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引 言
21世紀(jì)已接近四分之一尾聲，近年來“虛擬”的概念在各行各業(yè)已是耳熟能詳，虛擬現(xiàn)實、虛擬貨幣、虛擬形象、虛擬身份等新鮮名詞層出不窮。在電力系統(tǒng)中，“虛擬電廠”(Virtual Power Plant，VPP)這一概念也逐漸崛起，那么，它與我們傳統(tǒng)意義上理解的發(fā)電廠（Power Plant）又有什么區(qū)別？接下來，讓我們來一探究竟！
01
什么是虛擬電廠
1.定義決定身份和角色
傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)包括發(fā)電、輸電、變電、配電、用電等環(huán)節(jié)，電力調(diào)度部門根據(jù)實際的用電負(fù)荷大小進(jìn)行發(fā)電廠的出力調(diào)整和控制，實現(xiàn)“源隨荷動”的運(yùn)行模式。我國發(fā)電廠包括燃煤、燃?xì)狻⒑穗?、水力、光伏、風(fēng)力、生物質(zhì)等多種類型的發(fā)電機(jī)組。
圖1 電力系統(tǒng)的環(huán)節(jié)
2024年11月28日，國家能源局發(fā)布的《關(guān)于支持電力領(lǐng)域新型經(jīng)營主體創(chuàng)新發(fā)展的指導(dǎo)意見》中對“虛擬電廠”定義為：虛擬電廠是運(yùn)用數(shù)字化、智能化等先進(jìn)技術(shù)，聚合分布式電源和可調(diào)節(jié)負(fù)荷等，協(xié)同參與系統(tǒng)運(yùn)行和市場交易的電力運(yùn)行組織模式。
2025年2月1日正式實施的《GB/T 44241虛擬電廠管理規(guī)范》對虛擬電廠定義為：通過先進(jìn)的信息通信技術(shù)、智能計量以及優(yōu)化控制技術(shù)，將分布式電源、分布式儲能、可調(diào)節(jié)負(fù)荷等分布式資源進(jìn)行集成，構(gòu)成能響應(yīng)電網(wǎng)需求、參與電力市場運(yùn)行或接受電網(wǎng)調(diào)度的系統(tǒng)。
結(jié)合中國電力系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)及電力體制改革進(jìn)程，我們通常認(rèn)為，虛擬電廠并非直接產(chǎn)生電力的發(fā)電廠，實質(zhì)上是一套資源管理系統(tǒng)，將系統(tǒng)中不同的發(fā)電類或負(fù)荷類分布式資源（包括分布式光伏發(fā)電、分散式風(fēng)力發(fā)電、儲能系統(tǒng)、充電樁、可調(diào)節(jié)負(fù)荷等）聚合起來，既有電源側(cè)資源也有負(fù)荷側(cè)資源，通過可調(diào)節(jié)能力分析并進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)控制，參與電力市場和電網(wǎng)調(diào)度活動，以一種新的資源聚合類新型經(jīng)營主體參與電力中長期市場和現(xiàn)貨市場，實現(xiàn)削峰填谷的目標(biāo)，提供調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓、備用等輔助服務(wù)。
圖2 虛擬電廠構(gòu)成
2.虛擬電廠的功能
不同于傳統(tǒng)“發(fā)-輸-變-配-用”的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和地理位置關(guān)系，虛擬電廠通常對分布式能源的地理位置和運(yùn)行特性沒有特定的約束，比如虛擬電廠所聚合資源可以分布在同一個省份的不同市縣，這一特點(diǎn)為電力系統(tǒng)提供了具有高度靈活性和適應(yīng)性的分布式能源管理方式。
虛擬電廠作為電網(wǎng)側(cè)調(diào)度管理、電力交易、新型電力負(fù)荷管理主體機(jī)構(gòu)與不同類型分布式能源之間的中間交互環(huán)節(jié)，需要預(yù)測、計算并分析聚合分布式能源的調(diào)度計劃、功率曲線及運(yùn)行成本等參數(shù)和特性，根據(jù)申報或約定參與電力市場或電網(wǎng)調(diào)度。
基于不同的功能特征，虛擬電廠分為技術(shù)型和商業(yè)型兩類。其中，技術(shù)型虛擬電廠為調(diào)度中心提供輔助服務(wù)，需要確定時序耦合周期內(nèi)的可調(diào)節(jié)功率和調(diào)節(jié)功率成本，滿足電網(wǎng)運(yùn)行管理要求；商業(yè)型虛擬電廠參與電力市場，需要確定時序耦合周期內(nèi)的競標(biāo)策略，達(dá)成系統(tǒng)運(yùn)營及財務(wù)盈利目標(biāo)。
