中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
什么是虛擬電廠？
虛擬電廠（VPP, virtual power plant）是指利用物聯(lián)網(wǎng)和先進(jìn)通信技術(shù)，聚合分布式電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、可控負(fù)荷等各類資源形成的電源協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)。它本質(zhì)上是將分布式電源（發(fā)電）、可控負(fù)荷（用電）、儲(chǔ)能等利用計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將其聚合成一個(gè)虛擬的集中式電廠，來(lái)為電網(wǎng)提供需求側(cè)響應(yīng)。不同于微電網(wǎng)，虛擬電廠參與的需求側(cè)響應(yīng)打破了空間的束縛，通過(guò)集控平臺(tái)進(jìn)行調(diào)節(jié)響應(yīng)。
虛擬電廠產(chǎn)業(yè)鏈包括上游基礎(chǔ)資源、中游系統(tǒng)平臺(tái)和下游電力需求方三個(gè)環(huán)節(jié)。上游基礎(chǔ)資源指可調(diào)負(fù)荷、分布式電源和儲(chǔ)能設(shè)備。中游系統(tǒng)平臺(tái)，主要是指依靠互聯(lián)網(wǎng)整合優(yōu)化供給和需求的信息，增強(qiáng)虛擬電廠的協(xié)調(diào)控制能力的資源聚合商。下游為電力需求方，由電網(wǎng)公司、售電公司和大用戶構(gòu)成。
虛擬電廠可分為負(fù)荷側(cè)虛擬電廠、電源側(cè)虛擬電廠和源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化虛擬電廠三大類。當(dāng)前我國(guó)虛擬電廠試點(diǎn)的多為負(fù)荷側(cè)虛擬電廠，冀北試點(diǎn)的虛擬電廠為國(guó)內(nèi)鮮有的源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化虛擬電廠試點(diǎn)。負(fù)荷側(cè)虛擬電廠是指運(yùn)營(yíng)商聚合其綁定的具備負(fù)荷調(diào)節(jié)能力的市場(chǎng)化電力用戶（包括電動(dòng)車、可調(diào)節(jié)負(fù)荷、可中斷負(fù)荷等）作為一個(gè)整體（呈現(xiàn)為負(fù)荷狀態(tài)）組建成虛擬電廠，對(duì)外提供負(fù)荷側(cè)靈活響應(yīng)。電源側(cè)虛擬電廠是指在分布式電源發(fā)電側(cè)建立虛擬電廠。源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化虛擬電廠是指集合發(fā)電電源和負(fù)荷用電用戶，作為獨(dú)立市場(chǎng)主體參與電力市場(chǎng)，原則上不占用系統(tǒng)調(diào)峰能力。
虛擬電廠的作用和優(yōu)勢(shì)
虛擬電廠可在電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)揮重要作用。在新型電力系統(tǒng)建設(shè)中，新能源發(fā)電的比重快速增長(zhǎng)，但新能源發(fā)電具有很大的波動(dòng)性，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。為了解決上述問(wèn)題，我國(guó)大力發(fā)展儲(chǔ)能，而虛擬電廠在促進(jìn)新能源消納、電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰等方面同樣大有可為，是儲(chǔ)能的重要補(bǔ)充。在電網(wǎng)側(cè)，虛擬電廠可以為電網(wǎng)提供調(diào)頻調(diào)峰服務(wù)、負(fù)荷備用服務(wù)等，提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平。在用戶側(cè)，電力用戶通過(guò)參與需求響應(yīng)，用能效率大幅提升，在降低電費(fèi)的同時(shí)，還可以獲取需求響應(yīng)收益。如江蘇南京試點(diǎn)項(xiàng)目，平均提升用戶能效20%；無(wú)錫試點(diǎn)項(xiàng)目，提高園區(qū)整體綜合能源利用率約3個(gè)百分點(diǎn)，降低用能成本2%，年收益約300萬(wàn)元。在電源側(cè)，虛擬電廠可以提供海量分布式電源精益化管理手段，促進(jìn)新能源消納。
