虛擬電廠以虛之電廠行調(diào)節(jié)之效

目 錄虛擬電廠背景與國內(nèi)外實踐虛擬電廠技術路線虛擬電廠盈利模式與發(fā)展趨勢風險分析3虛擬電廠提出的背景資料來源：曾凱文，《虛擬電廠的電網(wǎng)應用場景探討》4新型電力系統(tǒng)，由“源隨荷動”到“源荷互動”。風電、光伏等可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)，發(fā)電側可控性變差分布式電源容量小、數(shù)據(jù)多，分散通過低壓配網(wǎng)并網(wǎng)，改變了傳統(tǒng)集中式大規(guī)模受控發(fā)電的電力系統(tǒng)結構大規(guī)模電動汽車隨機接入電網(wǎng)，改變了電網(wǎng)潮流特性，電網(wǎng)行為更加隨機圖1：電力系統(tǒng)結構變化示意虛擬電廠提出的背景資料來源：曾凱文，《虛擬電廠的電網(wǎng)應用場景探討》5傳統(tǒng)電網(wǎng)投資體現(xiàn)的是充裕度與安全性，滿足負荷需求為第一要務新型電力系統(tǒng)中，負荷雙高峰，冬季高峰、夏季高峰，冷熱這類溫度敏感性負荷使得電網(wǎng)尖峰負荷“越來越尖”，但全年持續(xù)時間短，是否為了滿足短時間的尖峰負荷進行冗余設計，從而提高系統(tǒng)成本？城市配電網(wǎng)建設，遇到用地緊張，供電容量擴建成本高等問題，同時有區(qū)域結構性供電緊張，資源利用率低的問題。圖2：電力系統(tǒng)供電緊張問題示意《火電機組靈活性改造的激勵機制研究》張晶等，《中國電力系統(tǒng)靈活性的多元提升路徑研究》袁家海教授課題組，虛擬電廠提出的背景系統(tǒng)能否在高比例波動可再生能源的情況下靈活運行，是電力系統(tǒng)轉型的核心，且對于確保現(xiàn)代電力系統(tǒng)的安全性至關重要。電力系統(tǒng)靈活運行能力主要是指電力系統(tǒng)能夠可靠且經(jīng)濟有效地應對全時間尺度的供需平衡變化和不確定性，從而確保電力系統(tǒng)瞬時穩(wěn)定性、并支持長期供電安全。系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力不足會降低電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，或產(chǎn)生大量的棄電。電力系統(tǒng)靈活運行能力既來自電力供給側，還可以通過電網(wǎng)基礎設施，需求側響應和電力存儲來提供系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)能力。在具有較高波動性可再生能源占比的電力系統(tǒng)中，發(fā)電側以外的其他系統(tǒng)組成提供的系統(tǒng)靈活性極為關鍵。表1：靈活性提升手段比較 圖3：系統(tǒng)靈活性運行資源IEA，《中國電力系統(tǒng)轉型》頻率調(diào)整季節(jié)性套利負荷平衡若干秒若干分鐘運行備用若干小時若干天若干月持續(xù)時間/分布式終端用戶//集 電中 網(wǎng)式 公跨 司區(qū) 發(fā)輸 電送 廠//第三方電網(wǎng)公司發(fā)電廠抽水蓄能聯(lián)絡線路氫燃料靈活發(fā)電電池儲能需求響應數(shù)字電網(wǎng)虛擬電廠智能充電儲能改進電網(wǎng)靈活發(fā)電需求側靈活性定位提升手段 優(yōu)勢 不足6火電靈活性改造單位調(diào)節(jié)容量投資小，調(diào)峰能力提升顯著

配合檢修同步進行，周期短見效快

改造的技術方案成熟，提升空間大配套政策與機制依賴性較高響應調(diào)節(jié)速度慢，冷啟動需5小時抽水蓄能電站用和黑啟動電源啟動速度快 不僅提升靈活性，還能作為事故備抽發(fā)損失

25%，使用成本高地理條件受限電化學儲能站全自動化控制，響應快速控制精度高，可全容量調(diào)節(jié)缺乏轉動慣量，不利于控制電網(wǎng)頻率前期投資高，性價比較低目前尚不具備大規(guī)模建設條件需求側響應潛力大前景好價格信號傳導機制形成需要較長時間提升效果存在不確定性需求側資源可控性相對較差響應效果難以精確計量，有爭議虛擬電廠提出的背景圖4：高比例可再生能源接入帶來的挑戰(zhàn)7資料來源：恒華科技,《綜合能源服務的內(nèi)涵與外延》，光大證券研究所虛擬電廠定義虛擬電廠8電廠調(diào)節(jié)手段電能量市場輔助服務市場容量市場調(diào)節(jié)資源調(diào)增出力、調(diào)減負荷調(diào)節(jié)出力中長期、現(xiàn)貨電力交易負荷削峰為主，可參與電力市場以調(diào)峰為主，能力可拓展調(diào)峰、調(diào)頻、備用、調(diào)壓等容量補償容量補償分布式電源、儲能、充電樁、可調(diào)節(jié)負荷火電廠、風電、光伏定義：依托互聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)代信息通訊技術，把分布式電源、儲能、負荷等分散在電網(wǎng)的各類資源相聚合，進行協(xié)同優(yōu)化運行控制和市場交易，實現(xiàn)電源側的多能互補、負荷側的靈活互動，對電網(wǎng)提供調(diào)峰、調(diào)頻、備用等輔助服務。核心要素：分布式資源、聚合、優(yōu)化控制關鍵詞：電廠、聚合、價值圖5：虛擬電廠與真實電廠的比較國家電網(wǎng)，虛擬電廠的調(diào)度場景資料來源：曾凱文，《虛擬電廠的電網(wǎng)應用場景探討》9從全球來看，虛擬電廠在歐美發(fā)達國家發(fā)展已經(jīng)形成一定規(guī)模，亞太地區(qū)虛擬電廠需求將進一步增長。咨詢機構P&S預計，全球虛擬電廠市場將從2016年的1.92億美元增長至2023年的11.88億美元，年均復合增率超30%。據(jù)國家電網(wǎng)測算，

