面向新型電力系統(tǒng)的虛擬電廠商業(yè)模式及盈利能力影響因素研究

【關(guān)鍵詞】虛擬電廠；新型電力系統(tǒng)；分布式資源；商業(yè)模式；盈利能力；電價機制

引言

2020年9月，在第七十五屆聯(lián)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(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，建設(shè)綠色低碳安全高效的能源體系。隨著新型電力系統(tǒng)穩(wěn)步發(fā)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(jīng)濟等優(yōu)點，在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用與普及，并且可再生能源在電網(wǎng)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(wǎng)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(yōu)勢，然而，大規(guī)模的DER接入和靈活交易需求對電力系統(tǒng)提出了新的要求。

首先，數(shù)量眾多的小容量布式能源極不均勻地分散在電力系統(tǒng)中，使得其管理困難且接入電力系統(tǒng)成本較高，對系統(tǒng)的運行造成較大影響。其次，不可控分布式能源的發(fā)電不穩(wěn)定性和發(fā)電間歇性給電網(wǎng)的安全可靠運行帶來了電壓電流不穩(wěn)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(guī)模并網(wǎng)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(guī)電力場更好地進行交互和協(xié)調(diào)，將各類分布式能源聚集成一個整體并參加到電力系統(tǒng)的調(diào)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(chuàng)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(wěn)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(chuàng)新的通信、控制、預(yù)測技術(shù)，并運用軟件系統(tǒng)打造一個虛擬聚合體，實現(xiàn)對分散電源、多元化負荷等海量分布式資源的整合、優(yōu)化、協(xié)調(diào)、控制，同時也可以接受電網(wǎng)調(diào)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(jù)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(jù)實際需求參與電力交易市場和輔助服務(wù)市場。負荷型虛擬電廠可以參與調(diào)峰調(diào)頻等輔助服務(wù)市場，能夠按需調(diào)節(jié)負荷功率。儲能型虛擬電廠既可以參與調(diào)峰調(diào)頻備用等輔助服務(wù)市場[1]，也可以釋放電能參與現(xiàn)貨交易等。虛擬電廠可以靈活調(diào)度，根據(jù)需求作為正電源或負電源配合電網(wǎng)削峰填谷，解決電力供需不平衡等問題，提升配電網(wǎng)穩(wěn)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(zhuǎn)型。

二、虛擬電廠商業(yè)模式

（一）需求響應(yīng)、削峰填谷

目前最主要的商業(yè)模式是通過虛擬電廠進行需求響應(yīng)，幫助電網(wǎng)削峰填谷，并獲得政策補貼[2]。當前大多數(shù)情況下為邀約型，即接受政府或者電力調(diào)度機構(gòu)發(fā)出的邀約，根據(jù)指令進行負荷調(diào)節(jié)。而且，虛擬電廠相比傳統(tǒng)火電廠在實現(xiàn)電網(wǎng)削峰填谷功能方面更經(jīng)濟，響應(yīng)速度更快，建設(shè)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(fā)展階段。表2為傳統(tǒng)能源發(fā)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(fā)展階段

表2 傳統(tǒng)能源發(fā)電與虛擬電廠的投資成本

表3 虛擬電廠業(yè)務(wù)場景

參與電力市場交易的主要是虛擬電廠所聚合協(xié)調(diào)的大量發(fā)電側(cè)資源，電力市場交易分為現(xiàn)貨交易和中長期交易，虛擬電廠主要通過內(nèi)部成本價格和市場結(jié)算價格的差距來實現(xiàn)盈利。不過，目前受限于電力市場改革進展相對較慢，現(xiàn)貨交易的開展僅僅局限于少部分試點地區(qū)，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(yè)務(wù)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(wù)的意愿就越大，也更積極參與需求響應(yīng)以獲取激勵。峰時電價越高，客戶選擇智能有序服務(wù)的需求就越大[3]。同時虛擬電廠參與電力市場現(xiàn)貨交易的經(jīng)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(tài)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(qū)別。分時電價機制可以有效協(xié)調(diào)引導(dǎo)用戶白天高峰期少用電、夜間低谷期多用電。據(jù)統(tǒng)計，目前我國已有29個省份逐步推進分時電價機制。國家發(fā)展改革委有關(guān)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(guī)律性，冬季、夏季呈現(xiàn)用電“雙高峰”特點，影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)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(fù)十四屆全國人大一次會議第3456號關(guān)于加快推動新型電力系統(tǒng)建設(shè)更好支撐服務(wù)“雙碳”目標的建議。國家能源局表示，持續(xù)推進深化電價改革，進一步完善電力系統(tǒng)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(xù)推進由市場主導(dǎo)的電價機制。未來國家將繼續(xù)推進電價機制深化改革，促進新型電力系統(tǒng)快速發(fā)展，進一步提高峰谷電價差距。

（二）電力現(xiàn)貨市場建設(shè)

