报告-深圳市虚拟电厂建设潜力分析：空调和电动汽车

专题报告 深圳市虚拟电厂建设潜力分析 空调和电动汽车 电力圆桌项目课题组 2024 年12月电力圆桌项目 电力圆桌（全称电力可持续发展高级圆桌会议）项目于 2015 年 9 月启动，旨在紧扣应对气候变化、调整能源 结构的国家战略 ，邀请业内专家和各利益方参与 ，共同探讨中国电力部门低碳转型的路径和策略 。通过建立 一个广泛听取各方意见的平台机制 ，电力圆桌将各方关心的 、有争议的 、目前决策困难的关键问题提交到平 台讨论 ，选出核心问题委托智库开展高质量研究 ，并将研究成果和政策建议提交到平台征求意见 ，从而支持 相关政策的制定和落地 ，推动中国电力行业的改革和可持续发展 ，提高电力行业节能减排 、应对气候变化的 能力。 项目课题组 中国科学院深圳先进技术研究院 （ 简称 “ 深圳先进院” ）由中国科学院 、深圳市人民政府及香港中文大学于 2006 年 2 月共同建立 ，实行理事会管理 ，探索体制机制创新 ；瞄准国际一流工研院 ，致力于建设与国际学术 接轨 、与粤港澳大湾区产业接轨的新型科研机构 ，定位为提升粤港澳大湾区制造业 、健康产业和现代服务业 的自主创新能力，推动自主知识产权新工业建立，率先建成国际一流科研机构。 深圳先进院目前已初步打造了科技 、人才 、产业一体的 “创新体系” ，由八个研究所 （ 中国科学院香港中文大 学深圳先进集成技术研究所 、生物医学与健康工程研究所 、先进计算与数字工程研究所 、生物医药与技术研 究所 、脑认知与脑疾病研究所 、合成生物学研究所 、先进材料科学与工程研究所 、碳中和技术研究所 ）组成 ， 牵头组建 2 个全国重点实验室、3 个国家创新中心、79 个省市创新载体。 深圳先进院将抓住粤港澳大湾区和中国特色社会主义先行示范区 “双区驱动”的建设机遇 ，在改革热土上孜 孜探索体制机制创新 ，不断冲击国际科学前沿 ，前瞻布局战略性新兴产业 ，不断多方位促进科教融合和创新 发展。 感谢深圳虚拟电厂管理中心 、南方电网深圳供电局有限公司为本课题研究提供的指导 。感谢自然资源保护协 会专家为本报告提供的宝贵建议。 Cover Image Freepik 所使用的方正字体由方正电子免费公益授权深圳市虚拟电厂建设潜力分析 空调和电动汽车 Potential Analysis for Virtual Power Plant Development in Shenzhen Air Conditioners and Electric Vehicles 2024 年 12 月| i | 深圳市虚拟电厂建设潜力分析空调和电动汽车 目录 摘要 .1 1. 背景 . 6 1.1 全国虚拟电厂建设现状与经验 6 1.2 全国新能源和空调电动汽车负荷的发展情况 8 1.3 深圳新能源和空调电动汽车负荷的发展情况 9 2. 国际虚拟电厂建设经验 10 2.1 因地制宜发展特色虚拟电厂 .10 2.2 明确法律框架，为虚拟电厂发展提供保障 . 11 2.3 多层级平衡机制提升电力市场效率 11 2.4 制定统一的技术标准和通信协议，实现设备互联互通 .12 2.5 推广智能设备与控制技术，提升能效与需求响应便捷性 .12 2.6 多元化商业模式与激励措施推动虚拟电厂发展 13 2.7 电价激励与响应奖励优化用户行为，提升电网效率 14 3. 深圳市虚拟电厂现状与经验 15 3.1 深圳虚拟电厂发展现状 15 3.2 深圳虚拟电厂管理平台建设成效 17 3.3 深圳市虚拟电厂建设经验 .18深圳市虚拟电厂建设潜力分析空调和电动汽车 | ii | 4. 深圳市响应潜力和效益评估 .20 4.1 响应潜力评估 20 4.2 灵活性资源响应经济性评估 .27 5. 研究发现和行业建议 36 5.1 研究发现 . 36 5.2 行业建议 . 38 参考文献 .46| 1 | 深圳市虚拟电厂建设潜力分析空调和电动汽车 摘要 我国电动汽车保有量快速增长和极端气候频发导致电力需求激增 ，加之可再生能源的 大规模接入 ，电网面临着巨大的调节压力 ，亟需提升系统的灵活性 ，实现源荷高效互动 。 