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储能+源网荷储为光伏插上调度的翅膀

2025-02-06 15:39

储能+源网荷储为光伏插上调度的翅膀

1月23日,国家能源局发布关于印发《分布式光伏发电开发建设管理办法》的通知。其中提到:

分布式光伏发电可独立或者通过微电网、源网荷储一体化、虚拟电厂聚合等形式参与调度,电网企业及其调度机构进行调度应当做到公开、公平、公正,保障电网安全稳定运行。
今年将是能源行业对人工智能(AI)的觉醒之年。每个大型能源会议都会就这一主题举行多场专题会,场场座无虚席。国际能源署(IEA)去年发布的《电力市场报告》对数据中心只字未提,而今年的报告则有一整个章节讨论数据中心。

 

今年也是AI对能源的觉醒之年。最强大的科技巨头希望在全球占据主导地位,但蓦然发现其计划可能因电力这样的平凡事物而遇阻,于是纷纷迅速行动,开始抢夺一切可调度的电力资源,进而引发了一场淘金热。

数据中心的电力需求狂热,这只是能源行业诸多泡沫中的最新一个?还是新常态的曙光?数据中心能否产生如此强劲的需求拉动效应,从而开启新建核电、地热和其他清洁可调度发电技术的新时代?还是说数据中心只会消耗现有清洁能源并增加化石燃料用量,进而引发不满和监管?
虚拟电厂的中国背景
虚拟电厂在今天的中国之所以被很多人关注,其实是因为电力行业发展到今天,进入某种双轨制瓶颈期。
传统的电力系统建设运行和交易,依赖于大电网、大机组、大型高耗能负荷(第二产业为主),是一种寡头竞争(发电环节五大六小)+自然垄断(两张网)的格局,过去带有较为严重的计划经济色彩,两轮电改都以提高电力系统整体运行效率(全要素劳动生产率)为目标,引入市场化机制,建立电力交易市场,以市场价格信号作为指挥棒。
但是这并不改变批发侧交易市场,还是以跨省跨区(国家级)、省级集中为主要交易场所,交易主体较少的基本形态。
即使是建立了批发侧电力市场,对绝大多数想进入这个行业的主体(非传统电力企业,包括地方国有能源公司、民营能源企业等),市场的门槛依然很高,而且随着现货市场的推进,这种门槛并不是降低了,而是提高了。
新能源,尤其是分布式新能源、分布式储能等,由于其并网电压等级低(绝大部分是10kV~0.4kV),不在省级调度的视野范围之内,大多数是在表后并网(主流模式是自发自用),故不在电网公司的管理范围之内,随着补贴的取消、并网政策的开放、市场渠道的多元化和下沉化,形成了快速增长的趋势,占据了整个新能源新增装机的50%以上。

对大多数中小型能源相关企业来说,无论是上游元器件,还是中游的EPC,都获得了更为灵活的市场空间,推动产业进一步发展。
但是这种“低门槛的野火式发展”,自然导致行业快速进入红海竞争阶段。
无论是分布式光伏,还是储能,都是如此,行业发展面临渠道内卷化竞争、收益率下降、电网消纳红区、入市交易不确定等一系列问题。
也就是,赛道太拥挤了,大家都很难受。
于是和分布式密切相关的,虚拟电厂概念被大家追捧,似乎大家从内卷红海中,看到一根新的救命稻草。
这就是虚拟电厂最近被热捧的原因。
让我们不妨换个角度,从平台生态,而非产业链零和博弈的角度去看虚拟电厂。
从能源互联网,看虚拟电厂
下图为能源互联网场景图,以及虚拟电厂的定位:
最底层为资源层,220kV~0.4kV各电压等级的配网中,源、网、荷、储、充都是都是资源。
第二层是数字化底座层,就像阿里云、百度云、腾讯云、电信云等各类云基础设施运营服务(XaaS)对互联网应用生态的支撑,能源互联网离不开“电网一张图、数据一个源、业务一条线”的数字化底座,包括数据平台、业务平台、物联平台等。
第三层是基础运营服务层,互联网之所以能有今天的繁荣,是因为大型互联网公司极大的解决了互联网的基础服务问题,比如支付宝解决了买家、卖家的交易信任问题。
古早的BBS二手市场,曾经出现过卖家把物品发给BBS版主、买家把钱打给版主,版主充当人肉支付宝的时代。
脱胎于二手物品交易的淘宝,支付宝最早的商业模式,参考的就是版主代理交易模式。
还有物流网络、广告投流服务的建立、更出现了代加工、代理客服、代运营、代发货、花呗贷款等多样化的第三方专业运营服务,这些类似“互联网基础设施”的专业服务,确保了整个互联网场景的出现。
能源互联网目前缺乏的,是支付宝、代运营、代交易、代客服、代物流(能量流程调度)等这些环节。
或者说这个环节中,老玩家过于强势,原有的利益结构太过板结,很难形成新的产业生态平台。
南网成立生态服务公司,也是为了解决这个问题,但我认为它遇到的体制内部问题可能远甚于外部挑战。
在没有解决基础运营服务的普遍性之前,包括虚拟电厂在内的新应用场景,是很难获得大的发展机会的,但并不代表没有成长空间。
这就是第四层,垂直场景层,传统场景包括电网运营、发电运营、集中式电力电量交易,新场景包括微电网运营、虚拟电厂交易、电力零售交易等。
新场景受制于“土壤”,只能以“小苗”形式存在,慢慢的变成灌木,要长出大树,还得需要时间。
第五层,是跨垂直场景的横向场景,在互联网中,抖音电商是横跨了短视频和移动电商的存在,并且高度依赖支付宝、微信提供的移动支付和电商物流体系(基础运营服务)。
虚拟电厂代理分布式光伏,参与隔墙售电交易,交易对方可能是某个售电公司,并且通过某种“电力支付宝”实现小额高频交易,可能也是这种跨场景的交易。只是受制于各种政策和利益博弈,目前可能性较低。

