虚拟电厂技术和商业模式研究

全球能源互联网发展合作组织2022年7月14日GlobalEnergyInterconnecDevelopmentandCoopera全球能源互联网发展合作组织一、基本概念和关键技术二、国外VPP政策和商业模式研究三、我国VPP发展政策和应用情况1.定义1.定义VPP是一种通过先进信息通信和监测控制技术，实现对海量分布式新能源、储能系统、可控负荷(电动汽车)等的聚合和协调优化，并将其整体作为一个特殊电厂参与电网运行和电力市场的电源协调管理系统，对外表现为一个可控电源。储能利协调优化协调优化大电网可控负荷充电桩2.主要类型内部资源形态组成控负荷以及用户侧供给侧资源型：电侧储能等资源为混合资源型：布式发电、储能和可控负荷等资源共同发展阶段应用模式合约型：市场型：自主型：“虚拟电力系统”,将能实现跨空间3.主要参与方3.主要参与方监管机构电力行业监管系统调度电力市场运营需求响应技术标准化市场及经济监管系统运行/行业规范/行政监督发电侧电网侧用电侧发电侧电网侧用电侧聚合协调聚合协调能源监测数据汇集内部或开放网络管理决策能源控制金融机构基础设施运营商行业协会联盟金融机构基础设施运营商行业协会联盟资产所有者服务购买方项目所有者运行商资产所有者服务购买方提供衍生增值服务产业侧产业侧服务购买方助力分布式能源监管监管侧资产所有者保障系统价格稳定监管侧资产所有者提供清洁发展思路发电侧发电侧虚拟电厂虚拟电厂提供应急电源服务用电侧运行商用电侧运行商技术提供方电网侧项目所有者助力缓解电网阻塞提供负荷备用服务提供电网调频服务电网侧项目所有者虚拟电厂发展历程虚拟电厂发展历程球单次规模“VPP”电厂(VPP)概2006至今国外实践20172018201201720182018至今我国实践概念提出研究探索概念提出6.关键技术6.关键技术协调控制靶向决策资源组合指令分配智能计量信息通信加强储能、电源、可控负荷之间配合，实现满足系统高质量要求的电能输出，并提高发电经济性；包括集中、集中-分散及完全分散控制三类技术。冬谷期间，为充分电量以保障居民供暖用电；夏峰期间，预先安排需求侧响应资源参与量和预留量。人工智能、大数据等可提升决策精准度和实时性。单体参与分配方案体现公平分摊原则，提高用户认可度和满意度，但结算较复杂；响应容量最多方案选取每个用户最大响应容量档位，影响用户舒适度，但结算较简单。预测电网不同运行场景下多种资源响应的可信容量；自动分解为每种资源的调控指令；建立负荷响应可信容量与调峰指令方案对应关系，自动形成出力调度指令。自动测量和读取用户状态，远程测量实时用户信息，方便用户直观获取自身消费或生产的电能以及相应费用等信息；包括自动计量管理(AMM)和高级计量体系(AMI)等。主要包括基于互联网协议的服务、虚拟专用网络、电力线路载波技术和无线技术、区块链、云计算、大数据、物联网、网络与信息安全等。二、国外VPP政策和商业模式研究(1)英国政策环境碳中和进程提供有利发展环境，政府为相关业务发展提供政策保障。消除流程障碍，增设新的平衡服务参与者VLP商业架构基于社区(用户)的商业模式发电企业模式基于电网公司的平台模式(英国特有)项目开发》截至2020年，VPP项目数量已超过32个，总容量达到616万千瓦。独立运营商发起推动了VPP项目开发，提供技术服务和解决方案。术类型主要聚合可再生能源发电项目，308万千瓦，占比约50%。需求侧响应，23%储能，14%居民侧电源等，13%全球能源互联网发展合作组织虚拟电厂项目数量虚拟电厂项目数量5可再生能源电站需求侧响应储能装置居民侧电源及其它1.欧洲地区一英国基于社区(用户)的商业模式里奇沃特地区的用户侧储能装置，总容量9.48万千瓦。