中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在全面落實(shí)“雙碳”戰(zhàn)略部署和“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源安全新戰(zhàn)略的背景下，加快提升以虛擬電廠技術(shù)為手段的需求響應(yīng)能力，對(duì)構(gòu)建科學(xué)合理的新型電力系統(tǒng)、推動(dòng)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型和構(gòu)建新型能源體系意義重大。
近年來，我國新能源實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，裝機(jī)規(guī)模穩(wěn)居全球首位。截至2023年6月底，全國風(fēng)電、光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量分別達(dá)3.89億千瓦、4.7億千瓦，電力行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型成效顯著。但要實(shí)現(xiàn)2030碳達(dá)峰和2060碳中和，新能源裝機(jī)分別需要大幅度提升至約17億千瓦和70億千瓦。
然而，新能源能量密度低、穩(wěn)定性差，具有波動(dòng)性、間歇性、反調(diào)峰性等特征，導(dǎo)致電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力不足，亟需在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)同步發(fā)力，特別是調(diào)度運(yùn)行模式將由以大電源大電網(wǎng)為主要控制對(duì)象、源隨荷動(dòng)的調(diào)度模式，向源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制、輸配微網(wǎng)多級(jí)協(xié)同的調(diào)度模式轉(zhuǎn)變，確保電力系統(tǒng)的運(yùn)行更加安全平穩(wěn)高效，系統(tǒng)整體成本更加合理。即需要以發(fā)展虛擬電廠為重要引擎構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，以推動(dòng)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型、構(gòu)建新型能源體系。
應(yīng)運(yùn)而生的虛擬電廠
在構(gòu)建“清潔、低碳、安全、高效”的新型電力系統(tǒng)大背景下，虛擬電廠應(yīng)運(yùn)而生。虛擬電廠是一種通過先進(jìn)信息通信和監(jiān)測(cè)控制技術(shù),將不同空間的可調(diào)負(fù)荷、電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能、微電網(wǎng)、分布式電源等多種資源聚合起來，實(shí)現(xiàn)自主協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，參與電力系統(tǒng)運(yùn)行和電力市場(chǎng)交易的智慧能源系統(tǒng)。它既可以作為“正電廠”向系統(tǒng)供電調(diào)峰，又可以作為“負(fù)電廠”，加大負(fù)荷消納配合系統(tǒng)填谷，對(duì)推動(dòng)能源低碳綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
從電網(wǎng)側(cè)，發(fā)展虛擬電廠可提高電網(wǎng)安全水平。風(fēng)光水等可再生新能源的發(fā)展與并網(wǎng)，帶給電網(wǎng)的隨機(jī)性和波動(dòng)性，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定安全。虛擬電廠可以將需求側(cè)的分散資源聚沙成塔，與電網(wǎng)進(jìn)行靈活、精準(zhǔn)、智能化互動(dòng)響應(yīng)，有助于平抑電網(wǎng)峰谷差，提升電網(wǎng)安全保障水平。比如在用電高峰期，工業(yè)園區(qū)可以調(diào)節(jié)用電高峰時(shí)段的工作，少開機(jī)甚至不開機(jī)，在夜間低谷時(shí)段爭(zhēng)取滿負(fù)荷生產(chǎn)。用戶也可以在用電低谷期，主動(dòng)給電動(dòng)汽車充電。從電源側(cè)，可促進(jìn)新能源消納。隨著光伏、風(fēng)電等大規(guī)模波動(dòng)性較強(qiáng)的電源接入電網(wǎng)，出力和負(fù)荷相匹配越來越難，可導(dǎo)致出現(xiàn)負(fù)電價(jià)情況。
