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怎么簡單理解虛擬電廠？

虛擬電廠（VPP, Virtual Power Plant）是一種新型電源協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)，虛擬電廠通過信息技術(shù)和軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)分布式電源、儲能、可調(diào)負荷等多種分布式資源的聚合和協(xié)同優(yōu)化。作為一個特殊的電廠，它既可以作為“正電廠”向系統(tǒng)供電調(diào)峰，又可作為“負電廠”加大負荷消納配合系統(tǒng)填谷。

可以說，虛擬電廠是一種電力能源新生態(tài)。
電力的核心目標是實現(xiàn)平衡，最佳狀態(tài)是，所發(fā)的電能夠滿足下游的用電需求，不浪費且剛好夠用。電網(wǎng)端需要構(gòu)建以新能源為主體的“新型電力系統(tǒng)”——發(fā)電端跳動了，用電端也需要更靈活，否則，發(fā)電端要么發(fā)出來的電沒辦法上網(wǎng)，棄風(fēng)棄光，要么造成電網(wǎng)堵塞等。想要彌合雙邊的失衡，用電端需要補充更多的“靈活可調(diào)節(jié)資源“，虛擬電廠（VPP，Virtual Power Plant）就是其中的一項關(guān)鍵解決方案。（另外三項為：火電機組調(diào)節(jié)、抽水蓄能和儲能。）

2006年，特斯拉創(chuàng)始人馬斯克創(chuàng)立了屋頂光伏公司SolarCity，2015年，特斯拉公司又推出了家用儲能產(chǎn)品PowerWall。2022年7月，特斯拉公司在加利福尼亞州推出一項虛擬電廠試點計劃，邀請兩萬五千戶安裝有屋頂光伏、電池體系的家庭，組建一個局部的虛擬電廠能源網(wǎng)絡(luò)。

這些在屋頂上的光伏板就成了“大號電池”，它們將根據(jù)電網(wǎng)統(tǒng)一要求，在電網(wǎng)用電緊急的時候，統(tǒng)一減少用電；而在用電低谷，則將電池里面存儲的電量，反向賣回給電網(wǎng)。特斯拉并沒有成立一個可觸摸的實體電廠，只是聚合了用戶端“沉睡”的屋頂光伏資產(chǎn)，構(gòu)造了一套和電廠功能一樣的系統(tǒng)，還參與到了電網(wǎng)的調(diào)度中。

參與的用戶不僅降低了電費，而且每為電網(wǎng)增加1千瓦時的電力，他們的屋頂就能賺取2美元收入。同時，解決當(dāng)?shù)卦谶B日高溫炙烤下，發(fā)電量供不應(yīng)求而頻繁停電的情況。

虛擬電廠有哪些分類？

虛擬電廠由可控機組、不可控機組，如風(fēng)、光等分布式能源、儲能、可控負荷、電動汽車、通信設(shè)備等聚合而成， 并進一步考慮需求響應(yīng)、不確定性等要素，通過與控制中心、云中心、電力交易中心等進行信息通信，實現(xiàn)與大電網(wǎng)的能量互換。

根據(jù)虛擬電廠對外特征，不同類型特征的虛擬電廠具有不同的服務(wù)能力，虛擬電廠可以分為電源型虛擬電廠、負荷型虛擬電廠、儲能型虛擬電廠、混合型虛擬電廠等類型。

? 虛擬電廠關(guān)鍵技術(shù)之一：聚合建模技術(shù)

聚合建模技術(shù)可以對所有可調(diào)資源進行處理，在處理過程中不是對資源進行簡單相加，而是考慮網(wǎng)絡(luò)約束、設(shè)備運行約束以及經(jīng)濟特性下聚合的響應(yīng)能力。聚合時不同聚合方式、資源容量將得到不同的功率范圍以及成本函數(shù)。通過聚合建模技術(shù)選擇適當(dāng)容量比率可以發(fā)揮虛擬電廠的經(jīng)濟性和靈活性。