現(xiàn)貨市場建設(shè)對虛擬電廠經(jīng)濟效益的影響也非常大，近日，國家發(fā)改委辦公廳、國家能源局綜合司發(fā)布《關(guān)于進一步加快電力現(xiàn)貨市場建設(shè)工作的通知》，一是擴大現(xiàn)貨建設(shè)范圍，國家非常關(guān)注全國各地的市場建設(shè)進展，根據(jù)目前現(xiàn)貨市場建設(shè)的實際情況，策劃進一步推進的決策部署，并出臺相關(guān)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(xiàn)貨市場建設(shè)需根據(jù)逐日開市的實際情況進行調(diào)劑，并且包括周末兩日持續(xù)運行，有利于優(yōu)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(xiàn)與省內(nèi)現(xiàn)貨市場的密切結(jié)合。三是電源側(cè)更深入地參與市場主體，提出新能源全方位加入現(xiàn)貨市場，將地方建設(shè)權(quán)限下放，使地方具有自主制定實施方案的權(quán)利，一改以往教條的“國家要求一步，地方執(zhí)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(xiàn)供求關(guān)系，使出清價格更合理化。在省間現(xiàn)貨市場中，客戶已深入了解價格風險，并且積極響應(yīng)加入省間現(xiàn)貨交易，但受制于市場規(guī)則。著力強調(diào)客戶加入省間現(xiàn)貨市場，促使更激烈的市場競爭。五是深化中長期銜接現(xiàn)貨交易，前期的模式為“中長期為主，現(xiàn)貨為補充”，逐步發(fā)展為“中長期銜接現(xiàn)貨市場進行優(yōu)化設(shè)計”，強化電力現(xiàn)貨市場地位。在新能源開發(fā)較多的地方，評估新能源發(fā)電量難度較大，極大影響發(fā)電側(cè)和用電側(cè)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(jù)實際情況適度寬松關(guān)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(tǒng)一電力市場建設(shè)

電力市場統(tǒng)一化建設(shè)也是影響虛擬電廠經(jīng)濟效益的關(guān)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(diào)配能力，而統(tǒng)一電力市場建設(shè)為虛擬電廠大范圍地整合資源提供更廣闊的發(fā)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(guān)于加快建設(shè)全國統(tǒng)一電力市場體系的指導(dǎo)意見》，國家將在電力市場建設(shè)方面持續(xù)發(fā)力，致力于構(gòu)建統(tǒng)一電力市場體系，將交易準則和技術(shù)條件規(guī)范化、統(tǒng)一化，促進我國電力市場體系繁榮發(fā)展。2023年9月18日，國家發(fā)改委、國家能源局正式印發(fā)《電力現(xiàn)貨市場基本規(guī)則（試行）》和《基本規(guī)則》，總結(jié)了前期我國電力市場建設(shè)豐富的實踐經(jīng)驗，同時對未來的建設(shè)內(nèi)容和方向做了重點指引。伴隨著全國電力市場統(tǒng)一化的快速發(fā)展，帶動了參與電力市場交易的主體和交易活動數(shù)量同步飛速增長，因此極大地帶動了對虛擬電廠輔助服務(wù)功能的需求。

（四）商業(yè)模式的頂層設(shè)計

虛擬電廠的頂層設(shè)計亟須完善，我國的虛擬電廠發(fā)展階段仍處在探索發(fā)展期，缺少國家方面的政策支持，同時，現(xiàn)貨市場和輔助服務(wù)市場也同樣處于發(fā)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(tǒng)一的平臺，目前已經(jīng)建好的虛擬電廠無法通過規(guī)范統(tǒng)一的接口接入，這成了制約虛擬電廠發(fā)展的重要原因。所以國家應(yīng)盡快開展虛擬電廠的發(fā)展規(guī)劃工作，首先做好頂層設(shè)計工作，在國家方面印發(fā)相關(guān)的政策和有指導(dǎo)意義的文件，并且?guī)痈鞯胤秸l(fā)布相關(guān)的專項政策，推進建設(shè)行業(yè)技術(shù)標準體系、監(jiān)督管理體系，并逐步完善電力市場交易的規(guī)則、規(guī)范，為虛擬電廠的快速發(fā)展提供強有力的政策支持。

結(jié)語

虛擬電廠的投入運營可以大幅度節(jié)約電網(wǎng)設(shè)備投入資金，同時也可以帶來顯著的運營收益、環(huán)保效益以及社會效益。未來，國家和政府層面應(yīng)積極下發(fā)關(guān)于虛擬電廠發(fā)展的相關(guān)政策，加速虛擬電廠快速發(fā)展建設(shè)，提高對新能源發(fā)電的政策補貼等。在科技創(chuàng)新方面，著力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、儲能技術(shù)、云計算、大數(shù)據(jù)技術(shù)等，并推進先進技術(shù)在虛擬電廠中的應(yīng)用，促進虛擬電廠更新?lián)Q代。我們可以預(yù)測，在接下來的幾年，虛擬電廠的建設(shè)將是日新月異、蓬勃發(fā)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(tǒng)，加快能源轉(zhuǎn)型提供硬核支撐。