虛擬電廠是近期多份國(guó)家政策文件提及的重點(diǎn)業(yè)態(tài)，在新型能源體系構(gòu)建和保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行中具有重要價(jià)值，國(guó)網(wǎng)能源研究院立足國(guó)家戰(zhàn)略部署，瞄準(zhǔn)研究前沿，成立“虛擬電廠攻關(guān)研究團(tuán)隊(duì)”，梳理國(guó)內(nèi)外相關(guān)情況，就發(fā)展前景、核心技術(shù)、商業(yè)模式等關(guān)鍵問(wèn)題思考總結(jié)，力求取得研究成果，推動(dòng)各方形成共識(shí)，服務(wù)虛擬電廠融入我國(guó)能源安全和綠色低碳發(fā)展大局，實(shí)現(xiàn)健康快速發(fā)展。——國(guó)網(wǎng)能源研究院原副院長(zhǎng) 蔣莉萍

　　劉小聰 譚清坤 吳瀟雨

　　鄭海峰 賈躍龍 吳鵬 時(shí)慶

　　國(guó)網(wǎng)能源研究院 虛擬電廠攻關(guān)研究團(tuán)隊(duì)

　　虛擬電廠利用先進(jìn)信息通信和監(jiān)測(cè)控制技術(shù)，將海量分布式新能源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、可控負(fù)荷、電動(dòng)汽車等進(jìn)行聚合和優(yōu)化調(diào)度，從而參與電力市場(chǎng)運(yùn)行，可以有效緩解系統(tǒng)供需矛盾、提升系統(tǒng)靈活性、促進(jìn)新能源消納。發(fā)展虛擬電廠對(duì)保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行和推動(dòng)構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系具有重要意義。

　　國(guó)外虛擬電廠發(fā)展起步早并已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，我國(guó)虛擬電廠發(fā)展目前仍處試點(diǎn)探索階段，吸收借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)對(duì)促進(jìn)我國(guó)虛擬電廠發(fā)展具有重要價(jià)值。

　　國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)

　　國(guó)外的虛擬電廠實(shí)踐各具特色，但都與當(dāng)?shù)刭Y源特性和電網(wǎng)發(fā)展面臨的問(wèn)題高度相關(guān)，如：歐洲虛擬電廠發(fā)展是在清潔能源轉(zhuǎn)型背景下，以分布式電源、儲(chǔ)能資源的整合為主，主要針對(duì)實(shí)現(xiàn)分布式電源可靠并網(wǎng)和電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng);美國(guó)虛擬電廠在需求響應(yīng)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，聚焦負(fù)荷資源的聚合調(diào)配，側(cè)重于用戶側(cè)柔性負(fù)荷的主動(dòng)響應(yīng)以提升電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性。總體來(lái)看，國(guó)外虛擬電廠在政策法規(guī)、市場(chǎng)機(jī)制、技術(shù)手段等方面普遍相對(duì)成熟完善。

　　政策法規(guī)明確虛擬電廠“合法身份”，并營(yíng)造良好發(fā)展環(huán)境。

　　國(guó)外典型國(guó)家普遍出臺(tái)了針對(duì)需求響應(yīng)聚合商、虛擬電廠等概念的法規(guī)，明確了聚合商的定義和參與市場(chǎng)的規(guī)則，為虛擬電廠聚合能源資源提供法律保障，同時(shí)還設(shè)置了其他直接或間接促進(jìn)虛擬電廠發(fā)展的條款。

　　歐盟：2012年首次在法律上將“聚合商”定義為負(fù)荷管理服務(wù)提供商(2012/27/EU，第2條第45款)，后在歐盟法規(guī)(EU/2019/943)和指令(EU/2019/944)中給出了聚合商的定義，闡明了其參與市場(chǎng)的機(jī)會(huì)。

　　德國(guó)：能源法案中明確了聚合商的定義，德國(guó)聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)局行業(yè)指導(dǎo)方針(BNetzA AZ.BK6-17-046)定義了聚合商的市場(chǎng)定位和規(guī)則。特別是《可再生能源法》明確規(guī)定，所有100千瓦以上可再生能源發(fā)電項(xiàng)目必須參與電力市場(chǎng)交易銷售，促使分布式可再生能源項(xiàng)目?jī)A向于選擇交由虛擬電廠運(yùn)營(yíng)。