从能源互联网的角度,认为:
1、虚拟电厂是能源互联网的一个或者若干个应用场景;
2、虚拟电厂是能源互联网产业生态的有效组成部分;
3、虚拟电厂是生长出来的,不是某个补贴,某个政策刺激的产物;
4、虚拟电厂的生长,离不开能源互联网基础生态的“土壤”;
5、目前来看,虚拟电厂的场景对能源互联网的运营、交易来说,更多的是补充(锦上添花),而非雪中送碳;
6、补充不代表不重要,就像人离不开维生素补充,虚拟电厂的最后一公里场景,就像互联网出行生态链的最后一公里,也能有共享单车这个形态出现;
7、受制于开放生态的数字化平台、基础运营服务体系,虚拟电厂这个垂直场景还非常弱小,未来可能逐步发展壮大
8、这取决于传统势力和新势力的各种博弈,这种博弈的难度、烈度、深度远高于互联网的博弈,滴滴打车VS传统出租车的那种博弈,在能源互联网里,都是小儿科级别,其中电网在高质量发展的思维下,能否自我革命,自我革新,是关键的要素。
9、在各种垂直场景之上,会形成更多元的跨垂类的能源互联网场景。

 

虚拟电厂的技术形态

如果我们把虚拟电厂的业务形态,按照两个维度进行划分:

横坐标是资源调度的实时性需求,从日前到秒级;

纵坐标是管理资源池的规模,从几个资源到几百万资源;

虚拟电厂未来很美好,现实很骨感,只能战略上乐观,战术上谨慎。

虚拟电厂的投资回报率是多少?

这个问题的背后,其实隐含着能源行业底层价值观的差异,而正是这种冲突,导致了能源互联网和虚拟电厂业务的困境。

我认为能源行业的人,一般有三种底层价值观。

资产型思维

这是能源行业长期以来形成的,最为习惯性的思维方式,在计划经济阶段,供需由计划决定,所以更强调最优规划,只要规划好了,资产投资下去,必然会产生合理的回报率。

到了市场化的初期阶段,这种思维在居民房地产行业得到了淋漓尽致的体现,住宅房地产的核心是“地段、地段、地段”,只要在最优质的地段建房子,不怕卖不掉。

对电网、油气管网这些自然垄断的“能源网络运营商”来说,占据最优质的管廊资源是最重要的目的;对于电源项目来说,在需求最旺盛的地段建设,就不愁消纳。

而资产的这种地段稀缺性,就会影响资产的利用率,最终体现在资产的回报率和风险上。

于是就有了本文一开始的那个问题:虚拟电厂建在哪里,资产回报率是多少?

