什么是虚拟电厂？

什么是虚拟电厂：分布式资源汇集和优化

      虚拟电厂的概念起源于1997年《虚拟公共设施:新兴产业描述、技术与竞争力》一书中对虚拟公共设施的概念。虚拟公共设施灵活合作，由市场驱动。参与合作的实体可以为消费者提供所需的服务，而无需拥有相应的资产。虚拟电厂是在这个概念的基础上进行扩展和延伸的。

基于“虚拟电厂的概念与发展”一文，（virtual power plant，简称VPP)是一种电源协调管理系统，通过先进的信息通信技术和软件系统，可以实现分布式电源、储能系统、可控负荷、电动汽车、充电桩等分布式能源的汇聚和协调，作为参与电力市场和电网运行的特殊电厂。虚拟电厂不是真正的电厂，而是智能电网技术。分布式电力管理系统应用于参与电网运行调度，实现“源-荷-网”的汇聚和升级。

什么是虚拟电厂：结构-可调节是资源层的关键。

       作为调整资源之一，工业储能是虚拟电厂大发展的重要前提条件，资源层的调整能力和质量决定了虚拟电厂完成调度指令的能力。

源头：目前接入资源以分布式光伏为代表，自身不具备调节能力，可以与工业负荷作为一个整体，形成一个可调节的负荷。

负荷:可调负荷各有个人能力限制。工业负荷通常受到生产计划的强制约束，响应速度较慢。空调负荷在时间维度上不能平移，几乎没有填谷能力。由于用户体验和天气的限制，可调范围有限。作为直接面向C端的负荷，充电桩的调节能力是不可预测的。

储备:可调节能力、响应速度和可靠性较好的资源，同时具有削峰和填谷能力，虚拟电厂具有高频、大幅响应的资源。

为何需要虚拟电厂？

为何需要虚拟电厂：快速增加风景带来的填谷需求

风光装机增长迅速，增加了供电系统的不可控性。截至2023H1，我国风电装机389.21GW，太阳能装机470.67GW，总风光占总装机的31.76%。其中，2023年H1我国风电新增装机22.99GW，比22年同期增加12.94GW，比去年同期增加12.94GW。 77.67% ；与22年同期新增30.88GW相比，太阳能新增78.42GW，同比增长30.88GW。 153.95%的风和光都在加速增长。新能源输出主要受来风和光的影响，人为干预效果小。因此，当新能源输出与负载用电特性不一致时，就会出现新能源用电问题。处理不当会造成供电系统安全事故，造成投资浪费。

光伏建设的速度远远超过风力发电，分布式光伏成为主力军。2022年，我国光伏装机首次超越风力发电，其中分布式光伏发挥了重要作用。2022年，新型分布式光伏装机51.11GW，占当初所有新型光伏的58.48%；截至23H1，累计分布式安装达到198.23GW。分布式建设，选址简单，项目周期短，安装速度快。由于投入时间高度集中，电网调度控制水平相对较低，消费问题正在出现。山东、河南等分布式安装强省出台了分布式安装文档。

“鸭曲线”变成了“峡谷曲线”，光伏的增加带来了填谷的需求。“鸭曲线”由美国加州电网运营商CAISO提出，即在光伏输出高峰期的中午，净负荷曲线下降，然后在夜间光伏输出下降时，净负荷急剧上升。随着光伏安装的增加，CAISO的净负荷曲线发生了向“峡谷曲线”的变化，即中午净需求较低，降至零值甚至负数；晚上负荷增加更加严重，其他电源需要快速上坡，以满足负荷的急剧上升。

(图片来自华福证券虚拟电厂专题报告)

中国一些以山东为代表的省份也有明显的填谷需求。山东的安装结构与CAISO相似。截至22年底，光伏安装占比已达到 22.5%。2023年五一假期期间，山东省用电量下降约15%，造成持续负电价现象。值得注意的是，4月29日至5月1日，现货价格曲线形状与鸭曲线相似，负电价格在10:00至15:00特别频繁，这是光伏发电的高峰期。结合山东之前将中午时段分为电费深谷时段，新能源安装的增加改变了原有的负荷曲线，促进了新能源集中发电时段。电网净负荷有一个深谷，需要在时间上转移负荷(填谷)以平稳变化，促进新能源消耗。

为何需要虚拟电厂：充电桩等新型负载促进负载侧复杂度的提高？

随着新能源汽车的快速增长，充电桩的数量发生了变化。截至2023H1，我国公共充电桩数量已达214.86万台，同比增长。 40.63%。2023H1，新能源汽车销量同比增长 44.13%，保持快速增长，可以预见，未来随着新能源汽车销量的快速增长，充电桩拥有量将不断增加。充电桩的大幅增加会对配电网产生影响。与常规交流充电桩相比，快速充电DC桩由于功率更大，充电时间更短，影响更大。

