虛擬電廠：提升電力系統(tǒng)靈活性的“開關(guān)”

為實現(xiàn)“雙碳”目標，中國正在加快調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，提高可再生能源占比。2030年中國風、光發(fā)電總裝機計劃達到12億千瓦以上，形成由可再生能源為主的能源體系。高比例可再生能源并網(wǎng)，能源消費終端電氣化水平提升，電力電子化以及大規(guī)模分布式新能源接入電網(wǎng)將會使電力系統(tǒng)平衡、調(diào)節(jié)和支撐能力面臨巨大挑戰(zhàn)，提高電力系統(tǒng)靈活性是實現(xiàn)能源電力清潔低碳發(fā)展的重要手段。

“十三五”期間，中國電力系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)能力不足的現(xiàn)實已經(jīng)造成電力系統(tǒng)難以完全適應新能源的爆發(fā)式增長。電力系統(tǒng)面臨靈活性資源有限導致的新能源消納能力不足、系統(tǒng)可靠性下降、用戶用能風險升高、系統(tǒng)成本不斷攀升等眾多問題。

接入高比例可再生能源，提升電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，需要更多地引入靈活性資源，比如：加快虛擬電廠建設(shè)。

虛擬電廠（Virtual Power Plants, VPP）將不同空間的可調(diào)節(jié)（可中斷）負荷、儲能、微電網(wǎng)、電動汽車、分布式電源等一種或多種資源聚合起來，實現(xiàn)自主協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，參與電力系統(tǒng)運行和電力市場交易。虛擬電廠新業(yè)態(tài)既可作為“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。

相較于傳統(tǒng)電力能源生態(tài)，虛擬電廠下的生態(tài)系統(tǒng)最大的變化是，將傳統(tǒng)電力能源生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)輸配用界限清晰，“源隨荷動”的運行方式，轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電、輸電、配電、用電界限相互交叉，同時兼具生產(chǎn)者與消費者的角色，運行方式表現(xiàn)為“源荷互動”，內(nèi)部每一部分都是一個小能源系統(tǒng)，屬于智能電網(wǎng)的拓展。

虛擬電廠可分為三大類：（1）負荷型虛擬電廠：指虛擬電廠運營商聚合其綁定的具備負荷調(diào)節(jié)能力的市場化電力用戶(包括電動汽車、可調(diào)節(jié)負荷、可中斷負荷等)，作為一個整體(呈現(xiàn)為負荷狀態(tài))組建成虛擬電廠，對外提供負荷側(cè)靈活響應調(diào)節(jié)服務。（2）電源側(cè)虛擬電廠：在分布式電源發(fā)電側(cè)建虛擬電廠。（3）源網(wǎng)荷儲一體化虛擬電廠：集合發(fā)電電源和負荷用電用戶，作為集中式電廠，作為獨立市場主體參與電力市場，原則上不占用系統(tǒng)調(diào)峰能力。

2021年以來，國家和地方陸續(xù)推出與虛擬電廠相關(guān)的政策，部分省市也出臺了明確的落地方案或補貼標準。

從政策環(huán)境來看，由兩大電網(wǎng)公司開建的虛擬電廠示范項目，主要以需求側(cè)響應為盈利模式，地方陸續(xù)出臺的輔助服務市場政策，引導虛擬電廠參與電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻，隨著電力現(xiàn)貨市場的持續(xù)推進，更多的示范性項目可能創(chuàng)新可行的商業(yè)模式。

從虛擬電廠的行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，歐美電力市場較為成熟，虛擬電廠已實現(xiàn)商業(yè)化，而我國尚處于虛擬電廠早期試點階段，商業(yè)模式不夠清晰，江蘇、浙江、深圳、上海等地均出現(xiàn)了虛擬電廠試點。

國內(nèi)虛擬電廠大多處于試點示范階段，商業(yè)模式不清晰，實際盈利項目不多。為什么海外虛擬電廠發(fā)展成熟，而我國尚處于試點階段呢？

我們不妨參考下歐洲最大的虛擬電廠Next Kraftwerke的成功經(jīng)驗。

Next Kraftwerke是歐洲電力交易市場（EPEX）認證的能源交易商，參與能源的現(xiàn)貨市場交易。

Next Kraftwerke通過高超的資源聚合能力和創(chuàng)新商業(yè)模式，創(chuàng)造了驚人的發(fā)展速度和優(yōu)異的經(jīng)營業(yè)績。其主要盈利模式包括：（1）參與電力市場交易。（2）需求響應，削峰填谷。（3）參與電網(wǎng)輔助服務。