但是虚拟电厂不是实物资产,更不是可进入财务报表的固定资产,

所以这个问题用资产思维去理解,天生就是错误的。

简单资源型思维

住宅房地产和商业房地产不一样,商业房地产是一种资源型模式,比如很多市中心最优质地段的商业综合体,由于运营问题,叫好不叫座。

因为商业地产是在市场竞争环境下,长期持有资产的资源变现问题。

首先是市场竞争条件,管网类的资产项目是自然垄断的,而计划经济时期的火电厂,完全自发自用的光伏项目,也几乎不用考虑供给侧竞争,约等于自然垄断项目。

但是对大多数需要进入市场的光伏、储能项目来说,资产需要产生资源(发电量),这些资源需要在市场里竞价才能出清,所以是一种资源变现,而不是资产直接收益的模式。

更典型的是售电,中长期售电业务本质就是资源交易,甚至在市场化初期交易成功的关键并不是电量本身的价格,而是人脉资源——你有关系拉到客户就能成交。

在这个过程中,看重的要素是资源的稀缺性,对商业地产来说,除了地段的稀缺性,优质运营方也是稀缺的——好的项目往往需要优质的商业地产管理方,才能招到好的品牌、做出好的引流方案。

优质运营方所具备的资源变现能力,互联网公司叫做“转化率”,这需要一整套的资源运营能力。

比如当下的虚拟电厂,其实就困在这个变现能力。

一方面市场化交易不够活跃,无法高频交易;而计划性的补贴(需求响应事件)额度也很小,不足以刺激市场发育。

另一方面是资源供给方(比如可调节负荷的使用方)参与度和转换率也不高,不高到什么程度呢?

某电力公司建设的虚拟电厂管理平台,以结果考核的实际可调的容量,大概只占建设的资源池容量10%都不到,原因是——客户不响应。

资源池类似网络浏览量,实际可调度容量类似成交量,所以本质上就是互联网公司的转化率。

转化率低的本质,就是产品和服务的粘性不足,没有深度满足客户的需求导致。

这是因为电力公司用“资产性思维”的模式,去做了需要"资源型思维"的事情。

综合能源的困惑,也是在这里。

简单资源型业务,本质就是链条清晰,资源可量化,稀缺资源如何“勾兑”(暂且把这个词定义为中性而非贬义)成可交易的产品。

比如白酒,除了窖藏历史(微生物菌群),还有就是品牌、地段(水源)、团队(比如调酒师)、营销渠道等,最后能卖上高价。

电力公司其实是不善于和客户“勾兑资源”的,因为垄断行业不需要这套,所以一旦遇到“资源型业务”就很难推进。

最关键的一点,资源本身也不是固定资产,不能变成折旧成本,所以无法计算投资回报率。

资源更强调的是变现能力,需要通过资源运营去变现。

复杂资源型思维

资本市场上有个经典问题:茅台怎么估值?

如果按照资产逻辑去估值,茅台集团厂房、生产设备这些固定资产并不值钱,茅台酒本身也不是固定资产,而是产品库存。

但是茅台又是极其稀缺的,稀缺到国家动用全国之力,想在茅台镇核心区域之外,复制茅台的生产工艺都没用成功(从气候、水质、高粱,到人员、生产工艺,乃至菌种都Copy过去,最后也无法100%复制)。

因为茅台的那个生产环境、水质的细微差异、温湿度的变化、微生物群的复杂生化关系,

呈现出一种复杂系统的“涌现”状态。

这就是茅台的稀缺性所在——它的不可复制,是在茅台镇核心区的一个复杂网络中酝酿出来的,任何微小参数的变化都导致结果非线性的偏差(蝴蝶效应)。

 

比如虚拟电厂,未来需要面对的问题是:

如何在一个高度市场环境中,去面对几百万的可调节资源,几万家的业主,几千家运营商,可交易资源的颗粒度是瓦,而不是千瓦或者兆瓦?

他们之间彼此形成一个复杂的,类似微生物种群(或者神经元网络)的协作模式,这个模式不可被计划,不可被预测,甚至不可被彻底理解(AI目前的百亿级别参数网络,人类已经无法彻底理解,只能去梯度逼近和调整而已)。

对于售电公司来说,到了现货的高级阶段,就需要复杂资源的协调能力,比如负荷预测(需要数据、算法、经验),交易管理(多级市场,多品种、多头空头对冲)、金融、保险、风险控制(比如储能、负荷侧管理)、投资(储能投资作为交易筹码)。

任何一家售电公司都不可能全部做到,需要一个市场化的生态网络为售电公司提供上述复杂的服务。

有人问:虚拟电厂需要牌照么?未来这个牌照会不会稀缺?

