怎么簡(jiǎn)單理解虛擬電廠(chǎng)？
虛擬電廠(chǎng)（VPP, Virtual Power Plant）是一種新型電源協(xié)調管理系統，虛擬電廠(chǎng)通過(guò)信息技術(shù)和軟件系統，實(shí)現分布式電源、儲能、可調負荷等多種分布式資源的聚合和協(xié)同優(yōu)化。作為一個(gè)特殊的電廠(chǎng)，它既可以作為“正電廠(chǎng)”向系統供電調峰，又可作為“負電廠(chǎng)”加大負荷消納配合系統填谷。
可以說(shuō)，虛擬電廠(chǎng)是一種電力能源新生態(tài)。
電力的核心目標是實(shí)現平衡，最佳狀態(tài)是，所發(fā)的電能夠滿(mǎn)足下游的用電需求，不浪費且剛好夠用。電網(wǎng)端需要構建以新能源為主體的“新型電力系統”——發(fā)電端跳動(dòng)了，用電端也需要更靈活，否則，發(fā)電端要么發(fā)出來(lái)的電沒(méi)辦法上網(wǎng)，棄風(fēng)棄光，要么造成電網(wǎng)堵塞等。想要彌合雙邊的失衡，用電端需要補充更多的“靈活可調節資源”，虛擬電廠(chǎng)（VPP，Virtual Power Plant）就是其中的一項關(guān)鍵解決方案。（另外三項為：火電機組調節、抽水蓄能和儲能）
2006年，特斯拉創(chuàng )始人馬斯克創(chuàng )立了屋頂光伏公司SolarCity，2015年，特斯拉公司又推出了家用儲能產(chǎn)品PowerWall。2022年7月，特斯拉公司在加利福尼亞州推出一項虛擬電廠(chǎng)試點(diǎn)計劃，邀請兩萬(wàn)五千戶(hù)安裝有屋頂光伏、電池體系的家庭，組建一個(gè)局部的虛擬電廠(chǎng)能源網(wǎng)絡(luò )。
這些在屋頂上的光伏板就成了“大號電池”，它們將根據電網(wǎng)統一要求，在電網(wǎng)用電緊急的時(shí)候，統一減少用電；而在用電低谷，則將電池里面存儲的電量，反向賣(mài)回給電網(wǎng)。特斯拉并沒(méi)有成立一個(gè)可觸摸的實(shí)體電廠(chǎng)，只是聚合了用戶(hù)端“沉睡”的屋頂光伏資產(chǎn)，構造了一套和電廠(chǎng)功能一樣的系統，還參與到了電網(wǎng)的調度中。
參與的用戶(hù)不僅降低了電費，而且每為電網(wǎng)增加1千瓦時(shí)的電力，他們的屋頂就能賺取2美元收入。同時(shí)，解決當地在連日高溫炙烤下，發(fā)電量供不應求而頻繁停電的情況。
虛擬電廠(chǎng)有哪些分類(lèi)？
虛擬電廠(chǎng)由可控機組、不可控機組，如風(fēng)、光等分布式能源、儲能、可控負荷、電動(dòng)汽車(chē)、通信設備等聚合而成， 并進(jìn)一步考慮需求響應、不確定性等要素，通過(guò)與控制中心、云中心、電力交易中心等進(jìn)行信息通信，實(shí)現與大電網(wǎng)的能量互換。
根據虛擬電廠(chǎng)對外特征，不同類(lèi)型特征的虛擬電廠(chǎng)具有不同的服務(wù)能力，虛擬電廠(chǎng)可以分為電源型虛擬電廠(chǎng)、負荷型虛擬電廠(chǎng)、儲能型虛擬電廠(chǎng)、混合型虛擬電廠(chǎng)等類(lèi)型。
虛擬電廠(chǎng)關(guān)鍵技術(shù)之一：聚合建模技術(shù)
聚合建模技術(shù)可以對所有可調資源進(jìn)行處理，在處理過(guò)程中不是對資源進(jìn)行簡(jiǎn)單相加，而是考慮網(wǎng)絡(luò )約束、設備運行約束以及經(jīng)濟特性下聚合的響應能力。聚合時(shí)不同聚合方式、資源容量將得到不同的功率范圍以及成本函數。通過(guò)聚合建模技術(shù)選擇適當容量比率可以發(fā)揮虛擬電廠(chǎng)的經(jīng)濟性和靈活性。
虛擬電廠(chǎng)關(guān)鍵技術(shù)之二：數據驅動(dòng)技術(shù)
數據驅動(dòng)技術(shù)是虛擬電廠(chǎng)關(guān)鍵技術(shù)，根據具體功能不同，虛擬電廠(chǎng)分為商業(yè)型虛擬電廠(chǎng)和技術(shù)型虛擬電廠(chǎng)。
CVPP通過(guò)獲取分布式能源的運行參數、邊際成本、 量測及預測結果，結合電價(jià)預測結果等市場(chǎng)信息， 實(shí)現內部聚合分布式能源的投資組合，并參與 市場(chǎng)競標，獲取授權后制定合同提供系統平衡、輔助服務(wù)等市場(chǎng)服務(wù)，并向TVPP提供分布式可再生能源的調度計劃及成本信息。
TVPP側重系統管理角度，結合獲取信息，計算內部資源聚合整體的技術(shù)特性，關(guān)注DER聚合后對本地網(wǎng)絡(luò )的影響，為配電網(wǎng)運營(yíng)商 提供可視化信息，獲取滿(mǎn)足配網(wǎng)安全穩定的調控指令，制定內部調控方案，實(shí)現所聚合的配電網(wǎng)資源主動(dòng)管理。
物美價(jià)廉的虛擬電廠(chǎng)的作用原理
用戶(hù)端的負荷各有特點(diǎn)，可大致分為儲能式電源、可中斷負荷、可削峰式負荷、可時(shí)移式負荷等。
具體而言，比如用電過(guò)高的時(shí)段，發(fā)電端承壓，虛擬電廠(chǎng)平臺可以讓用戶(hù)端的“可削峰負荷”（比如充電樁）降低頻率，或者讓“可時(shí)移負荷”晚數小時(shí)開(kāi)始工作，或者是直接停止掉“可中斷式負荷”的使用。通過(guò)種種動(dòng)作，去削弱區域內的用電峰值，迎合發(fā)電端。
