中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：當(dāng)前，國內(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。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2億千瓦。
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)研了國內(nèi)外虛擬電廠發(fā)展現(xiàn)狀，深刻剖析對(duì)比國內(nèi)外典型案例，預(yù)測(cè)研判我國虛擬電廠發(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)。
國內(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、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(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。當(dāng)前國外虛擬電廠已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，國內(nèi)還處于初期發(fā)展階段，以研究示范為主。
國外虛擬電廠發(fā)展現(xiàn)狀
虛擬電廠（VPP）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；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。
美國電力市場(chǎng)環(huán)境開放，目前是世界上實(shí)施需求響應(yīng)（DR）項(xiàng)目最多、種類最齊全的國家，也是較早開展需求側(cè)管理的國家之一，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)汽車的非高峰充電有關(guān)。
日本自2011年開始高度重視需求響應(yīng)技術(shù)開發(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)開發(fā)的示范項(xiàng)目計(jì)劃（2016-2020）。目前，日本正在開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)3770萬千瓦，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)模式主要見下圖。
德國的虛擬電廠已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。德國虛擬電廠運(yùn)營商的一項(xiàng)主要業(yè)務(wù)是在批發(fā)市場(chǎng)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(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。
德國虛擬電廠的主要應(yīng)用場(chǎng)景為通過電力市場(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，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)營商不同，德國的虛擬電廠大致可分為三種類型：獨(dú)立虛擬電廠運(yùn)營商、大型電力公司（跨國、地區(qū)和市級(jí)企業(yè)）以及新型市場(chǎng)參與者。
國內(nèi)虛擬電廠發(fā)展現(xiàn)狀
目前，國內(nèi)虛擬電廠仍處于初級(jí)階段，以試點(diǎn)示范為主。在我國，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。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。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，我國虛擬電廠正處于邀約型向市場(chǎng)型過渡階段，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)國家和省級(jí)層面專項(xiàng)政策。
目前，國家層面還沒有出臺(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（征求意見稿）》（2021.6.30）和《虛擬電廠建設(shè)與運(yùn)營管理實(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。
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)。
虛擬電廠目前開展虛擬電廠試點(diǎn)的省份最具特色的是上海、冀北、廣東、山東等。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，但并沒有統(tǒng)一接入到統(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。
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。
對(duì)比分析
從國內(nèi)外虛擬電廠對(duì)比看，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，國外的輔助服務(wù)市場(chǎng)和電力現(xiàn)貨市場(chǎng)較國內(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、電力銷售到用戶結(jié)算，同時(shí)也可以為其他能源運(yùn)營商提供虛擬電廠的運(yùn)營服務(wù)和解決方案。而國內(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，國外的虛擬電廠已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，主要通過以下方式獲取收益：一是通過提供電力市場(chǎng)交易獲得利潤分成；二是主要通過參與調(diào)峰調(diào)頻市場(chǎng)獲取收益；三是通過配置儲(chǔ)能裝置獲得輔助服務(wù)收益。而目前國內(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。
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，未來虛擬電廠的參與主體將更多元，運(yùn)營規(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)競爭力更強(qiáng)，市場(chǎng)潛力巨大。
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2億千瓦。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，全國最大負(fù)荷約12億千瓦，按照5%的可調(diào)節(jié)能力測(cè)算約為6000萬千瓦可調(diào)負(fù)荷能力，全國各省最大負(fù)荷及響應(yīng)能力，如下圖所示。
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、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)汽車調(diào)節(jié)比例為40%，儲(chǔ)能設(shè)備調(diào)節(jié)比例為100%。
虛擬電廠市場(chǎng)前景預(yù)測(cè)
預(yù)計(jì)未來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。據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)2025年、2030年全社會(huì)用電量達(dá)9.2、10.3萬億千瓦時(shí)，而最大負(fù)荷將達(dá)到15.7、17.7億千瓦，最大負(fù)荷增速高于用電量增速。
從可調(diào)負(fù)荷需求看，按照在全國構(gòu)建不少于最大負(fù)荷5%的可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源庫，預(yù)計(jì)到2025年，需構(gòu)建可調(diào)負(fù)荷資源庫約7850萬千瓦。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)資源庫容量約為10620萬千瓦?？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/千瓦計(jì)算，預(yù)計(jì)2025年、2030年，虛擬電廠投資規(guī)模分別至少約為785億元、1062億元。
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)。
盡快啟動(dòng)虛擬電廠頂層設(shè)計(jì)
盡快出臺(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)。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。
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)
考慮電網(wǎng)安全問題，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)，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的雙向互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)省內(nèi)資源最優(yōu)配置。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》”。
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”背景下，預(yù)計(jì)到2030年，我國新能源裝機(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?，提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、可控性和安全性。
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
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)”逐步過渡到聚合“源側(cè)”資源上，充分發(fā)揮中國分布式可再生能源大規(guī)模裝機(jī)優(yōu)勢(shì)，通過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。
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。