社区居民、平台开发商、电网公司居民用户：获得每年120英镑额外奖励，分享电网平衡服务收益。技术开发商：分享电网平衡服务的相关收益。伏机组、储能装置等聚合成VPP。风电场32个，主要分布于英格兰中部和东北部，总容量8.7万千瓦。光伏电站7个，主要分布于英格兰中西部，总容量2.1万千瓦。发电企业：增加卖电、提供电网平衡服务收益。>平台运营商：获得技术服务费。全球能源互联网发展合作组织Piclo项目：主要挖掘配电网灵活性资源，已聚合超2500个平衡资源供应单元，总容量约为444.2万千瓦。配电网公司、输电网公司、平台运营商、配网侧灵活性资源提供商。政府资助，电网公司、社会资本共配网侧灵活性资源：获得电网公司所支付平衡费用的部分收益。1.欧洲地区1.欧洲地区(2)法国政策环境政策允许VPP参与系统平衡调节机制。电网公司明确门槛和流程。电网公司、售电公司加大相关科研投入以引领技术发展方向和趋势。商业架构基于社区(用户)的商业模式发电商+售电商混合型电网发起采购的模式(法国特有)项目开发2014-2015年之后，相关项目开发和并购愈发法国电力公司EDF开发项目数量累计已超过17个，总容量超150万千瓦。重在缓解联络线阻塞压力对用户，以提升就地平衡保障供应为主。电网企业直接进场，确保技术符合电网需求。DevelopmentandCooperationOrganiz842020122013201420152016交付响应时间为交付响应时间为2025之后不受影响等于550克2019年7月4日之后等于550克等于550克基于社区(用户)的商业模式>PREMIO项目：法国电力公司EDF牵头建设，法国朗贝斯克市居民用户：分享电网平衡服务收法国电力公司：获得政府资金资助，实现技术积累。售电业务的整合增效问题，规划530万千瓦。光伏电站、风电场、家庭储能、实现整体优化协调控制，实现电网发起采购的模式(法国特有)将在电网阻塞程度较高的重点地区，部署三套储能系统，总投资约为8000万欧元，32MW198MWh。项目将对外出售给第三方，按照合电网公司：通过示范，实现技术积累，减少新增线路投资，降低系统(3)德国(3)德国项目开发主要由独立运营商、售电公司主导开发运营。总容量已达到600万千瓦，年营收6.18亿欧元(约合44亿人民币)。商业架构实现聚合资源参与平衡调节，增加商机和盈利空间售电企业运营的混合模式解决新增分布式电源的并网和参与市场交易的问题引领欧洲VPP技术发展政策环境电网公司允许VPP参与系统平衡调节。相关条例允许参与需求响应。《可再生能源法》激励DG聚合成VPP参与电力市场交易。(100千瓦)基于社区(用户)的商业模式第三方运营的混合型模式一次控制备用二次控制备用三次控制备用激活时间30秒5分钟15分钟5兆瓦5兆瓦能量价格能量价格1.欧洲地区一德国对对第三方运营的混合型模式>NextKraftwerke项目：不隶属于传统电力公司，专注于VPP平台运营和技术开发，还为能源公司提供定>902万千瓦，包括发电侧资源、需参与用户：增加售电、平衡等收益。平台运营商：分享电网平衡服务收基于售电企基于售电企业运营的混合模式业将自身电源以及负荷等整合，除信息系统外，一般自身拥有电源。60万千瓦，包括发电机组、工业负荷、水泵、热电联产、储能等资源。所聚合用户：降低用能成本。获得电网平衡服务收益。基于社区(用户)的商业模式>Sonnen项目：通过社区组织实现能源聚合，并以此为基础推出虚拟电用户侧光伏、储能。2018年通过TenneT预审，具备为电网提供平衡服务资格，审核规模为1兆瓦。居民用户：分享电网平衡服务收益。还可获得技术服务费。2.