虛擬電廠是解決電網(wǎng)負(fù)荷的最具經(jīng)濟(jì)性選項(xiàng)之一。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)的測(cè)算，通過(guò)火電廠實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)削峰填谷，滿足5%的峰值負(fù)荷需要投資4000億，而通過(guò)虛擬電廠僅需投資500-600億元，成本僅為火電廠的1/8-1/7。
虛擬電廠的三個(gè)階段
虛擬電廠發(fā)展分為三個(gè)階段，邀約型，交易型和自治型。當(dāng)前，由于我國(guó)目前儲(chǔ)能和分布式電源以及電力交易市場(chǎng)尚未發(fā)展成熟，虛擬電廠主要處于邀約型向市場(chǎng)型過(guò)渡的階段。
交易型階段：電能量現(xiàn)貨市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)和容量市場(chǎng)建成后，虛擬電廠聚合商以類似于電廠的形式，參與市場(chǎng)獲取收益。
邀約型階段：在沒有電力市場(chǎng)情況下，由政府機(jī)構(gòu)牽頭，各個(gè)聚合商參與，共同完成邀約、響應(yīng)和激勵(lì)流程。
自治型階段：跨空間自主調(diào)度型虛擬電廠。隨著電廠聚合的資源種類越來(lái)越多，數(shù)量越來(lái)越大，空間越來(lái)越廣，形成“虛擬電力系統(tǒng)”，既包括可調(diào)負(fù)荷、儲(chǔ)能和分布式電源等基礎(chǔ)資源，也包括這些基礎(chǔ)資源整合而成的微網(wǎng)、局域能源互聯(lián)網(wǎng)。
虛擬電廠盈利來(lái)源
1.可再生能源發(fā)電的預(yù)測(cè)和監(jiān)控
可再生能源的進(jìn)給難以控制，導(dǎo)致電力現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格變動(dòng)時(shí)公用事業(yè)公司難以及時(shí)調(diào)整電力投資組合，從而導(dǎo)致1）現(xiàn)貨市場(chǎng)電價(jià)轉(zhuǎn)為負(fù)值時(shí)，可再生能源供給不能及時(shí)削減，從而帶來(lái)虧損；2）電力平衡機(jī)構(gòu)的需求變動(dòng)大，公用事業(yè)公司依靠傳統(tǒng)手段難以了解和預(yù)測(cè)可再生能源發(fā)電水平，導(dǎo)致因事后修正電力投資組合而承受昂貴的平衡成本。
公用事業(yè)公司投資組合中的所有可再生能源通過(guò)遠(yuǎn)程控制單元聯(lián)網(wǎng)，以實(shí)時(shí)顯示不同發(fā)電站的發(fā)電總量，從而能夠直接控制特定可再生能源發(fā)電的交易。此外，虛擬電廠還能夠綜合不同發(fā)電站的發(fā)電數(shù)據(jù)和外部導(dǎo)入的氣象數(shù)據(jù)來(lái)幫助預(yù)測(cè)可再生能源的發(fā)電量。
盈利方式：
1）增強(qiáng)了對(duì)電力投資組合的預(yù)測(cè)能力和控制，幫助公用事業(yè)公司節(jié)省因投資組合和實(shí)際需要不同帶來(lái)的平衡成本。
2）當(dāng)可再生能源電價(jià)降到負(fù)值時(shí)，公用事業(yè)公司可以及時(shí)削減售電組合中可再生能源發(fā)電的占比。
3）如果可再生能源投資組合包含生物能源或水電（或地?zé)岬绕渌烧{(diào)度的可再生能源），公用事業(yè)公司可以使用虛擬電廠來(lái)優(yōu)化和控制這些資產(chǎn)的發(fā)電計(jì)劃，例如在預(yù)計(jì)電價(jià)上漲時(shí)增加這些資產(chǎn)的發(fā)電，從而在短期市場(chǎng)上擊敗平均價(jià)格，帶來(lái)額外收入。