從市場運(yùn)營的角度，虛擬電廠的實際運(yùn)行過程中，需要在滿足收益最大化目標(biāo)的同時，也要滿足申報的運(yùn)行計劃及運(yùn)行功率目標(biāo)。
圖3 虛擬電廠主要功能組成
02
虛擬電廠的市場
2024年我國電力結(jié)構(gòu)實現(xiàn)歷史性跨越，全國發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)33.5億千瓦，其中新能源裝機(jī)規(guī)模突破14.5億千瓦，首次超越火電裝機(jī)規(guī)模。隨著新能源占比快速提升，電源側(cè)與負(fù)荷側(cè)的時空錯配矛盾加劇。在此背景下，近年來國家在政策、市場機(jī)制等方面出臺了一系列舉措破解供需失衡。
1.政策支持
2024年6月1日起施行的《電力市場監(jiān)管辦法》中明確，電力交易主體包括：參與電力市場交易的發(fā)電企業(yè)、售電企業(yè)、電力用戶、儲能企業(yè)、虛擬電廠、負(fù)荷聚合商等。該辦法的正式實施，將為可控負(fù)荷、新型儲能、分布式新能源等靈活性資源提供進(jìn)入市場的機(jī)會，明確虛擬電廠的經(jīng)營主體身份，充分激發(fā)和釋放用戶側(cè)靈活調(diào)節(jié)潛力。
2024年8月、2025年1月相繼發(fā)布的《加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)行動方案（2024—2027年）》、《電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力優(yōu)化專項行動實施方案(2025—2027年）》明確提出，面向典型地區(qū)高比例需求響應(yīng)的市場需求和機(jī)遇，建立需求側(cè)的靈活調(diào)節(jié)資源庫，通過優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行機(jī)制、完善市場和價格機(jī)制，充分激發(fā)需求側(cè)響應(yīng)活力。新形勢下，結(jié)合電力保供、新能源消納等需求，充分利用當(dāng)?shù)卦春蓛Y源，建設(shè)符合當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)運(yùn)行需求的虛擬電廠，成為當(dāng)前的必由之路。
2.市場方向
虛擬電廠技術(shù)的快速發(fā)展，可有效促進(jìn)可再生能源消納，緩解電力市場中的供需矛盾，助力新型電力系統(tǒng)靈活、高效和安全運(yùn)行。
虛擬電廠作為新型電力系統(tǒng)建設(shè)過程中的新型經(jīng)營主體，主要目標(biāo)市場依然是電能量市場和電力輔助服務(wù)市場。其中，電能量市場是供需電力的交易場所，用于買賣電能，按照交易周期來看，主要包括中長期交易市場和現(xiàn)貨交易市場。電力輔助服務(wù)市場是一個補(bǔ)充性市場，旨在支持電能量市場的平穩(wěn)運(yùn)行和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，包括有功平衡服務(wù)、無功平衡服務(wù)和事故應(yīng)急及恢復(fù)服務(wù)等類別，分為基本電力輔助服務(wù)和有償電力輔助服務(wù)。
隨著國家和多個省市對虛擬電廠主體經(jīng)營地位的充分明確，未來虛擬電廠在電力市場的發(fā)展過程中將大有可為。
03
虛擬電廠的技術(shù)和應(yīng)用
虛擬電廠所聚合資源主要包括發(fā)電側(cè)和負(fù)荷側(cè)資源，基于聚合的對象和主要業(yè)務(wù)方向，虛擬電廠主要分為發(fā)電類虛擬電廠、負(fù)荷類虛擬電廠以及混合型虛擬電廠三大類型，對外的主體身份就是一個區(qū)別于傳統(tǒng)發(fā)電廠的“電廠”，可以提供電能量或電力輔助服務(wù)。
1.虛擬電廠技術(shù)及商業(yè)模式
1.1主要技術(shù)
面向所聚合的資源對象，虛擬電廠需要實現(xiàn)電量交易、調(diào)峰、調(diào)頻、需求響應(yīng)等運(yùn)行指標(biāo)要求，需要建立對不同控制對象的控制策略和技術(shù)。類似于傳統(tǒng)電廠的分散式控制系統(tǒng)，資源的聚合需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、分析、計算等功能，資源的控制需要實現(xiàn)對電壓、頻率、功率等參數(shù)的控制和調(diào)節(jié)。
此外，對于資源的組合和控制策略制定，需要考慮資源聚合分組模型、電力市場預(yù)測以及交易策略優(yōu)化計算，而這也是虛擬電廠實現(xiàn)可靠性和經(jīng)濟(jì)性的重要功能。
虛擬電廠系統(tǒng)除了具備滿足運(yùn)行要求的資源聚合和控制功能，數(shù)據(jù)通信的質(zhì)量和精度也是系統(tǒng)運(yùn)行的重要指標(biāo)。基于不同交互對象的輸入和輸出信息的通信技術(shù)，成為未來市場中虛擬電廠主體之間在性能指標(biāo)上開展競爭的關(guān)鍵技術(shù)。
