什么是虛擬電廠？

什么是虛擬電廠：分布式資源匯集和優化

      虛擬電廠的概念起源于1997年《虛擬公共設施:新興產業描述、技術與競爭力》一書中對虛擬公共設施的概念。虛擬公共設施靈活合作，由市場驅動。參與合作的實體可以為消費者提供所需的服務，而無需擁有相應的資產。虛擬電廠是在這個概念的基礎上進行擴展和延伸的。

基于“虛擬電廠的概念與發展”一文，（virtual power plant，簡稱VPP)是一種電源協調管理系統，通過先進的信息通信技術和軟件系統，可以實現分布式電源、儲能系統、可控負荷、電動汽車、充電樁等分布式能源的匯聚和協調，作為參與電力市場和電網運行的特殊電廠。虛擬電廠不是真正的電廠，而是智能電網技術。分布式電力管理系統應用于參與電網運行調度，實現“源-荷-網”的匯聚和升級。

什么是虛擬電廠：結構-可調節是資源層的關鍵。

       作為調整資源之一，工業儲能是虛擬電廠大發展的重要前提條件，資源層的調整能力和質量決定了虛擬電廠完成調度指令的能力。

源頭：目前接入資源以分布式光伏為代表，自身不具備調節能力，可以與工業負荷作為一個整體，形成一個可調節的負荷。

負荷:可調負荷各有個人能力限制。工業負荷通常受到生產計劃的強制約束，響應速度較慢?？照{負荷在時間維度上不能平移，幾乎沒有填谷能力。由于用戶體驗和天氣的限制，可調范圍有限。作為直接面向C端的負荷，充電樁的調節能力是不可預測的。

儲備:可調節能力、響應速度和可靠性較好的資源，同時具有削峰和填谷能力，虛擬電廠具有高頻、大幅響應的資源。

為何需要虛擬電廠？

為何需要虛擬電廠：快速增加風景帶來的填谷需求

風光裝機增長迅速，增加了供電系統的不可控性。截至2023H1，我國風電裝機389.21GW，太陽能裝機470.67GW，總風光占總裝機的31.76%。其中，2023年H1我國風電新增裝機22.99GW，比22年同期增加12.94GW，比去年同期增加12.94GW。 77.67% ；與22年同期新增30.88GW相比，太陽能新增78.42GW，同比增長30.88GW。 153.95%的風和光都在加速增長。新能源輸出主要受來風和光的影響，人為干預效果小。因此，當新能源輸出與負載用電特性不一致時，就會出現新能源用電問題。處理不當會造成供電系統安全事故，造成投資浪費。

光伏建設的速度遠遠超過風力發電，分布式光伏成為主力軍。2022年，我國光伏裝機首次超越風力發電，其中分布式光伏發揮了重要作用。2022年，新型分布式光伏裝機51.11GW，占當初所有新型光伏的58.48%；截至23H1，累計分布式安裝達到198.23GW。分布式建設，選址簡單，項目周期短，安裝速度快。由于投入時間高度集中，電網調度控制水平相對較低，消費問題正在出現。山東、河南等分布式安裝強省出臺了分布式安裝文檔。

“鴨曲線”變成了“峽谷曲線”，光伏的增加帶來了填谷的需求。“鴨曲線”由美國加州電網運營商CAISO提出，即在光伏輸出高峰期的中午，凈負荷曲線下降，然后在夜間光伏輸出下降時，凈負荷急劇上升。隨著光伏安裝的增加，CAISO的凈負荷曲線發生了向“峽谷曲線”的變化，即中午凈需求較低，降至零值甚至負數；晚上負荷增加更加嚴重，其他電源需要快速上坡，以滿足負荷的急劇上升。

(圖片來自華福證券虛擬電廠專題報告)

中國一些以山東為代表的省份也有明顯的填谷需求。山東的安裝結構與CAISO相似。截至22年底，光伏安裝占比已達到 22.5%。2023年五一假期期間，山東省用電量下降約15%，造成持續負電價現象。值得注意的是，4月29日至5月1日，現貨價格曲線形狀與鴨曲線相似，負電價格在10:00至15:00特別頻繁，這是光伏發電的高峰期。結合山東之前將中午時段分為電費深谷時段，新能源安裝的增加改變了原有的負荷曲線，促進了新能源集中發電時段。電網凈負荷有一個深谷，需要在時間上轉移負荷(填谷)以平穩變化，促進新能源消耗。

為何需要虛擬電廠：充電樁等新型負載促進負載側復雜度的提高？

隨著新能源汽車的快速增長，充電樁的數量發生了變化。截至2023H1，我國公共充電樁數量已達214.86萬臺，同比增長。 40.63%。2023H1，新能源汽車銷量同比增長 44.13%，保持快速增長，可以預見，未來隨著新能源汽車銷量的快速增長，充電樁擁有量將不斷增加。充電樁的大幅增加會對配電網產生影響。與常規交流充電樁相比，快速充電DC樁由于功率更大，充電時間更短，影響更大。

