虛擬電廠是什么

虛擬電廠是什么：分布式資源的聚合與優(yōu)化

虛擬電廠概念起源于1997年《虛擬公共設(shè)施：新興產(chǎn)業(yè)的描述、技術(shù)與競爭力》一書中對虛擬公共設(shè)施的定義,， 虛擬公共設(shè)施即通過獨立且以市場為驅(qū)動的實體間開展靈活合作,，參與合作的實體無需擁有相應(yīng)資產(chǎn)便可為消費者提供 所需服務(wù)，虛擬電廠便是在此概念基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展延伸,。

根據(jù)《虛擬電廠的概念和發(fā)展》一文,，虛擬電 廠（virtual power plant，簡稱VPP）是通過信息通信技術(shù)和軟件系統(tǒng),，實現(xiàn)分布式電 源,、儲能系統(tǒng)、可控負(fù)荷,、電動汽車,、充電樁等分布式能源的聚合和協(xié)調(diào)優(yōu)化，以作為一個特殊電廠參與電力市場和電網(wǎng)運行的電源協(xié)調(diào)管理系統(tǒng),。虛擬電廠并不是真實存在的電廠,，而是一種智能電網(wǎng)技術(shù)，應(yīng)用分布式電力管理系統(tǒng)參與電網(wǎng)運行調(diào)度,，實現(xiàn)“源-荷-網(wǎng)"聚合優(yōu)化,。

虛擬電廠是什么：結(jié)構(gòu)——可調(diào)節(jié)性是資源層的核心

資源層的調(diào)節(jié)能力和質(zhì)量決定虛擬電廠完成調(diào)度指令的能力,，工商業(yè)儲能作為調(diào)節(jié)資源之一，是虛擬電廠大發(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(diào)節(jié)能力，可和工商業(yè)負(fù)荷視為整體,，構(gòu)成一個可調(diào)節(jié)負(fù)荷,。

荷：可調(diào)節(jié)負(fù)荷各有自身能力限制，工業(yè)負(fù)荷往往受生產(chǎn)計劃強(qiáng)制約,，且響應(yīng)速度慢,；空調(diào)負(fù)荷在時間維度不可平移，基本沒有填谷能力,，且受用戶體驗和天氣等因素限制,，可調(diào)節(jié)范圍有限；充電樁作為直接面向C端的負(fù)荷,，其調(diào)節(jié)能力不可預(yù)測性較強(qiáng),。

儲：可調(diào)節(jié)能力、響應(yīng)速度和可靠性都較好的調(diào)節(jié)資源,，同時具備削峰和填谷能力,，虛擬電廠進(jìn)行高頻次大幅度響應(yīng)的資源。

為什么需要虛擬電廠

為什么需要虛擬電廠：風(fēng)光快速增加帶來的填谷需求

風(fēng)光裝機(jī)快速增長,，加劇電力系統(tǒng)不可控性,。截至2023H1，我國風(fēng)電裝機(jī)389.21GW,，太陽能裝機(jī)470.67GW,，風(fēng)光合計占總裝機(jī)的31.76%。其中,，2023年H1我國風(fēng)電新增裝機(jī)22.99GW,，對比22年同期新增12.94GW，同比+77.67% ,；太陽能新增裝機(jī)78.42GW，對比22年同期新增30.88GW,，同比+153.95%,，風(fēng)、光均加速增長,。新能源出力主要受來風(fēng),、來光影響，人為干預(yù)作用小,。因此,，當(dāng)新能源出力與負(fù)荷用電特性不吻合時,，便存在新能源電力消納問題，處理不當(dāng)會引發(fā)電力系統(tǒng)安全事故,，且造成投資的浪費,。

光伏建設(shè)速度遠(yuǎn)超風(fēng)電，分布式光伏成為主力,。2022年我國光伏裝機(jī)超過風(fēng)電,，其中分布式功不可沒。2022年分 布式光伏新增裝機(jī)51.11GW,，占當(dāng)年全部光伏新增的58.48%,；截至23H1，分布累計裝機(jī)達(dá)198.23GW,。分布式建設(shè),、選址簡單，項目周期短,，裝機(jī)提升快,。由于其出力時間高度集中，受電網(wǎng)調(diào)度管控程度相對低,，消納問題正在顯現(xiàn),，山東、河南等分布式裝機(jī)大省已出臺分布式配儲文件,。

“鴨子曲線"變“峽谷曲線",，光伏增加帶來填谷需求?！傍喿忧€"由美國加州電網(wǎng)運營商CAISO提出,，即在光伏出力高峰的中午，凈負(fù)荷曲線下降,，隨后在晚上光伏發(fā)電量下降時凈負(fù)荷急劇上升,。隨著光伏裝機(jī)增加，CAISO的凈負(fù)荷曲線出現(xiàn)了向“峽谷曲線"的轉(zhuǎn)變,，即中午凈需求更低,，跌至零值甚至負(fù)值；傍晚負(fù)荷增加更加陡峭,，其他電源需快速爬坡出力以適應(yīng)負(fù)荷的急劇攀升,。