虚拟电厂作为一种新型的电力管理模式 ，通过聚合分布式能源 、储能系统和可控负荷等资 源 ，能够有效提升电力系统的灵活性和可再生能源的消纳能力 ，为落实双碳目标要求 ，提 高电网平衡调节能力提供有效支撑。 欧美发达国家已经建立起成熟的政策框架和体制机制 ，并逐步形成了基于当地能源资 源禀赋和市场需求的虚拟电厂体系和运营模式 ，而作为国内的先行者之一 ，深圳市在虚拟 电厂建设方面处于全国领先地位 。本报告首先梳理了国际虚拟电厂发展历程 ，总结了欧美 等先进国家和地区的虚拟电厂建设经验 。报告接下来对深圳虚拟电厂建设现状与响应潜力 做了分析和评估 。结合国际经验 ，报告提出深圳市虚拟电厂发展建议 ，关注空调与电动汽 车两类高潜力资源 ，设计政策路线图 ，为深圳市虚拟电厂的可持续发展提供参考 。报告还 根据我国实际情况 ，提出因地制宜发展虚拟电厂 、明确法律框架 、建立多层级平衡机制 、 统一技术标准和通信协议 、推广智能设备 、多元化商业模式与激励措施以及实施电价激励 等助力全国虚拟电厂发展的建议。 2023 年深圳市虚拟电厂管理平台接入容量约 2650 兆瓦 、调节能力达 560 兆 瓦。 2025 年全市预计建成具备 1000 兆瓦级可调能力的虚拟电厂 ，逐步形成年度最大负荷 5 左右的稳定调节能力 ，并在 2030 年负荷调节能力达到 1500 兆瓦 。报告在梳理深圳市虚 拟电厂政策支持 、发展状况和建设成果的基础上 ，发现深圳市在虚拟电厂建设发展方面具深圳市虚拟电厂建设潜力分析空调和电动汽车 | 2 | 有如下优势 虚拟电厂的政策支持力度大 ，市场活跃度高 ，资源整合能力强 ，参与主体综 合收益可观 ；建设了国内首个网地一体虚拟电厂运营管理平台 ，已形成全国可推广的管 理模式。 在深圳虚拟电厂资源中 ，本报告重点分析了空调和电动汽车的调控响应潜力 ，对这两 大领域的市场潜力和经济效益进行了详细评估 。研究发现 ，在响应潜力评估方面 ，最佳情 景 下，2030 年深圳市空调调节潜力可达 4844 兆瓦 ，削峰能力达到最高用电负荷 16 ， 电动汽车调节潜力可达 1859 兆瓦，填谷能力达到低谷用电负荷 10 。 在响应经济性评估方面 ，空调的响应经济效益主要体现在避免发电成本 、减少碳排 放成本及 GDP 损失方面 ，而电动汽车响应经济性主要以避免发电成本 、减少碳排放成 本、GDP 损失及充电峰谷分时电价的差价优惠表现 。最佳情景下 ，2030 年 ，假设深圳 市约 65 居民户和 51 工商业空调提供灵活性资源响应 ，单次响应可避免发电成本约在 1608-6438 万元之间 ，实现净经济效益 284-5114 万元 ，避免损失 GDP1.78 亿元 ，减少 碳排放成本 139 万 元； 43 电动汽车提供灵活性资源响应 ，单次响应可避免发电成本约 在 644-2577 万元之间 ，实现净经济效益 114-2047 万元 ，避免损失 GDP 0.71 亿元 ，减 少碳排放成本 55 万元。| 3 | 深圳市虚拟电厂建设潜力分析空调和电动汽车 工业空调 商业空调 居民空调 乘用车 市政车 削峰 针对不同空调使用群体差异化管理 商业空调需求响应发挥重要作用 电 动汽车有序充电发挥作用 工商业空调需求响应潜力逐年增加 非市政用车转移负荷增加快速 填谷 ➢ 响应潜力 ➢ 电源侧净收益 万元 ➢ 避免损失 亿元 ➢ 碳排放成本 万元 ➢ 响应潜力 ➢ 电源侧净收益 万元 ➢ 避免损失 亿元 ➢ 碳排放成本 万元 ➢ 响应潜力 ➢ 电源侧净收益 万元 ➢ 避免损失 万元 ➢ 节约购电成本 万元 ➢ 碳排放成本 万元 ➢ 响应潜力 ➢ 电源侧净收益 万元 ➢ 避免损失 万元 ➢ 节约购电成本 万元 ➢ 碳排放成本 万元 图 1 深圳市响应潜力评估结果深圳市虚拟电厂建设潜力分析空调和电动汽车 | 4 | 表 1 深圳市空调与电动汽车参与响应政策路线图 对象 分类 特点 分类 近期措施 远期措施 空调 工 商业 蓄冷渗透率高； 蓄冷峰谷电价比高 ； 商业空调潜力大； 温度设置偏低 政策 提供设备安装升级补贴、专项贷款和税收优惠 单独安装分时计量装置 设计工商业专用的需求响应电价 ，优化蓄冷电 价制度 