對能源電力市場來說，2021年無疑是具有里程碑意義的年份。從年初發改委將能源結構調整放在實現雙碳需要發力的六大領域之首，到年底中央提出構建全國統一的電力市場，這個方向經歷了有史以來政策密度和市場關注度最高的一年，直到最近的兩會上熱度依然不減。

梳理這些政策和變化我們可以發現，實現能源轉型的關鍵在于新型電力系統的建設，而新型電力系統核心的一個「新」就是數字化。而在諸多的數字化機會中，我們認為「虛擬電廠」對新型電力系統的建設具有非常重大的意義，預計在未來三到五年內迎來快速爆發。

本期研究從困境、破局、機遇、潛力等角度深入分析了這個話題，也歡迎行業內的公司一起來探討。

困境：不可能三角和電氣化率提升帶來的挑戰

在電力領域有一個不可能三角，即環境友好、穩定安全的持續供給和價格低廉難以被同時滿足。隨著以風光為代表的新能源在電力系統中的占比快速提高，挑戰愈發明顯，2021年下半年電力市場的波動就生動地詮釋了這個矛盾。

在供給側的變化之外，能源需求側的變化，尤其是電氣化率的提升也給整個電力系統帶來了新挑戰。舉例來說，北京全市的歷史尖峰負荷在2400萬千瓦左右，而現在電動車超沖的功率都在沖擊200千瓦甚至更高，也就是說如果12萬輛電動車同時用超沖充電，所需要的功率就已經達到了北京的歷史負荷峰值。目前北京新能源汽車每年的增量在7萬輛，機動車保有量600萬輛，其中大部分都會在可預期的未來電動化，中間面臨的困難可想而知。

因此，如何在新型電力系統下破局不可能三角，平衡不穩定的發電側和日益增長且多變的需求側，保證電力系統安全穩定的運行;如何在兼顧電力能源綠色安全的前提下使其更具經濟性，這些都是最切實的挑戰。如何破局，我們認為虛擬電廠是未來新型電力系統下的重要組成部分。

破局：為什么是虛擬電廠

對于虛擬電廠的定義和概念非常多，但其核心思想就是把各類分散可調電源和負荷匯聚起來，通過數字化的手段形成一個虛擬的「電廠」來做統一的管理和調度，同時作為主體參與電力市場。

虛擬電廠匯聚的資源可以是發電側(尤其是新能源)的正電廠，也可以是用電側的負電廠，還可以是發電用電都有的綜合電廠，在本文我們將這些統稱為虛擬電廠。

為什么我們認為虛擬電廠會成為破局者，其實用一句話就可以概括：虛擬電廠可以用市場化的手段，在更大范圍內聚合資源，從而更高效地解決電力的實時匹配問題。

電力能源難以儲存的屬性決定了其在大部分情況下，發和用必須是一個動態平衡的過程，上文提到的新型電力系統面對的一系列挑戰，無論在發電端還是用電端波動都更加劇烈。

傳統方式解決發用不匹配的手段就是簡單粗暴的調度和拉閘限電，屬于計劃經濟的手段，安全效率高但是經濟效率低，對于市場主體的影響很大。虛擬電廠用一種更加經濟性的方式來解決這個問題，在電網出現發用不匹配的情況時，虛擬電廠通過各類可控的資源增加發電或減少用電來平衡電網供需，同時獲得相關服務的激勵收益。

這樣，虛擬電廠的加入將大量分散資源聚合起來參與電網的輔助服務市場，一方面可以通過發掘這些增量的潛力，更加靈活迅速地進行實時調度匹配，對于電網的安全穩定運行發揮積極的作用;另一方面也通過輔助服務獲得的激勵吸引更多的主體加入虛擬電廠，進一步增強了虛擬電廠能力，形成了正向的循環。

在未來，基于虛擬電廠不斷擴大的聚合能力，它將幫助各類參與的主體在更大范圍內優化用能和交易策略，在為電網貢獻安全性能力的同時提高經濟性，成為新一代電力系統市場化機制運行不可或缺的組成。

那么是哪些變化促使了虛擬電廠的發展呢?