虚拟电厂运营商进入电力市场交易,需要注册,但不是什么牌照,未来虚拟电厂更多的交易是在批发侧市场之外的,点对点的小额交易,更不需要什么牌照。

用牌照资源的稀缺性去理解虚拟电厂未来的交易业态,本质上就是“简单资源思维”去看待“复杂资源运营”的逻辑。

对于虚拟电厂来说,首先需要一个培育的生态(茅台镇),这就是高度的市场化,开放化,高度的信任和契约精神。(跑马圈地)

 

其次,需要形成一个开放的复杂系统网络(酒窖),这个网络不是设计出来的,就像茅台,没有一个生物化学家设计出这个酿造环境。

再次,需要去通过市场机制形成演化的正负反馈通路(酿造),培育出各个要素组合。

可能少了一个菌株,茅台口味就变了。

ASML的光刻机,少了一个非关键组件、某个经验参数调节错误,就无法正常运行,甚至某个生产环境局部的湿度微小变化导致凝露都会降低良品率。

而这种复杂系统环境下的多要素、多场景、多主体的协作资源型思维,是能源互联网平台追求的目标。

这也恰恰是最难的一点。到了这个阶段,投资回报率根本不存在。

就像《三体》世界里,被智子封锁的对撞机,物理学已经不存在了。

思维模式的不同,做事的路径和得到的结果自然不同。

作为能源互联网落地应用之一的虚拟电厂,不是口号,也不是简单的资产投资,更重要的换个思路。

 

12月5日,国家能源局发布《关于支持电力领域新型经营主体创新发展的指导意见》,提出新型经营主体是具备电力、电量调节能力且具有新技术特征、新运营模式的配电环节各类资源,分为单一技术类新型经营主体和资源聚合类新型经营主体。其中,资源聚合类新型经营主体主要包括虚拟电厂(负荷聚合商)和智能微电网。

同属于资源聚合类新型经营主体,虚拟电厂、负荷聚合商、智能微电网之间有什么区别?巅峰从以下几个方面对三者进行区别分析。

 

新型经营主体概念

虚拟电厂是运用数字化、智能化等先进技术,聚合分布式电源和可调节负荷等,协同参与系统运行和市场交易的电力运行组织模式。

负荷聚合商是整合分散电力负荷资源,借助先进技术与管理手段,代表这些资源参与电力市场交易和需求响应的机构或企业,主要负责整合用户侧的负荷资源,将分散的可调节负荷聚集起来,是虚拟电厂资源整合的关键环节之一。

 

智能微电网是以新能源为主要电源、具备一定智能调节和自平衡能力、可独立运行也可与大电网联网运行的小型发配用电系统。配电环节具备相应特征的源网荷储一体化项目可视作智能微电网。

聚合资源对比

虚拟电厂依据其聚合的资源特性,可归纳为负荷型、电源型、储能型、混合型四种主要类型,分别可聚合可调节负荷(楼宇温控、电动汽车、工业产线),新能源发电(分布式光伏、风电)、调节型发电(生物质发电、煤电/气电),储能资源(工商业储能、家庭储能),电源负荷储能多种灵活性资源等。

负荷聚合商主要以电力用户的可调节负荷为核心资源,如大型工业企业的生产设备负荷、商业建筑的中央空调负荷、居民用户的热水器和电动汽车充电负荷等,通常较少直接涉及发电资源和储能资源的整合。

智能微电网包含多种分布式电源,如小型风力发电机、光伏板、微型燃气轮机等,同时配备一定容量的储能装置,如蓄电池、超级电容器等,以及本地的各类电力负荷,形成一个相对独立且完整的电力供需系统。

1.聚合资源的范围

作为一种虚拟的电力运行组织形式,虚拟电厂所包含的分布式负荷、电源、储能等资源的范围更广,地域限制较小,可“发电”也可“用电”;负荷聚合商更偏向“用电”;而智能微电网一般要求分布式能源处于同一区域内,就近进行组合。

2.聚合资源并网形式

虚拟电厂可通过多个公共连接点连接配电网;智能微电网一般在某一特定的公共连接点接入配电网侧。

虚拟电厂(含负荷聚合商)通过联测、通信等技术聚合,不改变聚合的分布式能源的并网形式;智能微电网在聚合分布式能源时需要对电网进行拓展,改变电网的物理结构。

 