2023年5月1日20時(shí)至2日17時(shí)，山東實(shí)時(shí)負(fù)電價(jià)時(shí)段長達(dá)21小時(shí)，刷新了長周期現(xiàn)貨試運(yùn)行的負(fù)電價(jià)時(shí)長記錄。通過虛擬電廠提高能源系統(tǒng)的靈活性，則不僅可以有利于發(fā)揮現(xiàn)貨市場(chǎng)的作用，還可以防止負(fù)電價(jià)現(xiàn)象，提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，降低“三棄”電量。
從用戶側(cè)，可提升用戶效能。電力用戶通過參與需求響應(yīng)，用能效率大幅提升，在降低電費(fèi)的同時(shí)，還可以獲取需求響應(yīng)收益。如江蘇南京試點(diǎn)項(xiàng)目，平均提升用戶能效約20%無錫試點(diǎn)項(xiàng)目，提高園區(qū)整體綜合能源利用率約3%，降低用能成本約2%，年收益約300萬元。
從產(chǎn)業(yè)側(cè)，虛擬電廠擁有廣闊發(fā)展前景。我國東西部電力供需關(guān)系趨緊，2022年全國最大負(fù)荷約12.9億千瓦，按照5%的可調(diào)節(jié)能力測(cè)算電力峰谷差，各地年最高負(fù)荷95%以上峰值負(fù)荷不足50小時(shí)，按滿足5%峰值負(fù)荷需求，約為6450萬千瓦可調(diào)負(fù)荷能力，需火電電力建設(shè)投資4000億元左右，若建虛擬電廠只需500-600億元，即八分之一的投資就可以支撐以往火電廠削峰填谷的效用。
國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)
由于各國資源稟賦以及市場(chǎng)規(guī)則各有不同，虛擬電廠理論和實(shí)踐在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)成熟且各有側(cè)重。其中，美國以可控負(fù)荷的需求響應(yīng)為主，參與系統(tǒng)削峰填谷；以德國為代表的歐洲以分布式電源的聚合為主，參與電力市場(chǎng)交易；日本以用戶側(cè)儲(chǔ)能和分布式電源為主，計(jì)劃到2030年超過2500萬千瓦；澳大利亞以用戶側(cè)儲(chǔ)能為主，特斯拉公司在南澳建成了號(hào)稱世界上最大的以電池組為支撐的虛擬電廠。
歐洲大部分國家分布式能源比較普及，目前虛擬電廠已進(jìn)入商業(yè)化階段，并以發(fā)電資源聚合為主。從發(fā)展分布式能源思路更加強(qiáng)調(diào)虛擬電廠在輔助市場(chǎng)的功能，以分布式電源、儲(chǔ)能資源的整合，并形成統(tǒng)一調(diào)配，降低棄風(fēng)棄電、負(fù)電價(jià)損失為主要目標(biāo)，重點(diǎn)解決可再生能源消納和電網(wǎng)平衡問題。
其中以德國NextKraftwerke最為典型，該公司成立于2009年，采用面向發(fā)電側(cè)進(jìn)行能源聚合、面向電網(wǎng)側(cè)進(jìn)行靈活性儲(chǔ)能供應(yīng)和面向需求側(cè)的需求響應(yīng)三種運(yùn)營模式，2018-2020年公司營業(yè)收入分別6.28、7.35、5.95億歐元。截至2022年第二季度，公司管理14414個(gè)分布式發(fā)電設(shè)備，包括生物質(zhì)發(fā)電裝置、熱電聯(lián)產(chǎn)、水電站、風(fēng)光電站等，總體管理負(fù)荷規(guī)模達(dá)到10836MW。美國虛擬電廠更注重整合用電需求側(cè)的資源，美國目前是世界上實(shí)施需求響應(yīng)項(xiàng)目最多、種類最齊全的國家，約有28GW的需求側(cè)資源參與其中，約占高峰需求的6%。
美國虛擬電廠計(jì)劃通常由公共事業(yè)企業(yè)（Utility）或能源零售商運(yùn)營。比較典型的如特斯拉公司，其與加州公用事業(yè)公司PG&E合作開展名為“EmergencyLoadReductionProgram”的虛擬電廠項(xiàng)目，擁有Powerwall的用戶可以自愿通過特斯拉應(yīng)用程序注冊(cè)加入該虛擬電廠項(xiàng)目。特斯拉通過提供低價(jià)儲(chǔ)能電池或現(xiàn)金，換取家庭一部分電力的控制權(quán)，必要時(shí)給零售商提供電力，從而獲取輔助服務(wù)收益。2022年，所有參與計(jì)劃的Powerwall的用戶在電網(wǎng)面臨巨大壓力的緊急情況下，每向電網(wǎng)提供一度電即可獲得2美元收益，遠(yuǎn)高于加州平均住宅電價(jià)25美分/度電。
