對(duì)能源電力市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，2021年無(wú)疑是具有里程碑意義的年份。從年初發(fā)改委將能源結(jié)構(gòu)調(diào)整放在實(shí)現(xiàn)雙碳需要發(fā)力的六大領(lǐng)域之首，到年底中央提出構(gòu)建全國(guó)統(tǒng)一的電力市場(chǎng)，這個(gè)方向經(jīng)歷了有史以來(lái)政策密度和市場(chǎng)關(guān)注度最高的一年，直到最近的兩會(huì)上熱度依然不減。

梳理這些政策和變化我們可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵在于新型電力系統(tǒng)的建設(shè)，而新型電力系統(tǒng)核心的一個(gè)「新」就是數(shù)字化。而在諸多的數(shù)字化機(jī)會(huì)中，我們認(rèn)為「虛擬電廠」對(duì)新型電力系統(tǒng)的建設(shè)具有非常重大的意義，預(yù)計(jì)在未來(lái)三到五年內(nèi)迎來(lái)快速爆發(fā)。

本期研究從困境、破局、機(jī)遇、潛力等角度深入分析了這個(gè)話題，也歡迎行業(yè)內(nèi)的公司一起來(lái)探討。

困境：不可能三角和電氣化率提升帶來(lái)的挑戰(zhàn)

在電力領(lǐng)域有一個(gè)不可能三角，即環(huán)境友好、穩(wěn)定安全的持續(xù)供給和價(jià)格低廉難以被同時(shí)滿足。隨著以風(fēng)光為代表的新能源在電力系統(tǒng)中的占比快速提高，挑戰(zhàn)愈發(fā)明顯，2021年下半年電力市場(chǎng)的波動(dòng)就生動(dòng)地詮釋了這個(gè)矛盾。

在供給側(cè)的變化之外，能源需求側(cè)的變化，尤其是電氣化率的提升也給整個(gè)電力系統(tǒng)帶來(lái)了新挑戰(zhàn)。舉例來(lái)說(shuō)，北京全市的歷史尖峰負(fù)荷在2400萬(wàn)千瓦左右，而現(xiàn)在電動(dòng)車超沖的功率都在沖擊200千瓦甚至更高，也就是說(shuō)如果12萬(wàn)輛電動(dòng)車同時(shí)用超沖充電，所需要的功率就已經(jīng)達(dá)到了北京的歷史負(fù)荷峰值。目前北京新能源汽車每年的增量在7萬(wàn)輛，機(jī)動(dòng)車保有量600萬(wàn)輛，其中大部分都會(huì)在可預(yù)期的未來(lái)電動(dòng)化，中間面臨的困難可想而知。

因此，如何在新型電力系統(tǒng)下破局不可能三角，平衡不穩(wěn)定的發(fā)電側(cè)和日益增長(zhǎng)且多變的需求側(cè)，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行;如何在兼顧電力能源綠色安全的前提下使其更具經(jīng)濟(jì)性，這些都是最切實(shí)的挑戰(zhàn)。如何破局，我們認(rèn)為虛擬電廠是未來(lái)新型電力系統(tǒng)下的重要組成部分。

破局：為什么是虛擬電廠

對(duì)于虛擬電廠的定義和概念非常多，但其核心思想就是把各類分散可調(diào)電源和負(fù)荷匯聚起來(lái)，通過(guò)數(shù)字化的手段形成一個(gè)虛擬的「電廠」來(lái)做統(tǒng)一的管理和調(diào)度，同時(shí)作為主體參與電力市場(chǎng)。

虛擬電廠匯聚的資源可以是發(fā)電側(cè)(尤其是新能源)的正電廠，也可以是用電側(cè)的負(fù)電廠，還可以是發(fā)電用電都有的綜合電廠，在本文我們將這些統(tǒng)稱為虛擬電廠。

為什么我們認(rèn)為虛擬電廠會(huì)成為破局者，其實(shí)用一句話就可以概括：虛擬電廠可以用市場(chǎng)化的手段，在更大范圍內(nèi)聚合資源，從而更高效地解決電力的實(shí)時(shí)匹配問(wèn)題。

電力能源難以儲(chǔ)存的屬性決定了其在大部分情況下，發(fā)和用必須是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程，上文提到的新型電力系統(tǒng)面對(duì)的一系列挑戰(zhàn)，無(wú)論在發(fā)電端還是用電端波動(dòng)都更加劇烈。

