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虚拟电厂

时间：2023-02-06 来源：浏览：

虚拟电厂

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功能介绍传播国家2030年碳达峰/2060年碳中和的政策、知识、技术与优良做法

收录于合集 #虚拟电厂 17个

内容来源: 新能源们

正文开始

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一、概念

虚拟电厂是一种通过信息技术聚合分布式能源，参与电力市场的电源管理系统。

1997 年 Shimon Awerbuch 博士在其著作《虚拟公共设施：新兴产业的描述、技术及竞争力》中首次提出“虚拟电厂”（ VirtualPowerPlant ， VPP ）这一术语，并将其定义为：独立且以市场为驱动的实体之间的一种灵活合作，这些实体不必拥有相应的资产而能够为消费者提供其所需要的高效电能服务。

据钟永洁等发表的《虚拟电厂基础特征内涵与发展现状概述》一文，虚拟电厂不是一个真实的物理电厂，但起到了电厂的作用：发出电能，参与能量市场；通过调节功率来参与辅助服务市场调峰、调频等。 VPP 是一种通过先进信息通信和监测控制技术，聚合优化海量分布式新能源、储能系统、可控负荷、电动汽车，作为一个特殊电厂参与电网运行和电力市场的电源协调管理系统，对外表现为一个可控电源。它既可作为“正电厂”向系统供电，又可作为“负电厂”通过负荷侧响应以配合系统填谷。

虚拟电厂的核心是资源“聚合”和平台“通信”

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二、国内现状

1、虚拟电厂按照发展阶段，可划分为合约型、市场型和自主型三大类

合约型（邀约型）阶段为虚拟电厂初始阶段，通过专项资金、特定合同、激励政策引导聚合商参与，完成邀约、响应和激励流程。在不同牵头单位和市场的驱动下，虚拟电厂的组织方式将逐步从邀约型转变为市场型，在市场型阶段主体通过参与电能现货市场、辅助服务市场获得收益。自主型阶段是高级发展阶段，将能实现跨空间自主调度，既包含可调负荷、储能和分布式能源等基础资源，也包含由这些基础资源整合而成的微网、局域能源互联网。

2、虚拟电厂在国内多点开花

国内虚拟电厂仍处于概念验证和试点示范阶段，以合约型为主。

广州市 2021 年 6 月发布的《广州市虚拟电厂实施细则》，补贴支持“虚拟电厂”发展

首个省级 “虚拟电厂” 方案落地， 2022 年 6 月 23 日，山西省能源局发布《虚拟电厂建设与运营管理实施方案》国内首份省级虚拟电厂运营管理文件。

预计2025年，全社会用电量9.2亿度，负荷15.7亿千瓦， 2030年，全社会用电量10.3亿度，负荷17.7.7亿千瓦在全国构建不少于最大负荷 5% 的可调节负荷资源库，预计到 2025 年，需构建可调负荷资源库约 7850 万千瓦；到 2030 年底，由于可再生能源占比提高，需构建的可调负荷资源响应能力提高，按 6% 计算届时资源库容量约为 10620 万千瓦。

考虑项目可行性，投资成本预计 1000 元 / 千瓦。

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三、欧美玩家

1、Next Kraftwerke 是欧洲最大的虚拟电厂运营商之一。

1）NextKraftwerke 是德国一家大型的虚拟电厂运营商，同时也是欧洲电力交易市场认证的能源交易商，参与能源的现货市场交易。

2）Next Kraftwerke 提供虚拟电厂全套解决方案。

NextKraftwerke 公司涉及虚拟电厂业务涵盖数据采集、电力交易、电力销售、用户结算等全链条，同时也可以为其他能源运营商提供虚拟电厂的运营服务。

Next Kraftwerke 提供虚拟电厂全套解决方案

德国《可再生能源法》明确规定，所有 100 千瓦以上可再生能源发电项目必须参与电力市场交易销售，因此很多分布式新能源项目倾向于选择交由虚拟电厂运营。

3）Next Kraftwerke 公司探索多元商业模式

2、特斯拉新能源产业生态的枢纽： Autobidder

1）特斯拉形成“车 + 桩 + 光 + 储 + 荷 + 智”的新能源产业生态闭环

2）Autobidder 是系统 + 平台 + 算法库。 Autobidder 不仅仅是电力交易的数字化软件，特斯拉还赋予它分布式能源交易管理系统、虚拟电厂交易和控制平台，以及开源复杂算法库等更多涵义。

3）Autobidder 是虚拟电厂实时交易和控制平台

Autobidder 可以在车辆、电池、光伏设备等特斯拉生态系统、甚至电网中自动调度能源电力，以实现高效的资源分配和最大的商业效益。

Autobidder 管理着数百兆瓦的电力资产，在全球范围内提供了千兆瓦时的电网服务，在澳大利亚、美国等多地区落地成熟的市场型虚拟电厂项目，并在美国德州积极探索自主型虚拟电厂模式。