我國虛擬電廠仍處于萌芽培育階段,起步“十三五”，大部分處于試點(diǎn)示范階段。上海、河北、廣東等地也陸續(xù)開展了電力需求側(cè)虛擬電廠的試點(diǎn)，但總?cè)萘績H300萬千瓦。各省份電網(wǎng)、發(fā)電集團(tuán)開展試點(diǎn)的虛擬電廠項(xiàng)目以邀約型試點(diǎn)為主，目前只有冀北虛擬電廠一期試點(diǎn)屬于市場(chǎng)型虛擬電廠，隨著電力市場(chǎng)機(jī)制逐漸完善，我國虛擬電廠正處于邀約型向市場(chǎng)型過渡階段。
能源電力行業(yè)數(shù)字化智能化加快推進(jìn)虛擬電廠相關(guān)技術(shù)飛速發(fā)展，為虛擬電廠產(chǎn)業(yè)提供了良好技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用環(huán)境。近年來，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、人工智能等新技術(shù)快速發(fā)展，隨著這些技術(shù)在虛擬電廠領(lǐng)域得以應(yīng)用，加速用戶側(cè)可調(diào)資源和分布式能源資源的高效利用，推動(dòng)虛擬電廠產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。但當(dāng)前我國虛擬電廠發(fā)展還存在一系列的問題和挑戰(zhàn)。
第一，我國虛擬電廠政策還有待完善，亟待出臺(tái)國家層面專項(xiàng)政策標(biāo)準(zhǔn)。目前，國家層面還沒有正式頒布專項(xiàng)的虛擬電廠政策標(biāo)準(zhǔn)，《虛擬電廠管理規(guī)范》《虛擬電廠資源配置與評(píng)估技術(shù)規(guī)范》兩項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)獲批立項(xiàng)，正在起草過程中。
第二，我國虛擬電廠總體處于試點(diǎn)示范階段，且省級(jí)層面缺乏統(tǒng)一的虛擬電廠平臺(tái)。虛擬電廠目前開展虛擬電廠試點(diǎn)的省份最具特色的有上海、冀北、廣東、山東等。江蘇主要參與需求響應(yīng)市場(chǎng)而非嚴(yán)格意義上的虛擬電廠，上海主要以聚合商業(yè)樓宇空調(diào)資源為主開展虛擬電廠試點(diǎn)，冀北主要參與華北輔助服務(wù)市場(chǎng)為主，廣東主要以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的項(xiàng)目測(cè)試為主，山東試點(diǎn)項(xiàng)目目標(biāo)是開展現(xiàn)貨、備用和輔助服務(wù)市場(chǎng)三個(gè)品種交易、完成現(xiàn)貨和需求響應(yīng)兩個(gè)機(jī)制銜接及建設(shè)一個(gè)虛擬電廠運(yùn)營平臺(tái)。開展虛擬電廠市場(chǎng)主體主要有冀北電力公司、上海供電公司、合肥供電公司、國網(wǎng)綜合能源服務(wù)集團(tuán)有限公司、南方電網(wǎng)公司、國電投公司等。目前，省級(jí)層面還缺乏統(tǒng)一的虛擬電廠平臺(tái)。已建的虛擬電廠平臺(tái)參差不齊，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和接口，主要是分散的不同市場(chǎng)主體自建虛擬電廠為主，但并沒有全部接入到統(tǒng)一的省級(jí)/市級(jí)/區(qū)域級(jí)虛擬電廠平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)與大電網(wǎng)的互動(dòng)控制。
第三，虛擬電廠商業(yè)模式仍不清晰，均處于探索階段。當(dāng)前我國虛擬電廠商業(yè)模式尚不清晰，更多的是通過價(jià)格補(bǔ)償或政策引導(dǎo)來參與市場(chǎng)。江蘇主要參與需求響應(yīng)，進(jìn)行削峰填谷，在實(shí)踐規(guī)模、次數(shù)、品種等方面均位居國內(nèi)前列；上海主要參與需求響應(yīng)、備用和調(diào)峰三個(gè)交易品種，是國內(nèi)參與負(fù)荷類型最多、填谷負(fù)荷比例最高、參與客戶最多的；冀北主要參與調(diào)峰為主的輔助服務(wù)市場(chǎng)，以促進(jìn)消納風(fēng)電、光伏等可再生能源的填谷服務(wù)為主，是少有的完全市場(chǎng)化運(yùn)營模式；廣東主要參與需求響應(yīng)市場(chǎng)，盡管其調(diào)頻輔助市場(chǎng)已經(jīng)運(yùn)行，但由于技術(shù)難題尚未解決，用戶側(cè)資源仍未納入到調(diào)頻輔助服務(wù)中；山東試點(diǎn)主要參與現(xiàn)貨能量、備用和輔助服務(wù)市場(chǎng)交易，完成報(bào)價(jià)保量參與日前現(xiàn)貨、需求側(cè)管理機(jī)制的銜接，逐步從政策補(bǔ)貼向市場(chǎng)化過渡。