一方面，虛擬電廠(chǎng)可以通過(guò)“削峰填谷”，保障電網(wǎng)的平穩運行，同時(shí)促進(jìn)新能源的消納；另一方面還可以讓參與其中的用電端企業(yè)用戶(hù)通過(guò)參與電網(wǎng)互動(dòng)，調節用電習慣，從而節省電費支出。
“虛擬電廠(chǎng)”真正的價(jià)值，就是提供一個(gè)滿(mǎn)足電網(wǎng)需求的資源池，去盡可能迎合發(fā)電端發(fā)電的頻率特點(diǎn)，在用戶(hù)端模擬調節出一條符合電網(wǎng)需求的曲線(xiàn)。
虛擬電廠(chǎng)解決了新能源行業(yè)哪些痛點(diǎn)？
能源需求轉型，用電供需矛盾突出，是虛擬電網(wǎng)當下的發(fā)展背景。
圍繞電力的產(chǎn)生和消耗，大體分為發(fā)電側、電網(wǎng)側和用電側。電網(wǎng)對運行安全有嚴格要求，電網(wǎng)安全的首要目標就是保證發(fā)用電的實(shí)時(shí)平衡，需要發(fā)電側的不斷調節去擬合負荷曲線(xiàn)。新能源發(fā)電嚴重依賴(lài)于自然資源（光照強度、風(fēng)力強度）， 具有隨機性、間歇性和波動(dòng)性的特點(diǎn)，對負荷的支撐能力不足。若規?；苯硬⑷腚娋W(wǎng)發(fā)電，將會(huì )對電網(wǎng)造成巨大沖擊，威脅電力系統安全以及供電的穩定性。
另外，由于小型分布式新能源發(fā)電設施、儲能設施、可控制用電設備、電動(dòng)汽車(chē)等的持續發(fā)展普及，在用電側，很多電力用戶(hù)也從單一的消費者轉變?yōu)榛旌闲螒B(tài)的產(chǎn)銷(xiāo)者，并且各類(lèi)激增的大功率用電設備（如充電樁）“吃”起電來(lái)，也是讓電網(wǎng)直呼壓力山大， 顯然不能任由其“胃口大開(kāi)”一哄而上。因而，新的發(fā)用電勢態(tài)下，“虛擬電廠(chǎng)”應運而生。
供給側：
火力發(fā)電仍占主導，水力、風(fēng)能發(fā)電量不穩定
光伏發(fā)電裝機量分布不均：2022年一季度，全國光伏新增并網(wǎng)裝機1321萬(wàn)千瓦，同比提高138%。新增裝機規模較大的省份包括河北180萬(wàn)千瓦、 浙江164萬(wàn)千瓦、山東150萬(wàn)千瓦。受地理位置和自然條件影響，光能資源分布不均勻，各省份裝機量差異較大。風(fēng)電裝機量分布不均：2022年一季度，全國風(fēng)電新增并網(wǎng)790萬(wàn)千瓦，同比增加16.7%。新增并網(wǎng)規模較大的省區主要有吉林163萬(wàn)千瓦、甘肅90 萬(wàn)千瓦、山西68萬(wàn)千瓦。截至3月底，全國風(fēng)電累計并網(wǎng)3.37億千瓦，同比增加17.6%。一季度海上風(fēng)電新增并網(wǎng)36萬(wàn)千瓦，受2021年底海上風(fēng) 電國家補貼到期影響，海上風(fēng)電新增裝機規模放緩，同比下降79%。
需求側：
用電側總量與結構變化提高負荷峰值
用電負荷總量屢創(chuàng )新高：當前社會(huì )用電短期峰值負荷不斷攀升，加之極端天氣的沖擊，2022年夏季我國部分地區區域電力供需緊張，國家電網(wǎng)5個(gè)區域電網(wǎng)和19個(gè)省級電網(wǎng)負荷屢創(chuàng )新高，四川等省份啟動(dòng)了限電措施。用電需求結構變化，電力負荷特性惡化：近年第三產(chǎn)業(yè)及城鄉居民用電的增長(cháng)形成了“日內雙峰”的特征，同時(shí)拉大了用電負荷峰谷 差，使能源電力保供形勢更為復雜嚴峻。以上海為例，2020年夏季的最大峰谷差率高達43%，導致本地發(fā)電機組頻繁啟停，對機組安全性造成了負面影響。
虛擬電廠(chǎng)兼具靈活性和經(jīng)濟性
? 靈活性：把負荷側的這些資源，包括用電負荷、儲能，以及分布式的資源，通過(guò)信息化手段和技術(shù)自動(dòng)化手段集合起來(lái)，使其具備一個(gè)電廠(chǎng)的特性。它既可作為“正電廠(chǎng)”向系統供電或控制可調負荷調峰，又可作為“負電廠(chǎng)”加大負荷消納，配合填谷，能夠實(shí)現配電網(wǎng)側新能源的聚合管理、就地消納及靈活運行。
? 經(jīng)濟性：投入成本約為火電廠(chǎng)的1/8。我國東西部電力供需關(guān)系趨緊，電力峰谷差矛盾日益突出，各地年最高負荷95%以上峰值負荷累計不足50小 時(shí)。峰谷差問(wèn)題可以依靠多種手段緩解，但總體來(lái)看，隨著(zhù)虛擬電廠(chǎng)技術(shù)的日漸成熟，虛擬電廠(chǎng)將成為削峰填谷投資成本最低的手段。根據國家電 網(wǎng)測算，通過(guò)火電廠(chǎng)實(shí)現電力系統削峰填谷，滿(mǎn)足其經(jīng)營(yíng)區5%的峰值負荷需要投資4000億，而通過(guò)虛擬電廠(chǎng)，在建設、運營(yíng)、激勵等環(huán)節投資僅 需500-600億元，既滿(mǎn)足環(huán)保要求，又能夠降低投入成本。
虛擬電廠(chǎng)在各國如何落地？
德國：虛擬電廠(chǎng)已實(shí)現商業(yè)化
德國的虛擬電廠(chǎng)已實(shí)現商業(yè)化。其主要業(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(chǎng)生產(chǎn)的電量，在日前市場(chǎng)優(yōu)化其 售電，使這些電廠(chǎng)成為虛擬電廠(chǎng)資源。虛擬電廠(chǎng)有利于靈活性較高的機組獲利。除可再生能源電廠(chǎng)外， 燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)、電池儲能、應急發(fā)電機和需求響應等都可作為虛 擬電廠(chǎng)資源。其主要應用場(chǎng)景是通過(guò)電力市場(chǎng)的靈活電價(jià)，引導電廠(chǎng)管轄內系 統優(yōu)化發(fā)用電成本，優(yōu)化交易收益。
