／國(guó)網(wǎng)綜合能源規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 封紅麗／

為有效緩解電力系統(tǒng)供需緊張、盡早實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，應(yīng)對(duì)高比例可再生能源接入，構(gòu)建新形勢(shì)下的新型電力系統(tǒng)，激活虛擬電廠市場(chǎng)潛力，提高電力負(fù)荷調(diào)節(jié)能力，建議從頂層設(shè)計(jì)、虛擬電廠平臺(tái)、技術(shù)研發(fā)、激勵(lì)政策及市場(chǎng)化交易機(jī)制等方面不斷完善，為虛擬電廠發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)可再生能源發(fā)展迅猛，社會(huì)用電短期峰值負(fù)荷不斷攀升，加之極端天氣的影響，導(dǎo)致部分區(qū)域電力供需緊張，保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的靈活性調(diào)節(jié)資源日益缺乏，導(dǎo)致電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)效率嚴(yán)重下降，構(gòu)建適應(yīng)高比例可再生能源發(fā)展的新型電力系統(tǒng)勢(shì)在必行。電網(wǎng)“雙高”、“雙峰”特性明顯，備用容量不足。極端情況下，2030年電網(wǎng)備用容量缺口將達(dá)到2億kW。虛擬電廠作為提升電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的重要手段之一，對(duì)緩解電力緊張將發(fā)揮重要作用，市場(chǎng)前景廣闊。為此，筆者深入調(diào)研了國(guó)內(nèi)外虛擬電廠發(fā)展現(xiàn)狀，深刻剖析對(duì)比國(guó)內(nèi)外典型案例，預(yù)測(cè)研判我國(guó)虛擬電廠發(fā)展前景，提出虛擬電廠發(fā)展的相關(guān)建議，以期為行業(yè)管理者及投資者提供參考和啟發(fā)。

一、國(guó)內(nèi)外虛擬電廠發(fā)展現(xiàn)狀

虛擬電廠可以理解為將不同空間的可調(diào)節(jié)（可中斷）負(fù)荷、儲(chǔ)能、微電網(wǎng)、電動(dòng)汽車(chē)、分布式電源等一種或多種資源聚合起來(lái)，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)。它既可作為“正電廠”向系統(tǒng)供電調(diào)峰，又可作為“負(fù)電廠”加大負(fù)荷消納配合系統(tǒng)填谷；既可快速響應(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(chǎng)獲得經(jīng)濟(jì)收益?？傮w而言，當(dāng)前國(guó)外虛擬電廠已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，國(guó)內(nèi)還處于初期發(fā)展階段，以研究示范為主。

（一）國(guó)外虛擬電廠發(fā)展現(xiàn)狀

虛擬電廠自2 1世紀(jì)初在德國(guó)、英國(guó)、西班牙、法國(guó)、丹麥等歐洲國(guó)家開(kāi)始興起，同期北美推進(jìn)“電力需求響應(yīng)”（DR）。目前，虛擬電廠（VPP）理論和實(shí)踐在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)成熟且各有側(cè)重。其中，美國(guó)以可控負(fù)荷的需求響應(yīng)為主，參與系統(tǒng)削峰填谷；日本側(cè)重于用戶側(cè)儲(chǔ)能和分布式電源，以參與需求響應(yīng)為主；歐洲以分布式電源的聚合為主，參與電力市場(chǎng)交易。

美國(guó)電力市場(chǎng)環(huán)境開(kāi)放，目前是世界上實(shí)施需求響應(yīng)（DR）項(xiàng)目最多、種類最齊全的國(guó)家，也是較早開(kāi)展需求側(cè)管理的國(guó)家之一，經(jīng)驗(yàn)豐富。其批發(fā)市場(chǎng)約有28GW的需求側(cè)資源參與其中，約占高峰需求的6%。當(dāng)前，許多州都在試驗(yàn)家庭虛擬電廠技術(shù)，有助于整合更多的屋頂光伏和儲(chǔ)能，同時(shí)都在擴(kuò)大基于時(shí)間的費(fèi)率試點(diǎn)，特別是與電動(dòng)汽車(chē)的非高峰充電有關(guān)。

