虛擬電廠盈利模式

11月25日，國家能源局就《電力現貨市場基本規則（征求意見稿）》《電力現貨市場監管辦法（征求意見稿）》征求意見。《基本規則》提出，推動儲能、分布式發電、負荷聚合商、虛擬電廠和新能源微電網等新興市場主體參與交易。

虛擬電廠尚未形成固化的商業模式，其調節手段、調節路徑、可發展模式等仍具有多種可能性。

虛擬電廠：聚合分布式資源參與電力市場

【資料圖】

虛擬電廠通過信息技術和軟件系統聚合并優化分布式電力資源，從而參與電力市場和和電網運行。

虛擬電廠本身并不發電，而是通過聚合風電、光伏、儲能、可控負荷、電動汽車等分布式資源，將電網中大量散落的、可調節的電力負荷整合起來，加入電網調度，實現有效削峰填谷，同時提供調頻、調壓、備用等電力輔助服務，增強電網安全性。

圖源：NextKraftwerke官網、招商證券

從邀約型向市場型過渡

虛擬電廠發展分為三個階段，邀約型，交易型和自治型。當前，由于我國目前儲能和分布式電源以及電力交易市場尚未發展成熟，虛擬電廠主要處于邀約型向市場型過渡的階段。

交易型階段：電能量現貨市場、輔助服務市場和容量市場建成后，虛擬電廠聚合商以類似于電廠的形式，參與市場獲取收益。

邀約型階段：在沒有電力市場情況下，由政府機構牽頭，各個聚合商參與，共同完成邀約、響應和激勵流程。

自治型階段：跨空間自主調度型虛擬電廠。隨著電廠聚合的資源種類越來越多，數量越來越大，空間越來越廣，形成“虛擬電力系統”，既包括可調負荷、儲能和分布式電源等基礎資源，也包括這些基礎資源整合而成的微網、局域能源互聯網。

虛擬電廠盈利來源

1.可再生能源發電的預測和監控

可再生能源的進給難以控制，導致電力現貨市場價格變動時公用事業公司難以及時調整電力投資組合，從而導致1）現貨市場電價轉為負值時，可再生能源供給不能及時削減，從而帶來虧損；2）電力平衡機構的需求變動大，公用事業公司依靠傳統手段難以了解和預測可再生能源發電水平，導致因事后修正電力投資組合而承受昂貴的平衡成本。

公用事業公司投資組合中的所有可再生能源通過遠程控制單元聯網，以實時顯示不同發電站的發電總量，從而能夠直接控制特定可再生能源發電的交易。此外，虛擬電廠還能夠綜合不同發電站的發電數據和外部導入的氣象數據來幫助預測可再生能源的發電量。

盈利方式：

1）增強了對電力投資組合的預測能力和控制，幫助公用事業公司節省因投資組合和實際需要不同帶來的平衡成本。

2）當可再生能源電價降到負值時，公用事業公司可以及時削減售電組合中可再生能源發電的占比。

3）如果可再生能源投資組合包含生物能源或水電（或地熱等其他可調度的可再生能源），公用事業公司可以使用虛擬電廠來優化和控制這些資產的發電計劃，例如在預計電價上漲時增加這些資產的發電，從而在短期市場上擊敗平均價格，帶來額外收入。

4）在可再生能源份額較高的能源市場中，電價往往由光伏和風電驅動，因此通過更好地了解自己的可再生能源投資組合，公用事業公司可以更多地了解整個電力市場的情況以及現貨市場價格走向，從而提高交易安全性和盈利能力。

2.電網彈性聚合

虛擬電廠參與電網輔助服務，提高電網彈性。在收到來自電網運營商的增加或減少發電量的信號后，虛擬電廠的中央控制系統結合各個可調度的可再生能源電廠的響應時間限制、運行狀態等因素，將運營商的信號拆分為多個單獨的子信號，發送到各個可再生能源電廠。這些信號會進一步被自動發送到電廠中的各個聯網單元，通過綜合調控虛擬電廠下的不同發電單元的，從而實現總體的調峰調頻效果。

盈利方式：虛擬電廠運營商通過容量招標及輔助服務盈利。

3.需求響應聚合

虛擬電廠聚合需求側的電力消耗單元，統一進行負荷管理，從而提供需求響應服務，獲取輔助服務收入。此外，在部分市場，虛擬電廠還參與容量招標，獲得中標容量的結算費用。此時虛擬電廠的作用在于提高電力消費的領活動。

