科普 | 什么是“虚拟电厂”？

2024-09-24

IM电竞能

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在新型电力系统之中，虚拟电厂是未来重要的新型电厂形式之一。虚拟电厂在破解清洁能源消纳难题、绿色能源转型方面发挥重要作用，能够提升能源服务，实现对分布式能源的负荷预测、响应分配、实时协调控制和储能安全健康充放电管理，参与电力交易市场和需求响应。

虚拟电厂的定义

虚拟电厂（VPP, Virtual Power Plant）是一种新型电源协调管理系统，通过信息技术和软件系统，实现分布式电源、储能、可调负荷等多种分布式资源的聚合和协同优化。作为一个特殊的电厂，它既可以作为“正电厂”向系统供电调峰，又可作为“负电厂”加大负荷消纳配合系统填谷。

可以说，虚拟电厂是一种电力能源新生态。

电力的核心目标是实现平衡，最佳状态是，所发的电能够满足下游的用电需求，不浪费且刚好够用。电网端需要构建以新能源为主体的“新型电力系统”——发电端跳动了，用电端也需要更灵活，否则，发电端要么发出来的电没办法上网，弃风弃光，要么造成电网堵塞等。想要弥合双边的失衡，用电端需要补充更多的“灵活可调节资源“，虚拟电厂就是其中的一项关键解决方案。（另外三项为：火电机组调节、抽水蓄能和储能）

图一.jpg

虚拟电厂的分类

在更广义的概念中，虚拟电厂是基于互联网的能源高度聚合，并以此为基础而拓展出的多样化衍生服务，其核心是“聚合”和“通信”。根据其服务能力可以分为电源型虚拟电厂、负荷型虚拟电厂、储能型虚拟电厂、混合型虚拟电厂等类型。

电源型：具有能量出售的能力，可以参与能量市�。⑹邮导是樾尾斡敫ㄖ袷谐�。
负荷型：具有功率调节能力，可以参与辅助服务市�。芰砍鍪凼粜圆蛔�。
储能型：可参与辅助服务市�。部梢圆糠质倍瓮ü诺缋闯鍪鄣缒�。
混合型：全能型角色。

图二.jpg

虚拟电厂的作用原理

用户端的负荷各有特点，可大致分为储能式电源、可中断负荷、可削峰式负荷、可时移式负荷等。

具体而言，比如用电过高的时段，发电端承压，虚拟电厂平台可以让用户端的“可削峰负荷”（比如充电桩）降低频率，或者让“可时移负荷”晚数小时开始工作，或者是直接停止掉“可中断式负荷”的使用。通过种种动作，去削弱区域内的用电峰值，迎合发电端。

一方面，虚拟电厂可以通过“削峰填谷”，保障电网的平稳运行，同时促进新能源的消纳；另一方面还可以让参与其中的用电端企业用户通过参与电网互动，调节用电习惯，从而节省电费支出。

“虚拟电厂”真正的价值，就是提供一个满足电网需求的资源池，去尽可能迎合发电端发电的频率特点，在用户端模拟调节出一条符合电网需求的曲线。

虚拟电厂的发展阶段

1、第一个阶段

又称邀约型阶段。这是在没有电力市场的情况下，由政府部门或调度机构牵头组织，各个聚合商参与，共同完成邀约、响应和激励流程。

2、第二个阶段

又称市场型阶段。这是在电能量现货市场、辅助服务市场和容量市场建成后，虚拟电厂聚合商以类似于实体电厂的模式，分别参与这些市场获得收益。在第二阶段，也会同时存在邀约型模式，其邀约发出的主体是系统运行机构。

3、第三个阶段

第三个阶段是未来的虚拟电厂，我们称之为跨空间自主调度型虚拟电厂。随着虚拟电厂聚合的资源种类越来越多，数量越来越大，空间越来越广，实际上可称之为“虚拟电力系统”，其中既包含可调负荷、储能和分布式能源等基础资源，也包含由这些基础资源整合而成的微网、局域能源互联网。

