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1虛擬電廠發(fā)展到什么 01. 階段？

虛擬電場(chǎng)發(fā)展：1997年提出，目前全球呈現(xiàn)多元化發(fā)展態(tài)勢(shì)

? 海外對(duì)虛擬電廠概念的研究日臻完善，全球呈現(xiàn)多元化發(fā)展趨勢(shì)。1997年， Shimon Awerbuch博士使用了"虛擬公共事業(yè)"（virtual utility）的術(shù)語引入了虛擬電廠的概念。此后，多項(xiàng)研究對(duì)虛擬電廠的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，并于2021年提出了分布式虛擬電廠（DVPP）的概念，使其通過集成靈活調(diào)控、內(nèi)部平衡波動(dòng)以及在批發(fā)市場(chǎng)出售總發(fā)電量，助力可再生能源發(fā)電機(jī)融入電網(wǎng)。
? 全球虛擬電廠市場(chǎng)潛力可期。根據(jù)Fortune business insights預(yù)測(cè)，全球虛擬電廠市場(chǎng)將以32.89%的CAGR從2021年的8.8億美元增長(zhǎng)到2028年的64.7億美元。

虛擬電廠盈利模式多樣

? 分類：根據(jù)聚合優(yōu)化資源類型不同，可分為負(fù)荷型、電源型、儲(chǔ)能型和混合型四種類型。1）負(fù)荷型：指虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商聚合其綁定的具備負(fù)荷調(diào)節(jié)能力的市場(chǎng)化電力用戶（包括電動(dòng)汽車、可調(diào)節(jié)負(fù)荷、可中斷負(fù)荷等），作為一個(gè)整體（呈現(xiàn)為負(fù)荷狀態(tài)）組建成虛擬電廠，對(duì)外提供負(fù)荷側(cè)靈活響應(yīng)調(diào)節(jié)服務(wù)。2）電源型：在能源發(fā)電側(cè)建立，可以進(jìn)行能量出售與輔助服務(wù)。3）儲(chǔ)能型：能量出售與輔助服務(wù)均可進(jìn)行。4）混合型：兼具負(fù)荷型、電源型與儲(chǔ)能型虛擬電廠特點(diǎn)。
? 盈利模式：1）可再生能源發(fā)電的預(yù)測(cè)與監(jiān)控：增強(qiáng)對(duì)電力投資組合的預(yù)測(cè)與控制，幫助公用事業(yè)公司節(jié)省投資組合與實(shí)際需求差異導(dǎo)致的平衡成本。2）電網(wǎng)彈性聚合：通過容量招標(biāo)及輔助服務(wù)盈利。3）需求響應(yīng)聚合：通過輔助服務(wù)市場(chǎng)競(jìng)標(biāo)收入、降低電力采購(gòu)成本盈利。4）戶用虛擬電廠：聚合商通過為用戶提供輔助服務(wù)盈利，公用事業(yè)公司通過減少電網(wǎng)升級(jí)費(fèi)用來增加收入。

國(guó)內(nèi)外對(duì)比：存在差異，國(guó)內(nèi)處于探索階段

? 我國(guó)虛擬電廠目前以負(fù)荷側(cè)為主，與國(guó)

外相比仍有較大差距。其本質(zhì)原因在于：1）聚合資源類型不同；2）政策與市場(chǎng)成熟度不同；3）核心技術(shù)發(fā)展程度不同；4）商業(yè)模式成熟度不同。

