虛擬電廠(chǎng)是什么

虛擬電廠(chǎng)是什么：分布式資源的聚合與優(yōu)化

虛擬電廠(chǎng)概念起源于1997年《虛擬公共設施：新興產(chǎn)業(yè)的描述、技術(shù)與競爭力》一書(shū)中對虛擬公共設施的定義， 虛擬公共設施即通過(guò)獨立且以市場(chǎng)為驅動(dòng)的實(shí)體間開(kāi)展靈活合作，參與合作的實(shí)體無(wú)需擁有相應資產(chǎn)便可為消費者提供 所需服務(wù)，虛擬電廠(chǎng)便是在此概念基礎上進(jìn)行拓展延伸。

根據《虛擬電廠(chǎng)的概念和發(fā)展》一文，虛擬電 廠(chǎng)（virtual power plant，簡(jiǎn)稱(chēng)VPP）是通過(guò)先進(jìn)信息通信技術(shù)和軟件系統，實(shí)現分布式電 源、儲能系統、可控負荷、電動(dòng)汽車(chē)、充電樁等分布式能源的聚合和協(xié)調優(yōu)化，以作為一個(gè)特殊電廠(chǎng)參與電力市場(chǎng)和電網(wǎng)運行的電源協(xié)調管理系統。虛擬電廠(chǎng)并不是真實(shí)存在的電廠(chǎng)，而是一種智能電網(wǎng)技術(shù)，應用分布式電力管理系統參與電網(wǎng)運行調度，實(shí)現“源-荷-網(wǎng)"聚合優(yōu)化。

虛擬電廠(chǎng)是什么：結構——可調節性是資源層的核心

資源層的調節能力和質(zhì)量決定虛擬電廠(chǎng)完成調度指令的能力，工商業(yè)儲能作為優(yōu)質(zhì)的調節資源之一，是虛擬電廠(chǎng)大發(fā)展的重要前提條件。

源：目前接入資源以分布式光伏為代表，自身不具備調節能力，可和工商業(yè)負荷視為整體，構成一個(gè)可調節負荷。

荷：可調節負荷各有自身能力限制，工業(yè)負荷往往受生產(chǎn)計劃強制約，且響應速度慢；空調負荷在時(shí)間維度不可平移，基本沒(méi)有填谷能力，且受用戶(hù)體驗和天氣等因素限制，可調節范圍有限；充電樁作為直接面向C端的負荷，其調節能力不可預測性較強。

儲：可調節能力、響應速度和可靠性都較為優(yōu)質(zhì)的調節資源，同時(shí)具備削峰和填谷能力，虛擬電廠(chǎng)進(jìn)行高頻次大幅度響應的資源。

為什么需要虛擬電廠(chǎng)

為什么需要虛擬電廠(chǎng)：風(fēng)光快速增加帶來(lái)的填谷需求

風(fēng)光裝機快速增長(cháng)，加劇電力系統不可控性。截至2023H1，我國風(fēng)電裝機389.21GW，太陽(yáng)能裝機470.67GW，風(fēng)光合計占總裝機的31.76%。其中，2023年H1我國風(fēng)電新增裝機22.99GW，對比22年同期新增12.94GW，同比+77.67% ；太陽(yáng)能新增裝機78.42GW，對比22年同期新增30.88GW，同比+153.95%，風(fēng)、光均加速增長(cháng)。新能源出力主要受來(lái)風(fēng)、來(lái)光影響，人為干預作用小。因此，當新能源出力與負荷用電特性不吻合時(shí)，便存在新能源電力消納問(wèn)題，處理不當會(huì )引發(fā)電力系統安全事故，且造成投資的浪費。

光伏建設速度遠超風(fēng)電，分布式光伏成為主力。2022年我國光伏裝機超過(guò)風(fēng)電，其中分布式功不可沒(méi)。2022年分 布式光伏新增裝機51.11GW，占當年全部光伏新增的58.48%；截至23H1，分布累計裝機達198.23GW。分布式建設、選址簡(jiǎn)單，項目周期短，裝機提升快。由于其出力時(shí)間高度集中，受電網(wǎng)調度管控程度相對低，消納問(wèn)題正在顯現，山東、河南等分布式裝機大省已出臺分布式配儲文件。

