虛擬電廠建設發展報告虛擬電廠建設發展報告2023.08目錄目錄虛擬電廠本質是通過數字化手段聚合分布式能源的軟件平臺系統，通過統一調度參與電力市場。新能源裝機比例及用戶側間歇性負荷的進一步增長，對電力系統靈活調節能力進一步提升，傳統“源隨荷動”的運行模式亟須向“源荷互動”虛擬的電廠來做統一的管理和調度。虛擬電廠是需求側響應的延伸版，兼顧削峰和填谷，部分具有儲能特征。成熟的電力市場是虛擬電廠商業化的基礎。德國和美國電力現貨市場/輔助服務市場已比較成熟，虛擬電廠已完全實現商業化。其中，德國由于分布式電源裝機占比較高（2020年分布式光伏裝機占比74%），因此虛擬電廠資源以發電側為主；而美國由于高電價導致戶用光伏裝機占比較高，虛擬電廠資源以負荷側為主。歐美虛擬電廠收入模式為：參與電力現貨/輔助服務市場，提供需求側響應或容量服務賺取削峰填谷收入，或通過優化管轄內用戶用電計劃，獲取溢價分成。目前我國虛擬電廠處于邀約型向市場化過渡的階段，國家電投深圳能源虛擬電廠已參與電力現貨市場盈利。我國虛擬電廠還處于發展初期，主要由政策引導來參與市場。目前江蘇、浙江、上海、冀北等地區已開展虛擬電廠實踐，主要響應2022年5月，國家電投深圳能源為我國首個虛擬電廠調度用戶負荷參與電力現貨市場盈利的案例，平均度電收益0.274元。據中電聯預計，2025年全社會用電量達9.5萬億千瓦時，而最大負荷將達到16.3億千瓦，假設可調節能力為5%、投資成本為1000元/千瓦，預計到2025815億元。虛電廠需側響應延伸 6背景：能源綠色轉型電力統調能力求提升 7定義：通過數字化手段合分式能的軟平臺統 8原理：聚合分布式能，削填谷參與力市場 9分類：電源型、負荷、儲型、合型 10歐美電力市場成熟，虛擬廠已現商化 11收入模式：削峰填谷收、用用電本優分成 12德國：發電側分布式能聚合主，立虛電廠主要與方 13美國：負荷側資源聚合主 15國內現狀：邀約型向市場過渡 17政策支持：鼓勵虛擬電建設增強力系調節力 18運作機制：邀約—響應—激勵 19實踐：國家電投-個虛電廠與電現貨場盈案例 20一、虛擬電廠：需求側響應的延伸1.1背景：能源綠色轉型，電力系統調節能力要求提升新能源裝機比例提升，傳統電力系統“源隨荷動”的運行模式亟須向“源荷互動”轉變。在碳中和、碳達峰目標的驅動下，我國能源綠色轉型進度加速。然而，新能源發電嚴重依賴于光照強度、風力強度等自然因素指標，總體上具有隨機性、間歇性和波動性的特點；與此同時，新能源裝機比例及用戶側間歇性負荷的進一步增長，對電力系統靈活調節能力提出了越來越高的要求。傳統“源隨荷動”的運行模式亟須向“源荷互動”轉變，“虛擬電廠”應運而生。圖表1：我國非化石能源消費比重及未來預期目標（%）1.21.2定義：通過數字化手段聚合分布式能源的軟件平臺系統虛擬電廠顧名思義就是虛擬化的電廠，起到發出電能，參與能量市場；通過調節功率來參與輔助服務市場調峰、調頻等作用。其核心思想就是把各類分散可調電源、可控負荷、儲能聚合起來，通過數字化的手段形成一個虛擬的電廠來做統一的管理和調度。