? 虛擬電廠關(guān)鍵技術(shù)之二：數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)

數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)是虛擬電廠關(guān)鍵技術(shù)，根據(jù)具體功能不同，虛擬電廠分為商業(yè)型虛擬電廠（CVPP, Commercial Virtual Power Plant）和技術(shù)型虛擬電廠（TVPP, Technical Virtual Power Plant）。

CVPP通過獲取分布式能源的運行參數(shù)、邊際成本、 量測及預(yù)測結(jié)果，結(jié)合電價預(yù)測結(jié)果等市場信息， 實現(xiàn)內(nèi)部聚合分布式能源的投資組合，并參與 市場競標，獲取授權(quán)后制定合同提供系統(tǒng)平衡、輔助服務(wù)等市場服務(wù)，并向TVPP提供分布式可再生能源 (DER, Distributed Energy Resource)的調(diào)度計劃及成本信息。

TVPP側(cè)重系統(tǒng)管理角度，結(jié)合獲取信息，計算內(nèi)部資源聚合整體的技術(shù)特性，關(guān)注DER聚合后對本地網(wǎng)絡(luò)的影響，為配電網(wǎng)運營商 (DSO, Distribution Network Operator) 提供可視化信息，獲取滿足配網(wǎng)安全穩(wěn)定的調(diào)控指令，制定內(nèi)部調(diào)控方案，實現(xiàn)所聚合的配電網(wǎng)資源主動管理。

物美價廉的虛擬電廠的作用原理

用戶端的負荷各有特點，可大致分為儲能式電源、可中斷負荷、可削峰式負荷、可時移式負荷等。
具體而言，比如用電過高的時段，發(fā)電端承壓，虛擬電廠平臺可以讓用戶端的“可削峰負荷”（比如充電樁）降低頻率，或者讓“可時移負荷”晚數(shù)小時開始工作，或者是直接停止掉“可中斷式負荷”的使用。通過種種動作，去削弱區(qū)域內(nèi)的用電峰值，迎合發(fā)電端。

一方面，虛擬電廠可以通過“削峰填谷”，保障電網(wǎng)的平穩(wěn)運行，同時促進新能源的消納；另一方面還可以讓參與其中的用電端企業(yè)用戶通過參與電網(wǎng)互動，調(diào)節(jié)用電習(xí)慣，從而節(jié)省電費支出。

“虛擬電廠”真正的價值，就是提供一個滿足電網(wǎng)需求的資源池，去盡可能迎合發(fā)電端發(fā)電的頻率特點，在用戶端模擬調(diào)節(jié)出一條符合電網(wǎng)需求的曲線。

虛擬電廠解決了新能源行業(yè)哪些痛點？

能源需求轉(zhuǎn)型，用電供需矛盾突出，是虛擬電網(wǎng)當(dāng)下的發(fā)展背景。
圍繞電力的產(chǎn)生和消耗，大體分為發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用電側(cè)。電網(wǎng)對運行安全有嚴格要求，電網(wǎng)安全的首要目標就是保證發(fā)用電的實時平衡，需要發(fā)電側(cè)的不斷調(diào)節(jié)去擬合負荷曲線。新能源發(fā)電嚴重依賴于自然資源（光照強度、風(fēng)力強度）， 具有隨機性、間歇性和波動性的特點，對負荷的支撐能力不足。若規(guī)?；苯硬⑷腚娋W(wǎng)發(fā)電，將會對電網(wǎng)造成巨大沖擊，威脅電力系統(tǒng)安全以及供電的穩(wěn)定性。

另外，由于小型分布式新能源發(fā)電設(shè)施、儲能設(shè)施、可控制用電設(shè)備、電動汽車等的持續(xù)發(fā)展普及，在用電側(cè)，很多電力用戶也從單一的消費者轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌闲螒B(tài)的產(chǎn)銷者，并且各類激增的大功率用電設(shè)備（如充電樁）“吃”起電來，也是讓電網(wǎng)直呼壓力山大， 顯然不能任由其“胃口大開”一哄而上。因而，新的發(fā)用電勢態(tài)下，“虛擬電廠”應(yīng)運而生。
? 供給側(cè)：火力發(fā)電仍占主導(dǎo)，水力、風(fēng)能發(fā)電量不穩(wěn)定

