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虚拟电厂的“三味虚火”

电联新媒发布时间:2022-11-16 13:52:18  作者:赵紫原

  今夏迎峰,行业“电量焦虑症”再起。

  8月,因遭遇历史同期最极端高温、最少降雨量、最高电力负荷,“水电大省”四川电力供需形势由高峰时期电力“紧缺”,转变为全天电力电量“双缺”。自2020年底湖南启动紧急有序用电至今,不时有局部地区拉闸限电,原因大同小异——吃力的供给难以满足旺盛的需求。近几年,纾困煤电企业、释放煤炭产能、解扣“煤电顶牛”多管齐下,合力治愈困扰行业近三年的“顽疾”。

  不同的是,虚拟电厂成了今年镜头前“对症药”的主角。虚拟电厂并不是一个物理意义上的电厂,它不烧煤,没有厂房,而是通过软件系统和信息通信等搭建起一套能源管理系统,用来整合分散、可调的分布式能源。国内首家虚拟电厂管理中心落地、首个省级虚拟电厂实施方案印发、虚拟电厂可作为独立市场主体参与现货市场交易……近年来,虚拟电厂在我国获得实质进展。国际方面已有成功实践,亮点在于美国科技巨头特斯拉重磅入局,与美国加州最大的电网共同成立了虚拟电厂。

  科技和限电两大现象级IP撞出了火花,投资者们争相涌入,希望在新能源资本赛道中压中风口分一杯羹。Wind数据显示,自年内4月份低点以来,“虚拟电厂”指数累计涨幅高达84.21%,跑赢同期沪深300指数76.02个百分点,实现了成分股的全面上涨。一时间,“虚拟电厂拯救电荒”“虚拟电厂是电网的‘定海神针’”“虚拟电厂下一个‘千亿黄金赛道’”等声音异常活跃。

  事实上,虚拟电厂业务在我国尚未形成规模,多数企业相关业务尚未落地,电力行业诸多从业人士不免惊讶,十几年前就出现的概念缘何突然名声鹊起?就连嗅觉敏锐的电力行业证券分析师也多数懵圈,一边惊叹资本强大的“钞能力”,一边临时补课追赶落了下风的步伐。虚实之间,虚拟电厂的意外走红像一面多棱镜,一面照出了资本市场的狂热,一面照出了能源转型的艰巨和复杂。

  虚火一:虚拟电厂拯救电荒?

  实际调节性资源难扛保供大旗

  在电力无法大规模储存的前提下,要想做到用多少发多少,即便迈入信息化时代,依然是无法完成的任务。

  2021年2月,美国得州遭遇数十年来最冷天气,电力需求超预期增长;另一方面,寒潮导致天然气供给短缺,加上风机受冻无法发电,得州电力供给三分之一缺位。今年我国西南地区堪称“夏天版”的美国得州,四川、云南等水电大省,水电装机比重超过75%,煤电装机比重不足15%。极端高温干旱、汛期来水偏枯,水电顶不上出力且煤电装机不足,电源结构性问题导致上述地区电力供应趋紧。

  国内外能源转型从根源上面临“鱼和熊掌不可兼得”的两难抉择:风与光低碳但“看天吃饭”,瞬息间千变万化难以控制;煤油气化石能源可控可靠但高碳高能耗,基础保障不可或缺又要逐步退出历史舞台。在破与立的不断检验之下,科技成为人类对抗不确定性的有效凭证。

  传统电力系统中,集中式大电源,发输配用单向电力传输。在新型电力系统中,电网的潮流流向无论在时间上还是空间上,都打破了传统输配电逻辑。新型电力系统中,颗粒度之细、地区跨度之大、分布数量之多前所未有,依靠人工难以准确把控错综复杂的运行局面,虚拟电厂有了用武之地。

  具体而言,虚拟电厂既可作为“正电厂”向系统供电,又可作为“负电厂”加大消纳;既可快速响应指令保障系统稳定,也可如同真实的电厂一样参与各类电力市场获得经济收益。简而言之,虚拟电厂不生产电,只是电的搬运工。

