文|能鏈研究院

近日，特斯拉在南澳大利亞州啟動為超3000個家庭安裝家用電池系統(tǒng)Powerwall再度引發(fā)了人們對虛擬電廠的關(guān)注。

據(jù)悉，特斯拉在澳大利亞的虛擬電廠項目幫助當?shù)卣疁p少了超過100兆瓦的高峰需求，并能夠為參與家庭平均每年節(jié)省200美元的電費。特斯拉在澳大利亞的虛擬電廠于2017年啟動，截至2023年3月，特斯拉在澳大利亞的VPP有超過1萬戶家庭參與。對于澳大利亞而言，虛擬電廠將幫助其減少對化石燃料的依賴，提高其電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

來自特斯拉的虛擬電廠實踐

特斯拉以分布式資源作為切入點，依托自身的大型儲能系統(tǒng)、家庭光儲一體、電動汽車充電網(wǎng)絡等優(yōu)勢，通過一站式服務采集用戶的用能數(shù)據(jù)，實現(xiàn)分布式能源應用場景的效益最大化。

除了澳大利亞，特斯拉也在美國德州、加州等地積極布局自主性虛擬電廠模式。

2022年，特斯拉與加州公用事業(yè)公司PG&E合作開展緊急減負荷計劃，通過虛擬電廠的方式減少電網(wǎng)在需求高峰時期承受壓力時的發(fā)電需求。當加州電網(wǎng)因為天氣炎熱而需要額外的電力供應時，特斯拉Powerwall的用戶可以通過將他們儲存的電量返回電網(wǎng)，獲得每千瓦時2美元的報酬。

在該項目中，PG&E通過以低于用電高峰期批發(fā)電價的金額向Powerwall用戶購電節(jié)省成本，Powerwall用戶通過售電獲得收入，而特斯拉能獲得儲能和發(fā)電產(chǎn)品的需求提升，以及未來的售電差價及虛擬電廠服務費用。

特斯拉“車+樁+光+儲+荷+智”的新能源產(chǎn)業(yè)生態(tài)閉環(huán)；來源：《特斯拉新能源生態(tài)閉環(huán)》

眼下，特斯拉通過電動汽車、儲能、發(fā)電和虛擬電廠等領(lǐng)域，初步構(gòu)建起“車+樁+光+儲+荷+智”的新能源閉環(huán)生態(tài)。其中虛擬電廠智能平臺Autobidder是核心樞紐，負責新能源交易和控制管理，智能平臺管理著數(shù)百兆瓦的電力資產(chǎn)。

“車+樁”組成特斯拉新能源生態(tài)體系的用能端，通過對車型布局、電池系統(tǒng)、充電網(wǎng)絡和充電技術(shù)的持續(xù)迭代優(yōu)化。

“光+儲”組成特斯拉新能源生態(tài)體系的產(chǎn)能端，在“車+樁”的用能端取得突破的基礎(chǔ)上，特斯拉布局儲能項目開發(fā)、光伏和儲能設(shè)備制造、光伏發(fā)電運營等領(lǐng)域，形成在產(chǎn)能端的光儲協(xié)同布局。

“荷+智”組成特斯拉新能源生態(tài)體系的交易端，虛擬電廠智能平臺 Autobidder實現(xiàn)了在交易端與公用電網(wǎng)的連接，成為特斯拉新能源生態(tài)體系的依托。

資料來源：《特斯拉新能源生態(tài)閉環(huán)》2022

Autobidder是虛擬電廠實時交易和控制平臺；圖源：能源電力說

Autobidder管理著數(shù)百兆瓦的電力資產(chǎn)；資料來源：《智慧能源管理平臺支撐需求側(cè)變革》

根據(jù)外圍條件的不同，虛擬電廠的發(fā)展可以分為三個階段：

1. 第一階段邀約型階段：在沒有電力市場的情況下，有政府部門或者調(diào)度機構(gòu)牽頭組織，各個聚合商參與，共同完成邀約、響應和激勵流程。

2. 第二階段市場型階段：這是在電能量現(xiàn)貨市場、輔助服務市場和容量市場建成后，虛擬電廠聚合商以類似于實體電廠的模式，分別參與這些市場活動收益。

值得一提的是，在第二階段，也會同時存在邀約型模式，其邀約發(fā)出的主體是系統(tǒng)運行機構(gòu)。

3. 第三階段是未來的虛擬電廠，稱之為自主調(diào)度型虛擬電廠。隨著虛擬電廠聚合的資源種類越來越多，數(shù)量越來越大，空間越來越廣，這時候應該要稱之為“虛擬電力系統(tǒng)”了，其中既包含可調(diào)負荷、儲能和分布式能源等基礎(chǔ)資源，也包含了由這些基礎(chǔ)資源整合而成的微電網(wǎng)、局域能源互聯(lián)網(wǎng)。