若通過建設煤電機組滿足其經(jīng)營區(qū)5%的峰值負荷需求（

2020年國網(wǎng)區(qū)域最大負荷約8.75億千瓦，5%即4375萬千瓦），電廠及配套電網(wǎng)投資約4000億元；若建設虛擬電廠，建設、運維和激勵的資金規(guī)模僅為400億~570億元，折合900~1300元/千瓦。圖6：虛擬電廠調(diào)度場景比較虛擬電廠的三個階段圖7：虛擬電廠的三個階段資料來源：璞躍中國，光大證券研究所整理虛擬電廠發(fā)展階段：階段頒發(fā)主體主要特征目的工具場景對象市場關鍵主體第一階段邀約型通過需求響應激勵資金池推動削減峰荷需求響應供冷供熱用電單位政府機構第二階段交易型通過電力交易引導主體加入電力市場電力平衡現(xiàn)貨市場調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電企業(yè)交易機構第三階段自治型通過信息強化市場主體參與力度能源改革智能算法有源負荷產(chǎn)銷用戶運營機構10虛擬電廠相關政策11時間頒發(fā)主體政策文件名稱主要內(nèi)容2022.01國家發(fā)改委國家能源局《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》(發(fā)改能源[2022]

210號)開展工業(yè)可調(diào)節(jié)負荷、樓宇空調(diào)負荷、大數(shù)據(jù)中心負荷、用戶側儲能、新能源汽車與電網(wǎng)(V2G)

能量互動等各類資源聚合的虛擬電廠示范2022.01國家發(fā)改委國家能源局《關于完善能源綠色低碳轉型體制機制和政策措施的意見》(發(fā)改能源[2022)206號)拓寬電力需求響應實施范圍，通過多種方式挖掘各類需求側資源并組織其參與需求響應，支持用戶側儲能、電動汽車充電設施、分布式發(fā)電等用戶側可調(diào)節(jié)資源，以及負荷聚合商、虛擬電廠運營商、綜合能源服務商等參與電力市場交易和系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)2022.01國家發(fā)改委國家能源局《關于加快建設全國統(tǒng)一電力市場體系的指導意見》(發(fā)改體改[2022]118號）引導各地區(qū)根據(jù)實際情況，建立市場化的發(fā)電容量成本回收機制，探索容量補償機制、容量市場、稀缺電價等多種方式，保障電源固定成本回收和長期電力供應安全。鼓勵抽水蓄能、儲能、虛擬電廠等調(diào)節(jié)電源的投資建設2021.07國家發(fā)改委國家能源局《關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》(發(fā)改能源規(guī)[2021]

1051號)鼓勵聚合利用不間斷電源、電動汽車、用戶側儲能等分散式儲能設施，依托大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、區(qū)塊鏈等技術，結合體制機制綜合創(chuàng)新，探索智慧能源、虛擬電廠等多種商業(yè)模式2021.03國家發(fā)改委國家能源局《關于推進電力源網(wǎng)荷儲一體化和多能互補發(fā)展的指導意見》

(發(fā)改能源規(guī)[2021]

280號)充分發(fā)揮負荷側的調(diào)節(jié)能力。依托“云大物移智鏈”等技術，進一步加強源網(wǎng)荷儲多向互動，通過虛擬電廠等一體化聚合模式，參與電力中長期、輔助服務、現(xiàn)貨等市場交易，為系統(tǒng)提供調(diào)節(jié)支撐能力2015.07國家發(fā)改委國家能源局《關于促進智能電網(wǎng)發(fā)展的指導意見》(發(fā)改運行[2015]

