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虚拟电厂:新型电力系统蓝海,产业格局全景解析

日期：2023-07-17 12:27:24 来源：网络整理作者：本站编辑浏览：25 评论：0

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随着能源转型深入，伴随着新能源高比例接入电网，带来巨大调峰调频压力，虚拟电厂应运而生。

虚拟电厂是一种新型电力系统，可对大规模新能源电力进行高效利用，是电力行业未来极具潜力的发展方向。

当前我国虚拟电厂尚处于初期发展阶段。

随着 “双碳”政策的推进，虚拟电厂发展有着较为确定的市场空间。分布式能源和储能的建设稳定带动虚拟电厂市场规模的扩大，供需两侧发展空间广阔。

虚拟电厂示意图：

资料来源：国网上海经研院

01 虚拟电厂行业概览

虚拟电厂（Virtual PowerPlant，VPP）是一套能源协调管理系统，是一种跨空间的、广域的源网荷储集成商。

能够整合闲置资源参与维持电网系统稳定，有效降低发电厂和电网企业运营成本，作为一个特殊电厂参与电网运行和电力市场交易。

“虚拟”是指其没有实体电厂的存在形式；“电厂”是指其具有电厂的某些属性，如提供调峰调频等辅助服务、参与电力市场并获得收益等。

虚拟电厂结构示意图：

虚拟电厂概念的核心可以总结为“通信”和“聚合”，其关键技术主要包括协调控制技术、智能计量技术以及信息通信技术。

通过5G通信技术、人工智能、边缘计算、区块链等先进技术，将分布式电源（DG）、可控负荷、储能、电动汽车等分散在电网的分布式供能（DER）聚合和协调优化，作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统。能够实现电源侧的多能互补、负荷侧的灵活互动，对电网提供调峰、调频、备用等辅助服务，达成与常规发电厂类似的效果。

而在物理空间上，并不需要真正建造一个发电厂。

虚拟电厂强调“聚合”的概念，在传统电网物理架构的基础上，利用能源管理系统将分散的发/用电主体整合为一个虚拟的可控集合体。

虚拟电厂最具吸引力的功能就在于能够聚合多种类型的分布式资源参与电力市场运行。

以风能和太阳能为代表的新能源具有显著的间歇性和强随机波动性，以此为一次能源的发电方式不仅会将这些特性继承下来，还会随时空范围的变化产生规律性改变。

虚拟发电厂提供的新能源电力与传统能源和储能装置集成的模式，能够在智能协同调控和决策支持下对大电网呈现出稳定的电力输出特性，为新能源电力的安全高效利用开辟了新路径。

资料来源：住友电工

虚拟电厂在终端用户、分布式电源、电网和能源服务商各个环节都能产生收益，在虚拟电厂的聚合下，企业、居民等用户均可参与电力市场交易，包括中长期市场和实时平衡市场。

虚拟电厂参与电力市场流程：

02 虚拟电厂产业链

虚拟电厂的产业链结构由上游基础资源、中游系统平台、下游电力需求方构成。

上游基础资源

上游基础资源主要包括可调负荷、分布式电源和储能设备，如工业园区、商场、大型用电设备等。

随着可调负荷中掺杂越来越多自用型分布式能源和储能，逐渐发展出微网、局域能源互联网等形态，成为虚拟电厂的次级控制单元。

中游系统平台

中游资源聚合商主要依靠互联网、大数据等，整合、优化、调度、决策来自各层面的数据信息，增强虚拟电厂的统一协调控制能力，是虚拟电厂产业链的关键环节，有望成为电力行业生态的主角。

随着分布式能源种类和数量越来越多，分布空间越来越广，部分聚合商最终将成为一种跨种类、广域的源网荷储集成商，在电力行业发挥举足轻重的作用。

下游电力需求方

产业链下游为电力需求方，由电网公司、售电公司和大用户构成。

电网公司作为电网运营商，是电力市场的重要买方。售电公司包括独立售电公司、拥有配网运营权的售电公司和电网领域的售电公司。大用户主要指B端可直接参与电力批发市场交易的工商业电力大用户。