虚拟电厂哪些资源可以调控

虚拟电厂可以调控：工商业企业、分布式电源、生产制造业、新能源汽车充电站、建筑楼宇空调、各类储能等。

图三.png

聚合充电桩

虚拟电厂“削峰填谷”让利消费者

在深圳一个办公区的地下停车�。甘涞缱谖履茉雌党涞�。下午两点，深圳的用电高峰来临。这些充电桩收到后台虚拟电厂的指令，下调充电功率，实现错峰充电。

在深圳，有1.8万根充电桩接入虚拟电厂管理中心，可以随时响应电网的调度进行调峰，并获得相应的收益，其中的部分收益最终也会让利给车主。

某能源数字化公司创始人、首席执行官王阳：我们只需要调度一把充电枪，就会给正在使用它充电的车主弹一个对话框，询问在这个时间点愿不愿意接受降低功率，你的充电时长会增加30分钟，但是每度电可以打5折。

在深圳虚拟电厂管理中心，充电桩等电力负荷侧资源通过“5G+边缘计算”等技术聚合起来加以控制，相当于一个“云端电厂”，可以快速调度深圳海量的新能源汽车充电需求。

深圳虚拟电厂管理中心总经理程韧俐：今年深圳的电动汽车已经达到83万辆，到2025年我们预测是5000万千瓦时的电池电量，这对深圳确实是很大的资源。虚拟电厂的建设成本是传统电厂的1/10左右。

在浙江海宁的一个快充站，中午一点正好是当地用电的低谷期，这里每度电的价格降到0.6元。大量的新能源营运车辆排队充电，这个充电站也接入当地的虚拟电厂平台，在中午光伏发电量较大的时候，消纳清洁能源，为电网填谷。

某能源数字化公司创始人、首席执行官王阳：虚拟电厂系统可以去调动这些电动车“削峰填谷”。虚拟电厂不生产电，是电的“搬运工”。用比特管理瓦特，可以实现电力在AI（人工智能）指导和算法指导下的自然流动。

虚拟电厂的构成

1、分布式能源资源

虚拟电厂利用分布式能源资源，如太阳能光伏、风力发电、生物质能等，将其集成到统一的能源系统中。这些分布式能源资源分布在不同地点，通过虚拟电厂的智能调度和控制，实现能源的优化分配和协调运行。

2、储能系统虚拟

电厂配备储能系统，如电池、储热设备等，用于储存多余的能源，并在需要时释放。储能系统的应用提高了能源的灵活性和可靠性，也可以为虚拟电厂提供备用电源和削峰填谷的功能。参与电力市场且鼓励新能源场站和配建储能联合参与电力市场。

3、智慧能源管理系统

在虚拟电厂中，每一部分均与智慧能源管理系统相连，控制中心通过智能电网的双向信息传送，利用智能能源管理系统进行统一调度协调机端潮流、受端负荷以及储能系统，实现对能源生产、储存和消费的智能控制和协调管理，达到降低发电损耗、减少室温气体排放、优化资源利用、降低电网峰值负荷和提高供电可靠性的目的。

虚拟电厂的关键技术

1、协调控制技术

虚拟电厂主要包括各种DG、储能系统、可控负荷以及电动汽车等分布式能源。通过协调控制技术实现分布式能源的协调优化，以达到对系统高要求的电能输出。

2、智能计量技术

智能计量技术是虚拟电厂的一个重要组成部分，可以实现虚拟电厂对DG和可控负荷等分布式能源的监测和控制。还能自动测量和读取用户的用电信息，以此为虚拟电厂提供需求侧的实时信息。

3、信息通信技术

虚拟电厂采用双向通信技术，是实现分布式能源聚合的关键。它不仅能够接收各个单元的当前状态信息，而且能够向控制目标发送控制信号。

图五png.png

虚拟电厂的优势
1、资源整合和优化利用

随着“碳中和，碳达峰”的提出，我国分布式光伏、分散式风电等分布式能源的占比越来越大，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。通过集成和优化分布式能源资源，虚拟电厂能够有效利用太阳能、风力发电及储能系统，提高能源利用效率。同时，通过智能管理和协调控制，优化调度可以最大化利用可再生能源，并在需要时调整不同能源的输出，以满足电力需求，减少系统的运行成本。

