中國儲能網(wǎng)訊：
01.虛擬電廠的定義
虛擬電廠是一種運用先進通信、計算、調(diào)度和市場等手段聚合大量的分布式能源并進行統(tǒng)一管理和協(xié)調(diào)優(yōu)化的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)對上可以接受電網(wǎng)調(diào)度或者面向電力市場參與各種交易，為電網(wǎng)提供快速爬坡的靈活性；對下可以針對分布式電源、可控負荷、充電樁和工商業(yè)儲能等配網(wǎng)級分布式資源實現(xiàn)監(jiān)測和控制，給予海量且分散和多元的分布式能源資源參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)和市場交易且獲利的機會。
虛擬電廠本質(zhì)是一種輕資產(chǎn)模式下的協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)，僅利用軟件系統(tǒng)平臺和通訊技術(shù)整合分布式電力資源并把控運行核心和控制要點，并不需要自持或投資分布式資源。
02.虛擬電廠的發(fā)展背景
首先，現(xiàn)階段新能源接入比例和居民及三產(chǎn)負荷快速增長，電力系統(tǒng)于源荷兩端波動性大，于尖峰時刻的供需出現(xiàn)失衡矛盾，故電力系統(tǒng)對于靈活性調(diào)節(jié)資源以支撐系統(tǒng)的需求愈發(fā)強烈，且對于靈活性資源的功能需求和內(nèi)涵定義正逐步外延。
表1 兩峰電力供需局勢
圖1 數(shù)據(jù)來源：中電聯(lián)，信達證券，EESA數(shù)據(jù)庫
其次，傳統(tǒng)煤電調(diào)節(jié)難以滿足新型電力系統(tǒng)對源荷波動調(diào)節(jié)的需求。當(dāng)前電力系統(tǒng)對于短時間尺度的靈活性需求不斷增強，其要求系統(tǒng)調(diào)節(jié)側(cè)可更快速且頻繁匹配供需平衡，而煤電不適合提供短時顆粒度的靈活性，同時頻繁調(diào)節(jié)出力和啟停會使得煤電機組出現(xiàn)損壞。
再次，抽蓄和電化學(xué)儲能雖然可滿足電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)需求，但建設(shè)周期長和運行成本高的弊端仍存。抽蓄是擁有調(diào)峰調(diào)頻調(diào)相和黑啟動等多種功能的靈活性資源，但受限于建設(shè)工期長、建設(shè)條件要求高且建設(shè)情況復(fù)雜，短期內(nèi)難有較大增量；電化學(xué)儲能是擁有響應(yīng)速度快可接受秒級/分鐘級調(diào)度指令的靈活性資源，但度電調(diào)峰成本遠高于火電靈活性改造和抽蓄。
最后，需求側(cè)響應(yīng)用以提升系統(tǒng)靈活性具有高性價比。源側(cè)火電靈活性改造單位容量改造投入成本約0.6-0.7元/W，源側(cè)抽蓄建設(shè)成本約6.3-7.2元/W，儲能投入成本約1.5元/Wh，而需求側(cè)響應(yīng)一般規(guī)模可達到最大負荷3%-5%，推廣費加設(shè)備費及運維費用攻擊約0.2-0.4元/W，較源儲兩側(cè)性價比更高。
綜上，以需求響應(yīng)為主的虛擬電廠在當(dāng)下亟須靈活性資源助力的新型電力系統(tǒng)中逐步走向了大眾的視野，疊加各省發(fā)布政策用以鼓勵虛擬電廠的建設(shè)，我國虛擬電廠正加速發(fā)展。
03.虛擬電廠可調(diào)節(jié)資源
一切在配電層級和可靈活調(diào)節(jié)自身負荷與出力的資源均可參與虛擬電廠調(diào)度，主要分為“源、荷、儲”。源類主要有分布式光伏、風(fēng)電、小型的水電及火電機組等。荷類主要有商業(yè)樓宇、工商業(yè)園區(qū)和冷熱負荷，儲類主要有獨立儲能、工商業(yè)儲能、其他形式儲能和電動汽車。
表2 虛擬電廠可聚合資源特性及參數(shù)