发电企业、电网公司、电力用户多方受益。发电企业可提升存量机组利用效率；电网公司可提升电网安全稳定运行水平；为电力用户提供便捷参与的技术手段、市场化参与的渠道和可持续的商业模式。

03 虚拟电厂市场格局

虚拟电厂作为资本、资源和技术高度密集型行业，具有一定进入壁垒。

由于行业发展潜力巨大，吸引了众多领域企业入局，企业类型多样，但市场集中度不高，竞争较为激烈。

欧美虚拟电厂发展较为成熟，欧洲虚拟电厂侧重于分布式电源+储能，北美虚拟电厂侧重于可控负荷。

自2001年起，欧洲各国就开始开展以集成中小型分布式发电单元为主要目标的虚拟发电厂研究项目。

参与的国家包括德国、英国、西班牙、法国、丹麦等。现已实施的虚拟电厂项目有德国卡塞尔大学太阳能供应技术研究所的试点项目、欧盟虚拟燃料电池电厂项目、欧盟FENIX项目等。

目前，国内已有广东、上海、浙江、河北等地已开展虚拟电厂试点建设。

从项目资源类型看，上海、广东、浙江等经济发达地区主要以需求侧响应为主，聚合资源主要是商业、充电桩，而其他省份试点项目多为综合型资源，涵盖分布式电源、储能、工业园区等可调资源。

目前国内已有成功获利的虚拟电厂项目出现。

国内部分虚拟电厂项目：

资料来源：北极星电力

由于虚拟电厂发展潜力巨大，众多领域企业纷纷入场，竞争较为激烈。

目前，虚拟电厂领域的企业主要分为三类：

1)电网下属信息化企业：依托在电力和信息化领域长期的技术、经验积累，以及背靠电网公司可获得丰富的资源，具有天然优势，是当前VPP领域的主力军，代表企业有国网信通、国电南瑞、远光软件等。

国网信通已落地虚拟电厂示范项目，未来计划在北京、上海、江苏、湖南、湖北等区域构建体量更大的虚拟电厂系统。

国电南瑞在虚拟电厂上形成了完备的技术和产品系列，可灵活支持市场上多种新商业模式，优势在于丰富的电力系统运行经。

2)电力信息化领域企业：依托在能源领域积累的技术储备，具备虚拟电厂系统建设和优化的能力，可与能源企业合作实现资源整合和业务拓展，代表企业有恒实科技、金智科技、科陆电子、华为等；

恒实科技全程参与国网冀北电力公司虚拟电厂建设，在虚拟电厂规则制定、用户协议签订、智能终端安装与调试和市场化运营等方面具备丰富的运营经验。

3)新能源领域企业：新能源、新型储能领域企业入局，开展虚拟电厂的技术研发和布局，如中国天楹、电享科技、国能日新等。

国能日新虚拟电厂智慧运营管理系系统：

资料来源：国能日新

相对于传统电力能源生态系统，虚拟电厂的能源生态系统出现了明显变化，发电、输电、配电、用电界限相互交叉，同时兼具生产者与消费者的角色，根据需求可以改变身份特征，其价值主要体现在以下三方面：1）可缓解分布式发电的负面效应，提高电网运行稳定性。2）可高效利用和促进分布式能源发电。我国分布式光伏、分散式风电等分布式能源增长很快，其大规模、高比例接入给电力系统的平衡和电网安全运行带来一系列挑战。3）可用市场手段促进发电资源的优化配置。

政策方面来看，为适应能源结构转型，国家发改委、国家能源局出台系列政策推动完善全国统一的电力市场体系，支持培育多元竞争市场主体，鼓励虚拟电厂参与电力市场交易及系统运行调节。

《“十四五”现代能源体系规划》（发改能源〔2022〕210号）等多个政策文件均提出，我国将完善新型电力系统建设和运行机制，完善适应可再生能源局域深度利用和广域输送的电网体系，健全适应新型电力系统的市场机制，完善灵活性电源建设和运行机制，并开展各类资源聚合的虚拟电厂示范。

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