  目前虚拟电厂在发达国家已有成熟实践。以欧洲为例,2005~2009年,来自欧盟8个国家的20个研究机构和组织合作实施和开展了FENIX项目,旨在将大量的分布式电源聚合成虚拟电厂。此后,虚拟电厂项目不断升级,用以聚合管理需求侧资源和分布式能源。美国则通过虚拟电厂降低用电负荷来保证电网系统稳定性,特斯拉虚拟电厂智能平台Autobidder是典例。

  我国沿着国外虚拟电厂的先行路径开始逐步探索。自2016年起,上海市开展国家级需求侧管理示范项目“上海黄浦区商业建筑VPP项目”建设;2019年,国网冀北电力的虚拟电厂示范工程投运;今年,深圳虚拟电厂管理中心正式揭牌,山西省发布国内首份省级虚拟电厂运营管理,山东省虚拟电厂可作为独立市场主体参与电力交易。

  促进新能源消纳、优化调度运行、服务电网安全稳定运行,是虚拟电厂的确定性价值。今年以来有关保供的举措中,虚拟电厂赚足了眼球。“虚拟电厂解决用电供需失衡难题”“干掉电荒”类似云云观点听起来酷炫,但不免有资本方‘炒作画饼’之嫌。”业内某长期从事电力行业供需研究的人士戏称。

  削峰填谷、优化配置不代表可以解决供需矛盾,更不代表其具备超能力。“‘解决’这个说法是不现实的。”华能浙江吴科俊告诉记者,“准确表述是,可以缓解供需矛盾,让其直接发电顶负荷是不可能的,虚拟电厂本身不是真正的电厂。”

  天津华大亿电科技有限首席技术官王澍表示赞同。“虚拟电厂不是万能的,其只能在电力系统的特定细分领域发挥功能。解决电荒需要能够长时间,持续发电72小时或以上、10万千瓦以上大功率的发电设备,注意是发电设备,而不是调节设备。虚拟电厂可以实现短时间的负荷用电特性调整,比如10小时以内,负荷改变用电行为的时间越长,所付出的代价越高。试问哪个虚拟电厂能够让负荷持续很长时间不用电?或者说给多少钱才能实现这个效果?”

  电荒通常是十几个小时、数周甚至月度层面的紧缺。解决供需失衡问题,本质上要解决时间空间上供应能力与用电需求不匹配的问题。在电力需求增长态势与电力供给托底能力减弱的双重夹击下,以及全球应对气候变化面临的共同迷局中,虚拟电厂这类调节性资源显然不是唯一“解药”,也难以扛起保供“主力军”的大旗。

  山东电力行业一位一线工作人员证实了这一事实:“去年大规模限电时,虚拟电厂压根没啥动静。以储能为例,在限电的情况下,电池放空后再充电都存在难度,长时间亏电对储能寿命伤害不小。”

  虚火二:虚拟电厂是黑科技?

  实际是行政指令下的需求响应

  有关虚拟电厂的流行故事里,火力最猛的标签还有“黑科技”。虚拟电厂似乎具有无穷的魅力,其能“打造数字化能源世界”。在充满未来感的话术加持下,物理电流和通信电波打破结界翻腾挪跃,虚拟电厂似乎成为“云、大、物、移、智”的代名词。

  掀开虚拟电厂所谓科技感的“面纱”,窥探到资本市场和实体行业的脱节一角。“当前活跃台前的虚拟电厂业务,本质上还是‘电力需求响应’。对电力行业而言,挺寻常的一个事物。”上述电力行业的研究人员告诉记者。

  需求响应,电力行业耳熟能详但大众知之甚少。2013年上海首次开展需求响应试点以来,在我国开展了大量实践。典型应用场景之一,即每年迎峰度夏供电缺口期,通过供电企业提前邀约,用户响应邀约,在约定时间减少用电。事后,参与响应的用户可以获得补贴,即“不用电可赚红包”。

