面向双碳的虚拟电厂技术支撑体系与商业模式研究

专题报告 面向双碳的虚拟电厂技术支撑体系与商业模式研究 电力圆桌项目课题组 2023年11月 电力圆桌项目 电力圆桌（全称电力可持续发展高级圆桌会议）项目于2015年9月启动，旨在紧扣应对气候变化、调整能源结构的国家战略，邀请业内专家和各利益方参与，共同探讨中国电力部门低碳转型的路径和策略。通过建立一个广泛听取各方意见的平台机制，电力圆桌将各方关心的、有争议的、目前决策困难的关键问题提交到平台讨论，选出核心问题委托智库开展高质量研究，并将研究成果和政策建议提交到平台征求意见，从而支持相关政策的制定和落地，推动中国电力行业的改革和可持续发展，提高电力行业节能减排、应对气候变化的能力。 报告编写人员 中国电力科学院：陈宋宋、王舒杨、董家伟、宫飞翔感谢自然资源保护协会对报告提出的意见和建议 项目课题组 中国电力科学院（CEPRI）成立于1951年，是国家电网公司直属科研单位，是中国电力行业多学科、综合性的科研机构。主要从事超/特高压交直流输变电技术、电网规划分析及安全控制技术、输变电工程设计与施工技术、配用电技术以及新能源、新材料、电力电子、信息与通信、用电与能效技术等研究，研究范围涵盖电力科学及其相关领域的各个方面，围绕电力科学及其相关领域的各个方面，攻克了一系列重大核心技术。在大电网安全分析与运行控制、特高压交直流输电、大规模新能源接入与大规模储能应用等关键技术研究处于国际领先水平，形成了具有显著优势的技术攻关实力。 自然资源保护协会（NRDC）是一家国际公益环保组织，成立于1970年。NRDC拥有700多名员工，以科学、法律、政策方面的专家为主力。NRDC自上个世纪九十年代起在中国开展环保工作，中国项目现有成员40多名。NRDC主要通过开展政策研究，介绍和展示最佳实践，以及提供专业支持等方式，促进中国的绿色发展、循环发展和低碳发展。NRDC在北京市公安局注册并设立北京代表处，业务主管部门为国家林业和草原局。更多信息，请访问：www.nrdc.cn。 @CoverImagebyFanjianhuaonFreepik 面向双碳的虚拟电厂技术支撑体系与商业模式研究 ResearchonTechnologicalSystemandBusinessModelforVirtualPowerPlantsTowardsCarbonPeakingandNeutralityGoals 2023年11月 目录 执行摘要��������������������������������������������������������������������������������������011�背景�����������������������������������������������������������������������������������������04 1�1虚拟电厂建设背景�������������������������������������������������������������������������04 1�2虚拟电厂定义�������������������������������������������������������������������������������05 1�3虚拟电厂政策环境�������������������������������������������������������������������������06 2�虚拟电厂建设的国内外进展�������������������������������������������������������08 2�1国外发展情况�������������������������������������������������������������������������������08 2�2国内发展情况�������������������������������������������������������������������������������12 2�3国内外对比分析����������������������������������������������������������������������������14 3�虚拟电厂技术支撑体系��������������������������������������������������������������16 3�1虚拟电厂资源分类�������������������������������������������������������������������������18 3�2多元场景下虚拟电厂资源分析��������������������������������������������������������18 3�3虚拟电厂资源潜力分析及验证��������������������������������������������������������21 3�4虚拟电厂资源的聚合策略���������������������������������������������������������������23 4�虚拟电厂商业模式分析��������������������������������������������������������������24 4�1虚拟电厂盈利模式�������������������������������������������������������������������������25 4�2虚拟电厂定价机制�������������������������������������������������������������������������28 