新建项目融入蓄冷设计 ，既有项目改造提供补 贴与税收优惠 优化电价政策，实施实时电价 设计灵活的需求响应合约 工商业能源用户设定能效标准和建筑排放限额 对集中蓄冷进行容量定价 蓄冷初期投资较高 ； 设备更新费用高； 市场机制不健全； 准入门槛高； 响应灵活性差； 调节能力不足 技术 推广中央空调技术 进行蓄冷改造更新 采用精细化管理与智能控制技术 提升变频与节能技术设备覆盖率 提供舒适度调节技术和设备支持 空调负荷实现分区控制与精准响应 在工业用户中推广低能耗空调技术 增加动态负载控制与通信技术支持 广泛应用负载聚合技术，提升整体调节能力 居民 数量庞大； 多人户居多； 个人负荷分散 政策 推广应用智能空调与控制技术 对参与需求响应的用户免费安装智能控制设备 并予以激励金 推广空调伴侣，提升需求响应设备的普及率 空调以旧换新补贴 推行居民分时电价机制 鼓励龙头企业 （如格力 、美的）加入空调聚合 需求响应体系 设计不同参与模式和补贴标准 推动自动化、分级化需求响应模式 要求新装空调具备响应能力 提升空调能效水平，COP ≥5.0 ，增加能效补贴 逐步实行尖峰电价 潜力有限； 无峰谷电价； 控制难度高； 响应弱； 规模化不足； 无有效商业模式； 隐私安全问题突出 技术 手机远程控制，支持用户手动退出 提升空调能效水平，COP ≥3.8 设置合理的温控范围和响应时长 升级或集成传感和控制元件 系统的精细化管理 试行需求响应应用场景多样化 ，与电动车或其 他智能家居设备联合调控 全自动需求响应模式 加强动态负载控制与通信技术 推广智能家居系统 实现大规模负荷群控制 增大变频空调渗透率，聚合商从调温转调频 研究分户或分区响应控制技术 ，提升整体负荷响应 能力| 5 | 深圳市虚拟电厂建设潜力分析空调和电动汽车 对象 分类 特点 分类 近期措施 远期措施 电动 汽车 市政 用车 控制力度强； 预测性强； 使用时间固定 政策 建立统一智能调配平台 ，优化市政车队调度和 管理流程 提供充电桩建设补贴 ，降低初始投资成本 ，加 快充电设施覆盖 制定行业统一标准，明确响应规范和考核方式 推动自动化车队管理系统建设 发展 V2G ， 实现电网与车辆间能量互动， 增强电力调 控能力 调度复杂； 需考虑运输计划与 需求响应的平衡 技术 增加需求响应奖惩机制 推广智能车载管理系统 优化用车和响应计划， 提高车队需求响应参与率 通过智能充电桩调节功率 ，调节电网频率从而提供平 衡服务 基于分布式电源管理的系统研究 ，进一步降低对主电 网的依赖 推动电动汽车与 光储充结合发展 乘 用车 未来潜力大； 用户价格敏感性 较强； 充电时间灵活； 私家车规模大但 分散 政策 提高响应补贴 ，针对不同用户推广分层次奖励 机制 提供电动汽车的特定峰谷平电价 选择 增加 V2G 基础建设投资与充电桩建设 明确电动汽车参与电力市场准入条件 构建需求响应参与积分系统 ，吸引用户长期参 与需求响应 完善标准体系，设立针对 V2G 的价格激励机制 个性化需求响应合同 允许参与容量市场和辅助服务市场 充电设施的建设和 运营成本较高； 车主参与意愿弱 （安 全和里程）； 车辆缺乏 V2G ； 用户充电习惯限制 ； 充电设施和智能化 管理不足； 主体多元化，难以 集中管控 技术 手机控制时间，聚合商智能安排充电 汽车厂商增强电池质量，完善 V2G 保险条款 推广智能充电桩 增强电动汽车性能，配备 V2G 功能 使用先进电池管理系统 ，设定 V2G 最低电量 阈值 开发统一集成管理平台 完善运营商与车主参与需求响应的竞价机制与考核 机制 推动电动汽车与 光储充结合发展 电动汽车实行 V2G深圳市虚拟电厂建设潜力分析空调和电动汽车 | 6 | 1 背景 在我国新能源电力系统建设全面启动的背景下 ，可再生能源的迅猛发展引起了电源 结构的显著转变。2023 年， 全国太阳能发电装机容量约 6.1 亿千瓦， 同比增长 55.2 ； 风电装 机容量约 4.4 亿千瓦， 同比增长 20.7 [1] 。 一方面， 可再生能源快速发展显著影响着我国能源 电力绿色转型。 另一方面， 我国电力系统迫切需要增加系统调节资源以优化新能源的吸纳效率。 