（圖片來自于華福證券虛擬電廠專題報告）

國內(nèi)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(jī)結(jié)構(gòu)與CAISO相似,，截至22年底，光伏裝機(jī)占比達(dá)到 22.5%,。在2023年五一假期期間,，山東省內(nèi)用電負(fù)荷下降約15%,，引發(fā)連續(xù)負(fù)電價現(xiàn)象。值得注意的是,，4月29日-5月1日現(xiàn)貨價格曲線形狀類似鴨子曲線,，期間10時-15時負(fù)電價出現(xiàn)尤為頻繁，而該時段為光伏發(fā)電高峰,。結(jié)合此前山東 將中午時段劃分為電價深谷時段,，新能源裝機(jī)增加改變了原有的負(fù)荷曲線，使得新能源集中大發(fā)時段,，電網(wǎng)凈負(fù)荷出現(xiàn)了一個深谷,，需要對負(fù)荷進(jìn)行時間上的轉(zhuǎn)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：充電樁等新型負(fù)荷使得負(fù)荷側(cè)復(fù)雜程度提升

充電樁保有量隨新能源汽車快速提升,，改變配電網(wǎng)形態(tài)。截至2023H1,，我國公共充電樁保有量為214.86萬臺,，同比+40.63%。2023H1,，新能源汽車銷量同比+44.13%,，保持快速增長，可以預(yù)見未來隨新能源汽車銷量繼續(xù)快速提升,，充電樁保有量將持續(xù)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(guī)交流充電樁,，快充直流樁由于功率更大,、充電時間更短，產(chǎn)生沖擊更大,。

充電樁加劇居民生活用電負(fù)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，會導(dǎo)致原有負(fù)荷峰值繼續(xù)提升,，產(chǎn)生時間短,、量級高的尖峰負(fù)荷；（2）按尖峰負(fù)荷配置變壓器容量,，導(dǎo)致其余時間資源閑置,；（3）充電負(fù)荷波動帶來網(wǎng)絡(luò)損耗等。

因此,，充電樁的發(fā)展導(dǎo)致了削峰填谷需求的增加，但同時充電樁和新能源汽車本身是良好的可調(diào)節(jié)負(fù)荷,，如能通過虛擬電廠進(jìn)行聚合和優(yōu)化,，是降低充電成本和降低電網(wǎng)投資的雙贏之選,。

為什么需要虛擬電廠：需求側(cè)響應(yīng)能力力爭達(dá)到至大負(fù)荷的3%-5%

需求側(cè)響應(yīng)能力建設(shè)目標(biāo)明確。十四五前,，虛擬電廠停留在個別地區(qū),、項目試點階段，一是新能源裝機(jī)占比不高,，電力系統(tǒng)對靈活 性資源需求不強(qiáng),；二是缺乏量化目標(biāo)。 2022年,，《“十四五"現(xiàn)代能源體系規(guī)劃 》提出,，力爭到2025年，電力需求側(cè)響應(yīng) 能力達(dá)到至大負(fù)荷的 3%～5%,，其中華東,、華中、南方等地區(qū)達(dá)到至大負(fù)荷的5%左右,。

虛擬電廠政策密集發(fā)布,，成為新型電力系統(tǒng)建設(shè)的重要一環(huán)，政策力度有望持續(xù)加大,。7月11日,，深化改革委員會第二次會議召開，審議通過了《關(guān)于深化電力體制改革 加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的指導(dǎo)意見》,。會議強(qiáng)調(diào),，要健全適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的體制機(jī)制，推動加強(qiáng)電力技術(shù)創(chuàng)新,、市場機(jī)制創(chuàng)新,、 商業(yè)模式創(chuàng)新。虛擬電廠作為促進(jìn)新能源消 納的重要環(huán)節(jié)和電力商業(yè)模式創(chuàng)新的重要形式,，后續(xù)政策支持力度有望持續(xù)加大,。

虛擬電廠如何創(chuàng)造收益

虛擬電廠如何創(chuàng)造收益：需求側(cè)響應(yīng)

