文|能鏈研究院

近日，特斯拉在南澳大利亞州啟動(dòng)為超3000個(gè)家庭安裝家用電池系統(tǒng)Powerwall再度引發(fā)了人們對(duì)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(xiàng)目幫助當(dāng)?shù)卣疁p少了超過100兆瓦的高峰需求，并能夠?yàn)閰⑴c家庭平均每年節(jié)省200美元的電費(fèi)。特斯拉在澳大利亞的虛擬電廠于2017年啟動(dòng)，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(duì)于澳大利亞而言，虛擬電廠將幫助其減少對(duì)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(shí)踐

特斯拉以分布式資源作為切入點(diǎn)，依托自身的大型儲(chǔ)能系統(tǒng)、家庭光儲(chǔ)一體、電動(dòng)汽車充電網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)勢(shì)，通過一站式服務(wù)采集用戶的用能數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)分布式能源應(yīng)用場(chǎng)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(fù)荷計(jì)劃，通過虛擬電廠的方式減少電網(wǎng)在需求高峰時(shí)期承受壓力時(shí)的發(fā)電需求。當(dāng)加州電網(wǎng)因?yàn)樘鞖庋谉岫枰~外的電力供應(yīng)時(shí)，特斯拉Powerwall的用戶可以通過將他們儲(chǔ)存的電量返回電網(wǎng)，獲得每千瓦時(shí)2美元的報(bào)酬。

在該項(xiàng)目中，PG&E通過以低于用電高峰期批發(fā)電價(jià)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(chǔ)能和發(fā)電產(chǎn)品的需求提升，以及未來的售電差價(jià)及虛擬電廠服務(wù)費(fèi)用。

特斯拉“車+樁+光+儲(chǔ)+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(dòng)汽車、儲(chǔ)能、發(fā)電和虛擬電廠等領(lǐng)域，初步構(gòu)建起“車+樁+光+儲(chǔ)+荷+智”的新能源閉環(huán)生態(tài)。其中虛擬電廠智能平臺(tái)Autobidder是核心樞紐，負(fù)責(zé)新能源交易和控制管理，智能平臺(tái)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(duì)車型布局、電池系統(tǒng)、充電網(wǎng)絡(luò)和充電技術(shù)的持續(xù)迭代優(yōu)化。

“光+儲(chǔ)”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(chǔ)能項(xiàng)目開發(fā)、光伏和儲(chǔ)能設(shè)備制造、光伏發(fā)電運(yùn)營等領(lǐng)域，形成在產(chǎn)能端的光儲(chǔ)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(tái) Autobidder實(shí)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(shí)時(shí)交易和控制平臺(tái)；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(tái)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(gè)階段：

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

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

值得一提的是，在第二階段，也會(huì)同時(shí)存在邀約型模式，其邀約發(fā)出的主體是系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)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(shí)候應(yīng)該要稱之為“虛擬電力系統(tǒng)”了，其中既包含可調(diào)負(fù)荷、儲(chǔ)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(shí)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(fù)荷的需求響應(yīng)為主，參與系統(tǒng)削峰填谷；日本側(cè)重于用戶側(cè)儲(chǔ)能和分布式電源，以參與需求響應(yīng)為主；歐洲以分布式電源的聚合為主，參與電力市場(chǎng)交易。

美國目前是世界上實(shí)施需求響應(yīng)項(xiàng)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(chǎng)約有28GW的需求側(cè)資源參與其中，約占高峰需求的6%。當(dāng)前，許多州都在試驗(yàn)家庭虛擬電廠技術(shù)，方便整合更多的屋頂光伏和儲(chǔ)能，同時(shí)也都在擴(kuò)大基于時(shí)間的費(fèi)率試點(diǎn)，尤其是與電動(dòng)汽車非高峰充電相關(guān)的應(yīng)用場(chǎng)景。

日本自2011年開始高度重視需求響應(yīng)技術(shù)開發(fā)和推廣應(yīng)用。2015年，日本政府出臺(tái)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(jìn)一步提出了推動(dòng)虛擬電廠技術(shù)開發(fā)的示范項(xiàng)目計(jì)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(yàn)項(xiàng)目。據(jù)日本信息產(chǎn)業(yè)省測(cè)算，到2030年日本的虛擬電廠裝機(jī)容量可達(dá)3770萬千瓦，VPP/DR投資總和預(yù)計(jì)將達(dá)到730億日元。日本推廣虛擬電廠的重點(diǎn)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(dòng)汽車等六大領(lǐng)域，以“光伏+儲(chǔ)能”為主要形式。

