掘金虛擬電廠

杜鵬

近期，虛擬電廠被資本市場追捧，概念股紛紛大漲。其中，深交所中小板上市公司金智科技4月下旬以來最大漲幅246%，目前總市值超過70億元。

7月13日，就虛擬電廠問題，金智科技回復投資者稱，“公司在虛擬電廠領域涉及的產(chǎn)品及業(yè)務包括源網(wǎng)荷儲能源聚合調(diào)控平臺、分布式光伏系統(tǒng)建設及運維、區(qū)域分布式光伏集中管控系統(tǒng)、電化學儲能相關設備的制造及系統(tǒng)集成、電力輔助服務等，目前正在積極推廣應用。”

虛擬電廠并非僅是資金炒作，而是在雙碳大背景下催生出來的新機遇，受到政策扶持，未來市場空間巨大。

虛擬電廠指利用軟件系統(tǒng)和信息通信技術，將分布式發(fā)電、儲能和可控負荷資源聚合并進行電力調(diào)度的協(xié)調(diào)優(yōu)化，從而實現(xiàn)電力系統(tǒng)供需平衡的電力管理系統(tǒng)。

虛擬電廠的產(chǎn)業(yè)鏈由上游基礎資源、中游系統(tǒng)平臺和下游電力需求方共同構成。分布式電源、儲能、可控負荷的發(fā)展共同構成了上游基礎資源，重點應用于包括工業(yè)、建筑和居民領域。中游資源聚合商主要依靠物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術，整合、優(yōu)化、調(diào)度、決策來自各層面的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)虛擬電廠核心功能——協(xié)調(diào)控制，是虛擬電廠產(chǎn)業(yè)鏈的關鍵環(huán)節(jié)。產(chǎn)業(yè)鏈下游為公共事業(yè)企業(yè)（電網(wǎng)公司）、能源零售商（售電公司）及一切參與電力市場化交易的主體。

在能源供給側，實現(xiàn)“雙碳”目標是中國發(fā)展虛擬電廠的大背景。

綠色低碳的可持續(xù)發(fā)展理念已逐漸成為共識，全球主要國家相繼針對碳排放問題提出了相應的計劃和措施，并對能耗做出具體要求。中國提出的目標是力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和。

在雙碳共識下，多國選擇通過提升電能占終端用能的比例來實現(xiàn)降低碳排放的目標，全球范圍內(nèi)以風電、太陽能為主的新能源裝機量及發(fā)電量占比顯著提升。據(jù)統(tǒng)計，目前中國風電、太陽能裝機量占比分別為12.8%和11.5%，政策目標提出，到2030年，風電、太陽能發(fā)電總裝機容量達到12億千瓦以上，新能源將逐漸占據(jù)未來中國電力系統(tǒng)的主導地位。

與傳統(tǒng)火電、水電相比，風電及太陽能等可再生能源發(fā)電布點分散，易受天氣等環(huán)境因素影響，因此發(fā)電功率呈現(xiàn)明顯的間歇性和波動性特征，將對電網(wǎng)出力端形成較大的沖擊，影響到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性維護。同時，峰谷差問題催生的儲能、分布式電源的大規(guī)模裝機也增加了出力資源的數(shù)量，調(diào)度復雜度大幅提升。

面對這些問題，虛擬電廠（VPP）能夠有效聚合分布式電源和儲能電站等資源，依靠物聯(lián)網(wǎng)等技術，處理風電、光伏等出力端帶來的不確定性，幫助電網(wǎng)實現(xiàn)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，加強新型電力系統(tǒng)內(nèi)部各單元間的協(xié)同，從而提升電力系統(tǒng)的靈活性與穩(wěn)定性。

在能源需求側，新能源汽車充電、戶用及工商業(yè)節(jié)能管理的應用，帶動可控負荷大幅增長。虛擬電廠通過有效利用可控新增負荷，有效降低新增負荷對電網(wǎng)的沖擊，甚至可以實現(xiàn)對電網(wǎng)的削峰填谷。

從新能源電動車的角度看，以家用充電為例，在傍晚的用電高峰期，大規(guī)模的電車充電需求將加劇電網(wǎng)的峰谷差。而應用虛擬電廠技術，能夠將用電時間推后，在不影響充電效果的情況下適當降低充電速度，減緩電力峰谷差。

“十三五”期間，江蘇、上海、河北等地開展了電力需求響應和虛擬電廠的試點工作。其中，江蘇省率先于2015年出臺官方文件《江蘇省電力需求響應的實施細則》指導電力需求的調(diào)控。此后，中國虛擬電廠進入研發(fā)、探索階段，2019年，國家電網(wǎng)建成國內(nèi)首個虛擬電廠“國網(wǎng)冀北虛擬電廠”，實現(xiàn)了發(fā)電和用電的自我調(diào)節(jié)。

到目前為止，北京、上海、廣東、江蘇、浙江等地先后開展虛擬電廠項目試點。

國網(wǎng)冀北虛擬電廠實時接入并控制了蓄熱式電采暖、可調(diào)節(jié)工商業(yè)、電動汽車充電站等11類、19家泛在可調(diào)資源，容量約16萬千瓦，涵蓋張家口、秦皇島、廊坊三個地市。