功能特性差异

虚拟电厂通过网络通信和数字化智能化技术聚合各类发电、用电、储能等资源,协调优化为系统提供调峰、调频、调压、备用、需求响应等服务。

负荷聚合商主要功能是集中管理、优化分配客户侧的用电负荷,以实现更高效的电力运营和利用。

智能微电网通过电力网络聚合网内各类发电、用电、储能等资源,实现一定程度的自平衡,并与公共电网进行电力交互。智能微电网是“智能电网”与“微电网”的结合。

“智能电网”是一个自动化的供电网路,能够通过传感器来对供电与用电设备起到实时监控与收集整合,由控制系统来对电力系统起到优化管理的作用。“微电网”是指由分布式能源、储能装置、能量转换装置、相关负荷及监控组合而成的小型发电配电系统。

1.功能侧重点

负荷聚合商主要功能重点在于需求侧管理;虚拟电厂除了参与需求侧响应外,还具备发电功能,能向电网提供电力,并且还能提供多种辅助服务;同时两者侧重于实现主体利益最大化。

而智能微电网是实现内部电力电量基本平衡的小型供用电系统,侧重于小型发配电系统的自治和灵活运行,可自给自足,也可“互通有无”。这是其区别于虚拟电厂和负荷聚合商的重要功能特性。

2.功能运行方式

虚拟电厂(含负荷聚合商)主要是与大电网紧密互动,通过调整资源和负荷来辅助大电网的稳定运行,自身不具备孤岛运行的主要功能;智能微电网通常具有一定的孤岛运行能力,在与外部电网故障或特殊情况下能够独立运行,保障内部供电可靠性。

3.功能灵活性

虚拟电厂(含负荷聚合商)能够迅速响应电网的需求变化,通过智能调度系统实时调整各分布式能源的输出功率;智能微电网依托于自身对电网的拓展,有独立的物理结构,灵活性相对较低。

获利方式区别

虚拟电厂:通过辅助服务交易、需求侧响应、现货交易与能效优化获取收益。

例如在辅助服务交易中,虚拟电厂根据电网调度要求,实时调整自身资源出力,提供调频服务时,按照电网公司设定的调频补偿标准,根据调频效果获得相应收益;在现货交易中,依据实时的电力供需情况和市场价格,出售或购入电力,通过合理的资源配置实现差价盈利。

负荷聚合商:作为能源市场的“中介”,主要通过与电力用户建立合作关系,代理用户参与电网的需求响应等项目获取经济补偿,并与用户进行分成。

负荷聚合商通过价格激励用户积极参与需求响应,其收益来自用户缴纳电费与聚合商购入电能的成本差值,并以自身收益最大化为目标。

智能微电网:运营模式包括自主发电、自主供电、余电上网销售以及参与电力市场交易等多种方式,通过优化内部的能源配置和运行管理,实现经济效益和社会效益的最大化;与外部电网并网运行,利用峰谷价差获利。

总的来说,虚拟电厂与负荷聚合商都通过提供灵活性资源和辅助服务获取收益,智能微电网的获利方式较为局限。

巅峰总结

虚拟电厂与负荷聚合商都需要通过先进的信息通信技术实现对大量分散资源的实时监测和控制,都要与电网进行频繁的交互,根据电网需求调整资源的出力或负荷的大小,同时也都需要参与电力市场交易,通过提供灵活性资源和辅助服务获取收益。

智能微电网可以作为虚拟电厂的资源单元之一,为虚拟电厂提供分布式电源和本地负荷等资源;虚拟电厂(负荷聚合商)则可以通过整合多个智能微电网的资源,扩大资源调节范围,提高电网整体的灵活性和稳定性。

解决智能微电网统筹调度的一个基础就是,各种资源的资产所有方的唯一化,才能形成聚焦各种能聚合后的综合收益最大化的导向。

虚拟电厂、负荷聚合商和智能微电网作为电力领域新型经营主体的重要组成部分,各自凭借其独特的功能特性、资源整合方式和运营模式等,在不同的层面共同推动着电力行业朝着更加高效、稳定、智能和可持续的方向迈进,以满足日益增长的能源需求以及应对能源转型带来的挑战,为电力系统的现代化和智能化发展贡献力量。