充电桩增加了居民生活用电负荷的峰值。充电桩对配电网的影响主要包括:(1)充电桩用电高峰也是居民原有用电高峰，会导致原有负荷峰值持续增加，产生时间短、量级高的峰值负荷；(2)变压器容量根据峰值负荷配备，导致其他时间资源闲置；(3)充电负荷起伏导致网络消耗等。

因此，充电桩的发展增加了峰值填充谷物的需求，但同时，充电桩和新能源汽车本身也是一个很好的可调负荷。如果能通过虚拟电厂聚集优化，是降低充电成本、减少电网投资的双赢选择。

为何需要虚拟电厂：需求侧响应能力达到Zui大负荷的3%-5%

需求侧响应能力建设目标明确。14月5日前，虚拟电厂停留在个别地区和项目试点阶段。第一，新能源安装比例不高，供电系统对灵活性资源的需求不强；第二，缺乏量化目标。2022年，“十四五”现代能源系统规划提出，到2025年，电力需求侧响应能力将达到Zui大负荷 3%～其中，华东、华中、南方等地区达到Zui大负荷的5%左右。

虚拟电厂政策的密集发布将成为新电力系统建设的重要组成部分，政策力度有望持续增加。7月11日，深化改革委员会第二次会议召开，审议通过了《关于深化电力系统改革，加快建设新电力系统的指导意见》。会议强调，要完善适应新电力系统的系统机制，加强电力技术创新、市场机制创新和商业模式创新。作为促进新能源消费的重要环节和电力商业模式创新的重要形式，虚拟电厂的后续政策支持有望继续增加。

如何创造虚拟电厂的收益？

如何创造虚拟电厂的收益：需求侧响应

三大收入来源：需求侧响应，辅助服务市场，电力现货市场。目前我国虚拟电厂正处于邀请型向市场型过渡阶段。

邀请阶段主要由政府机构或调度机构牵头，发出邀请信号，虚拟电厂组织资源响应，获得容量/电力补贴。

我们国家的许多省份都出台了需求响应细则，特别是江苏、上海、广东等省市。补贴单价高但频率低，市场化程度低，需求侧响需求响应以削峰为主，主要发生在夏季迎峰期，主要目的是保供。

例如，2022年全年9次邀请型社会化需求响应(均发生在7月和8月)，广东省为例；Zui大削峰负荷为277万千瓦，Zui大应用量为609万千瓦；有效应用收入为1.63亿元。可以看出，虽然补充到5元/千瓦时(负荷可以中断)，但需求响应并不是正常的，发生频率低，计划色彩强烈。所以随着我国电力市场体制建设的逐步完善，虚拟电厂也在从邀请阶段向市场阶段过渡。

如何创造虚拟电厂的收益：辅助服务市场

新型电力系统不断催生对辅助服务的需求。传统电源(火电、水电等。)具有一定的调节能力，而新能源具有输出波动、无功功率不足的特点，导致高比例新能源安装供电系统对电力辅助服务的需求增加。根据国家能源局的数据，2019年H1中国的辅助服务费约占电费的1.47%；据《中国能源报》报道，这一比例近两年上升到2.5%；根据国际经验，辅助服务费一般占社会总电费的3%以上，随着新能源的大规模接入，会增加。因此，预计辅助服务市场的规模将以高于功耗增长率的速度增长。

虚拟电厂主要起到调峰调频的作用。2021年12月，国家能源局修订发布《电力辅助服务管理办法》，确定电力用户可以通过委托虚拟电厂代理的方式参与电力辅助服务市场。此后，各地在电力辅助服务规则中明确了虚拟电厂/负载聚合商参与辅助服务的条件和补偿方式。目前，虚拟电厂的主要功能是电能的时间转移，相应的峰值调整服务；未来，随着工业储能渗透率的提高，虚拟电厂有望在频率调整服务上取得更大的突破。从2023H1全国辅助调整服务数据来看，

计算虚拟电厂市场规模

计算虚拟电厂市场潜力：预计到2025年投资总额将达到330-550亿元

从投资端看虚拟电厂规模:计算逻辑:假设需求侧对投资的反应与虚拟电厂的投资相等，投资总额=全社会Zui大用电量*需求侧对应能力的比例*需求侧对应能力的单位投资。

(1)据中国电联预测，到2025年，全社会Zui大用电量为16.3亿千瓦；

(2)按照“十四五”现代能源体系规划，力争到达。 2025 2008年，电力需求侧响应能力达到Zui大负荷 3%～5%，假设在传统前提下，需求侧响应能力在2025年达到Zui大负荷的3%，在乐观前提下达到Zui大负荷的5%；

(3)根据国家电网计算，一般需要投资4000亿元才能通过火电厂达到5%的峰值负荷，而通过虚拟电厂实现这一目标只需要投资500亿-600亿元。假定满足5%的峰值负荷需要虚拟电厂投资550亿元，倒计得到需求侧响应单位投资675元/KW。计算得出，到2025年，传统前提下，虚拟电厂/需求侧响应总投资330亿元，乐观前提下总投资550亿元。