虛擬電廠技術(shù)主要包括市場運(yùn)營、協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)營、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。
圖4 虛擬電廠關(guān)鍵技術(shù)
1.2 商業(yè)模式和市場空間
隨著我國電力體制改革的不斷深入以及《電力市場運(yùn)行基本規(guī)則》的正式施行，虛擬電廠的商業(yè)化發(fā)展迎來更多的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，需要因地制宜，確定不同的商業(yè)模式。
以分布式電源、可調(diào)負(fù)荷或儲能為主的虛擬電廠，通過市場化的方式響應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行中的各類調(diào)節(jié)需求，從當(dāng)前出臺的政策文件來看，我國虛擬電廠可參與的交易類型包括調(diào)峰輔助服務(wù)、需求側(cè)響應(yīng)等；從遠(yuǎn)期看，可參與的交易類型還包括電力現(xiàn)貨、中長期交易、調(diào)頻/調(diào)壓輔助服務(wù)、金融衍生品等。從我國虛擬電廠當(dāng)期可參與的交易品種看，需求側(cè)響應(yīng)具有較高的單位價值量。
圖5 虛擬電廠交易體系
以面向需求側(cè)管理的需求響應(yīng)市場進(jìn)行測算，中電聯(lián)發(fā)布的《2024-2025年度全國電力供需形勢分析預(yù)測報告》指出，2024年全國統(tǒng)調(diào)最高用電負(fù)荷達(dá)14.5億千瓦，同比提高1.1億千瓦。預(yù)計2025年全國統(tǒng)調(diào)最高用電負(fù)荷將達(dá)15.5億千瓦左右。
從建設(shè)投資角度測算，《電力需求側(cè)管理辦法（2023年版）》中提到，到2025年各省需求響應(yīng)能力達(dá)到最大用電負(fù)荷的3%-5%，預(yù)計需求響應(yīng)能力需求為4650-7750萬千瓦，按照500元/千瓦的建設(shè)成本測算，2025年虛擬電廠改造市場空間約為233-388億元。
從市場運(yùn)營端測算，按照年度尖峰負(fù)荷時長50h，補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)3元/千瓦時測算，預(yù)估年度市場空間為69.75-116.25億元。
（注：以上為初步估算，具體以各省市的實際政策和電網(wǎng)運(yùn)行策略為準(zhǔn)。）
2.虛擬電廠應(yīng)用
近幾年，國內(nèi)不同省市已先后建成多批虛擬電廠示范項目，參與省內(nèi)、省間電力市場，逐步探索出一套與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)發(fā)展特點(diǎn)相適應(yīng)的虛擬電廠運(yùn)營模式。
國內(nèi)虛擬電廠自2016年開始陸續(xù)啟動示范測試，江蘇、浙江、廣東、冀北等地均開展了較長時間示范測試。國內(nèi)示范項目以負(fù)荷側(cè)資源調(diào)節(jié)為主，聚合類型偏少；市場機(jī)制處于探索階段，電力現(xiàn)貨機(jī)制尚待完善；商業(yè)模式仍處于前期探索階段，收益模式以低頻次的邀約式需求側(cè)響應(yīng)為主。預(yù)計“十四五”末期到“十五五”前期將是虛擬電廠商業(yè)模式探索的重要階段，已建成虛擬電廠的運(yùn)行經(jīng)驗數(shù)據(jù)將為虛擬電廠的發(fā)展方向提供重要參考。
3.eMind-VPP虛擬電廠智慧管理系統(tǒng)
奇點(diǎn)能源創(chuàng)新推出的eMind-VPP虛擬電廠智慧管理系統(tǒng)，作為虛擬電廠業(yè)務(wù)的專業(yè)運(yùn)營平臺，以分布于全國多個省市的源網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)儲能電站運(yùn)營為基礎(chǔ)，聚合充電樁和分布式光伏發(fā)電項目，面向全國市場開拓虛擬電廠運(yùn)營新業(yè)態(tài)，發(fā)展智慧儲能、電力交易、虛擬電廠等業(yè)務(wù)，致力于成為國內(nèi)一流的虛擬電廠智慧管理平臺研發(fā)及運(yùn)營商。
目前，該系統(tǒng)已在西北、華北、華東和華南等多個區(qū)域投入實際應(yīng)用，為儲能項目運(yùn)行效率提升和智慧運(yùn)營、多種資源聚合優(yōu)化運(yùn)行、參與電力需求響應(yīng)、輔助服務(wù)市場提供了穩(wěn)定可靠的技術(shù)支撐。
