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一、虛擬電廠：What & Why?

虛擬電廠是通過數(shù)字化手段聚合并協(xié)調(diào)分布式能源參與電力市場運(yùn)作的軟件平臺(tái)系統(tǒng)。虛擬電廠（Virtual Power Plant，簡稱VPP）是一種通過先進(jìn)信息通信技術(shù)和軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分布式電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、可控負(fù)荷、微網(wǎng)、電動(dòng)汽車等分布式能源的聚合和協(xié)調(diào)協(xié)同優(yōu)化，以作為一個(gè)特殊電廠參與電力市場和電網(wǎng)運(yùn)行的電源協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)，主要由發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能設(shè)備、通信系統(tǒng)構(gòu)成。

【資料圖】

“虛擬”是指其沒有實(shí)體電廠的存在形式；“電廠”是指其具有電廠的某些特定屬性，通過分布式能源管理系統(tǒng)將分散安裝的清潔能源、可控負(fù)荷和儲(chǔ)能聚合作為一個(gè)特別的電廠參與電網(wǎng)運(yùn)行。作為電網(wǎng)的“智能管家”，虛擬電廠將分散式電源和負(fù)荷化零為整，既可以作為“正電廠”向電力系統(tǒng)供電，也可以作為“負(fù)電廠”消納系統(tǒng)的電力，起到靈活的削峰填谷作用，助力電網(wǎng)系統(tǒng)保持實(shí)時(shí)平衡。

虛擬電廠依據(jù)主體資源的不同，可分為供給側(cè)資源型、需求側(cè)資源型和混合資源型。

供給側(cè)資源型虛擬電廠：聚焦于發(fā)電側(cè)，聚合資源以公用型分布式發(fā)電、發(fā)電側(cè)和電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能等資源為主。通過兩種方式參與調(diào)度：①幫助新能源穩(wěn)定并網(wǎng)，實(shí)時(shí)預(yù)測發(fā)電量，在高峰期增加發(fā)電，低谷期減少發(fā)電；②向電網(wǎng)側(cè)提供靈活性儲(chǔ)能服務(wù)。

需求側(cè)資源型虛擬電廠：聚焦于用戶側(cè)，聚合資源以自用型分布式電源、用戶側(cè)儲(chǔ)能、可調(diào)負(fù)荷等資源為主。通過兩種方式參與：①自主調(diào)節(jié)用電負(fù)荷，進(jìn)行需求側(cè)響應(yīng)，在高峰期減少用電；②高峰期通過分布式電源、儲(chǔ)能等放電，直接將多余電力提供給電網(wǎng)。

混合資源型虛擬電廠：由前兩者共同組成，既可聚合用戶側(cè)資源，又可聚合發(fā)電側(cè)資源。

在“雙碳”目標(biāo)下，虛擬電廠對提升電力系統(tǒng)靈活性具有重要意義。過去十年，我國新能源裝機(jī)占比大幅提升，新型電力系統(tǒng)的建設(shè)將進(jìn)一步提升新能源發(fā)電占比。據(jù)國網(wǎng)能源研究院預(yù)測，在2030和2060年，我國新能源裝機(jī)容量占比將分別達(dá)到41%和70%，發(fā)電量占比將分別達(dá)到22%和58%。以風(fēng)能和太陽能發(fā)電為代表的新能源發(fā)電方式具有顯著的間歇性和強(qiáng)隨機(jī)波動(dòng)性，同時(shí)會(huì)隨時(shí)空范圍的變化產(chǎn)生規(guī)律性改變，使得電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)缺乏靈活性，供需不平衡。

傳統(tǒng)電力能源生態(tài)系統(tǒng)是“源隨荷動(dòng)”運(yùn)行模式，當(dāng)用電負(fù)荷突然增高，但電源發(fā)電能力不足時(shí)，供需不平衡將嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全運(yùn)行。因此，“源隨荷動(dòng)”模式亟需向“源荷互動(dòng)”模式轉(zhuǎn)變，虛擬電廠應(yīng)運(yùn)而生。虛擬電廠的優(yōu)勢在于，兼具生產(chǎn)者與消費(fèi)者的角色，根據(jù)需求可以改變角色身份特征，能夠聚合分散在不同空間的分布式能源，在智能協(xié)同調(diào)控和決策支持下保障新能源電力的穩(wěn)定輸出，真正實(shí)現(xiàn)“源荷互動(dòng)”。