機遇：基礎設施層面新格局初現

虛擬電廠最早在2000年左右在歐洲開始萌芽，并在2010年左右開始嘗試商業化運營。近幾年，無論是在歐洲、澳大利亞還是北美，虛擬電廠都進入了快速發展階段;而國內虛擬電廠的發展還處于非常早期，但是也有了以冀北虛擬電廠為代表的標桿試點項目的出現，其背后有幾個核心驅動因素：

1. 電源側的結構變化

隨著新能源的快速發展，發電主體數量急劇增多，之前一個省可能就一兩百個電廠，而隨著新能源的建設，大量的分布式電站開始出現，發電主體數量上升了至少兩個數量級。同時，以風電、光伏為主的新能源較火電為主的傳統能源可控性變差。新能源占比提升帶來了巨大的預測、整合和調度問題。

2. 可調負荷變多

伴隨著新能源的發展，以電動車和儲能裝置等為代表的新型可調負荷正在逐漸變多。還是以北京的電動車為例，北京目前的日均用電量3億度，機動車保有量600萬輛，假設均為電動車且充電周期為5天，每次充電需要50度電，也就是未來每天北京電動車充電需要6000萬度電，占北京整體用電量的20%，這對于電網調度來說是巨大的彈性用量。

3. 通信和感知控制的能力提高

隨著物聯網、邊緣計算、5G、AI等連接和數據技術的發展，對于設備的實時控制和精確預測能力都在迅速增強，為虛擬電廠的聚合和控制奠定了技術基礎。

4. 電力市場化改革進展迅速

2021年底中央深改委通過了《關于加快建設全國統一電力市場體系的指導意見》，電力市場改革再提速，未來工商業用電將全面進入市場化交易，電力的商品屬性進一步得到還原。虛擬電廠作為市場主體，通過參與市場交易完成商業閉環，獲得收益，從而解決了激勵的問題。

無論是設備層面、底層技術還是市場機制，一個以新能源為核心，以數字化為基礎，更具活力的電力市場體系已經初見規模，而在這其中，虛擬電廠將扮演非常重要的角色。

潛力：新型電力系統的關鍵拼圖

虛擬電廠在未來的電力交易和調度系統中將是一個承上啟下的角色。向下匯聚各類可調資源，包括分布式的電源和負荷;向上作為統一主體提供服務、參與市場交易。

虛擬電廠需要擁有三類核心能力：

接入能力 。這也是最基礎的能力，需要盡可能地接入優質的底層資產，包括分布式能源、儲能等優質可調設備以及有調節能力的優質負荷。在接入的基礎上，還需要有能力基于這些設備的機理、業主的用能需求進行可調性分析，深刻全面地了解這些資源什么時候可以調，怎樣調以及調的效果如何。

控制能力 。這是虛擬電廠的核心能力，虛擬電廠需要有相應的控制能力能夠保證各類策略和指令可以被執行，比如對于儲能充放的實時控制，對于關鍵可調設備啟停或者更精密控制等。這不僅僅需要技術上的保障，也和商業能力緊密相關。

交易能力 。這是虛擬電廠的關鍵商業能力，因為市場交易是虛擬電廠初期的主要收入來源。作為一個參與市場交易的統一主體，虛擬電廠可以參與到電量交易、輔助服務、需求響應等等市場中獲得經濟收益。目前電力市場的改革還在推進的過程中，能夠交易的品種也在逐漸增多。虛擬電廠需要基于對自己接入資源的理解和對市場的判斷，尋找最優策略，獲得最大的交易回報。

通過這些核心能力的構建，疊加基礎設施層面的變化，虛擬電廠其實在整個電力系統和電力市場中扮演了安全性穩定器、流動性助推器和新能源消納倍增器的角色。

安全性穩定器 ：虛擬電廠聚合分散的資源，首先可以通過內部優化的方式來降低體系內的不確定性，同時因為其可以具有向外發電和向內用能儲能的能力，所以在電網發生臨界事件需要輔助服務和調度的時候又可以快速進行響應，通過市場化的方式來實現電網的安全穩定。

