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(jià)機(jī)制

引言

2020年9月，在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)一般性辯論上，中國宣布了“3060”碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)。2021年3月，提請(qǐng)審議的政府工作報(bào)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(jì)等優(yōu)點(diǎn)，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(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能和電動(dòng)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(shì)，然而，大規(guī)模的DER接入和靈活交易需求對(duì)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(duì)系統(tǒng)的運(yùn)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(yùn)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(chǎng)容量的限制對(duì)分布式能源的大規(guī)模并網(wǎng)有一定的限制。為對(duì)分布式能源進(jìn)行有效利用，并使其與常規(guī)電力場(chǎng)更好地進(jìn)行交互和協(xié)調(diào)，將各類分布式能源聚集成一個(gè)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(chǎng)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(cè)技術(shù)，并運(yùn)用軟件系統(tǒng)打造一個(gè)虛擬聚合體，實(shí)現(xiàn)對(duì)分散電源、多元化負(fù)荷等海量分布式資源的整合、優(yōu)化、協(xié)調(diào)、控制，同時(shí)也可以接受電網(wǎng)調(diào)度，參與電力市場(chǎng)交易等行為。

（二）虛擬電廠的功能

虛擬電廠根據(jù)其對(duì)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(shí)際需求參與電力交易市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)。負(fù)荷型虛擬電廠可以參與調(diào)峰調(diào)頻等輔助服務(wù)市場(chǎng)，能夠按需調(diào)節(jié)負(fù)荷功率。儲(chǔ)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(chǎng)[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(fù)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(fēng)光等清潔能源消納率，極大地推動(dòng)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(jìn)行需求響應(yīng)，幫助電網(wǎng)削峰填谷，并獲得政策補(bǔ)貼[2]。當(dāng)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(jī)構(gòu)發(fā)出的邀約，根據(jù)指令進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)。而且，虛擬電廠相比傳統(tǒng)火電廠在實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)削峰填谷功能方面更經(jīng)濟(jì)，響應(yīng)速度更快，建設(shè)成本相對(duì)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(duì)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(chǎng)景

參與電力市場(chǎng)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(chǎng)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(jià)格和市場(chǎng)結(jié)算價(jià)格的差距來實(shí)現(xiàn)盈利。不過，目前受限于電力市場(chǎng)改革進(jìn)展相對(duì)較慢，現(xiàn)貨交易的開展僅僅局限于少部分試點(diǎn)地區(qū)，未來電力市場(chǎng)化改革逐步推進(jìn)，虛擬電廠在電力交易方面的活動(dòng)會(huì)逐步增加，獲取的收益也會(huì)有較大提升。虛擬電廠參與電力交易的業(yè)務(wù)場(chǎng)景如表3。

三、虛擬電廠盈利能力影響因素

（一）電價(jià)機(jī)制改革

電價(jià)是影響虛擬電廠收益高低的重要影響因素之一。進(jìn)一步拉大峰時(shí)電價(jià)和谷時(shí)電價(jià)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(lì)。峰時(shí)電價(jià)越高，客戶選擇智能有序服務(wù)的需求就越大[3]。同時(shí)虛擬電廠參與電力市場(chǎng)現(xiàn)貨交易的經(jīng)濟(jì)效益越好。所以，需進(jìn)一步推進(jìn)電價(jià)機(jī)制改革，提升虛擬電廠盈利能力。

由于電能不能大量存儲(chǔ)等因素，電力供需需要保持動(dòng)態(tài)平衡，考慮不同時(shí)間段所需要的電量有所差異，供電成本有較大區(qū)別。分時(shí)電價(jià)機(jī)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(jì)，目前我國已有29個(gè)省份逐步推進(jìn)分時(shí)電價(jià)機(jī)制。國家發(fā)展改革委有關(guān)負(fù)責(zé)人表示，當(dāng)前我國風(fēng)電、光伏等新能源裝機(jī)容量急劇增長，用電負(fù)荷也有較強(qiáng)規(guī)律性，冬季、夏季呈現(xiàn)用電“雙高峰”特點(diǎn)，影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的因素更多，所以需要抓緊落實(shí)分時(shí)電價(jià)機(jī)制。

國家能源局近日答復(fù)十四屆全國人大一次會(huì)議第3456號(hào)關(guān)于加快推動(dòng)新型電力系統(tǒng)建設(shè)更好支撐服務(wù)“雙碳”目標(biāo)的建議。國家能源局表示，持續(xù)推進(jìn)深化電價(jià)改革，進(jìn)一步完善電力系統(tǒng)價(jià)格機(jī)制。堅(jiān)持“管住中間、放開兩頭”為中心思想，“兩頭”是指，持續(xù)推進(jìn)由市場(chǎng)主導(dǎo)的電價(jià)機(jī)制。未來國家將繼續(xù)推進(jìn)電價(jià)機(jī)制深化改革，促進(jìn)新型電力系統(tǒng)快速發(fā)展，進(jìn)一步提高峰谷電價(jià)差距。