北美地区政策环境碳中和目标、气候与环境正义法案、国家能源行动联邦能源监管委员发布2222号法令全球能源互联网发展合作组织州，集成储能内华达州：提供总共500万美元的奖励，鼓励住宅安装光伏存储1000套储能。聚合器达4000美元/亚利桑那州，计划连接900个用户，提供最高2500美元的安装补贴，按3600美元/套奖励阿拉巴马州和乔治亚州Powercreate智能社区试点成分布式太阳能计划签约2800个负荷响应降低系统峰值集成Xcel商业架构均为基于社区(用户)的商业模式实施成效解决小型DG不能参与电力市场问题，为居民创收。增加电网可调资源，提供备用电源，减少停电概率。>通过削减高峰负荷，延缓了配电网投资需求。项目开发至2020年建成投运的总装机规模接近100万千瓦，试点项目数量超过20个。>预计2029年，市场总规模将达860万千瓦，年均增长率约为31%。2.北美地区全球能源互联网发展合作组织2.北美地区商业架构，均基于社区(用户)的商业模式。参与方：类型多元化，建设和运营VPP的主体包括配售电电力公司和独立第三方VPP公司，参与方包括电力公司、硬件装备制造商、平台软件供应商、第三方聚合商、居民和工商业用户等。输电商/独立调度输电商/独立调度光伏光伏光伏聚合分布式云计算居民储能分布式聚合分布式电源管理光伏聚合分布式云计算居民储能分布式聚合分布式电源管理商业储能监控通信网络分布式聚合节点节点分布式节点储能社区光伏(1)日本政策环境政策环境“日本再兴战略2015”商业架构可再生能源集约化VPP项目开发>与居民、工厂等需求侧储能、分布式能源与电网、发售电企业直联产、储能、电动车反供电等，有效缓解东西部频>电网平衡调节，并为参与GlobalEnergyInterconnectDevelopmentandCooperationOrganization全球能源互联网发展合作组织间短间短时响应时间长响应时间·持续时间较长的区域电源电源Ⅲ5分以丙】响应时间·持续时间较短的区域电源应蓄电池电动汽车蓄电池电动汽车资源3.亚太地区(1)日本可再生能源发电企业可再生能源发电企业避免弃风弃光VPP提供服务示例提供调整力保持电力质量聚合调度商资源聚合商资源聚合商资源聚合商热电联产系统→力/信息流避免供应不平衡提供电力服务提供调整力保特电力质量零售运营商电阴运营商生产设备全球能源互联网发展合作组织电力需求调节控制示意电力需求调节控制示意平时电“负瓦特电厂”类型向下调节零售运营商零售运营商输配电运营商(系统运营商)向下调节零售运营商和签约用户零售运营商和签约用户零售运营商和签约用户供需平衡调整(调整力储备)GlobalEnergyInterconnecDevelopmentandCooperationOrganization全球能源互联网发展合作组织(2)澳大利亚项目开发主要由独立运营商开发运营商兼顾资源的聚合项目开发主要由独立运营商开发运营商兼顾资源的聚合1991年开始电力市场改>2020年，将辅助服务分推进光伏开发，减少了输缓解午间低电价甚至负电由政府补贴并进行监管。(2)澳大利亚GlobalEnergyInterconnecDevelopmentandCoopera全球能源互联网发展合作组织AGLPoPowerWall系统(安装费另算)2550澳元/12个月或1275澳元/6个月得45澳元电费额度(1000澳(澳分/kWh含税)31.13+22.63(预充电电费额度)(澳分/kWh含税)每日供应费用(澳分/日含税)1年6个月或12个月1年4.国外案例分析主要结论4.国外案例分析主要结论1电力现货批发市场初步建立，有关电力现货批发市场初步建立，有关>但辅助服务市场、容量市场等其他>VPP参与市场交易，将可能对项目盈利和价值体现产生影响。