為什么需要虛擬電廠：風(fēng)光快速增加帶來(lái)的填谷需求

風(fēng)光裝機(jī)快速增長(zhǎng)，加劇電力系統(tǒng)不可控性。截至2023H1，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)389.21GW，太陽(yáng)能裝機(jī)470.67GW，風(fēng)光合計(jì)占總裝機(jī)的31.76%。其中，2023年H1我國(guó)風(fēng)電新增裝機(jī)22.99GW，對(duì)比22年同期新增12.94GW，同比+77.67% ；太陽(yáng)能新增裝機(jī)78.42GW，對(duì)比22年同期新增30.88GW，同比+153.95%，風(fēng)、光均加速增長(zhǎng)。新能源出力主要受來(lái)風(fēng)、來(lái)光影響，人為干預(yù)作用小。因此，當(dāng)新能源出力與負(fù)荷用電特性不吻合時(shí)，便存在新能源電力消納問(wèn)題，處理不當(dāng)會(huì)引發(fā)電力系統(tǒng)安全事故，且造成投資的浪費(fèi)。

光伏建設(shè)速度遠(yuǎn)超風(fēng)電，分布式光伏成為主力。2022年我國(guó)光伏裝機(jī)首ci超過(guò)風(fēng)電，其中分布式功不可沒(méi)。2022年分 布式光伏新增裝機(jī)51.11GW，占當(dāng)年全部光伏新增的58.48%；截至23H1，分布累計(jì)裝機(jī)達(dá)198.23GW。分布式建設(shè)、選址簡(jiǎn)單，項(xiàng)目周期短，裝機(jī)提升快。由于其出力時(shí)間高度集中，受電網(wǎng)調(diào)度管控程度相對(duì)低，消納問(wèn)題正在顯現(xiàn)，山東、河南等分布式裝機(jī)大省已出臺(tái)分布式配儲(chǔ)文件。

“鴨子曲線"變“峽谷曲線"，光伏增加帶來(lái)填谷需求。“鴨子曲線"由美國(guó)加州電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商CAISO提出，即在光伏出力高峰的中午，凈負(fù)荷曲線下降，隨后在晚上光伏發(fā)電量下降時(shí)凈負(fù)荷急劇上升。隨著光伏裝機(jī)增加，CAISO的凈負(fù)荷曲線出現(xiàn)了向“峽谷曲線"的轉(zhuǎn)變，即中午凈需求更低，跌至零值甚至負(fù)值；傍晚負(fù)荷增加更加陡峭，其他電源需快速爬坡出力以適應(yīng)負(fù)荷的急劇攀升。

（圖片來(lái)自于華福證券虛擬電廠專題報(bào)告）

國(guó)內(nèi)以山東為代表的部分省份同樣有明顯的填谷需求。山東裝機(jī)結(jié)構(gòu)與CAISO相似，截至22年底，光伏裝機(jī)占比達(dá)到 22.5%。在2023年五一假期期間，山東省內(nèi)用電負(fù)荷下降約15%，引發(fā)連續(xù)負(fù)電價(jià)現(xiàn)象。值得注意的是，4月29日-5月1日現(xiàn)貨價(jià)格曲線形狀類似鴨子曲線，期間10時(shí)-15時(shí)負(fù)電價(jià)出現(xiàn)尤為頻繁，而該時(shí)段為光伏發(fā)電高峰。結(jié)合此前山東 將中午時(shí)段劃分為電價(jià)深谷時(shí)段，新能源裝機(jī)增加改變了原有的負(fù)荷曲線，使得新能源集中大發(fā)時(shí)段，電網(wǎng)凈負(fù)荷出現(xiàn)了一個(gè)深谷，需要對(duì)負(fù)荷進(jìn)行時(shí)間上的轉(zhuǎn)移（填谷）以平滑變化、促進(jìn)新能源消納。