“鴨子曲線(xiàn)"變“峽谷曲線(xiàn)"，光伏增加帶來(lái)填谷需求。“鴨子曲線(xiàn)"由美國加州電網(wǎng)運營(yíng)商CAISO提出，即在光伏出力高峰的中午，凈負荷曲線(xiàn)下降，隨后在晚上光伏發(fā)電量下降時(shí)凈負荷急劇上升。隨著(zhù)光伏裝機增加，CAISO的凈負荷曲線(xiàn)出現了向“峽谷曲線(xiàn)"的轉變，即中午凈需求更低，跌至零值甚至負值；傍晚負荷增加更加陡峭，其他電源必須快速爬坡出力以適應負荷的急劇攀升。

（圖片來(lái)自于華福證券虛擬電廠(chǎng)專(zhuān)題報告）

國內以山東為代表的部分省份同樣有明顯的填谷需求。山東裝機結構與CAISO相似，截至22年底，光伏裝機占比達到 22.5%。在2023年五一假期期間，山東省內用電負荷下降約15%，引發(fā)連續負電價(jià)現象。值得注意的是，4月29日-5月1日現貨價(jià)格曲線(xiàn)形狀類(lèi)似鴨子曲線(xiàn)，期間10時(shí)-15時(shí)負電價(jià)出現尤為頻繁，而該時(shí)段為光伏發(fā)電高峰。結合此前山東 將中午時(shí)段劃分為電價(jià)深谷時(shí)段，新能源裝機增加改變了原有的負荷曲線(xiàn)，使得新能源集中大發(fā)時(shí)段，電網(wǎng)凈負荷出現了一個(gè)深谷，需要對負荷進(jìn)行時(shí)間上的轉移（填谷）以平滑變化、促進(jìn)新能源消納。

為什么需要虛擬電廠(chǎng)：充電樁等新型負荷使得負荷側復雜程度提升

充電樁保有量隨新能源汽車(chē)快速提升，改變配電網(wǎng)形態(tài)。截至2023H1，我國公共充電樁保有量為214.86萬(wàn)臺，同比+40.63%。2023H1，新能源汽車(chē)銷(xiāo)量同比+44.13%，保持快速增長(cháng)，可以預見(jiàn)未來(lái)隨新能源汽車(chē)銷(xiāo)量繼續快速提升，充電樁保有量將持續增加。充電樁的大量增加將對配電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，相比于常規交流充電樁，快充直流樁由于功率更大、充電時(shí)間更短，產(chǎn)生沖擊更大。

充電樁加劇居民生活用電負荷峰值提升。充電樁對配電網(wǎng)的影響主要包括：（1）充電樁用電高峰同樣是居民原有用電高峰，會(huì )導致原有負荷峰值繼續提升，產(chǎn)生時(shí)間短、量級高的尖峰負荷；（2）按尖峰負荷配置變壓器容量，導致其余時(shí)間資源閑置；（3）充電負荷波動(dòng)帶來(lái)網(wǎng)絡(luò )損耗等。

因此，充電樁的發(fā)展導致了削峰填谷需求的增加，但同時(shí)充電樁和新能源汽車(chē)本身是良好的可調節負荷，如能通過(guò)虛擬電廠(chǎng)進(jìn)行聚合和優(yōu)化，是降低充電成本和降低電網(wǎng)投資的雙贏(yíng)之選。

為什么需要虛擬電廠(chǎng)：需求側響應能力力爭達到*大負荷的3%-5%

需求側響應能力建設目標明確。十四五前，虛擬電廠(chǎng)停留在個(gè)別地區、項目試點(diǎn)階段，一是新能源裝機占比不高，電力系統對靈活 性資源需求不強；二是缺乏量化目標。 2022年，《“十四五"現代能源體系規劃 》提出，力爭到2025年，電力需求側響應 能力達到*大負荷的 3%～5%，其中華東、華中、南方等地區達到*大負荷的5%左右。

虛擬電廠(chǎng)政策密集發(fā)布，成為新型電力系統建設的重要一環(huán)，政策力度有望持續加大。7月11日，全面深化改革委員會(huì )第二次會(huì )議召開(kāi)，審議通過(guò)了《關(guān)于深化電力體制改革 加快構建新型電力系統的指導意見(jiàn)》。會(huì )議強調，要健全適應新型電力系統的體制機制，推動(dòng)加強電力技術(shù)創(chuàng )新、市場(chǎng)機制創(chuàng )新、 商業(yè)模式創(chuàng )新。虛擬電廠(chǎng)作為促進(jìn)新能源消 納的重要環(huán)節和電力商業(yè)模式創(chuàng )新的重要形式，后續政策支持力度有望持續加大。