  国家发改委、国家能源局今年5月印发的《“十四五”现代能源体系规划》提出“大力提升电力负荷弹性”,加强电力需求侧响应能力建设,力争到2025年,电力需求侧响应能力达到最大用电负荷的3%~5%。

  需求响应和虚拟电厂之间,能以假乱真但不能如假包换。一般认为虚拟电厂的范畴包括需求响应,两者本质相同,是同时存在的两个概念,区别主要在于包含主体的变化,前者是对后者的补充与拓展,后者是前者的子集。前者不仅聚合了可调负荷,还重点关注近几年大规模发展的分布式电源及储能。

  在两者交集之外,虚拟电厂之所以称之为虚拟电厂,差异泾渭分明。区别在于,虚拟电厂的运作机制和电力现货市场关联更紧密。需求响应通常只在传统的夏季负荷供应紧张期间,根据特定的机制缓解用电紧张。脱离了电力市场这个关键语境,虚拟电厂实质仍是行政指令下的需求响应。吴科俊直言:“需求响应是计划模式下的一种补贴机制,效率较低且不可持续。”

  王澍指出,虚拟电厂技术或类似负荷控制技术,已经在科研领域出现了10年以上,但是我们清楚地看到,在传统电力体制下,不具备催生虚拟电厂规模化发展的环境。没有电力市场机制,具体来说是没有电力现货市场机制,虚拟电厂只能是示范示范再示范,无法形成商业化、规模化、常规化的产业形态。

  虚拟电厂是打开“能源数智化的关键钥匙”,却未能推开市场的门。我国电力现货市场尚处于模拟结算试运行中,以此为基的国内虚拟电厂亦在第一阶段投石问路,广阔“钱景”在当下只是一种美好假设。当前众多券商尽力营造紧迫感,罗列日益增长的新能源装机数据为论据,声称“国内虚拟电厂市场规模2030年可翻倍增长至千亿元,其中2025~2030年年均复合增速高达10%以上”,更不乏有大胆者预测,虚拟电厂是“十个三峡”万亿级别空间新蓝海。

  论证过程颇有偷换概念之嫌,结论是否值得推敲另当别论。真相是,后天很美好,却难捱明天的困难,虚拟电厂在国外也并非一片坦途。

  美国能源经济和金融分析研究所(IEEFA)近期发布报告称,澳大利亚能源市场运营商(AEMO)在2019年宣布其虚拟电厂示范项目时,AEMO预测到2022年可能有700兆瓦的规模。到2021年AEMO示范结束时,仅有31兆瓦加入,占应急频率控制和辅助服务(FCAS)3%的市场份额。

  对于发展缓慢的原因,IEEFA报告指出,目前,对于客户或虚拟电厂供应商来说,没有大额可靠收入,而开发成本可能是巨大的,特别是对于初创企业而言成本不低。因此,IEEFA预计虚拟电厂运营商利润率不高。

  根据彭博新能源财经(BNEF)今年4月对全球93家虚拟电厂企业的调研结果,截至目前尚未有任何一家虚拟电厂企业实现盈利。加拿大安大略省独立电力系统运营高级经济师何爱民告诉记者:“在国外因为成本和效益因素,虚拟电厂发展得并不快。”

  虚火三:虚拟电厂即将井喷?