歐洲：產(chǎn)業(yè)鏈分工明確，商業(yè)模式聚焦發(fā)電側
歐洲虛擬電廠(chǎng)通常由獨立虛擬電廠(chǎng)運營(yíng)商、發(fā)電企業(yè)或部分輸電網(wǎng)運營(yíng)商 (TSO, Transmission System Operator) 提供服務(wù)。從產(chǎn)業(yè)鏈角度：歐洲的電力系統分為發(fā)電、輸電、配電和售用電環(huán)節， 而電網(wǎng)運營(yíng)主體可以劃分為輸電網(wǎng)運營(yíng)商和配電網(wǎng)運營(yíng)商 (DSO, Distribution Network Operator) 。輸電網(wǎng)運營(yíng)商負責控制和運行輸電網(wǎng)，包括監測和控制電網(wǎng)內斷路器、 開(kāi)關(guān)以及輸電網(wǎng)的電壓。配電網(wǎng)運營(yíng)商負責將能源進(jìn)行分配和管理，并輸送給終端消費者，屬于競爭性業(yè)務(wù)。歐洲各國根據區域劃分輸電網(wǎng)運營(yíng)商的管轄范圍，并依靠跨國電網(wǎng)鏈接，屬于區域性壟斷業(yè)務(wù)。
美國：虛擬電廠(chǎng)發(fā)展早
美國目前是世界上實(shí)施需求響應（DR, Demand Response）項目最多、種類(lèi)最齊全的國家，也是較早開(kāi)展需求側管理的國家之一。約有28GW的需求側資源參與其中，約占高峰需求的6%。家庭虛擬電廠(chǎng)技術(shù)興起，有助于整合更多的屋頂光伏和儲能，同時(shí)擴大基于 時(shí)間的費率試點(diǎn)。美國虛擬電廠(chǎng)通過(guò)控制電力價(jià)格、電力政策的動(dòng)態(tài)變化降低用電負 荷或獲取電力用戶(hù)手中的儲能來(lái)保證電網(wǎng)系統穩定性。
中國：虛擬電廠(chǎng)發(fā)展處于初級階段
目前，國家層面還沒(méi)有出臺專(zhuān)項的虛擬電廠(chǎng)政策，省級層面有上海、廣東、山西分別出臺了《關(guān)于同意進(jìn)一步開(kāi)展上海市電力需求響應和虛 擬電廠(chǎng)工作的批復》、《廣州市虛擬電廠(chǎng)實(shí)施細則（征求意見(jiàn)稿）》和《虛擬電廠(chǎng)建設與運營(yíng)管理實(shí)施方案》 。與虛擬電廠(chǎng)相關(guān)的政策主要涉及需求響應、輔助服務(wù)等。為調動(dòng)用戶(hù)側資源響應電力系統積極性，在2013年需求側試點(diǎn)基礎上，上海、江蘇、 廣東、浙江、山東、河南等14個(gè)省區出臺了需求響應新政策；江蘇、湖北、遼寧、湖南、河南、安徽、福建、貴州、江西等省區，以及東北、 華東等五大區域出臺或對電力輔助服務(wù)政策進(jìn)行了修訂；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(chǎng)等第三方主體和用戶(hù)資源 參與調峰輔助服務(wù)身份。
虛擬電廠(chǎng)的盈利能力如何測算？
盈利能力影響因素1：電價(jià)機制改革
電價(jià)是虛擬電廠(chǎng)盈利能力的重要影響因素：峰谷電價(jià)差越大，用戶(hù)購買(mǎi)輔助服務(wù)和需求側響應的激勵也就越大；電價(jià) 平均水平越高，用戶(hù)購買(mǎi)能效優(yōu)化服務(wù)、虛擬電廠(chǎng)進(jìn)行現貨 交易的收益也就越大。因此，電價(jià)機制改革進(jìn)程是虛擬電廠(chǎng) 盈利能力的重要影響因素。
分時(shí)電價(jià)機制進(jìn)一步完善，拉大峰谷價(jià)差：2021年7月，國家發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步完善分時(shí)電價(jià)機制的通知》，合理確定峰谷電價(jià)價(jià)差，系統峰谷差率超過(guò)40%的地方，峰谷 電價(jià)原則上不低于4：1，其他地方原則上不低于3：1；建立 尖峰電價(jià)機制，尖峰電價(jià)在峰段電價(jià)的基礎上上浮比例原則上不低于20%。在《通知》發(fā)布后，多省市相應政策，制定出臺了相應的峰谷電價(jià)政策 。電價(jià)機制改革推高電價(jià)：自2021年7月推進(jìn)分時(shí)電價(jià)機制與2021年10月燃煤上網(wǎng)電價(jià)政策的調整以來(lái)，電力生產(chǎn)工業(yè)生 產(chǎn)者出廠(chǎng)價(jià)格指數不斷走高，這體現了上網(wǎng)電價(jià)的提高。我們預計，隨著(zhù)市場(chǎng)化電價(jià)機制改革的不斷深入，我國上網(wǎng)電價(jià)上漲的趨勢仍將持續。
盈利能力影響因素2：電力市場(chǎng)改革推進(jìn)，電力現貨市場(chǎng)建設推進(jìn)