4）在可再生能源份額較高的能源市場(chǎng)中，電價(jià)往往由光伏和風(fēng)電驅(qū)動(dòng)，因此通過(guò)更好地了解自己的可再生能源投資組合，公用事業(yè)公司可以更多地了解整個(gè)電力市場(chǎng)的情況以及現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格走向，從而提高交易安全性和盈利能力。
2.電網(wǎng)彈性聚合
虛擬電廠參與電網(wǎng)輔助服務(wù)，提高電網(wǎng)彈性。在收到來(lái)自電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的增加或減少發(fā)電量的信號(hào)后，虛擬電廠的中央控制系統(tǒng)結(jié)合各個(gè)可調(diào)度的可再生能源電廠的響應(yīng)時(shí)間限制、運(yùn)行狀態(tài)等因素，將運(yùn)營(yíng)商的信號(hào)拆分為多個(gè)單獨(dú)的子信號(hào)，發(fā)送到各個(gè)可再生能源電廠。這些信號(hào)會(huì)進(jìn)一步被自動(dòng)發(fā)送到電廠中的各個(gè)聯(lián)網(wǎng)單元，通過(guò)綜合調(diào)控虛擬電廠下的不同發(fā)電單元的，從而實(shí)現(xiàn)總體的調(diào)峰調(diào)頻效果。
盈利方式：虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商通過(guò)容量招標(biāo)及輔助服務(wù)盈利。
3.需求響應(yīng)聚合
虛擬電廠聚合需求側(cè)的電力消耗單元，統(tǒng)一進(jìn)行負(fù)荷管理，從而提供需求響應(yīng)服務(wù)，獲取輔助服務(wù)收入。此外，在部分市場(chǎng)，虛擬電廠還參與容量招標(biāo)，獲得中標(biāo)容量的結(jié)算費(fèi)用。此時(shí)虛擬電廠的作用在于提高電力消費(fèi)的領(lǐng)活動(dòng)。
盈利方式：通過(guò)輔助服務(wù)市場(chǎng)競(jìng)標(biāo)收入、降低電力采購(gòu)成本盈利。
4.戶用虛擬電廠
將電池儲(chǔ)能、戶用光伏和電動(dòng)汽車充電連接到一個(gè)綜合的家庭能源系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)戶用能源調(diào)配。降低電網(wǎng)使用，避免配電堵塞，實(shí)現(xiàn)調(diào)峰，增加電網(wǎng)獨(dú)立性，增加電表后資產(chǎn)靈活性，提高對(duì)電網(wǎng)使用的控制。
盈利方式：用戶增加電力自用，聚合商提供輔助服務(wù)盈利，公用事業(yè)公司通過(guò)減少電網(wǎng)升級(jí)費(fèi)用增加收入。
虛擬電廠典型案例
實(shí)踐案例1：德國(guó)獨(dú)立虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商N(yùn)EXT
NextKraftwerke（NEXT）成立于2009年，是歐洲建立最早、規(guī)模最大的虛擬電廠之一，同時(shí)也是歐洲電力現(xiàn)貨市場(chǎng)認(rèn)證的能源交易商，參與能源的現(xiàn)貨市場(chǎng)交易。
截至2022年Q3，公司已有14841個(gè)聚合單元，11182兆瓦聯(lián)網(wǎng)裝機(jī)容量，其中包括沼氣電廠、熱電聯(lián)產(chǎn)廠、水電、光伏、電池儲(chǔ)能、電轉(zhuǎn)氣、電動(dòng)汽車、參與需求側(cè)響應(yīng)的工業(yè)負(fù)荷。
2019年參與電力交易規(guī)模達(dá)到15.1TWh，2020年?duì)I業(yè)收入5.95億歐元，并于2021年被殼牌公司收購(gòu)，殼牌預(yù)計(jì)將幫助NEXT實(shí)現(xiàn)到2030年每年銷售約560TWh電力的目標(biāo)。
NEXT提供的業(yè)務(wù)模式主要包括可再生能源發(fā)電的預(yù)測(cè)和監(jiān)控、電網(wǎng)彈性聚合和需求響應(yīng)聚合。NEXT使用基于大數(shù)據(jù)（例如電廠運(yùn)行情況、天氣數(shù)據(jù)、市場(chǎng)價(jià)格信號(hào)、電網(wǎng)數(shù)據(jù)）的智能算法，提高可再生能源發(fā)電機(jī)組和工業(yè)用戶對(duì)價(jià)格信號(hào)的響應(yīng)速度；在發(fā)電機(jī)組上安裝遠(yuǎn)程控制裝置NextBox，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；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。