為什么需要虛擬電廠：充電樁等新型負(fù)荷使得負(fù)荷側(cè)復(fù)雜程度提升

充電樁保有量隨新能源汽車快速提升，改變配電網(wǎng)形態(tài)。截至2023H1，我國(guó)公共充電樁保有量為214.86萬(wàn)臺(tái)，同比+40.63%。2023H1，新能源汽車銷量同比+44.13%，保持快速增長(zhǎng)，可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)隨新能源汽車銷量繼續(xù)快速提升，充電樁保有量將持續(xù)增加。充電樁的大量增加將對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，相比于常規(guī)交流充電樁，快充直流樁由于功率更大、充電時(shí)間更短，產(chǎn)生沖擊更大。

充電樁加劇居民生活用電負(fù)荷峰值提升。充電樁對(duì)配電網(wǎng)的影響主要包括：（1）充電樁用電高峰同樣是居民原有用電高峰，會(huì)導(dǎo)致原有負(fù)荷峰值繼續(xù)提升，產(chǎn)生時(shí)間短、量級(jí)高的尖峰負(fù)荷；（2）按尖峰負(fù)荷配置變壓器容量，導(dǎo)致其余時(shí)間資源閑置；（3）充電負(fù)荷波動(dòng)帶來(lái)網(wǎng)絡(luò)損耗等。

因此，充電樁的發(fā)展導(dǎo)致了削峰填谷需求的增加，但同時(shí)充電樁和新能源汽車本身是良好的可調(diào)節(jié)負(fù)荷，如能通過(guò)虛擬電廠進(jìn)行聚合和優(yōu)化，是降低充電成本和降低電網(wǎng)投資的雙贏之選。

為什么需要虛擬電廠：需求側(cè)響應(yīng)能力力爭(zhēng)達(dá)到至大負(fù)荷的3%-5%

需求側(cè)響應(yīng)能力建設(shè)目標(biāo)明確。十四五前，虛擬電廠停留在個(gè)別地區(qū)、項(xiàng)目試點(diǎn)階段，一是新能源裝機(jī)占比不高，電力系統(tǒng)對(duì)靈活 性資源需求不強(qiáng)；二是缺乏量化目標(biāo)。2022年，《“十四五"現(xiàn)代能源體系規(guī)劃 》提出，力爭(zhēng)到2025年，電力需求側(cè)響應(yīng) 能力達(dá)到至大負(fù)荷的 3%～5%，其中華東、華中、南方等地區(qū)達(dá)到至大負(fù)荷的5%左右。

虛擬電廠政策密集發(fā)布，成為新型電力系統(tǒng)建設(shè)的重要一環(huán)，政策力度有望持續(xù)加大。7月11日，深化改革委員會(huì)第二次會(huì)議召開(kāi)，審議通過(guò)了《關(guān)于深化電力體制改革 加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的指導(dǎo)意見(jiàn)》。會(huì)議強(qiáng)調(diào)，要健全適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的體制機(jī)制，推動(dòng)加強(qiáng)電力技術(shù)創(chuàng)新、市場(chǎng)機(jī)制創(chuàng)新、 商業(yè)模式創(chuàng)新。虛擬電廠作為促進(jìn)新能源消 納的重要環(huán)節(jié)和電力商業(yè)模式創(chuàng)新的重要形式，后續(xù)政策支持力度有望持續(xù)加大。

安科瑞智慧能源管理平臺(tái)

AcrelEMS 智慧能源管理平臺(tái)是針對(duì)企業(yè)微電網(wǎng)的能效管理平臺(tái)，對(duì)企業(yè)微電網(wǎng)分布式電源、市政電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、充電設(shè)施以及各類交直流負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)視、智能預(yù)測(cè)、動(dòng)態(tài)調(diào)配，優(yōu)化策略，診斷告警，可調(diào)度源荷有序互動(dòng)、能源全景分析，滿足企業(yè)微電網(wǎng)能效管理數(shù)字化、安全分析智能化、調(diào)整控制動(dòng)態(tài)化、全景分析可視化的需求，完成不同策略下光儲(chǔ)充資源之間的靈活互動(dòng)與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為用戶降低能源成本，提高微電網(wǎng)運(yùn)行效率。AcrelEMS 智慧能源管理平臺(tái)可以接受虛擬電廠的調(diào)度指令和需求響應(yīng)，是虛擬電廠平臺(tái)的企業(yè)級(jí)子系統(tǒng)。