從整體運行環(huán)節(jié)分析，一方面虛擬電廠根據(jù)對下聚合的分布式能源特性（分布式電源的出力與爬坡曲線，儲能的充放電功率及電量水平，負荷側(cè)調(diào)節(jié)/中斷的容量和響應(yīng)時間）完成數(shù)學(xué)建?？坍?，得出虛擬電廠的響應(yīng)能力。另一方面在調(diào)度機構(gòu)下達調(diào)節(jié)功率曲線時，虛擬電廠根據(jù)依據(jù)調(diào)用成本最優(yōu)原則拆解功率曲線至各資源，通過遠程終端檢測或直接控制資源完成出力和調(diào)節(jié)。
04.虛擬電廠構(gòu)成要素
虛擬電廠主要由中央系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)和遠程終端三大架構(gòu)要素組成。
中央系統(tǒng)為虛擬電廠主站，是虛擬電廠的大腦。用戶的數(shù)據(jù)采集與分析、電力市場預(yù)測估計、資源建模與集合和市場優(yōu)化交易策略是主站運行的四大模塊，其運行邏輯為匯集遠程控制終端所采集的用戶用電數(shù)據(jù)，結(jié)合內(nèi)置電力市場預(yù)測模塊的預(yù)測結(jié)果，基于運行效益最優(yōu)的原則開展優(yōu)化計算從而參與電力市場交易或執(zhí)行調(diào)度指令。
通信網(wǎng)絡(luò)為虛擬電廠面向調(diào)度機構(gòu)/市場機構(gòu)和遠程終端的信息交互與控制通道，其主要方式分為對上和對下兩種，對上采用光纖接入調(diào)度控制系統(tǒng)（省調(diào)控中心→切負荷中心站→大用戶就近變電站→大用戶10kV配電站/智能負荷控制終端），對下采用無線公網(wǎng)接入交易平臺和營銷需求響應(yīng)平臺及分布式資源（電力交易平臺→虛擬電廠平臺→無線公網(wǎng)→分布式資源計量點）。
遠程終端為虛擬電廠控制終端資源的手段，一般以“邊端結(jié)合”的形式（設(shè)置即插即用的邊緣智能網(wǎng)關(guān)）實現(xiàn)邊緣計算等功能，同時也完成對調(diào)節(jié)資源的狀態(tài)監(jiān)測和柔性控制。
05.商業(yè)模式
5.1需求側(cè)響應(yīng)
需求側(cè)響應(yīng)是以經(jīng)濟激勵為主的措施，鼓勵具有負荷調(diào)節(jié)能力的用戶在預(yù)定時段主動調(diào)減（增加）虛擬電廠的出力和用電負荷，緩解電力供需矛盾。虛擬電廠參與共分為兩步，其一為每年年初自愿申報參與需求響應(yīng)，其二為省調(diào)度中心對申報成功的虛擬電廠進行階段響應(yīng)邀約（一般為迎峰度夏、度冬時期），虛擬電廠應(yīng)邀后可提供需求響應(yīng)資源（原則上1天不多于2次、每次不超過2小時），同時參與約定需量響應(yīng)的數(shù)據(jù)采集周期為15分鐘，參與實時需求響應(yīng)的速度應(yīng)達到分鐘級，數(shù)據(jù)采集周期為30秒。
表3 2023年部分地區(qū)需求響應(yīng)政策
數(shù)據(jù)來源：EESA數(shù)據(jù)庫
5.2調(diào)峰輔助服務(wù)
調(diào)峰服務(wù)指在電網(wǎng)調(diào)峰能力不足時段調(diào)整自身用電曲線達到緩解電網(wǎng)負荷高峰資源不足的效果。目前我國華北、華中、上海、山東、浙江和甘肅等地已頒布相關(guān)法規(guī)對虛擬電廠參與調(diào)峰市場進行了準入、報價與出清和結(jié)算方式等方面的規(guī)定。
表4 部分地區(qū)虛擬電廠調(diào)峰政策
數(shù)據(jù)來源：EESA數(shù)據(jù)庫
5.3調(diào)頻輔助服務(wù)
調(diào)頻服務(wù)主要包括一次調(diào)頻和二次調(diào)頻，目前僅江蘇和浙江兩省明確了虛擬電廠可分別作為第三方獨立主體、綜合能源服務(wù)商的身份參與調(diào)頻輔助服務(wù)市場。
表5 江浙地區(qū)虛擬電廠調(diào)頻政策
數(shù)據(jù)來源：EESA數(shù)據(jù)庫
5.4電力現(xiàn)貨市場
虛擬電廠可根據(jù)當(dāng)?shù)仉娏ΜF(xiàn)貨市場相關(guān)規(guī)定在日前聚合計算并申報自身出力和調(diào)節(jié)能力，并根據(jù)日前現(xiàn)貨市場中標情況和調(diào)度指令實時調(diào)減（增加）分布式資源的出力和負荷，從而以電力現(xiàn)貨市場結(jié)算規(guī)則獲得收益。
06.我國虛擬電廠運行現(xiàn)狀
6.1我國虛擬電廠發(fā)展所處階段