　　美國(guó)：《能源政策法案》將需求響應(yīng)上升到國(guó)家發(fā)展層面，F(xiàn)ERC 719、745、755等法令對(duì)需求響應(yīng)參與市場(chǎng)交易和電力平衡做出相關(guān)規(guī)定，F(xiàn)ERC 2222號(hào)令允許分布式能源(DER)聚合商在區(qū)域性批發(fā)電力市場(chǎng)中參與競(jìng)爭(zhēng)。

　　成熟市場(chǎng)機(jī)制作“沃土”，培育多元主體和多樣化商業(yè)模式。

　　依賴于成熟的電力市場(chǎng)機(jī)制，典型國(guó)家的虛擬電廠可參與電能量、輔助服務(wù)、容量等多個(gè)市場(chǎng)，其主體地位明確、交易規(guī)則健全，并由此構(gòu)建了完備的商業(yè)模式和市場(chǎng)生態(tài)鏈。目前歐洲虛擬電廠主要通過(guò)參與電力交易來(lái)獲取收益，美國(guó)則主要通過(guò)提供輔助服務(wù)來(lái)獲取收益。

　　德國(guó)：虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商有獨(dú)立運(yùn)營(yíng)商、大型電力公司、設(shè)備制造商三種，構(gòu)建了靈活的可再生能源市場(chǎng)機(jī)制，允許虛擬電廠參與長(zhǎng)期和現(xiàn)貨電力交易市場(chǎng)以及平衡市場(chǎng)，并為聚合商提供了充分的自由。值得一提的是，德國(guó)在現(xiàn)貨市場(chǎng)中設(shè)計(jì)了平衡組機(jī)制，在這種“小平衡保電網(wǎng)大平衡”的框架下，虛擬電廠成為市場(chǎng)參與者/平衡組降低偏差、避免不平衡費(fèi)的重要手段，提升了對(duì)能源聚合服務(wù)的需求。

　　美國(guó)：虛擬電廠的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)主體包括配售電電力公司和獨(dú)立第三方虛擬電廠公司，參與方包括電力公司、第三方聚合商、居民和工商業(yè)用戶等。參與市場(chǎng)的形式各州不同，如：PJM市場(chǎng)允許虛擬電廠參與容量市場(chǎng)并優(yōu)先出清，加州將日前市場(chǎng)從15分鐘報(bào)價(jià)縮短到5分鐘，以鼓勵(lì)虛擬電廠等靈活性資源參與。虛擬電廠商業(yè)模式主要基于社區(qū)(用戶)，通過(guò)社區(qū)、工商業(yè)區(qū)等形式實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)光伏、儲(chǔ)能設(shè)施、電動(dòng)汽車等能源匯集，為電網(wǎng)提供服務(wù)。

　　英國(guó)：由獨(dú)立虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商推動(dòng)開(kāi)發(fā)虛擬電廠項(xiàng)目，建立了分別基于電網(wǎng)公司、社區(qū)(用戶)、發(fā)電企業(yè)的商業(yè)模式。其中，基于電網(wǎng)公司的平臺(tái)模式由政府監(jiān)管、電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商參與共建，主要是為負(fù)荷側(cè)靈活性資源提供交易平臺(tái)，以降低電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)和升級(jí)改造成本;基于社區(qū)(用戶)的商業(yè)模式側(cè)重挖掘用戶間電能互補(bǔ)潛力，增加平衡服務(wù)方面潛在盈利;基于發(fā)電企業(yè)的模式主要是解決聚合資源的整體優(yōu)化協(xié)調(diào)控制的問(wèn)題。

　　先進(jìn)技術(shù)作“引擎”，支撐資源高效聚合配置和效益最大化。

　　國(guó)外虛擬電廠服務(wù)商普遍應(yīng)用先進(jìn)數(shù)字化平臺(tái)并擁有優(yōu)化調(diào)控算法等核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類聚合資源的智能監(jiān)測(cè)、管理和調(diào)度。最具代表性的分別是德國(guó)的Next-Kraftwerke，特斯拉的Autobidder。

