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虚拟电厂为何物？PG电子APP
2025-06-21 
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虚拟电厂能够聚合分布式发电、储能、可控负荷资 源，利用通信技术和软件算法优化电力调度，参与需求侧响应或电力交易从而最大化收益，较其他形式的电厂具有成本低、效率高的优势，投 入成本约为火电厂的
《“十四五”现代能源体系规划》（发改能源〔2022〕210号）等多个政策文件均提出，我国将完善新型电力系统建设和运行机制，完善适应可再生能源局域深度利用和广域输送的电网体系，健全适应新型电力系统的市场机制，完善灵活性电源建设和运行机制，并开展各类资源聚合的虚拟电厂示范。
1)欧洲——以发电资源聚合为主:欧洲是虚拟 电厂发源地，目前虚拟电厂已进入商业化阶段，代表企业为德国的 Next Kraftwerke，通过三种方式实现盈利:i)对发电侧进行能源聚合参与统 一调控，避免负电价带来的损失;ii)参与电网侧灵活性调控和电力交 易并最大化收益;iii)参与需求响应并获取收益。
Next-Kraftwerke是欧洲最大的虚拟电厂运营商之一。Next-Kraftwerke 公司成立于 2009年，前身是德国清洁技术公司 Next Kraftwerke GmbH，主营业务为应急发电机、 风力涡轮机和沼气发电厂的聚合工作，从而弥补电网波动;2011 年，公司研发的虚拟电厂平台首次投入测试，完成了从可再生能源到输电网运营商的储能运输控制; 2020 年，公司和东芝成立合资企业，拓宽虚拟电厂在日本的业务布局;2021 年， 公司被壳牌公司以现金全资收购。
目前，Next-Kraftwerke 公司在德国、比利时、奥 地利、法国、波兰、荷兰、瑞士和意大利运营着 13930 个分布式能源单元，接入发电装机容量 10613 兆瓦，2019 年参与电力交易量 15.1TWh。公司 2020 年实现营业 收入 5.95 亿欧元，是目前德国最大的虚拟电厂运营商。
标杆案例1:奥地利南部Lichtenegg公司的可再生能源发电辅助交易。Lichtenegg 公司拥有 1.8MW 风力发电机，Next-Kraftwerke 向其提供虚拟电厂的辅助交易功能， 辅助其在现货市场的日常交易中出售 20%的电力，而 20%的电力占据了发电量 60%-70%的总收入。公司将从辅助可再生能源发电厂进行现货交易中获得的分成收 入。
标杆案例2:德国西部鲁尔地区OBO公司的短期柔性储能业务。Next-Kraftwerke 公司帮助 OBO 公司向电网提供柔性储能服务，为 OBO 安装了两台紧急备用发电机， 当电网频率发生过度偏移时，Next-Krafttwerke 虚拟电厂的控制系统将激活这两台设 备，向电网输送提供高达 500KW 的电力。公司将从虚拟电厂解决方案和激活中获 得的利润中分成。
标杆案例3:德国西部多特蒙德市临床中心的需求响应。Next-Kraftwerke 公司帮助 临床中心更高效地利用其备用发电机，通过将可调度的备用发电机联网到 Next krafttwerke 虚拟电厂中，该诊所可以提供 400 千瓦功率的电能，并利用 TSO 辅助服 务来获取利润，公司则从诊所获得的利润中分成。
2)美国——以用电侧资源聚合为主:美国太阳能资源较多，2021 年美国家用光伏装机容量已 达到 22.5GW，可实现家庭电力的自发自用，需求侧响应成为了美国应对电力供应紧张的主要措施，并逐渐演化为虚拟电厂计划。其中代表企业为 Tesla，其与 Powerwall 使用者签订协议，参与需求侧响应并获取补贴收益。
美国虚拟电厂脱胎于需求侧响应，聚焦负荷端资源统一调配。由于美国电价过去20年上涨了59%，且美国太阳能资源丰富，因此在大量政府补贴和激励政策下，家用 光伏系统逐渐成为消费者降低电价成本的替代选择，从而实现电力的自发自用。根 据Statista，2021 年美国家用光伏装机容量达到 22.5GW，同比增长 20.9%，因此美 国存在大量与用电侧直接相连的分布式太阳能资源。
随着户用光伏等需求量的增长， 美国逐渐开始实行需求侧响应，以应对用电高峰时期的供应紧张情况，并逐渐将需 求侧响应演化为虚拟电厂计划。具体表现为，能源零售商开展虚拟电厂计划，通过 提供低价储能电池或现金，换取家庭一部分电力的控制权，必要时给零售商提供电力，零售商的虚拟电厂聚合这些储能并在用电峰期提供给需要的用户，从而获取辅 助服务收益。
