本文以苏州工业园区为案例，通过对各领域资源进行量化分析，挖掘虚拟电厂建设的潜力，可为地区建设虚拟电厂提供方法和借鉴经验。
苏州工业园区隶属江苏省苏州市，位于苏州市城东，地处沿海经济开放区与长江三角洲经济发展带交汇处。1994年2月经国务院批准设立，行政区划面积 278平方公里。
苏州工业园区集聚了大量工业和商业设施，电力消费潜力较高，特别是2017 年以来苏州工业园区经济实现年均8%的高速增长，带动了工商业用电量持续增长。加之人口规模增长、居民生活水平提升、电动车保有量增加等因素驱动，苏州工业园区电力需求巨大。
相应的，园区电力供给对外依存度高，电力供应安全的制约因素较多，在国内可再生能源高比例并网背景下，由于其随机性、波动性、间歇性特点，一旦风电、光伏出力大幅下滑，极有可能带来电力安全风险，导致电力供需紧平衡、电能质量下降等问题。特别是迎峰度夏期间，面对电力供应不足时，园区目前多采用有序用电方式来削减电网负荷，影响企业的正常生产，特别是连续生产类企业。
在此背景下，建设虚拟电厂能够提供灵活的能源供应和需求管理，通过综合利用各类调节资源，与智能电网相结合，实现智能调度和管理，促进电力供需平衡，提高电力系统的稳定性和可靠性，保障企业正常生产，满足园区经济高速增长的需求。
苏州工业园区资源分析
基于苏州工业园区电力供需两侧现状，目前园区电力系统中虚拟电厂可调节的资源主要包括：可调节负荷和分布式电源，而在储能方面尚未形成规模，故本次虚拟电厂建设潜力分析重点聚焦工业、建筑和交通三大领域的可调节负荷。
可调节负荷资源是指在电力系统中能够通过控制、调整或管理其电力消耗行为来实现对电力需求进行灵活调节的负荷。这些资源可以在需要时减少或增加其电力消耗，以适应电力系统的供需平衡和优化运行。
苏州工业园区虚拟电厂建设资源分布
1）可调节负荷资源潜力影响因素分析
在实际运行层面，用户能否参与虚拟电厂以及参与度的大小，除了与外部刺激（主要是电价和其他激励信号）密切相关外，主要由其负荷可调节性、可调节能力等负荷特性决定。
负荷可调节性指的是用户负荷在时间和大小上可以进行调整的程度，根据用户生产生活条件限制，用电设备可分为：可调节负荷、不可调节负荷。
不可调节负荷是指在电网高峰时段下，用户负荷中心不可以调节的负荷部分，该部分负荷要求的供电可靠性高，一旦改变会对用户生产生活或者电网安全性带来严重影响。
可调节负荷是指电网高峰时段下，用户负荷中心可以调节的负荷部分。从调节负荷的角度，一般认为，可调节负荷具备较大的虚拟电厂资源潜力，如空调、照明、工业生产设备等。这些负荷可以通过调整运行时间、功率需求或启停控制等方式，实现对电力需求的灵活调整。
负荷可调节能力指的是用户负荷实际上能够调整的范围和幅度，其调节能力大小与用户终端设备功率、设备使用频次、保留负荷等密切相关；由于用户响应行为具有间歇性特征，因此用户负荷的季节性、周期性、日负荷特性等均影响到可调节时段和响应时间。同时，用户负荷与电网高峰负荷的关系，也会影响用户的可调节能力等。
可调节负荷资源影响因素
2）重点领域的资源潜力分析
从重点领域看，同一行业中用户具有相似的负荷特性，其可调节资源具有一定的共性。
（1）工业领域：主要用电设备为电锅炉、电窑炉、电传送装置、电机等生产装备，以及电梯、照明、空调等辅助生产设备等。根据用电特性，可分为连续性用户和不连续用户。
①连续生产电力用户：化工、水泥、冶金等行业，此类用户用电量大，生产班制连续，主要生产设备长时间投运，对电力稳定、安全供应的要求较高；
②非连续生产电力用户：机械、纺织、食品等行业，此类电力用户生产班制不连续，具有较大的需求响应资源潜力。
（2）建筑领域：主要用电设备包括空调、照明、电梯、水泵、电采暖等用能设备。根据用户特征又可分为公共建筑、商业建筑和民用建筑类型：