所以，虛擬電廠本質上是一套軟件平臺系統，它聚合了現有的分布式資源，并通過協同控制，參與電力市場。圖表2：傳統電力能源生態系統和虛擬電廠能源生態系統示意圖1.31.3原理：聚合分布式能源，削峰填谷、參與電力市場虛擬電廠可以看作需求側響應的延伸版。需求側響應主要是削峰，主要針對用戶負荷；虛擬電廠則是削峰和填谷兼顧，部分具有儲能特征，源、網、荷、儲都包含在內。圖表3：虛擬電廠結構意圖 圖表4：虛擬電廠平臺構示圖 1.41.4分類：電源型、負荷型、儲能型、混合型虛擬電廠聚集了分布式能源（發電）、儲能（充電/放電）、可控負荷（用電）4類：電源型虛擬電廠：具有能量出售的能力，可以參與能量市場，并視實際情況參與輔助服務市場；復合型虛擬電廠：具有功率調節能力，可以參與輔助服務市場，能量出售屬性不足；儲能型虛擬電廠：可參與輔助服務市場，也可部分時段通過放電來出售電能；混合型虛擬電廠：全能型角色。在國外案例中，日本和德國以儲能和分布式電源作為虛擬電廠的主體，美國則是以可控負荷為主，規模已占尖峰負荷的5%以上。圖表5：虛擬電廠對外特征示意資料來源：《虛擬電廠基礎特征內涵與發展現狀概述》_鐘永潔等二、歐美電力市場成熟，虛擬電廠已實現商業化2.1收入模式：削峰填谷收入、用戶用電成本優化分成2.1收入模式：削峰填谷收入、用戶用電成本優化分成轄內用戶用電計劃，獲取溢價分成。歐洲和美國電力現貨市場/輔助服務市場已比較成熟，虛擬電廠已完全實現商業化。我國新型電力市場還處于完善中，虛擬電廠主要由政策引導來參與市場。年份相關文件補償費用來源2020年《2020年全省電力需求響應工作方案》緊急型削峰、填谷需求響應補償費用計入供電成本，經濟型削峰、填谷需求響應補償費用暫從年份相關文件補償費用來源2020年《2020年全省電力需求響應工作方案》緊急型削峰、填谷需求響應補償費用計入供電成本，經濟型削峰、填谷需求響應補償費用暫從電網公司參與跨省區可再生能源現貨市場試點形成的資金空間支出。2021年《2021年全省電力需求響應工作方案》緊急型削峰、填谷需求響應補償費用按照國家有關政策進行分攤疏導；經濟型削峰響應補償待電力現貨市場連續長周期結算運行時予以明確；經濟型填谷需求響應無補償費用。2022年《2022年全省電力可中斷負荷需求響應工作方案》需求響應資金由全省工商業用戶、相關發電企業進行分攤，削峰需求響應補償費用按全省工商業用戶在需求響應執行時段的用電量進行分攤，填谷需求響應補償費用按省內核電機組、集中式新能源廠站、火電機組在需求響應執行時段上網電量進行分攤。電能量收入電能量收入計劃，獲得溢價部分分成收入模式輔助服務收入提供調峰調頻服務容量收益提供容量服務2.2德國：發電側分布式能源聚合為主，獨立虛擬電廠是主要參與方2.2德國：發電側分布式能源聚合為主，獨立虛擬電廠是主要參與方2020年，歐洲風光發電占比達19.58%，位居全球首位。其中，德國是全球新能源轉型翹楚，202155.81%，風光發電量占比達28.85%。圖表8：2020年歐洲風電光伏發電量占比位居全球首位

圖表：年德國風光裝機量占比.

