一、虛拟電(diàn)廠産(chǎn)生的背景及崛起的必然性
1.1、國(guó)外已有(yǒu)商(shāng)業模式案例
虛拟電(diàn)廠的提出已有(yǒu)20餘年，21世紀初在德(dé)國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、荷蘭等歐洲國(guó)家興起，并已擁有(yǒu)多(duō)個成熟的示範項目，其主要關注分(fēn)布式能(néng)源的可(kě)靠并網，同時構築電(diàn)力市場中(zhōng)穩定的商(shāng)業模式。
1.2、中(zhōng)國(guó)電(diàn)力系統的改革
中(zhōng)國(guó)的電(diàn)力系統和政策市場在發生變化，國(guó)家電(diàn)網已将發電(diàn)、配電(diàn)、售電(diàn)等産(chǎn)業剝離和商(shāng)業化，國(guó)内市場已具(jù)備滿足虛拟電(diàn)廠誕生的環境。
國(guó)内各大電(diàn)力交易中(zhōng)心的成立為(wèi)推動虛拟電(diàn)廠的興起做了強大的支撐。
1.3、分(fēn)布式能(néng)源的迅猛發展
在“雙碳”背景下，分(fēn)布式能(néng)源發展迅猛，特别是以分(fēn)布式光伏為(wèi)主崛起，為(wèi)虛拟電(diàn)廠的能(néng)源調度提供有(yǒu)效可(kě)靠的電(diàn)能(néng)來源。
1.4、電(diàn)力供需不平衡和分(fēn)配不合理(lǐ)
随着電(diàn)力負荷急劇增加，在電(diàn)力需求緊張的背景下，純硬件設施調度控制方式存在嚴重不合理(lǐ)現象，對不可(kě)斷電(diàn)需求方造成嚴重的損失。需要靠市場手段來進行電(diàn)能(néng)的合理(lǐ)分(fēn)配。
在傳統電(diàn)網物(wù)理(lǐ)架構上，依托互聯網和現代信息通訊技(jì )術，聚合分(fēn)布式電(diàn)源、儲能(néng)、負荷等尚未納入電(diàn)網現有(yǒu)調控範圍的各類資源，進行協同優化運行控制和市場交易，實現電(diàn)源側的多(duō)能(néng)互補、負荷側的靈活互動，為(wèi)電(diàn)網提供調峰、調頻、備用(yòng)等輔助服務(wù)。
與傳統電(diàn)力最大的差别：以市場和價格為(wèi)主導控制電(diàn)能(néng)的流向
發電(diàn)到用(yòng)電(diàn)旅程
電(diàn)力交易機構包括地區(qū)電(diàn)力交易中(zhōng)心和區(qū)域電(diàn)力交易中(zhōng)心兩類，我國(guó)已建成32個地區(qū)電(diàn)力交易中(zhōng)心和2個區(qū)域電(diàn)力交易中(zhōng)心(北京電(diàn)力交易中(zhōng)心和廣州電(diàn)力交易中(zhōng)心)。電(diàn)力交易中(zhōng)心主要為(wèi)電(diàn)網公(gōng)司與當地主要發電(diàn)企業、用(yòng)電(diàn)單位聯合成立，目前電(diàn)力交易中(zhōng)心均由電(diàn)網公(gōng)司控股。
電(diàn)力機構主要負責落實國(guó)家送配電(diàn)戰略，落實國(guó)家指令性計劃、地方政府間框架協議，開展跨區(qū)跨省市場化交易，促進省間餘缺調劑和清潔能(néng)源消納，逐步推進南方區(qū)域市場融合。
其主要作(zuò)用(yòng)：電(diàn)力市場交易平台的建設、運營和管理(lǐ)；電(diàn)力市場交易組織，提供結算依據和相關服務(wù)，彙總電(diàn)力用(yòng)戶與發電(diàn)企業自主簽訂的雙邊合同；市場主體(tǐ)注冊和相應管理(lǐ)，披露和發布市場信息等。
國(guó)家電(diàn)力監管委員會按照國(guó)務(wù)院授權，行使行政執法職能(néng)，依照法律、法規統一履行全國(guó)電(diàn)力監管職責。其主要工(gōng)作(zuò)職責：
Ø頒發和管理(lǐ)電(diàn)力業務(wù)許可(kě)證。
Ø對發電(diàn)企業在各電(diàn)力市場中(zhōng)所占份額的比例實施監管。