圖1  AcrelEMS 智慧能源管理平臺(tái)主界面

平臺(tái)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)覆蓋企業(yè)微電網(wǎng)“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)-充"各環(huán)節(jié)，通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)采集測(cè)控裝置、光伏、儲(chǔ)能、充電樁、常規(guī)負(fù)荷數(shù)據(jù)，根據(jù)負(fù)荷變化和電網(wǎng)調(diào)度進(jìn)行優(yōu)化控制，促進(jìn)新能源消納的同時(shí)降低對(duì)電網(wǎng)的至大需量，使之運(yùn)行安全。

圖2  AcrelEMS 智慧能源管理平臺(tái)結(jié)構(gòu)

平臺(tái)功能

1.能源數(shù)字化展示

通過(guò)展示大屏實(shí)時(shí)顯示市電、光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能、充電樁以及其它負(fù)荷數(shù)據(jù)，快速了解能源運(yùn)行情況。

2.優(yōu)化控制

直觀顯示能源生產(chǎn)及流向，包括市電、光伏、儲(chǔ)能充電及消耗過(guò)程，通過(guò)優(yōu)化控制儲(chǔ)能和可控負(fù)載提升新能源消納，削峰填谷，平滑系統(tǒng)出力，并顯示優(yōu)化前和優(yōu)化后能源曲線對(duì)比等。

3.智能預(yù)測(cè)

結(jié)合氣象數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)對(duì)光伏、風(fēng)力發(fā)電功率和負(fù)荷功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，并與實(shí)際功率進(jìn)行對(duì)比分析，通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)和負(fù)荷控制實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度，降低需量和用電成本。

 4.能耗分析

采集企業(yè)電、水、天然氣、冷/熱量等各種能源介質(zhì)消耗量，進(jìn)行同環(huán)比比較，顯示能源流向，能耗對(duì)標(biāo)，并折算標(biāo)煤或碳排放等。

5.有序充電

系統(tǒng)支持接入交直流充電樁，并根據(jù)企業(yè)負(fù)荷和變壓器容量，并和變壓器負(fù)荷率進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，引導(dǎo)用戶有序充電，保障企業(yè)微電網(wǎng)運(yùn)行安全。

6.運(yùn)維巡檢

系統(tǒng)支持任務(wù)管理、巡檢/缺陷/消警/搶修記錄以及通知工單管理，并通過(guò)北斗定位跟蹤運(yùn)維人員軌跡，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維流程閉環(huán)管理。

設(shè)備選型

除了智慧能源管理平臺(tái)外，還具備現(xiàn)場(chǎng)傳感器、智能網(wǎng)關(guān)等設(shè)備，組成了完整的“云-邊-端"能源數(shù)字化體系，具體包括高低壓配電綜合保護(hù)和監(jiān)測(cè)產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置、電能質(zhì)量治理、照明控制、充電樁、電氣消防類解決方案等，可以為虛擬電廠企業(yè)級(jí)的能源管理系統(tǒng)提供一站式服務(wù)能力。

安科瑞系統(tǒng)解決方案還包含電力運(yùn)維云平臺(tái)、能源綜合計(jì)費(fèi)管理平臺(tái)、環(huán)保用電監(jiān)管云平臺(tái)、充電樁運(yùn)營(yíng)管理云平臺(tái)、智慧消防云平臺(tái)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)、智能照明控制系統(tǒng)、電能質(zhì)量治理系統(tǒng)、電氣消防系統(tǒng)、隔離電源絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等系統(tǒng)解決方案，覆蓋企業(yè)微電網(wǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)，打造準(zhǔn)確感知、邊緣智能、智慧運(yùn)行的企業(yè)微電網(wǎng)智慧能源管理系統(tǒng)。