現貨市場(chǎng)建設是虛擬電廠(chǎng)盈利能力的重要影響因素：電力現貨交易與中長(cháng)期交易互為補充，其中現貨市場(chǎng)具有重要的價(jià)格發(fā)現功能，中長(cháng)期市場(chǎng)的電力價(jià)格往往根據現貨市場(chǎng)價(jià)格而定，因此電力現貨市場(chǎng)建設是虛擬電廠(chǎng)盈利能力的重要影響因素。電力現貨市場(chǎng)建設加速推進(jìn)，形成“8+6”試點(diǎn)格局：2017年8月，國家發(fā)改委、能源局印發(fā)《關(guān)于開(kāi)展電力現貨市場(chǎng)建設試點(diǎn)工作的通 知》，在南方（以廣東起步）、浙江、蒙西、山東、山西、福建、甘肅、四川8地開(kāi)展電力現貨市場(chǎng)試點(diǎn)工作；2021年5月，國家發(fā)改 委、能源局發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步做好電力現貨市場(chǎng)建設試點(diǎn)工作的通知》，在上海、安徽、江蘇、遼寧、河南、湖北6省市開(kāi)展第二批電力 現貨市場(chǎng)試點(diǎn)工作。
未來(lái)虛擬電廠(chǎng)的市場(chǎng)空間有多大？
虛擬電廠(chǎng)當前的商業(yè)模式尚在探索中。
虛擬電廠(chǎng)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景主要有輔助服務(wù)交易、需求側響應、現貨交易與能效優(yōu)化。虛擬電廠(chǎng)的商業(yè)模式本質(zhì)是電力市場(chǎng)市場(chǎng)化交易。當前國內虛擬電廠(chǎng)主要通過(guò)輔助服務(wù)補貼和需求側響應獲取收益。（注：電力市場(chǎng)輔助服務(wù)是指，為電力系統調節頻率質(zhì)量等服務(wù)；需求側響應是指，根據電網(wǎng)需求，暫停用電側或者是改變使用習慣）
? 輔助服務(wù)交易：參與電網(wǎng)調峰、調頻、備用，通過(guò)調配可控資源提供發(fā)電容量，保證電網(wǎng)穩定運行，并獲取補貼收入。
? 需求側響應：虛擬電廠(chǎng)根據合同要求按時(shí)按容量切負荷，保障電網(wǎng)供需平衡，并獲取補貼收入。
? 現貨交易：代表產(chǎn)銷(xiāo)者集群在電力現貨市場(chǎng)進(jìn)行交易，優(yōu)化電網(wǎng)運行供需，并獲取分成收入。
? 能效優(yōu)化：為大用戶(hù)提供能源資源優(yōu)化管理服務(wù)，預測電力市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)，幫助用戶(hù)決策可調負荷的用電行為，代理購電業(yè)務(wù)，提供智能用電方案，并從客戶(hù)獲取分成收入。
能源局數據顯示，全國電力費用中的3%將會(huì )流向電力輔助服務(wù)市場(chǎng)中，而在發(fā)達國家，這一比例最高能達到10%左右。
隨著(zhù)中長(cháng)期市場(chǎng)、 現貨市場(chǎng)、綠電交易市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)等逐步放開(kāi)，虛擬電廠(chǎng)可作為一個(gè)市場(chǎng)主體全面參與到市場(chǎng)中，極大豐富了虛擬電廠(chǎng)的商業(yè)模式。
《“十四五”現代能源體系規劃》就指出，要推動(dòng)儲能設施、虛擬電廠(chǎng)、用戶(hù)可中斷負荷等靈活性資源參與電力輔助服務(wù)。此外，北京/上海等多地的十四五規劃中也都點(diǎn)名提到發(fā)展和建設虛擬電廠(chǎng)。
今年，國電投深圳能源發(fā)展有限公司的虛擬電廠(chǎng)平臺就通過(guò)參與電力現貨市場(chǎng)，通過(guò)電價(jià)價(jià)差套利賺取收益，最終獲得0.274元/度電的收益。這也是中國首個(gè)調度用戶(hù)負荷參與電力現貨市場(chǎng)并盈利的虛擬電廠(chǎng)。電力現貨交易，目前也是部分有售電資質(zhì)的虛擬電廠(chǎng)創(chuàng )業(yè)。
據預測，2025年、2030年最大負荷則將分別達到15.7、18.2億千瓦。根據國家電網(wǎng)的數據測算，虛擬電廠(chǎng)可調負荷資源庫的投資成本約為914元/千瓦，2025年、2030年虛擬電廠(chǎng)投資規模將分別達到718億、998億元。
虛擬電廠(chǎng)的核心服務(wù)為平抑峰值負荷，因此通過(guò)測算虛擬電廠(chǎng)用可調負荷資源庫解決峰值負荷調節問(wèn)題所帶來(lái)的平抑負荷的價(jià)值，作為虛擬電廠(chǎng)運營(yíng)市場(chǎng)規模的估計。預計2025年、2030年虛擬電廠(chǎng)的運營(yíng)市場(chǎng)規模將分別達到932.19億元、1,283.10億元。
國內市場(chǎng)來(lái)看，參與虛擬電廠(chǎng)項目的主要三類(lèi)：
一是虛擬電廠(chǎng)軟件平臺服務(wù)商，為電網(wǎng)公司虛擬電廠(chǎng)搭建軟件平臺的公司。
二是負荷聚合商，聚合長(cháng)尾需求側資源，提供需求側的電力預測曲線(xiàn)，并參與電網(wǎng)的需求側響應獲取補貼分成。
三是從新能源、新型儲能領(lǐng)域開(kāi)展虛擬電廠(chǎng)技術(shù)研發(fā)和布局的企業(yè)。
目前行業(yè)面臨的最大挑戰：
首先，廠(chǎng)商如何把虛擬電廠(chǎng)的能力推銷(xiāo)出去，讓用戶(hù)愿意配合；其次，是要對用戶(hù)端的負荷特性、生產(chǎn)計劃和用電設備足夠了解，協(xié)調好用戶(hù)光伏、儲能等多類(lèi)資源，準確挖掘出用戶(hù)的可調能力；最后才是，考慮如何對負荷進(jìn)行分類(lèi)/組合/優(yōu)化/運營(yíng)，把收益最大化。
