能源绿色低碳转型体化和多能互补发展的指导意见 大力提升电力系统综合调节能力，制机制和政策措施的意见拓宽电力需求响应实施范围，支 持用户侧储能、电动汽车充电设 施、分布式发电等用户侧可调节 资源，以及负荷聚合商、虚拟电 厂运营商、综合能源服务商等参 与电力市场交易和系统运行调节。国内外虚拟电厂建设案例电厂等调节电源的投资建设。的响应能力。活性资源参与辅助服务。132345山西省能源局虚拟电厂建设与运营 管理实施方案虚拟电厂可基于省级智 慧能源综合服务平台建 设技术支持系统，也可 以独立建设技术支持系 统，但应接入省级智慧 能源综合服务平台。新型电力系统

15、发展促进虚拟电厂应用：实现源荷储优化匹配，最大 化本地消纳；虚拟电厂 作为单一、稳定的 电源或负荷接受调度新型电力系统虚拟电厂运行层面缓冲市场层面缓冲新型电力系统中，绿色-安全-经济的不可能三角无处不在为实现新能源高效消纳、降低用电成本、助力大电网安全稳定运行， 第三方运营机构，如虚拟电厂作为“缓冲层”是必须的。14虚拟电厂介绍碳中和、碳达 峰目标新能源为主体实现聚合分布式资源参与外 部电力市场，获取最大化服 务收益；进行成员互信的收益分配14大幅降低可再生 能源并网风险大幅提升能源生产和消费效益源网荷技术需求发展形态效益保证高比例清洁能源友好 接入、全额消纳新能源-储能 联合发电系统保证系统

16、顶峰能力，实现 电力电子化电力系统安全 稳定调控智能电网实现分布式电源、储能、 电动汽车、可控负荷等多 种需求侧资源的协调运行虚拟电厂虚拟电厂介绍15虚拟电厂在新型电力系统中的角色：目录一、虚拟电厂介绍二、储能资源在虚拟电厂中的应用三、储能型虚拟电厂运营模式与核心技术四、上海院虚拟电厂建设实践16储能技术在虚拟电厂中的应用储能技术类型：储能技术 分类按应用场景类型分按储能形式分能量型储能：以抽水蓄能、压缩空气、储氢储热、液流 电池、锂离子电池、铅炭电池等资源为主，实现削峰填 谷、调峰调频、离网储能等功能机械类储能：主要包括抽水蓄能、压缩空气、飞轮 储能电化学储能：主要包括液流电池、锂离子电池、

17、铅 炭电池功率型储能：以超导储能、飞轮储能、超级电容器等资 源为主，实现调频等功能电磁储能：主要包括超极电容和超导磁储能备用型储能：以铅酸电池、飞轮储能等资源为主，作为 不间断电源提供紧急电力其他储能：主要包括光热储能、熔融盐储能、氢储 能等储能技术在虚拟电厂中的应用储能技术政策：国家“十四五”可再生能源发展规划 明确新型储能独立市场主体地位，完 善储能参与各类电力市场的交易机制 和技术标准，发挥储能调峰调频、应 急备用、容量支撑等多元功能，促进 储能在电源侧、电网侧和用户侧多场 景应用。国家能源局2022年能源监管工作要点要建立用户参与的辅助服务分担共享机制， 全面推动高载能工业负荷、工商业

18、可调节负 荷、新型储能、电动汽车充电网络、虚拟电 厂等参与提供辅助服务。发电企业和辅助服 务参与用户共同分摊费用的新局面即将出现。 同时，可提供辅助服务的主体对象也更加丰 富。国家、国家能源局关于加快推动新型储能发展的指 导意见积极探索智慧能源、虚拟电厂等商 业模式，到2025年，新型储能装 机规模达3000万千瓦以上，健全“新能源+储能”项目激励机制。国家能源局电力辅助服务管理办法这是自2006年来的15年后，第一次对辅助服务的管理规则进行更新修订， 该办法丰富了市场主体，将核电、光 热发电、抽水蓄能等并入发电主体， 同时将储能和电力用户一并归入可提 供辅助服务的范围。78910111220