日本自2011年開(kāi)始高度重視需求響應(yīng)技術(shù)開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用。2015年，日本政府出臺(tái)了《日本再興戰(zhàn)略（2015）》，首次明確提出推廣VPP政策。2016年，《能源革新戰(zhàn)略》又進(jìn)一步提出了推動(dòng)VPP技術(shù)開(kāi)發(fā)的示范項(xiàng)目計(jì)劃（2016-2020）。2020年，開(kāi)發(fā)家用燃料電池與分布式電源的聚合優(yōu)化調(diào)控技術(shù)。目前，日本正在開(kāi)展典型的跨空間自主調(diào)度型虛擬電廠試驗(yàn)項(xiàng)目。據(jù)日本信息產(chǎn)業(yè)省測(cè)算，到2030年日本的VPP裝機(jī)容量可達(dá)3770萬(wàn)kW，VPP/DR投資總和預(yù)計(jì)將達(dá)到730億日元。日本推廣VPP（DR）的重點(diǎn)集中在住宅、辦公大樓、工廠、商業(yè)設(shè)施、公共事業(yè)和電動(dòng)汽車(chē)等六大領(lǐng)域，以“光伏+儲(chǔ)能”為主要形式，其商業(yè)模式主要有以下幾種，如表1所示。

表1 日本VPP（DR）主要商業(yè)模式

歐洲虛擬電廠發(fā)展可追溯至2007年，以開(kāi)展集成中小型分布式發(fā)電單位為主，參與國(guó)家主要包括德國(guó)、英國(guó)、西班牙、法國(guó)等，旨在實(shí)現(xiàn)分布式電源可靠并網(wǎng)和電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)。據(jù)Guidehouse Insights預(yù)測(cè)，歐洲是世界上虛擬電廠最集中的市場(chǎng)，到2028年，市場(chǎng)收入預(yù)計(jì)每年超過(guò)30億美元。

在德國(guó)，虛擬電廠已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。據(jù)統(tǒng)計(jì)，德國(guó)的能源聚合市場(chǎng)和靈活性市場(chǎng)規(guī)模為75GW，預(yù)計(jì)2030年將翻一番。由于《可再生能源法》引入了可再生能源發(fā)電直接銷(xiāo)售的要求，德國(guó)虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商的一項(xiàng)主要業(yè)務(wù)是在批發(fā)市場(chǎng)銷(xiāo)售100kW以上中型可再生能源電廠生產(chǎn)的電量，在日前市場(chǎng)優(yōu)化其售電，使這些電廠成為虛擬電廠資源。此外，虛擬電廠還有利于如生物質(zhì)發(fā)電和水電這些靈活性較高的機(jī)組從日間市場(chǎng)和平衡市場(chǎng)中獲利。除了可再生能源電廠外，燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)、電池儲(chǔ)能、應(yīng)急發(fā)電機(jī)和需求響應(yīng)等都可作為虛擬電廠資源。

德國(guó)虛擬電廠的主要應(yīng)用場(chǎng)景為通過(guò)電力市場(chǎng)的靈活電價(jià)，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。在德國(guó)，與虛擬電廠配套的上中下游產(chǎn)品已經(jīng)逐漸完備，虛擬電廠除直接參與電力市場(chǎng)進(jìn)行交易之外，溢價(jià)部分與客戶分成，還參與電網(wǎng)系統(tǒng)輔助服務(wù)（二次、三次調(diào)頻）來(lái)收取服務(wù)傭金，同時(shí)針對(duì)不同用戶都有相應(yīng)的售電套餐。根據(jù)運(yùn)營(yíng)商不同，德國(guó)的虛擬電廠大致可分為三種類型：獨(dú)立虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商、大型電力公司（跨國(guó)、地區(qū)和市級(jí)企業(yè)）以及新型市場(chǎng)參與者，具體特點(diǎn)見(jiàn)表2。