（二）電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)

現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)對(duì)虛擬電廠經(jīng)濟(jì)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(jìn)一步加快電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)工作的通知》，一是擴(kuò)大現(xiàn)貨建設(shè)范圍，國家非常關(guān)注全國各地的市場(chǎng)建設(shè)進(jìn)展，根據(jù)目前現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)的實(shí)際情況，策劃進(jìn)一步推進(jìn)的決策部署，并出臺(tái)相關(guān)文件。二是完善市場(chǎng)間交易機(jī)制，包括完善省間交易機(jī)制，新能源的用電量估算時(shí)間需要進(jìn)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(chǎng)建設(shè)需根據(jù)逐日開市的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)劑，并且包括周末兩日持續(xù)運(yùn)行，有利于優(yōu)化省間資源互惠互利相互補(bǔ)充，促進(jìn)新能源消納能力，并在時(shí)間方面實(shí)現(xiàn)與省內(nèi)現(xiàn)貨市場(chǎng)的密切結(jié)合。三是電源側(cè)更深入地參與市場(chǎng)主體，提出新能源全方位加入現(xiàn)貨市場(chǎng)，將地方建設(shè)權(quán)限下放，使地方具有自主制定實(shí)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(jìn)用戶深化融入市場(chǎng)，更貼切地呈現(xiàn)供求關(guān)系，使出清價(jià)格更合理化。在省間現(xiàn)貨市場(chǎng)中，客戶已深入了解價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)，并且積極響應(yīng)加入省間現(xiàn)貨交易，但受制于市場(chǎng)規(guī)則。著力強(qiáng)調(diào)客戶加入省間現(xiàn)貨市場(chǎng)，促使更激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。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(bǔ)充”，逐步發(fā)展為“中長期銜接現(xiàn)貨市場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)”，強(qiáng)化電力現(xiàn)貨市場(chǎng)地位。在新能源開發(fā)較多的地方，評(píng)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(duì)價(jià)格的精準(zhǔn)估算，為保障中長期交易起到降低風(fēng)險(xiǎn)的作用，根據(jù)實(shí)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(chǎng)建設(shè)

電力市場(chǎng)統(tǒng)一化建設(shè)也是影響虛擬電廠經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵點(diǎn)。虛擬電場(chǎng)的核心競(jìng)爭(zhēng)力來自對(duì)分散式資源的整合及調(diào)配能力，而統(tǒng)一電力市場(chǎng)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(huì)第二十二次會(huì)議通過了《關(guān)于加快建設(shè)全國統(tǒng)一電力市場(chǎng)體系的指導(dǎo)意見》，國家將在電力市場(chǎng)建設(shè)方面持續(xù)發(fā)力，致力于構(gòu)建統(tǒng)一電力市場(chǎng)體系，將交易準(zhǔn)則和技術(shù)條件規(guī)范化、統(tǒng)一化，促進(jìn)我國電力市場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)建設(shè)豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)對(duì)未來的建設(shè)內(nèi)容和方向做了重點(diǎn)指引。伴隨著全國電力市場(chǎng)統(tǒng)一化的快速發(fā)展，帶動(dòng)了參與電力市場(chǎng)交易的主體和交易活動(dòng)數(shù)量同步飛速增長，因此極大地帶動(dòng)了對(duì)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(jì)

虛擬電廠的頂層設(shè)計(jì)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(shí)，現(xiàn)貨市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)也同樣處于發(fā)展初期，未形成成熟的電力交易和運(yùn)行市場(chǎng)。而且由于暫無統(tǒng)一的平臺(tái)，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(jì)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)?dòng)各地方政府發(fā)布相關(guān)的專項(xiàng)政策，推進(jìn)建設(shè)行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、監(jiān)督管理體系，并逐步完善電力市場(chǎng)交易的規(guī)則、規(guī)范，為虛擬電廠的快速發(fā)展提供強(qiáng)有力的政策支持。

結(jié)語

虛擬電廠的投入運(yùn)營可以大幅度節(jié)約電網(wǎng)設(shè)備投入資金，同時(shí)也可以帶來顯著的運(yùn)營收益、環(huán)保效益以及社會(huì)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(duì)新能源發(fā)電的政策補(bǔ)貼等。在科技創(chuàng)新方面，著力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)等，并推進(jìn)先進(jìn)技術(shù)在虛擬電廠中的應(yīng)用，促進(jìn)虛擬電廠更新?lián)Q代。我們可以預(yù)測(cè)，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(chǎng)的主角，參與多樣化的電力市場(chǎng)交易活動(dòng)，為我國新型電力系統(tǒng)，加快能源轉(zhuǎn)型提供硬核支撐。