光伏發(fā)電裝機量分布不均：2022年一季度，全國光伏新增并網(wǎng)裝機1321萬千瓦，同比提高138%。新增裝機規(guī)模較大的省份包括河北180萬千瓦、 浙江164萬千瓦、山東150萬千瓦。受地理位置和自然條件影響，光能資源分布不均勻，各省份裝機量差異較大。風(fēng)電裝機量分布不均：2022年一季度，全國風(fēng)電新增并網(wǎng)790萬千瓦，同比增加16.7%。新增并網(wǎng)規(guī)模較大的省區(qū)主要有吉林163萬千瓦、甘肅90 萬千瓦、山西68萬千瓦。截至3月底，全國風(fēng)電累計并網(wǎng)3.37億千瓦，同比增加17.6%。一季度海上風(fēng)電新增并網(wǎng)36萬千瓦，受2021年底海上風(fēng) 電國家補貼到期影響，海上風(fēng)電新增裝機規(guī)模放緩，同比下降79%。
? 需求側(cè)：用電側(cè)總量與結(jié)構(gòu)變化提高負荷峰值

用電負荷總量屢創(chuàng)新高：當(dāng)前社會用電短期峰值負荷不斷攀升，加之極端天氣的沖擊，2022年夏季我國部分地區(qū)區(qū)域電力供需緊張，國家電網(wǎng)5個區(qū)域電網(wǎng)和19個省級電網(wǎng)負荷屢創(chuàng)新高，四川等省份啟動了限電措施。用電需求結(jié)構(gòu)變化，電力負荷特性惡化：近年第三產(chǎn)業(yè)及城鄉(xiāng)居民用電的增長形成了“日內(nèi)雙峰”的特征，同時拉大了用電負荷峰谷 差，使能源電力保供形勢更為復(fù)雜嚴峻。以上海為例，2020年夏季的最大峰谷差率高達43%，導(dǎo)致本地發(fā)電機組頻繁啟停，對機組安全性造成了負面影響。
? 虛擬電廠兼具靈活性和經(jīng)濟性

（1）靈活性：把負荷側(cè)的這些資源，包括用電負荷、儲能，以及分布式的資源，通過信息化手段和技術(shù)自動化手段集合起來，使其具備一個電廠的特性。它既可作為“正電廠”向系統(tǒng)供電或控制可調(diào)負荷調(diào)峰，又可作為“負電廠”加大負荷消納，配合填谷，能夠?qū)崿F(xiàn)配電網(wǎng)側(cè)新能源的聚合管理、就地消納及靈活運行。
（2）經(jīng)濟性：投入成本約為火電廠的1/8。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，各地年最高負荷95%以上峰值負荷累計不足50小 時。峰谷差問題可以依靠多種手段緩解，但總體來看，隨著虛擬電廠技術(shù)的日漸成熟，虛擬電廠將成為削峰填谷投資成本最低的手段。根據(jù)國家電 網(wǎng)測算，通過火電廠實現(xiàn)電力系統(tǒng)削峰填谷，滿足其經(jīng)營區(qū)5%的峰值負荷需要投資4000億，而通過虛擬電廠，在建設(shè)、運營、激勵等環(huán)節(jié)投資僅 需500-600億元，既滿足環(huán)保要求，又能夠降低投入成本。