欧洲美国欧洲美国澳洲>改革完善的现有电力市场机制。>分阶段实现电量、容量及调节市场向VPP开放。>完善辅助服务市场机制，向VPP开放。4.国外案例分析主要结论4.国外案例分析主要结论2明确市场准入门槛、各方权责利等问题，是实现VPP商业应用的关键英国英国国内情况4.国外案例分析主要结论4.国外案例分析主要结论3完善配套激励政策，是推动VPP快速发展的催化剂英国德国英国德国澳洲国内情况>通过试点示范项目和用户补贴方式提供支持。4.国外案例分析主要结论4.国外案例分析主要结论欧洲美国欧洲美国现有政策条件不允许电网公司参与分布式电源的投资和运营，对VPP的管理经验和机制尚不完善。>专业的独立运营商扮演重要角色。>VPP细分为资源整合、资源调度与资源提供方。4.国外案例分析主要结论4.国外案例分析主要结论5跨区协调、数据欧洲美国欧洲美国美国我国处于探索初期，暂时较少出现相关协调和权限问题。获取电网数据、模型参数等存在权限问题。各区的市场规则、监管、电力公司要求不同欧美>分布式资源模型数据定义存在差异。1.发展必要性1.发展必要性电源侧电源侧电网侧电网侧用户侧用户侧监管侧监管侧争夺全球VPP产业话语权的需要产业链吸引社会力量参与分布式新能源发展的需要产业链2.政策环境2.政策环境我国VPP仍处于理论研究和前期试点的发展阶段，多个省政府出台相关政策，两大电网开展系列示范项目，并以参与需求侧响应为主要运营和盈利模式，持续推进VPP发展。各地已普遍出台辅助服务市场政策，引导VPP参与系统调峰调频，在此背景下，各示范项目积极主动探索市场化运营、创新可行商业模式，有望带动国内VPP快速可持续发展。政策标准我国虚拟电厂市场建设受到各方重视肯定参与辅助服务市场沿用需求响应机制定制化并网接入我国的VPP应用尚处在概念验证和试点阶段，冀北、上海、江苏、广东等地均有VPP示范项目落地实施，呈现如下特征。集中在中东部地区>经济社会发展水平以及电力市场冀北、深圳、江苏、上海等地项目规模及运营经2多为合约型需求响应类2政府引导4资源聚焦工商业用户4源(如楼宇、园区等)为主。少数项目(如浙江丽水及冀北)聚合DevelopmentandCooperationOrganization全球能源互联网发展合作组织项目名称冀北VPP示范项目深圳供电局(含深圳中调)分布式光伏、光伏电站、空气源热泵、暂无固定盈利模式；后期拟参与南方区域辅助服务市场，加强市场化需求响应力度，为用户提供节能效或额外收政策机制已出台省市场化需求响应政策、明确VPP容量补偿机制；正在协调推进VPP技术标准深圳中调牵头申报南网新型电力系统负荷侧资源灵活调控技术标准化工作GlobalEnergyInterconnecDevelopmentandCooperationOrganization全球能源互联网发展合作组织负荷型、合约+市场型江苏电力需求测管理平台(中心)、江苏电网(调度)最初2015年主要为工业企业参与，后期商)。单次削峰规模达创纪录的402万千瓦达到最高负荷的3%～5%;最大填谷规模达257万千瓦，规模居全球前列。海全域通过运营平台纳入商业建筑VPP,平台由政府主导(财政拨款)、电网等公司配合。政策机制政府建立资金池定期开展削峰填谷等需技术标准DevelopmentandCooperationOrganization全球能源互联网发展合作组织负荷型+市场型国网综能集团聚合分布式电源、可控负荷和储能装参与华北、河北南网辅助服务市场获政策机制(包含调峰、调频和旋转备用)电网需加强战略布局、技术研发、运营体系建设等。