冀北虛擬電廠的核心——智能管控平臺可實現(xiàn)設備數(shù)據(jù)和互動信息的計算、存儲以及集成能源運行管理、交易、服務功能，整合優(yōu)化各類可調(diào)資源與電力系統(tǒng)實時交互。

從運營效果上看，2020年，冀北電網(wǎng)夏季空調(diào)負荷達600萬千瓦，10%空調(diào)負荷通過虛擬電廠進行實時響應，等于少建一座60萬千瓦的傳統(tǒng)電廠;“煤改電”最大負荷將達200萬千瓦，蓄熱式電采暖負荷通過虛擬電廠進行實時響應，預計可增發(fā)清潔能源7.2億千瓦時，減排63.65萬噸二氧化碳。

中國東西部電力供需關系趨緊，電力峰谷差矛盾日益突出，各地年最高負荷95%以上峰值負荷累計不足50小時。峰谷差問題可以依靠多種手段緩解，但總體來看，隨著虛擬電廠技術的日漸成熟，虛擬電廠將成為削峰填谷投資成本最低的手段。

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，在建設、運營、激勵等環(huán)節(jié)投資僅需500億-600億元，既滿足環(huán)保要求，又能夠降低投入成本。

2022年1月，《十四五現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》中提出，推動儲能設施、虛擬電廠、用戶可中斷負荷等靈活性資源參與輔助服務。2022年6月，《北京市“十四五”時期電力發(fā)展規(guī)劃》首次將虛擬電廠的建設納入電力發(fā)展規(guī)劃中。同月，山西能源局發(fā)布《虛擬電廠建設與運營管理實施方案》，要求加快推進虛擬電廠建設，擴大需求側（儲能）響應規(guī)模，提升新能源消納及需求響應能力。

目前，中國可供參與虛擬電廠運營的控制資源體量龐大，可調(diào)負荷資源超過5000萬千瓦，虛擬電廠也隨基礎資源的快速發(fā)展而受到重視。

當前中國虛擬電廠尚處于初級階段，虛擬電廠聚合單元以需求側響應以及參與電力市場輔助服務調(diào)峰調(diào)頻獲取收入，聚合商以虛擬電廠總收入的一定比例分成作為收益。

以廣州市為例，虛擬電廠聚合商及電力用戶可以參與電力市場交易，需求響應分為邀約、實時兩種類型。在廣州供電局在虛擬電廠管理平臺發(fā)布響應邀約后，在次日/4小時后進行需求響應的模式為邀約需求響應，而在1分鐘內(nèi)即開始調(diào)整負荷的類型為實時需求響應，由于實時需求響應的時效性更強、調(diào)控難度更高，實時需求響應的補貼價格往往比邀約需求響應更高。

根據(jù)中金公司測算，虛擬電廠聚合商在2021年理論市場空間約為659億元。

伴隨虛擬電廠的滲透，市場預計虛擬電廠調(diào)節(jié)負荷量占比有望在2030年達到5%。虛擬電廠有望以更優(yōu)的決策分析帶來微電網(wǎng)電力交易利潤的邊際增長，聚合商將通過邊際利潤的分成獲取收入。

中金公司測算，中國虛擬電廠行業(yè)有望在2030年觸達1320億元的理論市場空間。

面對虛擬電廠盛宴，上市公司中已有國能日新、朗新科技、國網(wǎng)信通、遠光軟件、恒實科技、國電南瑞等多家公司明確表示對虛擬電廠領域進行了不同程度的參與。

其中，擁有產(chǎn)業(yè)積淀與技術稟賦的廠商有望成為最大受益者。

資源整合能力構成當前虛擬電廠核心壁壘。

虛擬電廠為資源的聚合體，需要打通區(qū)域內(nèi)部的分布式光伏、風電廠、主網(wǎng)、家庭、工業(yè)企業(yè)、充電站場站、儲能裝置、電動汽車等多元化的資源，同時虛擬電廠控制系統(tǒng)需要建立起虛擬電廠內(nèi)部的協(xié)同機制。因此，虛擬電廠對廠商的資源整合能力具有較高的要求，行業(yè)門檻高筑，帶有電力產(chǎn)業(yè)資源的廠商競爭優(yōu)勢凸顯。

虛擬電廠投入運行后，行業(yè)長期的競爭關鍵在于技術側。相比于傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度，虛擬電廠將儲能裝置以及需求側資源引入調(diào)控的范疇，調(diào)度的難度提升。

根據(jù)恒實科技公告，虛擬電廠的核心技術在于源網(wǎng)荷儲協(xié)同調(diào)度技術，將需求側資源作為常態(tài)化資源納入電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)源網(wǎng)荷儲協(xié)同調(diào)度，包含大規(guī)模源網(wǎng)荷儲多維度協(xié)調(diào)優(yōu)化控制方法、可中斷負荷精準控制技術、基于安全約束的大規(guī)模精準負荷恢復技術、負荷優(yōu)化實時建模技術等。

在中金公司看來，兼具技術與資源的廠商有望成為虛擬電廠行業(yè)的龍頭。