虛擬電廠(chǎng)如何創(chuàng )造收益

虛擬電廠(chǎng)如何創(chuàng )造收益：需求側響應

虛擬電廠(chǎng)的三個(gè)收益來(lái)源：需求側響應、輔助服務(wù)市場(chǎng)、電力現貨市場(chǎng) 。當前我國虛擬電廠(chǎng)處于邀約型向市場(chǎng)型過(guò)渡階段。邀約型階段主要由政府部門(mén)或調度機構牽頭組織，發(fā)出邀約信號，虛擬電廠(chǎng)組織資源進(jìn)行響應，并獲得容量/電量補貼。我國多個(gè)省份出臺了需求響應細則，其中以江蘇、上海、廣東等省市開(kāi)展得較好。需求側響應補貼單價(jià)高但頻率低，市場(chǎng)化程度低。需求響應以削峰為主，主要發(fā)生在迎峰度夏期間，主要目的在于保供。以廣東省為例，2022年全年開(kāi)展9次日前邀約型市場(chǎng)化需求響應（均發(fā)生在7月和8月）；*大削峰負荷277萬(wàn)千瓦，*大響應申報量609萬(wàn)千瓦；有效響應調用收益1.63億元?？梢钥吹?，雖然補貼*高達到5元/千瓦時(shí)（可中斷負荷），但需求響應并非常態(tài)化進(jìn)行，發(fā)生頻率較低，有很強的計劃色彩。因此隨著(zhù)我國電力市場(chǎng)體制建設逐漸完善，虛擬電廠(chǎng)也正從邀約型階段向市場(chǎng)型階段過(guò)渡。

虛擬電廠(chǎng)如何創(chuàng )造收益：輔助服務(wù)市場(chǎng)

新型電力系統持續催生對輔助服務(wù)的需求。傳統電源（火電、水電等）具備一定的調節能力，而新能源存在出力波動(dòng)、無(wú)功缺失等特性，導致高比例新能源裝機電力系統對電力輔助服務(wù)的需求提升。根據國家能源局數據，2019H1我國輔助服務(wù)費用占總電費比例為1.47%；根據中國能源報，這一比例在近兩年上升至2.5%；根據國際經(jīng)驗，輔助服務(wù)費用一般占社會(huì )總電費的3%以上，隨著(zhù)新能源大規模接入還將不斷增加。因此，預計輔助服務(wù)市場(chǎng)規模將以高于用電量增速的速度增長(cháng)。

虛擬電廠(chǎng)主要發(fā)揮調峰、調頻作用。2021年12月，國家能源局修訂發(fā)布《電力輔助服務(wù)管理辦法》，確指出電力用戶(hù)可通過(guò)委托虛擬電廠(chǎng)代理的形式參與電力輔助服務(wù)市場(chǎng)，此后多地在電力輔助服務(wù)細則中對虛擬電廠(chǎng)/負荷聚合商參與輔助服務(wù)的條件、補償方式予以明確。當前，虛擬電廠(chǎng)主要功能是電能量的時(shí)間轉移，對應調峰服務(wù)；未來(lái)隨著(zhù)工商業(yè)儲能滲透率提升，虛擬電廠(chǎng)有望在調頻服務(wù)取得更大突破。從2023H1全國輔助服務(wù)運行數據看，調峰、調頻是輔助服 務(wù)費用的主體，費用合計占比達到80%。