1518號)依托示范工程開展電動汽車智能充電服務、可再生能源發(fā)電與儲能協(xié)調(diào)運行、智能用電一站式服務、虛擬電廠等重點領域的商業(yè)模式創(chuàng)新表2：虛擬電廠相關政策資料來源：國家發(fā)改委、能源局，光大證券研究所整理12虛擬電廠相關政策時間頒發(fā)主體政策文件名稱主要內(nèi)容2022.01天津市工業(yè)和信息化局《天津市2022年電力需求響應實施細則》加強需求響應中心運營能力建設，并研究整合相關技術力量，更好支撐我市做好新形勢下電力需求側管理工作，持續(xù)完善升級技術支撐平臺，開展新型電力負荷管理系統(tǒng)建設，助推我市加快推進虛擬電廠建設工作。2022.02河南人民政府《河南省“十四五”現(xiàn)代能源體系和碳達峰碳中和規(guī)劃》布局建設一批能源云平臺、智能電站、虛擬電廠、分布式能源站、儲能示范項目，推進能源全領域、全環(huán)節(jié)智慧化發(fā)展。2022.02內(nèi)蒙古自治區(qū)人民政府《內(nèi)蒙古自治區(qū)“十四五”能源發(fā)展規(guī)劃》鼓勵聚合可調(diào)節(jié)負荷資源、儲能和分布式新能源，發(fā)展供需智能互動的虛擬電廠，促進新能源消納利用；鼓勵聚合蓄熱式電鍋爐、智慧樓宇、智能家居、用戶側儲能、工商業(yè)負荷等可調(diào)資源，推動綜合能源服務、輔助服務供應商、能源聚合商等多元主體參與電力輔助服務市場化交易，打造虛擬電廠生態(tài)體系，提升電力系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)能力，到2025年，構建最大負荷3%的需求響應資源庫。2022.04河北省發(fā)展和改革委員會《河北省“十四五”新型儲能發(fā)展規(guī)劃》到2025年，全省布局建設新型儲能規(guī)模400萬千瓦以上，實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)模化發(fā)展轉變，具備規(guī)?；虡I(yè)化應用條件；加快推動源網(wǎng)荷儲融合建設，鼓勵電網(wǎng)企業(yè)聯(lián)合社會資本建設以大規(guī)模共享儲能為支撐的區(qū)域性虛擬電廠。2022.04廣東電力交易中心《廣東省市場化需求響應實施細則（試行）》建立以市場為主的需求響應補償機制，引入有資源聚合管理能力的負荷聚合商，拓寬電力需求響應實施范圍，逐步形成年度最大用電負荷5%的響應能力，發(fā)揮需求側資源削峰填谷、促進電力供需平衡和適應新能源電力運行的作用。2022.05湖北省人民政府《湖北省能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃》推動電動汽車、氫燃料電池、智慧節(jié)能建筑等能源與交通、建筑領域的跨界融合，探索推廣V2G、商業(yè)儲能、虛擬電廠、“光伏+”等新型商業(yè)模式。2022.05北京市人民政府《北京市“十四五”時期能源發(fā)展規(guī)劃》提高電力需求側響應能力。發(fā)揮電力在能源互聯(lián)網(wǎng)中的紐帶作用，挖掘需求響應資源，聚集大型商務樓宇、電動汽車和儲能設施等資源，建設虛擬電廠。2022.06上海市發(fā)改委《上海市數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展“十四五”規(guī)劃》發(fā)展“虛擬電廠”新業(yè)態(tài)，利用先進的計量、通信、控制等技術，對分布式異構能源進行聚合，實現(xiàn)自動化遠程調(diào)度、精準化智能分析和便捷化市場交易，推動構建“技術+產(chǎn)品+運營+生態(tài)”的“虛擬電廠”產(chǎn)業(yè)鏈條；加快構建以零碳能源為基礎的區(qū)域性電能集中管理模式，建立城市級“虛擬電廠”和能源互聯(lián)網(wǎng)中心，聚合分布式光伏、風電等泛在可調(diào)資源，推動傳統(tǒng)“源隨荷動”調(diào)度模式轉變?yōu)椤霸春苫印毙履Ｊ?，實現(xiàn)綠色電力就近最大消納，打造零碳能源產(chǎn)業(yè)新生態(tài)。2022.07上海市人民政府《上海市碳達峰實施方案》完善用電需求響應機制，開展虛擬電廠建設，引導工業(yè)用電大戶和工商業(yè)可中斷用戶積極參與負荷需求側響應，充分發(fā)揮全市大型公共建筑能耗監(jiān)測平臺作用，深入推進黃浦建筑樓宇電力需求側管理試點示范，并逐步在其他區(qū)域和行業(yè)推廣應用。表2：虛擬電廠相關政策（續(xù)）大證券研究所整理13虛擬電廠相關政策時間頒發(fā)主體政策文件名稱主要內(nèi)容2022.06深圳發(fā)改委《深圳市虛擬電廠落地工作方案（2022-2025年）》到2025年，深圳將建成具備100萬千瓦級可調(diào)能力的虛擬電廠；深圳虛擬電特色應用初具成效，智能有序充電技術成為主流模式，新能源汽車與電網(wǎng)雙向能量互動南業(yè)模式取得突破；源網(wǎng)荷儲一體化發(fā)展取得顯著成效，用戶側可調(diào)資源響應及聚合能力大幅提升，建成具備100萬千瓦級可調(diào)能力的虛擬電廠，逐步形成年度最大負荷5%左右的穩(wěn)定調(diào)節(jié)能力；虛擬電廠參與市場化交易機制不斷完善，產(chǎn)業(yè)生態(tài)初步形成，孵化培育批國內(nèi)領先的負荷聚合商和核心零部件研發(fā)制造企業(yè)。2022.06浙江省發(fā)展和改革委員會、浙江省能源局《浙江十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》依托大云物移智鏈等技術，探索智慧能源、虛擬電廠、電動汽車有序充電等多種商業(yè)模式，提高用能質(zhì)量、降低用能成本；依托大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、區(qū)塊鏈等技術，開展儲能多功能復用、需求側響應、虛擬電廠等領域先進能源技術融合應用示范。2022.06浙江發(fā)改委《浙江省循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展“十四五”規(guī)劃》要加快新型電力系統(tǒng)建設，建設多元融合高彈性電網(wǎng)，積極建設虛擬電廠、源網(wǎng)荷儲等示范項目，提升電網(wǎng)設施智能化調(diào)度運行水平。2022.06山西能源局《山西省虛擬電廠建設與運營管理實施方案》方案中明確了虛擬電廠的類型、意義、入市流程、技術規(guī)范、運營模式等，將虛擬電廠分為負荷類和源網(wǎng)荷儲一體化兩種類型，“負荷類”虛擬電廠參與中長期、現(xiàn)貨及輔助服務市場，“一體化”虛擬電廠參與現(xiàn)貨及輔助服務市場，后期視電力市場發(fā)展情況適時進行調(diào)整；虛擬電廠可基于省級智慧能源綜合服務平臺建設技術支持系統(tǒng)，也可以獨立建設技術支持系統(tǒng)，但應接入省級智慧能源綜合服務平臺，統(tǒng)一運營管理。2022.07江西省人民政府《江西省碳達峰實施方案》大力提升電力系統(tǒng)綜合調(diào)節(jié)能力，加快靈活調(diào)節(jié)電源建設，引導自備電廠、傳統(tǒng)高載能工業(yè)負荷、工商業(yè)可中斷負荷、電動汽車充電網(wǎng)絡、虛擬電廠等參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)，建設堅強智能電網(wǎng)。2022.07青海省發(fā)展和改革委員會、青海省能源局《青海省關于完善能源綠色低碳轉型體制機制和政策措施的意見》支持蓄熱電鍋爐、用戶側儲能、電動汽車充電設施、分布式發(fā)電等用戶側可調(diào)節(jié)資源，以及負荷聚合商、虛擬電廠運營商、綜合能源服務商等參與電力市場交易和系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)，提升負荷參與電力需求側響應能力，發(fā)揮需求側資源削峰填谷、促進新能源消納作用，確保電力供需平衡。2022.08吉林省人民政府《吉林省碳達峰實施方案》大力提升電力系統(tǒng)綜合調(diào)節(jié)能力，加快靈活調(diào)節(jié)電源建設，引導自備電廠、傳統(tǒng)高載能工業(yè)負荷、工商業(yè)可中斷負荷、電動汽車充電網(wǎng)絡、虛擬電廠等參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)，建設堅強智能電網(wǎng)。2022.09內(nèi)蒙古自治區(qū)能源局《內(nèi)蒙古自治區(qū)關于完善能源綠色低碳轉型體制機制和政策措施的實施意見》完善落實儲能、氫能、需求側、虛擬電廠、源網(wǎng)荷儲、多能互補等能源新技術、新模式的支持政策；積極培育綜合能源服務商、電儲能企業(yè)、負荷集成商等新興市場主體。研究獨立儲能電站、需求側響應主體、虛擬電廠等做為獨立市場主體平等參與市場交易相關事宜。2022.10黑龍江省住房和城鄉(xiāng)建設廳《黑龍江省城鄉(xiāng)建設領域碳達峰實施方案》優(yōu)化建筑用能結構，推廣建筑光伏一體化應用，推動智能微電網(wǎng)、光儲直柔、蓄冷蓄熱、負荷靈活調(diào)節(jié)、虛擬電廠等技術應用，優(yōu)先消納可再生能源電力，主動參與電力需求側響應。表2：虛擬電廠相關政策（續(xù)）資料來源：發(fā)改委、能源局，光大證券研究所整理德國虛擬電廠發(fā)展的經(jīng)驗14獨立虛擬電廠運營商電力公司的虛擬電廠運營商裝備制造商的虛擬電廠運營商擁有信息和通信技術知識或能源管理技術，不具有分布式能源資源，不從事電力供應業(yè)務，通常通過參與電力市場獲取收益。德國獨立運營商的聚合規(guī)模相對較大。具有發(fā)電資源、用戶負荷資源。他們將自己的分布式能源資源聚合到虛擬電廠中。作為平衡基團責任方，此類運營商可以利用靈活性資源以滿足用電客戶需求，從而無需在日間市場購電或售電，或為平衡電力付費。尤其是小規(guī)模分布式能源設備的制造商。他們主要將其業(yè)主的分布式能源資源聚合到虛擬電廠中。Next

