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新型電力系統下

虛擬電廠常態化運營研究

程環宇 許相敏 郭鳳鳳

摘要：隨著能源綠色低碳轉型，傳統電力系統“源隨荷動”運行模式已無法滿足電力系統當前電源端清潔化、終端電力消費電氣化、電網智能化的轉型趨勢。電網需求峰谷差逐漸擴大，高峰用電時刻電力供應局部緊張情況不時出現。亟需通過市場化手段，挖掘負荷側調節能力，經濟靈活地應對發用電實時平衡問題。基于對蘇州虛擬電廠試點項目的調研結果，總結當前蘇州市空調資源參與電力市場中面臨的關鍵制約因素，提出推動蘇州空調領域虛擬電廠實現常態化運營的建議，以期推動虛擬電廠更好地適應新型電力系統建設要求，助力虛擬電廠在蘇州的可持續發展目標。

關鍵詞：虛擬電廠；空調負荷；發展瓶頸；路徑建議

“雙碳”背景下，中國正深入推進能源綠色低碳轉型，電力來源清潔化和終端能源消費電氣化的趨勢明顯，對電網造成巨大沖擊，加強電力負荷管理、挖掘需求側調峰潛力已成為構建新型電力系統的迫切任務[1]。在通信和控制技術加持下，虛擬電廠聚合潛力巨大但分散的需求側靈活資源參與電力系統優化運行，使其可觀、可測、可控，是一種在不增加額外的基礎設施下促進新能源消納、保障電網穩定運行、穩定現貨價格的電力保供方案，對構建以新能源為主體的新型電力系統，推動我國能源綠色轉型和“雙碳”目標實現具有重要意義[2-4]。

盡管虛擬電廠概念備受關注且相關政策頻出，但其建設進展卻相對緩慢。目前，僅有少數省份如山西、廣東、河北等開展了虛擬電廠的試點建設，且總容量有限。其中，大部分試點主要通過邀約方式參與政策性需求響應，盈利主要依賴政府補貼[5]。僅有少數地區的虛擬電廠間歇性地參與調峰輔助服務市場，但交易頻次、規模和價格難以支撐項目運營的可持續性。目前關于虛擬電廠常態化運營的研究不多，本研究以新型電力系統對靈活性資源的實際需求為導向，提出了常態化運營的概念。本文定義虛擬電廠常態化運營是指在電力市場建成以后，通過智能化管理和市場化運作，對內與用戶保持緊密的互動與協同，實現對空調、電車等海量分散的靈活性資源的實時調度，整體具備類似實體電廠的響應規模和響應能力；對外能夠在電力市場中和常規電源同臺競爭，常態化參與電力現貨市場、輔助服務市場及相關增值服務獲得收益。

基于此，本文以蘇州虛擬電廠的試點項目為研究案例，分析當前蘇州市空調資源參與電力市場中面臨的關鍵制約因素，進一步提出推動蘇州空調領域虛擬電廠實現常態化運營的發展建議，希望通過本文的研究能夠為各地推動虛擬電廠的常態化運營提供參考。

一、蘇州虛擬電廠建設現狀

（一）蘇州虛擬電廠建設背景

受益于經濟和社會的快速發展，蘇州電力消費水平持續提升。受氣候變化以及居民生活水平提高等影響，蘇州空調負荷成為電力需求增長的重要驅動因素。近五年來，蘇州市最高用電負荷保持年均增速7.59%的快速增長，截至2022年蘇州市最高用電負荷達到2877萬千瓦[6]。同時期，蘇州發電裝機僅保持2.3%的緩慢增長，截至2022年發電總裝機僅2573萬千瓦[7]，如圖1所示。作為大受端電網，蘇州大量用電依靠區外來電，在極端天氣下，存在一定的電力保供風險。

圖1 蘇州電力供需情況

（二）蘇州虛擬電廠運營情況

目前，蘇州市部分區域已陸續開展虛擬電廠項目的試點建設，建設主體呈現出多元化的特點，包括地方供電公司與能源企業合作建設模式、地方政府主導建設模式，以及售電公司自主建設模式。在資源類型上，項目涵蓋了分布式光伏、儲能、空調、充電樁、5G基站、企業生產負荷等多種資源。從功能角度看，蘇州虛擬電廠主要為大電網提供削峰填谷服務，并有助于緩解局部配電網的重過載問題。收益來源方面，部分項目尚待進一步明確，如表1所示。