2、提升电网稳定性和可靠性

虚拟电厂具备快速响应能力，能够迅速调整能源输出以应对电网负荷变化和突发事件。它通过实时监测负荷和预测能源的出力情况，快速响应电网需求变化，通过有效的调度和灵活的运行方式，虚拟电厂能够平衡电网的供需关系，提高电网的稳定性和可靠性，降低因电力波动而导致的供电中断风险。

3、建设成本经济分析

《电力系统灵活性提升》表明，煤电机组经灵活性改造投资成本约600~700元/千瓦，虚拟电厂的规模一般为最大负荷的3%~5%，考虑到相关设备费用，维护费用以及推广费用等，投资成本约200~400元/千瓦。显而易见，虚拟电厂的建设减少了投资成本，所以更具有优势。

4、环境保护与可持续发展

虚拟电厂包括大量的可再生能源，如风能和太阳能，这些清洁能源的利用有助于减少对化石燃料的依赖，降低温室气体的排放量，推动环境保护和可持续发展。通过增加可再生能源在能源结构中的比重，虚拟电厂在全球范围内发挥着减少碳足迹的重要作用。

5、技术创新与发展

虚拟电厂的建设和运营推动了电力系统技术的不断创新和发展。引入智能电网技术，优化预测算法和实时调度系统，改进电池储能技术等，这些都是为了提升虚拟电厂的运行效率和可靠性。通过技术的不断进步，虚拟电厂不仅提高了电力系统的整体水平，还促进了电力行业向更加智能、可持续的方向发展。

图六.jpg

虚拟电厂的“两个不等于”1、虚拟电厂不等于传统电厂

提起电厂，人们脑海里第一反应往往是：高耸的烟囱、巨大的冷却塔、滚滚的白烟。如今在我们身边有一种电厂，既不需要厂房，不需要烧煤，也不需要其他燃料，却可以发电，我们将这样的电厂称为虚拟电厂。

2、虚拟电厂不等于微网

虚拟电厂的规模较大，一般为很多个用户或是园区，利用智能化技术，实现跨区调控。而微网规模相对较�。话闶蔷嗬虢辖姆植际侥茉矗哂幸欢ǖ墓峦诵心Ｊ健６槟獾绯贾沼氲缤嗔辉诵胁⑼Ｊ�。

虚拟电厂解决了新能源行业哪些痛点

能源需求转型，用电供需矛盾突出，是虚拟电网当下的发展背景。

围绕电力的产生和消耗，大体分为发电侧、电网侧和用电侧。电网对运行安全有严格要求，电网安全的首要目标就是保证发用电的实时平衡，需要发电侧的不断调节去拟合负荷曲线。新能源发电严重依赖于自然资源（光照强度、风力强度），具有随机性、间歇性和波动性的特点，对负荷的支撑能力不足。若规模化直接并入电网发电，将会对电网造成巨大冲击，威胁电力系统安全以及供电的稳定性。

另外，由于小型分布式新能源发电设施、储能设施、可控制用电设备、电动汽车等的持续发展普及，在用电侧，很多电力用户也从单一的消费者转变为混合形态的产销者，并且各类激增的大功率用电设备（如充电桩）“吃”起电来，也是让电网直呼压力山大，显然不能任由其“胃口大开”一哄而上。因而，新的发用电势态下，“虚拟电厂”应运而生。

1、供给侧：火力发电仍占主导，水力、风能发电量不稳定

光伏发电装机量分布不均：2022年一季度，全国光伏新增并网装机1321万千瓦，同比提高138%。新增装机规模较大的省份包括河北180万千瓦、浙江164万千瓦、山东150万千瓦。受地理位置和自然条件影响，光能资源分布不均匀，各省份装机量差异较大。风电装机量分布不均：2022年一季度，全国风电新增并网790万千瓦，同比增加16.7%。新增并网规模较大的省区主要有吉林163万千瓦、甘肃90 万千瓦、山西68万千瓦。截至3月底，全国风电累计并网3.37亿千瓦，同比增加17.6%。一季度海上风电新增并网36万千瓦，受2021年底海上风电国家补贴到期影响，海上风电新增装机规模放缓，同比下降79%。