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四、国内外虚拟电厂对比

1、欧美国家的虚拟电厂发展比中国早近十年时间，比较成熟

各国发展各有侧重，欧洲虚拟电厂以聚合分布式电源为主；美国虚拟电厂则以负荷型的灵活性资源为主，美国许多州都在尝试家庭虚拟电厂；日本以聚合用户侧储能和分布式电源为主；澳大利亚以聚合用户侧储能为主，特斯拉公司在南澳建成了号称世界上最大的电池虚拟电厂。

国外主要虚拟电厂项目

2、国内虚拟电厂处于起步阶段，尚未形成成熟的成套解决方案，仍以试点示范为主

从 2016 年前后开始，上海主要以聚合商业楼宇空调资源为主开展虚拟电厂试点；广东主要以点对点项目测试为主；山东试点开展了日前现货交易；冀北主要以参与华北辅助服务市场为主。其中，冀北虚拟电厂是国内少有的完全市场化运营模式。

公开资料显示，冀北虚拟电厂一期主要覆盖张家口、秦皇岛、廊坊三个地市，实时接入与控制蓄热式电采暖、可调节工商业、智能楼宇等 11 类可调资源，自 2019 年 12 月投运至次年 4 月供热季结束，其虚拟电厂参与调峰总收益约 160.4 万元。

3、国内虚拟电厂与国外相比仍有较大差距，主要体现在以下四个方面：

1、聚合资源类型不同，国外聚合资源类型丰富，包括源、荷、储等各类资源（如德国Next Kraftwerke公司分布式资源占比达97%），而国内以负荷侧资源为主，类型单一，难以形成规模效益；

2、市场成熟度不同，国外辅助服务市场和电力现货市场已经较为成熟，相关配套机制较为健全，而国内仍未形成稳定的电力市场机制，配套机制仍不完善；

3、核心技术发展程度不同，国外核心技术更加成熟，尤其是虚拟电厂中核心的协调控制技术，已经可以实现大规模资源的协调优化控制，而国内对发电侧分布式能源尚不可控，协调控制技术有待完善；

4、商业模式成熟度不同，国外虚拟电厂商业化已较成熟，通过电力市场交易、参与调峰调频、配置储能等获得收益，而国内虚拟电厂的商业模式不清晰，仍处于探索阶段。

4、国内虚拟电厂面临问题

1）政策方面，管理体系和市场激励机制不完善

国家还未出台专项政策，国家和地方层面对虚拟电厂的规划、设计、建设、运行、监管等管理职能未能作出统一部署。同时，市场激励机制和补偿机制也存在空白，相关用户、发电商参与积极性不高，亟待出台相关政策。

2）技术方面，分布式能源的协调控制和精准预测能力有待提高

分布式能源、储能系统及可控负荷等的协调控制是虚拟电厂的关键和难点。目前，国内虚拟电厂试点实现了初步用户用能监测，但在资源的优化调度方面还有较大不足，同时由于用电设备精细化数据采集能力不足，数据积累量不够，在大容量、资源分布广的可再生能源的精准预测方面也存在较大差距。

3）市场开放程度方面，用户侧负荷及发电侧资源参与意愿不强。

当前中国电力行业的产业结构，在负荷侧几乎没有成熟的服务商和市场环境，电力市场的开放程度不高。一些地区出于安全运行等方面的考虑，对虚拟电厂设置了 “ 高门槛 ” ，提出安全性、技术规范标准等各种要求，大大降低了市场主体参与的积极性。如华北地区，目前仅允许虚拟电厂根据日前发电预计划在出清价格最高时段提供调峰服务；上海虽有报价机制，但将虚拟电厂调峰单独划分，不与火电提供的深度调峰共同报价出清。

4、商业模式方面，虚拟电厂盈利模式不明朗

当前，国内虚拟电厂项目基本由电网公司建设运营，国家层面缺乏总体政策保障和机制驱动，参与主体靠国家补助，整体盈利模式仍处于探索阶段，没有持续性。同时，目前省级层面缺乏统一的虚拟电厂平台，没有统一标准和接口，各类设备、聚合商间数据交互壁垒高，建设成本和难度较高。

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五、其他

虚拟电厂并不是传统意义真实存在的电厂，而是利用通信技术和软件系统创建的一套电力能量管理系统，可 实现对分布式电源、储能、可控负荷、电动汽车等分布式资源进行聚合和优化控制 ，就像一个无形的电厂，对新型电力系统下的发电侧和用电侧运行进行协调管理，实现传统电厂调节电力平衡的功能，因此称为虚拟电厂。

1、 核心技术

虚拟电厂是 聚合分布式能源与实现能量优化调度 ，因此其核心技术就离不开对分布式能源数据的收集与处理，主要涉及 智能计量技术 、 协调控制技术 和 信息通讯技术 。

1）智能计量技术可以实现用户侧能耗的自动读取，为虚拟电厂采用合理的调节措施提供数据支撑。

2）协调控制技术通过对收集的多样性信息建立完善的数字模型和优化算法，通过协调控制技术对数据进行处理和统筹优化。尤其是面对可再生能源发电站的间歇性、随机性或存在的预测误差等，需要借助协调控制，实现对系统的高要求输出。