Kraftwerke、GETEC

Energie、Entelios等三家獨立運營商聚合規(guī)模已經(jīng)分別達到9016兆瓦、3000兆瓦以上、1000兆瓦以上。（引用文章數(shù)據(jù)）霍沫霖等，《電力市場機制建設是虛擬電廠發(fā)展的基礎（2022/10）》，光大證券研究所整理2008年，德國聯(lián)邦經(jīng)濟和技術部啟動了“E-Energy”計劃，目標是建立一個能基本實現(xiàn)自我調(diào)控的智能化的電力系統(tǒng)，而其中虛擬電廠和需求側管理是重點。德國聯(lián)邦經(jīng)濟技術部通過技術競賽選擇了6個試點項目。其中eTelligence是一個虛擬電廠研究項目，于2008年至2012年執(zhí)行。該項目中虛擬電廠將分布式電源與可控負荷聚合在一起，可以減少由于預測錯誤導致的15%的出力不平衡，降低電力購買費用。德國虛擬電廠助力解決分布式電源并網(wǎng)和參與市場交易，有利于大規(guī)模分布式可再生能源的平衡消納，并提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，以及避免用電峰值增加導致的電網(wǎng)擴容。表3：德國虛擬電廠分類國外典型企業(yè)介紹15公司名稱資源類型運營范圍管理規(guī)模技術優(yōu)勢NextKarftwerke（被殼牌收購）可再生能源、工商業(yè)用戶、儲能歐洲，同時為日本、韓國、英國、斯洛伐克、荷蘭等國的項目中提供IT技術方案。11182

