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行业概况
虚拟电厂(简称VPP)的概念起源于1997年,Shimon Awerbuch博士提出了“虚拟公共设施”的概念,认为市场各独立实体之间能够达成一种灵活合作,其资产互相弥补成为一个虚拟的公共设施,从而为消费者提供更高效贴心的服务。
从狭义上讲,一般认为虚拟电厂是众多电源的整合。通过整合风电、光伏、火电、水电等形式的电源,形成一个统一的整体,接受虚拟电厂协调控制中心的调度;广义上讲,虚拟电厂不但包括电源,也包括负荷侧的资源整合,主要有需求响应、储能、电动汽车群等,它通过先进的量测技术、通信技术、控制技术等把物理上不直接相连的分布式电源整合成一个整体,进行控制,以实现大量分布式电源有序接入,减少对电网的冲击,同时实现经济效益等的提升。
虚拟电厂产业链包括上游基础资源、中游虚拟电厂运营以及下游电力需求市场。其中,上游基础资源包括工业负荷、商业和建筑物负荷、居民负荷等可控负荷,以及分布式能源和储能。中游为虚拟电厂运营平台,聚合上游各种分布式资源。下游电力需求方包括电网公司、售电公司以及大用户等,以国家电网和南方电网为主。
从全球虚拟电厂的发展历程来看,全球虚拟电厂经历三个发展阶段:邀约型、市场型和跨空间自主调度型阶段。目前国内虚拟电厂行业处于邀约型向市场型过渡的初级阶段,而冀北VPP处于市场型阶段。市场型阶段是在电能量交易、辅助服务和容量市场建成后,虚拟电厂聚合商以类似于实体电厂的模式,分别参与这些市场获得收益。在这个阶段,也会同时存在邀约型模式,其邀约发出的主体是系统运行机构。
产业现状
与传统的实体电厂相比,虚拟电厂具有明显优势,构成资源具有多样性,不仅可以调度各样的分布式电厂(包括水电机组、太阳能机组、潮汐机组等可再生能源机组),还可以通过需求响应,采用需求侧管理以及用户储能、余压余热利用等措施实现节能。二是虚拟电厂的构成资源具有协调性,由于各地区用电情况不同,虚拟电厂的出力成本具有地域和时间上的差别,多家电厂相互配合,可更好参与电力系统。三是虚拟电厂的构成资源更具环保性,虚拟电厂整合大都为可再生能源分布式电厂,不会对环境产生污染,通过节能技术和可控负荷而实现的电能生产甚至可以实现零排放。
近年来,随着新能源倍增发展,消纳矛盾将进一步加剧,需要借助市场化手段,引导新能源增强自身调节能力,虚拟电厂作为一种可以推动新能源场站与共享储能聚合,提升新能源参与市场的经济效益,保障电力系统的可靠运行的特殊电厂,其市场应用需求日益增长。在此推动下,全球虚拟电厂投资市场热度日益攀升。据统计,2023年,全球虚拟电厂市场投资规模达207.1亿元,同比增长71.58%,较2021年复杂增长了89.29%。从虚拟电厂工程地域分布情况看,全球虚拟电厂示范工程率先在欧盟开展,随后美国、中国、澳大利亚等国家也纷纷开展虚拟电厂建设。从聚合资源来看,大部分国家虚拟电厂聚合优化分布式光伏、储能电池、可控负荷等源网荷类资源。
相关报告:智研咨询发布的《中国虚拟电厂(VPP)行业市场全景调研及发展趋向研判报告》
从国内市场分析,目前,我国具有优质灵活调节能力的电源只有约20%,仅靠发电侧的灵活性调节无法满足电力系统的稳定性和可靠性需求。其实,全国每年用电负荷高于95%的尖峰负荷时间只有几十个小时,如果采用虚拟电厂的方式,可以节约6000万千瓦至7000万千瓦的顶峰电源。虚拟电厂作为能够挖掘用户侧灵活性资源的技术手段和商业模式,随着技术日渐成熟,凭借成本仅为火电10%至15%的优势,将成为新型电力系统中灵活性资源成本最低的举措。
为加快新型电力系统建设,近年来,从中央到地方发布了一系列政策,鼓励开展虚拟电厂示范,充分激发和释放用户侧灵活调节能力,加速推动虚拟电厂行业健康高质量发展。例如,2021年10月,国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》,提出引导虚拟电厂参与新型电力系统灵活调节;2023年5月,国家发展改革委发布的《电力需求侧管理办法(征求意见稿)》提出,建立呵完善需求侧资源与电力运行调节的衔接机制,逐步将需求侧资源以虚拟电厂等方式纳入电力平衡,提高电力系统的灵活性;2024年5月,国务院发布的《2024-2025年节能降碳行动方案》提出,虚拟电厂作为需求侧响应主体,将成为电力需求侧响应能力建设的重点内容。在国家政策的指导下,各地虚拟电厂政策出台速度也不断提升,国内虚拟电厂(VPP)行业发展政策环境不断优化。