虛擬電廠典型商業(yè)模式
一個(gè)企業(yè)，其完整的商業(yè)模式體系包括企業(yè)的定位、業(yè)務(wù)系統(tǒng)、盈利模式和企業(yè)價(jià)值等多方面。這些方面相互影響，構(gòu)成有機(jī)的商業(yè)模式體系。任何一個(gè)主要因素發(fā)生變化，都會(huì)催生出不同的商業(yè)模式。根據(jù)國外虛擬電廠商業(yè)化應(yīng)用及國內(nèi)虛擬電廠試點(diǎn)運(yùn)行的情況，主要依據(jù)電力市場(chǎng)化的完善程度和收入來源的不同，將虛擬電廠的商業(yè)模式劃分為三種不同類型：分別為側(cè)重于發(fā)電側(cè)管理的歐洲模式，側(cè)重于需求側(cè)管理的美國模式和處于起步階段以邀約需求響應(yīng)為主向市場(chǎng)型過渡的中國模式。
（一）側(cè)重于發(fā)電側(cè)管理的歐洲模式
定位：由于歐洲發(fā)電資源較為分散，其虛擬電廠主要聚焦于電力供給側(cè)，聚合發(fā)電資源，幫助可再生能源企業(yè)穩(wěn)定并網(wǎng)，協(xié)調(diào)發(fā)電功率。
運(yùn)營主體：歐洲模式虛擬電廠的運(yùn)營主體主要有獨(dú)立虛擬電廠運(yùn)營商、發(fā)電公司和輸電網(wǎng)運(yùn)營商。
參與的主要業(yè)務(wù)：在批發(fā)市場(chǎng)銷售可再生能源電廠生產(chǎn)的電量，直接參與電力現(xiàn)貨交易，參與調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務(wù)。
收益方式：一是獲取電力交易及輔助服務(wù)收益的分成，二是通過幫助發(fā)電企業(yè)降本增效而收取服務(wù)費(fèi)分成。例如，歐洲最大的虛擬電廠運(yùn)營商N(yùn)extKrafwerke，其虛擬電廠業(yè)務(wù)分為三種模式：面向發(fā)電側(cè)進(jìn)行能源聚合，虛擬電廠實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)電情況，避免因可再生能源發(fā)電的不穩(wěn)定性而導(dǎo)致的違約損失；面向電網(wǎng)側(cè)進(jìn)行靈活性儲(chǔ)能供應(yīng)，虛擬電廠接收電量平衡信號(hào)，向輸電運(yùn)營商提供調(diào)峰、調(diào)頻服務(wù)來賺取收益；面向需求側(cè)的需求響應(yīng)，虛擬電廠通過對(duì)需求負(fù)荷的控制來對(duì)電網(wǎng)側(cè)進(jìn)行輔助服務(wù)，賺取服務(wù)費(fèi)用，另外通過將用電負(fù)荷分配到低時(shí)段，降低電力采購成本。
（二）側(cè)重于需求側(cè)管理的美國模式
定位：美國太陽能資源豐富，家用光伏裝機(jī)多，容量高達(dá)22.5GW，隨著戶用光伏裝機(jī)容量的增長，需求側(cè)響應(yīng)成為美國能源重要政策之一，因此美國模式的虛擬電廠主要聚焦于需求側(cè)響應(yīng)。美國目前是世界上實(shí)施需求響應(yīng)項(xiàng)目最多、種類最齊全的國家，約有28GW的需求側(cè)資源參與其中，約占高峰需求的6%。
運(yùn)營主體：美國模式虛擬電廠的運(yùn)營主體主要是公共事業(yè)公司或能源零售商。
參與的主要業(yè)務(wù)：通過合約的形式，取得戶用光伏部分電力控制權(quán)，必要時(shí)給能源零售商提供電力，能源零售商通過儲(chǔ)能聚合這些電能并在用電峰期提供給需要的用戶。
收益方式：將聚合的戶用光伏的電能通過儲(chǔ)能設(shè)施在低價(jià)時(shí)段儲(chǔ)存，在用電高峰時(shí)段高價(jià)銷售給終端用戶或輸電運(yùn)營商，通過電價(jià)差獲得利潤。例如，美國的特斯拉公司，其依托虛擬電廠智能平臺(tái)Autobidder實(shí)現(xiàn)在交易端與公用電網(wǎng)的連接，形成“車+樁+光+儲(chǔ)+荷+智”新能源生態(tài)體系。
（三）以邀約需求響應(yīng)為主向市場(chǎng)型過渡的中國模式
定位：聚合資源，參與需求側(cè)響應(yīng)和輔助服務(wù)。我國已經(jīng)開展試點(diǎn)地區(qū)的虛擬電廠均屬于此種類型。當(dāng)前，由于我國儲(chǔ)能和分布式電源以及電力交易市場(chǎng)尚未發(fā)展成熟，虛擬電廠主要處于邀約型向市場(chǎng)型過渡的階段。
運(yùn)營主體：電網(wǎng)公司、售電公司、第三方獨(dú)立聚合商等。聚合的資源類型：主要為工商業(yè)柔性可控負(fù)荷、分布式電源、儲(chǔ)能裝置及電動(dòng)車充電樁等。