表2 德國(guó)虛擬電廠案例

（二）國(guó)內(nèi)虛擬電廠發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)虛擬電廠仍處于初級(jí)階段，以試點(diǎn)示范為主。在我國(guó)，主要以需求響應(yīng)為主流，而虛擬電廠可以理解為需求響應(yīng)的升級(jí)版。實(shí)際上，在我國(guó)第一階段的虛擬電廠與需求響應(yīng)幾乎是同等的概念，需求響應(yīng)是虛擬電廠發(fā)展的基礎(chǔ)。虛擬電廠的側(cè)重點(diǎn)在于增加供給，會(huì)產(chǎn)生逆向潮流現(xiàn)象，而需求響應(yīng)側(cè)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)削減負(fù)荷，不會(huì)發(fā)生逆向潮流現(xiàn)象。是否會(huì)造成電力系統(tǒng)產(chǎn)生逆向潮流是虛擬電廠和需求響應(yīng)兩者最主要的區(qū)別之一。依據(jù)外圍條件的不同，虛擬電廠的發(fā)展可分為三個(gè)階段，分別為邀約型、市場(chǎng)型以及跨空間自主調(diào)度型虛擬電廠。當(dāng)前，我國(guó)虛擬電廠正處于邀約型向市場(chǎng)型過(guò)渡階段，在政策、市場(chǎng)、技術(shù)、商業(yè)模式上呈現(xiàn)以下幾個(gè)特點(diǎn)：

一是虛擬電廠政策還有待完善，亟待出臺(tái)國(guó)家和省級(jí)層面專項(xiàng)政策。目前，國(guó)家層面還沒(méi)有出臺(tái)專項(xiàng)的虛擬電廠政策，省級(jí)層面僅有上海、廣東、山西分別出臺(tái)了《關(guān)于同意進(jìn)一步開(kāi)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(shí)施細(xì)則（征求意見(jiàn)稿）》（2021.6.30）和《虛擬電廠建設(shè)與運(yùn)營(yíng)管理實(shí)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(dòng)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(diǎn)基礎(chǔ)上，上海、江蘇、廣東、浙江、山東、河南等14個(gè)省區(qū)出臺(tái)了需求響應(yīng)新政策，資金補(bǔ)償來(lái)源于尖峰電價(jià)、新能源交易等富余資金。同時(shí)，輔助服務(wù)政策各省也正在陸續(xù)出臺(tái)，目前江蘇、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(tái)或?qū)﹄娏o助服務(wù)政策進(jìn)行了修訂。與此同步，華北、華中、浙江、江蘇等地能源主管部門(mén)開(kāi)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。

二是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)。虛擬電廠目前在國(guó)內(nèi)主要參與需求響應(yīng)和輔助服務(wù)等負(fù)荷側(cè)市場(chǎng)，開(kāi)展虛擬電廠試點(diǎn)的省份最具特色的是上海、冀北、廣東、山東等。開(kāi)展虛擬電廠的市場(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(guó)網(wǎng)綜合能源服務(wù)集團(tuán)有限公司、南方電網(wǎng)公司、國(guó)電投公司等。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(kāi)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)目的目標(biāo)是開(kāi)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(yíng)平臺(tái)。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(méi)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(méi)有能將這些虛擬電廠平臺(tái)聚合到統(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。

三是大部分虛擬電廠試點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了初步的用戶用能監(jiān)測(cè)，鮮有項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)虛擬電廠的優(yōu)化調(diào)度及對(duì)分布式能源的閉環(huán)控制。虛擬電廠技術(shù)主要包括計(jì)量技術(shù)、通信技術(shù)、智能調(diào)度決策技術(shù)、信息安全防護(hù)技術(shù)。在虛擬電廠控制各種分布式能源發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能系統(tǒng)以及可控負(fù)荷的過(guò)程中，對(duì)其協(xié)調(diào)控制是關(guān)鍵和難點(diǎn)，但目前該功能還有待完善。從聚合的資源來(lái)看，主要以負(fù)荷側(cè)可調(diào)資源為主，尤其是工業(yè)負(fù)荷、商業(yè)樓宇空調(diào)負(fù)荷、蓄熱式電采暖為主，外加一些充電樁和儲(chǔ)能車(chē)等資源，而對(duì)于容量大、資源多而廣的分布式光伏等可再生能源不可控，且精準(zhǔn)預(yù)測(cè)能力不足。