傳統(tǒng)方式解決發(fā)用不匹配的手段就是簡(jiǎn)單粗暴的調(diào)度和拉閘限電，屬于計(jì)劃經(jīng)濟(jì)的手段，安全效率高但是經(jīng)濟(jì)效率低，對(duì)于市場(chǎng)主體的影響很大。虛擬電廠用一種更加經(jīng)濟(jì)性的方式來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，在電網(wǎng)出現(xiàn)發(fā)用不匹配的情況時(shí)，虛擬電廠通過(guò)各類可控的資源增加發(fā)電或減少用電來(lái)平衡電網(wǎng)供需，同時(shí)獲得相關(guān)服務(wù)的激勵(lì)收益。

這樣，虛擬電廠的加入將大量分散資源聚合起來(lái)參與電網(wǎng)的輔助服務(wù)市場(chǎng)，一方面可以通過(guò)發(fā)掘這些增量的潛力，更加靈活迅速地進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度匹配，對(duì)于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮積極的作用;另一方面也通過(guò)輔助服務(wù)獲得的激勵(lì)吸引更多的主體加入虛擬電廠，進(jìn)一步增強(qiáng)了虛擬電廠能力，形成了正向的循環(huán)。

在未來(lái)，基于虛擬電廠不斷擴(kuò)大的聚合能力，它將幫助各類參與的主體在更大范圍內(nèi)優(yōu)化用能和交易策略，在為電網(wǎng)貢獻(xiàn)安全性能力的同時(shí)提高經(jīng)濟(jì)性，成為新一代電力系統(tǒng)市場(chǎng)化機(jī)制運(yùn)行不可或缺的組成。

那么是哪些變化促使了虛擬電廠的發(fā)展呢?

機(jī)遇：基礎(chǔ)設(shè)施層面新格局初現(xiàn)

虛擬電廠最早在2000年左右在歐洲開(kāi)始萌芽，并在2010年左右開(kāi)始嘗試商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。近幾年，無(wú)論是在歐洲、澳大利亞還是北美，虛擬電廠都進(jìn)入了快速發(fā)展階段;而國(guó)內(nèi)虛擬電廠的發(fā)展還處于非常早期，但是也有了以冀北虛擬電廠為代表的標(biāo)桿試點(diǎn)項(xiàng)目的出現(xiàn)，其背后有幾個(gè)核心驅(qū)動(dòng)因素：

1. 電源側(cè)的結(jié)構(gòu)變化

隨著新能源的快速發(fā)展，發(fā)電主體數(shù)量急劇增多，之前一個(gè)省可能就一兩百個(gè)電廠，而隨著新能源的建設(shè)，大量的分布式電站開(kāi)始出現(xiàn)，發(fā)電主體數(shù)量上升了至少兩個(gè)數(shù)量級(jí)。同時(shí)，以風(fēng)電、光伏為主的新能源較火電為主的傳統(tǒng)能源可控性變差。新能源占比提升帶來(lái)了巨大的預(yù)測(cè)、整合和調(diào)度問(wèn)題。

2. 可調(diào)負(fù)荷變多

伴隨著新能源的發(fā)展，以電動(dòng)車和儲(chǔ)能裝置等為代表的新型可調(diào)負(fù)荷正在逐漸變多。還是以北京的電動(dòng)車為例，北京目前的日均用電量3億度，機(jī)動(dòng)車保有量600萬(wàn)輛，假設(shè)均為電動(dòng)車且充電周期為5天，每次充電需要50度電，也就是未來(lái)每天北京電動(dòng)車充電需要6000萬(wàn)度電，占北京整體用電量的20%，這對(duì)于電網(wǎng)調(diào)度來(lái)說(shuō)是巨大的彈性用量。

3. 通信和感知控制的能力提高

隨著物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算、5G、AI等連接和數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于設(shè)備的實(shí)時(shí)控制和精確預(yù)測(cè)能力都在迅速增強(qiáng)，為虛擬電廠的聚合和控制奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

4. 電力市場(chǎng)化改革進(jìn)展迅速

2021年底中央深改委通過(guò)了《關(guān)于加快建設(shè)全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)體系的指導(dǎo)意見(jiàn)》，電力市場(chǎng)改革再提速，未來(lái)工商業(yè)用電將全面進(jìn)入市場(chǎng)化交易，電力的商品屬性進(jìn)一步得到還原。虛擬電廠作為市場(chǎng)主體，通過(guò)參與市場(chǎng)交易完成商業(yè)閉環(huán)，獲得收益，從而解決了激勵(lì)的問(wèn)題。

無(wú)論是設(shè)備層面、底層技術(shù)還是市場(chǎng)機(jī)制，一個(gè)以新能源為核心，以數(shù)字化為基礎(chǔ)，更具活力的電力市場(chǎng)體系已經(jīng)初見(jiàn)規(guī)模，而在這其中，虛擬電廠將扮演非常重要的角色。