19、21|20221国家能源局抽水蓄能中长期发展规划 (2021-2035年)到2025年，抽水蓄能投产总 规模较“十三五”翻一番， 到2030年，抽水蓄能投产总 规模较“十四五”再翻一番。2国家、国家能源局关于完善能源绿色低碳转型体制 机制和政策措施的意见支持用户侧储能、电动汽车充电设 施、分布式发电等用户侧可调节资 源，以及负荷聚合商、虚拟电厂运 营商、综合能源服务商等参与电力 市场交易和系统运行调节。3456、国家能源局等九部门储能技术在虚拟电厂中的应用储能技术应用场景及痛点：源侧储能储能电池、氢储、抽蓄储能等网侧储能移动储能、独立储能、共享储能等荷侧储能数据中心、零售商、V2G、换电站、园

20、区、通讯基站等技术差异特性大初期投资与运行成本高缺少价值体现机制储能技术在虚拟电厂中的应用储能技术在虚拟电厂中的应用：虚拟电厂构建灵活调节资源池，通过归一化模型描述多元储能聚合外 特性通过聚合不同类型分布式储能资源，如数据中心、零售商、V2G、换 电站、园区、通讯基站等，以及其他各类源网荷侧资源，统一协调形 成资源的优势互补，集中参与电力交易市场和辅助服务市场。借助虚拟电厂，可以将大量体量小分布零散的闲置储能资源利用起来， 提高资源利用率，并主动参与市场交易，量化价值体系，提升收益， 有助于快速回收建设成本。多元储能差异成本疏导价值体现机制虚拟电厂的主要运营模式与收益：虚拟电厂承担的角色：发电

21、商、辅助服务供应商、售电商虚拟电 厂两级 运营体 系在公开电力市场中：可以担任资源聚合商；当资源达到一定规模 时，可以担任独立的辅助服务提供商在分布式交易与电力零售市场中：可以作为售电公司和资源聚合商组织就近消纳与零售交易，提高新能源消纳能力与区域平衡能力储能技术在虚拟电厂中的应用储能技术在虚拟电厂中的应用构建多层级的容量备用机制；挖掘非运行时间段调节潜力，获取稳定的市场 额外收益，优化用户整体用能成本；技术能力的促进：提升整体市场预测能力；提升储能资源的运营能力高K值易获得调频优先调用优化充放电模式，缩短储能建设成本回收期；构建成熟的参与电网响应模式：两充两放调峰 模式、调频模式、需求响应模

22、式运行模式的促进：提升本地源荷储资源用能优化规划能力；辅助提升本地新能源消纳与承载能力，促进储 能资源共享支撑源-网-荷-储-数综合虚拟电厂建设（科技支撑碳达峰碳中和实施方案，2022-2030年）虚拟电厂对于储能的收益展望直接效益间接效益储能资源有效的丰富了虚拟电厂的运行模式，是各类资源聚合过程中的润 滑剂，也是非常重要的调节电源资源；可显著虚拟电厂的收益能力独立储能配套建设储能目录一、虚拟电厂介绍二、储能资源在虚拟电厂中的应用三、储能型虚拟电厂运营模式与核心技术四、上海院虚拟电厂建设实践23储能型虚拟电厂核心技术与发展展望一次调频、虚拟 惯量支持二次调频、调压调峰、需求响应备用压缩空气飞轮

23、储能电蓄热锂离子电池超级电容毫秒级响应分钟级及以 上响应秒级响应单体容量响应速率液流电池抽水蓄能电力市 场；电网响 应支撑区域平 衡服务；电能质 量治理资源池特性分类各类储能资源基于虚拟电厂的功能实现：虚拟电厂可聚合分布式储能资源，并按照不同资源特性打包参与多种电网响应支 撑以及区域平衡服务市场服务品种24储能型虚拟电厂运营策略：储能型虚拟电厂核心技术与发展展望1. 提供余量平衡调节能力：优先满足本地需求，余量释放到市场；综合考虑运行成本、循环寿命优化储能运行曲线，满足辅助服务市场参与门槛，提升投运后的预期收益可根据储能资源运行模式进行两大类区分：2. 提供备用调节能力：统筹优化备用资源，择时