圖表：年德國風光發電量占比.% 德國虛擬電廠資源來源于發電側、需求側和儲能，但其高分布式能源占比的特點決定了其以分布式電源的聚合為主。收入來源：其主要應用場景為參與電力現貨市場，并通過靈活電價來引導電廠管轄內系統優化發用電成本，優化交易收益，溢價部分與客戶分成；或參與輔助服務（調頻、備用等）來收取服務傭金。從市場參與主體來看，其包括獨立虛擬電廠運營商、電力公司虛擬電廠、新型市場參與者，其中，獨立虛擬電廠是主要參與方。tKraft-rk是歐洲規模最大的虛擬電廠之一，202年其電廠規模已達80MW（來源于官網）。圖表11：德國分布式光占光裝機比重74.2% 圖表12：德國虛擬電廠類型特征NextKraft-werkeEnteliosGETECEner-gieMVVEnergieBayWa.reSonnen能源資源組合發電側、需求側，儲能需求側發電側、需求側發電側、需求側發電側儲能電廠規模9800MW（2021年）>1GW（2018年）3000MW以上500MW（2015年）3300MW（2019年）資源管理與優化√√√√√√平衡服務√√√√√√直接銷售√√√√√需求響應(工商業)√√√√√需求響應(家庭)√向消費者/產消者供電√√√獨立虛擬電廠

電力公司虛擬電廠

新型市場參與者虛擬電廠2.3美國：負荷側資源聚合為主2.3美國：負荷側資源聚合為主2021年，美國風光發電占比為12.6%，略高于中國。雖然美國新能源滲透率與我國相差不大，但美國居民持續上漲的高電價提升了對戶用光伏的需求。據EIA統計數據，56美元/kh約RB3KW投資成本持續下行的背景下，通過建設戶用光伏自發自用的經濟性進一步凸顯。負荷側電源的大規模接入對電網靈活性需求進一步提升，提升了對分布式能源聚合商的需求。圖表：.

圖表14：2021年美國風電光伏裝機量占比為16.2%

圖表15：2021年美國戶用光伏新增裝機占全美光伏新增裝機比重的17.8% 美國虛擬電廠主要以負荷側靈活性資源為主，規模已占尖峰負荷的4%以上（來源于能源研究俱樂部）。收入來源：以美國加州為例，其虛擬電廠可參加能量市場、旋轉/非旋轉備用市場。在能量市場中邊際出清價格結算，參與備用市場可得到中標容量與調用電量兩部分組成的結算費用（90時）。圖表16：美國加州虛擬電廠參與市場方式參與市場的資源模型代理需求響應資源（PDR）分布式能源（DER）參與市場根據價格信號自主降低負荷，并在電力批發和輔助服務市場參與競標多個分布式能源以聚合的形式作為一個單獨的“虛擬”單元參與電力市場交易容量聚合要求能量市場：最低100kW的容量，并在競標時段內可持續輸出能量市場：最低聚合容量不小于0.5MW；旋轉備用市場：最低聚合容量不小于20MW；（單個分布式資源容量不超過1MW）輔助服務市場：最低500kW容量，在日前能量市場能夠持續輸出60min，在實時能量和旋轉備用/非旋轉備用市場能夠持續輸出30min計量與遙測要求能量市場：1）10MW以下無需遙測：4s5min更新狀態能量市場：10MW以下無需遙測輔助服務市場（旋轉和非旋轉備用）：無論任何容量都需要遙測；4s1min更新狀態輔助服務市場：無論任何容量都需要遙測；4s三、國內現狀：邀約型向市場化過渡政策支持：鼓勵虛擬電廠建設，增強電力系統調節能力2021年以來，國家發改委、北京發改委、山西能源局等陸續出臺指導意見，加快推進虛擬電廠建設，提高電力需求響應能力，為電力系統提供調節支撐能力。山西：印發首份省級《虛擬電廠建設與運營管理實施方案》，提出加快推進虛擬電廠建設，擴大需求側(儲能)響應規模。北京：發揮電力在能源互聯網中的紐帶作用，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。圖表17：虛擬電廠建設相關政策發布時間政策發布單位具體內容2022.6.21《虛擬電廠建設與運營管理實施方案》山西能源局加快推進虛擬電廠建設，擴大需求側(儲能)響應規模2022.2.22《北京市“十四五”時期能源發展規劃》北京發改委提高電力需求側響應能力。發揮電力在能源互聯網中的紐帶作用，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。