面向新型電力系統的虛擬電廠商業模式及盈利能力影響因素研究

【關鍵詞】虛擬電廠；新型電力系統；分布式資源；商業模式；盈利能力；電價機制

引言

2020年9月，在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上，中國宣布了“3060”碳達峰碳中和目標。2021年3月，提請審議的政府工作報告提出，構建以新能源為主體的新型電力系統，建設綠色低碳安全高效的能源體系。隨著新型電力系統穩步發展，新能源種類和利用方式層出不窮，分布式能源（distributed energy resource，DER）以其靈活、綠色、經濟等優點，在全球范圍內得到了廣泛的應用與普及，并且可再生能源在電網中的滲透率也在逐漸提高。目前，以分布式風電、光伏、儲能和電動汽車充電樁和換電站等為代表的分布式能源在電網中的比重不斷增加，分布式能源具有清潔、低碳、高效等顯著優勢，然而，大規模的DER接入和靈活交易需求對電力系統提出了新的要求。

首先，數量眾多的小容量布式能源極不均勻地分散在電力系統中，使得其管理困難且接入電力系統成本較高，對系統的運行造成較大影響。其次，不可控分布式能源的發電不穩定性和發電間歇性給電網的安全可靠運行帶來了電壓電流不穩定等因素。最后，分布式能源的管理方式以及電力市場容量的限制對分布式能源的大規模并網有一定的限制。為對分布式能源進行有效利用，并使其與常規電力場更好地進行交互和協調，將各類分布式能源聚集成一個整體并參加到電力系統的調度中，是一種可以有效地解決這一問題的方法。在此背景下，虛擬電廠（virtual power plant）引入了一種創新的分布式資源管理理念，極大地解決了分布式能源的接入安全穩定性、融入市場等問題。

一、虛擬電廠概述

（一）虛擬電廠概念

虛擬電廠通過創新的通信、控制、預測技術，并運用軟件系統打造一個虛擬聚合體，實現對分散電源、多元化負荷等海量分布式資源的整合、優化、協調、控制，同時也可以接受電網調度，參與電力市場交易等行為。

（二）虛擬電廠的功能

虛擬電廠根據其對外特征也具備不同的功能，電源型虛擬電廠具備銷售電能的功能，可根據實際需求參與電力交易市場和輔助服務市場。負荷型虛擬電廠可以參與調峰調頻等輔助服務市場，能夠按需調節負荷功率。儲能型虛擬電廠既可以參與調峰調頻備用等輔助服務市場[1]，也可以釋放電能參與現貨交易等。虛擬電廠可以靈活調度，根據需求作為正電源或負電源配合電網削峰填谷，解決電力供需不平衡等問題，提升配電網穩定性，提高風光等清潔能源消納率，極大地推動城市綠色能源轉型。

二、虛擬電廠商業模式

（一）需求響應、削峰填谷

目前最主要的商業模式是通過虛擬電廠進行需求響應，幫助電網削峰填谷，并獲得政策補貼[2]。當前大多數情況下為邀約型，即接受政府或者電力調度機構發出的邀約，根據指令進行負荷調節。而且，虛擬電廠相比傳統火電廠在實現電網削峰填谷功能方面更經濟，響應速度更快，建設成本相對較低，投入資金少且效果顯著。表1為虛擬電廠的發展階段。表2為傳統能源發電與虛擬電廠的投資成本對比。

（二）參與電力交易

表1 虛擬電廠發展階段

表2 傳統能源發電與虛擬電廠的投資成本

表3 虛擬電廠業務場景

參與電力市場交易的主要是虛擬電廠所聚合協調的大量發電側資源，電力市場交易分為現貨交易和中長期交易，虛擬電廠主要通過內部成本價格和市場結算價格的差距來實現盈利。不過，目前受限于電力市場改革進展相對較慢，現貨交易的開展僅僅局限于少部分試點地區，未來電力市場化改革逐步推進，虛擬電廠在電力交易方面的活動會逐步增加，獲取的收益也會有較大提升。虛擬電廠參與電力交易的業務場景如表3。

三、虛擬電廠盈利能力影響因素

（一）電價機制改革

電價是影響虛擬電廠收益高低的重要影響因素之一。進一步拉大峰時電價和谷時電價的差距，用戶選擇輔助服務的意愿就越大，也更積極參與需求響應以獲取激勵。峰時電價越高，客戶選擇智能有序服務的需求就越大[3]。同時虛擬電廠參與電力市場現貨交易的經濟效益越好。所以，需進一步推進電價機制改革，提升虛擬電廠盈利能力。

由于電能不能大量存儲等因素，電力供需需要保持動態平衡，考慮不同時間段所需要的電量有所差異，供電成本有較大區別。分時電價機制可以有效協調引導用戶白天高峰期少用電、夜間低谷期多用電。據統計，目前我國已有29個省份逐步推進分時電價機制。國家發展改革委有關負責人表示，當前我國風電、光伏等新能源裝機容量急劇增長，用電負荷也有較強規律性，冬季、夏季呈現用電“雙高峰”特點，影響電力系統安全穩定運行的因素更多，所以需要抓緊落實分時電價機制。