　　德國(guó)：Next-Kraftwerke通過(guò)其NEMOCS平臺(tái)，聚合熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組、水電站、新能源電站、負(fù)荷等4200臺(tái)設(shè)備，規(guī)模超過(guò)280萬(wàn)千瓦。該平臺(tái)使用基于大數(shù)據(jù)的智能算法，使可再生能源發(fā)電機(jī)組和工業(yè)用戶更加靈活、快速的響應(yīng)價(jià)格信號(hào)。

　　美國(guó)：Tesla Autobidder平臺(tái)可以在車輛、電池、光伏設(shè)備、電網(wǎng)構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)中，根據(jù)價(jià)格信號(hào)、功率預(yù)測(cè)等自動(dòng)調(diào)度，以實(shí)現(xiàn)高效的資源分配和最大化的商業(yè)效益，為虛擬電廠實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)、快速調(diào)度、智慧響應(yīng)功能。

　　我國(guó)虛擬電廠發(fā)展現(xiàn)狀與國(guó)外的比較分析

　　我國(guó)虛擬電廠處于研究和示范為主的起步探索階段，已有江蘇、冀北、上海、浙江、天津、深圳等地結(jié)合區(qū)域特點(diǎn)開(kāi)展了虛擬電廠的試點(diǎn)應(yīng)用，其中江蘇虛擬電廠可提供快速可中斷的負(fù)荷控制服務(wù);上海虛擬電廠建設(shè)以聚合商場(chǎng)、樓宇等需求響應(yīng)為主，積極推進(jìn)負(fù)荷集成商為主體運(yùn)營(yíng)的商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式;冀北虛擬電廠提出了“云管邊端”技術(shù)架構(gòu)，并將虛擬電廠納入電力輔助服務(wù)范圍;深圳成立了國(guó)內(nèi)首個(gè)城市級(jí)虛擬電廠管理中心，以負(fù)荷型、儲(chǔ)能型資源聚合為主。

　　綜合分析，我國(guó)虛擬電廠兼具歐美的特點(diǎn)，從發(fā)展背景和能源結(jié)構(gòu)看，我國(guó)虛擬電廠與歐洲較為接近，基于能源轉(zhuǎn)型深入推進(jìn)、清潔低碳發(fā)展步伐加快的大背景，但歐洲的新能源比例要高于我國(guó);從市場(chǎng)機(jī)制看，我國(guó)與美國(guó)較為接近，運(yùn)營(yíng)模式以需求響應(yīng)為主，但我國(guó)目前還處于政府引導(dǎo)、電網(wǎng)實(shí)施的階段。

　　在政策法規(guī)層面，虛擬電廠支持政策相繼出臺(tái)，頂層法規(guī)框架、政策細(xì)則有待加強(qiáng)。

　　國(guó)家層面，頂層設(shè)計(jì)規(guī)劃加速落地，《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》、《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》、《國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局關(guān)于完善能源綠色低碳轉(zhuǎn)型體制機(jī)制和政策措施的意見(jiàn)》等綜合性政策從不同方面提出要引導(dǎo)虛擬電廠等多種資源參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)。

　　地方層面，廣東、山東、陜西等省份出臺(tái)了虛擬電廠專項(xiàng)文件，或在需求響應(yīng)政策文件中對(duì)虛擬電廠提出了要求。

　　但相較國(guó)外在立法層面給予支持的政策力度，我國(guó)虛擬電廠尚缺少國(guó)家立法層面的頂層設(shè)計(jì)，國(guó)家層面的政策細(xì)則也有待出臺(tái)，從而進(jìn)一步明確虛擬電廠和相關(guān)參與主體的明確定位、職責(zé)劃分，并對(duì)虛擬電廠的定義、分類等基礎(chǔ)概念進(jìn)行規(guī)范，保障虛擬電廠規(guī)范發(fā)展。

　　在市場(chǎng)機(jī)制層面，逐步推動(dòng)虛擬電廠參與市場(chǎng)交易，交易機(jī)制有待完善，商業(yè)模式有待創(chuàng)新。

　　我國(guó)當(dāng)前正處于加速推進(jìn)電力市場(chǎng)化建設(shè)進(jìn)程中，虛擬電廠主要參與輔助服務(wù)市場(chǎng)。近期發(fā)布的《電力現(xiàn)貨市場(chǎng)基本規(guī)則(征求意見(jiàn)稿)》明確提出推動(dòng)虛擬電廠等新興市場(chǎng)主體參與交易，華北、山東、上海等省份也建立了虛擬電廠參與調(diào)峰、調(diào)頻機(jī)制，江蘇等地則已將聚合儲(chǔ)能的綜合能源服務(wù)商納入調(diào)頻資源。