虛擬電廠是實(shí)現(xiàn)分布式電源一體化管理，保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的最佳形式。中國電力行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型呈現(xiàn)分布式發(fā)電逐步替代集中式發(fā)電的特點(diǎn)。2021年光伏發(fā)電新增裝機(jī)中，分布式光伏約為29GW，占全部新增裝機(jī)的55%左右。國家發(fā)改委在《“十四五”循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》中提到，推行分布式能源及光伏儲(chǔ)能一體化系統(tǒng)應(yīng)用。據(jù)埃森哲預(yù)計(jì)，到2025年，中國分布式能源市場規(guī)模將達(dá)4861.4 TWh，年復(fù)合增長率29.9%；到2040年，中國分布式能源投資金額年復(fù)合增長率將達(dá)27.9%。

保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，分布式能源需要一體化管理。分布式能源的分散性、隨機(jī)性使得其可觀性、可測性、可控性較弱，隨著分布式能源大量接入電力系統(tǒng)，分布式能源并網(wǎng)發(fā)電對電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定、電網(wǎng)規(guī)劃、電力平衡、電能質(zhì)量控制等提出了更高要求。

目前，虛擬電廠和微電網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)分布式電源并網(wǎng)的兩種形式。微電網(wǎng)自身的區(qū)域性能源聚合調(diào)節(jié)有一定局限性。微電網(wǎng)雖然能夠協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式電源的技術(shù)矛盾，并具備一定的能量管理功能，但微網(wǎng)以分布式電源與用戶就地應(yīng)用為主要控制目標(biāo)，且受到地理區(qū)域的限制，對多區(qū)域、大規(guī)模分布式電源的有效利用及在電力市場中的規(guī)模化效益存在一定局限性。虛擬電廠可實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域聚合，更有利于資源的優(yōu)化配置。虛擬電廠通過先進(jìn)的計(jì)量、通信、控制等技術(shù)聚合分布式能源并 通過更高層面的軟件架構(gòu)實(shí)現(xiàn)多個(gè)分布式能源的協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行。它并不受區(qū)域的限制，能夠聚合微網(wǎng)所管轄范圍之外的分布式能源，為電網(wǎng)提供容量、有功、無功等多種服務(wù)，更有利于資源的優(yōu)化配置及利用。

虛擬電廠作為需求響應(yīng)的延伸，將極大提升能源電力精細(xì)化管理水平。需求響應(yīng)在削峰填谷、促進(jìn)清潔能源消納、保障系統(tǒng)功率平衡等方面的作用日益凸顯。我國電力需求響應(yīng)發(fā)展迅速，據(jù)國網(wǎng)能源研究院預(yù)計(jì)，2060年我國需求響應(yīng)規(guī)模有望達(dá)到3.6億千瓦左右。目前，已有廣西、安徽、山東、浙江、河北 等14省發(fā)布電力需求響應(yīng)政策，并開展響應(yīng)試點(diǎn)，鼓勵(lì)電能替代、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車充電設(shè)施等具有可調(diào)節(jié)能力的用戶、運(yùn)營商參與需求響應(yīng)，并給予一定的削峰填谷補(bǔ)貼。

需求響應(yīng)的實(shí)施正逐步向提升能源電力精細(xì)化管理水平和電網(wǎng)運(yùn)行靈活性、促進(jìn)清潔能源消納等作用轉(zhuǎn)變。隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，虛擬電廠參與負(fù)荷和響應(yīng)手段更加多元，負(fù)荷調(diào)控更為精準(zhǔn)，使需求響應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)迅速、高效和精準(zhǔn)的電力實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)控，能有效解決電力供給側(cè)可再生能源發(fā)電帶來的巨大不確定性。江蘇電網(wǎng)建成的世界規(guī)模最大的“虛擬電廠”，全省毫秒級(jí)實(shí)時(shí)響應(yīng)規(guī)模已達(dá)200萬千瓦。這套系統(tǒng)通過“互聯(lián)網(wǎng)+電網(wǎng)” 的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)控電廠發(fā)電的同時(shí)，也能調(diào)控用戶用電，讓供需兩端達(dá)到毫秒級(jí)的瞬時(shí)平衡。

虛擬電廠不僅能夠節(jié)約電廠和電網(wǎng)投資成本，同時(shí)具有節(jié)能和減碳效益。虛擬電廠能夠有效節(jié)約投資成本。我國能源資源和需求中心逆向分布，因此形成了“西電東送”的資源配置格局。隨著東部地區(qū)用電比例不斷上升，我國東西部電力供需關(guān)系趨緊，電力峰谷差矛盾日益突出，各地年最高負(fù)荷 95%以上峰值負(fù)荷累計(jì)不足50小時(shí)。根據(jù)國家電網(wǎng)測算，通過火電廠實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)削峰填谷，滿足5%的峰值負(fù)荷需要投資4000億； 而通過虛擬電廠，在建設(shè)、運(yùn)營、激勵(lì)等環(huán)節(jié)投資僅需400-570億元。

