北京清能互聯(lián)科技有限公司CTO 賴曉文出席論壇并發(fā)表主題演講——《儲(chǔ)能聚合虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商業(yè)模式與關(guān)鍵技術(shù)》

以下為演講實(shí)錄：

我們是起源于清華大學(xué)的一家企業(yè)，幾位來自于清華大學(xué)EILAB智慧能源實(shí)驗(yàn)室的老師和師兄弟一起創(chuàng)辦了現(xiàn)在的公司，從2015年開始，公司進(jìn)入到了產(chǎn)業(yè)運(yùn)作中，我們創(chuàng)辦這個(gè)企業(yè)的愿景是讓每一度電更經(jīng)濟(jì)。公司傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)服務(wù)于電網(wǎng)公司，隨著電力市場(chǎng)的建設(shè)，我們?yōu)殡娋W(wǎng)提供市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)平臺(tái)研發(fā)等技術(shù)支持，使整個(gè)能源經(jīng)濟(jì)運(yùn)行達(dá)到社會(huì)效益最大化的一個(gè)效果；從發(fā)電企業(yè)和用戶的角度，我們希望讓發(fā)電企業(yè)獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益，讓用戶獲得更低的用電成本。

公司的核心優(yōu)勢(shì)是產(chǎn)品體系貫穿了電力交易的上、中、下游整個(gè)鏈條，我們最初給電網(wǎng)公司提供比較傳統(tǒng)的面向調(diào)度運(yùn)行的一些軟件平臺(tái)，包括負(fù)荷預(yù)測(cè)、調(diào)度計(jì)劃優(yōu)化、潮流計(jì)算、安全校核、電網(wǎng)規(guī)劃等方面。在電力市場(chǎng)環(huán)境下，為調(diào)度中心和交易中心提供市場(chǎng)交易規(guī)則的設(shè)計(jì)服務(wù)，現(xiàn)在公司已經(jīng)為國(guó)內(nèi)超過30家網(wǎng)省級(jí)以上的單位提供電力市場(chǎng)規(guī)則的設(shè)計(jì)咨詢服務(wù)，以及提供由此延伸的市場(chǎng)培訓(xùn)、現(xiàn)貨市場(chǎng)出清算法、模擬出清系統(tǒng)以及配套的市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)防控機(jī)制設(shè)計(jì)等服務(wù)。

我們還為發(fā)電企業(yè)參與市場(chǎng)提供一系列咨詢和軟件平臺(tái)的支撐，幫助他們?cè)诂F(xiàn)貨市場(chǎng)里面申報(bào)決策、獲取更高收益。為能源用戶提供投資規(guī)劃的咨詢分析服務(wù)，我們當(dāng)前所處的市場(chǎng)環(huán)境包括兩大特征，一是電價(jià)波動(dòng)，二是新能源占比逐步提升，該環(huán)境下投資規(guī)劃分析的邏輯跟傳統(tǒng)模式相比有較大區(qū)別，我們可以結(jié)合市場(chǎng)化的優(yōu)勢(shì)來為用戶提供投資規(guī)劃分析咨詢服務(wù)。除此之外，我們提供虛擬電廠平臺(tái)開發(fā)、交易托管服務(wù)等能源互聯(lián)一站式解決方案。

今天演講的主題是儲(chǔ)能聚合虛擬電廠的商業(yè)模式和關(guān)鍵技術(shù)。儲(chǔ)能目前面臨一個(gè)非常良好的發(fā)展趨勢(shì)，但是缺乏詳細(xì)的針對(duì)儲(chǔ)能容量規(guī)劃的測(cè)算研究。我們團(tuán)隊(duì)結(jié)合國(guó)內(nèi)每個(gè)省份的負(fù)荷數(shù)據(jù)，構(gòu)建了一個(gè)精確的小時(shí)級(jí)優(yōu)化模型，進(jìn)行了2025到2060年儲(chǔ)能規(guī)模的測(cè)算分析，測(cè)算結(jié)果給出了未來2小時(shí)-10小時(shí)不同時(shí)長(zhǎng)的儲(chǔ)能需求。從儲(chǔ)能規(guī)模需求的角度來看，短期短時(shí)長(zhǎng)的儲(chǔ)能占主導(dǎo)，但是隨著新能源的占比越來越高，長(zhǎng)時(shí)調(diào)節(jié)的問題越來越突出。儲(chǔ)能未來的整體發(fā)展需求將聚焦于如何支撐長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的需要。