虛擬電廠(chǎng)（VPP, Virtual Power Plant）是一種新型電源協(xié)調管理系統，虛擬電廠(chǎng)通過(guò)信息技術(shù)和軟件系統，實(shí)現分布式電源、儲能、可調負荷等多種分布式資源的聚合和協(xié)同優(yōu)化。作為一個(gè)特殊的電廠(chǎng)，它既可以作為“正電廠(chǎng)”向系統供電調峰，又可作為“負電廠(chǎng)”加大負荷消納配合系統填谷。
可以說(shuō)，虛擬電廠(chǎng)是一種電力能源新生態(tài)。
電力的核心目標是實(shí)現平衡，最佳狀態(tài)是，所發(fā)的電能夠滿(mǎn)足下游的用電需求，不浪費且剛好夠用。電網(wǎng)端需要構建以新能源為主體的“新型電力系統”——發(fā)電端跳動(dòng)了，用電端也需要更靈活，否則，發(fā)電端要么發(fā)出來(lái)的電沒(méi)辦法上網(wǎng)，棄風(fēng)棄光，要么造成電網(wǎng)堵塞等。想要彌合雙邊的失衡，用電端需要補充更多的“靈活可調節資源”，虛擬電廠(chǎng)（VPP，Virtual Power Plant）就是其中的一項關(guān)鍵解決方案。（另外三項為：火電機組調節、抽水蓄能和儲能）
2006年，特斯拉創(chuàng )始人馬斯克創(chuàng )立了屋頂光伏公司SolarCity，2015年，特斯拉公司又推出了家用儲能產(chǎn)品PowerWall。2022年7月，特斯拉公司在加利福尼亞州推出一項虛擬電廠(chǎng)試點(diǎn)計劃，邀請兩萬(wàn)五千戶(hù)安裝有屋頂光伏、電池體系的家庭，組建一個(gè)局部的虛擬電廠(chǎng)能源網(wǎng)絡(luò )。
這些在屋頂上的光伏板就成了“大號電池”，它們將根據電網(wǎng)統一要求，在電網(wǎng)用電緊急的時(shí)候，統一減少用電；而在用電低谷，則將電池里面存儲的電量，反向賣(mài)回給電網(wǎng)。特斯拉并沒(méi)有成立一個(gè)可觸摸的實(shí)體電廠(chǎng)，只是聚合了用戶(hù)端“沉睡”的屋頂光伏資產(chǎn)，構造了一套和電廠(chǎng)功能一樣的系統，還參與到了電網(wǎng)的調度中。
參與的用戶(hù)不僅降低了電費，而且每為電網(wǎng)增加1千瓦時(shí)的電力，他們的屋頂就能賺取2美元收入。同時(shí)，解決當地在連日高溫炙烤下，發(fā)電量供不應求而頻繁停電的情況。
虛擬電廠(chǎng)有哪些分類(lèi)？
虛擬電廠(chǎng)由可控機組、不可控機組，如風(fēng)、光等分布式能源、儲能、可控負荷、電動(dòng)汽車(chē)、通信設備等聚合而成， 并進(jìn)一步考慮需求響應、不確定性等要素，通過(guò)與控制中心、云中心、電力交易中心等進(jìn)行信息通信，實(shí)現與大電網(wǎng)的能量互換。
根據虛擬電廠(chǎng)對外特征，不同類(lèi)型特征的虛擬電廠(chǎng)具有不同的服務(wù)能力，虛擬電廠(chǎng)可以分為電源型虛擬電廠(chǎng)、負荷型虛擬電廠(chǎng)、儲能型虛擬電廠(chǎng)、混合型虛擬電廠(chǎng)等類(lèi)型。
虛擬電廠(chǎng)關(guān)鍵技術(shù)之一：聚合建模技術(shù)
聚合建模技術(shù)可以對所有可調資源進(jìn)行處理，在處理過(guò)程中不是對資源進(jìn)行簡(jiǎn)單相加，而是考慮網(wǎng)絡(luò )約束、設備運行約束以及經(jīng)濟特性下聚合的響應能力。聚合時(shí)不同聚合方式、資源容量將得到不同的功率范圍以及成本函數。通過(guò)聚合建模技術(shù)選擇適當容量比率可以發(fā)揮虛擬電廠(chǎng)的經(jīng)濟性和靈活性。
虛擬電廠(chǎng)關(guān)鍵技術(shù)之二：數據驅動(dòng)技術(shù)
數據驅動(dòng)技術(shù)是虛擬電廠(chǎng)關(guān)鍵技術(shù)，根據具體功能不同，虛擬電廠(chǎng)分為商業(yè)型虛擬電廠(chǎng)和技術(shù)型虛擬電廠(chǎng)。
CVPP通過(guò)獲取分布式能源的運行參數、邊際成本、 量測及預測結果，結合電價(jià)預測結果等市場(chǎng)信息， 實(shí)現內部聚合分布式能源的投資組合，并參與 市場(chǎng)競標，獲取授權后制定合同提供系統平衡、輔助服務(wù)等市場(chǎng)服務(wù)，并向TVPP提供分布式可再生能源的調度計劃及成本信息。
TVPP側重系統管理角度，結合獲取信息，計算內部資源聚合整體的技術(shù)特性，關(guān)注DER聚合后對本地網(wǎng)絡(luò )的影響，為配電網(wǎng)運營(yíng)商 提供可視化信息，獲取滿(mǎn)足配網(wǎng)安全穩定的調控指令，制定內部調控方案，實(shí)現所聚合的配電網(wǎng)資源主動(dòng)管理。
物美價(jià)廉的虛擬電廠(chǎng)的作用原理
用戶(hù)端的負荷各有特點(diǎn)，可大致分為儲能式電源、可中斷負荷、可削峰式負荷、可時(shí)移式負荷等。
具體而言，比如用電過(guò)高的時(shí)段，發(fā)電端承壓，虛擬電廠(chǎng)平臺可以讓用戶(hù)端的“可削峰負荷”（比如充電樁）降低頻率，或者讓“可時(shí)移負荷”晚數小時(shí)開(kāi)始工作，或者是直接停止掉“可中斷式負荷”的使用。通過(guò)種種動(dòng)作，去削弱區域內的用電峰值，迎合發(fā)電端。