2歐洲：以聚合發(fā)電側(cè)資源為主

歐洲22年風(fēng)光發(fā)電占比達(dá)16%

? 歐洲發(fā)電結(jié)構(gòu)中可再生能源占比提升，22年風(fēng)光發(fā)電占比共計(jì)16%。從2010年到2022年，風(fēng)電和太陽能發(fā)電的比例分別從3.1%和0.5%增長(zhǎng)到了11.2%和4.8%，反映歐洲電力結(jié)構(gòu)的綠色轉(zhuǎn)型以及減少碳排放的堅(jiān)定決心。盡管歐洲各國(guó)對(duì)于傳統(tǒng)能源，如天然氣和煤炭的依賴依然存在，但從總體趨勢(shì)來看，歐洲正在逐步減少對(duì)化石能源的依賴，轉(zhuǎn)向可再生能源，以實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展的電力生產(chǎn)和使用。
? 歐盟加快能源轉(zhuǎn)型，意在提高能源安全和可持續(xù)性。2022年5月，歐盟通過了“REPowerEU”計(jì)劃，提出到2030年，可再生能源發(fā)電量從2021年規(guī)劃的40%提升到45%，帶動(dòng)可再生能源裝機(jī)容量目標(biāo)從1067G提升至1236GW。隨著可再生能源的不斷增長(zhǎng)，電力市場(chǎng)需適應(yīng)并更好地整合這些能源，吸引投資于無化石燃料的靈活技術(shù)，如需求側(cè)響應(yīng)和儲(chǔ)能，以補(bǔ)充可變能源的產(chǎn)能。該舉措旨在確保電力市場(chǎng)的可持續(xù)發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)清潔能源目標(biāo)提供支持。

歐洲虛擬電廠以聚合發(fā)電側(cè)資源為主

? 在電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)方面，主要可以劃分為輸電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商（TSO）和配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商（DSO）兩個(gè)層面。其中，TSO負(fù)責(zé)輸電網(wǎng)絡(luò)的控制和運(yùn)營(yíng)，由于通常只有一個(gè)全國(guó)性的TSO，因此是具有壟斷性質(zhì)的業(yè)務(wù)；而DSO則主要負(fù)責(zé)將電力分配給用戶，各DSO之間的電價(jià)差異很大，是競(jìng)爭(zhēng)性的業(yè)務(wù)。基于以上分工，在歐洲商業(yè)化的虛擬電廠領(lǐng)域，虛擬電廠通常由獨(dú)立第三方運(yùn)營(yíng)商、發(fā)電廠以及TSO合作運(yùn)營(yíng)，其首要任務(wù)是為發(fā)電單位服務(wù)，并設(shè)法降本增效。
? 歐洲虛擬電廠以聚合分布式發(fā)電資源為主要目標(biāo)。由于歐洲發(fā)電資源較為分散，虛擬電廠起步于電力供給側(cè)，聚合分布式發(fā)電資源，從而幫助可再生能源穩(wěn)定并網(wǎng)，并協(xié)調(diào)發(fā)電功率，以降低棄風(fēng)棄電、負(fù)電價(jià)損失為主要目標(biāo)。其價(jià)值主要源于兩個(gè)方面：1）第一是輔助服務(wù)市場(chǎng)，該市場(chǎng)直接與特定地區(qū)或國(guó)家的輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商合作，在一定時(shí)期內(nèi)有能力升高或降低電力產(chǎn)量的電力生產(chǎn)商可從此獲得補(bǔ)償。2）第二是日內(nèi)市場(chǎng)上的不平衡交易，由于無法百分百準(zhǔn)確預(yù)測(cè)所需能源量，因此必須實(shí)時(shí)進(jìn)行能源平衡以彌補(bǔ)預(yù)測(cè)的不足。

德國(guó)虛擬電廠已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化

? 以德國(guó)為例，虛擬電廠已完全商業(yè)化。由于《可再生能源法》規(guī)定了可再生能源發(fā)電直接銷售的要求，德國(guó)的虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商可以在批發(fā)市場(chǎng)銷售100kW以上中型可再生能源電廠產(chǎn)出的電量，并在日前市場(chǎng)優(yōu)化其售電。此外，虛擬電廠還有利于靈活性較高的生物質(zhì)發(fā)電和水電機(jī)組從日間市場(chǎng)和平衡市場(chǎng)中獲利。除了可再生能源電廠外，燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)、電池儲(chǔ)能、應(yīng)急發(fā)電機(jī)和需求響應(yīng)等皆可作為虛擬電廠資源 。
? 目前，德國(guó)虛擬電廠主要有三類運(yùn)營(yíng)商：1）獨(dú)立虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商。這類運(yùn)營(yíng)商不隸屬于傳統(tǒng)客戶的電力供應(yīng)商。它們也可以作為電力供應(yīng)商（目前主要是裝機(jī)在100kW以上的大客戶）成為平衡責(zé)任方。2）大型電力公司（跨國(guó)、地區(qū)和市級(jí)企業(yè)）將自己的發(fā)電資源以及可能的負(fù)荷用戶和發(fā)電機(jī)組聚合到虛擬電廠當(dāng)中。作為電力公司，也是平衡責(zé)任方。3）新型市場(chǎng)參與者，特別是小規(guī)模分布式能源資源的制造商，它們主要將其用戶的資源聚合到虛擬電廠當(dāng)中。