虛擬電廠的三個收益來源：需求側(cè)響應(yīng)、輔助服務(wù)市場,、電力現(xiàn)貨市場 ,。當(dāng)前我國虛擬電廠處于邀約型向市場型過渡階段。邀約型階段主要由政府部門或調(diào)度機(jī)構(gòu)牽頭組織,，發(fā)出邀約信號,，虛擬電廠組織資源進(jìn)行響應(yīng)，并獲得容量/電量補(bǔ)貼,。我國多個省份出臺了需求響應(yīng)細(xì)則,，其中以江蘇、上海、廣東等省市開展得較好,。需求側(cè)響應(yīng)補(bǔ)貼單價高但頻率低,，市場化程度低。需求響應(yīng)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年全年開展9次日前邀約型市場化需求響應(yīng)（均發(fā)生在7月和8月）,；至大削峰負(fù)荷277萬千瓦，至大響應(yīng)申報量609萬千瓦,；有效響應(yīng)調(diào)用收益1.63億元,。可以看到,，雖然補(bǔ)至至高達(dá)到5元/千瓦時（可中斷負(fù)荷）,，但需求響應(yīng)并非常態(tài)化進(jìn)行，發(fā)生頻率較低,，有很強(qiáng)的計劃色彩,。因此隨著我國電力市場體制建設(shè)逐漸完善，虛擬電廠也正從邀約型階段向市場型階段過渡,。

虛擬電廠如何創(chuàng)造收益：輔助服務(wù)市場

新型電力系統(tǒng)持續(xù)催生對輔助服務(wù)的需求,。傳統(tǒng)電源（火電、水電等）具備一定的調(diào)節(jié)能力,，而新能源存在出力波動,、無功缺失等特性，導(dǎo)致高比例新能源裝機(jī)電力系統(tǒng)對電力輔助服務(wù)的需求提升,。根據(jù)國家數(shù)據(jù),，2019H1我國輔助服務(wù)費用占總電費比例為1.47%；根據(jù)中國能源報,，這一比例在近兩年上升至2.5%,；根據(jù)國際經(jīng)驗,，輔助服務(wù)費用一般占社會總電費的3%以上,，隨著新能源大規(guī)模接入還將不斷增加,。因此，預(yù)計輔助服務(wù)市場規(guī)模將以高于用電量增速的速度增長,。

虛擬電廠主要發(fā)揮調(diào)峰,、調(diào)頻作用。2021年12月,，國家修訂發(fā)布《電力輔助服務(wù)管理辦法》,，確指出電力用戶可通過委托虛擬電廠代理的形式參與電力輔助服務(wù)市場,，此后多地在電力輔助服務(wù)細(xì)則中對虛擬電廠/負(fù)荷聚合商參與輔助服務(wù)的條件、補(bǔ)償方式予以明確,。當(dāng)前,，虛擬電廠主要功能是電能量的時間轉(zhuǎn)移,，對應(yīng)調(diào)峰服務(wù),；未來隨著工商業(yè)儲能滲透率提升，虛擬電廠有望在調(diào)頻服務(wù)取得更大突破,。從2023H1全國輔助服務(wù)運行數(shù)據(jù)看,，調(diào)峰、調(diào)頻是輔助服 務(wù)費用的主體,，費用合計占比達(dá)到80%,。

虛擬電廠市場規(guī)模測算

虛擬電廠市場空間測算：預(yù)計到2025年投資規(guī)模為330-550億元

從投資端看虛擬電廠規(guī)模：計算邏輯：假設(shè)需求側(cè)響應(yīng)投資和虛擬電廠投資等效，投資規(guī)模=全社會至大用電負(fù)荷*需求側(cè)響應(yīng)能力占比*需求側(cè)響應(yīng)能力單位投資,。（1）根據(jù)中電聯(lián)預(yù)測,，到2025年全社會至大用電負(fù)荷為16.3億千瓦；（2）根據(jù)《“十四五"現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》,，力爭到 2025 年,，電力需求側(cè)響應(yīng)能力達(dá)到至大負(fù)荷的 3%～5%，假設(shè)保守情況下2025年需求側(cè)響應(yīng)能力達(dá)到至大負(fù)荷的3%,，樂觀情況下達(dá)到至大負(fù)荷的5%,；（3）根據(jù)測算，如果通過火電廠滿足5%的峰值負(fù)荷需要投資4000億元,，而通過虛擬電廠實現(xiàn)這一目標(biāo)僅需投資500億-600億元,。假設(shè)滿足5%的峰值負(fù)荷需要虛擬電廠投資550億元，倒算得到需求側(cè)響應(yīng)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/需求側(cè)響應(yīng)總投資額為330億元,，樂觀情況下總投資額為550億元,。