2、需求侧：用电侧总量与结构变化提高负荷峰值

用电负荷总量屡创新高：当前社会用电短期峰值负荷不断攀升，加之极端天气的冲击，2022年夏季我国部分地区区域电力供需紧张，国家电网5个区域电网和19个省级电网负荷屡创新高，四川等省份启动了限电措施。用电需求结构变化，电力负荷特性恶化：近年第三产业及城乡居民用电的增长形成了“日内双峰”的特征，同时拉大了用电负荷峰谷差，使能源电力保供形势更为复杂严峻。以上海为例，2020年夏季的最大峰谷差率高达43%，导致本地发电机组频繁启停，对机组安全性造成了负面影响。

3、虚拟电厂兼具灵活性和经济性

? 灵活性：把负荷侧的这些资源，包括用电负荷、储能，以及分布式的资源，通过信息化手段和技术自动化手段集合起来，使其具备一个电厂的特性。它既可作为“正电厂”向系统供电或控制可调负荷调峰，又可作为“负电厂”加大负荷消纳，配合填谷，能够实现配电网侧新能源的聚合管理、就地消纳及灵活运行。

? 经济性：投入成本约为火电厂的1/8。我国东西部电力供需关系趋紧，电力峰谷差矛盾日益突出，各地年最高负荷95%以上峰值负荷累计不足50小时。峰谷差问题可以依靠多种手段缓解，但总体来看，随着虚拟电厂技术的日渐成熟，虚拟电厂将成为削峰填谷投资成本最低的手段。根据国家电网测算，通过火电厂实现电力系统削峰填谷，满足其经营区5%的峰值负荷需要投资4000亿，而通过虚拟电厂，在建设、运营、激励等环节投资仅需500-600亿元，既满足环保要求，又能够降低投入成本。

虚拟电厂的政策

2024年伊始，成都市印发《虚拟电厂建设实施方案（2023—2025年）》的通知，把虚拟电厂的发展目标和定位进行了展开和明确。此前，深圳专门成立了虚拟电厂管理中心，宁夏、山西接连印发省级虚拟电厂运营管理细则，标志着中国“虚拟电厂”建设步入快车道。

虚拟电厂在各国如何落地

1、德国：虚拟电厂已实现商业化

德国的虚拟电厂已实现商业化。其主要业务是在批发市场销售 100kW以上中型可再生能源电厂生产的电量，在日前市场优化其售电，使这些电厂成为虚拟电厂资源。虚拟电厂有利于灵活性较高的机组获利。除可再生能源电厂外，燃气热电联产、电池储能、应急发电机和需求响应等都可作为虚拟电厂资源。其主要应用场景是通过电力市场的灵活电价，引导电厂管辖内系统优化发用电成本，优化交易收益。

2、欧洲：产业链分工明确，商业模式聚焦发电侧

欧洲虚拟电厂通常由独立虚拟电厂运营商、发电企业或部分输电网运营商 (TSO, Transmission System Operator) 提供服务。从产业链角度：欧洲的电力系统分为发电、输电、配电和售用电环节，而电网运营主体可以划分为输电网运营商和配电网运营商 (DSO, Distribution Network Operator) 。输电网运营商负责控制和运行输电网，包括监测和控制电网内断路器、开关以及输电网的电压。配电网运营商负责将能源进行分配和管理，并输送给终端消费者，属于竞争性业务。欧洲各国根据区域划分输电网运营商的管辖范围，并依靠跨国电网链接，属于区域性垄断业务。

3、美国：虚拟电厂发展早

美国目前是世界上实施需求响应（DR, Demand Response）项目最多、种类最齐全的国家，也是较早开展需求侧管理的国家之一。约有28GW的需求侧资源参与其中，约占高峰需求的6%。家庭虚拟电厂技术兴起，有助于整合更多的屋顶光伏和储能，同时扩大基于时间的费率试点。美国虚拟电厂通过控制电力价格、电力政策的动态变化降低用电负荷或获取电力用户手中的储能来保证电网系统稳定性。