MW（2022.Q3）2020年銷售收入5.95億歐元，管理的資源是9000MW，銷售收入就是6.61萬歐元/MW，假設可調(diào)節(jié)資源是電化學儲能，按人民幣1.8元/Wh、兩小時儲能測算，折合46.8萬歐元/MW投資測算，靜態(tài)回收期在7年左右。Next

Kraftwerke自主開發(fā)了

NEMOCS，一個基于SAAS的模塊化設計的軟件，使VPP能夠連接、監(jiān)控和控制DER（分布式能源）、用戶和存儲系統(tǒng)，以高頻率和最精確的方式顯示和記錄當前輸入和資產(chǎn)狀態(tài)的實時信息。特斯拉（與PG&E合作）儲能美國、澳大利亞將有5萬個Powerwall用戶符合補貼條件，累計500MWh的能源容量可以在電力緊急狀況下調(diào)配。每一次電力調(diào)度，向用戶支付2美元每kWh的報酬激勵，平臺共有10-60美元的收入。特斯拉以優(yōu)質(zhì)的分布式資源作為切入點，依托自家的大型儲能系統(tǒng)（Megapack、Powerpack）、家庭光儲一體（Powerwall、Solar

Roof）、電動汽車充電網(wǎng)絡等優(yōu)勢。特斯拉在全球范圍統(tǒng)一部署分布式管理平臺Autobidder，它是一套能源資產(chǎn)實時交易和控制平臺，該產(chǎn)品具備價格預測、負荷預測、發(fā)電量預測、智能競價及優(yōu)化調(diào)度等功能，能夠向用戶提供虛擬電廠服務，聚合負荷資源參與能量交互響應。Autobidder主要突破有兩點。其一采用開源協(xié)議架構，而不是傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的IEC協(xié)議或者工業(yè)自動化協(xié)議，降低了準入門檻和成本，能夠吸引更多市場主體參與分布式能源。其次是以市場為導向，實施基于價格信號的動態(tài)優(yōu)化可以凸顯用戶側價值，持續(xù)激勵引導用戶接入。Limejump（被殼牌收購）分布式能源、儲能英國1100MW分布式能源、400MW儲能功率預測與電力市場交易，表4：國外虛擬電廠企業(yè)介紹各公司官網(wǎng)，光大證券研究所整理中國虛擬電廠案例地區(qū)主要場景試點項目主要響應資源特點江蘇需求響應、新能源消納等"大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動系統(tǒng)”大規(guī)模源網(wǎng)荷示范工程、可中斷/可調(diào)節(jié)負荷源-網(wǎng)-荷控制系統(tǒng).國內(nèi)規(guī)模最大浙江需求響應、削峰填谷等麗水虛擬電廠寧海虛擬電廠試點項目、寧波離網(wǎng)光儲系統(tǒng)式虛擬電廠等儲能設施、充電樁、居民、樓宇等國內(nèi)單次響應體量最大上海商業(yè)樓宇能源管理、削峰填谷等城區(qū)(黃浦)商業(yè)建筑需求側管理示范項目、虛擬電廠運營項目試點等工商業(yè)負荷、儲能等以商業(yè)樓宇為主的虛擬電廠體系冀北新能源消納、需求響應等冀北泛在電力物聯(lián)網(wǎng)虛擬電廠示范工程等光伏、電采暖等多主體參與36氪，《2022年中國虛擬電廠行業(yè)洞察報告》，光大證券研究所整理我國虛擬電廠發(fā)展處于試點示范應用階段?！笆濉逼陂g，我國江蘇、上海、河北、廣東等地相繼開展了虛擬電廠項目試點。如江蘇省于2017年投運負荷型虛擬電廠；上海市于2017年建成黃浦區(qū)商業(yè)建筑虛擬電廠示范工程；冀北地區(qū)建設聚合了分布式光伏、空氣源熱泵、民用及工業(yè)空調(diào)機組、電動汽車充電站等的虛擬電廠，并參與了華北輔助服務市場進行調(diào)峰。表5：中國虛擬電廠典型案例 圖8：冀北虛擬電廠示意16國家電網(wǎng)，光大證券研究所整理目 錄虛擬電廠背景與國內(nèi)外實踐虛擬電廠技術路線虛擬電廠盈利模式與發(fā)展趨勢風險分析17虛擬電廠架構18電力系統(tǒng)和分布式資源之前的橋梁圖9：虛擬電廠架構資料來源：王宣元等，《虛擬電廠的研究、設計、建設與運營》分布式電源 儲能 電動汽車交易中心、調(diào)度中心、需求響應中心組織電力市場主體參與市場化交易，交易信息發(fā)布、交易結果審批；合理安排電網(wǎng)運行方式，按照市場規(guī)則和調(diào)度規(guī)程執(zhí)行調(diào)度計劃；組織聚合商和虛擬電廠參與輔助服務、輔助服務資源管理、輔助服務指令分解下發(fā)；組織聚合商和虛擬電廠參與需求響應，管理需求響應資源、需求響應能力分析、需求響應指令分解下發(fā)、有效性認定、補貼計算；各平臺用戶注冊、審批及管理含虛擬電廠的聚合商注冊和管理分布式能源、儲能設備、電動汽車充電樁、可調(diào)負荷代理參與輔助服務、輔助服務申報代理參與需求響應，需求響應申報、需求響應檔案管理代理參與市場化交易，包括電能量市場和輔助服務市場，交易申報、交易結果查詢監(jiān)測分布式能源、儲能設備、電動汽車充電樁、可調(diào)負荷，并向其發(fā)送調(diào)控指令進行發(fā)電分析、運行分析、用能分析、能效分析等19向聚合商和虛擬電廠提供分布式能源信息電能量交易、輔助服務、需求響應執(zhí)行，查看交易和響應檔案可控負荷 儲能 電動汽車向聚合商和虛擬電廠提供用戶和設備信息電能量交易、輔助服務、需求響應執(zhí)行，查看交易和響應檔案用能參與虛擬電廠的市場主體市場主體市場運營機構，調(diào)度中心、交易中心電網(wǎng)企業(yè)含虛擬電廠的聚合商角色定位虛擬電廠運營機制圖10：虛擬電廠運營機制虛擬電廠運行商負責與不同DER運行商協(xié)調(diào)信息，確定各DER運行商的分攤價格并向電網(wǎng)報價電網(wǎng)管理者與VPP運行商交互發(fā)電計劃等信息，負責市場監(jiān)管不可控DER運行商可自由參與或退出VPP，按照可再生能源上網(wǎng)價格全額上網(wǎng)可控DER運行商可作為備用資源為不可控DER提供備用服務，通過互補運行，緩解發(fā)電間歇性零售用戶直接與VPP運行商簽訂零售協(xié)議，按照固定或可變電價從VPP購買電量，向VPP提供需求響應20資料來源：清華大學，《虛擬電廠市場運營機制與價值分配》VPP-電力市場（對外）VPP與電力市場間的交易機制VPP與電力市場間的運營模式VPP-靈活性資源（對內(nèi)）VPP對資源的商業(yè)運營VPP內(nèi)部的效益分配機制虛擬電廠的市場運營體系多種靈活性資源調(diào)節(jié)速度調(diào)節(jié)區(qū)間響應次數(shù)能量需求時間限制可控電源分布式儲能可再生能源主動用戶虛擬電廠VPP電力市場聚合特性 運營計劃出清結果 投標策略虛擬電廠運營機制圖11：虛擬電廠運營體系資料來源：清華大學，《虛擬電廠市場運營機制與價值分配》21對外交易場景市場理論與交易機制創(chuàng)新虛擬電廠參與跨區(qū)/