计算虚拟电厂市场潜力：预计2025年运营规模将达到100亿级。

从运营方面来看，虚拟电厂的规模:电力现货市场:

(1)根据中国电力联合会的预测，到2025年，全社会用电量为9.5亿千瓦时；

(2)假设现货市场用电量占全社会用电量的10%；

(3)现货市场并不总是有价差。假设虚拟电厂可以在一天内套利4小时电量(参考工业2h储能系统两充两放的策略)，参考Zui近代理商购买的峰谷价差，假设平均峰谷价差为0.7元/

公司分析

安科瑞：提供能耗管控解决方案，微电网产品持续迭代升级

深耕用电业务，微电网解决方案供应商。公司成立于2003年，早年定位用电自动化领域，从事用户端智能电力仪表的研发、生产与销售，主要产品为电力监控仪表、电能管理仪表、电气安全仪表及与之配套使用的电力传感器。2016 年公司开始向综合服务商转型，目前定位为为企业微电网能效管理和用能安全提供解决方案的高新技术企业和软件企业，主要产品包括企业微电网产品和系统、电量传感器等，形成了从云平台到传感器的完整产品生态体系，累计为1.4万余企业配套系统解决方案。

EMS产品实现平台化，向源网荷储充一体化进发。公司EMS产品迭代到2.0版本，未来EMS3.0将在EMS2.0基础上并入光储充平台，实现源网荷储充一体化柔性控制。目前，EMS 3.0已完成产品研发架构，功能正在逐步完善。

——以上内容节选自华福证券虚拟电厂专题报告：虚拟电厂蓄势待发，源网荷储联动是新型电力系统必然选择。

安科瑞智慧能源管理平台助力虚拟电厂快速发展

安科瑞智慧能源管理平台

AcrelEMS 智慧能源管理平台是针对企业微电网的能效管理平台，对企业微电网分布式电源、市政电源、储能系统、充电设施以及各类交直流负荷的运行状态实时监视、智能预测、动态调配，优化策略，诊断告警，可调度源荷有序互动、能源全景分析，满足企业微电网能效管理数字化、安全分析智能化、调整控制动态化、全景分析可视化的需求，完成不同策略下光储充资源之间的灵活互动与经济运行，为用户降低能源成本，提高微电网运行效率。AcrelEMS 智慧能源管理平台可以接受虚拟电厂的调度指令和需求响应，是虚拟电厂平台的企业级子系统。

图1  AcrelEMS 智慧能源管理平台主界面

平台结构

系统覆盖企业微电网“源-网-荷-储-充”各环节，通过智能网关采集测控装置、光伏、储能、充电桩、

常规负荷数据，根据负荷变化和电网调度进行优化控制，促进新能源消纳的同时降低对电网的至大需量，使之运行安全。

图2  AcrelEMS 智慧能源管理平台结构

平台功能

1.能源数字化展示

通过展示大屏实时显示市电、光伏、风电、储能、充电桩以及其它负荷数据，快速了解能源运行情况。

2.优化控制

直观显示能源生产及流向，包括市电、光伏、储能充电及消耗过程，通过优化控制储能和可控负载提升新能源消纳，削峰填谷，平滑系统出力，并显示优化前和优化后能源曲线对比等。

3.智能预测

结合气象数据，历史数据对光伏、风力发电功率和负荷功率进行预测，并与实际功率进行对比分析，通过储能系统和负荷控制实现优化调度，降低需量和用电成本。

 4.能耗分析

采集企业电、水、天然气、冷/热量等各种能源介质消耗量，进行同环比比较，显示能源流向，能耗对标，并折算标煤或碳排放等。

5.有序充电

系统支持接入交直流充电桩，并根据企业负荷和变压器容量，并和变压器负荷率进行联动控制，引导用户有序充电，保障企业微电网运行安全。

6.运维巡检

系统支持任务管理、巡检/缺陷/消警/抢修记录以及通知工单管理，并通过北斗定位跟踪运维人员轨迹，实现运维流程闭环管理。

设备选型

除了智慧能源管理平台外，还具备现场传感器、智能网关等设备，组成了完整的“云-边-端”能源数字化体系，具体包括高低压配电综合保护和监测产品、电能质量在线监测装置、电能质量治理、照明控制、充电桩、电气消防类解决方案等，可以为虚拟电厂企业级的能源管理系统提供一站式服务能力。

安科瑞系统解决方案还包含电力运维云平台、能源综合计费管理平台、环保用电监管云平台、充电桩运营管理云平台、智慧消防云平台、电力监控系统、微电网能量管理系统、智能照明控制系统、电能质量治理系统、电气消防系统、隔离电源绝缘监测系统等系统解决方案，覆盖企业微电网各个环节，打造准确感知、边缘智能、智慧运行的企业微电网智慧能源管理系统。