充電樁增加了居民生活用電負荷的峰值。充電樁對配電網的影響主要包括:(1)充電樁用電高峰也是居民原有用電高峰，會導致原有負荷峰值持續增加，產生時間短、量級高的峰值負荷；(2)變壓器容量根據峰值負荷配備，導致其他時間資源閑置；(3)充電負荷起伏導致網絡消耗等。

因此，充電樁的發展增加了峰值填充谷物的需求，但同時，充電樁和新能源汽車本身也是一個很好的可調負荷。如果能通過虛擬電廠聚集優化，是降低充電成本、減少電網投資的雙贏選擇。

為何需要虛擬電廠：需求側響應能力達到Zui大負荷的3%-5%

需求側響應能力建設目標明確。14月5日前，虛擬電廠停留在個別地區和項目試點階段。第一，新能源安裝比例不高，供電系統對靈活性資源的需求不強；第二，缺乏量化目標。2022年，“十四五”現代能源系統規劃提出，到2025年，電力需求側響應能力將達到Zui大負荷 3%～其中，華東、華中、南方等地區達到Zui大負荷的5%左右。

虛擬電廠政策的密集發布將成為新電力系統建設的重要組成部分，政策力度有望持續增加。7月11日，深化改革委員會第二次會議召開，審議通過了《關于深化電力系統改革，加快建設新電力系統的指導意見》。會議強調，要完善適應新電力系統的系統機制，加強電力技術創新、市場機制創新和商業模式創新。作為促進新能源消費的重要環節和電力商業模式創新的重要形式，虛擬電廠的后續政策支持有望繼續增加。

如何創造虛擬電廠的收益？

如何創造虛擬電廠的收益：需求側響應

三大收入來源：需求側響應，輔助服務市場，電力現貨市場。目前我國虛擬電廠正處于邀請型向市場型過渡階段。

邀請階段主要由政府機構或調度機構牽頭，發出邀請信號，虛擬電廠組織資源響應，獲得容量/電力補貼。

我們國家的許多省份都出臺了需求響應細則，特別是江蘇、上海、廣東等省市。補貼單價高但頻率低，市場化程度低，需求側響需求響應以削峰為主，主要發生在夏季迎峰期，主要目的是保供。

例如，2022年全年9次邀請型社會化需求響應(均發生在7月和8月)，廣東省為例；Zui大削峰負荷為277萬千瓦，Zui大應用量為609萬千瓦；有效應用收入為1.63億元?？梢钥闯觯m然補充到5元/千瓦時(負荷可以中斷)，但需求響應并不是正常的，發生頻率低，計劃色彩強烈。所以隨著我國電力市場體制建設的逐步完善，虛擬電廠也在從邀請階段向市場階段過渡。

如何創造虛擬電廠的收益：輔助服務市場

新型電力系統不斷催生對輔助服務的需求。傳統電源(火電、水電等。)具有一定的調節能力，而新能源具有輸出波動、無功功率不足的特點，導致高比例新能源安裝供電系統對電力輔助服務的需求增加。根據國家能源局的數據，2019年H1中國的輔助服務費約占電費的1.47%；據《中國能源報》報道，這一比例近兩年上升到2.5%；根據國際經驗，輔助服務費一般占社會總電費的3%以上，隨著新能源的大規模接入，會增加。因此，預計輔助服務市場的規模將以高于功耗增長率的速度增長。

虛擬電廠主要起到調峰調頻的作用。2021年12月，國家能源局修訂發布《電力輔助服務管理辦法》，確定電力用戶可以通過委托虛擬電廠代理的方式參與電力輔助服務市場。此后，各地在電力輔助服務規則中明確了虛擬電廠/負載聚合商參與輔助服務的條件和補償方式。目前，虛擬電廠的主要功能是電能的時間轉移，相應的峰值調整服務；未來，隨著工業儲能滲透率的提高，虛擬電廠有望在頻率調整服務上取得更大的突破。從2023H1全國輔助調整服務數據來看，

計算虛擬電廠市場規模

計算虛擬電廠市場潛力：預計到2025年投資總額將達到330-550億元

從投資端看虛擬電廠規模:計算邏輯:假設需求側對投資的反應與虛擬電廠的投資相等，投資總額=全社會Zui大用電量*需求側對應能力的比例*需求側對應能力的單位投資。

(1)據中國電聯預測，到2025年，全社會Zui大用電量為16.3億千瓦；

(2)按照“十四五”現代能源體系規劃，力爭到達。 2025 2008年，電力需求側響應能力達到Zui大負荷 3%～5%，假設在傳統前提下，需求側響應能力在2025年達到Zui大負荷的3%，在樂觀前提下達到Zui大負荷的5%；

(3)根據國家電網計算，一般需要投資4000億元才能通過火電廠達到5%的峰值負荷，而通過虛擬電廠實現這一目標只需要投資500億-600億元。假定滿足5%的峰值負荷需要虛擬電廠投資550億元，倒計得到需求側響應單位投資675元/KW。計算得出，到2025年，傳統前提下，虛擬電廠/需求側響應總投資330億元，樂觀前提下總投資550億元。