此外 ，空调和电动汽车等用电负荷的急剧攀升 ，对电网的承载能力提出了更高的要求 。以深圳 市为例 ，2023 年深圳市公共建筑空调负荷占全社会用电负荷比重超过 32 ，新能源汽车总量 已达 76.6 万辆 。在电动汽车充电高峰时段 ，全市充电负荷超过 1200 兆瓦 ，相当于即时消耗广 东最大的火电机组发电容量 ； 截至 2024 年 6 月， 深圳市机动车保有量约为 426.3 万辆， 其中， 新能源汽车达 108.0 万辆 ，占比超四分之一 [2]。这意味着 ，空调和电动汽车将对电网承载能 力造成挑战 ，电网供需平衡将面临阶段性压力 。虚拟电厂作为一种创新的电力资源管理平台 ， 为平衡供需两侧提供了一种高效的解决方案。 1.1 全国虚拟电厂建设现状与经验 国家与地方协同推动虚拟电厂政策支持与发展目标 ，深圳市虚拟电厂处于全国领先地位 。 为推动虚拟电厂发展 ，国家和地方层面发布了一系列政策文件 ，并提出了相应的政策目标 。地 方层面约 24 个省份推出虚拟电厂相关支撑政策，23 个地区出台了需求侧响应相关政策。| 7 | 深圳市虚拟电厂建设潜力分析空调和电动汽车 在国家层面 ，2022 年 1 月 ，国家发改委 、国家能源局联合发布 “十四五”现代能 源体系规划 ，明确提出力争到 2025 年 ，电力需求侧响应能力达到最大负荷的 3-5 ， 其中华东 、华中 、南方等地区达到最大负荷的 5 左右 [3]。今年 7 月 ，国家发展改革委 等三部门印发的 加快构建新型电力系统行动方案 2024 2027 年 ，提出要完善市 场和价格机制 ，实现典型地区需求侧响应能力达到最大用电负荷的 5 或以上 ，具备条件 的典型地区需求侧响应能力达到最大用电负荷的 10 左右 ，利用源荷储资源建设一批虚 拟电厂，建立健全标准体系，研究完善电动汽车充电分时电价政策 [4] 。 地方层面，2022 年广东省发布了 广东省市场化需求响应实施细则 试行 ，建 立 以市场为主的需求响应补偿机制 ，拓宽电力需求响应实施范围 ，逐步形成年度最大用电负 荷 5 的响应能力 [5] 。 深圳市发布的 深圳市虚拟电厂落地工作方案 2022-2025 年 ， 深圳市碳达峰实施方案 以及今年的 深圳市支持虚拟电厂加快发展的若干措施 征求 意见稿 等文件提出深圳到 2025 年 ，全市源网荷储一体化发展取得显著成效 ，建成具 备 1000 兆瓦可调能力的虚拟电厂 ，逐步形成年度最大负荷 5 左右的稳定调节能力 ，并 在 2030 年虚拟电厂负荷调节能力达到 1500 兆瓦的目标 [6] 。 总的来说 ，目前国内虚拟电厂发展的特点如下 1 政策框架有待完善 ，发展路径暂不 明 确。 虚拟电厂具体功能范围 、定位 、市场主体地位等有待进一步明确 。目前我国虚拟电 厂正处于发展初期 ，各地资源禀赋 、能源需求 、电网结构 、经济发展水平 、市场建设程度 等情况各异 ，各方涉及协作机制 、底层设备交互 、政府监管与信息共享等方面责任义务划 分尚不完善 ，响应市场化程度不高 ，难以激发虚拟电厂主体参与各类市场交易的意愿 ，影 响了市场化机制的有效性。2 电力市场建设尚不成熟， 虚拟电厂商业模式盈利模式单一。 目前我国电力现货市场 、辅助服务市场建设进展不一 ，特别是在非试点地区 ，市场结构和 规则机制尚不成熟 ，虚拟电厂参与市场的准入条件 、运行管理和交易机制尚不完善 。现阶 段 ，虚拟电厂的运行模式主要依赖政府的行政管理和补贴 ，电力市场化环境尚不成熟 ，大 多数虚拟电厂仅通过参与需求响应获取利益 ，而需求响应属于偶发交易 ，具有交易频次不 确定的特点 ，实际收益较为有限 。缺乏多样化的金融工具 ，导致产品种类有限 ，无法满足 市场需求 。参与现货 、辅助服务市场仍属于试点阶段 ，商业模式较为单一 ，尚未形成稳定 的收益来源 、获得充分的成本补偿 ，影响虚拟电厂的功能发挥 、盈利能力和市场参与积极深圳市虚拟电厂建设潜力分析空调和电动汽车 | 8 | 性。3 虚拟电厂并网调度运行缺乏统一标准规范。 虚拟电厂并网调度运行缺乏统一标准规 范 。关于国家 、行业层面的虚拟电厂标准体系尚未完全建立 ，标准研制进度与虚拟电厂发 展速度不匹配 ，虚拟电厂建设运营缺少成熟标准参考 。