虛擬電廠在各國如何落地？

? 德國：虛擬電廠已實現(xiàn)商業(yè)化
德國的虛擬電廠已實現(xiàn)商業(yè)化。其主要業(yè)務(wù)是在批發(fā)市場銷售 100kW以上中型可再生能源電廠生產(chǎn)的電量，在日前市場優(yōu)化其 售電，使這些電廠成為虛擬電廠資源。虛擬電廠有利于靈活性較高的機組獲利。除可再生能源電廠外， 燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)、電池儲能、應(yīng)急發(fā)電機和需求響應(yīng)等都可作為虛 擬電廠資源。其主要應(yīng)用場景是通過電力市場的靈活電價，引導(dǎo)電廠管轄內(nèi)系 統(tǒng)優(yōu)化發(fā)用電成本，優(yōu)化交易收益。
? 歐洲：產(chǎn)業(yè)鏈分工明確，商業(yè)模式聚焦發(fā)電側(cè)

歐洲虛擬電廠通常由獨立虛擬電廠運營商、發(fā)電企業(yè)或部分輸電網(wǎng)運營 商 (TSO, Transmission System Operator) 提供服務(wù)。從產(chǎn)業(yè)鏈角度：歐洲的電力系統(tǒng)分為發(fā)電、輸電、配電和售用電環(huán)節(jié)， 而電網(wǎng)運營主體可以劃分為輸電網(wǎng)運營商和配電網(wǎng)運營商 (DSO, Distribution Network Operator) 。輸電網(wǎng)運營商負責(zé)控制和運行輸電網(wǎng)，包括監(jiān)測和控制電網(wǎng)內(nèi)斷路器、 開關(guān)以及輸電網(wǎng)的電壓。配電網(wǎng)運營商負責(zé)將能源進行分配和管理，并輸送給終端消費者，屬于競爭性業(yè)務(wù)。歐洲各國根據(jù)區(qū)域劃分輸電網(wǎng)運營商的管轄范圍，并依靠跨國電網(wǎng)鏈接，屬于區(qū)域性壟斷業(yè)務(wù)。
? 美國：虛擬電廠發(fā)展早

美國目前是世界上實施需求響應(yīng)（DR, Demand Response）項目最多、種類最齊全的國家，也是較早開展需求側(cè)管理的國家之一。約有28GW的需求側(cè)資源參與其中，約占高峰需求的6%。家庭虛擬電廠技術(shù)興起，有助于整合更多的屋頂光伏和儲能，同時擴大基于 時間的費率試點。美國虛擬電廠通過控制電力價格、電力政策的動態(tài)變化降低用電負 荷或獲取電力用戶手中的儲能來保證電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。
? 中國：虛擬電廠發(fā)展處于初級階段

目前，國家層面還沒有出臺專項的虛擬電廠政策，省級層面僅有上海、廣東、山西分別出臺了《關(guān)于同意進一步開展上海市電力需求響應(yīng)和虛 擬電廠工作的批復(fù)》（2020.9.16）、《廣州市虛擬電廠實施細則（征求意見稿）》（2021.6.30）和《虛擬電廠建設(shè)與運營管理實施方案》 （2022.6.23）。與虛擬電廠相關(guān)的政策主要涉及需求響應(yīng)、輔助服務(wù)等。為調(diào)動用戶側(cè)資源響應(yīng)電力系統(tǒng)積極性，在2013年需求側(cè)試點基礎(chǔ)上，上海、江蘇、 廣東、浙江、山東、河南等14個省區(qū)出臺了需求響應(yīng)新政策；江蘇、湖北、遼寧、湖南、河南、安徽、福建、貴州、江西等省區(qū)，以及東北、 華東等五大區(qū)域出臺或?qū)﹄娏o助服務(wù)政策進行了修訂；華北、華中、浙江、江蘇等地能源主管部門開放了虛擬電廠等第三方主體和用戶資源 參與調(diào)峰輔助服務(wù)身份。

虛擬電廠的盈利能力如何測算？

? 盈利能力影響因素1：電價機制改革

電價是虛擬電廠盈利能力的重要影響因素：峰谷電價差越大，用戶購買輔助服務(wù)和需求側(cè)響應(yīng)的激勵也就越大；電價 平均水平越高，用戶購買能效優(yōu)化服務(wù)、虛擬電廠進行現(xiàn)貨 交易的收益也就越大。因此，電價機制改革進程是虛擬電廠 盈利能力的重要影響因素。