一方面，虛擬電廠(chǎng)可以通過(guò)“削峰填谷”，保障電網(wǎng)的平穩運行，同時(shí)促進(jìn)新能源的消納；另一方面還可以讓參與其中的用電端企業(yè)用戶(hù)通過(guò)參與電網(wǎng)互動(dòng)，調節用電習慣，從而節省電費支出。
“虛擬電廠(chǎng)”真正的價(jià)值，就是提供一個(gè)滿(mǎn)足電網(wǎng)需求的資源池，去盡可能迎合發(fā)電端發(fā)電的頻率特點(diǎn)，在用戶(hù)端模擬調節出一條符合電網(wǎng)需求的曲線(xiàn)。
虛擬電廠(chǎng)解決了新能源行業(yè)哪些痛點(diǎn)？
能源需求轉型，用電供需矛盾突出，是虛擬電網(wǎng)當下的發(fā)展背景。
圍繞電力的產(chǎn)生和消耗，大體分為發(fā)電側、電網(wǎng)側和用電側。電網(wǎng)對運行安全有嚴格要求，電網(wǎng)安全的首要目標就是保證發(fā)用電的實(shí)時(shí)平衡，需要發(fā)電側的不斷調節去擬合負荷曲線(xiàn)。新能源發(fā)電嚴重依賴(lài)于自然資源（光照強度、風(fēng)力強度）， 具有隨機性、間歇性和波動(dòng)性的特點(diǎn)，對負荷的支撐能力不足。若規?；苯硬⑷腚娋W(wǎng)發(fā)電，將會(huì )對電網(wǎng)造成巨大沖擊，威脅電力系統安全以及供電的穩定性。
另外，由于小型分布式新能源發(fā)電設施、儲能設施、可控制用電設備、電動(dòng)汽車(chē)等的持續發(fā)展普及，在用電側，很多電力用戶(hù)也從單一的消費者轉變?yōu)榛旌闲螒B(tài)的產(chǎn)銷(xiāo)者，并且各類(lèi)激增的大功率用電設備（如充電樁）“吃”起電來(lái)，也是讓電網(wǎng)直呼壓力山大， 顯然不能任由其“胃口大開(kāi)”一哄而上。因而，新的發(fā)用電勢態(tài)下，“虛擬電廠(chǎng)”應運而生。
供給側：
火力發(fā)電仍占主導，水力、風(fēng)能發(fā)電量不穩定
光伏發(fā)電裝機量分布不均：2022年一季度，全國光伏新增并網(wǎng)裝機1321萬(wàn)千瓦，同比提高138%。新增裝機規模較大的省份包括河北180萬(wàn)千瓦、 浙江164萬(wàn)千瓦、山東150萬(wàn)千瓦。受地理位置和自然條件影響，光能資源分布不均勻，各省份裝機量差異較大。風(fēng)電裝機量分布不均：2022年一季度，全國風(fēng)電新增并網(wǎng)790萬(wàn)千瓦，同比增加16.7%。新增并網(wǎng)規模較大的省區主要有吉林163萬(wàn)千瓦、甘肅90 萬(wàn)千瓦、山西68萬(wàn)千瓦。截至3月底，全國風(fēng)電累計并網(wǎng)3.37億千瓦，同比增加17.6%。一季度海上風(fēng)電新增并網(wǎng)36萬(wàn)千瓦，受2021年底海上風(fēng) 電國家補貼到期影響，海上風(fēng)電新增裝機規模放緩，同比下降79%。
需求側：
用電側總量與結構變化提高負荷峰值
用電負荷總量屢創(chuàng )新高：當前社會(huì )用電短期峰值負荷不斷攀升，加之極端天氣的沖擊，2022年夏季我國部分地區區域電力供需緊張，國家電網(wǎng)5個(gè)區域電網(wǎng)和19個(gè)省級電網(wǎng)負荷屢創(chuàng )新高，四川等省份啟動(dòng)了限電措施。用電需求結構變化，電力負荷特性惡化：近年第三產(chǎn)業(yè)及城鄉居民用電的增長(cháng)形成了“日內雙峰”的特征，同時(shí)拉大了用電負荷峰谷 差，使能源電力保供形勢更為復雜嚴峻。以上海為例，2020年夏季的最大峰谷差率高達43%，導致本地發(fā)電機組頻繁啟停，對機組安全性造成了負面影響。
虛擬電廠(chǎng)兼具靈活性和經(jīng)濟性
? 靈活性：把負荷側的這些資源，包括用電負荷、儲能，以及分布式的資源，通過(guò)信息化手段和技術(shù)自動(dòng)化手段集合起來(lái)，使其具備一個(gè)電廠(chǎng)的特性。它既可作為“正電廠(chǎng)”向系統供電或控制可調負荷調峰，又可作為“負電廠(chǎng)”加大負荷消納，配合填谷，能夠實(shí)現配電網(wǎng)側新能源的聚合管理、就地消納及靈活運行。
? 經(jīng)濟性：投入成本約為火電廠(chǎng)的1/8。我國東西部電力供需關(guān)系趨緊，電力峰谷差矛盾日益突出，各地年最高負荷95%以上峰值負荷累計不足50小 時(shí)。峰谷差問(wèn)題可以依靠多種手段緩解，但總體來(lái)看，隨著(zhù)虛擬電廠(chǎng)技術(shù)的日漸成熟，虛擬電廠(chǎng)將成為削峰填谷投資成本最低的手段。根據國家電 網(wǎng)測算，通過(guò)火電廠(chǎng)實(shí)現電力系統削峰填谷，滿(mǎn)足其經(jīng)營(yíng)區5%的峰值負荷需要投資4000億，而通過(guò)虛擬電廠(chǎng)，在建設、運營(yíng)、激勵等環(huán)節投資僅 需500-600億元，既滿(mǎn)足環(huán)保要求，又能夠降低投入成本。
虛擬電廠(chǎng)在各國如何落地？
德國：虛擬電廠(chǎng)已實(shí)現商業(yè)化
德國的虛擬電廠(chǎng)已實(shí)現商業(yè)化。其主要業(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(chǎng)生產(chǎn)的電量，在日前市場(chǎng)優(yōu)化其 售電，使這些電廠(chǎng)成為虛擬電廠(chǎng)資源。虛擬電廠(chǎng)有利于靈活性較高的機組獲利。除可再生能源電廠(chǎng)外， 燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)、電池儲能、應急發(fā)電機和需求響應等都可作為虛 擬電廠(chǎng)資源。其主要應用場(chǎng)景是通過(guò)電力市場(chǎng)的靈活電價(jià)，引導電廠(chǎng)管轄內系 統優(yōu)化發(fā)用電成本，優(yōu)化交易收益。