儲(chǔ)能主要有發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)三個(gè)典型的應(yīng)用場(chǎng)景。發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能目前的商業(yè)模式主要是根據(jù)新能源配儲(chǔ)的要求，收取容量的補(bǔ)償或者容量的租賃費(fèi)，這是儲(chǔ)能收益占比最大且穩(wěn)定性最高的一種商業(yè)模式。在發(fā)電側(cè)還有儲(chǔ)能跟電源一起做聯(lián)合調(diào)頻的模式，早幾年這種模式賺錢效益顯著，在廣東2018、2019年的時(shí)候，儲(chǔ)能投資回收期只需要半年，但是調(diào)頻畢竟是內(nèi)卷的市場(chǎng)，規(guī)模量有限，所以目前來看電源端的火儲(chǔ)聯(lián)合調(diào)頻已經(jīng)失去了經(jīng)濟(jì)收益的吸引力。

電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立儲(chǔ)能收益來源主要有三類，一是獨(dú)立儲(chǔ)能可以作為共享儲(chǔ)能為新能源提供容量租賃服務(wù)，根據(jù)我們的測(cè)算，容量租賃的收益大概會(huì)占到整個(gè)儲(chǔ)能投資收益的一半。二是獨(dú)立儲(chǔ)能提供調(diào)頻服務(wù)，可獲得較為可觀的經(jīng)濟(jì)收益，二次調(diào)頻市場(chǎng)早期，如果有獨(dú)立儲(chǔ)能參與調(diào)頻市場(chǎng)，賺錢效益明顯，但獨(dú)立儲(chǔ)能量大以后又開始內(nèi)卷起來，獨(dú)立儲(chǔ)能在二次調(diào)頻這一部分的收益也會(huì)急劇下降。三是現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)差收益，我們希望現(xiàn)貨市場(chǎng)峰谷價(jià)差能夠拉大，獨(dú)立儲(chǔ)能通過一天兩充兩放獲取相應(yīng)的收益，根據(jù)目前國(guó)內(nèi)幾個(gè)主要現(xiàn)貨省份的價(jià)格來做測(cè)算，現(xiàn)貨的收益還較為有限。

用戶側(cè)的商業(yè)模式主要是峰谷套利和需量管理，經(jīng)過我們的測(cè)算，用戶側(cè)的收益相對(duì)來說較為可觀。這是由于電網(wǎng)代理購(gòu)電使得峰谷價(jià)差水平較為穩(wěn)定，且即使由售電公司代理購(gòu)電，也有一個(gè)比較穩(wěn)定的零售價(jià)格。

我今天要匯報(bào)的主題就是通過對(duì)用戶側(cè)的儲(chǔ)能進(jìn)行聚合，以虛擬電廠的形式參與到市場(chǎng)交易當(dāng)中，通過虛擬電廠的運(yùn)營(yíng)使用戶的負(fù)荷和儲(chǔ)能能夠更加高效地整合起來，從而為電網(wǎng)提供更大的價(jià)值，形成用戶側(cè)儲(chǔ)能增量的收益。

虛擬電廠既是一個(gè)模式的問題，也是一個(gè)技術(shù)的問題，目前關(guān)注的首先是模式的問題。虛擬電廠的商業(yè)模式如何閉環(huán)是我們目前關(guān)注虛擬電廠最為核心的一個(gè)問題。虛擬電廠的作用是把無序變有序，如何把用戶端的儲(chǔ)能和用戶端的負(fù)荷聚合在一起，使得原來不可控、不可調(diào)的負(fù)荷，通過加上靈活性的儲(chǔ)能資源之后，變的可調(diào)、可控，甚至讓用戶負(fù)荷本身變成可調(diào)，這個(gè)是虛擬電廠想干的事情。我們從無序變有序的增量?jī)r(jià)值里面再談如何分成收益。