虛擬電廠(chǎng)市場(chǎng)規模測算

虛擬電廠(chǎng)市場(chǎng)空間測算：預計到2025年投資規模為330-550億元

從投資端看虛擬電廠(chǎng)規模：計算邏輯：假設需求側響應投資和虛擬電廠(chǎng)投資等效，投資規模=全社會(huì )*大用電負荷*需求側響應能力占比*需求側響應能力單位投資。（1）根據中電聯(lián)預測，到2025年全社會(huì )*大用電負荷為16.3億千瓦；（2）根據《“十四五"現代能源體系規劃》，力爭到 2025 年，電力需求側響應能力達到*大負荷的 3%～5%，假設保守情況下2025年需求側響應能力達到*大負荷的3%，樂(lè )觀(guān)情況下達到*大負荷的5%；（3）根據國家電網(wǎng)測算，如果通過(guò)火電廠(chǎng)滿(mǎn)足5%的峰值負荷需要投資4000億元，而通過(guò)虛擬電廠(chǎng)實(shí)現這一目標僅需投資500億-600億元。假設滿(mǎn)足5%的峰值負荷需要虛擬電廠(chǎng)投資550億元，倒算得到需求側響應單位投資為675元/千瓦。測算得到，到2025年，保守情況下虛擬電廠(chǎng)/需求側響應總投資額為330億元，樂(lè )觀(guān)情況下總投資額為550億元。

虛擬電廠(chǎng)市場(chǎng)空間測算：預計2025年運營(yíng)規模在百億元級別

從運營(yíng)端看虛擬電廠(chǎng)規模： 電力現貨市場(chǎng)下：（1）根據中電聯(lián)預測，到2025年全社會(huì )用電量為9.5億千瓦時(shí)；（2）假設現貨交易電量占全社會(huì )用電量的10%；（3）現貨市場(chǎng)并非時(shí)時(shí)存在價(jià)差，假設虛擬電廠(chǎng)單日可進(jìn)行4小時(shí)電量的套利（參考工商業(yè)2h儲能系統兩充兩放 策略），參考近期代理購電峰谷價(jià)差，假設平均峰谷價(jià)差為0.7元/千瓦時(shí)；（4）假設虛擬電廠(chǎng)套利電量占現貨市場(chǎng)可套利電量的20%；（5）假設虛擬電廠(chǎng)運營(yíng)商分成比例取20%-80%。 測算得到，通過(guò)電力現貨市場(chǎng)獲利模式下，當虛擬電廠(chǎng)運營(yíng)商分成比例為50%時(shí)，虛擬電廠(chǎng)2025年運營(yíng)市場(chǎng)規模為111 億元。輔助服務(wù)和電力現貨兩種獲利途徑存在部分重合關(guān)系，電力現貨基本對*大的輔助服務(wù)品種——調峰服務(wù)形成替代。無(wú)論通過(guò)哪種途徑獲得收益，我們測算當運營(yíng)商分成比例為50%時(shí)，2025年虛擬電廠(chǎng)運營(yíng)市場(chǎng)規模均在百億元級別。

公司分析

安科瑞：提供能耗管控解決方案，微電網(wǎng)產(chǎn)品持續迭代升級

深耕用電業(yè)務(wù)，微電網(wǎng)解決方案供應商。公司成立于2003年，早年定位用電自動(dòng)化領(lǐng)域，從事用戶(hù)端智能電力儀表的研發(fā)、生產(chǎn)與銷(xiāo)售，主要產(chǎn)品為電力監控儀表、電能管理儀表、電氣安全儀表及與之配套使用的電力傳感器。2016 年公司開(kāi)始向綜合服務(wù)商轉型，目前定位為為企業(yè)微電網(wǎng)能效管理和用能安全提供解決方案的高新技術(shù)企業(yè)和軟件企業(yè)，主要產(chǎn)品包括企業(yè)微電網(wǎng)產(chǎn)品和系統、電量傳感器等，形成了從云平臺到傳感器的完整產(chǎn)品生態(tài)體系，累計為1.4萬(wàn)余企業(yè)配套系統解決方案。

EMS產(chǎn)品實(shí)現平臺化，向源網(wǎng)荷儲充一體化進(jìn)發(fā)。公司EMS產(chǎn)品迭代到2.0版本，未來(lái)EMS3.0將在EMS2.0基礎上并入光儲充平臺，實(shí)現源網(wǎng)荷儲充一體化柔性控制。目前，EMS 3.0已完成產(chǎn)品研發(fā)架構，功能正在逐步完善。

——以上內容節選自華福證券虛擬電廠(chǎng)專(zhuān)題報告：虛擬電廠(chǎng)蓄勢待發(fā)，源網(wǎng)荷儲聯(lián)動(dòng)是新型電力系統必然選擇。