歐洲：產(chǎn)業(yè)鏈分工明確，商業(yè)模式聚焦發(fā)電側
歐洲虛擬電廠(chǎng)通常由獨立虛擬電廠(chǎng)運營(yíng)商、發(fā)電企業(yè)或部分輸電網(wǎng)運營(yíng)商 (TSO, Transmission System Operator) 提供服務(wù)。從產(chǎn)業(yè)鏈角度：歐洲的電力系統分為發(fā)電、輸電、配電和售用電環(huán)節， 而電網(wǎng)運營(yíng)主體可以劃分為輸電網(wǎng)運營(yíng)商和配電網(wǎng)運營(yíng)商 (DSO, Distribution Network Operator) 。輸電網(wǎng)運營(yíng)商負責控制和運行輸電網(wǎng)，包括監測和控制電網(wǎng)內斷路器、 開(kāi)關(guān)以及輸電網(wǎng)的電壓。配電網(wǎng)運營(yíng)商負責將能源進(jìn)行分配和管理，并輸送給終端消費者，屬于競爭性業(yè)務(wù)。歐洲各國根據區域劃分輸電網(wǎng)運營(yíng)商的管轄范圍，并依靠跨國電網(wǎng)鏈接，屬于區域性壟斷業(yè)務(wù)。
美國：虛擬電廠(chǎng)發(fā)展早
美國目前是世界上實(shí)施需求響應（DR, Demand Response）項目最多、種類(lèi)最齊全的國家，也是較早開(kāi)展需求側管理的國家之一。約有28GW的需求側資源參與其中，約占高峰需求的6%。家庭虛擬電廠(chǎng)技術(shù)興起，有助于整合更多的屋頂光伏和儲能，同時(shí)擴大基于 時(shí)間的費率試點(diǎn)。美國虛擬電廠(chǎng)通過(guò)控制電力價(jià)格、電力政策的動(dòng)態(tài)變化降低用電負 荷或獲取電力用戶(hù)手中的儲能來(lái)保證電網(wǎng)系統穩定性。
中國：虛擬電廠(chǎng)發(fā)展處于初級階段
目前，國家層面還沒(méi)有出臺專(zhuān)項的虛擬電廠(chǎng)政策，省級層面有上海、廣東、山西分別出臺了《關(guān)于同意進(jìn)一步開(kāi)展上海市電力需求響應和虛 擬電廠(chǎng)工作的批復》、《廣州市虛擬電廠(chǎng)實(shí)施細則（征求意見(jiàn)稿）》和《虛擬電廠(chǎng)建設與運營(yíng)管理實(shí)施方案》 。與虛擬電廠(chǎng)相關(guān)的政策主要涉及需求響應、輔助服務(wù)等。為調動(dòng)用戶(hù)側資源響應電力系統積極性，在2013年需求側試點(diǎn)基礎上，上海、江蘇、 廣東、浙江、山東、河南等14個(gè)省區出臺了需求響應新政策；江蘇、湖北、遼寧、湖南、河南、安徽、福建、貴州、江西等省區，以及東北、 華東等五大區域出臺或對電力輔助服務(wù)政策進(jìn)行了修訂；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(chǎng)等第三方主體和用戶(hù)資源 參與調峰輔助服務(wù)身份。
虛擬電廠(chǎng)的盈利能力如何測算？
盈利能力影響因素1：電價(jià)機制改革
電價(jià)是虛擬電廠(chǎng)盈利能力的重要影響因素：峰谷電價(jià)差越大，用戶(hù)購買(mǎi)輔助服務(wù)和需求側響應的激勵也就越大；電價(jià) 平均水平越高，用戶(hù)購買(mǎi)能效優(yōu)化服務(wù)、虛擬電廠(chǎng)進(jìn)行現貨 交易的收益也就越大。因此，電價(jià)機制改革進(jìn)程是虛擬電廠(chǎng) 盈利能力的重要影響因素。
分時(shí)電價(jià)機制進(jìn)一步完善，拉大峰谷價(jià)差：2021年7月，國家發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步完善分時(shí)電價(jià)機制的通知》，合理確定峰谷電價(jià)價(jià)差，系統峰谷差率超過(guò)40%的地方，峰谷 電價(jià)原則上不低于4：1，其他地方原則上不低于3：1；建立 尖峰電價(jià)機制，尖峰電價(jià)在峰段電價(jià)的基礎上上浮比例原則上不低于20%。在《通知》發(fā)布后，多省市相應政策，制定出臺了相應的峰谷電價(jià)政策 。電價(jià)機制改革推高電價(jià)：自2021年7月推進(jìn)分時(shí)電價(jià)機制與2021年10月燃煤上網(wǎng)電價(jià)政策的調整以來(lái)，電力生產(chǎn)工業(yè)生 產(chǎn)者出廠(chǎng)價(jià)格指數不斷走高，這體現了上網(wǎng)電價(jià)的提高。我們預計，隨著(zhù)市場(chǎng)化電價(jià)機制改革的不斷深入，我國上網(wǎng)電價(jià)上漲的趨勢仍將持續。
盈利能力影響因素2：電力市場(chǎng)改革推進(jìn)，電力現貨市場(chǎng)建設推進(jìn)