省間新能源消納機制虛擬電廠參與調(diào)峰輔助服務機制虛擬電廠參與現(xiàn)貨市場交易機制虛擬電廠代理購電與優(yōu)化決策配置技術促進跨區(qū)綠色電力交易的輸電定價、增量交易、結算機制等用戶側參與調(diào)峰市場的能力挖掘與交易機制促進清潔能源消納的靈活資源交易機制與價格傳導機制考慮現(xiàn)貨市場分時價格預測的交易決策優(yōu)化技術促進清潔能源優(yōu)先性、保障性消納的現(xiàn)貨市場機制虛擬電廠管控平臺調(diào)峰市場省間市場資料來源：清華大學，《虛擬電廠市場運營機制與價值分配》22省級現(xiàn)貨市場虛擬電廠運營機制圖12：虛擬電廠交易場景對內(nèi)交易場景商業(yè)模式與交易技術創(chuàng)新虛擬電廠與接入的靈活性資源用戶互動虛擬電廠代理用戶參與綠色電力交易基于虛擬電廠平臺的用戶間互動交易面向分布式主體的P2P交易體系基于非合作博弈的虛擬電廠與用戶均衡分析考慮自發(fā)交易行為的用戶聚合協(xié)同特性考慮虛擬電廠調(diào)節(jié)能力的委托代理與供需匹配基于智能合約的可信交易技術實現(xiàn)綠電實時平衡的綠電追溯技術基于VCG理論的價值分配定價方法虛擬電廠多元化運營的商業(yè)模式設計虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度的用戶協(xié)同激勵機理虛擬電廠管控平臺虛擬電廠接入的靈活資源綠色電力能源虛擬電廠運營機制資料來源：清華大學，《虛擬電廠市場運營機制與價值分配》23圖13：虛擬電廠交易場景常規(guī)調(diào)節(jié)資源常規(guī)調(diào)節(jié)資源調(diào)控層聚合層資源層電力交易市場

中調(diào)地調(diào)需求側響應平臺

大用戶中小型負荷聚合商大型資源聚合商大用戶調(diào)控支持系統(tǒng)配電自化主站系統(tǒng)（市縣）商業(yè)樓宇充電設施光伏儲能虛擬電廠省地縣、營配調(diào)多層級的協(xié)調(diào)調(diào)控體系包含虛擬電廠聚合商的調(diào)控體系24資料來源：東方電子，《虛擬電廠及需求響應試點建設整體解決方案》》圖14：包含虛擬電廠的調(diào)控體系電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)虛擬電廠可調(diào)資源三級調(diào)控架構暫態(tài)建模響應特性分析精細化劃分緊急協(xié)同控制系統(tǒng)架構多維度控制策略實施方案實時信息交互安全交互VPP參與緊急控制信息上報信息上報指令下發(fā)指令下發(fā)VPP參與電網(wǎng)調(diào)控VPP資源整合優(yōu)化和控制分布式資源特征提取調(diào)峰發(fā)電機/儲能/能量塊/

