虚拟电厂是一种通过先进信息通信技术和软件系统，实现分布式能源资源（DER）的聚合和协调优化，以作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统。虚拟电厂的概念强调了通信和聚合的核心，通过智能计量和信息通信技术，将分散的能源资源整合起来，形成一个虚拟的发电厂。
虚拟电厂的结构包括协调控制技术、智能计量技术和信息通信技术。这些技术使得虚拟电厂能够聚合各种分布式能源资源，如分布式光伏、储能系统、可控负荷和电动汽车等，参与电力市场和辅助服务市场的运行，为电网提供管理和辅助服务。
风光装机迅速增加，加剧电力系统不可控性。截至2023H1，我国风电装机389.21GW，太阳能装机470.67GW，风光合计占总装机的31.76%。其中，2023年H1我国风电新增装机22.99GW，对比22年同期新增12.94GW，同比+77.67% ；太阳能新增装机78.42GW，对比22年同期新增30.88GW，同比+153.95%，风、光均加速增长。新能源出力主要受来风、来光影响，人为干预作用小。因此，当新能源出力与负荷用电特性不吻合时，便存在新能源电力消纳问题，处理不当会引发电力系统安全事故，且造成投资的浪费。
光伏建设速度远超风电，分布式光伏成为主力。2022年我国光伏装机首次超过风电，其中分布式功不可没。2022年分 布式光伏新增装机51.11GW，占当年全部光伏新增的58.48%；截至23H1，分布累计装机达198.23GW。分布式建设、选址简单，项目周期短，装机提升快。由于其出力时间高度集中，受电网调度管控程度相对低，消纳问题正在显现，山东、河南等分布式装机大省已出台分布式配储文件。
“鸭子曲线”变“峡谷曲线”，光伏增加带来填谷需求。“鸭子曲线”由美国加州电网运营商CAISO提出，即在光伏出力高峰的中午，净负荷曲线下降，随后在晚上光伏发电量下降时净负荷急剧上升。随着光伏装机增加，CAISO的净负荷曲线出现了向“峡谷曲线”的转变，即中午净需求更低，跌至零值甚至负值；傍晚负荷增加更加陡峭，其他电源需快速爬坡出力以适应负荷的急剧攀升。
国内以山东为代表的部分省份同样有明显的填谷需求。山东装机结构与CAISO相似，截至22年底，光伏装机占比达到 22.5%。在2023年五一假期期间，山东省内用电负荷下降约15%，引发连续负电价现象。有必要注意一下的是，4月29日-5月1日现货价格曲线形状类似鸭子曲线时负电价出现尤为频繁，而该时段为光伏发电高峰。结合此前山东 将中午时段划分为电价深谷时段，新能源装机增加改变了原有的负荷曲线，使得新能源集中大发时段，电网净负荷出现了一个深谷，需要对负荷进行时间上的转移（填谷）以平滑变化、促进新能源消纳。
充电桩保有量随新能源汽车快速提升，改变配电网形态。截至2023H1，我国公共充电桩保有量为214.86万台，同比+40.63%。2023H1，新能源汽车销量同比+44.13%，保持迅速增加，能预见未来随新能源汽车销量继续快速提升，充电桩保有量将持续增加。充电桩的大量增加将对配电网产生冲击，相比于常规交流充电桩，快充直流桩由于功率更大、充电时间更短，产生冲击更大。
充电桩加剧居民生活用电负荷峰值提升。充电桩对配电网的影响最重要的包含：（1）充电桩用电高峰同样是居民原有用电高峰，会导致原有负荷峰值继续提升，产生时间短、量级高的尖峰负荷；（2）按尖峰负荷配置变压器容量，导致其余时间资源闲置；（3）充电负荷波动带来网络损耗等。
因此，充电桩的发展导致了削峰填谷需求的增加，但同时充电桩和新能源汽车本身是良好的可调节负荷，如能通过虚拟电厂进行聚合和优化，是降低充电成本和降低电网投资的双赢之选。
需求侧响应能力建设目标明确。十四五前，虚拟电厂停留在个别地区、项目试点阶段，一是新能源装机占比不高，电力系统对灵活 性资源需求不强；二是缺乏量化目标。2022年，《“十四五”现代能源体系规划 》提出，力争到2025年，电力需求侧响应 能力达到至大负荷的 3%～5%，其中华东、华中、南方等地区达到至大负荷的5%左右。
虚拟电厂政策密集发布，成为新型电力系统建设的重要一环，政策力度有望持续加大。7月11日，深化改革委员会第二次会议召开，审议通过了《关于深化电力体制改革 加快构建新型电力系统的指导意见》。会议强调，要健全适应新型电力系统的体制机制，推动加强电力技术创新、市场机制创新、 商业模式创新。虚拟电厂作为促进新能源消 纳的重要环节和电力商业模式创新的重要形式，后续政策支持力度有望持续加大。