由于虚拟电厂聚合资源涉及参与主 体众多 ，在缺少统一的技术标准和规范下 ，用户对于改造方案 、接入方式 、投资成本和交 易方式等认知不清晰 ，这增加了虚拟电厂参与电网调度运行和电力市场的难度 。此外 ，调 控设备和聚合商之间缺乏统一的通信协议，造成数据交互壁垒和网络安全隐患。 1.2 全国新能源和空调电动汽车负荷的发展情况 我国在新能源领域取得了显著进展 ，特别是在风电 、光伏发电和新能源汽车方面 。截 至 2023 年底 ，全国风电和光伏发电累计装机容量分别达到 4.41 亿千瓦和 6.09 亿千瓦 ， 占全国总装机容量的 36.2，较十年前增长近 10 倍 。煤电发电量占比降至 53，为历史 新低 ，风光发电量占比突破 25[7] 。2024 年 ，我国正在建设的风电和光伏发电项目占 全球总量的 64，新增装机规模达到 339 吉瓦 [8]。新能源的迅速扩张显著优化了电力 结构 ，同时增加了电源侧出力的不确定性 ，电力系统电量不平衡问题愈加凸显 。此外 ，负 荷侧空调和电动汽车大规模普及使电力系统稳定运行变得更加复杂 。2023 年我国空调产 量达到 24487 万台 ，国内市场需求量为 19981.87 万台 ，空调行业零售市场规模从 2016 年的 2751.37 亿元增长至 2023 年的 5554.96 亿元 [9]。夏季空调降温用电负荷占全社会 用电负荷比重在 30 左右 ，部分地区超过 40 。2023 年 ，中国新能源汽车产销量分别 为 958.7 万辆和 949.5 万辆 ，分别增长 35.8 和 37.9，销量渗透率达到 31.6，占全 球销量比重超过 60，连续 9 年位居全球第一 ，保有量突破 2041 万辆 [10]。截至 2024 年 6 月 ，全国新能源汽车保有量达到 2472 万辆 ，总充电量约为 242.9 亿千瓦时 ，同比增 长 54.6。根据国家能源局预计 ，2025 年、2030 年总充电量将分别为 1423 亿千瓦时 、 3839 亿千瓦时，将占全社会用电量的 1.9 、4.6[11] 。| 9 | 深圳市虚拟电厂建设潜力分析空调和电动汽车 1.3 深圳新能源和空调电动汽车负荷的发展情况 “十三五” 期间， 深圳市清洁电源装机容量占比约 76 ， 可再生能源 100 全额消纳。 “十四五”期间 ，深圳市预计将新增新能源装机 45 万千瓦 ，清洁电源装机容量占比将提 升至 81[12]。从深圳市现有供电结构来看 ，电网属典型受端电网 ，市内电源不能满足电 网电力供应需求 ，叠加中长期来水不确定性带来的西电东送出力水平波动 、风光机组出力 波动性大等因素 ，深圳市需要充分调动源荷两侧电力资源灵活性 ，才能确保电力系统的平 稳运行。 空调用电持续拉高电网峰谷差 ，是当前深圳市虚拟电厂调控的重心 。电动汽车充电高 峰时段与新能源消纳困难时段匹配良好 ，是未来参与电力电量平衡的重要资源 。深圳市属 于南部海滨城市 ，长夏短冬 ，自 4 月份开始 ，逐渐使用空调 ，7-8 月份空调使用量达到尖 峰，10 月份逐渐回落。 高峰期空调用电量是低谷期 2.5 倍， 空调使用时间可达 6-7 个月。 据统计 ，2023 年深圳市公共建筑空调负荷占全社会用电负荷比约 32 ，总空调负荷占比 可达 40-50，这也导致电力系统的负荷峰值往往与空调负荷峰值高度吻合 。2020 年 深圳市新能源汽车保有量达到 48 万辆， 占全市机动车保有量约 14；截 至 2024 年 6 月， 深圳市机动车保有量约为 426.3 万辆 ，其中新能源汽车达 108 万辆 ，占全市机动车保有 量约 25。最高充电负荷超 1300 兆瓦 ，占深圳市最大负荷的比例超 6，年充电量约 43 亿度 ，占深圳市全社会用电量 4。公交车 、出租车和网约车已全面电动化 ，预计 2035 年新能源汽车保有量约 290 万辆，最大充电负荷超过 3500 兆瓦 [13] 。深圳市虚拟电厂建设潜力分析空调和电动汽车 | 10 | 2 国际虚拟电厂 建设经验 各国基于自身的能源资源禀赋和市场需求 ，采取了多种措施来推动虚拟电厂的发展 。