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我國虛擬電廠仍處于0 到1 的階段，2030年市場空間有望達(dá)千億

我國虛擬電廠正由邀約型向市場型過渡，近年來缺電事件頻發(fā)，各地虛擬電廠試點(diǎn)明顯加速，收入來自：1）電網(wǎng)調(diào)度（當(dāng)前主要）、2）現(xiàn)貨市場（加速推廣）、和 3）有偏差考核需求的售電公司、負(fù)荷預(yù)測準(zhǔn)確度低的風(fēng)光電站、用電成本敏感的電力用戶、可以“隔墻售電”的分布式、增量配電網(wǎng)和微電網(wǎng)運(yùn)營商等。短期只考慮輔助服務(wù)市場和現(xiàn)貨市場，我們預(yù)計(jì)2025年我國虛擬電廠市場規(guī)模達(dá)102 億。2030年我們假設(shè)市場化交易電量占比61%、現(xiàn)貨占比 10%，則現(xiàn)貨市場規(guī)模達(dá) 939 億元；輔助服務(wù)費(fèi)用占比提升至5%，則輔助服務(wù)市場規(guī)模達(dá)770 億元，虛擬電廠市場規(guī)模有望達(dá)千億。

借鑒海外經(jīng)驗(yàn)：德國/美國/澳大利亞各有側(cè)重

德國高分布式能源占比決定了其虛擬電廠以分布式電源的聚合為主，主要通過電力交易創(chuàng)收。美國零售電價(jià)不斷提升疊加光伏成本不斷下行，戶用光伏裝機(jī)占比提高的背景下，虛擬電廠主要聚合可控負(fù)荷，通過需求響應(yīng)獲取收益。澳大利亞于2019年開啟規(guī)模達(dá)31MW 的虛擬電廠示范項(xiàng)目，聚合資源以用戶側(cè)儲(chǔ)能為主，主要通過提供調(diào)頻服務(wù)創(chuàng)收，此示范項(xiàng)目月均收益14萬澳元。

1）什么是虛擬電廠？

虛擬電廠是將不同空間的可調(diào)節(jié)負(fù)荷、儲(chǔ)能和分布式電源等一種或多種資源聚合起來，實(shí)現(xiàn)自主協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，參與電力系統(tǒng)運(yùn)行和電力市場交易的智慧能源系統(tǒng)。它既可作為“正電廠”向系統(tǒng)供電或控制可調(diào)負(fù)荷調(diào)峰；又可作為“負(fù)電廠”加大負(fù)荷消納，配合系統(tǒng)填谷；既能快速響應(yīng)指令，配合保障系統(tǒng)穩(wěn)定并獲得經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，也可等同于電廠參與容量、電量、輔助服務(wù)等各類電力市場獲得經(jīng)濟(jì)收益。

虛擬電廠示意圖


虛擬電廠產(chǎn)業(yè)鏈包括：上游資源側(cè)、中游負(fù)荷聚合商和下游客戶。

1.上游資源側(cè)：“正/負(fù)”資源與儲(chǔ)能電站。“正/負(fù)”資源中“正”指發(fā)電側(cè)，含分布式光伏、小型水電站與少數(shù)集中式發(fā)電廠；“負(fù)”指用電側(cè)，含居民、工業(yè)、充電樁、換電站與商業(yè)和建筑物等。

2.中游負(fù)荷聚合商：通過專業(yè)技術(shù)評(píng)估用戶的需求響應(yīng)潛力，整合分散的需求響應(yīng)資源來參與電力系統(tǒng)運(yùn)營?？蔀榭蛻籼峁┬枨髠?cè)響應(yīng)、參與電力市場進(jìn)行價(jià)差套利與降低偏差考核費(fèi)用三項(xiàng)服務(wù)。

3.下游客戶：主要含電網(wǎng)調(diào)度、用電用戶、售電公司與新能源電站四類客戶。

虛擬電廠產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D


按照實(shí)際的組成，可將虛擬電廠劃分為電源型、負(fù)荷型、儲(chǔ)能型、混合型四類。

1. 電源型虛擬電廠：具有能量出售的能力，可以參與能量市場，并視實(shí)際情形參與輔助服務(wù)市場。

2. 負(fù)荷型虛擬電廠：具有功率調(diào)節(jié)能力，可以參與輔助服務(wù)市場，能量出售屬性不足。

3. 儲(chǔ)能型虛擬電廠：可參與輔助服務(wù)市場，部分時(shí)段也可以通過放電來出售電能。

4. 混合型虛擬電廠：全能型角色。

虛擬電廠分類

2）海外經(jīng)驗(yàn)：他山之石，可以攻玉

虛擬電廠自21 世紀(jì)初在德國、英國、西班牙、法國、丹麥等歐洲國家開始興起，同期北美推進(jìn)相同內(nèi)涵的“電力需求響應(yīng)”。目前虛擬電廠理論與實(shí)踐在發(fā)達(dá)國家已成熟，且各國各有側(cè)重。美國以可控負(fù)荷為主；以德國為代表的歐洲國家以分布式電源為主；澳大利亞以用戶側(cè)儲(chǔ)能為主。