虚拟电厂的三个收益来源：需求侧响应、辅助服务市场、电力现货市场 。当前我国虚拟电厂处于邀约型向市场型过渡阶段。邀约型阶段主要由政府部门或调度机构牵头组织，发出邀约信号，虚拟电厂组织资源进行响应，并获得容量/电量补贴。我国多个省份出台了需求响应细则，其中以江苏、上海、广东等省市开展得较好。需求侧响应补贴单价高但频率低，市场化程度低。需求响应以削峰为主，主要发生在迎峰度夏期间，最大的目的在于保供。以广东省为例，2022年全年开展9次日前邀约型市场化需求响应（均发生在7月和8月）；至大削峰负荷277万千瓦，至大响应申报量609万千瓦；有效响应调用收益1.63亿元。能够正常的看到，虽然补至至高达到5元/千瓦时（可中断负荷），但需求响应并非常态化进行，发生频率较低，有很强的计划色彩。因此随着我们国家电力市场体制建设逐渐完善，虚拟电厂也正从邀约型阶段向市场型阶段过渡。
新型电力系统持续催生对辅助服务的需求。传统电源（火电、水电等）具备一定的调节能力，而新能源存在出力波动、无功缺失等特性，导致高比例新能源装机电力系统对电力辅助服务的需求提升。依照国家能源局数据，2019H1我国辅助服务费用占总电费比例为1.47%；根据中国能源报，这一比例在近两年上升至2.5%；根据国际经验，辅助服务费用一般占社会总电费的3%以上，随着新能源大规模接入还将持续不断的增加。因此，预计辅助服务市场规模将以高于用电量增速的速度增长。
虚拟电厂主要发挥调峰、调频作用。2021年12月，国家能源局修订发布《电力辅助服务管理办法》，确指出电力用户可通过委托虚拟电厂代理的形式参与电力辅助服务市场，此后多地在电力辅助服务细则中对虚拟电厂/负荷聚合商参与辅助服务的条件、补偿方式予以明确。当前，虚拟电厂基本功能是电能量的时间转移，对应调峰服务；未来随着工商业储能渗透率提升，虚拟电厂有望在调频服务取得更大突破。从2023H1全国辅助服务运行数据看，调峰、调频是辅助服 务费用的主体，费用合计占比达到80%。
从投资端看虚拟电厂规模：计算逻辑：假设需求侧响应投资和虚拟电厂投资等效，投资规模=全社会至大用电负荷*需求侧响应能力占比*需求侧响应能力单位投资。（1）根据中电联预测，到2025年全社会至大用电负荷为16.3亿千瓦；（2）根据《“十四五”现代能源体系规划》，力争到 2025 年，电力需求侧响应能力达到至大负荷的 3%～5%，假设保守情况下2025年需求侧响应能力达到至大负荷的3%，乐观情况下达到至大负荷的5%；（3）依照国家电网测算，如果通过火电厂满足5%的峰值负荷需要投资4000亿元，而通过虚拟电厂实现这一目标仅需投资500亿-600亿元。假设满足5%的峰值负荷需要虚拟电厂投资550亿元，倒算得到需求侧响应单位投资为675元/千瓦。测算得到，到2025年，保守情况下虚拟电厂/需求侧响应总投资额为330亿元，乐观情况下总投资额为550亿元。
从运营端看虚拟电厂规模：电力现货市场下：（1）根据中电联预测，到2025年全社会用电量为9.5亿千瓦时；（2）假设现货交易电量占全社会用电量的10%；（3）现货市场并非时时存在价差，假设虚拟电厂单日可进行4小时电量的套利（参考工商业2h储能系统两充两放 策略），参考近期代理购电峰谷价差，假设平均峰谷价差为0.7元/千瓦时；（4）假设虚拟电厂套利电量占现货市场可套利电量的20%；（5）假设虚拟电厂运营商分成比例取20%-80%。测算得到，通过电力现货市场获利模式下，当虚拟电厂运营商分成比例为50%时，虚拟电厂2025年运营市场规模为111 亿元。辅助服务和电力现货两种获利途径存在部分重合关系，电力现货基本对至大的辅助服务品种——调峰服务形成替代。无论通过哪种途径获得收益，我们测算当运营商分成比例为50%时，2025年虚拟电厂运营市场规模均在百亿元级别。
深耕用电业务，微电网解决方案供应商。企业成立于2003年，早年定位用电自动化领域，从事用户端智能电力仪表的研发、生产与销售，基本的产品为电力监控仪表、电能管理仪表、电气安全仪表及与之配套使用的电力传感器。2016 年公司开始向综合服务商转型，目前定位为为企业微电网能效管理和用能安全提供解决方案的高新技术企业和软件企业，基本的产品包括企业微电网产品和系统、电量传感器等，形成了从云平台到传感器的完整产品生态体系，累计为1.4万余企业配套系统解决方案。
EMS产品实现平台化，向源网荷储充一体化进发。公司EMS产品迭代到2.0版本，未来EMS3.0将在EMS2.0基础上并入光储充平台，实现源网荷储充一体化柔性控制。目前，EMS 3.0已完成产品研制架构，功能正在逐步完善。
AcrelEMS 智慧能源管理平台是针对企业微电网的能效管理平台，对企业微电网分布式电源、市政电源、储能系统、充电设施以及各类交直流负荷的运作时的状态实时监视、智能预测、动态调配，优化策略，诊断告警，可调度源荷有序互动、能源全景分析，满足企业微电网能效管理数字化、安全分析智能化、调整控制动态化、全景分析可视化的需求，完成不同策略下光储充资源之间的灵活互动与经济运行，为用户降低能源成本，提高微电网运行效率。AcrelEMS 智慧能源管理平台可接受虚拟电厂的调度指令和需求响应，是虚拟电厂平台的企业级子系统。
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