流動性助推器 ：傳統電力體系供需都比較剛性，即使有過電力市場交易的試點，但是交易的活躍程度和流動性都一般，這中間當然有很多原因，但是其中非常主要的一點就是缺少柔性。但是對于虛擬電廠來說，其擁有大量的可調資源尤其是調節能力，自然會驅動其追求交易的機會，放大市場變化帶來的收益，所以這也給交易市場帶來了更大的流動性保證，這是一個市場可以持續繁榮的基礎。同時流動性產生的收益作為激勵手段，反過來促使更多可控資源加入到系統整體的調控中來，對于安全性又是一個反哺。

新能源消納倍增器 ：新能源的消納對電網來說一直是挑戰，因為其出力既有比較大的波動性和不可預測性，也和負荷側的需求曲線并不完全匹配。而虛擬電廠因為其聚合了眾多的可調資源，可以起到「蓄水池」的作用。舉例來說很多時候晚上風電大發，但是負荷需求不大，這時候虛擬電廠聚合的各類彈性資源比如蓄熱鍋爐、充電樁、冰蓄冷系統等就可以做風電消納，既實現了風電消納，降低電網白天用電高峰的負荷壓力，又享受了谷電電價為業主節省電費。

從2019年開始，國內陸續有虛擬電廠的示范項目落地，取得了不錯的經濟和社會效益：

●2019年12月12日，冀北虛擬電廠上線運營，首期可調容量40兆瓦，試運行期間每兆瓦每月可以帶來1萬元的收益，同時在幫助電網調峰，促進清潔能源消納，提升電網安全穩定運行水平上帶來了巨大的社會效益。據測算2020年全年冀北虛擬電廠可以增發清潔能源7.2億千瓦時，減排63.65萬噸二氧化碳。

●2021年，上海提出建設虛擬電廠試點，初步規劃100萬千瓦容量，在不到兩天的測試中，累計調節電網負荷56.2萬千瓦，消納清潔能源123.6萬千瓦時，減少碳排放約336噸。

●2022年，江蘇計劃在今年迎峰度夏前建設一座具備260萬千瓦可中斷負荷毫秒級精準控制能力，并可實現全省全覆蓋的虛擬電廠，提高電網的系統風險預防和抵御能力。

虛擬電廠正在加速被市場接受和落地，隨著新型電力系統建設的推進，會刺激需求進一步爆發。

簡單總結一下：

1. 虛擬電廠是應對新能源系統結構性變化的有效手段，通過連接聚合分散化的發電、用能和儲能資源，用數據驅動的方式形成一個高度靈活可調可控的統一主體，成為新型能源系統實現智能化的重要組成部分。

2. 虛擬電廠會統一參與到電力交易和輔助服務的市場中，一方面可以發揮聚合優勢幫助電網安全穩定運行，實現社會價值;另一方面也可以通過服務和交易獲得的收益實現經濟價值。

3. 隨著統一電力市場建設的推進和還原電的商品屬性的深入，未來各行各業都面臨更加復雜的用能策略，甚至需要根據電力市場情況來制定生產經營計劃，虛擬電廠的角色將會更加重要。

關注：以虛擬電廠為代表的能源轉型創新機會

在雙碳的時代大潮下，實現能源轉型是核心和關鍵，而以新能源為核心的新型電力系統則是轉型的重中之重。新型電力系統的特點決定了其必定是數字化、智能化的系統。

我們相信，在未來五到十年的跨度上，一定會看到柔性、智能的電力系統滲透進我們生產、生活的方方面面。作為兼具商業價值和社會價值的虛擬電廠必將是迅速發展的方向之一。

晨山的愿景是推動創造更美好的數字化世界。電力能源的數字化是數字化世界的核心組成部分。能源是人類社會運行的基礎，每一次能源革命都帶來了巨大的社會變革和發展紅利。我們認為新的浪潮才剛剛開始，晨山期待和優秀的創業者一起參與這場偉大的創新。

作者 | 馬壯 晨山資本投資經理