【行业洞察】虚拟电厂应运而生，新型电力系统蓄势待发

国家能源局2023年6月发布的《新型电力系统发展蓝皮书》：到2030年前是非化石能源发展、火电转型、储能发展、电力市场建设等方面最重要的阶段；多家电网企业（如南方电网）的规划明确在2030年前基本建成新型电力系统。

改革开放以来，我国电力系统规模持续扩大、结构持续优化、效率持续提升、体制改革和科技创新不断取得突破，为中国经济发展提供了强劲动力。

百年未有之大变局加速演进，气候变化、局势动荡使得全球能源产业链供应链遭受严重冲击，国际能源价格高位振荡，能源供需版图深度调整。

新一轮科技革命和产业革命深入发展，能源电力系统的安全高效、绿色低碳转型及数字化智能化技术创新已经成为全球发展趋势。

一、我国新型电力系统发展转型现状与挑战

挑战一：多重因素叠加，部分地区电力供应紧张，保障电力供应安全面临突出挑战。国际局势复杂多变：能源价格易受地缘政治影响大幅波动。俄乌冲突导致煤价暴涨导致火电企业当时经营困难。

极端气候频发扰动，电力负荷大幅攀升：影响可再生能源出力，增加电力安全供应压力。

我国电力需求长期维持稳步增长趋势，尖峰负荷特征日益凸显，规模持续增加，累计时间短，出现频次低，所占电量小，增加了投资成本与保供难度。

挑战二：新能源快速发展，系统调节能力和支撑能力提升面临掣肘，消纳形势严峻。

新能源装机比重持续增加，电力支撑能力相对常规电源相差距较大，未能形成可靠替代能力。需要始终坚持底线思维，全力保障能源安全，推动构建适应大规模新能源发展的源网荷储多元综合保障体系。

电力绿色低碳转型不断加速，电力系统调节能力持续增强。

电力绿色低碳转型不断加速，电力系统调节能力持续增强。截至2022年底，煤电灵活性改造规模累计约2.57亿千瓦，抽水蓄能装机规模4579万千瓦，新型储能累计装机规模870万千瓦。

新能源消纳形势稳定向好，全国风电、光伏发电利用率达到97-98%。特别是西北地区风电、光伏发电利用率达到95%、96%，同比提升0.8个百分点、1.0个百分点。

挑战三：高比例可再生能源和电力电子设备特性日益凸显安全稳定运行风险挑战。

相比于同步发电机主导的传统电力系统，“双高”电力系统低惯量、低阻尼、弱电压支撑等特征明显。

我国电网呈现交直流送受端强耦合、电压层级复杂的电网形态，送受端电网之间、高低压层级电网之间协调难度大，故障后易引发连锁反应。

挑战四：电力系统可控对象控制规模指数级增长，调控技术手段和网安防护亟待升级。

电力系统可控对象从以源为主扩展到源网荷储各环节，控制规模呈指数级增长，调控技术手段和网络安全防护亟待升级。随着数量众多的新能源、分布式电源、新型储能、电动汽车等接入，电力系统信息感知能力不足，现有调控技术手段无法做到全面可观、可测、可控，调控系统管理体系不足以适应新形势发展要求，需要不断深化电力体制改革和电力市场建设，提升新能源消纳能力和源网荷储灵活互动调节能力。

电网控制功能由调控中心向配电、负荷控制以及第三方平台前移，电网的攻击暴露面大幅增加，电力系统已成为网络攻击的重要目标，网络安全防护形势更加复杂严峻，电力系统重点环节网络安全防护能力亟需提升。

挑战五：电力关键核心技术装备尚存短板，电力系统科技创新驱动效能还需持续提升。

我国能源电力领域已形成较强国际竞争力的完整产业链、供应链和价值链：整体水平实现从跟跑向并行、领跑的战略性转变。

个别技术领域相比电力科技强国仍有差距：先进核电、碳捕捉利用及封存、高效率低成本可再生能源发电装备、大功率柔性输变电装备、长时储能、燃料电池、大型燃气轮机、高温材料、高端电工材料、关键元器件等支撑新型电力系统构建的技术、装备、材料亟需攻关突破。

从电源侧、电网侧、用户侧、储能侧有计划、分步骤推进新型电力系统建设。

储能侧：加速推动储能多应用场景多技术路线规模化发展：压缩空气储能、电化学储能、热储能等多种新型储能技术路线并存，满足系统日内平衡调节需求。

挑战六：电力系统转型过程中面临诸多任务，适应新型电力系统的体制机制亟待完善。

二、新一轮电改推动电力系统建设

新一轮电改历史脉络：我国电力体制改革可以分为四个阶段：阶段一（1985~1997）：集资办电、政企合一；阶段二（1997~2002）：政企分开、省为实体；阶段三（2002~2015）：厂网分开、竞价上网，电力市场化起步探索；阶段四（2015~至今）：进一步推进电力市场化，开展现货市场，向完全市场化发展。

第三轮电力市场化改革取得阶段性进展。自2015年第三轮“电改”以来，我国电力市场化探索步入第9个年头，以2~3年为一个阶段，不断试错、纠错、创新和完善，逐步打开市场化交易局面，到现在已初步形成规模庞大、运行平稳的市场体系。

第三轮电力市场化改革取得阶段性进展

深化电力体制改革再次提及，虚拟电厂、配网侧是建设重点

电力现货市场：分批、分步试点成效明显。首批试点的成功运行标志着我国电力市场新增实时交易功能，有利于及时向用户传递商品价格信号，促进电力短期供需平衡。电力现货试点现已覆盖南北共14个省市，全面布局现货市场进展顺利。