資源特點(diǎn)：聚合的柔性負(fù)荷數(shù)量較少，分布式電源范圍跨度不大、儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模較小。
收益來源：主要來自于輔助服務(wù)補(bǔ)償和需求響應(yīng)補(bǔ)償。輔助服務(wù)以參與調(diào)峰為主，部分省份在輔助服務(wù)細(xì)則之外制定了需求側(cè)響應(yīng)方案，內(nèi)部可調(diào)節(jié)負(fù)荷單元較多的虛擬電廠可以通過參與需求側(cè)響應(yīng)獲取補(bǔ)償。例如，國內(nèi)首個(gè)落地的冀北虛擬電廠項(xiàng)目，2019年12月正式投運(yùn)，累計(jì)聚合張家口、秦皇島、承德、廊坊、唐山等冀北5市和北京市蓄熱式電采暖、智慧樓宇、可調(diào)節(jié)工商業(yè)等11類可調(diào)節(jié)資源，總?cè)萘?5.8萬千瓦，最大調(diào)節(jié)能力20.4萬千瓦。主要參與華北調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)，根據(jù)系統(tǒng)調(diào)峰需求實(shí)時(shí)聚合調(diào)節(jié)接入資源，在新能源大發(fā)期間增加用電需求，減少火電廠不經(jīng)濟(jì)的深調(diào)狀態(tài)，獲得與調(diào)峰貢獻(xiàn)相匹配的市場(chǎng)化收益。截至2022年底，虛擬電廠運(yùn)營商和用戶總收益達(dá)670余萬元，平均度電收益182元/兆瓦時(shí)。
虛擬電廠發(fā)展策略及建議
第一，應(yīng)當(dāng)盡快啟動(dòng)虛擬電廠頂層設(shè)計(jì)。出臺(tái)國家層面的虛擬電廠指導(dǎo)性文件，明確虛擬電廠定義、范圍、發(fā)展定位、發(fā)展目標(biāo)及分步實(shí)施策略，建立虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)體系，明確能源主管部門牽頭建設(shè)虛擬電廠，積極培育“聚合商”市場(chǎng)主體等。同時(shí)，積極推進(jìn)省級(jí)層面虛擬電廠專項(xiàng)政策出臺(tái)，為市場(chǎng)主體開展虛擬電廠業(yè)務(wù)提供政策依據(jù)。明確虛擬電廠作為市場(chǎng)主體參與電力市場(chǎng)的認(rèn)定、準(zhǔn)入、交易、結(jié)算規(guī)則等。
第二，加快完善激勵(lì)政策和市場(chǎng)化交易機(jī)制。豐富虛擬電廠激勵(lì)資金，來源可包括尖峰電價(jià)中的增收資金、超發(fā)電量結(jié)余資金、現(xiàn)貨市場(chǎng)電力平衡資金、跨省可再生能源電力現(xiàn)貨交易購電差價(jià)盈余等。加快完善虛擬電廠與現(xiàn)貨市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)、容量市場(chǎng)的銜接機(jī)制。全面深化電力輔助服務(wù)市場(chǎng)，完善跨省跨區(qū)輔助服務(wù)交易機(jī)制，推動(dòng)建立電力用戶參與輔助服務(wù)的費(fèi)用分擔(dān)共享機(jī)制。此外，作為虛擬電廠運(yùn)營主體，未來在電力現(xiàn)貨市場(chǎng)下，電價(jià)波動(dòng)將增大收益的不確定性，需重新構(gòu)建收益測(cè)算模型及價(jià)格響應(yīng)優(yōu)化策略。
第三，亟需建設(shè)統(tǒng)一的虛擬電廠接入平臺(tái)。考慮電網(wǎng)安全問題，使得各類社會(huì)資本投資的虛擬電廠平臺(tái)能按照統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)接入統(tǒng)一的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的雙向互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)省內(nèi)資源乃至全國最優(yōu)配置。山西最新出臺(tái)的虛擬電廠政策明確了這一點(diǎn)，“虛擬電廠可基于省級(jí)智慧能源綜合服務(wù)平臺(tái)建設(shè)技術(shù)支持系統(tǒng)，也可以獨(dú)立建設(shè)技術(shù)支持系統(tǒng)，但應(yīng)接入省級(jí)智慧能源綜合服務(wù)平臺(tái)，均應(yīng)滿足《虛擬電廠并網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)規(guī)范》”。