顯而易見的是，特斯拉是典型的第三階段的虛擬電廠。

國外虛擬電廠的商業(yè)模式和生態(tài)鏈

實際上，除了特斯拉，虛擬電廠在歐美等國家發(fā)展成熟且各有側(cè)重，大多處于前文提及的第三階段。其中，美國以可控負荷的需求響應為主，參與系統(tǒng)削峰填谷；日本側(cè)重于用戶側(cè)儲能和分布式電源，以參與需求響應為主；歐洲以分布式電源的聚合為主，參與電力市場交易。

美國目前是世界上實施需求響應項目最多、種類最齊全的國家，也是較早開展需求側(cè)管理的國家之一。最新的數(shù)據(jù)顯示，其批發(fā)市場約有28GW的需求側(cè)資源參與其中，約占高峰需求的6%。當前，許多州都在試驗家庭虛擬電廠技術(shù)，方便整合更多的屋頂光伏和儲能，同時也都在擴大基于時間的費率試點，尤其是與電動汽車非高峰充電相關(guān)的應用場景。

日本自2011年開始高度重視需求響應技術(shù)開發(fā)和推廣應用。2015年，日本政府出臺了《日本再興戰(zhàn)略（2015）》，首次明確提出推廣虛擬電廠政策。2016年，《能源革新戰(zhàn)略》又進一步提出了推動虛擬電廠技術(shù)開發(fā)的示范項目計劃（2016-2020）。

目前，日本正在開展典型的跨空間自主調(diào)度型虛擬電廠試驗項目。據(jù)日本信息產(chǎn)業(yè)省測算，到2030年日本的虛擬電廠裝機容量可達3770萬千瓦，VPP/DR投資總和預計將達到730億日元。日本推廣虛擬電廠的重點集中在住宅、辦公大樓、工廠、商業(yè)設(shè)施、公共事業(yè)和電動汽車等六大領(lǐng)域，以“光伏+儲能”為主要形式。

德國的虛擬電廠已經(jīng)完全實現(xiàn)商業(yè)化。德國虛擬電廠運營商的主要業(yè)務是在批發(fā)市場銷售100kW以上中型可再生能源電廠生產(chǎn)的電量，使這些電廠成為虛擬電廠資源。德國虛擬電廠的主要應用場景是通過電力市場的靈活電價，引導電廠管轄內(nèi)系統(tǒng)優(yōu)化發(fā)用電成本，優(yōu)化交易收益。

而歐美國家虛擬電廠的成熟發(fā)展，得益于其政策法規(guī)明確虛擬電廠的“合法身份”。資料顯示，早在2012年，歐盟就在法律上將“聚合商”定義為負荷管理服務提供商，在法規(guī)和指令中給出了聚合商的定義，闡明了其參與市場的機會。

在德國，能源法案中明確了聚合商的定義，特別是《可再生能源法》明確規(guī)定，所有100kW以上可再生能源發(fā)電項目必須參與電力市場交易銷售，促使分布式可再生能源項目傾向于選擇交由虛擬電廠運營。

在美國，《能源政策法案》將需求響應上升到國家層面，法令對需求響應參與市場交易和電力平衡做出相關(guān)規(guī)定，允許分布式能源聚合商在區(qū)域性批發(fā)電力市場中參與競爭。

依賴于成熟的電力市場機制，典型國家的虛擬電廠可參與電能量交易、輔助服務、容量聚合等多個市場，其主體地位明確、交易規(guī)則健全，并由此形成了完善的商業(yè)模式和市場生態(tài)鏈。

虛擬電廠將成為解決電網(wǎng)負荷的最具經(jīng)濟性選項之一

在國內(nèi)，虛擬電廠也愈發(fā)受到關(guān)注。

6月2日，國內(nèi)首份官方新型電力系統(tǒng)建設(shè)文件《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍皮書》提出培育負荷聚合服務、虛擬電廠等貼近終端用戶的新業(yè)態(tài)新模式，充分挖掘用戶側(cè)消納新能源潛力。

作為具備聚合海量分布式能源資源的數(shù)字化協(xié)調(diào)管理與交易系統(tǒng)，虛擬電廠在新型電力系統(tǒng)中將扮演關(guān)鍵角色，將發(fā)揮調(diào)節(jié)電能量與信息流向、提高電力系統(tǒng)運行效率的功能。

新型電力系統(tǒng)圖景展望；圖源：《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍皮書》

目前國內(nèi)出臺的虛擬電廠相關(guān)支持政策涉及應用場景、盈利機制、運行要求等方面。其中推動負荷聚合商及虛擬電廠等新興經(jīng)營主體參與交易、以虛擬電廠拓展用戶側(cè)用能新模式、通過虛擬電廠拓展新型儲能商業(yè)模式等多個國家、地方政策正在鼓勵培育虛擬電廠商業(yè)模式。