盈利方式：通過輔助服務市場競標收入、降低電力采購成本盈利。

4.戶用虛擬電廠

將電池儲能、戶用光伏和電動汽車充電連接到一個綜合的家庭能源系統中，實現戶用能源調配。降低電網使用，避免配電堵塞，實現調峰，增加電網獨立性，增加電表后資產靈活性，提高對電網使用的控制。

盈利方式：用戶增加電力自用，聚合商提供輔助服務盈利，公用事業公司通過減少電網升級費用增加收入。

實踐案例1：德國獨立虛擬電廠運營商NEXT

NextKraftwerke（NEXT）成立于2009年，是歐洲建立最早、規模最大的虛擬電廠之一，同時也是歐洲電力現貨市場認證的能源交易商，參與能源的現貨市場交易。

截至2022年Q3，公司已有14841個聚合單元，11182兆瓦聯網裝機容量，其中包括沼氣電廠、熱電聯產廠、水電、光伏、電池儲能、電轉氣、電動汽車、參與需求側響應的工業負荷。

2019年參與電力交易規模達到15.1TWh，2020年營業收入5.95億歐元，并于2021年被殼牌公司收購，殼牌預計將幫助NEXT實現到2030年每年銷售約560TWh電力的目標。

NEXT提供的業務模式主要包括可再生能源發電的預測和監控、電網彈性聚合和需求響應聚合。NEXT使用基于大數據（例如電廠運行情況、天氣數據、市場價格信號、電網數據）的智能算法，提高可再生能源發電機組和工業用戶對價格信號的響應速度；在發電機組上安裝遠程控制裝置NextBox，通過虛擬電廠平臺對聚合的各個電源進行控制，從而參與電力市場交易并獲取利潤分成；利用生物質發電和水電啟動速度快、出力靈活的特點，參與電網的二次調頻和三次調頻，從而獲取附加收益。

實踐案例2：德國能源電力公司E.ON

E.ON在德國和英國開發的虛擬電廠業務包括150家電廠（600MW）。E.ON為其所擁有的包括發電機組、能源用戶（工業負荷、水泵、熱電聯產）和儲能設施（如電池）等提供控制設備，從而實現對電廠的遠程管理，以優化電廠的收入，并幫助電廠參與平衡市場增加收入。

E.ON還與工業企業合作，讓其參與電力市場。例如，E.ON和thyssenkrupp合作，將其制氫工廠通過虛擬電廠連接到德國電力市場中。在E.ON虛擬電廠的自動控制下，如果電網有高需求，thyssenkrupp的工廠將關閉氫氣生產，將電解所需的能量提供給電網；相反，如果電網中的電能超過配電需求，那么工廠就會增加氫氣產量，以此獲得平衡服務和輔助服務收入。

實踐案例3：特斯拉

特斯拉推出自主研發的能源資產實時交易和控制平臺Autobidder，能夠向用戶提供虛擬電廠服務，聚合負荷資源參與能量交互響應，該產品具備價格預測、負荷預測、發電量預測、智能競價及優化調度等功能。

2022年，特斯拉與加州公用事業公司PG&E合作開展緊急減負荷計劃（Emergency Load Reduction Program），以通過虛擬電廠的方式減少電網在需求高峰時期承受壓力時的發電需求。

具體方案是，當加州電網因為天氣炎熱而需要額外的電力供應時，特斯拉Powerwall的用戶可以通過將他們儲存的電量返回電網，以獲得每千瓦時2美元的報酬。

截至2022年7月，特斯拉已經邀請約25000名擁有Powerwall的PG＆E客戶加入虛擬電廠；2022年8月，加州的虛擬電廠項目已成功啟動了首次緊急響應演練，在活動中，共有2342位Powerwall用戶參與，共計輸出了多達16兆瓦的電力。

在該項目中，PG&E通過以低于用電高峰期批發電價的金額向Powerwall用戶購電節省成本，Powerwall用戶通過售電獲得收入，而特斯拉能獲得儲能和發電產品的需求提升，以及未來可能的售電差價及虛擬電廠服務費用。

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