德國的虛擬電廠已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。德國虛擬電廠運(yùn)營商的主要業(yè)務(wù)是在批發(fā)市場(chǎng)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(yīng)用場(chǎng)景是通過電力市場(chǎng)的靈活電價(jià)，引導(dǎo)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(fù)荷管理服務(wù)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(chǎng)的機(jī)會(huì)。

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(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)目傾向于選擇交由虛擬電廠運(yùn)營。

在美國，《能源政策法案》將需求響應(yīng)上升到國家層面，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，允許分布式能源聚合商在區(qū)域性批發(fā)電力市場(chǎng)中參與競爭。

依賴于成熟的電力市場(chǎng)機(jī)制，典型國家的虛擬電廠可參與電能量交易、輔助服務(wù)、容量聚合等多個(gè)市場(chǎng)，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(chǎng)生態(tài)鏈。

虛擬電廠將成為解決電網(wǎng)負(fù)荷的最具經(jīng)濟(jì)性選項(xiàng)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(lán)皮書》提出培育負(fù)荷聚合服務(wù)、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(yùn)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(lán)皮書》

目前國內(nèi)出臺(tái)的虛擬電廠相關(guān)支持政策涉及應(yīng)用場(chǎng)景、盈利機(jī)制、運(yùn)行要求等方面。其中推動(dòng)負(fù)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(chǔ)能商業(yè)模式等多個(gè)國家、地方政策正在鼓勵(lì)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(yùn)營、下游電力需求方。具體來看，產(chǎn)業(yè)鏈上游由可控負(fù)荷、分布式能源與儲(chǔ)能構(gòu)成；中游為提供虛擬電廠運(yùn)營服務(wù)與技術(shù)支持的系統(tǒng)平臺(tái)；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(diǎn)，至今多省已逐步落地典型示范項(xiàng)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(chǎng)型轉(zhuǎn)型階段，各省開展的虛擬電廠項(xiàng)目以試點(diǎn)為主，引導(dǎo)用戶通過開展需求響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)削峰填谷，測(cè)試需求響應(yīng)能力。

江蘇、冀北、上海、浙江、天津、深圳等地結(jié)合區(qū)域特點(diǎn)開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)營的商業(yè)運(yùn)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(wù)范圍；深圳成立了國內(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。

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(wù)，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(yù)測(cè)、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(wù)，以充電場(chǎng)站為核心場(chǎng)景，將分散的電動(dòng)汽車、充電樁、儲(chǔ)能設(shè)施、分布式光伏等負(fù)荷資源，通過云端進(jìn)行高效聚合，形成可控的管理單元，并借助光儲(chǔ)充柔性管理、智能調(diào)度、能量控制等方式，參與電力市場(chǎng)交易，響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度需求，幫助充電場(chǎng)站降低用能成本，在推動(dòng)行業(yè)良性發(fā)展的同時(shí)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(fēng)電、光伏及電網(wǎng)系統(tǒng)更接近于歐洲模式。同時(shí)，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(shí)踐案例聚合了較多風(fēng)電、光伏資源，與歐洲模式具有較強(qiáng)的相似性。

從市場(chǎng)機(jī)制看，我國電力交易市場(chǎng)尚處于試點(diǎn)起步階段，虛擬電廠的運(yùn)營仍以邀約制下的需求側(cè)響應(yīng)為主要模式，因此，當(dāng)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(dá)到2億千瓦。預(yù)計(jì)“十四五”期間電網(wǎng)負(fù)荷最大日峰谷差率將達(dá)到36%，“十五五”期間將達(dá)到40%，電網(wǎng)調(diào)峰壓力持續(xù)增加。電力系統(tǒng)時(shí)段性、靈活性調(diào)節(jié)能力不足現(xiàn)象進(jìn)一步加劇。

毫無疑問，虛擬電廠是解決電網(wǎng)負(fù)荷的最具經(jīng)濟(jì)性選項(xiàng)之一。根據(jù)國家電網(wǎng)測(cè)算，通過火電廠實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)削峰填谷，滿足5%的峰值負(fù)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(yù)見的是，在支持政策密集推進(jìn)、實(shí)際需求日益旺盛、電力現(xiàn)貨市場(chǎng)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(dòng)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(jìn)虛擬電廠》 王鵬、王冬容等編著 機(jī)械工業(yè)出版社

2.《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍(lán)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