虛擬電廠發(fā)展分為邀約型、市場化和自主調(diào)度型三個階段。邀約型階段是在沒有電力市場的情況下由政府部門或者調(diào)度部門發(fā)出邀約信號，各個虛擬電廠以可控資源參與響應(yīng)與調(diào)度，完成邀約至響應(yīng)至激勵的閉環(huán)流程，我國目前處于邀約型發(fā)展初期；市場化階段最大變化就是電力市場建設(shè)完成，虛擬電廠以實體電廠模式參與電力現(xiàn)貨市場、輔助服務(wù)市場和容量市場并獲得收益，德國和美國等地區(qū)正向市場化階段邁進；自主調(diào)度型階段的變化是虛擬電廠區(qū)域范圍擴大，不僅有分布式能源資源，更聚合了微電網(wǎng)等組合形態(tài)，收益模式也更豐富。
6.2我國虛擬電廠項目運行現(xiàn)狀
我國虛擬電廠主要以試點項目為主，項目收益尚不可觀，仍處前期聚合控制技術(shù)驗證和參與系統(tǒng)響應(yīng)階段。當(dāng)前已運行項目的控制功能已完成技術(shù)驗證且可接入現(xiàn)行調(diào)度安全系統(tǒng)接收調(diào)度指令并完成相應(yīng)調(diào)峰調(diào)頻功能，但因規(guī)模較小和補償水平較低的原因，虛擬電廠收益并不可觀。
表6 我國部分在運虛擬電廠運行情況
數(shù)據(jù)來源：中國電力科學(xué)研究院，EESA數(shù)據(jù)庫
07.虛擬電廠產(chǎn)業(yè)鏈分析
7.1產(chǎn)業(yè)鏈全景
虛擬電廠產(chǎn)業(yè)鏈可劃分為上游資源層、中游設(shè)備和運營層、下游交易層，目前參與虛擬電廠的企業(yè)多以提供通信和自動化控制系統(tǒng)、預(yù)測及優(yōu)化等軟件模塊和提供遠程終端和智能電表等設(shè)備提供商和服務(wù)商。
7.2行業(yè)壁壘
企業(yè)入局虛擬電廠賽道并非易事，該行業(yè)存在資質(zhì)壁壘和技術(shù)壁壘。一方面，虛擬電廠的注冊需要電力行業(yè)相應(yīng)資質(zhì)及一定技術(shù)能力，虛擬電廠需要國家電網(wǎng)管理，并由各地能源局和監(jiān)管機構(gòu)對參與虛擬電廠工作的電力用戶進行資質(zhì)審批，電力資質(zhì)是參與虛擬電廠的入門壁壘；另一方面，通信系統(tǒng)是虛擬電廠的核心，主控系統(tǒng)的技術(shù)水平?jīng)Q定了虛擬電廠的技術(shù)天花板，主控系統(tǒng)的多元化調(diào)節(jié)能力和優(yōu)化的調(diào)度方式以及精準地實時報價是參與虛擬電廠的技術(shù)壁壘。
08.虛擬電廠發(fā)展瓶頸
首先，我國虛擬電廠仍處于早期探索階段，發(fā)展路線較為模糊，頂設(shè)仍欠缺。當(dāng)前，虛擬電廠的建設(shè)主體、運營主體、監(jiān)管主體、參與主體、系統(tǒng)設(shè)計、定價機制、技術(shù)標準和收益分成等問題尚未明確，這將導(dǎo)致行業(yè)發(fā)展阻力巨大。同時國內(nèi)現(xiàn)行試點項目差異較大，并未形成區(qū)域性或全國性統(tǒng)一范式，將不利于虛擬電廠軟硬件技術(shù)發(fā)展。
其次，傳統(tǒng)調(diào)度機構(gòu)尚未形成調(diào)度負荷側(cè)資源的習(xí)慣。因傳統(tǒng)電力系統(tǒng)運行較為注重系統(tǒng)安全，仍主要依賴于可靠性較高的源測資源，而當(dāng)前虛擬電廠聚合資源規(guī)模較小且分散，同時采用無線公網(wǎng)進行通信控制，故存在控制失靈等風(fēng)險，繼而調(diào)度部門未能完全形成調(diào)度負荷側(cè)資源的習(xí)慣。
再次，我國電力市場化改革仍未成熟，虛擬電廠商業(yè)模式尚未確定。我國當(dāng)前電力市場并非完全市場化交易，在“計劃電價”的牽制下虛擬電廠盈利困難，商業(yè)化運作難度大，商業(yè)模式仍需探索和印證。
最后，虛擬電廠參與電力現(xiàn)貨市場和輔助服務(wù)市場時，好的投標策略如何制定是市場化交易中所面臨的挑戰(zhàn)。虛擬電廠在投標過程中，如何平衡所聚合資源特性，如何滿足輔助服務(wù)性能需求的前提下最大優(yōu)化潛在利潤，如何充分處理各類市場間的耦合關(guān)系，直接決定現(xiàn)階段收益和未來發(fā)展。