實(shí)踐案例2：德國(guó)能源電力公司E.ON
E.ON在德國(guó)和英國(guó)開發(fā)的虛擬電廠業(yè)務(wù)包括150家電廠（600MW）。E.ON為其所擁有的包括發(fā)電機(jī)組、能源用戶（工業(yè)負(fù)荷、水泵、熱電聯(lián)產(chǎn)）和儲(chǔ)能設(shè)施（如電池）等提供控制設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠的遠(yuǎn)程管理，以優(yōu)化電廠的收入，并幫助電廠參與平衡市場(chǎng)增加收入。
E.ON還與工業(yè)企業(yè)合作，讓其參與電力市場(chǎng)。例如，E.ON和thyssenkrupp合作，將其制氫工廠通過(guò)虛擬電廠連接到德國(guó)電力市場(chǎng)中。在E.ON虛擬電廠的自動(dòng)控制下，如果電網(wǎng)有高需求，thyssenkrupp的工廠將關(guān)閉氫氣生產(chǎn)，將電解所需的能量提供給電網(wǎng)；相反，如果電網(wǎng)中的電能超過(guò)配電需求，那么工廠就會(huì)增加氫氣產(chǎn)量，以此獲得平衡服務(wù)和輔助服務(wù)收入。
實(shí)踐案例3：特斯拉
特斯拉推出自主研發(fā)的能源資產(chǎn)實(shí)時(shí)交易和控制平臺(tái)Autobidder，能夠向用戶提供虛擬電廠服務(wù)，聚合負(fù)荷資源參與能量交互響應(yīng)，該產(chǎn)品具備價(jià)格預(yù)測(cè)、負(fù)荷預(yù)測(cè)、發(fā)電量預(yù)測(cè)、智能競(jìng)價(jià)及優(yōu)化調(diào)度等功能。
2022年，特斯拉與加州公用事業(yè)公司PG&E合作開展緊急減負(fù)荷計(jì)劃（Emergency Load Reduction Program），以通過(guò)虛擬電廠的方式減少電網(wǎng)在需求高峰時(shí)期承受壓力時(shí)的發(fā)電需求。
具體方案是，當(dāng)加州電網(wǎng)因?yàn)樘鞖庋谉岫枰~外的電力供應(yīng)時(shí)，特斯拉Powerwall的用戶可以通過(guò)將他們儲(chǔ)存的電量返回電網(wǎng)，以獲得每千瓦時(shí)2美元的報(bào)酬。
截至2022年7月，特斯拉已經(jīng)邀請(qǐng)約25000名擁有Powerwall的PG＆E客戶加入虛擬電廠；2022年8月，加州的虛擬電廠項(xiàng)目已成功啟動(dòng)了首次緊急響應(yīng)演練，在活動(dòng)中，共有2342位Powerwall用戶參與，共計(jì)輸出了多達(dá)16兆瓦的電力。
在該項(xiàng)目中，PG&E通過(guò)以低于用電高峰期批發(fā)電價(jià)的金額向Powerwall用戶購(gòu)電節(jié)省成本，Powerwall用戶通過(guò)售電獲得收入，而特斯拉能獲得儲(chǔ)能和發(fā)電產(chǎn)品的需求提升，以及未來(lái)可能的售電差價(jià)及虛擬電廠服務(wù)費(fèi)用。
國(guó)內(nèi)：
我國(guó)虛擬電廠尚處于早期試點(diǎn)階段，各地積極開展試點(diǎn)，江蘇、浙江、上海、冀北等地均出現(xiàn)了大型的虛擬電廠試點(diǎn)。2021年2月10日，廣東廣州市工信廳發(fā)布《廣州市虛擬電廠實(shí)施細(xì)則（征求意見稿）》征求意見，實(shí)施目標(biāo)是引導(dǎo)用戶通過(guò)開展需求響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)削峰填谷，逐步形成約占廣州市統(tǒng)調(diào)最高負(fù)荷3％左右的需求響應(yīng)能力。2022年6月23日，山西省能源局發(fā)布《虛擬電廠建設(shè)與運(yùn)營(yíng)管理實(shí)施方案》，地方權(quán)威性綱領(lǐng)陸續(xù)出臺(tái)。
表1 我國(guó)虛擬電廠實(shí)踐案例