5�面向双碳目标的虚拟电厂建设路径与发展建议����������������������������31 5�1虚拟电厂建设路径�������������������������������������������������������������������������31 5�2虚拟电厂发展建议�������������������������������������������������������������������������33参考文献��������������������������������������������������������������������������������������35附录A虚拟电厂政策清单��������������������������������������������������������������36附录B国内外典型虚拟电厂示范工程���������������������������������������������38 执行摘要 虚拟电厂是聚合分布在一定区域的分布式电源、可调节负荷、储能等资源，应用计量、通信、控制、大数据、人工智能等技术，形成的具有电力市场交易或电网互动能力的物理或经济实体。虚拟电厂可以在碳达峰、碳中和进程中起到提高能源利用率、提高可再生能源经济性、减少高碳排机组电力调峰出力和增容需求等作用，进而促进碳排放降低。 国外虚拟电厂建设方面，各国实践各具特色，与当地资源特性和电网发展面临的问题高度相关。欧洲虚拟电厂以分布式电源、储能资源为主，主要针对实现分布式电源可靠并网和电力市场运营。美国虚拟电厂在需求响应基础上发展而来，聚焦负荷资源聚合调配，侧重于用户侧柔性负荷主动响应以提升电网运行稳定性。澳大利亚虚拟电厂聚合资源以用户侧储能为主，可以参与紧急频率控制辅助服务市场和电能量市场，主要提供频率控制辅助服务。 国内虚拟电厂建设方面，我国在智能电网早期建设阶段侧重于坚强电网建设，因此虚拟电厂起步稍晚，但在政策、市场和盈利模式等方面均取得一定进展。（1）政策方面，国家层面尚未出台虚拟电厂专项政策，但在省市层面，部分省市出台了虚拟电厂专项政策，对虚拟电厂设计建设、参与交易、资金支持等多方面进行了引导和规范。（2）市场机制方面，虚拟电厂作为新型经营主体纳入政策规划，对市场准入、交易品种放开提供了支持。虚拟电厂可参与现货市场交易、辅助服务市场交易及需求响应市场交易，参与不同市场时按照具体市场规则执行。（3）盈利模式方面，国内虚拟电厂仍以邀约型为主，以需求侧响应、调峰调频为主要的收益来源。广东、江浙沪等经济发达地区为缓解电力供需不平衡问题， 对虚拟电厂需求旺盛，开发项目较多，电力交易试点较为成熟，具备业务开展的良好基础。未来虚拟电厂也有望在绿电绿证市场化交易、碳交易中进行盈利。 技术支撑体系方面，支撑虚拟电厂运营的技术核心在于对不同类型资源的聚合、分析、控制的能力，以及运用模型与算法支持调度与交易决策的能力，实现可测、可析、可控，对复杂且具有不确定性的各类资源进行高效、精细的管理以确保能提供可靠的、灵活的供电或调节能力，以获得最佳的经济效益。 商业模式方面，目前国内的虚拟电厂还处在商业模式的探索阶段。（1）从虚拟电厂的收益来源来说，已经开展的虚拟电厂业务模式主要以邀约型需求响应为主，盈利模式来源于响应补贴。但是需求响应属于偶发交易，在电网供需调节存在困难时触发，具有交易频次不确定的特点，无法构成虚拟电厂运营商主要盈利模式。随着中长期市场、现货市场、绿电交易市场、辅助服务市场等逐步放开，虚拟电厂可作为一个市场主体全面参与到市场中，主要盈利模式除了需求响应，还包括辅助服务交易、电力现货交易等。（2）从虚拟电厂成本来说，除了平台与设备建设等前期固定成本外，不同类型虚拟电厂运营模式对应的运维成本差别较大。由于虚拟电厂运营平台一方面对接电力交易中心，另一方面对接各类资源聚合商，组织资源主体参与各类电力市场交易，并完成相关结算和利益分配。所以运营平台对不同资源组合的定价机制、利益分配机制的设计与创新，是激发各类用户侧资源积极参与虚拟电厂，提高虚拟电厂整体效益的关键。 虚拟电厂建设的顶层设计方面，应从国家层面加快制定和发布虚拟电厂政策文件，结合“双碳”目标推进路线、新型电力系统建设要求和相关技术发展趋势，从管理要求、技术参数、运营模式等方面，加快制定虚拟电厂系列标准规范，构建完整的技术体系，推动虚拟电厂发展规划，结合新型电力系统建设规划和不同地区资源禀赋，明确虚拟电厂在各阶段的发展重点，推动我国虚拟电厂有序发展，将需求侧资源与发电侧资源调节能力等同，发挥虚拟电厂对“双碳”目标实现的积极作用。“双碳”目标实现进程的达峰期、平台期、下降期，新型电力系统建设对应分为加速转型期、总体形成期和巩固完善期，虚拟电厂发展的邀约期、交易期和自治期与“双碳”路径和新型电力系统建设可以有机结合。 ◎在达峰期（当前到2030年），多元资源分别参与主要以邀约形式组织的电网互动，其中负荷型虚拟电厂依托终端用能电气化替代有望快速发展，要求具备削峰、填 谷能力，积极参与需求响应和辅助服务。同时，虚拟电厂储能资源可结合可再生能源电源进行峰谷套利和参与调峰、调频、备用等辅助服务，进一步提升可再生能源消纳比例。 ◎在平台期（2030年到2045年），虚拟电厂聚合资源不断丰富，在工业领域可结合电能替代深入挖掘削峰和填谷资源，在交通领域拓展新能源汽车、充电站储能，探索配置长时储能资源。虚拟电厂向源荷混合型转变，利用新型电网技术充分参与集中地电能量市场和辅助服务市场及分散式交易市场，具备更充足的交易议价能力，促进可再生能源渗透率进一步提升。 ◎在下降期（2045年到2060年），随着分布式电源接入电网承载力提升，虚拟电厂将进入自治期，快速发展分布式光伏、分布式风电机组等可再生能源，与综合电力平衡需求和电力市场信息，参与市场交易或进行本地化的消纳和调控；拓展氢能等多种储能资源，实现能源深度融合利用，形成内部自供应、自消纳与自