如果把儲(chǔ)能聚合成虛擬電廠去參與市場(chǎng)，其收益的組成可以分為五個(gè)部分：

第一，參與電能量市場(chǎng)。以前用戶負(fù)荷由售電公司代理，以報(bào)量報(bào)價(jià)或報(bào)量不報(bào)價(jià)的模式參與電能量市場(chǎng)，但是以前的用戶負(fù)荷對(duì)售電公司來說可調(diào)空間微小。有些地區(qū)進(jìn)行了嘗試，即售電用戶和用戶之間達(dá)成協(xié)議，用戶在高價(jià)時(shí)減少用電量，為售電公司降低購(gòu)電成本，額外獲取的收益由二者分享。隨著儲(chǔ)能設(shè)施的應(yīng)用，售電公司可以借助儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶負(fù)荷的可控干預(yù)，售電公司在參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)時(shí)，可以結(jié)合日前和實(shí)時(shí)的價(jià)格信號(hào)，達(dá)到一個(gè)更高期望的收益場(chǎng)景。

第二，需求響應(yīng)。需求響應(yīng)和現(xiàn)貨市場(chǎng)以及輔助服務(wù)市場(chǎng)有一定區(qū)別，需求響應(yīng)往往在電網(wǎng)缺電的時(shí)候才會(huì)被觸發(fā)。2021年至今，國(guó)內(nèi)各省份缺電情況比較嚴(yán)重，電力安全保供不僅是國(guó)家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)面臨的重大主題，也是確保經(jīng)濟(jì)社會(huì)平穩(wěn)運(yùn)行的重要舉措。需求響應(yīng)的市場(chǎng)吸引力較大，這是由于響應(yīng)度電的補(bǔ)貼額度很高。在電網(wǎng)供需關(guān)系緊張的時(shí)候，用戶每響應(yīng)一度電，國(guó)內(nèi)各省的政策的補(bǔ)貼價(jià)基本在2-10塊錢左右。然而由于補(bǔ)貼的總額度約束，需求響應(yīng)無法常態(tài)化開展，一般是夏季以及部分冬季負(fù)荷高峰的時(shí)候觸發(fā)，年度觸發(fā)頻率在幾次到幾十次不等。需求響應(yīng)市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)是跟其他的交易品種解耦，可以單獨(dú)形成一個(gè)收入來源。

第三，輔助服務(wù)市場(chǎng)。目前從虛擬電廠角度來看，調(diào)峰市場(chǎng)已經(jīng)開展了較大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用，而調(diào)頻市場(chǎng)和備用市場(chǎng)雖然已有相應(yīng)規(guī)則支撐，但在實(shí)際應(yīng)用中仍剛起步。目前虛擬電廠具備一定成熟的技術(shù)能力去參與輔助服務(wù)市場(chǎng)，但是市場(chǎng)機(jī)制有待完善。實(shí)際情況看，國(guó)內(nèi)的電網(wǎng)建設(shè)還是比較飽和，調(diào)峰確實(shí)是電網(wǎng)一個(gè)非常大的痛點(diǎn)，但在備用和調(diào)頻方面，虛擬電廠應(yīng)用的空間有限。如果我們能夠用一種低成本投資的方式把用戶側(cè)的負(fù)荷快速地聚合起來參與輔助服務(wù)市場(chǎng)，將是一個(gè)很好的應(yīng)用場(chǎng)景。

第四，需量管理。

第五，未來的分布式交易。整個(gè)虛擬電廠聚合起來，在同一個(gè)配網(wǎng)等級(jí)下，就地做一些分布式的交易，該應(yīng)用模式實(shí)現(xiàn)還需要一段時(shí)間。

基于上述商業(yè)模式，結(jié)合國(guó)內(nèi)第一批和第二批現(xiàn)貨試點(diǎn)地區(qū)的市場(chǎng)規(guī)則可以看出，當(dāng)前規(guī)則已有明確的虛擬電廠準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，聚合后調(diào)節(jié)的容量一般在1-10MW之間。以較為先進(jìn)的山西和山東地區(qū)來看，它們的電力現(xiàn)貨市場(chǎng)已經(jīng)允許虛擬電廠參與報(bào)價(jià)。在輔助服務(wù)市場(chǎng)方面，浙江和南方區(qū)域等已經(jīng)有了相應(yīng)的虛擬電廠參與調(diào)頻和備用的市場(chǎng)規(guī)則，但目前尚未開展大規(guī)模應(yīng)用。