分時電價機制進一步完善，拉大峰谷價差：2021年7月，國家發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于進一步完善分時電價機制的通知》，合理確定峰谷電價價差，系統(tǒng)峰谷差率超過40%的地方，峰谷 電價原則上不低于4：1，其他地方原則上不低于3：1；建立 尖峰電價機制，尖峰電價在峰段電價的基礎(chǔ)上上浮比例原則上不低于20%。在《通知》發(fā)布后，多省市相應(yīng)政策，制定出臺了相應(yīng)的峰谷電價政策 。電價機制改革推高電價：自2021年7月推進分時電價機制與2021年10月燃煤上網(wǎng)電價政策的調(diào)整以來，電力生產(chǎn)工業(yè)生 產(chǎn)者出廠價格指數(shù)不斷走高，這體現(xiàn)了上網(wǎng)電價的提高。我們預(yù)計，隨著市場化電價機制改革的不斷深入，我國上網(wǎng)電價上漲的趨勢仍將持續(xù)。

? 盈利能力影響因素2：電力市場改革推進，電力現(xiàn)貨市場建設(shè)推進

現(xiàn)貨市場建設(shè)是虛擬電廠盈利能力的重要影響因素：電力現(xiàn)貨交易與中長期交易互為補充，其中現(xiàn)貨市場具有重要的價格發(fā)現(xiàn)功能，中長期市場的電力價格往往根據(jù)現(xiàn)貨市場價格而定，因此電力現(xiàn)貨市場建設(shè)是虛擬電廠盈利能力的重要影響因素。電力現(xiàn)貨市場建設(shè)加速推進，形成“8+6”試點格局：2017年8月，國家發(fā)改委、能源局印發(fā)《關(guān)于開展電力現(xiàn)貨市場建設(shè)試點工作的通 知》，在南方（以廣東起步）、浙江、蒙西、山東、山西、福建、甘肅、四川8地開展電力現(xiàn)貨市場試點工作；2021年5月，國家發(fā)改 委、能源局發(fā)布《關(guān)于進一步做好電力現(xiàn)貨市場建設(shè)試點工作的通知》，在上海、安徽、江蘇、遼寧、河南、湖北6省市開展第二批電力 現(xiàn)貨市場試點工作。

未來虛擬電廠的市場空間有多大？

虛擬電廠當(dāng)前的商業(yè)模式尚在探索中。

虛擬電廠的業(yè)務(wù)場景主要有輔助服務(wù)交易、需求側(cè)響應(yīng)、現(xiàn)貨交易與能效優(yōu)化。虛擬電廠的商業(yè)模式本質(zhì)是電力市場市場化交易。當(dāng)前國內(nèi)虛擬電廠主要通過輔助服務(wù)補貼和需求側(cè)響應(yīng)獲取收益。（注：電力市場輔助服務(wù)是指，為電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)頻率質(zhì)量等服務(wù)；需求側(cè)響應(yīng)是指，根據(jù)電網(wǎng)需求，暫停用電側(cè)或者是改變使用習(xí)慣）

? 輔助服務(wù)交易：參與電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻、備用，通過調(diào)配可控資源提供發(fā)電容量，保證電網(wǎng)穩(wěn)定運行，并獲取補貼收入。

? 需求側(cè)響應(yīng)：虛擬電廠根據(jù)合同要求按時按容量切負荷，保障電網(wǎng)供需平衡，并獲取補貼收入。

? 現(xiàn)貨交易：代表產(chǎn)銷者集群在電力現(xiàn)貨市場進行交易，優(yōu)化電網(wǎng)運行供需，并獲取分成收入。

? 能效優(yōu)化：為大用戶提供能源資源優(yōu)化管理服務(wù)，預(yù)測電力市場價格波動，幫助用戶決策可調(diào)負荷的用電行為，代理購電業(yè)務(wù)，提供智能用電方案，并從客戶獲取分成收入。