　　但總體來(lái)看，虛擬電廠參與電力市場(chǎng)交易機(jī)制尚處于起步階段，交易規(guī)則、交易品種設(shè)計(jì)不健全，如：華北僅僅允許虛擬電廠根據(jù)日前發(fā)電預(yù)計(jì)劃在出清價(jià)格最高時(shí)段提供調(diào)峰服務(wù);上海將虛擬電廠單獨(dú)劃分，不與火電提供的深度調(diào)峰共同報(bào)價(jià)出清。多數(shù)虛擬電廠僅以邀約、投標(biāo)等方式參與政策性需求響應(yīng)，盈利來(lái)源依賴于政府部門的專項(xiàng)費(fèi)用補(bǔ)貼，市場(chǎng)規(guī)模相對(duì)較小、盈利方式單一，同時(shí)還存在一定的準(zhǔn)入門檻限制，導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)商、用戶參與度低。

　　未來(lái)需進(jìn)一步健全市場(chǎng)化機(jī)制，倡導(dǎo)建立公平規(guī)范的運(yùn)營(yíng)環(huán)境，在建設(shè)初期同步探索針對(duì)能源聚合服務(wù)的激勵(lì)機(jī)制，培育多類型負(fù)荷聚合商，并拓展能源聚合服務(wù)的范圍和場(chǎng)景，豐富交易品種，促進(jìn)商業(yè)模式創(chuàng)新，營(yíng)造良性發(fā)展生態(tài)圈。

　　在技術(shù)支撐層面，智能化水平不斷提升，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系有待健全，核心技術(shù)有待突破。

　　各省虛擬電廠實(shí)踐在智慧管控平臺(tái)方面也有積極的探索，如：江蘇依托大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)、需求響應(yīng)業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)、大規(guī)模空調(diào)有序削峰系統(tǒng)構(gòu)建虛擬電廠管理平臺(tái);上海創(chuàng)新應(yīng)用信息物理系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)執(zhí)行指令、自動(dòng)優(yōu)化升級(jí)策略提升樓宇響應(yīng)的“智慧”的程度;冀北虛擬電廠提出了“云管邊端”技術(shù)架構(gòu)，研發(fā)了基于公網(wǎng)云的智能管控平臺(tái)，但由于各省的平臺(tái)依托不同的發(fā)展基礎(chǔ)和目標(biāo)，聚合平臺(tái)功能各異，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)與接口，導(dǎo)致數(shù)據(jù)交互壁壘高，信息傳輸實(shí)時(shí)性、可靠性不夠。

　　同時(shí)在優(yōu)化調(diào)控技術(shù)等高價(jià)值密度的集成性技術(shù)方面與先進(jìn)國(guó)家相比還有差距。未來(lái)還需進(jìn)一步健全虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)體系，建立統(tǒng)一規(guī)范的信息通信系統(tǒng)，加強(qiáng)關(guān)鍵基礎(chǔ)支撐技術(shù)攻關(guān)，支撐虛擬電廠復(fù)雜多樣的業(yè)務(wù)場(chǎng)景需求。

　　結(jié)語(yǔ)

　　國(guó)外先進(jìn)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)表明，法規(guī)、市場(chǎng)和技術(shù)在不同層面對(duì)虛擬電廠的發(fā)展提供了良好的支撐。我國(guó)虛擬電廠在發(fā)展背景、運(yùn)營(yíng)模式等方面與歐美各有相似之處，對(duì)比歐美先進(jìn)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，立足我國(guó)國(guó)情，未來(lái)我國(guó)虛擬電廠尚需在頂層法規(guī)框架和政策細(xì)則、市場(chǎng)交易機(jī)制和商業(yè)模式、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系和核心技術(shù)等方面加以改進(jìn)，以推進(jìn)虛擬電廠高質(zhì)量規(guī)模化發(fā)展，助力新型電力系統(tǒng)建設(shè)和雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

　　(本文系作者個(gè)人觀點(diǎn)，不代表機(jī)構(gòu)觀點(diǎn))