①公共建筑：政府机关、医院、学校等，此类电力用户用电可靠性要求等级较高，用电高峰较为集中，多为白天，机关和学校多为工作日；医院等公共机构对电力的可靠性要求高于机关和学校。
②商业建筑：宾馆、餐饮、娱乐等行业，用户用电量大，用电高峰较为集中，多为晚上，具有较大的节约电力资源潜力。
③居民建筑：以居民用电为主，用户用电量大，增长快，负荷变化大，通常形成一到两个负荷高峰。
（3）交通领域：以电动车、港口岸电以及充电设施为代表，用户用电量大，用电高峰较为集中，特别是电动私家车出行多为早晚高峰，其充电时段的选择具有较大的调节潜力。
综合各重点领域负荷特性，工业中非连续生产行业、建筑领域的商业建筑，其可调节能力、价格敏感度高，可调节负荷资源潜力大；连续工业、充电设施其次。而公共建筑和民用建筑，资源开发潜力难度较高。
重点领域负荷特性分析
重点领域可调资源四象限分析
3）各领域可调节负荷资源
工业、建筑和交通是苏州工业园区虚拟电厂可调节负荷资源分析的重点领域，其分析计算步骤分为行业最大可调节能力计算、行业可调节负荷计算两大过程，分析方法的技术路线参考附录A。
（1）工业领域
①工业行业最大可调节能力计算
2022年苏州工业园区工业领域全年用电量为97.35亿千瓦时，占全区全社会用电量的62.5%。工业电力消费大户包括电子信息、纸业、化工等行业（不含电力生产企业）。
本研究选取了各行业内典型企业进行调研，并就企业产能利用率、生产班次、年度检修时间等相关问题展开了交流。通过对同行业内不同企业调研结果进行分析，经加权计算得出工业各行业的平均运行负荷率（Suse n）和最低负荷率（Smin n）。此外，根据行业经验和调研结果发现，各行业每年的检修时间基本为1个半月。
根据公式计算，工业各行业最大可调节能力，即（Pmax,n-Pmin,n），得到工业行业的最大可调节能力约64.0万千瓦，其中装备制造、石化及化工、木材加工及家具制造位列前三，其最大可调节能力分别为35.9万千瓦、9.8 万千瓦和7.2万千瓦。
②工业行业参与度分析
装备制造、印刷等行业的单个用户可调节能力大，价格敏感度高，属于A象限，参与度赋值为50%；而钢铁、石化及化工、医药制造等行业虽然单个用户可调节能力大、但价格敏感度较低，属于C象限，参与度赋值为20%。
③工业行业可调节负荷计算
根据赋值结果，按照公式（1-1），计算得到苏州工业园区工业领域可调节负荷在24.4万kW。其中，“装备制造业”“石化和化工行业”“木材加工及家具制造”位列前三，可调节负荷分为18.0万千瓦、2.0万千瓦、1.4万千瓦。
（2）建筑领域
①建筑领域最大可调节能力计算
建筑领域电力负荷呈现明显的季节性特征。尤其是空调负荷，是拉高夏季电网峰值的最主要类型。同时，由于公共建筑和民用建筑，资源开发潜力难度较高，故本次计算重点关注制冷季（夏季）商业建筑（办公/商场/综合）中空调的可调节负荷资源潜力。
截至2022年底，苏州工业园区共计拥有各类商业建筑面积约1000余万平方米，其中办公建筑、商场建筑和综合建筑的比重约为7.1:1:2.6。根据对苏州工业园区上述三类建筑中典型建筑的调研结果，这三类建筑空调每月的运行时间约为办公建筑200小时，商场建筑360小时，综合建筑275小时。按照公式（参考附录A），计算得出2022年苏州工业园区商业建筑在制冷季的平均用电负荷分别为12万千瓦、1.4万千瓦、3.2万千瓦。三者合计得到建筑领域最大可调节能力为16.6万千瓦。
②建筑领域参与度分析
商业建筑（办公/商场/综合）的单个用户可调节能力大，价格敏感度高，属于 A象限，对其参与度赋值为45%。
③建筑领域可调节负荷计算