Next Kraftwerke：虛擬電廠業(yè)務(wù)涉及“發(fā)輸用”環(huán)節(jié)

? Next Kraftwerke 是歐洲最大的虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商之一，提供虛擬電廠全套解決方案。Next Kraftwerke 成立于2009年，前身是德國(guó)清潔技術(shù)公司Next Kraftwerke GmbH。其虛擬電廠聚合的資源包括沼氣電廠、熱電聯(lián)產(chǎn)廠、水電、光伏、電池儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車、工業(yè)負(fù)荷等。 截至2022年底，Next Kraftwerke 共聚合15346臺(tái)機(jī)組，聯(lián)網(wǎng)容量12294MW。
具體案例看Next Kraftwerke 虛擬電廠如何實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)進(jìn)行交互 ？1）電力市場(chǎng)準(zhǔn)入及交易服務(wù)。Next Kraftwerke 為個(gè)人資產(chǎn)所有者以及 BRP 和投資組合經(jīng)理提供市場(chǎng)準(zhǔn)入。包括日前和盤中市場(chǎng)的短期交易，以及歐洲各個(gè)電力交易所的長(zhǎng)期和場(chǎng)外交易（EPEX Spot、EXAA 等）。2）參與電力調(diào)度。
歐洲電力價(jià)格在日前市場(chǎng)每天變化 24 次，在 EPEX SPOT 日內(nèi)市場(chǎng)每天變化 96 次，價(jià)格差異可能很大。虛擬電廠可以通過計(jì)劃優(yōu)化來利用這種波動(dòng)性，從而實(shí)現(xiàn)套利，例如在價(jià)格高的時(shí)候發(fā)電。3）優(yōu)化用戶用能行為。虛擬電廠將電價(jià)信息發(fā)送至用戶，調(diào)整用戶生產(chǎn)至低電價(jià)時(shí)段，降低用戶用電成本。
以歐洲居民一天的市場(chǎng)電價(jià)情況為例，在優(yōu)化負(fù)荷之前，負(fù)荷集中的時(shí)間段在06：00-08：00之間，此時(shí)市場(chǎng)電價(jià)處于較高水平，而通過虛擬電廠靈活調(diào)節(jié)聚合資源后，優(yōu)化后的負(fù)荷可以集中在電價(jià)較低的時(shí)段，從而使用戶的用能成本降低。

3美國(guó)：聚焦可控負(fù)荷的需求響應(yīng)

美國(guó)22年風(fēng)光發(fā)電占比達(dá)9.4%

? 截至2022年，美國(guó)的可再生能源在電力結(jié)構(gòu)中的比例持續(xù)增長(zhǎng)，風(fēng)光發(fā)電比例已達(dá)9.4%。對(duì)比2010年的數(shù)據(jù)，風(fēng)電和太陽能發(fā)電的比例分別從1.6%和0.0%增長(zhǎng)到了7.0%和2.4%，反映美國(guó)在過去十二年間在風(fēng)能和太陽能發(fā)電應(yīng)用方面的顯著進(jìn)步。當(dāng)前美國(guó)的電力結(jié)構(gòu)中仍以天然氣和煤炭發(fā)電為主，分別占據(jù)27.3%和13.4%，但煤炭發(fā)電的比例不斷下降，可再生能源發(fā)電的比例不斷上升，顯示出美國(guó)在推動(dòng)可再生能源方面的積極態(tài)度。
? 美國(guó)可再生能源規(guī)劃幫助其實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)，到2050年達(dá)到零碳排放。根據(jù)美國(guó)能源情報(bào)署（EIA）數(shù)據(jù)，得益于美國(guó)《通貨膨脹削減法案》（IRA）和全州范圍內(nèi)對(duì)可再生能源提案的推動(dòng)，2023年美國(guó)太陽能市場(chǎng)將新增29.1GW公用事業(yè)規(guī)模光伏和9.4GW的儲(chǔ)能項(xiàng)目，在54.5GW的新增發(fā)電產(chǎn)能中占70%。如果按計(jì)劃并網(wǎng)，2023年將有望成為美國(guó)公用事業(yè)規(guī)模光伏新增容量最多的一年。