在不 同层面对我国虚拟电厂建设提供了一定的借鉴意义 ，然而 ，这些经验往往是在当地电力市场相 对成熟 、资源相对丰富的背景下形成的 ，一些条件在国内尚未完全具备 ，因此应结合我国实际 情况进行调整。 2.1 因地制宜发展特色虚拟电厂 欧洲是虚拟电厂技术发展较早且成熟的地区之一 ，主要通过聚合分布式发电资源进行统一 协调管理 ，以确保电力系统稳定运行 。在欧洲商业化的虚拟电厂领域 ，虚拟电厂通常由独立第 三方运营商 、发电厂以及 TSOIndependent System Operator ，TSO 合作运营 [14]。德国 结合自身可再生能源发展需求 ，重点解决新增分布式电源并网和市场交易问题 。英国将灵活电 力市场机制纳入能源战略 ，重点解决市场交易和平衡服务的机制障碍问题 。法国明确虚拟电厂 参与市场的门槛和机制，引导技术发展方向，确保虚拟电厂发展符合电网需求。 美国是虚拟电厂发展较早的国家之一 ，在虚拟电厂建设 、法律法规 、试点案例等方面均有 较为深入的探索 。主要聚合分布式发电 、储能系统 、可控负荷等资源 ，以聚焦可控负荷的需求 响应为主 ，灵活调节电网负荷 、支持电网调峰调频需求 。需求响应参与总量占美国电力市场总 高峰负荷的比例达到 6-7[15]。由于电网体系独立且运营商高度分散 ，由东部互联电网 、西| 11 | 深圳市虚拟电厂建设潜力分析空调和电动汽车 部互联电网以及德克萨斯电网这三大电力互连系统组成 ，基本彼此独立运行 ，且相互之间 的电力传输有限 ，其电力市场既有批发也有零售 ，与终端用户的互动更为紧密 ，这种分散 的市场结构使虚拟电厂的多样化发展成为可能。 2.2 明确法律框架，为虚拟电厂发展提供保障 法律框架是虚拟电厂发展的重要保障 。德国发布了 虚拟电厂技术指南 ，规定了虚 拟电厂的技术要求和运营规则 ，为虚拟电厂的发展提供了制度保障 。 可再生能源法规 定超过 100 千瓦的可再生能源必须参与电力市场以及补贴鼓励中型需求响应资源聚合虚拟 电厂 ，以推动商业化 [16]。美国自 1992 年起先后制定了 能源政策法 、 能源独立与 安全法 美国复苏与再投资法案 等一系列支持响应发展的法规政策 ，为需求响应资源 参与电能批发市场、辅助服务市场、容量交易等提供了法律基础和政策环境 [17] 。 2.3 多层级平衡机制提升电力市场效率 德国电力市场的平衡机制是保障电力系统供需平衡的重要工具 。平衡机制是基于 “平 衡基团 ”Balancing Group 的概念 ，采用了分层次管理与逐级平衡的策略 ，通过严格 预测和偏差费用结算 ，提高了电力市场的供需平衡效率 [18]。德国电力市场中的发电企 业和用户会被分配到特定的 “平衡基团” ，由一个平衡责任方 Balancing Responsible Parties ，BRP 管 理。BRP 必须对第二天每 15 分钟的电网接入和退出进行准确的预测 ， 确保平衡组内总发电量 总外购电量 总用电量 ，如果出现偏差 ，平衡责任方需支付相应 的偏差费用。 现已有 24 个欧洲国家实行了平衡基团机制， 组成了国际电网控制合作组织， 并按照 “平衡基团内平衡→输电网控制区内平衡→国内跨区域平衡→欧洲电网控制合作组 织 International Green Climate Change Cooperation ，IGCC 成员国内平衡”的层级 体系，实现跨国电力资源调度。当某一层级无法实现平衡时，可以调用上一级资源。深圳市虚拟电厂建设潜力分析空调和电动汽车 | 12 | 图1 ITO 模式 本地垄断机构 负责配电网和需求测量 配电网运营（ ） 垄断机构 有输电网络，负责经营区 域内的平衡调度管理，向 下管理 的申报曲线 输电系统运营商 电力交易所 用户 所有用户都可以选择零售商和 不同类型的合同（固定价格或 可变价格合同） 零售商 商业公司，主要的用 户接口，都与平衡责 任方有关联 平衡责任方（ ） 机组、负荷或是虚拟电厂，向 提供发电、需求和交易方 案，承担平衡电价 发电商 商业公司，提交潜 在发电量出价 图 2-1 电力市场平衡机制中主要参与方关系图 2.4 制定统一的技术标准和通信协议，实现设备互联互通 技术标准化是虚拟电厂高效运作的关键 ，通过标准化通信协议实现不同设备和系 统间的互联互通 ，显著提升响应的精确性和速度 。