根据赋值结果，按照上述公式（1-1），计算得到苏州工业园区建筑领域可调节负荷在7.47万千瓦。其中，办公建筑、商场建筑、综合建筑可调节负荷分别为5.39万千瓦、0.64万千瓦、1.44万千瓦。
园区各类商业建筑的可调节负荷
（3）交通领域
①交通领域最大可调节能力计算
苏州工业园区充电基础设施以车用充电站、充电桩为主。根据规划，2025年底，园区将建有公用充电桩3660个、专用充电桩607个、私人充电桩3万个，容量总需求达37.64万千伏安，同时系数取0.6测算，用电负荷约为12.04万千瓦。截至2022年底，园区共有各类充电桩10000个左右，其中公用、专用和私人充电桩数量比例约5:1:21。按照类比估算，目前园区充换电设施中三类充电桩用电负荷约3.0万千瓦、2.5万千瓦和0.98万千瓦。三者合计，得到园区充换电设施最大可调节能力约为6.4万千瓦。
②交通领域参与度分析
根据对园区充电站和私人用户的调研结果，用户普遍对电价的敏感度高，价格波动可直接影响用户的充电行为，因此车用充电桩属于B象限，参与度赋值为30%。
③交通领域可调节负荷计算
根据赋值结果，计算得到苏州工业园区交通领域可调节负荷在1.9万千瓦。其中公共桩、专用桩、私人充电桩可调节负荷分别为0.9万千瓦、0.7万千瓦、0.3万千瓦。
园区各类充电设施的可调节负荷
（4）各领域可调节负荷资源汇总
综上，工业、建筑（空调）、交通（充电设施）三大领域的可调节负荷之和为 33.76万千瓦，其中，工业为24.36万千瓦，建筑（空调）为7.47万千瓦，交通（充电设施）为1.93万千瓦。
4）各领域调节电网高峰负荷能力
（1）苏州工业园区电网负荷特性分析
从全年来看，参考江苏省全年日最高、最低负荷曲线，江苏省夏季（7、8 月）负荷明显高于其他季节。2022年，苏州工业园区全年最大负荷出现在7 月，达314.8万千瓦。因此，夏季是苏州工业园区电网削峰最迫切时刻。从工作日来看，参考江苏省工作日典型负荷虚线，全天形成两个高峰时刻，早高峰 10点至11点，晚高峰13点至16点3分。
（2）各领域负荷与电网高峰负荷的关系
工业领域方面，苏州工业园区工业负荷占比较大，但工业负荷受季节变化影响小。工业负荷与夏季电网高峰负荷一般相关。
建筑领域（空调）方面，负荷的季节性特征明显，空调负荷与夏季电网高峰负荷强相关。
交通领域（充电设施）方面，负荷规模小，且不呈现明显的季节变化。负荷与夏季电网高峰负荷弱相关。
综合上述分析，对行业负荷与电网高峰负荷的关系进行赋值。
园区各领域负荷与电网高峰负荷的关系赋值
（3）各领域负荷与电网高峰负荷的关系
根据赋值结果，根据公式（1-2），计算在电网高峰时段行业实际可调节能力为22.5万千瓦，其中工业为14.6万千瓦、建筑领域（空调）为7.5万千瓦、交通领域（充电设施）为0.4万千瓦。
园区各领域可调节负荷资源潜力
园区虚拟电厂建设资源汇总
建设虚拟电厂，除了上面提到的可调节资源，还有分布式发电和储能。目前园区内部分企业建设有分布式光伏发电站，利用“闲置屋顶”产出“清洁电力”，截至2020年投运项目151个，装机容量13.6万千瓦，已全部实现并网，每年可提供1.36亿千瓦时电力。目前园区在电网侧和用户侧储能方面尚未形成规模，但拥有相当规模的5G基站储能资源，可作为虚拟电厂的建设资源，聚合起来参与电网调度。截至2022年3月，已建成5G基站3944个。按照单站功耗2.7千瓦计算，苏州工业园区5G基站储能大约为1万千瓦。
因此，综合各类型可调资源，得到苏州工业园区虚拟电厂建设资源共计约37.14万千瓦，其中可调节负荷资源为22.5万千瓦，分布式能源为13.6万千瓦。2022年苏州工业园区最高用电负荷314.8万千瓦，园区虚拟电厂可建设资源约占最高用电负荷的11.8%。