  实际还要“过五关斩六将”

  商业化、产业化、规模化,这些关键词串起了虚拟电厂产业发展的主线。国外虚拟电厂建设趟出了一条成熟的产业化之路,囿于商业化的羁绊在规模化进阶路上步伐放缓。对照之下,我国虚拟电厂建设从白纸起步,从业者们抱着“先占位”的心态提前布局,在跌跌撞撞中为业界提供借鉴经验,不断探路从0到1需要“过多少关斩多少将”。

  决心出发要先定好朝向。虚拟电厂商业模式的建立需要依靠电力现货市场,现货市场的模式进而决定了虚拟电厂的形态。国外不同的现货模式,衍生出了不同的虚拟电厂模式。美国虚拟电厂以可调负荷为主,以德国为代表的欧洲国家以分布式电源为主,澳大利亚则以用户侧储能为主。“欧洲采用自调度模式,我国采用集中式调度模式,欧洲虚拟电厂自平衡模式显然不适用于我国,而我国目前的讨论中常有人将其混为一谈。虚拟电厂提供哪种类型的服务,需要与当地的电力市场模式相结合。”吴科俊告诉记者。

  对我国而言,以现货市场为基础、真正参与电力市场的虚拟电厂屈指可数。今年6月,山西省能源局发布了《山西省电力市场规则汇编(试运行V12.0)》。新版规则最大的亮点是将虚拟电厂、储能企业纳入山西电力市场主体范围,其中虚拟电厂分为“负荷类”虚拟电厂、“源网荷储一体化”虚拟电厂。今年8月,山东省下发《关于进一步做好2022年下半年山东省电力现货市场结算试运行工作有关事项的通知》,7月份起,虚拟电厂可作为独立市场主体参与市场交易。

  “不好推。”山东一线工作人员直言,“现货市场里的负荷侧虚拟电厂,说白了调度没法调,调度也不敢调。调度要保证电力供应,结果却要主动调整用户用电。受限于商业模式不成熟、补贴规模不充裕等原因,负荷侧参与意愿也不强。一些已参与用户或发电商的投资收益、技术支持、运维服务等无法得到政策法律保障。另外,我国大多数工商业用户侧负荷可调控性差(或无),得到的补贴又难以超过损失的效益,宁愿根据市场价格主动调整,对于安装相应调控模块被动接受调度态度消极。”

  在实际操作过程中,现货市场给予了明确的价格信号,比如某时段现货价格高企,用户可以选择主动降低用电负荷获得收益,也可以选择继续用电。“用户拥有自主权,为何要被动听从人工指令呢?除非能够额外再得到一笔足以动心的补贴。”山东地区一线人员结合亲身操作经验坦言。

  现货市场之外,虚拟电厂也积极谋求探索在辅助服务市场占有一席之地。不过我国辅助服务市场中,相较于煤电、燃气机组、常规水电、抽水蓄能、电化学储能等一众先头部队,虚拟电厂可发挥空间有限。加之辅助服务市场本身价格机制尚待理顺,虚拟电厂的加盟更多是示范意义。

  商业模式的探索“万事开头难”,解决产业层面的藩篱更具实操价值。在产业层面,我国目前尚未出台虚拟电厂各类资源准入、并网、调度等相关标准规范,各类设备及负荷聚合商通信协议不统一,数据交互壁垒高、不顺畅,增加了建设难度和成本。目前,我国大部分试点项目的组织、实施和管理大体沿袭需求管理模式,不同项目对于虚拟电厂定义、内涵、功能、服务也不甚明确统一,市场化响应政策机制普遍缺乏,相关电价和补偿机制也有待针对性完善。

  在缺乏总体政策指导和机制驱动情况下,虚拟电厂目前的盈利模式不具可持续性,一定程度造成我国虚拟电厂发展的商业环境落后于技术环境;产业环境和商业模式不成熟,也一定程度制约了互联网、智能电器等领域头部企业入局虚拟电厂,难以激发其开展技术研究、设备研发和项目建设的热情。

  新业态的孵化“烧钱”又“烧脑”,对于追捧概念无视经济性的声音,市场投资者和政策决策者需多方调研审慎看待。究其根本,电力市场是“土壤”,虚拟电厂是“植被”,与其说虚拟电厂的发展的过程是电力现货市场完善的过程,不如说是电力现货市场的发展为虚拟电厂落地生根创造了必备土壤。待现货市场逐步完善,虚拟电厂的产业化之路才能开启。

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