2.1 德國：以分布式電源為主，主要通過電力交易獲取收入

德國虛擬電廠起源于2000 年，聚焦分布式電源。全球首個(gè)虛擬電廠誕生于2000 年，德國、荷蘭、西班牙等5 國 11 家公司共同啟動(dòng)虛擬電廠項(xiàng)目 VFCPP，搭建了由 31 個(gè)分散且獨(dú)立的居民燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)（CHP）系統(tǒng)構(gòu)成的虛擬電廠。德國高分布式能源占比的特點(diǎn)決定了其虛擬電廠以分布式電源的聚合為主。

電力系統(tǒng)拆分為虛擬電廠發(fā)展提供良好環(huán)境，德國虛擬電廠運(yùn)營商主要分為獨(dú)立虛擬電廠運(yùn)營商、大型電力公司和新型市場參與者，可參與歐洲所有平衡市場。德國《能源經(jīng)濟(jì)法》提出了電力系統(tǒng)拆分的要求，將發(fā)電、輸電、配電和售電分開，為新的市場參與者提供了公平的環(huán)境。獨(dú)立虛擬電廠運(yùn)營商指獨(dú)立聚合商，不隸屬于傳統(tǒng)電力供應(yīng)商。大型電力公司則將自己的發(fā)電資源以及可能的負(fù)荷用戶和發(fā)電機(jī)組聚合到虛擬電廠當(dāng)中。新型市場參與者如小規(guī)模分布式能源資源的制造商，主要將其用戶的資源聚合到虛擬電廠當(dāng)中。運(yùn)營范圍方面，歐洲有約20 家電力交易所，在統(tǒng)一電力市場框架下，各國電網(wǎng)調(diào)度與交易獨(dú)立運(yùn)營，而電力交易中心一般采用多國聯(lián)合的方式。歐洲互聯(lián)電網(wǎng)已經(jīng)連接整個(gè)歐洲和鄰近大陸的部分地區(qū)。

Next Kraftwerke：歐洲最大的虛擬電廠。

公司創(chuàng)立于2009 年，前身是德國清潔技術(shù)公司Next Kraftwerke GmbH，主營業(yè)務(wù)為應(yīng)急發(fā)電機(jī)、風(fēng)力渦輪機(jī)和沼氣發(fā)電廠的聚合工作，從而彌補(bǔ)電網(wǎng)波動(dòng)。2011年，公司研發(fā)的虛擬電廠平臺(tái)首次投入測試，完成了從可再生能源到輸電網(wǎng)運(yùn)營商的儲(chǔ)能運(yùn)輸控制。2020年，公司和東芝成立合資企業(yè)，拓寬虛擬電廠在日本的業(yè)務(wù)布局。2021年，公司被殼牌公司以現(xiàn)金全資收購。據(jù)公司官網(wǎng)，截至4Q22，公司共運(yùn)營15346 個(gè)分布式能源單元，接入發(fā)電裝機(jī)容量12294 兆瓦，2019年參與電力交易量15.1TWh。2020年公司實(shí)現(xiàn)近 6 億歐元收入，2013~2020年復(fù)合增速為 29%。

2.2 美國：以可控負(fù)荷為主，主要通過需求響應(yīng)獲取收益

美國虛擬電廠起步于90 年代初，強(qiáng)調(diào)需求響應(yīng)。美國在21 世紀(jì) 80 年代就開始了對(duì)電力市場的改革，首個(gè)虛擬電廠出現(xiàn)于90 年代初。由于零售電價(jià)不斷提升，光伏成本下行趨勢下戶用光伏裝機(jī)占比提高，故美國虛擬電廠聚焦于需求響應(yīng)，即通過控制電力價(jià)格、根據(jù)電力政策的動(dòng)態(tài)變化引導(dǎo)電力用戶改變其固有的習(xí)慣用電模式，從而降低用電負(fù)荷或獲取用戶手中的儲(chǔ)能，保證電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

新英格蘭地區(qū)需求響應(yīng)計(jì)劃：分為負(fù)荷響應(yīng)計(jì)劃與價(jià)格響應(yīng)計(jì)劃。用戶只能選擇其中之一參與且減少負(fù)荷在100~5000kW 之間。無法達(dá)到最低負(fù)荷但想?yún)⒓佑?jì)劃的同一地區(qū)的用戶可以集合，集合后負(fù)荷總量必須超過100kW。參加負(fù)荷響應(yīng)計(jì)劃的用戶根據(jù)運(yùn)行機(jī)構(gòu)指令減少電力需求，減少電力負(fù)荷用戶可獲得補(bǔ)償。

加利福尼亞州自動(dòng)需求響應(yīng)系統(tǒng)項(xiàng)目：是一個(gè)小規(guī)模的探索性項(xiàng)目，只有175 戶。試點(diǎn)的參與者安裝可實(shí)現(xiàn)個(gè)性化智能調(diào)節(jié)的GoodWatts 系統(tǒng)，用戶可通過網(wǎng)絡(luò)程序調(diào)整設(shè)定，個(gè)性化控制家電產(chǎn)品。在尖峰電價(jià)下高峰期的電價(jià)較高，其他小時(shí)、周末和假期都采用基準(zhǔn)費(fèi)率。