表1 蘇州虛擬電廠項目運營情況

二、蘇州虛擬電廠實現常態化運營存在的問題

蘇州空調資源距離常態化參與電力市場運行當前主要面臨技術、政策和市場三方面的制約。技術方面，空調資源響應不確定性高且數字化基礎較薄弱，影響了項目對終端資源的聚合調控能力，導致虛擬電廠整體對外特性較差。此外，平臺交易能力不足也制約了項目的經濟效益。政策監管方面，主要體現在頂層設計有待進一步完善，仍面臨包括發展方向不明確、監管機制和技術標準規范缺失等問題，制約了其發展進程。市場方面，受到量價的制約，有限的市場空間難以有效支撐虛擬電廠常態化運營。

（一）空調資源響應不確定性高

為保障電網安全運行和電力可靠供應，電網在運營中會優先調度一些可靠性較高的資源參與電力保供，然而現階段空調資源被聚合參與虛擬電廠的響應能力在規模、速度和可靠性等指標上，距離電網期望的隨調隨用的技術要求還存在一定的差距。一是虛擬電廠對空調負荷資源的潛力分析不足。由于氣象、用戶行為的不確定性和數據質量、預測模型的局限性，目前蘇州虛擬電廠對各類空調負荷的預測精度較低，也難以有效分析其可調潛力。二是空調負荷控制策略不夠靈活。負荷控制策略作為影響可調潛力發揮的重要技術因素，當前蘇州虛擬電廠多采用相對簡單的控制策略，無法滿足靈活應用場景下的需求。

（二）用戶側數字化基礎較薄弱

用戶側設備的數字化、智能化程度作為影響可調潛力發揮的重要物理基礎，蘇州建筑用戶的數字化進程顯著低于虛擬電廠業態預期，負控基礎薄弱，這使得虛擬電廠難以有效聚合各類資源。一方面，由于空調制造商和第三方服務的多樣性，市場中空調的接口種類多樣，直接推高了空調資源的開發與維護成本。另一方面，建筑用戶對當前調控技術還相對謹慎，出于保障用戶舒適性和數據安全的考慮，近期開展的空調改造主要針對空調主板層面進行了初步改造，其調控效果遠不如針對底層水冷機組進行改造的效果。

（三）平臺交易能力有待進一步加強

在平臺層面，由于虛擬電廠一方面對接電力交易中心，另一方面對接各類資源主體，組織資源主體參與各類電力市場交易，并完成相關結算和利益分配。所以虛擬電廠對不同資源組合的定價機制的設計，是體現需求側小微資源的規模化調節價值，提升虛擬電廠可持續盈利能力的關鍵。然而，當前蘇州虛擬電廠的收益分配方式相對簡單，主要以約定的固定比例分成來參與市場交易，缺少對市場價格、成本價格、用戶行為、市場競爭等多種不確定因素的綜合考量，無法有效平衡各方利益。

（四）頂層設計有待完善

作為新興市場主體，盡管國家和地方在相關規劃和政策文件中多次提及支持虛擬電廠發展，明確將虛擬電廠作為支撐新型電力系統建設的重要技術研究和發展方向。并且，基于自有資源和利益訴求，蘇州相關主體也在積極開展虛擬電廠示范項目建設，并已經取得初步成效。但在其實際發展中，由于缺少針對性的政策，仍面臨發展方向不明確、監管機制和技術標準規范缺失等一系列問題，制約了其發展進程。例如：功能定位和發展路線缺失，導致蘇州市場主體尚未對虛擬電廠的功能定位形成統一認識，市場主體缺少明確的發展目標和投資信心；監管主體不明確，導致能源、電力、市場監管等多個部門間監管職責不清，容易出現監管空白或重復監管；監管機制不健全，對于虛擬電廠的準入、運營、交易等環節的監管機制不夠完善，難以對虛擬電廠的發展進行有效的引導和約束；核心技術標準不完善，在系統架構設計、通信協議、控制策略等方面還缺乏統一的標準和規范，無法滿足虛擬電廠大規模發展的需求。

表2 蘇州相關主體利益訴求

（五）市場空間無法支撐產業發展

江蘇當前正在持續深化電力市場改革，實現了中長期交易模式和年度、月度、月內全周期覆蓋，但仍存在交易規模不足、電力價格無法有效激活市場等問題。受到量價的制約，有限的市場空間難以有效支撐虛擬電廠的市場化發展。一是交易規模不足。江蘇空調資源以參與邀約需求響應和調峰輔助服務為主，由于近年來江蘇加大區外來電引入，并建設了一批迎峰度夏電力保供工程，增強了江蘇常規電源的供電能力，導致需求響應和輔助服務的交易頻次較低，無法支撐空調資源的常態化交易。二是電力價格無法有效激活市場。一方面，價格型需求響應能力不足，我國電力市場形成的價格主要反映主干電網電力供需形勢，而配電網價格信號缺失，導致空調負荷管理的經濟效益不明顯，虛擬電廠為支撐配電網運行的高投入價值缺乏充分價格信號進行反映。另一方面，激勵型需求響應能力不足，近期修訂的需求響應細則將補償價格下調，空調資源主體參與的收益下降，難以調動建筑用戶參與的積極性。