虛擬電廠市場空間測算：預(yù)計2025年運營規(guī)模在百億元級別

從運營端看虛擬電廠規(guī)模： 電力現(xiàn)貨市場下：（1）根據(jù)中電聯(lián)預(yù)測，到2025年全社會用電量為9.5億千瓦時,；（2）假設(shè)現(xiàn)貨交易電量占全社會用電量的10%,；（3）現(xiàn)貨市場并非時時存在價差，假設(shè)虛擬電廠單日可進(jìn)行4小時電量的套利（參考工商業(yè)2h儲能系統(tǒng)兩充兩放 策略）,，參考近期代理購電峰谷價差,，假設(shè)平均峰谷價差為0.7元/千瓦時；（4）假設(shè)虛擬電廠套利電量占現(xiàn)貨市場可套利電量的20%,；（5）假設(shè)虛擬電廠運營商分成比例取20%-80%,。 測算得到，通過電力現(xiàn)貨市場獲利模式下，當(dāng)虛擬電廠運營商分成比例為50%時,，虛擬電廠2025年運營市場規(guī)模為111 億元,。輔助服務(wù)和電力現(xiàn)貨兩種獲利途徑存在部分重合關(guān)系，電力現(xiàn)貨基本對至大的輔助服務(wù)品種——調(diào)峰服務(wù)形成替代,。無論通過哪種途徑獲得收益,，我們測算當(dāng)運營商分成比例為50%時，2025年虛擬電廠運營市場規(guī)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(xù)迭代升級

深耕用電業(yè)務(wù)，微電網(wǎng)解決方案供應(yīng)商,。公司成立于2003年,，早年定位用電自動化領(lǐng)域，從事用戶端智能電力儀表的研發(fā),、生產(chǎn)與銷售,，主要產(chǎn)品為電力監(jiān)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 年公司開始向綜合服務(wù)商轉(zhuǎn)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(tǒng),、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1.4萬余企業(yè)配套系統(tǒng)解決方案,。

EMS產(chǎn)品實現(xiàn)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EMS3.0將在EMS2.0基礎(chǔ)上并入光儲充平臺，實現(xiàn)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(gòu)，功能正在逐步完善,。

——以上內(nèi)容節(jié)選自華福證券虛擬電廠專題報告：虛擬電廠蓄勢待發(fā),，源網(wǎng)荷儲聯(lián)動是新型電力系統(tǒng)必然選擇。

安科瑞智慧能源管理平臺助力虛擬電廠快速發(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(tǒng),、充電設(shè)施以及各類交直流負(fù)荷的運行狀態(tài)實時監(jiān)視,、智能預(yù)測,、動態(tài)調(diào)配，優(yōu)化策略,，診斷告警,，可調(diào)度源荷有序互動、能源全景分析,，滿足企業(yè)微電網(wǎng)能效管理數(shù)字化,、安全分析智能化、調(diào)整控制動態(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與經(jīng)濟(jì)運行，為用戶降低能源成本,，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的調(diào)度指令和需求響應(yīng),，是虛擬電廠平臺的企業(yè)級子系統(tǒng),。

圖1  AcrelEMS 智慧能源管理平臺主界面

平臺結(jié)構(gòu)

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

常規(guī)負(fù)荷數(shù)據(jù)，根據(jù)負(fù)荷變化和電網(wǎng)調(diào)度進(jìn)行優(yōu)化控制,，促進(jìn)新能源消納的同時降低對電網(wǎng)的至大需量,，使之運行安全。

圖2  AcrelEMS 智慧能源管理平臺結(jié)構(gòu)

平臺功能

1.能源數(shù)字化展示

通過展示大屏實時顯示市電,、光伏、風(fēng)電,、儲能,、充電樁以及其它負(fù)荷數(shù)據(jù)，快速了解能源運行情況,。

2.優(yōu)化控制

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

3.智能預(yù)測

結(jié)合氣象數(shù)據(jù),，歷史數(shù)據(jù)對光伏、風(fēng)力發(fā)電功率和負(fù)荷功率進(jìn)行預(yù)測,，并與實際功率進(jìn)行對比分析,，通過儲能系統(tǒng)和負(fù)荷控制實現(xiàn)優(yōu)化調(diào)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(biāo)，并折算標(biāo)煤或碳排放等,。

5.有序充電

系統(tǒng)支持接入交直流充電樁，并根據(jù)企業(yè)負(fù)荷和變壓器容量,，并和變壓器負(fù)荷率進(jìn)行聯(lián)動控制,，引導(dǎo)用戶有序充電，保障企業(yè)微電網(wǎng)運行安全,。

6.運維巡檢

系統(tǒng)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,，并通過北斗定位跟蹤運維人員軌跡,，實現(xiàn)運維流程閉環(huán)管理。

設(shè)備選型

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

安科瑞系統(tǒng)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(jiān)管云平臺,、充電樁運營管理云平臺、智慧消防云平臺,、電力監(jiān)控系統(tǒng),、微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)、智能照明控制系統(tǒng),、電能質(zhì)量治理系統(tǒng),、電氣消防系統(tǒng)、隔離電源絕緣監(jiān)測系統(tǒng)等系統(tǒng)解決方案,，覆蓋企業(yè)微電網(wǎng)各個環(huán)節(jié),，打造準(zhǔn)確感知、邊緣智能,、智慧運行的企業(yè)微電網(wǎng)智慧能源管理系統(tǒng)。