四是虛擬電廠商業(yè)模式仍不清晰，均處于探索階段。當(dāng)前虛擬電廠商業(yè)模式尚不清晰，更多的是通過(guò)價(jià)格補(bǔ)償或政策引導(dǎo)來(lái)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(guó)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(guó)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(yíng)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(guò)渡。

二、國(guó)內(nèi)外典型案例及對(duì)比分析

（一）國(guó)外典型案例：德國(guó)Next Kraftwerke虛擬電廠

國(guó)外虛擬電廠市場(chǎng)最為成熟的當(dāng)屬歐洲，其中德國(guó)已完全實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，最具代表性的虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商是德國(guó)的N e x t Kraftwerke。它既是德國(guó)最大的虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商，也是歐洲電力現(xiàn)貨市場(chǎng)（EPEX）認(rèn)證的能源交易商，參與能源的現(xiàn)貨市場(chǎng)交易。該公司擁有虛擬電廠相關(guān)的一切技術(shù)，從數(shù)據(jù)采集、電力交易、電力銷(xiāo)售到用戶結(jié)算，同時(shí)也可以為其他能源運(yùn)營(yíng)商提供虛擬電廠的運(yùn)營(yíng)服務(wù)和解決方案。

Next Kraftwerke采用的NEMOCS平臺(tái)融合了其IT專家和能源交易商開(kāi)發(fā)的理念和功能。平臺(tái)中虛擬電廠包括8500多家聯(lián)網(wǎng)能源生產(chǎn)商及工業(yè)能源用戶，裝機(jī)容量超過(guò)8179MW。NEMOCS適用于靈活負(fù)荷和各種能源：從太陽(yáng)能、風(fēng)能、水力和沼氣等可再生能源到應(yīng)急發(fā)電機(jī)和CHP。

（1）聚合資源類型

Next Kraftwerke通過(guò)中央控制系統(tǒng)，將各類資源聚合在一起，其虛擬電廠平臺(tái)有 59%是靈活性可再生能源（主要是抽水蓄能和生物質(zhì)能制氣發(fā)電），24%是分布式光伏，14%是風(fēng)電，還有3%是電力需求側(cè)用戶，充分體現(xiàn)了其靈活性的配置。

（2）核心技術(shù)

NEMOCS控制系統(tǒng)是虛擬電站的核心技術(shù)。它是一個(gè)模塊化設(shè)計(jì)軟件，使虛擬電廠能夠連接、監(jiān)控和控制分布式發(fā)電商、用戶和儲(chǔ)能系統(tǒng)。來(lái)自每個(gè)資產(chǎn)的所有信息通過(guò)M2M通信實(shí)時(shí)匯集在一起，提供虛擬電廠可用容量的精準(zhǔn)快照。市場(chǎng)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)也在控制系統(tǒng)中進(jìn)行處理，并轉(zhuǎn)換為單獨(dú)的操作命令。NEMOCS基于標(biāo)準(zhǔn)接口，具有可擴(kuò)展性，可對(duì)所有類型的技術(shù)開(kāi)放。同時(shí)，使用應(yīng)用程序編程接口（API）可以輕松地在其他系統(tǒng)之間導(dǎo)入和導(dǎo)出數(shù)據(jù)。