三、發展建議

隨著我國電力市場建設深入推進,市場成為資源配置的主要手段,發揮企業的主導作用,持續完善市場機制，成為虛擬電廠實現常態化運營、規模化發展的關鍵。在項目層面，建議虛擬電廠運營商應提升空調資源響應能力，包括深入摸排空調資源潛力，為優化資源配置，提高負荷預測精度提供支撐；優化響應策略和升級基礎設施，用以有效發揮空調資源潛力等。此外，積極探索商業模式，包括提升電力市場交易能力，探索多元增值服務等。在產業層面，建議政府、電網、虛擬電廠運營商、設備制造商等相關主體加強合作，從產業政策、技術規范標準、市場監管、交易機制和交易品種等方面協同推進政策和市場環境的完善。

（一）資源摸排，形成常態工作機制

為系統挖掘空調資源調控潛力、提高負荷預測精度，虛擬電廠應積極聯合有關部門，深入摸排各類空調負荷資源底數，并進一步評估其實際可調資源規模。

一是摸清空調資源底數。組織開展對寫字樓、商超等建筑空調用能情況的調研，搭建空調負荷資源基礎數據庫，并定期開展負荷資源監測和調控，做好增量數據維護。

二是評估實際可調資源。結合蘇州地區建筑特性，開展針對中央空調、VRV、冰蓄冷等空調的負荷特征分析，并建立基于熱力學原理的負荷模型，進一步面向削峰、填谷等應用場景，建立分鐘級、小時級、日前等多時間尺度下，各類空調可調節潛力的評估模型[8]。

（二）策略優化，制定空調響應策略

為充分發揮空調資源調控潛力，建議虛擬電廠進一步優化空調響應策略，加強對空調負荷的聚合控制。

一是制定差異化空調調控方案。基于不同的建筑用戶需求、空調設備特性、氣象條件等約束條件，制定適用于不同應用場景和響應能力（響應容量、響應時長、響應速度）的負荷調控策略，并制作標準化操作手冊，“一樓一冊”地挖掘不同場景下空調資源響應能力，主要響應策略如表3所示[9]。

二是探索空調負荷聚合調控策略。考慮到項目整體對外特性，盡管同為空調負荷資源，但寫字樓、酒店等公共建筑的用電特性和運行模式存在一定的差異，具備一定的時空互補性。因此需要進一步分析相同時間段內各類建筑空調負荷的聚合策略。

表3 空調負荷響應策略

（三）基礎升級，打造樓宇數字底座

為提高虛擬電廠的聚合和調控能力，持續推動優質空調資源的智能化改造，打造樓宇數字底座。

一是有序開展優質空調資源的智能化改造，優化資源配置。建議虛擬電廠應根據前期各類空調資源的可調規模和調控難易程度，按照“先大后小、先易后難、一樓一案”原則，分批組織開展現場查勘，制定空調設備改造方案，有序開展各類空調資源的智能化改造，提升數據采集和智能調控能力，打造梯隊化資源調度序列。

二是創新工商業園區智慧用電方式。建議政府支持工商業園區加快老舊電能表更新替換和配電設備智能化更新，建設可視化綜合能源監測系統，提高用戶側數字化水平。

（四）試點先行，探索多元增值服務

為提高虛擬電廠可持續盈利能力，依托蘇州豐富空調資源，完善市場條件，在試點示范項目中探索空調領域虛擬電廠的商業模式。

1.組織實施虛擬電廠精準響應，并完善價格傳導機制

建議蘇州市推動空調負荷資源參與江蘇省輔助服務市場和負荷管理平臺統一管理，提高開市頻次，明確用戶參與機制、設備接入要求、準入門檻、應用場景、組織模式和交易結算規則。在江蘇市場化需求響應基礎上，啟動針對日內、實時階段的局部性電力供應緊張問題的精準響應。在價格機制方面，加強夏冬高峰期尖峰負荷發展情況研究，進一步完善動態分時電價機制，優化時段劃分，推動探索完善季節性尖峰電價和深谷電價、蓄熱蓄冷電價在蘇州試點示范。