3）信息通信技是虚拟电厂不仅能接收各分布式资源的信息，还能够将指令发送到指定接口，通过结合各部分信息，最终决策出优化控制策略。而各部分的通讯信息共同组成虚拟电厂的通讯网络。

2、运行方式

虚拟电厂就是用以 维持用电侧与发电侧平衡的一套管理系统 。通过分析用户侧行为模式、挖掘海量资源响应能力实现资源整合，并依据边云协同和分布式算法对负荷进行实时监管和优化调度，再结合电力市场交易数据实现对维度电力市场的高效运营，搭建的具备高并发、低延迟、安全可靠的云端管理平台系统。

3、虚拟电厂的价值意义

虚拟电厂的价值在于 提供一个可调控的资源池，实时满足用电需求、匹配发电频率 ，具体包括：

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六、商业模式及未来电力市场化

虚拟电厂的商业模式：当前以辅助服务赚取补贴为主，未来向电能量交易方向发展

虚拟电厂通过参与辅助服务获取补贴和电能量交易赚取峰谷价差。2015年，国家发改委和国家能源局印发《电力中长期交易基本规则（暂行）》，从市场成员及其权责边界、交易品种和方式、价格机制、发用电计划及交易时序安排等角度给出制度框架，厘清了电改的发展方向，曾明确具备条件的地区逐步建立以中长期交易为主、现货交易为补充的市场化电力、电量平衡机制。

2022年6月份以来，虚拟电厂在盈利模式方面取得突破性进展，盈利模式逐渐成型，解决了虚拟电厂可持续发展的关键问题，虚拟电厂有了合法身份进入电力市场交易，虚拟电厂商用进展加速。

我国虚拟电厂的商业模式以为大电网 提供调频调峰等辅助服务赚取补贴为主 。目前，我国的虚拟电厂以邀约型为主，政府机构或电力调度机构发出邀约信号，负荷聚合商和虚拟电厂组织资源进行削峰填谷等需求响应，从电网电价补贴中获取收益，其中，填谷难度比削峰大，削峰主要针对广东、浙江、江苏等长三角和珠三角的用电大省，填谷主要针对中西部发电集中区。

辅助服务： 是指除正常电能生产、输送、使用外，为维护电力系统的安全稳定运行、保证电能质量，由发电企业、电网企业和电力用户提供的服务。辅助服务分为基本辅助服务和有偿辅助服务，包括调峰、一次调频、自动发电控制（AGC）、无功调节、备用、黑启动服务等。

调峰： 虚拟电厂只有接到电网调度指令并执行指令，才能得到补偿。调峰补偿方式有两种：固定补偿和市场化补偿，国网区域大多采用固定补偿和市场化补偿，南网区域采用固定补偿。调峰市场大于调频市场。

调频： 分为一次调频和二次调频，调频对速度和精度要求较高，火电机组AGC调频有延迟和偏差，储能AGC跟踪曲线与指令曲线基本能达到一致，达到精准调节。调频性能指标用K值衡量，K由响应速度K1、调节速率K2、响应精度K3加权平均得到。调频补偿方式有两种：里程补偿和容量补偿。

随着全国统一电力交易市场的成熟，虚拟电厂商业模式 重心将转向参与电力市场交易。

1、售电公司给客户提供的电由三部分组成：数月前通过合同买下来的电（ 中长期交易 ）；前一日买的电（ 日前交易 ）；客户当天实际的用电偏差（ 实时交易 ）。相应用电的价格也是由这三个部分共同构成的，发电侧采用节点电价，用电侧采用统一加权平均电价，通过电能量市场与辅助服务市场联合出清。

2、 中长期交易： 是压舱石和稳定器。由于现货交易市场的电价波动会对发电厂造成亏损风险，因此签订中长期合同可以为发电厂锁定未来大部分的发电利润。

3、 现货交易： 是保障电力市场稳定运行的必要条件，优点是其直接性，缺点是价格变化快。由于电力不易储存，需求突增(或生产突减)将会使价格剧增。 现货交易市场分为日前市场、日内市场和实时市场。

1） 日前市场： 是实际运行的前一天对次日24小时电能进行交易的市场。通过日前交易，电力调度机构可以确定次日的系统运行方式和调度计划。日前市场中，发电厂和用电用户各自申报次日发用电计划和价格，按照市场规则进行竞价出清，市场出清结果作为后续结算依据，以15分钟为一个交易时段，每天96个时段。

2） 日内市场： 是安排当日电能交易或发电计划的市场。在日内，负荷需求和发电供应情况相比于日前预测值还会发生变化，发电厂和售电商可以在日内电能市场针对日前交易计划进行调整，每个交易时段为15-60分钟。

3）实时市场：售电公司的预测用电与实际用电相比仍会有偏差，电网会根据实际用电需求进行发电，并重新计算价格得到实时价格，售电公司的实际用电曲线与日前申报曲线的差值部分就以实时价格做结算，每个交易时段为15-60分钟。