（3）商業(yè)模式

一是Next Kraftwerke在風(fēng)電和光伏發(fā)電等可控性較差的發(fā)電資源上安裝遠(yuǎn)程控制裝置Next Box，通過(guò)虛擬電廠平臺(tái)對(duì)聚合的各個(gè)電源進(jìn)行控制，從而參與電力市場(chǎng)交易并獲取利潤(rùn)分成。二是利用生物質(zhì)發(fā)電和水電啟動(dòng)速度快、出力靈活的特點(diǎn)，參與電網(wǎng)的二次調(diào)頻和三次調(diào)頻，從而獲取附加收益。目前Next Kraftwerke 占到德國(guó)二次調(diào)頻市場(chǎng)10%的份額。三是Next Kraftwerke還推出了更標(biāo)準(zhǔn)化的儲(chǔ)能模塊解決方案。存儲(chǔ)系統(tǒng)包括一個(gè)容納整個(gè)2MW的單個(gè)集裝箱，通過(guò)Next Box連接到電網(wǎng)，這使得Next Kraftwerke可以遠(yuǎn)程控制銷(xiāo)售到現(xiàn)貨市場(chǎng)的能源。該公司使用算法將能源和存儲(chǔ)資產(chǎn)集中到Next Pool中，然后資產(chǎn)共同提供輔助服務(wù)。

（4）經(jīng)濟(jì)效益

截 至2 0 2 0年6月，N e x t Kraftwerke已有9516個(gè)聚合單元，8 1 7 9 M W聯(lián)網(wǎng)裝機(jī)容量，6.277億歐元營(yíng)業(yè)額，15.1TWh能源交易量。

（二）國(guó)內(nèi)典型案例：冀北電力虛擬電廠

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)開(kāi)展虛擬電廠的試點(diǎn)主要有上海虛擬電廠、冀北虛擬電廠、南網(wǎng)虛擬電廠、浙江麗水虛擬電廠、山東虛擬電廠、合肥虛擬電廠試點(diǎn)等，但大部分虛擬電廠運(yùn)營(yíng)收益靠政府補(bǔ)貼或電價(jià)補(bǔ)貼為主，而冀北虛擬電廠實(shí)現(xiàn)了市場(chǎng)化收益。因此，國(guó)內(nèi)我們重點(diǎn)選取冀北虛擬電廠作為典型案例進(jìn)行分析。

冀北虛擬電廠示范工程是國(guó)家電網(wǎng)公司、冀北電力公司2019年重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。項(xiàng)目一期在秦皇島、廊坊、張家口三地市開(kāi)展，將11類用戶側(cè)可調(diào)資源，29個(gè)用戶納入一期示范項(xiàng)目，容量約16萬(wàn)kW，其中大工業(yè)負(fù)荷占比44%、蓄熱式電采暖占比41%。

（1）聚合資源類型

以蓄熱式電采暖為主要調(diào)節(jié)資源，約占運(yùn)營(yíng)容量的81%，包括光伏電站、用戶側(cè)光伏、電動(dòng)汽車(chē)充電樁、地源熱泵、空氣源熱泵、空調(diào)負(fù)荷、工商業(yè)負(fù)荷、電池儲(chǔ)能、蓄熱水電鍋爐等。2021年，重點(diǎn)挖掘工業(yè)負(fù)荷調(diào)峰能力，已代理鋼鐵、水泥、造紙、大數(shù)據(jù)等多種典型行業(yè)的用戶。

（2）盈利模式

冀北虛擬電廠通過(guò)聚合可調(diào)節(jié)資源，引導(dǎo)用戶在市場(chǎng)開(kāi)放時(shí)段提升用電功率，參與華北調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)獲得調(diào)峰輔助服務(wù)收益，再將收益按合同約定與用戶進(jìn)行分成，以此實(shí)現(xiàn)盈利。