多組功率曲線資料來源：清華大學，《虛擬電廠市場運營機制與價值分配》25調(diào)壓無功參考值設定戴維南等值調(diào)頻慣量支持一次：下垂控制二次：功率分配調(diào)節(jié)范圍、速率提取調(diào)節(jié)空間投影理論調(diào)節(jié)成本提取參數(shù)規(guī)劃理論分布式資源動態(tài)聚合信息整合優(yōu)化調(diào)度中長期日前實時校正++包含虛擬電廠聚合商的調(diào)控體系圖15：虛擬電廠是電力系統(tǒng)和分布式資源之前的橋梁精準決策技術協(xié)調(diào)控制技術虛擬電廠系統(tǒng)指令自動分配技術信息通信技術智能計量技術多元資源聚合優(yōu)化技術協(xié)調(diào)控制多樣化協(xié)調(diào)控制技術、可控負荷、儲能、充電樁等分布式能源，實現(xiàn)對系統(tǒng)高要求的電能輸出，保證電能質(zhì)量和經(jīng)濟性精準決策技術構建不同應用場景下以經(jīng)濟性、可靠性、低排放性的多目標調(diào)度決策優(yōu)化模型，采用遺傳算法、模擬退火、神經(jīng)網(wǎng)絡等智能算法求解虛擬電廠不同時間尺度的運行調(diào)度策略；智能計量技術實現(xiàn)虛擬電廠對可控負荷、

等分布式能源的實時監(jiān)測和控制，遠程測量實時用戶信息，合理管理數(shù)據(jù)，用戶能直觀看到消費或生產(chǎn)的電能以及相應費用等信息。資料來源：清華大學，《虛擬電廠市場運營機制與價值分配》26信息通信技術雙向通信，接受各單元實時狀態(tài)信息，發(fā)送控制信號。采用多種通信技術實現(xiàn)與其他平臺和系統(tǒng)的無縫對接。虛擬電廠系統(tǒng)指令自動分配技術依據(jù)歷史負荷特征和負荷預測量，預測電網(wǎng)不同運行場景下多種資源響應的可信容量，針對電網(wǎng)的調(diào)控目標，基于多種資源的可信容量，自動分解為每種資源的調(diào)控指令。形成調(diào)控方案庫，依據(jù)實際運行情況，自動生成調(diào)控指令。多元資源聚合優(yōu)化技術對多元資源特性進行分析，采用聚類算法、聚類中心識別技術，構建出針對電網(wǎng)不同需求場景的聚合資源庫，并形成聚合資源調(diào)控的優(yōu)先級順序，為虛擬電廠協(xié)調(diào)控制提供支撐。虛擬電廠運行關鍵技術圖16：虛擬電廠運行關鍵技術邊緣計算技術：

可實現(xiàn)數(shù)據(jù)邊緣化處理，

降低心處理節(jié)點的壓力5G通信技術：可實現(xiàn)高容量、高速率的信息傳輸區(qū)塊鏈技術：可為VPP提供公開、透明、高效、安全的交易平臺人工智能技術：

可實現(xiàn)負荷及可再生能源等構成主體和電價的精準預測虛擬電廠中的信息通信技術27資料來源：清華大學，《虛擬電廠市場運營機制與價值分配》虛擬電廠+新一代信息通信技術：虛擬電廠的運營過程，涉及主體感知、信息傳輸、優(yōu)化決策及市場交易等階段，采用新興信息通信技術，有助于運營能力的提升圖17：虛擬電廠是電力系統(tǒng)和分布式資源之前的橋梁目 錄虛擬電廠背景與國內(nèi)外實踐虛擬電廠技術路線虛擬電廠盈利模式與發(fā)展趨勢風險分析28資料來源：國家電網(wǎng)，《電力現(xiàn)貨市場101問》虛擬電廠發(fā)展依賴電力市場機制的完善2022年1月，《關于加快建設全國統(tǒng)一電力市場體系的指導意見》（發(fā)改體改〔2022〕118號）印發(fā)，明確到2025年，全國統(tǒng)一電力市場體系初步建成，電力中長期、現(xiàn)貨、輔助服務市場一體化設計、聯(lián)合運營；到2030年，全國統(tǒng)一電力市場體系基本建成，電力資源在全國范圍內(nèi)得到進一步優(yōu)化配置。圖18：電力市場構成 圖19：電力現(xiàn)貨市場與其他市場的聯(lián)系交易對象時間金融物理中長期 日前 實時市場性質(zhì)資料來源：清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院，《電力現(xiàn)貨市場基本原理及案例分析》輸電權輔助服務電量容量交易品種時間競爭模式劃分維度