潛力：新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵拼圖

虛擬電廠在未來(lái)的電力交易和調(diào)度系統(tǒng)中將是一個(gè)承上啟下的角色。向下匯聚各類可調(diào)資源，包括分布式的電源和負(fù)荷;向上作為統(tǒng)一主體提供服務(wù)、參與市場(chǎng)交易。

虛擬電廠需要擁有三類核心能力：

接入能力 。這也是最基礎(chǔ)的能力，需要盡可能地接入優(yōu)質(zhì)的底層資產(chǎn)，包括分布式能源、儲(chǔ)能等優(yōu)質(zhì)可調(diào)設(shè)備以及有調(diào)節(jié)能力的優(yōu)質(zhì)負(fù)荷。在接入的基礎(chǔ)上，還需要有能力基于這些設(shè)備的機(jī)理、業(yè)主的用能需求進(jìn)行可調(diào)性分析，深刻全面地了解這些資源什么時(shí)候可以調(diào)，怎樣調(diào)以及調(diào)的效果如何。

控制能力 。這是虛擬電廠的核心能力，虛擬電廠需要有相應(yīng)的控制能力能夠保證各類策略和指令可以被執(zhí)行，比如對(duì)于儲(chǔ)能充放的實(shí)時(shí)控制，對(duì)于關(guān)鍵可調(diào)設(shè)備啟停或者更精密控制等。這不僅僅需要技術(shù)上的保障，也和商業(yè)能力緊密相關(guān)。

交易能力 。這是虛擬電廠的關(guān)鍵商業(yè)能力，因?yàn)槭袌?chǎng)交易是虛擬電廠初期的主要收入來(lái)源。作為一個(gè)參與市場(chǎng)交易的統(tǒng)一主體，虛擬電廠可以參與到電量交易、輔助服務(wù)、需求響應(yīng)等等市場(chǎng)中獲得經(jīng)濟(jì)收益。目前電力市場(chǎng)的改革還在推進(jìn)的過(guò)程中，能夠交易的品種也在逐漸增多。虛擬電廠需要基于對(duì)自己接入資源的理解和對(duì)市場(chǎng)的判斷，尋找最優(yōu)策略，獲得最大的交易回報(bào)。

通過(guò)這些核心能力的構(gòu)建，疊加基礎(chǔ)設(shè)施層面的變化，虛擬電廠其實(shí)在整個(gè)電力系統(tǒng)和電力市場(chǎng)中扮演了安全性穩(wěn)定器、流動(dòng)性助推器和新能源消納倍增器的角色。

安全性穩(wěn)定器 ：虛擬電廠聚合分散的資源，首先可以通過(guò)內(nèi)部?jī)?yōu)化的方式來(lái)降低體系內(nèi)的不確定性，同時(shí)因?yàn)槠淇梢跃哂邢蛲獍l(fā)電和向內(nèi)用能儲(chǔ)能的能力，所以在電網(wǎng)發(fā)生臨界事件需要輔助服務(wù)和調(diào)度的時(shí)候又可以快速進(jìn)行響應(yīng)，通過(guò)市場(chǎng)化的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。

流動(dòng)性助推器 ：傳統(tǒng)電力體系供需都比較剛性，即使有過(guò)電力市場(chǎng)交易的試點(diǎn)，但是交易的活躍程度和流動(dòng)性都一般，這中間當(dāng)然有很多原因，但是其中非常主要的一點(diǎn)就是缺少柔性。但是對(duì)于虛擬電廠來(lái)說(shuō)，其擁有大量的可調(diào)資源尤其是調(diào)節(jié)能力，自然會(huì)驅(qū)動(dòng)其追求交易的機(jī)會(huì)，放大市場(chǎng)變化帶來(lái)的收益，所以這也給交易市場(chǎng)帶來(lái)了更大的流動(dòng)性保證，這是一個(gè)市場(chǎng)可以持續(xù)繁榮的基礎(chǔ)。同時(shí)流動(dòng)性產(chǎn)生的收益作為激勵(lì)手段，反過(guò)來(lái)促使更多可控資源加入到系統(tǒng)整體的調(diào)控中來(lái)，對(duì)于安全性又是一個(gè)反哺。