來源：能源電力說

從產(chǎn)業(yè)鏈來看，虛擬電廠產(chǎn)業(yè)鏈已有雛形。上游基礎(chǔ)資源、中游虛擬電廠運營、下游電力需求方。具體來看，產(chǎn)業(yè)鏈上游由可控負荷、分布式能源與儲能構(gòu)成；中游為提供虛擬電廠運營服務與技術(shù)支持的系統(tǒng)平臺；下游為則是電力公司、售電公司、大用戶構(gòu)成的電力需求方。

國內(nèi)虛擬電廠從2009年開始試點，至今多省已逐步落地典型示范項目。我國的大多數(shù)虛擬電廠正處于從第一代邀約型向第二代市場型轉(zhuǎn)型階段，各省開展的虛擬電廠項目以試點為主，引導用戶通過開展需求響應，實現(xiàn)削峰填谷，測試需求響應能力。

江蘇、冀北、上海、浙江、天津、深圳等地結(jié)合區(qū)域特點開展了虛擬電廠的試點應用，其中江蘇虛擬電廠可提供快速可中斷的負荷控制服務；上海虛擬電廠建設(shè)以聚合商場、樓宇等需求響應為主，積極推進負荷集成商為主體運營的商業(yè)運營模式；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范圍；深圳成立了國內(nèi)首個城市級虛擬電廠管理中心，以負荷型、儲能型資源聚合為主。

來源：能鏈研究院制圖

而眾多新能源企業(yè)也參與到了虛擬電廠的建設(shè)中。6月13日，能鏈智電（NASDAQ：NAAS）發(fā)布虛擬電廠業(yè)務，并與北京清能互聯(lián)科技有限公司、北京京能國際綜合智慧能源有限公司簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，各方將在電力交易決策優(yōu)化、人工智能分析預測、資源聚合建模與調(diào)度優(yōu)化等方面攜手為行業(yè)提供解決方案。

據(jù)悉，能鏈智電虛擬電廠業(yè)務，以充電場站為核心場景，將分散的電動汽車、充電樁、儲能設(shè)施、分布式光伏等負荷資源，通過云端進行高效聚合，形成可控的管理單元，并借助光儲充柔性管理、智能調(diào)度、能量控制等方式，參與電力市場交易，響應電網(wǎng)調(diào)度需求，幫助充電場站降低用能成本，在推動行業(yè)良性發(fā)展的同時還參與到新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建中。

不難看出，虛擬電廠的發(fā)展正在提速。

從能源結(jié)構(gòu)看，我國風電、光伏及電網(wǎng)系統(tǒng)更接近于歐洲模式。同時，中國與歐洲電網(wǎng)的職能、架構(gòu)更為類似，我國虛擬電廠的早期實踐案例聚合了較多風電、光伏資源，與歐洲模式具有較強的相似性。

從市場機制看，我國電力交易市場尚處于試點起步階段，虛擬電廠的運營仍以邀約制下的需求側(cè)響應為主要模式，因此，當前情況下更接近于美國模式。

隨著可再生能源大規(guī)模接入，電網(wǎng)“雙高”、“雙峰”特性明顯，備用容量不足。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，極端情況下，2030年電網(wǎng)備用容量缺口將達到2億千瓦。預計“十四五”期間電網(wǎng)負荷最大日峰谷差率將達到36%，“十五五”期間將達到40%，電網(wǎng)調(diào)峰壓力持續(xù)增加。電力系統(tǒng)時段性、靈活性調(diào)節(jié)能力不足現(xiàn)象進一步加劇。

毫無疑問，虛擬電廠是解決電網(wǎng)負荷的最具經(jīng)濟性選項之一。根據(jù)國家電網(wǎng)測算，通過火電廠實現(xiàn)電力系統(tǒng)削峰填谷，滿足5%的峰值負荷需要投資4000億元，而通過虛擬電廠僅需投資500億至600億元，虛擬電廠的成本僅為火電廠的八分之一至七分之一。

可以預見的是，在支持政策密集推進、實際需求日益旺盛、電力現(xiàn)貨市場日益發(fā)展等助推下，作為聚合優(yōu)化分布式能源的智能控制技術(shù)和互動商業(yè)模式，隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)的需要，虛擬電廠將迎來發(fā)展期。

參考資料：

1. 《走進虛擬電廠》 王鵬、王冬容等編著 機械工業(yè)出版社

2.《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍皮書》

3.《特斯拉的虛擬電廠，是什么樣的？》 能源電力說 2022年12月