2022.1.30《關于完善能源綠色低碳轉型體制機制和政策措施的意見》國家發改委支持用戶側儲能、電動汽車充電設施、分布式發電等用戶側可調節資源，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運行調節。2022.1.18《關于加快建設全國統一電力市場體系的指導意見》國家發改委鼓勵抽水蓄能、儲能、虛擬電廠等調節電源的投資建設。2021.7.15《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》國家發改委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，探索智慧能源、虛擬電廠等多種商業模式。2021.2.25《關于推進電力源網荷儲一體化和多能互補發展的指導意見》國家發改委進一步加強源網荷儲多向互動，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、現貨等市場交易，為系統提供調節支撐能力。運作機制：邀約—響應—激勵依據外圍條件的不同，虛擬電廠的發展可分為邀約型階段、市場化階段、自主調度型階段，我國虛擬電廠處于邀約型向市場化過渡的階段。邀約型階段運作機制：“邀約—響應—激勵”模式：（1）政府部門或電力調度機構發出邀約信號；（2）行需求響應，激勵電力用戶調整其用電行為。目前江蘇、浙江、上海、冀北等地區已開展虛擬電廠實踐，主要響應資源包括儲能設施、充電樁、居民、樓宇等。圖表18：虛擬電廠的發階段 圖表19：我國虛擬電實踐例地區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“大規模網荷友好互動系統”、大規模網荷示范工程等可中斷/調節負荷源-網-荷控制系統、國內規模最大浙江需求響應、削峰填谷等麗水模擬電廠、寧海虛擬電廠試點項目、寧波離網光儲系統式虛擬電廠等國內單次響應體量最大上海商業樓宇能源管理、削峰填谷等城區（黃浦）商業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負荷、儲能等以商業樓宇為主的虛擬電廠體系冀北新能源消納、廣域需求響應等冀北泛在電力物聯網虛擬電廠示范工程等光伏、電采暖等多主體參與資料來源：《虛擬電廠基礎特征內涵與發展現狀概述》_鐘永潔等，《虛擬電廠參與調峰調頻服務的市場機制與國外經驗借鑒》_李嘉媚等，36氪，電網技術雜志3.33.3實踐：上海虛擬電廠-累計調度超27.8萬千瓦上海黃浦商業建筑虛擬電廠于2021年投運，依靠能源互聯網管理體系，精細化調解用戶用電，實現柔性負荷控制和在線實施調頻。黃浦區有大型商業建筑數量超過200幢，年耗電量約13億千瓦時，峰值負荷近50萬千瓦，樓宇能耗占全區總能耗65%以上。建筑的每小時能源消費。每個建筑均具備約200kW的柔性負荷調節能力，即虛擬發電能力。該虛擬電廠作為上海電力需求響應日常調度資源，截至2021年11月累計調度超1700幢次/27.8萬千瓦，單次最大削減負荷50.5MW，柔性負荷調度能力超過10%。時間交易名稱出清情況參與主體時間交易名稱出清情況參與主體2021年5月6日“雙碳”主題虛擬電廠需求響應削峰容量：6.2萬千瓦價格：2.4元/千瓦時填谷容量：2.1萬千瓦價格：0.96元/千瓦時騰天節能、前灘新能源、綜合能源服務公司、5G鐵塔基站等2020年9月29日“十一”填谷需求響應交易容量：2.5萬千瓦價格：1.2元/千瓦時綜合能源服務公司、蔚來汽車、騰天節能、前灘新能源4家虛擬電廠2020年6月25日端午節填谷需求響應交易容量：1.7萬千瓦電量：4.02萬千瓦時價格：1.2元/千瓦時2家虛擬電廠運營商2019年12月5日迎峰度冬專項試點交易響應時長：2小時電量：1.83萬千瓦時收益：43950元4家運營商及其226個客戶，共8.7萬千瓦負荷3.33.3實踐：國家電投-首個虛擬電廠參與電力現貨市場盈利案例國家電投牽頭研發的虛擬電廠平臺已在江蘇、山東、廣東等地上線，完成“虛擬電廠+電力需求響應/電力輔助服務/電力現貨“3項基礎功能試驗，逐步進入商業化階段。其中：國家電投深圳能源采用“虛擬電廠+電力現貨”模式，能夠精準預測電力現貨市場價格，并根據價格信號自動調節用戶可控負荷，在