美國(guó)電網(wǎng)體系較為獨(dú)立，電力運(yùn)營(yíng)商高度分散

? 美國(guó)本土的48個(gè)州的電力系統(tǒng)由三個(gè)主要互連系統(tǒng)組成，基本彼此獨(dú)立運(yùn)行，且相互之間的電力傳輸有限。在三大電網(wǎng)下，還存在著CAISO、SPP、ERCOT、MISO、PJM等區(qū)域性電力調(diào)度中心，分別負(fù)責(zé)部分地區(qū)各自的電力調(diào)度，并對(duì)電價(jià)進(jìn)行管理。
? 由于各州電力市場(chǎng)化進(jìn)程不同，美國(guó)存在三種電力市場(chǎng)機(jī)制。1）沒有建立電力市場(chǎng)的地區(qū)。處于垂直一體化的傳統(tǒng)狀態(tài)，公用事業(yè)公司負(fù)責(zé)調(diào)度機(jī)組為其轄區(qū)內(nèi)的用戶供電。2）僅放開電力批發(fā)市場(chǎng)的地區(qū)。發(fā)電企業(yè)全部競(jìng)價(jià)上網(wǎng)，由市場(chǎng)形成批發(fā)電價(jià)，供電服務(wù)由區(qū)域的公用事業(yè)公司壟斷經(jīng)營(yíng)。
3）批發(fā)、零售市場(chǎng)全面放開的地區(qū)。電力用戶可以自主選擇不同售電商，售電商的購(gòu)電成本由電力市場(chǎng)批發(fā)電價(jià)、輸電價(jià)格、配電價(jià)格和政府性基金組成，售電商再加上一定利潤(rùn)后銷售給終端電力用戶。最典型的就是德州、加州。
? 美國(guó)電力市場(chǎng)既有批發(fā)也有零售。電力產(chǎn)業(yè)鏈分散為發(fā)電主體、輸配電主體和能源零售商三個(gè)環(huán)節(jié)，美國(guó)七大七大獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商（ISO）負(fù)責(zé)調(diào)度、發(fā)電、輸電規(guī)劃以及系統(tǒng)的運(yùn)行安全和發(fā)電端-輸配電端（批發(fā)市場(chǎng)）、輸配電端-零售端（零售市場(chǎng)）市場(chǎng)運(yùn)行的管轄。

美國(guó)虛擬電廠：聚焦可控負(fù)荷的需求響應(yīng)

? 美國(guó)虛擬電廠通過控制電力價(jià)格和相關(guān)政策參與系統(tǒng)削峰填谷。該計(jì)劃主要由能源零售商推動(dòng)，以出售低價(jià)儲(chǔ)能電池?fù)Q取對(duì)部分電力的控制權(quán)，通過指導(dǎo)電力用戶暫時(shí)變更用電模式進(jìn)行削峰填谷。在用電高峰期，零售商以虛擬電廠方式聚合所控制的部分儲(chǔ)能，以確保電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并提供給需要的用戶，獲得輔助服務(wù)收益。虛擬電廠增強(qiáng)了電網(wǎng)的可靠性和彈性，據(jù)RMI預(yù)測(cè)，到2030年，虛擬發(fā)電廠預(yù)計(jì)將美國(guó)的能源需求峰值降低60GW，到2050年可以減少超過200GW。
? 美國(guó)的虛擬電廠以聚焦可控負(fù)荷的需求響應(yīng)為主，其原因主要有兩點(diǎn)：1）美國(guó)擁有眾多直接連接到用電側(cè)的分布式太陽能資源。隨著《降低通貨膨脹法案(IRA)》的發(fā)布，美國(guó)政府為風(fēng)能、太陽能和其他化石燃料替代品提供了超過3000億美元的資金，給美國(guó)的可再生能源行業(yè)帶來極大的鼓勵(lì)和支持。根據(jù)Statista的數(shù)據(jù)，2022年美國(guó)新增住宅光伏裝機(jī)容量達(dá)到5.9GW。同比增長(zhǎng)40%。2）美國(guó)存在眾多競(jìng)爭(zhēng)性電力市場(chǎng)。
公共事業(yè)企業(yè)對(duì)發(fā)電-輸配電環(huán)節(jié)的壟斷被ISO打破后，電力批發(fā)與零售市場(chǎng)相較于歐洲更為活躍，與C端用戶聯(lián)系緊密。