新能源消納倍增器 ：新能源的消納對(duì)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)一直是挑戰(zhàn)，因?yàn)槠涑隽扔斜容^大的波動(dòng)性和不可預(yù)測(cè)性，也和負(fù)荷側(cè)的需求曲線并不完全匹配。而虛擬電廠因?yàn)槠渚酆狭吮姸嗟目烧{(diào)資源，可以起到「蓄水池」的作用。舉例來(lái)說(shuō)很多時(shí)候晚上風(fēng)電大發(fā)，但是負(fù)荷需求不大，這時(shí)候虛擬電廠聚合的各類彈性資源比如蓄熱鍋爐、充電樁、冰蓄冷系統(tǒng)等就可以做風(fēng)電消納，既實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電消納，降低電網(wǎng)白天用電高峰的負(fù)荷壓力，又享受了谷電電價(jià)為業(yè)主節(jié)省電費(fèi)。

從2019年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)陸續(xù)有虛擬電廠的示范項(xiàng)目落地，取得了不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益：

●2019年12月12日，冀北虛擬電廠上線運(yùn)營(yíng)，首期可調(diào)容量40兆瓦，試運(yùn)行期間每兆瓦每月可以帶來(lái)1萬(wàn)元的收益，同時(shí)在幫助電網(wǎng)調(diào)峰，促進(jìn)清潔能源消納，提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平上帶來(lái)了巨大的社會(huì)效益。據(jù)測(cè)算2020年全年冀北虛擬電廠可以增發(fā)清潔能源7.2億千瓦時(shí)，減排63.65萬(wàn)噸二氧化碳。

●2021年，上海提出建設(shè)虛擬電廠試點(diǎn)，初步規(guī)劃100萬(wàn)千瓦容量，在不到兩天的測(cè)試中，累計(jì)調(diào)節(jié)電網(wǎng)負(fù)荷56.2萬(wàn)千瓦，消納清潔能源123.6萬(wàn)千瓦時(shí)，減少碳排放約336噸。

●2022年，江蘇計(jì)劃在今年迎峰度夏前建設(shè)一座具備260萬(wàn)千瓦可中斷負(fù)荷毫秒級(jí)精準(zhǔn)控制能力，并可實(shí)現(xiàn)全省全覆蓋的虛擬電廠，提高電網(wǎng)的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防和抵御能力。

虛擬電廠正在加速被市場(chǎng)接受和落地，隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)的推進(jìn)，會(huì)刺激需求進(jìn)一步爆發(fā)。

簡(jiǎn)單總結(jié)一下：

1. 虛擬電廠是應(yīng)對(duì)新能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性變化的有效手段，通過(guò)連接聚合分散化的發(fā)電、用能和儲(chǔ)能資源，用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式形成一個(gè)高度靈活可調(diào)可控的統(tǒng)一主體，成為新型能源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化的重要組成部分。

2. 虛擬電廠會(huì)統(tǒng)一參與到電力交易和輔助服務(wù)的市場(chǎng)中，一方面可以發(fā)揮聚合優(yōu)勢(shì)幫助電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)社會(huì)價(jià)值;另一方面也可以通過(guò)服務(wù)和交易獲得的收益實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3. 隨著統(tǒng)一電力市場(chǎng)建設(shè)的推進(jìn)和還原電的商品屬性的深入，未來(lái)各行各業(yè)都面臨更加復(fù)雜的用能策略，甚至需要根據(jù)電力市場(chǎng)情況來(lái)制定生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)計(jì)劃，虛擬電廠的角色將會(huì)更加重要。

關(guān)注：以虛擬電廠為代表的能源轉(zhuǎn)型創(chuàng)新機(jī)會(huì)

在雙碳的時(shí)代大潮下，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型是核心和關(guān)鍵，而以新能源為核心的新型電力系統(tǒng)則是轉(zhuǎn)型的重中之重。新型電力系統(tǒng)的特點(diǎn)決定了其必定是數(shù)字化、智能化的系統(tǒng)。

我們相信，在未來(lái)五到十年的跨度上，一定會(huì)看到柔性、智能的電力系統(tǒng)滲透進(jìn)我們生產(chǎn)、生活的方方面面。作為兼具商業(yè)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值的虛擬電廠必將是迅速發(fā)展的方向之一。

晨山的愿景是推動(dòng)創(chuàng)造更美好的數(shù)字化世界。電力能源的數(shù)字化是數(shù)字化世界的核心組成部分。能源是人類社會(huì)運(yùn)行的基礎(chǔ)，每一次能源革命都帶來(lái)了巨大的社會(huì)變革和發(fā)展紅利。我們認(rèn)為新的浪潮才剛剛開(kāi)始，晨山期待和優(yōu)秀的創(chuàng)業(yè)者一起參與這場(chǎng)偉大的創(chuàng)新。

作者 | 馬壯 晨山資本投資經(jīng)理