虛擬電廠在使用過程中有較大的節(jié)能和減碳效益。虛擬電廠節(jié)電過程中對環(huán)境無污染，且成本較低，能獲得顯著的碳減排效益和更高的經(jīng)濟(jì)效益。2021年5月，國家電網(wǎng)在上海開展了國內(nèi)首次基于虛擬電廠技術(shù)的電力需求響應(yīng)行動(dòng)，僅一個(gè)小時(shí)的測試，產(chǎn)生了15萬千瓦時(shí)的電量。在這次測試中，累計(jì)調(diào)節(jié)電網(wǎng)負(fù)荷56.2萬千瓦，消納清潔能源電量123.6萬千瓦時(shí)，減少碳排放量約336噸。

二、發(fā)展現(xiàn)狀：國內(nèi)各地試點(diǎn)項(xiàng)目持續(xù)落地

虛擬電廠的發(fā)展階段可分為邀約型階段、市場化階段、自主調(diào)度階段。在邀約型階段，由于沒有成熟的電力市場下，主要通過政府機(jī)構(gòu)或電力調(diào)度機(jī)構(gòu)發(fā)出邀約信號(hào)，由負(fù)荷聚合商、虛擬電廠組織資源進(jìn)行削峰、填谷等需求響應(yīng)。我國各省開展的虛擬電廠項(xiàng)目以試點(diǎn)示范為主并由政府引導(dǎo)、電網(wǎng)實(shí)施，尚未形成一套成熟的技術(shù)解決方案，僅有山西省發(fā)布了虛擬電廠具體實(shí)施方案。在市場化階段，在電能量現(xiàn)貨市場、輔助服務(wù)市場和容量市場建成后，虛擬電廠聚合商以類似于實(shí)體電廠的模式，分別參與這些市場并獲得收益。例如歐洲Next Kraftwerke和澳大利亞AGL的虛擬電廠項(xiàng)目。在自主調(diào)度型階段，該階段也可稱為“虛擬綜合電力系統(tǒng)”，既包含分布式能源、儲(chǔ)能系統(tǒng)和可控負(fù)荷等基礎(chǔ)資源，也囊括由這些基礎(chǔ)資源組合而成的微網(wǎng)、主動(dòng)配電網(wǎng)、多能互補(bǔ)多能源系統(tǒng)、局域能源互聯(lián)網(wǎng)等。該階段可以靈活制定運(yùn)行策略、參與能夠跨區(qū)域的電力市場交易獲得利潤分成，或參與需求響應(yīng)、二次調(diào)頻等電力輔助獲取補(bǔ)償收益。例如Tesla在美國德州正積極主動(dòng)開展該階段的探索。

在電力市場化定價(jià)背景下，電價(jià)將隨著電力供需波動(dòng)，電價(jià)峰谷差和電價(jià)彈性變大，由此帶來了虛擬電廠兩種商業(yè)模式。參與輔助服務(wù)市場，獲得削峰填谷的電價(jià)補(bǔ)貼。電價(jià)峰谷差變大使得相關(guān)部門有平抑電價(jià)的需求，但是這需要電力供需均衡的方式來實(shí)現(xiàn)，所以可以看到各省在積極推進(jìn)電力需求側(cè)響應(yīng)，并對參與到削峰填谷的用戶或聚合商給予補(bǔ)貼。

根據(jù)廣州虛擬電廠實(shí)施細(xì)則，廣州市削峰補(bǔ)貼最高5元/度，填谷補(bǔ)貼最高2元/度。因此，虛擬電廠可以通過負(fù)荷低谷時(shí)減少出力（增加負(fù)荷）或在負(fù)荷高峰時(shí)增加出力（削減負(fù)荷）來參與調(diào)峰調(diào)頻服務(wù)交易獲得補(bǔ)貼收益。

參與電力現(xiàn)貨市場交易，獲得電價(jià)差價(jià)收益。市場化定價(jià)下，電力現(xiàn)貨價(jià)格波動(dòng)幅度不受限，虛擬電廠可以根據(jù)價(jià)格信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)用戶可控負(fù)荷，在不影響用戶正常生產(chǎn)的情況下將用戶負(fù)荷從現(xiàn)貨高價(jià)轉(zhuǎn)移至低價(jià)時(shí)段；或在電價(jià)低時(shí)買電，電價(jià)高時(shí)售電，通過電價(jià)差獲得收益。例如今年5月，國電投深圳能源發(fā)展有限公司的虛擬電廠平臺(tái)在參與電力現(xiàn)貨市場的功能試驗(yàn)中，平均度電收益0.274元，是國內(nèi)首個(gè)虛擬電廠參與電力現(xiàn)貨市場盈利的案例。

三、重點(diǎn)關(guān)注相關(guān)布局企業(yè)