4、中国：虚拟电厂发展处于初级阶段

目前，国家层面还没有出台专项的虚拟电厂政策，省级层面仅有上海、广东、山西分别出台了《关于同意进一步开展上海市电力需求响应和虚拟电厂工作的批复》（2020.9.16）、《广州市虚拟电厂实施细则（征求意见稿）》（2021.6.30）和《虚拟电厂建设与运营管理实施方案》（2022.6.23）。与虚拟电厂相关的政策主要涉及需求响应、辅助服务等。为调动用户侧资源响应电力系统积极性，在2013年需求侧试点基础上，上海、江苏、广东、浙江、山东、河南等14个省区出台了需求响应新政策；江苏、湖北、辽宁、湖南、河南、安徽、福建、贵州、江西等省区，以及东北、华东等五大区域出台或对电力辅助服务政策进行了修订；华北、华中、浙江、江苏等地能源主管部门开放了虚拟电厂等第三方主体和用户资源参与调峰辅助服务身份。

虚拟电厂的四种盈利模式

1、可再生能源发电的预测和监控

可再生能源的进给难以控制，导致电力现货市场价格变动时公用事业公司难以及时调整电力投资组合，从而导致：

①现货市场电价转为负值时，可再生能源供给不能及时削减，从而带来亏损；

②电力平衡机构的需求变动大，公用事业公司依靠传统手段难以了解和预测可再生能源发电水平，导致因事后修正电力投资组合而承受昂贵的平衡成本。

公用事业公司投资组合中的所有可再生能源通过远程控制单元联网，以实时显示不同发电站的发电总量，从而能够直接控制特定可再生能源发电的交易。此外，虚拟电厂还能够综合不同发电站的发电数据和外部导入的气象数据来帮助预测可再生能源的发电量。

盈利方式：

①增强了对电力投资组合的预测能力和控制，帮助公用事业公司节省因投资组合和实际需要不同带来的平衡成本。

②当可再生能源电价降到负值时，公用事业公司可以及时削减售电组合中可再生能源发电的占比。

③如果可再生能源投资组合包含生物能源或水电（或地热等其他可调度的可再生能源），公用事业公司可以使用虚拟电厂来优化和控制这些资产的发电计划，例如在预计电价上涨时增加这些资产的发电，从而在短期市场上击败平均价格，带来额外收入。

④在可再生能源份额较高的能源市场中，电价往往由光伏和风电驱动，因此通过更好地了解自己的可再生能源投资组合，公用事业公司可以更多地了解整个电力市场的情况以及现货市场价格走向，从而提高交易安全性和盈利能力。

2、电网弹性聚合

虚拟电厂参与电网辅助服务，提高电网弹性。在收到来自电网运营商的增加或减少发电量的信号后，虚拟电厂的中央控制系统结合各个可调度的可再生能源电厂的响应时间限制、运行状态等因素，将运营商的信号拆分为多个单独的子信号，发送到各个可再生能源电厂。这些信号会进一步被自动发送到电厂中的各个联网单元，通过综合调控虚拟电厂下的不同发电单元的，从而实现总体的调峰调频效果。

盈利方式：虚拟电厂运营商通过容量招标及辅助服务盈利。

3、需求响应聚合

虚拟电厂聚合需求侧的电力消耗单元，统一进行负荷管理，从而提供需求响应服务，获取辅助服务收入。此外，在部分市�。槟獾绯Щ共斡肴萘空斜辏竦弥斜耆萘康慕崴惴延�。此时虚拟电厂的作用在于提高电力消费的领活动。

盈利方式：通过辅助服务市场竞标收入、降低电力采购成本盈利。

4、户用虚拟电厂

将电池储能、户用光伏和电动汽车充电连接到一个综合的家庭能源系统中，实现户用能源调配。降低电网使用，避免配电堵塞，实现调峰，增加电网独立性，增加电表后资产灵活性，提高对电网使用的控制。

盈利方式：用户增加电力自用，聚合商提供辅助服务盈利，公用事业公司通过减少电网升级费用增加收入。

虚拟电厂相关核心企业

1、国电南瑞

该公司是国网旗下以能源电力智能化为核心的，能源互联网整体解决方案提供商，为电网、发电及用户提供能源整体解决方案。公司22年落地15个省市电力现货市场和国内首个省级虚拟电厂运营管控系统，在上海、福建、江苏等地成功落地多个样板工程，是虚拟电厂建设的技术引领者。

2、南网能源

公司是南网旗下一站式节能及综合能源服务平台，凭借在用户侧节能业务基�。蚰茉赐泄�、用户侧储能、光储一体化能源站等业务拓展，开展源荷聚合业务并以肇庆、南沙为试点打造城市级负荷集成商先行点。