发展发展滞后目研发等方面争取主动、赢得先机、引领发展。各方参与VPP意愿普遍不强>我国大多数用户侧负荷可调控性差，安装相应调控模块态度消极意愿不强政策控模块态度消极意愿不强出台VPP各类资源准入、并网、调度等标准规范。整体盈利模式不具可持续性。制约互联网、电力及智能电器等头部企业入局>出台VPP各类资源准入、并网、调度等标准规范。整体盈利模式不具可持续性。制约互联网、电力及智能电器等头部企业入局市场化需求响应政策机制普遍缺乏，导致VPP发展受限，相关电价和补偿机制亟需完善。1.1.国外VPP发展模式的适用性分析11国外VPP商业化，部分新模式尚在探索2“设备供应商+VPP运营商”模式，在我国可能具有一定发展潜力。2独立运营商，应充分发挥作用，独立运营商，应充分发挥作用，有利于VPP的快速起步和发展。3英国“电网公司的平台模式”提升配电网灵活资源英国“电网公司的平台模式”提升配电网灵活资源配置，具有一定参考价值4165243法国“电网发起采购的模式”,法国“电网发起采购的模式”,是电网企业直接参与引导的创新模式案例电网公司直接参与前期开发，引导技术发展方向，对拥塞管理、电美国“配售电公司拥有运营美国“配售电公司拥有运营VPP模式”,O在国内应用将受限DevelopmentandCoopera22.我国VPP分阶段发展模式政策机制完善，金面市激励补贴政激励补贴为远期展望远期展望型主导。发展中期发展初期2.我国VPP2.我国VPP分阶段发展模式发展初期以合约补贴等非市场化形式，逐步试点并推广，实现一定规模能源聚发展初期方式可由政府指导、电网公司实施项目开发，以专项资金、方式优先考虑社区(用户)商业模式，聚合用户侧资源实现负荷侧响应。架构工业园、商业区、电网、技术设备商参与方英国电网公司平台模式法国电网发起采购模式GlobalEnergyInterconnec发展初期发展初期参与用户获得额外收益。技术开发商实现技术积累、市场>相关电网调度和管理机制不完善，对电网的影响有待时间参与用户对VPP带来效益认识不足，参与存在协调问题。>光伏组件10亿元，运营平台2亿元，电网升级5亿元，每年发电5亿千瓦时，辅助服务收入1亿元，大约4年收回投资。>推广后，开发1亿千瓦分布式光伏并以VPP形式运营，需要投资3400亿元。2.我国2.我国VPP分阶段发展模式实现方式商业架构实现方式商业架构参与方参考案例参考案例GlobalEnergyInterconnecDevelopmentandCoopera全球能源互联网发展合作组织2.我国VPP分阶段发展模式全球能源互联网发展合作组织发展中期发展中期调节资源，保障电力安全稳定供应，助力源网荷储一体市场成熟度价值体现运营规则售电公司、发电企业、负荷聚合商等先天优势主体下沉市场成熟度价值体现运营规则盈利模式资金来源盈利模式资金来源参与方意愿参与方意愿>独立运营商作为新增市场主体，存在野蛮生长可能性，2.我国VPP2.我国VPP分阶段发展模式市场成熟，形成若干大型专业化VPP商业商业大型专业化VPP运营商成为主流模式，业务上将可为电网提供峰谷调节、频率调节、应急响应等各类服务。符合条件的各类市场主体均可参与。参与方德国第三方运营VPP模式参考GlobalEnergyInterconnecDevelopmentandCooperationOrganization全球能源互联网发展合作组织2.我国VPP分阶段发展模式全球能源互联网发展合作组织远期展望远期展望电网企业获得更多的可调节资源同于维持系统平衡、保障系统安全，提升供电安全与可靠水平。新能源发电企业通过市场获得成本更经济的辅助服务资源。市场成熟度VPP参与方价值体现运营规则价值体现电力系统可以接