儲(chǔ)能聚合虛擬電廠參與市場(chǎng)交易需要解決以下四大問題：

第一，資源的聚合分析。資源的聚合分析其一要解決的問題是如何將類型不同但能力相近的儲(chǔ)能進(jìn)行聚合，從而滿足對(duì)應(yīng)的交易品種指標(biāo)要求。比如，需求響應(yīng)需要的響應(yīng)速率不高，那么可以選擇性能一般的電池，如鉛酸電池，而非鋰電池；如果是現(xiàn)貨市場(chǎng)15分鐘級(jí)或者調(diào)頻分秒級(jí)的需求，那么就需要較好性能的電池。其二需要解決的問題是單個(gè)個(gè)體進(jìn)行疊加之后，形成的總體響應(yīng)能力如何刻畫。虛擬電廠聚合不是1+1等于2，不是2個(gè)1MW的儲(chǔ)能加在一起就變成2MW的能力，由于儲(chǔ)能自身具有多個(gè)荷電狀態(tài)、運(yùn)行安全等約束，儲(chǔ)能聚合之后的可行域往往會(huì)小于所有儲(chǔ)能容量之和。因此，如何刻畫可行空間，如何厘清可行空間內(nèi)任何一個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)儲(chǔ)能分配占比，以及測(cè)算不同儲(chǔ)能占比所映射的運(yùn)行成本，均是進(jìn)行虛擬電廠聚合分析需要解決的問題。

第二，市場(chǎng)電價(jià)預(yù)測(cè)問題。市場(chǎng)電價(jià)預(yù)測(cè)需要對(duì)不同交易品種的交易邏輯、市場(chǎng)規(guī)則進(jìn)行深入的量化分析，篩選并識(shí)別影響市場(chǎng)價(jià)格的相關(guān)重要因素，并基于歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行算法訓(xùn)練，得到準(zhǔn)確的電價(jià)預(yù)測(cè)結(jié)果，這是后續(xù)市場(chǎng)申報(bào)的重要輸入條件。

第三，市場(chǎng)申報(bào)問題。在考慮自身物理能力約束和市場(chǎng)價(jià)格信號(hào)的基礎(chǔ)上，如何平衡虛擬電廠聚合商的經(jīng)濟(jì)效益最高和用戶用電成本最低的問題，進(jìn)行市場(chǎng)申報(bào)決策，是當(dāng)前需要進(jìn)行深入研究的關(guān)鍵問題。具體來說，由于聚合商和用戶之間存在利益分配，且有相應(yīng)考核規(guī)則，我們要根據(jù)每個(gè)市場(chǎng)不同的利益分配模式和考核規(guī)則去定義聚合商的經(jīng)濟(jì)效益最大化，且需兼容用戶的利益訴求。因此，我們需要通過構(gòu)建優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，決策聚合商申報(bào)給電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力，以及每一段調(diào)節(jié)能力對(duì)應(yīng)的價(jià)格。

第四，調(diào)控指令的分解。1+1的單個(gè)個(gè)體聚合之后形成了1.8的申報(bào)容量，而市場(chǎng)的中標(biāo)容量是1.5，如何將1.5的指令下發(fā)執(zhí)行并保證最好的執(zhí)行效果也是亟需深入研究的關(guān)鍵問題之一。這是一個(gè)多目標(biāo)和多時(shí)序銜接的問題，由于日前市場(chǎng)和實(shí)時(shí)市場(chǎng)是有銜接關(guān)系的，因此在做調(diào)度優(yōu)化時(shí)不能僅局限于某個(gè)時(shí)間段，而是從全天的角度出發(fā)，即實(shí)時(shí)市場(chǎng)的優(yōu)化調(diào)度不能只看這一刻，還要考慮后續(xù)滾動(dòng)調(diào)度的偏差。

根據(jù)上述的分析，我們提出了儲(chǔ)能聚合虛擬電廠的一套運(yùn)營(yíng)技術(shù)架構(gòu)。這個(gè)技術(shù)架構(gòu)核心就是儲(chǔ)能的MMS。儲(chǔ)能BMS、PCS、EMS是大家所熟知的，我們將EMS通過邊緣終端接入到整個(gè)MMS的控制模塊里面來，MMS就是一個(gè)“承上啟下”的中介。承上的意思是跟市場(chǎng)的調(diào)度中心和交易中心對(duì)接，實(shí)現(xiàn)價(jià)格申報(bào)和優(yōu)化調(diào)度指令的接收。啟下是經(jīng)過計(jì)算之后把指令拆解到不同的儲(chǔ)能模塊里面執(zhí)行，并從EMS提取市場(chǎng)申報(bào)所需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚合計(jì)算。即要在原來儲(chǔ)能的傳統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)上加一個(gè)MMS模塊完成整個(gè)電力交易的對(duì)接的問題。