采用 OpenADR Open Automated Demand Response 或 OCPPOpen Charge Point Protocol 等标准 ，用户授权后即可 让空调 、充电桩等设备参与响应 ，实现与电网和运营商的远程协调 。这种通信协议的标 准化确保了不同品牌 、不同类型的设备之间的兼容性 ，并保障了电网与充电负载的实时 调度 。此外 ，通信协议的安全性同样重要 ，需要安全的加密技术保护用户隐私和数据安 全 。例如 ，美国的电力服务公司 SCE 和 PGE 在响应的通信过程中广泛使用了 AES- 256Advanced Encryption Standard 加密标准 ，确保用户的隐私得到有效保护 ，并防 止数据泄露或网络攻击。 2.5 推广智能设备与控制技术，提升能效与需求响应便捷性 智能设备的广泛应用提高了电力系统的需求响应速度和能效管理精度 。例如 ，智能电 表和物联网设备的实时监测与调节功能 ，使用户能主动调整能源使用 。欧盟通过能源系统| 13 | 深圳市虚拟电厂建设潜力分析空调和电动汽车 数字化行动计划 ，能物联网设备和仪表的推广 ，支持采用智能家电 。目前欧盟 51 的家 庭和中小企业配备了智能电表。 智能控制技术让用户参与响应更便捷 ，在空调负荷和电动汽车充电管理方面提供有力 支持 。通过智能恒温器和手机 APP，用户可以远程控制空调的运行 ，并根据电价信号和 响应事件调整用电设置。 例如， 美国加州的 Smart AC 计划和英国的 Octopus Energy 允 许用户选择偏好温度和响应条件 ，系统自动在合适的时段控制空调负载 。这些措施大大提 升了用户参与需求响应的便捷性 。许多电动汽车充电项目也提供手机应用控制功能 ，允许 用户设定车辆的充电时间。 例如， 美国 PGE 为电动汽车车主提供了智能手机 APP 服务， 用户可以通过智能手机 APP 远程设置车辆充电时间， 系统会自动在电价较低的时段充电， 确保用户以最具经济效益的方式完成充电。 2.6 多元化商业模式与激励措施推动虚拟电厂发展 虚拟电厂的发展离不开丰富的商业模式和有效的补贴激励措施 。不同国家通过多样化 的运营模式和激励政策 ，降低了用户参与门槛 ，提高了虚拟电厂的普及率 。多样化的商业 模式和激励措施是虚拟电厂发展的重要驱动力 。如基于社区 用户 的商业模式 、发电企 业模式、 基于电网公司的平台模式 英国特有 、 发电商 售电商混合型、 “电网发起采购” 的模式 法国特有 、第三方运营的混合型模式 、售电企业运营的混合模式等 。美国建立 了固定费率补偿和市场交易机制相结合的需求响应补贴机制 ，对于是否具备竞争市场机制 的系统设定了不同的策略 。美国能源部提供 30 亿美元联邦贷款 ，支持虚拟电厂推广 ，同 时向用户提供充电桩安装补贴和智能控制设备奖励计划 如 Smart AC 项目 。这些政策 不仅降低了用户参与的经济成本，还扩大了响应用户的覆盖范围。 另外 ，各国针对不同的需求响应项目 ，分别设置了相关注册奖励和设备补贴 。在充电 桩运营方面， 电力公司通常负责支付基础设施建设费用， 而用户则承担设备的安装和维护。 美国 Charge Ready 项目为弱势社区和企业提供高达 50 的充电桩折扣 ，EV Charging 项目最高可获得 2 万 5 美元的安装补贴。 这种政策支持旨在减少电动汽车充电基础设施的 初期投资成本 ，鼓励更多用户安装和使用电动汽车充电设施 [19] 。Smart AC 项目为首次深圳市虚拟电厂建设潜力分析空调和电动汽车 | 14 | 参与响应的用户提供免费的智能控制设备安装 ，同时提供一次性注册奖励 如 75 美元 ， 这不仅减少了用户参与的技术和经济门槛， 还帮助电力公司扩大响应用户的覆盖范围 [20] 。 2.7 电价激励与响应奖励优化用户行为，提升电网效率 电价激励和响应奖励机制是引导用户合理用电 、缓解电网高峰负荷压力的有效手段 。 尖峰电价引导负荷转移 ，可缓解高峰时段压力 。