（3）運(yùn)營(yíng)模式

冀北虛擬電廠以兩級(jí)市場(chǎng)架構(gòu)進(jìn)行運(yùn)營(yíng)，以虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商為主體，向下將所有可參與交易的可調(diào)節(jié)資源進(jìn)行整合，向上參與各類型輔助服務(wù)或者需求響應(yīng)市場(chǎng)。各級(jí)市場(chǎng)直接與虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行交易結(jié)算，虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商再按照簽約合同條款與各用戶實(shí)際參與情況，對(duì)用戶進(jìn)行收益分配，保證參與市場(chǎng)各主體獲得合理收益。其參與華北調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)，運(yùn)營(yíng)流程主要分為注冊(cè)、申報(bào)、運(yùn)行、結(jié)算四個(gè)步驟，具體運(yùn)營(yíng)流程見(jiàn)圖1。

圖1 冀北電力公司虛擬電廠項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)流程圖

（4）經(jīng)濟(jì)效益

該項(xiàng)目一期于2019年12月12日正式投運(yùn)，至2020年4月30日?qǐng)A滿結(jié)束，其間累計(jì)向華北電網(wǎng)貢獻(xiàn)調(diào)峰輔助電量7000多MWh，收益約160萬(wàn)元。二期項(xiàng)目在一期示范工程的基礎(chǔ)上繼續(xù)開(kāi)展，至2021年4月底，其間累計(jì)向華北電網(wǎng)貢獻(xiàn)調(diào)峰輔助電量9000多MW時(shí)，收益約152萬(wàn)元。

（三）對(duì)比分析

從上述國(guó)內(nèi)外案例對(duì)比來(lái)看，國(guó)內(nèi)外虛擬電廠在市場(chǎng)發(fā)展方面有較大差別，總結(jié)如下：

在聚合資源類型上，國(guó)外聚合的資源類型豐富，包括源側(cè)、荷測(cè)及儲(chǔ)能等各類資源，尤其歐洲以分布式可再生能源為主（如Next Kraftwerke聚合的分布式可再生占97%），負(fù)荷側(cè)資源類型占比較小。國(guó)內(nèi)則相反，仍舊以負(fù)荷側(cè)資源調(diào)節(jié)為主。未能發(fā)揮國(guó)內(nèi)豐富的可再生能源資源優(yōu)勢(shì)，從而難以實(shí)現(xiàn)虛擬電廠的規(guī)模效益。

在政策及市場(chǎng)成熟度上，國(guó)外的輔助服務(wù)市場(chǎng)和電力現(xiàn)貨市場(chǎng)較國(guó)內(nèi)市場(chǎng)機(jī)制更加完善，尤其是電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易市場(chǎng)更加成熟。而國(guó)內(nèi)這兩類市場(chǎng)政策尚不完善，市場(chǎng)尚不成熟，大部分以試點(diǎn)省份的方式在推進(jìn)。

在技術(shù)成熟度上，國(guó)外虛擬電廠的核心技術(shù)更加成熟，尤其是其協(xié)調(diào)控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各種可再生能源及負(fù)荷的靈活控制，對(duì)分布式可再生能源可控。擁有虛擬電廠相關(guān)的一切技術(shù)，從數(shù)據(jù)采集、電力交易、電力銷(xiāo)售到用戶結(jié)算，同時(shí)也可以為其他能源運(yùn)營(yíng)商提供虛擬電廠的運(yùn)營(yíng)服務(wù)和解決方案。而國(guó)內(nèi)虛擬電廠，對(duì)發(fā)電側(cè)分布式可再生能源尚不可控，且協(xié)調(diào)控制策略有待完善。

在商業(yè)模式上，國(guó)外的虛擬電廠已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，主要通過(guò)以下方式獲取收益：一是通過(guò)提供電力市場(chǎng)交易獲得利潤(rùn)分成；二是主要通過(guò)參與調(diào)峰調(diào)頻市場(chǎng)獲取收益；三是通過(guò)配置儲(chǔ)能裝置獲得輔助服務(wù)收益。而目前國(guó)內(nèi)虛擬電廠商業(yè)模式尚不清晰，以參與相對(duì)成熟的需求響應(yīng)市場(chǎng)及以虛擬電廠方式提供節(jié)能、用電監(jiān)控等增值服務(wù)為主，參與輔助服務(wù)市場(chǎng)為輔，參與電力現(xiàn)貨仍在嘗試探索中。

