4. 我国虚拟电厂的建设发展与展望

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我国虚拟电厂的建设发展与展望 冯升波 中国宏观经济研究院能源研究所 2024年7月11日 一、虚拟电厂建设背景 二、虚拟电厂发展现状 三、虚拟电厂发展展望 3 l 2023年，全社会用电量9.22万亿千瓦时， 同比增速6.7%，支撑了GDP的5.2%增 速。 l “十四五”前三年，我国全社会用电 量年均增速7% l 电力弹性系数连续3年超过1，2016年 以来维持0.7以上的高位 2001年以来全社会电力消费变化情况 Ø 近年来我国能源电力消费变化情况 4 l 2023年全社会用电量增长5800亿千瓦时 （2023年风电+光伏合计新增2800亿千瓦时） l “十四五”前三年，全社会用电量年均 增量约5700亿千瓦时，远超“十三五” 的年均4000亿千瓦时增量 l 2024年1—5月，我国全社会用电量同比 增长8.6%，继续维持高增长态势 近十年全社会用电量增长情况（亿千瓦时） Ø 近年来我国能源电力消费变化情况 5 l 一产用电量：在全社会用电量中占比 保持在1—2%。 l 二产用电量：“十三五”以来在全社 会用电量中的占比下降了5.2个百分 点。 l 三产和居民用电量：“十三五”以来 在全社会用电量中的占比上升了5.8 个百分点。 “十三五”以来全社会用电量结构变化情况 Ø 近年来我国能源电力消费变化情况 6 l 非化石能源发电：2023年占总发电装 机比重首次突破50%，达到53.9%， 较上一年提升4.3个百分点。 l 可再生能源发电：2023年可再生能源 发电装机连续突破13亿千瓦、14亿千 瓦，历史性超过火电装机规模。 l 新能源发电：2023年底风光合计装机 10.5亿千瓦，2024年5月底达到11.5亿 千瓦，占总装机比重37.9%。 2015年以来我国电源新增装机变化情况 Ø 近年来我国电力装机结构变化情况 Ø 新型能源体系是实现碳达峰碳中和的基础性工程 2014年 2017年 2021年 2022年 ü 习总书记在中央财经领导小组第六次会议上提出“四个革命、 一个合作”能源安全新战略 ü 党的十九大报告提出，构建清洁低碳、安全高效的能源体系 ü 十四五规划纲要提出，构建现代能源体系，实施能源资源 安全战略 ü 党的二十大报告提出，加快规划建设新型能源体系 Ø 新型能源体系主要特征 • 新的供给消费体系——从化石能源为主体逐步过渡到新能源为主体 • 新的供需平衡模式——从源随荷动到源网荷储互动 • 传统电力系统： • 新型电力系统： 供需双侧波动，新能源出力不稳定， 用电需求尖峰化 以煤电为主，发电出力稳定控制 发 电 用 电 实时平衡 Ø 新型电力系统演进趋势 • 用电量持续增长，增速逐步放缓，2060年，电能占终端能源消费的比重提升至70%左右，全社会用电量 达到18.5万亿千瓦时。 • 全国非化石能源发电装机占比稳步提升，2040年达到80%左右，2050年超过90%。 Ø 新型电力系统建设将加速需求侧变革 • 需求侧资源将成为电力系统主要调节资源之一。在供需高度协调、产消一体化发展需求下，需求侧资源将 逐渐提升至与供给侧同等地位，在促进电力供需平衡、支撑新能源消纳等方面发挥更加突出的作用。 需求侧资源 对电力系统 的调节方式 直接削峰 工厂调整耗电设备负 荷、调整空调温度等 缓解电力供应紧张 移峰填谷 采用蓄能技术，如安装 蓄冷空调等 缓解局部短缺，提 高电力系统效率 填谷 以新增的谷段电力，替 代其他形式的能源 提高系统经济性， 促进可再生能源消 纳 需求侧资源对电力系统的调整作用 Ø 欧美等国家积极推动虚拟电厂参与电力市场运营。 • 美国:聚焦负荷资源聚合调配，推动小规模分布式电 源参与电力市场 • 案例一美国Tesla虚拟电厂: 2022年Tesla与美国加 州公共事业公司PG&E合作，向符合条件的 Powerwall用户提供2美元/千瓦时的报酬激励，在 电网紧急状况时向电网输送电力，有5万个 Powerwall用户符合补贴条件，累容量计达到50万 千瓦时。 • 欧洲:以分布式电源、储能资源为主，主要针对实现 分布式电源可靠并网和电力市场运营 • 案例一德国Next Kraftwerke欧洲最大虚拟电厂:聚 合资源包括沼气电厂、热电联产厂、水电光伏、电 池储能、电动汽车、工业负荷等。截至2022年底， 聚合规模约为1230万千瓦，聚合单元超过15000个， 通过调控各类分布式电源、用户和储能系统，参与 电力市场交易为电网提供平衡服务。 Ø 虚拟电厂是电力需求侧管理的重要实现形式，是我国电力需求侧管理长期实践的拓展，在 我国已进入以研究和示范为主的探索阶段。 部门 政策 主要内容 国家发改委 国家能源局 《“十四五”现代能源体系规划》 开展工业可调节负荷、楼宇空调负荷、大数据中心负荷、用户侧储能、新能源 汽车与电网 (V2G) 能量互动等各类资源聚合的虚拟电厂示范。 国家发改委 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》 拓宽电力需求响应实施范围，通过多种方式挖掘各类需求侧资源并组织其参与 需求响应，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、虚拟电厂运营商等参与电力市场交易和系统运行调节。 国家发改委 国家能源局 《关于加快建设全国统一电力市场 体系的指导意见》 鼓励抽水蓄能、储能、虚拟电厂等调节电源的投资建设。 国务院 《2030年前碳达峰行动方案》 构建新能源占比逐渐提高的新型电力系统，推动清洁电力资源大范围优化配置。 大力提升电力系统综合调节能力，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。 国家发改委 等六部门 《电力需求侧管理办法（2023年 版）》 支持各类电力需求侧管理服务机构整合优化可调节负荷、分布式电源、新型储 能等需求侧资源，以负荷聚合商或虚拟电厂等形式参与需求响应。 Ø 虚拟电厂含义 • 虚拟电厂，是依托负荷聚合商、售电公司等机 构，通过新一代信息通信、系统集成等技术， 实现需求侧资源的聚合、协调、优化，形成规 模化调节能力支撑电力系统安全运行。 ——《电力需求侧管理办法（2023年版）》 Ø 虚拟电厂是促进电力供需灵活互动的重要抓手，具备4大特征： Ø 丰富多元化经营主体扩大负荷侧灵活 资源规模 • 虚拟电厂既可以将电力用户聚合，形成“负荷 类”虚拟电厂，更可将新能源、储能等整体优 化，形成“源网荷储一体化”虚拟电厂。 1 2 4 3 Ø 聚合各类需求侧可调节资源缓解电力 供需压力 • 虚拟电厂通过聚合和调动各类负荷侧主体，形 成更经济、更灵活的可调节资源，缓解尖峰时 段的供需矛盾。 Ø 数字赋能需求侧资源精准调控与灵活 互动 • 新一代数字技术赋能虚拟电厂智慧化发展， 实现了对各类资源的智能监测、管理和调度。 Ø 促进可再生能源优化配置与消纳能力 提升 • 虚拟电厂能够通过源网荷储灵活双向调节，通 过填谷需求响应或参与电力市场来促进可再生 能源消纳和优化配置。 Ø 深圳、冀北、上海、山西、宁夏等地结合区域特点均已开展了虚拟电厂的试点应用。 • 深圳:系统推进虚拟电厂建设 • 实践-深圳虚拟电厂:平台接入资源数量超过3万个，规模超过265万千瓦，预计实时最大可调节负荷能力约56万 千瓦，是国内数据采集密度、接入负荷类型、直控资源、应用场景丰富和全面的虚拟电厂调控管理平台。 响应总量：3万kW 运营商收益：25 万元 3 kW 响应能力：9万kW 运营商收益：140 万元 响应能力：21 万kW 运营商收益：280+万元 响应能力：5 万kW 运营商收益：31万元 2023年 第1季度 2023年 第3季度 2023年 第4季度 2023年 第2季度 2022年 Ø 深圳、冀北、上海、山西、宁夏等地结合区域特点均已开展了虚拟电厂的试点应用。 • 冀北:常态化参与华北辅助服务市场 • 实践-冀北综能虚拟电厂:已连续运行4个采暖季， 接入22个电采暖及大工业用户，累计聚合容量 174.3万千瓦，理论调峰能力61万千瓦，累计填 谷响应电量1.86亿千瓦时，为用户和聚合商创造 服务收益3311万元。 • 上海:常态化参与市场化需求响应 • 实践-上海黄浦区商业建筑虚拟电厂:依托政府支持资 金常态化自主开展空调调控管理。截止2024年3月底 已接入主体101户，接入资源类型规模达25219千瓦， 累计响应电量17245千瓦时，最大响应负荷9800千 瓦，累计额产生的虚拟电厂激励费用6.2万元。 Ø 深圳、冀北、上海、山西、宁夏等地结合区域特点均已开展了虚拟电厂的试点应用。 • 山西:试点参与现货市场 • 实践-山西风行测控、山西电动汽车、华能山西 能源3个虚拟电厂：进入现货正式运行共接入用 户22户，接入容量20万千瓦参与市场以来共交 易电量2965万千瓦时，结算电量2911万千瓦时， 结算金额583.33万元，总红利46.2万元。 • 宁夏:试点参与调峰辅助服务 • 实践-宁夏综合能源服务有限公司虚拟电厂:涵盖电采 暖、数据基站、材料生产及制造等12个行业试点参 与辅助服务市场(以调峰服务为主)。自2023年10月 28日启动虚拟电厂辅助服务以来试点项目已开展14 次调峰服务，累计申报容量51.27万千瓦，累计计划 响应电量262.95万千瓦时。 Ø 城市级虚拟电厂 • 5月8日，安徽省启动申报虚拟电厂试点示范项目。 • 5月11日，湖北首个地市级虚拟电厂-黄石磁湖电厂市场化交易运营运营启动。 • 5月27日，湖南电力交易中心发布《虚拟电厂参与湖南电力市场交易实施细则（征求意见稿）》。6月22日， 湖南湘江新区虚拟电厂上线运行，这是湖南省首家实体运行的虚拟电厂。 • 6月7日，山东电力交易中心公示8家虚拟电厂注册信息，标志着山东虚拟电厂从概念走向了实体。 • 6月28日，成都市虚拟电厂管理平台上线，已接入5个子虚拟电厂，可调节能力已超过40万千瓦，力争2025 年超过130万千瓦。 Ø 典型案例分析-上海 • 上海市虚拟电厂实践特色 -挖掘和聚合多元化电力负荷资源 -建设和联通多层次智能管理平台 -探索和培育多样化新业态新模式 • 面临的挑战 -可调控资源规模仍待扩容 -非技术因素制约虚拟电厂系统终端推广 -技术平台和商业模式仍需进一步完善 Ø 虚拟电厂发展路径 阶段 类型 参与优势 近期 峰谷电价、激励型需求响应 聚合各类负荷侧资源，形成具有较强调节能力的 聚合体，以市场化手段适应不同场景需求。 调峰、备用辅助服务 远期 中长期、现货市场 与其他市场主体相比除具有调节能力外，还具有 多元主体互补、消除波动性、协调优化等优势。 调频、调压等辅助服务 可协调发挥储能等多种资源的快速响应优势。 分布式交易 推动分布式主体参与市场交易。 绿证交易、碳排放权交易 具备清洁能源就近消纳能力。 金融衍生品交易 具备更好的调节和预测能力。 Ø 虚拟电厂市场前景广阔 • 部分金融机构预测市场规模 • 财通证券: 根据测算，2030年需求响应市场空规模预计达到567亿元，辅助服务市场空间规模预计达到50亿 元，容量补偿市场空间预计达到54亿元，总体市场空间2030年有望超600亿元。 • 华西证券：预计2025年，虚拟电厂的投资建设市场规模有望超过300亿元，平均每年投资建设规模或可达到 105-200亿元。预计2025年虚拟电厂市场规模将达到968亿元。 • 华泰证券：据中电联，2025年我国最高用电负荷为16.3亿千瓦。基于此，测算得到2025年国内虚拟电厂市 场规模将达102亿元。2030年虚拟电厂市场规模或达1000亿元。 • 中金公司研：预计虚拟电厂调节负荷量占比有望在2030年达到5%。据测算，我国虚拟电厂行业有望在 2030年触达1320亿元的理论市场空间。 Ø 虚拟电厂发展相关建议 ① 完善虚拟电厂政策支持体系 • 创新能源电力战略、规划 − 节能、需求响应优先 − 开发利用可再生能源 − 清洁高效化石能源发电 • 制定虚拟电厂行动方案，大力挖潜负荷侧弹性，将虚拟电厂作为调节电力供需平衡的重要手段 ② 进一步完善分时电价机制 • 落实强化尖峰电价机制：20%+ • 探索建立推行深谷电价机制 • 加快扩大分时电价执行范围 ③ 加快电-碳-数据等市场建设与协同 • 常态化参与电力市场（现货、中长期、辅助服务、容量市场） • 推动参与绿电绿证交易、碳交易市场 谢谢！