國家能源局近日答復十四屆全國人大一次會議第3456號關于加快推動新型電力系統建設更好支撐服務“雙碳”目標的建議。國家能源局表示，持續推進深化電價改革，進一步完善電力系統價格機制。堅持“管住中間、放開兩頭”為中心思想，“兩頭”是指，持續推進由市場主導的電價機制。未來國家將繼續推進電價機制深化改革，促進新型電力系統快速發展，進一步提高峰谷電價差距。

（二）電力現貨市場建設

現貨市場建設對虛擬電廠經濟效益的影響也非常大，近日，國家發改委辦公廳、國家能源局綜合司發布《關于進一步加快電力現貨市場建設工作的通知》，一是擴大現貨建設范圍，國家非常關注全國各地的市場建設進展，根據目前現貨市場建設的實際情況，策劃進一步推進的決策部署，并出臺相關文件。二是完善市場間交易機制，包括完善省間交易機制，新能源的用電量估算時間需要進一步縮短，并考慮逐步縮短交易周期。另外明確省間現貨市場建設需根據逐日開市的實際情況進行調劑，并且包括周末兩日持續運行，有利于優化省間資源互惠互利相互補充，促進新能源消納能力，并在時間方面實現與省內現貨市場的密切結合。三是電源側更深入地參與市場主體，提出新能源全方位加入現貨市場，將地方建設權限下放，使地方具有自主制定實施方案的權利，一改以往教條的“國家要求一步，地方執行一步”改革理念。四是促進用戶深化融入市場，更貼切地呈現供求關系，使出清價格更合理化。在省間現貨市場中，客戶已深入了解價格風險，并且積極響應加入省間現貨交易，但受制于市場規則。著力強調客戶加入省間現貨市場，促使更激烈的市場競爭。五是深化中長期銜接現貨交易，前期的模式為“中長期為主，現貨為補充”，逐步發展為“中長期銜接現貨市場進行優化設計”，強化電力現貨市場地位。在新能源開發較多的地方，評估新能源發電量難度較大，極大影響發電側和用電側對價格的精準估算，為保障中長期交易起到降低風險的作用，根據實際情況適度寬松關于中長期簽約占比，讓新能源主體取得更大交易自由空間[4]。

（三）統一電力市場建設

電力市場統一化建設也是影響虛擬電廠經濟效益的關鍵點。虛擬電場的核心競爭力來自對分散式資源的整合及調配能力，而統一電力市場建設為虛擬電廠大范圍地整合資源提供更廣闊的發揮空間。

2021年11月，中央全面深化改革委員會第二十二次會議通過了《關于加快建設全國統一電力市場體系的指導意見》，國家將在電力市場建設方面持續發力，致力于構建統一電力市場體系，將交易準則和技術條件規范化、統一化，促進我國電力市場體系繁榮發展。2023年9月18日，國家發改委、國家能源局正式印發《電力現貨市場基本規則（試行）》和《基本規則》，總結了前期我國電力市場建設豐富的實踐經驗，同時對未來的建設內容和方向做了重點指引。伴隨著全國電力市場統一化的快速發展，帶動了參與電力市場交易的主體和交易活動數量同步飛速增長，因此極大地帶動了對虛擬電廠輔助服務功能的需求。

（四）商業模式的頂層設計

虛擬電廠的頂層設計亟須完善，我國的虛擬電廠發展階段仍處在探索發展期，缺少國家方面的政策支持，同時，現貨市場和輔助服務市場也同樣處于發展初期，未形成成熟的電力交易和運行市場。而且由于暫無統一的平臺，目前已經建好的虛擬電廠無法通過規范統一的接口接入，這成了制約虛擬電廠發展的重要原因。所以國家應盡快開展虛擬電廠的發展規劃工作，首先做好頂層設計工作，在國家方面印發相關的政策和有指導意義的文件，并且帶動各地方政府發布相關的專項政策，推進建設行業技術標準體系、監督管理體系，并逐步完善電力市場交易的規則、規范，為虛擬電廠的快速發展提供強有力的政策支持。

結語

虛擬電廠的投入運營可以大幅度節約電網設備投入資金，同時也可以帶來顯著的運營收益、環保效益以及社會效益。未來，國家和政府層面應積極下發關于虛擬電廠發展的相關政策，加速虛擬電廠快速發展建設，提高對新能源發電的政策補貼等。在科技創新方面，著力發展物聯網技術、儲能技術、云計算、大數據技術等，并推進先進技術在虛擬電廠中的應用，促進虛擬電廠更新換代。我們可以預測，在接下來的幾年，虛擬電廠的建設將是日新月異、蓬勃發展，逐步成為電力市場的主角，參與多樣化的電力市場交易活動，為我國新型電力系統，加快能源轉型提供硬核支撐。