子市場交易數(shù)量和額度

電力批發(fā)市場電力零售市場……市場性質(zhì) 電力實物市場電力金融市場……輔助服務市場……中長期市場現(xiàn)貨市場……電能量市場 容量市場輸電權市場單邊市場雙邊市場內(nèi)涵：電力市場外延：綜合能源29虛擬電廠與負荷側需求響應30虛擬電廠參與主體準入門檻需求響應費用分攤補償費用負荷聚合商和電力用戶。負荷聚合商包括售電公司和第三方獨立主體聚合商；用戶分為大用戶和一般用戶，包括工業(yè)負荷、工商業(yè)可中斷負荷、用戶側儲能、電動汽車充電設施、分布式發(fā)電、智慧用電設備等響應資源，5%最大負荷大用戶年用電量500萬千瓦時及以上；非直控虛擬電廠調(diào)節(jié)能力不低于0.3兆瓦，單次響應時間不低于2小時；直控虛擬電廠調(diào)節(jié)能力不低于10兆瓦，調(diào)節(jié)速率不低于2%*出力上限/分鐘，單位響應時間不低于2小時。需求響應資金來源包括電力用戶分攤、現(xiàn)貨市場發(fā)電側市場考核及返還費用等資金，設置度電分攤上限?！笆袌鲇脩舻男枨箜憫找嬗尚枨蟮貐^(qū)市場用戶分攤，或由該地區(qū)財政專項資金支付?！比涨把s，申報價格上下限，3500元~70元/MWh；可中斷負荷交易，申報價格上下限5000元~70元/MWh；直控可調(diào)節(jié)負荷，申報價格上限，25-40元/kW/月，下限

0元/kW/月。圖20：虛擬電廠參與市場化需求響應機制資料來源：廣東電力交易中心，《廣東省市場化需求響應實施細則》，光大證券研究所31虛擬電廠的發(fā)展現(xiàn)狀截止2022年11月，已有上海、江蘇、廣東、浙江、山東、河南等14個?。▍^(qū)）、直轄市出臺了虛擬電廠參與需求響應新政策，其中除廣東、浙江等省份已引入需求響應市場化交易確定補償價格以外，其余大部分省份仍為固定價格補償。需求側響應電能量交易輔助服務截止2022年11月，僅山西、山東出臺了虛擬電廠參與電力現(xiàn)貨市場交易的具體規(guī)則，但暫未了解到具體運行項目案例。以華北、華中、西北等區(qū)域調(diào)峰市場與上海、浙江等省內(nèi)調(diào)峰市場為主，隨著一批、二批現(xiàn)貨試點省份進入連續(xù)運行，省內(nèi)調(diào)峰市場的功能正在削弱；南方區(qū)域、江蘇、浙江允許虛擬電廠參與調(diào)頻、備用等輔助服務交易或實施兩個細則補償，但實踐案例極少?，F(xiàn)狀分析需求響應具有較好的盈利空間，但其交易頻次不確定，總體收益存在較大波動?，F(xiàn)狀分析受限于各現(xiàn)貨試點省份峰谷價差不足的現(xiàn)狀，虛擬電廠參與電能量交易的獲利空間有限，且與售電業(yè)務存在一定程度的功能重合，虛擬電廠建設的增量效益不明顯?，F(xiàn)狀分析調(diào)峰輔助服務市場補貼力度小，且市場規(guī)模逐步萎縮，難以成為虛擬電廠的主要收入來源。資料來源：賴曉文等，《虛擬電廠“有效”實踐》，光大證券研究所整理2025年、2030年輔助服務費用將達到1371.0億元/年、1906.2億元/年。調(diào)頻、備用的比例與各省的電源結構、負荷特性、區(qū)域聯(lián)絡水平有關，一般新能源發(fā)電量占比越高，調(diào)頻服務需求越大；新能源裝機占比越高，備用服務需求越大。我們假設2025年、2030年輔助服務費用占全社會電費的2.5%和3.0%，其中調(diào)頻、備用占全社會電費的比例為2.0%和2.5%，平均銷售電價取600元/MWh，調(diào)頻與備用的比重分別參考2018年南方區(qū)域、東北區(qū)域的1:4和1:5，預測2025年、2030年調(diào)頻費用分別為219.4億元/年、264.8億元/年，備用費用分別為877.4億元/年、1323.8億元/年。表6：輔助服務費用（調(diào)頻+備用）預測（2025年、2030年）Wind，光大證券研究所，《深化電力市場改革，破解能源不可能三角——新型電力系統(tǒng)深度研究二（2022/06/16）》32虛擬電廠發(fā)展依賴電力市場機制的完善Wind，光大證券研究所預測；單位：億元圖22：輔助服務費用（調(diào)頻+備用）預測圖21：各區(qū)域新能源裝機與輔助服務費用占比（2018年）35%30%25%20%15%10%5%0%120001000080006000400020000華北 東北西北華東華中 南方占比裝機容量風電（左）光伏（左）

電費占比（右）

新能源裝機占比（右）新能源電量占比（右）資料來源：國家能源局、中國電力年鑒，光大證券研究所繪制；單位：萬千瓦（左）747.91371.01906.2249.3219.4264.8498.6877.41323.805001,0001,5002,0002,50020212025E2030E輔助服務費用調(diào)頻費用備用費用202020212025E2030E全社會用電量（萬億千瓦時）7.518.319.1410.59最大負荷(億千瓦）12.313.9216.419.8新能源裝機占比24.1%26.7%37.8%46.1%新能源發(fā)電量占比9.5%11.7%21.3%27.5%全社會電費（萬億元）輔助服務費用占比4.510.8%4.991.5%5.482.5%6.353.0%輔助服務費用（億元/年）360.5747.91371.01906.2調(diào)頻費用（億元/年）219.4264.8備用費用（億元/年）877.41323.8虛擬電廠受益公司分析33圖23：虛擬電廠產(chǎn)業(yè)鏈36氪，光大證券研究所整理虛擬電廠受益公司分析恒實科技恒實科技成立于2000年，主營業(yè)務拓展為電力信息化和通信兩大領域國網(wǎng)冀北虛擬電廠