24、择量参与辅助服务支撑；综合考虑风险成本、响应时长户用光储、储热综 合供能、换电站、 小型储能站、新能 源配置储能等数据中心、5G基站、园区储能等参与电力辅助市场； 参与分布式电力交易 等参与电力辅助服务、 电网紧急响应等25储能型虚拟电厂运营策略：储能型虚拟电厂核心技术与发展展望南澳hornsdale储能电站功率曲线与电价曲线综合电价信号与辅助服务 价格出清结果；开展现货价格以及辅助服 务价格预测；构建总体运行策略2627储能型虚拟电厂核心技术与发展展望电力用户聚合调控用户侧储能储能型虚拟电厂的主要价值：实现分散储能资源的有效利用，弥合不同储能资源的技术差异基于共享经济，挖掘低成本闲置资源并组

25、织灵活调节资源池，挖掘高成本储能资源提供区域源 荷平衡服务，降低平衡能力配置成本提升虚拟电厂的灵活调节能力电网公司新能源厂站27储能型虚拟电厂 运营商提供平衡能力投资模式：虚拟电厂运营商投资运营或租赁用户侧储能资源收费模式：用户向虚拟电厂运营商支付服务费，获得虚拟储能控制权盈利模式：利用充放电时空互补特性，配置容量远低于实际需求03. 灵活的市场参与策略报价与出清决策算法综合市场参与决策与收益预测系统基于区块链的可信交易接口用户与聚合商资源库建设定制化的决策优化算法资源运行大数据分析预测系统04. 云端协同的虚拟电厂 管控平台开发多协议适配与数据识别指令时延控制与安全加密边侧优化控制设备完善的

26、实用性储能单元建模与协调控制器硬件对接的控制算法储能运行模式大数据分析储能型虚拟电厂核心技术储能型虚拟电厂核心技术与发展展望02. 针对大量分布式资源 的协调决策优化能力01. 低时延强互动性的分布 式储能通讯技术28目录一、虚拟电厂介绍二、储能资源在虚拟电厂中的应用三、储能型虚拟电厂运营模式与核心技术四、上海院虚拟电厂建设实践29项目背景国家重点研发计划项目：规模化灵活资源虚拟电厂聚合互动调控关键技术研究针对分布式资源聚合协调、资源灵活控制、商业运营模式等关键问题，集成研发虚拟电厂协同互动调控系统，建成浙江省级“源荷耦合型”和上海超大城市级“网荷互动型”两个虚拟电厂示范验证构建省域的虚拟电厂

27、运营管控系统统一支撑平台，实现电网业务系统集成以及聚合商用户统一管理，并针对省市级的规模化 虚拟电厂运营管控体系需要，构建基础管理-资源池管理-交易运营管理-协调控制管理-营业厅的功能模块框架解决方案上海院虚拟电厂建设实践情况效益测算项目背景河北南网面临分布式电源占比快速提高、源荷实时平衡调节困难、负 荷调控响应潜力有待发掘等问题，同时有着丰富的区域供热型小电厂 资源可参与电网互动。建设河北南网省级虚拟电厂运营管理平台，首次针对电源侧灵活资源 构建省域虚拟电厂业务系统。解决方案设计“省市级虚拟电厂平台”-“虚拟电厂聚合商云系统”-“资源层虚 拟电厂边端管控”的虚拟电厂资源管控交易体系，构建面向不同市场 运营目标的分层资源管控架构。进一步提升电网调节能力，提高电网弹性、增加电网 削峰填谷能力，促进清洁能源消纳，推动源网荷储友 好协同调节，建立需求响应优先，有序用电保底的负 荷管理模式，规范电力市场运行。聚合热电联产型虚拟电厂用户超100MW， 可参与电网调峰调频互动，其中参与调峰机