能源局數(shù)據(jù)顯示，全國電力費用中的3%將會流向電力輔助服務(wù)市場中，而在發(fā)達國家，這一比例最高能達到10%左右。

隨著中長期市場、 現(xiàn)貨市場、綠電交易市場、輔助服務(wù)市場等逐步放開，虛擬電廠可作為一個市場主體全面參與到市場中，極大豐富了虛擬電廠的商業(yè)模式。

2022年3月發(fā)布的《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》就指出，要推動儲能設(shè)施、虛擬電廠、用戶可中斷負荷等靈活性資源參與電力輔助服務(wù)。此外，北京/上海等多地的十四五規(guī)劃中也都點名提到發(fā)展和建設(shè)虛擬電廠。

圖片各地虛擬電廠相關(guān)政策 圖源德邦研究所

今年，國電投深圳能源發(fā)展有限公司的虛擬電廠平臺就通過參與電力現(xiàn)貨市場，通過電價價差套利賺取收益，最終獲得0.274元/度電的收益。這也是中國首個調(diào)度用戶負荷參與電力現(xiàn)貨市場并盈利的虛擬電廠。電力現(xiàn)貨交易，目前也是部分有售電資質(zhì)的虛擬電廠創(chuàng)業(yè)。

根據(jù)國家電網(wǎng)2020年的測算，若通過建設(shè)虛擬電廠滿足其經(jīng)營區(qū)5%的峰值負荷需求，建設(shè)、運維和激勵的資金規(guī)模為400-570億元，我們假設(shè)其中虛擬市場投資規(guī)模為400億元。根據(jù)國家電網(wǎng)報消息，2020年國家電網(wǎng)經(jīng)營區(qū)最高負荷為8.75億千瓦，滿足其經(jīng)營區(qū)5%的峰值負荷需求所需的可調(diào)資源庫容量為4375萬千瓦。由此可推算出，虛擬電廠可調(diào)負荷資源庫的投資成本約為914元/千瓦。

據(jù)預(yù)測，2025年、2030年最大負荷則將分別達到15.7、18.2億千瓦。根據(jù)國家電網(wǎng)的數(shù)據(jù)測算，虛擬電廠可調(diào)負荷資源庫的投資成本約為914元/千瓦，2025年、2030年虛擬電廠投資規(guī)模將分別達到718億、998億元。

虛擬電廠的核心服務(wù)為平抑峰值負荷，因此通過測算虛擬電廠用可調(diào)負荷資源庫解決峰值負荷調(diào)節(jié)問題所帶來的平抑負荷的價值，作為虛擬電廠運營市場規(guī)模的估計。預(yù)計2025年、2030年虛擬電廠的運營市場規(guī)模將分別達到932.19億元、1,283.10億元。

國內(nèi)市場來看，參與虛擬電廠項目的主要三類：

一是虛擬電廠軟件平臺服務(wù)商，為電網(wǎng)公司虛擬電廠搭建軟件平臺的公司。
二是負荷聚合商，聚合長尾需求側(cè)資源，提供需求側(cè)的電力預(yù)測曲線，并參與電網(wǎng)的需求側(cè)響應(yīng)獲取補貼分成。

三是從新能源、新型儲能領(lǐng)域開展虛擬電廠技術(shù)研發(fā)和布局的企業(yè)。

目前行業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)：

首先，廠商如何把虛擬電廠的能力推銷出去，讓用戶愿意配合；其次，是要對用戶端的負荷特性、生產(chǎn)計劃和用電設(shè)備足夠了解，協(xié)調(diào)好用戶光伏、儲能等多類資源，準確挖掘出用戶的可調(diào)能力；最后才是，考慮如何對負荷進行分類/組合/優(yōu)化/運營，把收益最大化。

原標題：關(guān)于“虛擬電廠”的七問七答，干貨收藏！