3、国网信通

公司进入电力智能化领域多年，具备专业软件开发团队，业务已升级至EPCOS，能实时采集和分析用户数据，并建立负荷预测模型对新能源电力生产进行智能调控。同时公司于今年成立数字能源事业部，预计数字化技术将带来可持续收入。

4、安科瑞

公司是用户侧微电网系统能效管理系统的硬件+软件的系统解决方案供应商（终端表计、电量传感器等硬件+各能源管理软件），形成了“云-边-端“完整的产品生态体系。微电网打破对用户内部负荷、光、储、充的信息孤岛，实现互联互通，为后续虚拟电厂或者负荷聚合商的聚合提供信息接口和控制通道。

5、特锐德

控股子公司特来电拟在青岛上�：献髯橹呈痉肚枇⑷首庸尽扒嗟荷虾咸乩吹缧槟獾绯Э萍加邢薰尽保鲎�1亿元；新公司定位为特来电虚拟电厂业务的全国总部，致力于打造以电动汽车链接的“充电网+微电网+储能网”为载体的虚拟电厂，推动构建虚拟电厂生态与管理平台，搭建以充电网为链接的工业互联网，打造上合产业新动能，创建绿色智慧能源示范区。

6、东方电子

公司起家于电力系统自动化，发展至今已形成覆盖电力全产业链的产品和服务体系，产品与服务覆盖“发、输、变、配、用”各个环节。公司凭借在自动化、信息化和数字化领域的技术基�。蛟臁肮ひ祷チ悄苤斩�、综合能源管理、源网荷储智慧管控、云化智能运维、虚拟电厂和碳资产管理”等核心技术和绿色低碳产业链。

7、国能日新

公司主要面向新能源电站、发电集团和电网公司等新能源电力市场主体提供产品及相关服务，以新能源发电功率预测产品为核心，营收占比72%，同时围绕“电改 ”主线推动电力交易辅助决策平台、储能EMS系统以及虚拟电厂运营业务，积极打开新的成长空间。

8、炬华科技

公司的智能电能表、采集终端、专变终端、云边路由器等产品，可以应用于虚拟电厂的计量、采集通讯和监控等，虚拟电厂的推广应用将对公司产生积极影响。

9、恒实科技

公司主营业务为综合能源服务、通信设计服务、智慧物联应用业务三大类，其中综合能源服务在新型电力系统建设背景下，开展虚拟电厂、综合能源改造、电力市场交易等业务。

目前行业面临的最大挑战

首先，厂商如何把虚拟电厂的能力推销出去，让用户愿意配合；其次，是要对用户端的负荷特性、生产计划和用电设备足够了解，协调好用户光伏、储能等多类资源，准确挖掘出用户的可调能力；最后才是，考虑如何对负荷进行分类/组合/优化/运营，把收益最大化。

虚拟电厂的发展趋势

1、增长潜力

虚拟电厂行业具有巨大的增长潜力，随着可再生能源的快速发展和分布式能源资源的增加，人们对于更高效、可持续的能源管理需求日益增长。

2、系统优化

虚拟电厂利用智能控制系统对跟不是能源资源进行协调管理和优化配置，以实现能源供应的可靠性和经济性。这种系统优化能够提高能源资源的利用效率，并减少传统能源系统的浪费。

3、能源市场参与

虚拟电厂可以将分布式能源资源整合到电力市场中，通过出售剩余能源、参与能源交易等方式获取收益、这种参与能够促进能源市场的竞争和多样化，提高能源供需的平衡程度。

4、技术创新

虚拟电厂行业将不断受到技术创新的推动。随着人工智能、大数据分析和物联网等先进技术的应用，虚拟电厂能够实现更精确的能源预测、优化调度和风险管理，提高系统的稳定性和可靠性。

5、微电网发展

虚拟电厂和微电网的结合将成为未来发展的趋势。微电网是指由多个分布式能源资源和负荷组成的域内电力系统，虚拟电厂可以通过集成微电网的能源资源，实现更灵活、可控的能源供应，并提高对电网脆弱性和故障的抵抗能力。

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