特斯拉虛擬電廠計(jì)劃：通過Powerwall進(jìn)行用戶側(cè)余電調(diào)度

? 特斯拉通過電力零售計(jì)劃實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度。2022年12月，特斯拉推出電力零售計(jì)劃Tesla Electric，支持當(dāng)?shù)赜脩粝蛎绹?guó)德克薩斯州的能源供應(yīng)商出售Powerwall 中未使用的電力來賺取電費(fèi)。參與該計(jì)劃后，用戶的Powerwall電池會(huì)自動(dòng)決定何時(shí)充電以及何時(shí)向電網(wǎng)出售電力，即該系統(tǒng)可在低電價(jià)時(shí)為電動(dòng)汽車充電或存儲(chǔ)電力，在最有利的情況下將來自于業(yè)主儲(chǔ)能系統(tǒng)的電力出售到電網(wǎng)。特斯拉還為能源供應(yīng)商提供了能源價(jià)格跟蹤和電力管理功能，幫助能源供應(yīng)商監(jiān)控 Powerwall 用戶的貢獻(xiàn)。
? 2022年，加州公共事業(yè)公司 PG&E 借助 Powerwall 向用戶直接購(gòu)買電力。該項(xiàng)目是特斯拉與 PG&E 合作的 “Emergency Load Reduction Program” 虛擬電廠項(xiàng)目的一部分，主要目的為解決加州夏季電力供應(yīng)緊張的情況。擁有 Powerwall 的 PG&E 客戶可以自愿選擇通過特斯拉的應(yīng)用程序注冊(cè)加入，而在電網(wǎng)用電緊急高峰期，所有參與計(jì)劃的 Powerwall 將被調(diào)度，每提供額外的1千瓦時(shí)電能，其所有者將獲得 2 美元的收益，遠(yuǎn)高于加州平均住宅電價(jià)25美分/千瓦時(shí)。聚合的廉價(jià)綠色能源可以有效替代原本使用的昂貴燃?xì)饣痣?，進(jìn)而為虛擬電廠賺取差價(jià)收益。

Sunverge 虛擬電廠平臺(tái)：主要基于需求側(cè)響應(yīng)計(jì)劃

? Sunverge 能源平臺(tái)使分布式能源資源參與電力公司、輸配電電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商、電網(wǎng)邊緣服務(wù)提供商、第三方聚合商的批發(fā)市場(chǎng)。主要提供三種業(yè)務(wù)：1）營(yíng)運(yùn)儲(chǔ)備：由于意外事件或緊急事件而調(diào)度分布式能源資源（DER）供電請(qǐng)求。2）頻率調(diào)節(jié)：通過聚合用戶側(cè)分布式資源實(shí)時(shí)響應(yīng)獨(dú)立能源運(yùn)營(yíng)商調(diào)節(jié)信號(hào)，即時(shí)響應(yīng)上下調(diào)節(jié)的請(qǐng)求，解決短期電網(wǎng)供需失衡和頻率波動(dòng)問題，并跟蹤系統(tǒng)負(fù)載的亞分鐘波動(dòng)并糾正發(fā)電機(jī)輸出的意外變化。3）需求響應(yīng)：通過響應(yīng)系統(tǒng)操作員的信號(hào)來降低分布式能源組合的需求。

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