2.探索虛擬電廠多元商業模式

建議蘇州虛擬電廠應立足電力市場，持續提升市場交易能力，并積極探索多元增值服務，提升項目可持續盈利能力。一是立足電力市場，持續提升市場交易能力，優化資源配置。在交易能力提升方面，虛擬電廠須優化內部代理合約定價機制，以及對外的報量報價策略。一方面綜合考慮用戶的價格敏感度、風險偏好等因素，優化代理合約定價機制，平衡用戶收益和合約約束對用戶參與互動的影響，優化交易成本。另一方面，綜合考慮市場競價、調控成本、用戶行為、風險溢價等復雜經濟因素，探索現貨市場、輔助服務市場、容量市場機制下的報量報價策略，實現成本和風險可控下的利益最大化，為成熟市場環境下虛擬電廠優化運營奠定基礎。此外，根據各類空調資源調控特性和經濟性，虛擬電廠還應面向削峰、填谷等應用場景，優化不同時間尺度下的內部資源配置。二是依托能源、電力大數據，鼓勵虛擬電廠為用戶提供綜合能源、碳資產管理、碳足跡評價等能碳一體化服務，實現現行市場環境下的虛擬電廠可持續發展。

（五）創新支撐，強化技術策源能力

為支撐虛擬電廠關鍵技術實現突破，依托蘇州產業鏈優勢和豐富創新資源，強化技術策源能力，支持空調領域關鍵技術研發，推動標準建設應用。

一是支持空調領域關鍵技術研發。圍繞可觀、可測、可調、可控能力的提升，建議虛擬電廠積極聯合科研機構、設備商等相關主體，開展包括基于先進感知、計量、定位的智能控制終端，基于通用大模型的空調負荷功率預測，面向資源聚合商的規模化分布式資源實時感知與協同調控系統等關鍵技術的研發和產業化。

二是推動空調領域標準建設應用。建議蘇州市系統梳理虛擬電廠在空調智能化改造和運行過程中亟需解決的技術性需求，推動虛擬電廠技術導則、接入測試規范、效果評估規范等關鍵領域標準規范編制。

三是培育虛擬電廠創新發展生態。鼓勵虛擬電廠、科研院所、空調制造商等主體，建立產學研協同創新組織，探索產學研協同的成果轉化和利益分配模式，推動創新資源在各類組織之間有效流動，實現空調領域關鍵技術的突破，并向實際應用場景拓展。

（六）促進交流，推動產業互聯互通

為促進虛擬電廠產業發展，建議蘇州市進一步拓展各方交流渠道，營造產業發展良好環境。

一是加強政企協同，營造開放多元的產業發展環境。成立虛擬電廠管理機構，組建涵蓋政府、國網、運營商等主體的工作專班，聚焦虛擬電廠落地的重點、難點問題，做好規劃制定、政策落實、綜合協調、工作督導等工作。鼓勵開展跨行業的交流與合作會議，就虛擬電廠相關的政策、技術和市場等議題，開展廣泛交流，共同推動虛擬電廠技術進步和市場拓展，提升蘇州在智慧能源領域的綜合競爭力。

二是做好用戶宣傳，增強市場對虛擬電廠的認知。聯合政府、國網、運營商等相關機構，編制和發布虛擬電廠的宣傳手冊或視頻。定期舉辦宣講會、沙龍等活動并結合線上平臺、公眾號及時發布，積極做好虛擬電廠相關政策和應用案例的大范圍宣貫，增強業主認知。

參考文獻

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[2] 彭道剛,稅紀鈞等.“雙碳”背景下虛擬電廠研究綜述[J].發電技術,2023,44(05):602-615.

[3] 康重慶,陳啟鑫,蘇劍,等.新型電力系統規模化靈活資源虛擬電廠科學問題與研究框架[J].電力系統自動化,2022,46(18):3-14.

[4] 落正威,張鋒明,胡鳳桐,等.虛擬電廠分布式資源的聚合響應能力評估方法[J].電力工程技術,2022,41(6):39-49.

[5] 田士君,呂琛,張曉萱,等.市場機制:虛擬電廠發展的關鍵[J].能源,2023,16(03):23-26.

[6] 蘇州市人民政府.蘇州供電公司曬2022年“成績單”[EB/OL].蘇州政府網,2023-01-21.

https://www.suzhou.gov.cn/szsrmzf/szyw/202301/88d636cebc2b4852af3941e08c1e4db2.shtml.

[7] 江蘇省發展和改革委員會.蘇州市走好綠色低碳轉型之路為高質量發展提供新動能[EB/OL].江蘇發改委官方網站,2023-04-28.

https://fzggw.jiangsu.gov.cn/art/2023/4/18/art_286_10867318.html.

[8] 馬思思.基于中央空調系統調控建模的虛擬電廠定制方法及運行策略研究[D].東南大學,2021.

[9] 袁銀雪.公共建筑電力需求響應策略及系統設計[D].山東建筑科技大學,2022.

注：原文載自《煤炭經濟研究》2024年第8期，本次發表有較大改動。文中圖片來源于網絡，版權歸原作者所有，若有侵權請聯系刪除。