計算虛擬電廠市場潛力：預計2025年運營規模將達到100億級。

從運營方面來看，虛擬電廠的規模:電力現貨市場:

(1)根據中國電力聯合會的預測，到2025年，全社會用電量為9.5億千瓦時；

(2)假設現貨市場用電量占全社會用電量的10%；

(3)現貨市場并不總是有價差。假設虛擬電廠可以在一天內套利4小時電量(參考工業2h儲能系統兩充兩放的策略)，參考Zui近代理商購買的峰谷價差，假設平均峰谷價差為0.7元/

公司分析

安科瑞：提供能耗管控解決方案，微電網產品持續迭代升級

深耕用電業務，微電網解決方案供應商。公司成立于2003年，早年定位用電自動化領域，從事用戶端智能電力儀表的研發、生產與銷售，主要產品為電力監控儀表、電能管理儀表、電氣安全儀表及與之配套使用的電力傳感器。2016 年公司開始向綜合服務商轉型，目前定位為為企業微電網能效管理和用能安全提供解決方案的高新技術企業和軟件企業，主要產品包括企業微電網產品和系統、電量傳感器等，形成了從云平臺到傳感器的完整產品生態體系，累計為1.4萬余企業配套系統解決方案。

EMS產品實現平臺化，向源網荷儲充一體化進發。公司EMS產品迭代到2.0版本，未來EMS3.0將在EMS2.0基礎上并入光儲充平臺，實現源網荷儲充一體化柔性控制。目前，EMS 3.0已完成產品研發架構，功能正在逐步完善。

——以上內容節選自華福證券虛擬電廠專題報告：虛擬電廠蓄勢待發，源網荷儲聯動是新型電力系統必然選擇。

安科瑞智慧能源管理平臺助力虛擬電廠快速發展

安科瑞智慧能源管理平臺

AcrelEMS 智慧能源管理平臺是針對企業微電網的能效管理平臺，對企業微電網分布式電源、市政電源、儲能系統、充電設施以及各類交直流負荷的運行狀態實時監視、智能預測、動態調配，優化策略，診斷告警，可調度源荷有序互動、能源全景分析，滿足企業微電網能效管理數字化、安全分析智能化、調整控制動態化、全景分析可視化的需求，完成不同策略下光儲充資源之間的靈活互動與經濟運行，為用戶降低能源成本，提高微電網運行效率。AcrelEMS 智慧能源管理平臺可以接受虛擬電廠的調度指令和需求響應，是虛擬電廠平臺的企業級子系統。

圖1  AcrelEMS 智慧能源管理平臺主界面

平臺結構

系統覆蓋企業微電網“源-網-荷-儲-充”各環節，通過智能網關采集測控裝置、光伏、儲能、充電樁、

常規負荷數據，根據負荷變化和電網調度進行優化控制，促進新能源消納的同時降低對電網的至大需量，使之運行安全。

圖2  AcrelEMS 智慧能源管理平臺結構

平臺功能

1.能源數字化展示

通過展示大屏實時顯示市電、光伏、風電、儲能、充電樁以及其它負荷數據，快速了解能源運行情況。

2.優化控制

直觀顯示能源生產及流向，包括市電、光伏、儲能充電及消耗過程，通過優化控制儲能和可控負載提升新能源消納，削峰填谷，平滑系統出力，并顯示優化前和優化后能源曲線對比等。

3.智能預測

結合氣象數據，歷史數據對光伏、風力發電功率和負荷功率進行預測，并與實際功率進行對比分析，通過儲能系統和負荷控制實現優化調度，降低需量和用電成本。

 4.能耗分析

采集企業電、水、天然氣、冷/熱量等各種能源介質消耗量，進行同環比比較，顯示能源流向，能耗對標，并折算標煤或碳排放等。

5.有序充電

系統支持接入交直流充電樁，并根據企業負荷和變壓器容量，并和變壓器負荷率進行聯動控制，引導用戶有序充電，保障企業微電網運行安全。

6.運維巡檢

系統支持任務管理、巡檢/缺陷/消警/搶修記錄以及通知工單管理，并通過北斗定位跟蹤運維人員軌跡，實現運維流程閉環管理。

設備選型

除了智慧能源管理平臺外，還具備現場傳感器、智能網關等設備，組成了完整的“云-邊-端”能源數字化體系，具體包括高低壓配電綜合保護和監測產品、電能質量在線監測裝置、電能質量治理、照明控制、充電樁、電氣消防類解決方案等，可以為虛擬電廠企業級的能源管理系統提供一站式服務能力。

安科瑞系統解決方案還包含電力運維云平臺、能源綜合計費管理平臺、環保用電監管云平臺、充電樁運營管理云平臺、智慧消防云平臺、電力監控系統、微電網能量管理系統、智能照明控制系統、電能質量治理系統、電氣消防系統、隔離電源絕緣監測系統等系統解決方案，覆蓋企業微電網各個環節，打造準確感知、邊緣智能、智慧運行的企業微電網智慧能源管理系統。