园区虚拟电厂建设资源情况
总体来看，苏州工业园区可调节资源潜力高、企业数字化程度高，具有很好的虚拟电厂建设基础。
苏州工业园区拥有较大的可调节资源潜力，包括工业、商业建筑（空调）、交通三类用电领域的丰富可调节负荷资源以及相当规模的分布式能源，预估资源潜力达37.1万千瓦。
此外，园区作为国内领先的国家级开发区，历来重视电力低碳化数字化转型创新，在政府侧，现已完成园区能源公共服务平台的建设，覆盖区内企业的用能情况，率先建成全省首个开门接电示范区；在企业侧，从自身发展需求和政策引导下，企业历来重视在数字化方面的转型，已集中完成的各类数字化转型项目3000余个，实现规模以上工业企业全覆盖，加强了对设备和能耗的监控能力，为挖掘可调节负荷资源潜力，奠定了良好的建设基础。
虚拟电厂发展建议
为充分发挥虚拟电厂对地区的支撑作用，实现可调节资源纳入新型电力系统调控运行，下一步还可以在政策制定、关键技术、市场机制及商业模式方面进行突破。
（1）政策制定
一是加强顶层设计，明确虚拟电厂的定义、范围、发展定位、发展目标和实施策略，梳理各方的职责。建议借鉴江苏的虚拟电厂发展模式，由政府主导平台建设并提供公平、开放、免费服务，社会资本主导虚拟电厂建设和运营，培育市场化的“聚合商”，以促进技术创新和成本降低。
二是建立虚拟电厂标准体系，打破数据交互壁垒，建立多方协作机制和标准体系。国家标准如《虚拟电厂管理规范》和《虚拟电厂资源配置与评估技术规范》可以为虚拟电厂建设提供统一的管理规范。
（2）关键技术
一是优化虚拟电厂的调控优化、分析预测等核心技术，拓展多样形态的资源动态，完善可调节资源协同优化调控的标准体系。强化信息-物理-社会耦合视角下的动态特性量化分析能力。例如合肥虚拟电厂使用5G+量子技术实现了虚拟电网的再增速，并且提高了虚拟电网运行的安全性。
二是提高虚拟电厂对不同资源对象的辨识和配置效率，实现海量分布式资源的即插即用和高频并发处理，加强通信承载能力。例如江苏源网荷友好互动系统在2017年5月24日在苏州对245户大用户开展了实切验证，实现精准切负荷 300万千瓦，用户侧零误跳完成实切演练，充分证明了其数据处理的准确性。
三是研究虚拟电厂接入的安全校核方法和动态评估技术，整合动态全局加密技术，以提高运行控制的可靠性和安全性，例如合肥虚拟电厂的量子技术，实现了量子加密，大幅提升虚拟电厂运行安全。
四是建设统一的虚拟电厂接入平台，实现不同社会资本投资的虚拟电厂平台按照统一的技术规范标准接入，以最优方式配置省内资源。
（3）市场机制
一是研究虚拟电厂多元主体动态定价技术，综合考虑边际成本、运行情况等多因素，实现不同类型可调节资源价值的最优分配。
二是完善现货电能量市场、辅助服务市场等电力市场的价格形成机制，逐步放宽现货市场价格上限，以鼓励虚拟电厂的进一步投资。
三是完善市场交易体系，设计符合虚拟电厂灵活调节能力的市场交易机制，以支持虚拟电厂的市场化运营，消除或降低最低容量限制，以鼓励虚拟电厂参与市场竞争。
四是引入基于区块链的可信交易技术，以实现信息流、能量流和资金流的可溯源和可认证，从而激活虚拟电厂调节资源的潜力。
（4）商业模式
一是鼓励符合要求的虚拟电厂参与电力市场，与传统能源进行公平竞争，并鼓励其参与绿色证书交易、绿色电力交易和碳排放交易，以回收投资成本。
二是探索开展能源金融、大数据增值等多类型服务，以拓展虚拟电厂的商业模式。
三是完善商业激励模式，包括资源价值贡献度和用户决策理性的多种合作博弈定价方法，以提高用户资源参与虚拟电厂运营的积极性。
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来自：能源电力说、电力圆桌项目《长三角虚拟电厂发展现状分析报告》