三、虛擬電廠市場(chǎng)需求及發(fā)展前景

隨著技術(shù)進(jìn)步、政策完善，市場(chǎng)將逐步成熟，未來(lái)虛擬電廠的參與主體將更多元，運(yùn)營(yíng)規(guī)則日趨完善，政策支持更有力，經(jīng)濟(jì)收益更合理，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力更強(qiáng)，市場(chǎng)潛力巨大。

（一）市場(chǎng)需求分析

隨著可再生能源大規(guī)模接入，電網(wǎng)“雙高”、“雙峰”特性明顯，備用容量不足。極端情況下，2030年電網(wǎng)備用容量缺口將達(dá)到2億kW。預(yù)計(jì)“十四五”期間電網(wǎng)負(fù)荷最大日峰谷差率將達(dá)到36%，“十五五”期間將達(dá)到40%，電網(wǎng)調(diào)峰壓力持續(xù)增加。電力系統(tǒng)時(shí)段性、靈活性調(diào)節(jié)能力不足現(xiàn)象進(jìn)一步加劇，需要多措并舉提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，保障供需平衡。

截至2021年底，全國(guó)最大負(fù)荷約12億kW，按照5%的可調(diào)節(jié)能力測(cè)算約為6000萬(wàn)kW可調(diào)負(fù)荷能力，全國(guó)各省最大負(fù)荷及響應(yīng)能力如圖2所示。

圖2 2021年全國(guó)各省最高電力負(fù)荷情況

用戶側(cè)可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源類型豐富、潛力巨大?？烧{(diào)節(jié)負(fù)荷資源主要包括樓宇用戶、工業(yè)用戶、居民用戶、電動(dòng)汽車(chē)、儲(chǔ)能等新興負(fù)荷。工業(yè)用戶中水泥、鋼鐵、電解鋁、陶瓷、玻璃等行業(yè)可調(diào)節(jié)潛力較大，其中水泥行業(yè)調(diào)節(jié)比例達(dá)30%；樓宇用戶調(diào)節(jié)比例為30%～40%；居民用戶調(diào)節(jié)比例為50%；新興負(fù)荷用戶中電動(dòng)汽車(chē)調(diào)節(jié)比例為40%，儲(chǔ)能設(shè)備調(diào)節(jié)比例為100%，各類資源可調(diào)節(jié)負(fù)荷潛力測(cè)算見(jiàn)表3。

表3 各類型資源可調(diào)節(jié)負(fù)荷潛力測(cè)算

（二）虛擬電廠市場(chǎng)前景預(yù)測(cè)

預(yù)計(jì)未來(lái)終端電氣化將快速提升，用電量和最大負(fù)荷將呈現(xiàn)雙極增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)2025年、2030年全社會(huì)用電量達(dá)9.2、10.3萬(wàn)億kWh，增速達(dá)21.0%、39.2%，而最大負(fù)荷將達(dá)到15.7、17.7億kW，增速達(dá)34.2%、42.7%，最大負(fù)荷增速高于用電量增速。

從可調(diào)負(fù)荷需求看，按照在全國(guó)構(gòu)建不少于最大負(fù)荷5%的可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源庫(kù)，預(yù)計(jì)到2025年，需構(gòu)建可調(diào)負(fù)荷資源庫(kù)約7850萬(wàn)kW。到2030年底，由于可再生能源占比提高，需構(gòu)建的可調(diào)負(fù)荷資源響應(yīng)能力提高，按6%計(jì)算屆時(shí)資源庫(kù)容量約為10620萬(wàn)kW?？紤]項(xiàng)目可行性，虛擬電廠可構(gòu)建的可調(diào)資源潛力按照響應(yīng)能力需求容量、投資成本按1000元/kW計(jì)算，預(yù)計(jì)2025年、2030年，虛擬電廠的投資規(guī)模分別至少分別約為785億元、1062億元，見(jiàn)表4。