特斯拉布局家用储能Powerwall。Powerwall 是特斯拉 2015 年 5 月推出的家用储能 电池，使特斯拉与太阳能面板安装商 SolarCity 合作的第一款产品。Powerwall 可搭 配特斯拉家用太阳能电池 Solar Roof，白天利用太阳能电池对 Powerwall 进行充电， 内置电池容量 7-13.5kWh。充电后可随时使用储存的能量为家庭供电，同时也接入 电网，在阴天或无光时从配电网处获取电力。Powerwall 实现了家庭用户电能的自 发自用，避免电网停电时家庭断电的情况。用户可在手机 APP 上实时了解光伏发电、 家庭的用电、Powerwall 的储存电量以及电网的供电情况，并通过手机 APP 对 Powerwall 进行自定义设置，达到个性化节流的目的。
Powerwall使储能系统得到分布化应用，与公共事业公司合作开展虚拟电厂计划。 Powerwall 自身管理了家用储能、光伏以及负荷的情况，在发电、储能、用电资源 的聚合上有得天独厚的优势。基于以上特性，特斯拉与 Energy Locals，Green Mountain Power，PG&E 等公共事业公司和电力零售商先后开展了虚拟电厂项目。项目帮助 Powerwall 扩大系统的安装量，同时电力零售商通过与 Powerwall 使用者 签订协议，能够获取这些分布式电池电力的部分使用权，实现聚合需求侧的资源以 及虚拟电厂的商业化扩张。
我国虚拟电厂目前处于从零到一的起 步阶段，参与者通过参与电网公司邀约，获取相应响应补贴。随着电力交易市场化的推进，我国虚拟电厂将向以现货交易为主要获益方式的交 易型虚拟电厂转变。
我国虚拟电厂起步“十三五”，目前已有响应细则出台并建成多个试点项目。“十三 五”期间，我国江苏、上海、河北等地开展了电力需求响应和虚拟电厂的试点工作。
其中，江苏省率先于 2015 年出台官方文件《江苏省电力需求响应的实施细则》指 导电力需求的调控。
此后，中国虚拟电厂进入研发、探索阶段，2019 年，国家电网 提出“泛在电力物联网”，并建成国内首个虚拟电厂“国网冀北虚拟电厂”，实现了 发电和用电的自我调节。到目前为止，北京、上海、广东、江苏、浙江等地先后开展虚拟电厂项目试点。
2022 年 6 月，《北京市“十四五”时期电力发展规划》首次将虚拟电厂的建设纳入电力发展规划中。我国可供参与虚拟电厂运营的控制资源体量庞大，可调负荷资源超过5000 万千瓦，虚拟电厂也随基础资源的快速发展而受到重视。
从各省电力现货交易试点情况和缺电情况来看，预 计广东、浙江、江苏有望最先发展虚拟电厂;虚拟电厂项目也将从以聚合可控负荷为主，逐渐向聚合多种分布式发电、储能资源的综合型项目 发展。以广东电力现货交易和需求侧响应的情况为参考，我们测算，需 求响应退补后，预计每年广东省内虚拟电厂的收益空间约为 83 亿元， 对应预计全国虚拟电厂收益空间约为 870 亿元。
与欧美国家对比，中国虚拟电厂兼顾发电侧、储能、用户侧多种资源。上一章节我 们提到，欧洲的虚拟电厂起步于发电侧，以分布式电源、储能资源的整合，并形成统一调配，降低弃风弃电、负电价损失为主要目标;美国虚拟电厂则脱胎于需求侧响应，更注重整合用电需求侧的资源，填补电力供应缺口并获取补偿收益。中国虚拟电厂目前还处于探索初期，而从能源结构和市场机制的特征来看，中国有望结合欧洲、美国两种模式，探索出兼顾分布式电源、可控负荷以及储能资源的模式。
从能源结构看，我国风电、光伏及电网系统更接近于欧洲模式。第一，中国新能源补贴政策与欧洲各国较为相似，且欧洲国家在风电、光伏等新能源发展方面领先中国，风电、光伏装机容量占比达到约 34%，中国则为 24%，未来我国的发电结构将 向欧洲水平趋近。
第二，中国与欧洲电网的职能、架构更为类似:a) 欧洲各国之间 有成熟的跨境电网，并由专门的跨境电网运营商进行调度，而中国的电网一直由国 家电网、南方电网负责运营，能够实现跨省、远距离的电力调度;b) 与美国相比， 中国与欧洲的需求侧很难直接与分布式发电相连，即使是发展较快的整县光伏项目， 也需接入配电网，再输送至近距离用户，因此很难实现美国例如家用光伏的发电与 用电“合二为一”。因此我国虚拟电厂的早期实践案例聚合了较多风电、光伏资源， 与欧洲模式具有较强的相似性。
从市场机制看，我国电力交易市场尚处于试点起，虚拟电厂的运营仍以邀约制下的 需求侧响应为主要模式，因此当前情况下更接近于美国模式。欧洲虚拟电厂利用软 件算法设定电力现货市场的竞价策略，实现交易收益的最大化。但我国电力市场处 于起步阶段，目前仅有广东省对电力现货交易实行了试点，当电力供给出现缺口或 存在调峰调频需求时，通常依靠电网公司牵头邀约，实现需求侧响应或辅助服务， 因此目前用户侧资源以参与需求侧响应为主，与美国模式更为接近。
前文中提到，中国虚拟电厂仍处于初级邀约型阶段，从目前试点运行的项目来看， 虚拟电厂普遍由电网公司和科研院所负责搭建运行。
我国上市公司中，参与虚拟电 厂项目的企业包含两种:1)以虚拟电厂聚合商身份参与，聚合长尾需求侧资源， 提供需求侧的电力预测曲线，并参与电网的需求侧响应获取补贴分成，相关标的为: 恒实科技;2)虚拟电厂软件平台服务商，为电网公司虚拟电厂搭建软件平台，实 现数据的采集、分析、处理、可视化等，以实现电力调度的最优化，相关标的为: 国能日新、国电南瑞、国网信通、东方电子、远光软件、朗新科技。