美國得克薩斯州的空調(diào)負(fù)荷管理項(xiàng)目：控制技術(shù)在需求響應(yīng)中的典型應(yīng)用，用戶參與度相當(dāng)高。在夏季負(fù)荷高峰時(shí)，奧斯汀能源公司（Austin Energy）利用溫控器循環(huán)控制用戶的空調(diào)以削減峰荷，并允許用戶利用在線工具控制自己的智能溫控器。據(jù)潘小輝等2013 年發(fā)表的論文《國外需求響應(yīng)技術(shù)及項(xiàng)目實(shí)踐》，截至2009 年，得克薩斯州已經(jīng)安裝了86000 個(gè)智能溫控器，共削減峰荷90MW。

2.3 澳大利亞：以用戶側(cè)儲(chǔ)能為主，主要通過調(diào)頻服務(wù)獲取收益

20 世紀(jì)90 年代完成電力系統(tǒng)拆分，2019年澳大利亞能源市場運(yùn)營公司（Australian Energy Market Operator, AEMO）開啟虛擬電廠示范項(xiàng)目。20世紀(jì) 90 年代澳大利亞政府對(duì)垂直一體化公司的發(fā)輸配售4 個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)性拆分，在發(fā)電和售電環(huán)節(jié)引入了競爭機(jī)制。目前，澳大利亞除北領(lǐng)地與西澳大利亞州外，其他各州已形成發(fā)、輸、配、售分開，發(fā)電側(cè)和售電側(cè)競爭、輸配電政府管制、公司化運(yùn)營的管理體制。2019年 7 月，澳大利亞AEMO 開啟為期兩年、共計(jì) 8 個(gè)試點(diǎn)的虛擬電廠示范項(xiàng)目，主要位于國家電力市場主要區(qū)域，約7150 用戶簽約，規(guī)模達(dá)31MW。據(jù)AEMO 2021 年9 月發(fā)布的《AEMO NEM virtual power plant knowledge sharing report #4》，截至 2022 年年底，澳大利亞在國家電力系統(tǒng)中運(yùn)行的虛擬電廠規(guī)模約700 MW。

聚合資源以用戶側(cè)儲(chǔ)能為主，主要提供調(diào)頻服務(wù)。澳大利亞虛擬電廠聚合資源以用戶側(cè)儲(chǔ)能為主，目前主要是參與緊急頻率控制輔助服務(wù)市場和電能量市場，主要提供調(diào)頻服務(wù)。

澳大利亞的應(yīng)急調(diào)頻主要用于電網(wǎng)頻率突發(fā)事件之后，根據(jù)響應(yīng)時(shí)間可以劃分為3 種：①6s應(yīng)急調(diào)頻，突發(fā)事件發(fā)生后，在6s 內(nèi)響應(yīng)以阻止頻率大幅下降/上升；②60s應(yīng)急調(diào)頻，即頻率大幅下降/上升后，在 60s 內(nèi)響應(yīng)以穩(wěn)定頻率；③5 min 應(yīng)急調(diào)頻，即頻率大幅度下降/上升后，在 5 min 內(nèi)響應(yīng)以將頻率恢復(fù)到正常運(yùn)行范圍內(nèi)。調(diào)頻輔助服務(wù)供應(yīng)商需在AEMO注冊后，通過 AEMO 市場管理系統(tǒng)提交報(bào)價(jià)參與相應(yīng)的調(diào)頻服務(wù)。

澳大利亞虛擬電廠盈利模式

3）我國虛擬電廠市場規(guī)模：2025 年或達(dá)102 億，2030 年或達(dá)千億

參考我國目前電力系統(tǒng)市場化進(jìn)度，我們認(rèn)為當(dāng)前虛擬電廠的盈利來源主要為需求側(cè)響應(yīng)等輔助服務(wù)市場或政府補(bǔ)貼；隨著現(xiàn)貨市場在全國各地逐步推廣、新能源加速參與現(xiàn)貨交易，若2030 年前后電能量市場、輔助服務(wù)市場、容量市場能夠形成，虛擬電廠盈利模式空間將會(huì)打開。

虛擬電廠收入來源

隨虛擬電廠行業(yè)發(fā)展加速，各領(lǐng)域企業(yè)布局加速。虛擬電廠行業(yè)主要涉及三類企業(yè)：

1.電網(wǎng)系企業(yè)，主要依托電網(wǎng)系統(tǒng)建立自身競爭優(yōu)勢，如國電南瑞、國網(wǎng)信通等；

2.電力信息化企業(yè)，在智能計(jì)量、發(fā)電功率預(yù)測、提供解決方案等方面具備競爭優(yōu)勢，如東方電子、恒實(shí)科技、蘇文電能、國能日新、朗新科技、遠(yuǎn)光軟件、安科瑞等；

3.具備豐富分布式資源的新能源企業(yè)，如晶科科技、南網(wǎng)能源、芯能科技等。

原標(biāo)題：虛擬電廠：預(yù)計(jì)2025年我國市場規(guī)模達(dá)百億