表4 虛擬電廠市場(chǎng)潛力

四、虛擬電廠發(fā)展建議

為有效緩解電力系統(tǒng)供需緊張、盡早實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，應(yīng)對(duì)高比例可再生能源接入，構(gòu)建新形勢(shì)下的新型電力系統(tǒng)，激活虛擬電廠市場(chǎng)潛力，提高電力負(fù)荷調(diào)節(jié)能力，建議從頂層設(shè)計(jì)、虛擬電廠平臺(tái)、技術(shù)研發(fā)、激勵(lì)政策及市場(chǎng)化交易機(jī)制等方面不斷完善，為虛擬電廠發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

（一）盡快啟動(dòng)虛擬電廠頂層設(shè)計(jì)

目前，國(guó)家層面和省級(jí)層面的虛擬電廠政策尚待完善。建議盡快出臺(tái)國(guó)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(mén)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(kāi)展虛擬電廠業(yè)務(wù)提供政策依據(jù)。虛擬電廠參與電力市場(chǎng)，作為市場(chǎng)主體的認(rèn)定、準(zhǔn)入、交易、結(jié)算規(guī)則均有待完善。

（二）具備條件的省份積極建立統(tǒng)一的省級(jí)虛擬電廠平臺(tái)

目前大多數(shù)省份并未有統(tǒng)一的虛擬電廠接入平臺(tái)，僅僅是區(qū)域內(nèi)、小范圍的獨(dú)立虛擬電廠，并未實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的雙向互動(dòng)，也未能實(shí)現(xiàn)省內(nèi)資源最優(yōu)配置?？紤]電網(wǎng)安全問(wèn)題，亟需建設(shè)統(tǒng)一的虛擬電廠接入平臺(tái)，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)。如江蘇并未明確提及，而山西最新出臺(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》”。

（三）加快推進(jìn)協(xié)調(diào)控制技術(shù)及分布式能源可控技術(shù)研發(fā)

在“雙碳”及新型電力系統(tǒng)背景下，可再生能源和發(fā)電量將迅猛增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到2030年，我國(guó)新能源裝機(jī)占比將達(dá)到50%。高比例可再生能源的接入加大了對(duì)電網(wǎng)的沖擊。虛擬電廠作為促進(jìn)可再生能源消納的手段之一，要提高分布式電源并網(wǎng)友好智能互動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式能源可控可測(cè)技術(shù)的突破。將大量的分布式電源聚合成虛擬電廠，實(shí)現(xiàn)分布式電源、儲(chǔ)能、負(fù)荷及熱電聯(lián)產(chǎn)等的智能管理，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；б妫岣唠娏ο到y(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、可控性和安全性。

（四）在技術(shù)突破的基礎(chǔ)上重點(diǎn)聚合光伏電源和儲(chǔ)能設(shè)備

可再生能源的迅猛增長(zhǎng)，給大電網(wǎng)應(yīng)對(duì)分布式電源高滲透率帶來(lái)挑戰(zhàn)。分布式新能源出力的不確定性，同時(shí)疊加集中式新能源電站影響，將導(dǎo)致局部地區(qū)日間負(fù)荷低谷時(shí)段調(diào)峰難度加大。建議在技術(shù)突破基礎(chǔ)上，虛擬電廠今后重點(diǎn)從“荷側(cè)”逐步過(guò)渡到聚合“分布式電源”資源上，充分發(fā)揮中國(guó)分布式可再生能源大規(guī)模裝機(jī)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)虛擬電廠聚合大量光伏和儲(chǔ)能設(shè)備，促進(jìn)清潔能源消納，實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益，降低用電及基礎(chǔ)設(shè)施投資成本，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性。

（五）加快完善激勵(lì)政策和市場(chǎng)化交易機(jī)制

當(dāng)前虛擬電廠激勵(lì)機(jī)制和市場(chǎng)交易機(jī)制均不完善，缺乏投資動(dòng)力。建議豐富虛擬電廠激勵(lì)資金，來(lái)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(gòu)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(yíng)主體，未來(lái)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。