Ø對發電(diàn)廠并網、電(diàn)網互聯以及發電(diàn)廠與電(diàn)網協調運行中(zhōng)執行有(yǒu)關規章、規則的情況實施監管。
Ø電(diàn)力市場向從事電(diàn)力交易的主體(tǐ)公(gōng)平、無歧視開放的情況以及輸電(diàn)企業公(gōng)平開放電(diàn)網的情況依法實施監管。
Ø對電(diàn)力企業、電(diàn)力調度交易機構執行電(diàn)力市場運行規則的情況，以及電(diàn)力調度交易機構執行電(diàn)力調度規則的情況實施監管。
Ø供電(diàn)企業按照國(guó)家規定的電(diàn)能(néng)質(zhì)量和供電(diàn)服務(wù)質(zhì)量标準向用(yòng)戶提供供電(diàn)服務(wù)的情況實施監管。
Ø負責電(diàn)力安(ān)全監督管理(lǐ)工(gōng)作(zuò)。
Ø依照法律、行政法規和國(guó)務(wù)院的規定，對電(diàn)價實施監管。
為(wèi)實現各方的電(diàn)力能(néng)源市場交易、結算等服務(wù)，所提供的一個綜合平台。
是一種利用(yòng)商(shāng)家的技(jì )術和平台，聚集各種資源和能(néng)力，整合各種信息、内容和應用(yòng)，将不同主體(tǐ)提供的各種業務(wù)和服務(wù)有(yǒu)機結合在一起提供給客戶，從而滿足客戶泛在化和一體(tǐ)化的需求，并為(wèi)客戶創造額外價值的一種服務(wù)。
用(yòng)電(diàn)工(gōng)商(shāng)業企業、居民(mín)個人等其他(tā)電(diàn)能(néng)需求方。
以分(fēn)布式能(néng)源為(wèi)主，為(wèi)虛拟電(diàn)廠的能(néng)源調度提供有(yǒu)效可(kě)靠的電(diàn)能(néng)來源。
存儲電(diàn)力能(néng)源，在合适時間進行充放電(diàn)處理(lǐ)。目前儲能(néng)方式為(wèi)電(diàn)化學(xué)儲能(néng)、電(diàn)容儲能(néng)、飛輪儲能(néng)等。
電(diàn)力能(néng)源通過電(diàn)力輸送設施将能(néng)量輸送到指定位置，電(diàn)力輸送設施由國(guó)家電(diàn)網負責。
基于泛在電(diàn)力物(wù)聯的能(néng)量管理(lǐ)，實現分(fēn)布式電(diàn)源、儲能(néng)系統、電(diàn)動汽車(chē)、可(kě)控負荷等靈活資源的跨域連接、安(ān)全可(kě)靠通信與能(néng)量協調優化。
在交易完成後對電(diàn)力能(néng)源進行合理(lǐ)配發。
依托高精(jīng)度的計量設備儀器，對電(diàn)能(néng)質(zhì)量的檢測和電(diàn)力能(néng)源的計量，實現交易的公(gōng)平公(gōng)正。
德(dé)國(guó)的虛拟電(diàn)廠已實現商(shāng)業化。其主要業務(wù)是在批發市場銷售100kW以上中(zhōng)型可(kě)再生能(néng)源電(diàn)廠生産(chǎn)的電(diàn)量，在日前市場優化其售電(diàn)，使這些電(diàn)廠成為(wèi)虛拟電(diàn)廠資源。
虛拟電(diàn)廠有(yǒu)利于靈活性較高的機組獲利。除可(kě)再生能(néng)源電(diàn)廠外，燃氣熱電(diàn)聯産(chǎn)、電(diàn)池儲能(néng)、應急發電(diàn)機和需求響應等都可(kě)作(zuò)為(wèi)虛拟電(diàn)廠資源。其主要應用(yòng)場景是通過電(diàn)力市場的靈活電(diàn)價，引導電(diàn)廠管轄内系統優化發用(yòng)電(diàn)成本，優化交易收益。
在德(dé)國(guó)，虛拟電(diàn)廠上中(zhōng)下遊産(chǎn)品已經逐漸完備，虛拟電(diàn)廠可(kě)直接參與電(diàn)力市場進行交易之外，還參與電(diàn)網系統輔助服務(wù)（二次、三次調頻）來收取服務(wù)傭金，以及針對不同用(yòng)戶都有(yǒu)相應的售電(diàn)套餐。