安科瑞智慧能源管理平臺助力虛擬電廠(chǎng)快速發(fā)展

安科瑞智慧能源管理平臺

AcrelEMS 智慧能源管理平臺是針對企業(yè)微電網(wǎng)的能效管理平臺，對企業(yè)微電網(wǎng)分布式電源、市政電源、儲能系統、充電設施以及各類(lèi)交直流負荷的運行狀態(tài)實(shí)時(shí)監視、智能預測、動(dòng)態(tài)調配，優(yōu)化策略，診斷告警，可調度源荷有序互動(dòng)、能源全景分析，滿(mǎn)足企業(yè)微電網(wǎng)能效管理數字化、安全分析智能化、調整控制動(dòng)態(tài)化、全景分析可視化的需求，完成不同策略下光儲充資源之間的靈活互動(dòng)與經(jīng)濟運行，為用戶(hù)降低能源成本，提高微電網(wǎng)運行效率。AcrelEMS 智慧能源管理平臺可以接受虛擬電廠(chǎng)的調度指令和需求響應，是虛擬電廠(chǎng)平臺的企業(yè)級子系統。

圖1 AcrelEMS 智慧能源管理平臺主界面

平臺結構

系統覆蓋企業(yè)微電網(wǎng)“源-網(wǎng)-荷-儲-充"各環(huán)節，通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)采集測控裝置、光伏、儲能、充電樁、

常規負荷數據，根據負荷變化和電網(wǎng)調度進(jìn)行優(yōu)化控制，促進(jìn)新能源消納的同時(shí)降低對電網(wǎng)的*大需量，使之運行安全、高效。

圖2 AcrelEMS 智慧能源管理平臺結構

平臺功能

1.能源數字化展示

通過(guò)展示大屏實(shí)時(shí)顯示市電、光伏、風(fēng)電、儲能、充電樁以及其它負荷數據，快速了解能源運行情況。

2.優(yōu)化控制

直觀(guān)顯示能源生產(chǎn)及流向，包括市電、光伏、儲能充電及消耗過(guò)程，通過(guò)優(yōu)化控制儲能和可控負載提升新能源消納，削峰填谷，平滑系統出力，并顯示優(yōu)化前和優(yōu)化后能源曲線(xiàn)對比等。

3.智能預測

結合氣象數據，歷史數據對光伏、風(fēng)力發(fā)電功率和負荷功率進(jìn)行預測，并與實(shí)際功率進(jìn)行對比分析，通過(guò)儲能系統和負荷控制實(shí)現優(yōu)化調度，降低需量和用電成本。

4.能耗分析

采集企業(yè)電、水、天然氣、冷/熱量等各種能源介質(zhì)消耗量，進(jìn)行同環(huán)比比較，顯示能源流向，能耗對標，并折算標煤或碳排放等。

5.有序充電

系統支持接入交直流充電樁，并根據企業(yè)負荷和變壓器容量，并和變壓器負荷率進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，引導用戶(hù)有序充電，保障企業(yè)微電網(wǎng)運行安全。

6.運維巡檢

系統支持任務(wù)管理、巡檢/缺陷/消警/搶修記錄以及通知工單管理，并通過(guò)北斗定位跟蹤運維人員軌跡，實(shí)現運維流程閉環(huán)管理。

設備選型

除了智慧能源管理平臺外，還具備現場(chǎng)傳感器、智能網(wǎng)關(guān)等設備，組成了完整的“云-邊-端"能源數字化體系，具體包括高低壓配電綜合保護和監測產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置、電能質(zhì)量治理、照明控制、充電樁、電氣消防類(lèi)解決方案等，可以為虛擬電廠(chǎng)企業(yè)級的能源管理系統提供一站式服務(wù)能力。

安科瑞系統解決方案還包含電力運維云平臺、能源綜合計費管理平臺、環(huán)保用電監管云平臺、充電樁運營(yíng)管理云平臺、智慧消防云平臺、電力監控系統、微電網(wǎng)能量管理系統、智能照明控制系統、電能質(zhì)量治理系統、電氣消防系統、隔離電源絕緣監測系統等系統解決方案，覆蓋企業(yè)微電網(wǎng)各個(gè)環(huán)節，打造精準感知、邊緣智能、智慧運行的企業(yè)微電網(wǎng)智慧能源管理系統。