虛擬電廠產(chǎn)業(yè)鏈由上游基礎(chǔ)資源、中游資源聚合商和系統(tǒng)平臺(tái)服務(wù)商、下游電力需求方構(gòu)成

上游基礎(chǔ)資源主要包括可調(diào)負(fù)荷、分布式電源和儲(chǔ)能系統(tǒng)，如工業(yè)園區(qū)、商場、大型用電設(shè)備等。隨著可調(diào)負(fù)荷中摻雜越來越多自用型分布式能源和儲(chǔ)能，逐漸發(fā)展出微網(wǎng)、局域能源互聯(lián)網(wǎng)等形態(tài)，成為虛擬電廠的次級(jí)控制單元。中游資源聚合商主要依靠互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等工具，對各層面的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合、優(yōu)化、調(diào)度和決策，從而增強(qiáng)虛擬電廠的統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制能力；中游系統(tǒng)平臺(tái)服務(wù)商主要是為虛擬電廠提供軟件或硬件服務(wù)，搭建調(diào)度系統(tǒng)。下游為電力需求方，主要由電網(wǎng)公司、售電公司和其他參與電力市場化交易的大用戶構(gòu)成。

虛擬電廠的競爭要點(diǎn)在于資源聚合能力、可靠通信能力、實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)能力，信息防護(hù)能力。

智能計(jì)量技術(shù)：控制中心需要收集和處理大量的需求信息、各子系統(tǒng)運(yùn)行信息、電網(wǎng)調(diào)度信息、電力市場價(jià)格信息以及影響分布式電廠的天氣、風(fēng)能、太陽能等信息，以對發(fā)電機(jī)組的出力和運(yùn)行效率、用電負(fù)荷變化做出較準(zhǔn)確的預(yù)測，為電力調(diào)度和生產(chǎn)提供依據(jù)。

信息通信技術(shù)：安全可靠的通信是虛擬電廠穩(wěn)定運(yùn)行的條件。聚合能源的范圍以及市場的交互取決于通信技術(shù), 控制中心需要基于融合能源流與信息流的雙向通信技術(shù)，接收各子系統(tǒng)的狀態(tài)信息、電力市場信息、用戶側(cè)信息等進(jìn)行決策、調(diào)度、優(yōu)化，從物理層、數(shù)據(jù)鏈路層等各個(gè)層面保證數(shù)據(jù)通信的快捷與通暢。

協(xié)調(diào)控制技術(shù)：對每個(gè)分布式資源進(jìn)行快速響應(yīng)和實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)控制，是虛擬電廠發(fā)揮作用的保證。該技術(shù)可分為集中控制方式、分散控制方式和完全控制方式，從而能夠參與多種電力市場的運(yùn)營模式及調(diào)度框架。

信息安全技術(shù)：信息安全是未來虛擬電廠發(fā)展中必須重視的問題。虛擬電廠的調(diào)控功能依賴通信技術(shù)進(jìn)行傳輸，而數(shù)據(jù)大多數(shù)涉及狀態(tài)采集和控制類模塊，對實(shí)時(shí)性、可靠性和安全性的要求比較嚴(yán)格。由于聚合海量可調(diào)資源，海量終端也給虛擬電廠提出了高容量的信息傳輸要求。同時(shí)，虛擬電廠由于主體不一，需要對用戶隱私進(jìn)行加密與保護(hù)。

虛擬電廠的核心競爭力體現(xiàn)在聚集資源數(shù)量、可調(diào)容量、協(xié)調(diào)算法能力、供需預(yù)測準(zhǔn)確度等。因此，我們認(rèn)為虛擬電廠的發(fā)展將使得兩大主體受益：

電力用戶和負(fù)荷聚合商：需要具備一定規(guī)模的響應(yīng)能力，并通過供電局資格審核通過，才能參與虛擬電廠。根據(jù)廣州市公開征集情況，對于電力用戶，大工業(yè)電力用戶的響應(yīng)能力不低于500千瓦，一般工商業(yè)電力用戶的響應(yīng)能力不低于200千瓦；對于負(fù)荷聚合商，總響應(yīng)能力不低于2000千瓦。參與者主要是售電公司或具有工業(yè)領(lǐng)域電力需求側(cè)管理服務(wù)機(jī)構(gòu)資質(zhì)的公司。

虛擬電廠技術(shù)軟件平臺(tái)服務(wù)商：依托能源領(lǐng)域系統(tǒng)開發(fā)、控制計(jì)量、數(shù)字化轉(zhuǎn)型等技術(shù)儲(chǔ)備為電網(wǎng)公司虛擬電廠搭建軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、分析、處理、可視化等，以實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度的最優(yōu)化。參與者主要有電網(wǎng)信息化板塊企業(yè)和智慧能源和IT領(lǐng)域方案提供商。

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關(guān)鍵詞： 電力市場 電力系統(tǒng) 削峰填谷