根據運營商(shāng)不同，德(dé)國(guó)的虛拟電(diàn)廠大緻可(kě)分(fēn)為(wèi)三種類型：獨立虛拟電(diàn)廠運營商(shāng)、大型電(diàn)力公(gōng)司（跨國(guó)、地區(qū)和市級企業）以及新(xīn)型市場參與者。
1、美國(guó)電(diàn)力市場運營商(shāng)高度分(fēn)散，虛拟電(diàn)廠計劃通常由公(gōng)共事業企業（Utility）或能(néng)源零售商(shāng)運營。
這主要與美國(guó)電(diàn)力市場的情況有(yǒu)關。美國(guó)聯邦政府對于電(diàn)力市場的監管相對缺乏，長(cháng)期的私有(yǒu)化、市場化改革造就了如下格局：
1）約40%的區(qū)域（中(zhōng)西部為(wèi)主）由公(gōng)共事業企業壟斷一體(tǐ)化運營，即發輸配售垂直管理(lǐ)。
2）約60%的區(qū)域由七大獨立系統運營商(shāng)（ISO）管理(lǐ)，電(diàn)力産(chǎn)業鏈分(fēn)散為(wèi)發電(diàn)主體(tǐ)、輸配電(diàn)主體(tǐ)和能(néng)源零售商(shāng)三個環節。
美國(guó)七大ISO（包括 PJM、MISO、ERCOT、SPP、CAISO、 NYISO 和 ISO-NE）負責調度、發電(diàn)、輸電(diàn)規劃以及系統的運行安(ān)全和發電(diàn)端-輸配 電(diàn)端（批發市場）、輸配電(diàn)端-零售端（零售市場）市場運行的管轄。
ISO的成立打破了公(gōng)共事業企業對發電(diàn)-輸配電(diàn)環節的壟斷，允許各獨立儲電(diàn)主體(tǐ)參與到與輸配電(diàn)網的交易中(zhōng)，進而催生了虛拟電(diàn)廠的需求。現有(yǒu)美國(guó)虛拟電(diàn)廠計劃由公(gōng)共事業公(gōng)司或能(néng)源零售商(shāng)承擔運營職能(néng)。
2、美國(guó)虛拟電(diàn)廠脫胎于需求側響應，聚焦負荷端資源統一調配。
由于美國(guó)電(diàn)價過去 20 年上漲了 59%，且美國(guó)太陽能(néng)資源豐富，因此在大量政府補貼和激勵政策下，家用(yòng)光伏系統逐漸成為(wèi)消費者降低電(diàn)價成本的替代選擇，從而實現電(diàn)力的自發自用(yòng)。
根據 Statista，2021年美國(guó)家用(yòng)光伏裝(zhuāng)機容量達到22.5GW，同比增長(cháng) 20.9%，因此美國(guó)存在大量與用(yòng)電(diàn)側直接相連的分(fēn)布式太陽能(néng)資源。
随着戶用(yòng)光伏等需求量的增長(cháng)，美國(guó)逐漸開始實行需求側響應，以應對用(yòng)電(diàn)高峰時期的供應緊張情況，并逐漸将需求側響應演化為(wèi)虛拟電(diàn)廠計劃。具(jù)體(tǐ)表現為(wèi)，能(néng)源零售商(shāng)開展虛拟電(diàn)廠計劃，通過提供低價儲能(néng)電(diàn)池或現金，換取家庭一部分(fēn)電(diàn)力的控制權，必要時給零售商(shāng)提供電(diàn)力，零售商(shāng)的虛拟電(diàn)廠聚合這些儲能(néng)并在用(yòng)電(diàn)峰期提供給需要的用(yòng)戶，從而獲取輔助服務(wù)收益。
目前，國(guó)内虛拟電(diàn)廠仍處于初級階段，以試點示範為(wèi)主。在我國(guó)，主要以需求響應為(wèi)主流，而虛拟電(diàn)廠側重點在于增加供給，産(chǎn)生逆向潮流現象。
虛拟電(diàn)廠的發展可(kě)分(fēn)為(wèi)三個階段：邀約型、市場型以及跨空間自主調度型虛拟電(diàn)廠。當前，我國(guó)虛拟電(diàn)廠正處于邀約型向市場型過渡階段。
目前，國(guó)家層面還沒有(yǒu)出台專項的虛拟電(diàn)廠政策，省級層面僅有(yǒu)上海、廣東、山(shān)西分(fēn)别出台了《關于同意進一步開展上海市電(diàn)力需求響應和虛拟電(diàn)廠工(gōng)作(zuò)的批複》（2020.9.16）、《廣州市虛拟電(diàn)廠實施細則（征求意見稿）》（2021.6.30）和《虛拟電(diàn)廠建設與運營管理(lǐ)實施方案》（2022.6.23）。