歐洲虛擬電廠成功經(jīng)驗告訴我們：成熟的電力現(xiàn)貨市場是虛擬電廠獲得經(jīng)濟性的充分條件，分布式電源+配電網(wǎng)的大發(fā)展是虛擬電廠發(fā)展的必要條件。

如果說歐洲虛擬電廠更為側(cè)重于發(fā)電側(cè)，以分布式電源、儲能資源的整合為方向，以新能源消納為主要目標的話，美國虛擬電廠則聚焦于用戶側(cè)資源，以獲取輔助服務補償為盈利模式。

美國太陽能資源豐富，在政府大量補貼和激勵政策驅(qū)動下，家用光伏儲能系統(tǒng)逐漸成為居民降低電價成本的替代選擇，從而實現(xiàn)電力的自發(fā)自用。特斯拉布局家用儲能Powerwall，并與公共事業(yè)公司合作開展虛擬電廠計劃。特斯拉與EnergyLocals，Green Mountain Power，PG&E等公共事業(yè)公司和電力零售商先后開展了虛擬電廠項目，這些項目幫助特斯拉迅速擴大儲能系統(tǒng)安裝量，同時，電力零售商通過與Powerwall使用者簽訂協(xié)議，能夠獲取這些分布式電池電力的部分使用權(quán)，實現(xiàn)聚合需求側(cè)的資源以及虛擬電廠的商業(yè)化擴張。

美國虛擬電廠的成功經(jīng)驗告訴我們：充分發(fā)揮儲能在分布式能源中的調(diào)節(jié)作用，可以將終端用能由原先的電網(wǎng)“剛性負載”轉(zhuǎn)化為“柔性負載”，以全面電氣化的零排放為實現(xiàn)“碳中和”做貢獻。

與歐美國家對比，中國虛擬電廠起步晚，電力現(xiàn)貨市場發(fā)展不成熟，兼顧發(fā)電側(cè)、儲能、用戶側(cè)等多鐘資源，結(jié)構(gòu)較為復雜。由于“雙碳”驅(qū)動能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，給電力系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)帶來極大的挑戰(zhàn)，虛擬電廠可以成為提升電力系統(tǒng)靈活性的“開關(guān)”。

展望未來，外部政策疊加電網(wǎng)內(nèi)部需求，虛擬電廠可實現(xiàn)高速發(fā)展。

第一，分布式能源發(fā)展成為虛擬電廠發(fā)展的契機。我國風光大基地集中在西部和北部，而電力負荷卻集中在中部和東部，國家能源結(jié)構(gòu)促進了分布式能源的發(fā)展。在這種背景之下，虛擬電廠、智能微網(wǎng)等模式應運而生。虛擬電廠可充當分布式資源與電網(wǎng)運營商和電力交易市場的中介，隨著電力現(xiàn)貨市場的發(fā)展成熟，實現(xiàn)能源交易。

第二，數(shù)字化手段驅(qū)動虛擬電廠構(gòu)建。通過使用數(shù)字化技術(shù)，虛擬電廠可與儲能一起成為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，提高電力系統(tǒng)的智能協(xié)調(diào)、效率提升的重要方式。比如：可通過虛擬電廠云平臺，利用虛擬電廠的聚合功能，形成規(guī)?；跋鞣逄罟取表憫?，實現(xiàn)資源的最大化利用。

第三，虛擬電廠市場競爭會愈加激烈。虛擬電廠是資本、資源和技術(shù)高度密集型行業(yè)，發(fā)展?jié)摿Υ?，具有一定的行業(yè)進入壁壘，入局的大多是擁有強大資源整合能力，或者具有資源稟賦優(yōu)勢的龍頭企業(yè)，雖然目前市場集中度不高，但預估未來行業(yè)競爭會加劇，尤其是集中在中游資源聚合商。
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