接下來介紹上述四大問題中涉及到的四個(gè)核心技術(shù)。

第一，預(yù)測(cè)。從預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的角度來看，包括電價(jià)預(yù)測(cè)、負(fù)荷預(yù)測(cè)，如果儲(chǔ)能和分布式光伏形成聯(lián)合系統(tǒng)，還需進(jìn)行光伏出力的預(yù)測(cè)。從預(yù)測(cè)時(shí)間尺度的角度來看，包括中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)和短期預(yù)測(cè)。除此之外，由于電價(jià)等邊界條件對(duì)優(yōu)化決策結(jié)果有著重要影響，而電價(jià)并不是一條單一曲線，因此還需要考慮收益最大化等目標(biāo)條件，采用隨機(jī)優(yōu)化等方法進(jìn)行多個(gè)場(chǎng)景的概率性預(yù)測(cè)。

第二，交易決策。交易決策重點(diǎn)解決幾個(gè)問題，一是儲(chǔ)能的物理模型構(gòu)建，二是市場(chǎng)規(guī)則的建模，考慮市場(chǎng)申報(bào)、出清、利益分配以及考核等相關(guān)規(guī)則，將其進(jìn)行量化建模，作為決策模型的重要基礎(chǔ)。三是聚合市場(chǎng)交易決策，在形成每個(gè)儲(chǔ)能的本體可行域之后，聚合形成面向虛擬電廠的整體可行域。

第三，調(diào)控指令的優(yōu)化分解，背后是基于運(yùn)籌優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型。我們提供幾種目標(biāo)的模式，包括均衡備用、壽命最優(yōu)、經(jīng)濟(jì)最優(yōu)等等，這些都可以根據(jù)需要的場(chǎng)景去做定義。在這些場(chǎng)景的定義之下，實(shí)現(xiàn)把調(diào)度中心給我們的指令去做有效的分發(fā)，同時(shí)滿足日前和實(shí)時(shí)銜接的問題，滿足儲(chǔ)能的安全運(yùn)行的要求等等。

第四，云邊端的物聯(lián)技術(shù)，這個(gè)是底層重要的PaaS層的基礎(chǔ)。

我們團(tuán)隊(duì)做過的案例比較豐富，主要分以下幾類：一是儲(chǔ)能，儲(chǔ)能是最可控的一個(gè)資源主體；第二類是通訊基站和充電樁，這兩類是屬于分布式的資源；第三類是做制冷和制熱的設(shè)備，包括樓宇的空調(diào)以及大型的冷站；第四類是高耗能的大工業(yè)，包括鋼鐵行業(yè)、水泥行業(yè)等。

結(jié)合儲(chǔ)能場(chǎng)景講一下我們團(tuán)隊(duì)做的兩個(gè)案例：

第一個(gè)案例是廣東粵電售電公司，該公司投資建設(shè)了鋰電池儲(chǔ)能，使用權(quán)歸售電公司所有。售電公司通過構(gòu)建一個(gè)云平臺(tái)聚合用戶側(cè)儲(chǔ)能，接入到廣東電網(wǎng)的調(diào)度中心，其接口關(guān)系比較簡(jiǎn)單，接口規(guī)范也比較標(biāo)準(zhǔn)。我們?cè)趦?chǔ)能站加裝一個(gè)邊緣網(wǎng)關(guān)，從EMS里面采數(shù)據(jù)，該網(wǎng)關(guān)和云平臺(tái)做數(shù)據(jù)和指令的對(duì)接。

第二個(gè)案例是鐵塔基站，該案例的儲(chǔ)能主要是鉛酸電池。由于鉛酸電池荷電狀態(tài)不可估，容量不可確定，同時(shí)要保證基站的運(yùn)行安全，因此聚合建模需要充分考慮鐵塔電池的管理要求。此外，還需要跟鐵塔現(xiàn)有各類平臺(tái)做接口，通過鐵塔已有的平臺(tái)數(shù)據(jù)了解蓄電池狀態(tài)，對(duì)備電的蓄電池的充放電狀態(tài)做指令干預(yù)。

以上就是我今天的分享，謝謝大家！