在国家和地方政府的大力扶持下,虚拟电厂呈现蓬勃发展态势。当前,虚拟电厂商业模式不断创新,各类社会主体积极参与。例如,深圳市建成了国内首家网地一体虚拟电厂运营管理云平台,已接入运营商90余家,接入容量规模超过250万千瓦,2023年累计开展33次负荷精准响应,实时可调节能力超50万千瓦;国家电投苏州市虚拟电厂聚合91万千瓦分布式资源,涵盖分布式光伏、储能、工商业可调负荷等场景,具备23万千瓦可调节能力,参与调度组织的调峰、调频测试,通过需求侧响应、电力辅助服务等市场交易获取收益。据统计,2023年,我国虚拟电厂上市场投资规模约达84.2亿元,全国虚拟电厂聚合容量已达到935万千瓦,同比增长87%,较2021年复合增长了116.22%。
数据显示,2023年我国虚拟电厂(VPP)市场规模已增至349亿元。国家能源局预计,2024年度夏期间,全国用电负荷还将快速增长,最高负荷同比增长超过1亿千瓦。据国网能源研究院预计,2024年全国全社会用电量将达到9.8万亿千瓦时;风电、太阳能发电新投产规模将分别达到0.9亿千瓦、2.4亿千瓦,累计装机占比将超过40%。今这意味着2024年国内电力保供面临着一定压力,加之极端天气的影响,电网不平衡问题日益严重,这对电力系统灵活调节能力、安全稳定运行提出了更高要求。
在此情况下,虚拟电厂的潜在市场也在不断扩大。根据市场预测,到2025年和2030年,我国最大电力负荷将分别达到16.3亿千瓦和20.1亿千瓦。若满足我国5%的峰值负荷需求,虚拟电厂可调节负荷资源的需求将分别达到0.8亿千瓦和1亿千瓦。综上分析进行预测,2025年我国虚拟电厂市场规模将达604亿元;到2030年,虚拟电厂市场规模有望达到千亿元级别。
发展趋势
1、政策支持力度加大
未来,我国政府对可再生能源和节能减排的支持力度有望继续加大,这将为虚拟电厂行业发展提供更加广阔的空间。政府将进一步出台相关政策,鼓励虚拟电厂项目建设和运营,推动智慧能源和智能家居领域的发展。
2、市场需求增长
随着人们生活水平的提高和环保意识的增强,对清洁、低碳、便捷的能源需求将不断增加。虚拟电厂作为智慧能源和智能家居领域的重要组成部分,将有更多的市场需求机会。此外,随着新能源技术的发展和电网基础设施的完善,新能源发电并网需求也将为虚拟电厂行业提供更多市场空间。
3、技术创新推动
未来,随着人工智能、物联网、大数据等技术的不断发展和应用,虚拟电厂的技术水平将不断提高,为行业发展提供更强有力的支撑。技术创新将推动虚拟电厂实现更高效、更灵活的运营,从而扩大市场空间。
4、商业模式创新
未来,虚拟电厂商业模式将不断创新。除了现有的合作模式和自建模式外,还可能出现更多的创新模式。例如,虚拟电厂企业可以与金融机构合作,开展能源期货交易、能源衍生品交易等业务;与物流企业合作,开展能源仓储和配送业务等。这些新模式的出现将为虚拟电厂行业带来更多的市场机会。根据市场预测,到2030年我国虚拟电厂行业投资规模将达到384.8亿元。
5、虚拟电厂技术和管理标准体系不断完善健全
当前虚拟电厂建设运营全环节尚未形成完整的技术、管理标准体系,推高了建设运营成本、增加了管理难度。对虚拟电厂内部运营,应针对各类设备接口、采集控制规约不一致,数据交互存在壁垒等问题,建立统一标准体系,打通负荷设备、采集终端、虚拟电厂运营平台之间的交互壁垒。参与系统运行和交易方面,应针对其接网标准、业务规程、能力校核、计量结算等方面设定统一的规范,促进虚拟电厂规范化参与市场交易和系统运行。
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