與虛拟電(diàn)廠相關的政策主要涉及需求響應、輔助服務(wù)等。為(wèi)調動用(yòng)戶側資源響應電(diàn)力系統積極性，在2013年需求側試點基礎上，上海、江蘇、廣東、浙江、山(shān)東、河南等14個省區(qū)出台了需求響應新(xīn)政策；江蘇、湖(hú)北、遼甯、湖(hú)南、河南、安(ān)徽、福建、貴州、江西等省區(qū)，以及東北、華東等五大區(qū)域出台或對電(diàn)力輔助服務(wù)政策進行了修訂；華北、華中(zhōng)、浙江、江蘇等地能(néng)源主管部門開放了虛拟電(diàn)廠等第三方主體(tǐ)和用(yòng)戶資源參與調峰輔助服務(wù)身份。
虛拟電(diàn)廠發展分(fēn)為(wèi)三個階段：邀約階段，交易階段和自治階段。
邀約型階段：在沒有(yǒu)電(diàn)力市場情況下，由政府機構牽頭，各個聚合商(shāng)參與，共同完成邀約、響應和激勵流程。
交易型階段：電(diàn)能(néng)量現貨市場、輔助服務(wù)市場和容量市場建成後，虛拟電(diàn)廠聚合商(shāng)以類似于電(diàn)廠的形式，參與市場獲取收益。
自治型階段：跨空間自主調度型虛拟電(diàn)廠。随着電(diàn)廠聚合的資源種類越來越多(duō)，數量越來越大，空間越來越廣，形成“虛拟電(diàn)力系統”，既包括可(kě)調負荷、儲能(néng)和分(fēn)布式電(diàn)源等基礎資源，也包括這些基礎資源整合而成的微網、局域能(néng)源互聯網。
當前，由于我國(guó)目前儲能(néng)和分(fēn)布式電(diàn)源以及電(diàn)力交易市場尚未發展成熟，虛拟電(diàn)廠主要處于邀約型向市場型過渡的階段。
2021年7月，國(guó)家發改委發布《關于進一步完善分(fēn)時電(diàn)價機制的通知》，合理(lǐ)确定峰谷電(diàn)價價差，系統峰谷差率超過40%的地方，峰谷電(diàn)價原則上不低于4：1，其他(tā)地方原則上不低于3：1；建立尖峰電(diàn)價機制，尖峰電(diàn)價在峰段電(diàn)價的基礎上上浮比例原則上不低于20%。在《通知》發布後，多(duō)省市相應政策，制定出台了相應的峰谷電(diàn)價政策。
調峰、調頻是電(diàn)網側必不可(kě)少的環節。電(diàn)網側儲能(néng)主要提供輔助服務(wù)以保證電(diàn)力系統的安(ān)全穩 定運行，同時獲取輔助服務(wù)收益，主要服務(wù)包括調峰、調頻、備用(yòng)等。中(zhōng)國(guó)對于電(diàn)網側儲能(néng)的推動非常積極，國(guó)家密集出台政策促進電(diàn)網側的輔助服務(wù)。早在2015年3月，國(guó)務(wù)院辦(bàn)公(gōng)廳 便已明确諸能(néng)參與調峰和可(kě)再生能(néng)源消納身份，2016年6月，能(néng)源局發布政策探索電(diàn)儲能(néng)在電(diàn)力系統運行中(zhōng)的調峰調頻作(zuò)用(yòng)及商(shāng)業化應用(yòng)，推動建立促進可(kě)再生能(néng)源消納的長(cháng)效機制，2018年7月，發改委發文(wén)鼓勵利用(yòng)峰谷電(diàn)價差、輔助服務(wù)補償等市場化機制，促進儲能(néng)發展，2020年3月，國(guó)家電(diàn)網将儲能(néng)應用(yòng)屬于2020年五大重點發展領域之一。
現貨市場建設是虛拟電(diàn)廠盈利能(néng)力的重要影響因素：電(diàn)力現貨交易與中(zhōng)長(cháng)期交易互為(wèi)補充，其中(zhōng)現貨市場具(jù)有(yǒu)重要的價格發現功能(néng)，中(zhōng)長(cháng)期市場的電(diàn)力價格往往根據現貨市場價格而定，因此電(diàn)力現貨市場建設是虛拟電(diàn)廠盈利能(néng)力的重要影響因素。
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