电力现货市场：持续完善市场规范，开展多时段、多频次短期结算，减小价格波动影响。首批试点建设的试运行过程暴露出政策体系的缺失，不断完善市场规则的同时，要加强现货市场监管机构的能力建设，建立稳定的交易结算制度。随着深改委会议精神贯彻落实，全国统一电力现货市场建设有望加速。

电力市场化交易模式

虚拟电厂作为协调分布式资源参与电力市场交易，市场机制有待成熟。虚拟电厂进入市场交易并实现盈利还面临准入条件、接纳意愿和市场规模等问题，政府需进一步健全相关体系。受益于产业政策和电网需求不断加码，行业有望迎来快速发展。

新型电力系统——为双碳服务

新型电力系统的六要素：源网荷储碳数

新型电力系统的“四位一体”框架体系：具备安全高效、清洁低碳、柔性灵活、智慧融合四大重要特征，其中安全高效是基本前提，清洁低碳是核心目标，柔性灵活是重要支撑，智慧融合是基础保障，共同构建了新型电力系统的“四位一体”框架体系。

三、顺应电改趋势，虚拟电厂应运而生

什么是虚拟电厂？虚拟电厂是聚合优化“源网荷储”清洁发展的新一代智能控制技术和互动商业模式。其重点对分布式电源、储能、可调负荷等未纳入电网调度的各类资源进行聚合和控制，服务电网并实现盈利。

虚拟电厂主体及运行原理：“虚拟电厂”不是“电厂”，是“电力搬运工”无法解决电力“硬缺口”；“虚拟电厂”不等于“电力需求响应”，目前国内虚拟电厂主要交易品种是电力需求响应，随电力现货市场和辅助服务市场的发展，虚拟电厂会逐步增加业务范围。

虚拟电厂未来仍有巨大的市场潜力

2022年，全球虚拟电厂新增投资9.9GW，累计装机21.2GW；至2030年，全球虚拟电厂将达58GW，2022至2025年年均复合增速40%。2022年全球电力需求26,779TWh，虚拟电厂参与交易电量32.6TWh，占全球电力需求量1.2‰。

光伏和风力发电具有间歇性、波动性和随机性等特点；新能源发电装机占比不断提升，火电占比持续降低，对电力系统的安全性和供电可靠性造成挑战。虚拟电厂是最环保和经济解决方案。

各类灵活调峰资源优缺点分析——虚拟电厂是现阶段灵活调峰的最佳选择。

现阶段，从经济性上来说，虚拟电厂是灵活性调峰资源的最合理方式。虚拟电厂的大量使用可以解放火电机组并提高其经济性，同时间接缓解保供压力，新增火电机组相应减少，符合双碳方向。

虚拟电厂：政府补贴+市场收益双渠道，盈利难度尚存。

政府补贴拉动需求响应，市场收益吸引多方主体。我国VPP项目以研究示范为主并由政府引导、电网实施，且普遍聚焦于需求侧响应模式。部分试点项目采用现货和辅助服务市场交易，通过提峰调频使得多方获益。

商业模式暂不清晰，实现盈利难度尚存。根据彭博新能源财经对全球93家虚拟电厂企业的调研结果，截至目前虚拟电厂企业商业模式不清晰，相关政策和机制尚不健全。

虚拟电厂相关市场主体及市场活动

双碳目标推动虚拟电厂落地碳交易市场。虚拟电厂参与电-碳联合市场交易的方式：作为我国现存的两种电力市场交易模型，电-碳市场交易使得虚拟电厂在电网和低碳小微主体之间搭建了桥梁，提高新能源并网消纳能力。

资源层的调节能力和质量决定虚拟电厂完成调度指令的能力。

工商业储能作为最优质的调节资源之一，是虚拟电厂大发展的重要前提条件。

源：目前接入资源以分布式光伏为代表，自身不具备调节能力，可和工商业负荷视为整体，构成一个可调节负荷。

荷：可调节负荷各有自身能力限制，工业负荷往往受生产计划强制约，且响应速度慢；空调负荷在时间维度不可平移，基本没有填谷能力，且受用户体验和天气等因素限制，可调节范围有限；充电桩作为直接面向C端的负荷，其调节能力不可预测性较强。

储：可调节能力、响应速度和可靠性都较为优质的调节资源，同时具备削峰和填谷能力，虚拟电厂进行高频次大幅度响应的必备资源。

盈利模式不具可持续性，持续完善政策增强主体投资意愿。在实际运行中，缺乏商业模式、补贴不足等问题让虚拟电厂参与市场的意愿极低。我国电改尚未完成，电力市场机制不成熟叠加应用场景的局限性，我国虚拟电厂还有很长的路要走，但必然趋势不变。

我国虚拟电厂兼具欧美特点。发展背景和能源结构与欧洲接近，基于能源转型深入推进、清洁低碳发展步伐加快的大背景；市场机制与美国接近，运营模式以需求响应为主，但我国目前还处于政府引导、电网实施的阶段。可学习国外结合自身特色探索特有商业模式。国外经验表明：商业模式、法规、市场和技术在不同层面对虚拟电厂的发展提供良好支撑。

虚拟电厂的主要技术支撑。虚拟电厂作为新型智能电网技术，有望向市场化交易的发展阶段迈进。《电力现货市场基本规则（试行）》提到：推动分布式发电、负荷聚合商、储能和虚拟电厂等新型经营主体参与交易。我国虚拟电厂处于早期发展阶段，目前以邀约型模式为主，未来虚拟电厂等新兴市场主体参与电力市场交易将增大其参与电力市场交易的盈利空间向市场化迈进。

各国开发的虚拟电厂各有特色，但总结各国虚拟电厂项目的运作模式和架构后，各国虚拟电厂所运用的核心技术具有很强的相似性。