現貨市場(chǎng)建設是虛擬電廠(chǎng)盈利能力的重要影響因素：電力現貨交易與中長(cháng)期交易互為補充，其中現貨市場(chǎng)具有重要的價(jià)格發(fā)現功能，中長(cháng)期市場(chǎng)的電力價(jià)格往往根據現貨市場(chǎng)價(jià)格而定，因此電力現貨市場(chǎng)建設是虛擬電廠(chǎng)盈利能力的重要影響因素。電力現貨市場(chǎng)建設加速推進(jìn)，形成“8+6”試點(diǎn)格局：2017年8月，國家發(fā)改委、能源局印發(fā)《關(guān)于開(kāi)展電力現貨市場(chǎng)建設試點(diǎn)工作的通 知》，在南方（以廣東起步）、浙江、蒙西、山東、山西、福建、甘肅、四川8地開(kāi)展電力現貨市場(chǎng)試點(diǎn)工作；2021年5月，國家發(fā)改 委、能源局發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步做好電力現貨市場(chǎng)建設試點(diǎn)工作的通知》，在上海、安徽、江蘇、遼寧、河南、湖北6省市開(kāi)展第二批電力 現貨市場(chǎng)試點(diǎn)工作。
未來(lái)虛擬電廠(chǎng)的市場(chǎng)空間有多大？
虛擬電廠(chǎng)當前的商業(yè)模式尚在探索中。
虛擬電廠(chǎng)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景主要有輔助服務(wù)交易、需求側響應、現貨交易與能效優(yōu)化。虛擬電廠(chǎng)的商業(yè)模式本質(zhì)是電力市場(chǎng)市場(chǎng)化交易。當前國內虛擬電廠(chǎng)主要通過(guò)輔助服務(wù)補貼和需求側響應獲取收益。（注：電力市場(chǎng)輔助服務(wù)是指，為電力系統調節頻率質(zhì)量等服務(wù)；需求側響應是指，根據電網(wǎng)需求，暫停用電側或者是改變使用習慣）
? 輔助服務(wù)交易：參與電網(wǎng)調峰、調頻、備用，通過(guò)調配可控資源提供發(fā)電容量，保證電網(wǎng)穩定運行，并獲取補貼收入。
? 需求側響應：虛擬電廠(chǎng)根據合同要求按時(shí)按容量切負荷，保障電網(wǎng)供需平衡，并獲取補貼收入。
? 現貨交易：代表產(chǎn)銷(xiāo)者集群在電力現貨市場(chǎng)進(jìn)行交易，優(yōu)化電網(wǎng)運行供需，并獲取分成收入。
? 能效優(yōu)化：為大用戶(hù)提供能源資源優(yōu)化管理服務(wù)，預測電力市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)，幫助用戶(hù)決策可調負荷的用電行為，代理購電業(yè)務(wù)，提供智能用電方案，并從客戶(hù)獲取分成收入。
能源局數據顯示，全國電力費用中的3%將會(huì )流向電力輔助服務(wù)市場(chǎng)中，而在發(fā)達國家，這一比例最高能達到10%左右。
隨著(zhù)中長(cháng)期市場(chǎng)、 現貨市場(chǎng)、綠電交易市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)等逐步放開(kāi)，虛擬電廠(chǎng)可作為一個(gè)市場(chǎng)主體全面參與到市場(chǎng)中，極大豐富了虛擬電廠(chǎng)的商業(yè)模式。
《“十四五”現代能源體系規劃》就指出，要推動(dòng)儲能設施、虛擬電廠(chǎng)、用戶(hù)可中斷負荷等靈活性資源參與電力輔助服務(wù)。此外，北京/上海等多地的十四五規劃中也都點(diǎn)名提到發(fā)展和建設虛擬電廠(chǎng)。
今年，國電投深圳能源發(fā)展有限公司的虛擬電廠(chǎng)平臺就通過(guò)參與電力現貨市場(chǎng)，通過(guò)電價(jià)價(jià)差套利賺取收益，最終獲得0.274元/度電的收益。這也是中國首個(gè)調度用戶(hù)負荷參與電力現貨市場(chǎng)并盈利的虛擬電廠(chǎng)。電力現貨交易，目前也是部分有售電資質(zhì)的虛擬電廠(chǎng)創(chuàng )業(yè)。
據預測，2025年、2030年最大負荷則將分別達到15.7、18.2億千瓦。根據國家電網(wǎng)的數據測算，虛擬電廠(chǎng)可調負荷資源庫的投資成本約為914元/千瓦，2025年、2030年虛擬電廠(chǎng)投資規模將分別達到718億、998億元。
虛擬電廠(chǎng)的核心服務(wù)為平抑峰值負荷，因此通過(guò)測算虛擬電廠(chǎng)用可調負荷資源庫解決峰值負荷調節問(wèn)題所帶來(lái)的平抑負荷的價(jià)值，作為虛擬電廠(chǎng)運營(yíng)市場(chǎng)規模的估計。預計2025年、2030年虛擬電廠(chǎng)的運營(yíng)市場(chǎng)規模將分別達到932.19億元、1,283.10億元。
國內市場(chǎng)來(lái)看，參與虛擬電廠(chǎng)項目的主要三類(lèi)：
一是虛擬電廠(chǎng)軟件平臺服務(wù)商，為電網(wǎng)公司虛擬電廠(chǎng)搭建軟件平臺的公司。
二是負荷聚合商，聚合長(cháng)尾需求側資源，提供需求側的電力預測曲線(xiàn)，并參與電網(wǎng)的需求側響應獲取補貼分成。
三是從新能源、新型儲能領(lǐng)域開(kāi)展虛擬電廠(chǎng)技術(shù)研發(fā)和布局的企業(yè)。
目前行業(yè)面臨的最大挑戰：
首先，廠(chǎng)商如何把虛擬電廠(chǎng)的能力推銷(xiāo)出去，讓用戶(hù)愿意配合；其次，是要對用戶(hù)端的負荷特性、生產(chǎn)計劃和用電設備足夠了解，協(xié)調好用戶(hù)光伏、儲能等多類(lèi)資源，準確挖掘出用戶(hù)的可調能力；最后才是，考慮如何對負荷進(jìn)行分類(lèi)/組合/優(yōu)化/運營(yíng)，把收益最大化。