特别是对于空调 ，在高峰时段实施尖峰 定价 通常为常规电价的 2 到 5 倍 可有效引导用户在高峰时段减少用电 ，通过分时电价 引导用户改变用电行为 ，促使用户在高峰时段预冷或减少使用空调 ，从而有效降低电网 负荷压力 。响应奖励机制吸引用户参与响应计划 。空调用户在参与响应后 ，根据响应次 数 、时长及减少的电量获取账单折扣或直接奖励 ，每次响应可获得 1 至 5 美元的奖励 。在 Charge Ready 项目中 ，用户须参加响应计划 ，并在特定时段 如下午 4 点到晚上 9 点的 高峰时段 调整其充电行为 ，参与者不仅可获得 2 美元 / 千瓦时的响应补贴 [21]，还帮助 电网实现实时调节供需平衡，为电力系统提供调峰资源。| 15 | 深圳市虚拟电厂建设潜力分析空调和电动汽车 3 深圳市虚拟电厂 现状与经验 3.1 深圳虚拟电厂发展现状 3.1.1 虚拟电厂发展迅速，电网局部调节压力增加 近年来 ，深圳市全社会用电消费量整体呈现上升趋势 ，从 2015 年 851 亿千瓦时增 长至 2022 年 1074 亿千瓦时 ，年均增长率达 4[22]。其中 ，第三产业 居民用电消费 量增速明显 。预计深圳全社会用电量 “十五五 ”之前仍保持中速增长 ，2030 年之后电量 增速逐步放缓 。2035 年后在碳中和目标的约束下 ，预计电量进入饱和增长阶段 ，增速降 至 1 以下 。用电结构在 “双碳 ”影响下 ，深圳产业向更加高端化 、高产值 、低能耗的方 向发展 。一方面 ，深圳市经济结构发展中 ，第三产业为主的服务业在未来将在 GDP 中占 据主要因素 ； 另一方面， 居民用电量的快速增加意味着深圳市用电需求将进入高位区间。 在用电快速增长和土地资源受限的背景下 ，深圳的 “三高一限 ”特征 高负荷 、高密度 、 高端产业和土地资源有限 推动了虚拟电厂建设的必要性。深圳市虚拟电厂建设潜力分析空调和电动汽车 | 16 | 3.1.2 新能源蓬勃发展为虚拟电厂奠定基础，新型负荷增长迅速，电 动汽车和空调具备显著调节响应潜力 深圳的新能源产业发展迅速， 2022 年新能源产业增加值约 810 亿元， 例如 “208 ” 计划为新能源汽车等产业提供了高质量发展的政策支持 。根据 深圳市国民经济和社会发 展第十四个五年规划 ，深圳市将加强绿色低碳产业的发展 ，虚拟电厂的建设将有助于提 升新能源产业集群的竞争力 。随着新型电力系统的建设不断推进 ，截至 2023 年底 ，深圳 虚拟电厂接入资源容量超过 2650 兆瓦， 接入资源数量 47174 个， 可调容量约 560 兆瓦。 其中 ，建筑楼宇接入数量 399 个 ，接入容量约 237.9 兆瓦 ，可调容量 32.7 兆瓦 ；工业负 荷接入数量 33 个， 接入容量约 452.3 兆瓦， 可调容量 103.6 兆瓦 ； 工业负荷接入数量 33 个 ，接入容量约 452.3 兆瓦 ，可调容量 103.6 兆瓦 ；充电车桩负荷接入数量约 3.9 万 个， 接入容量约 1101.5 兆瓦 ，可调容量 388.5 兆瓦 。截至 2024 年 5 月 ，深圳市已建成充电 设施 33 万个 ，车网互动示范站 137 座 ，可调节电力超 400 兆瓦 。预计到 2025 年 ，深圳 市虚拟电厂接入容量将达到 9000 兆瓦， 最大调节容量达 1000 兆瓦， 形成年度最大负荷 5 左右的稳定调节能力，每年可减排温室气体约 54 万吨。 3.1.3 虚拟电厂的商业模式主要以参与响应获取响应补贴为主 深圳虚拟电厂管理中心参与电网调控 ，聚合商主要通过参与响应获利 ，其商业模式示 意图如图 3-1。接入深圳虚拟电厂平台的市场主体主要通过 3 种方式获取激励 [5] 。1 广 东省市场化响应补贴 。日前邀约 ，价格上限 3.5 元 / 千瓦时 。日内局部响应 ，价格上限 5 元 / 千瓦时。2 深圳政府建立的本地固定补贴。 分布式光伏上网电量 0.3 元 / 千瓦时， 直 流充电桩并网容量 300 元 / 千瓦 、交流充电桩并网容量 150 元 / 千 瓦。3 南方电网区域 两个细则规定的调峰 、调频等辅助服务固定价格补贴 。独立储能 0.792 元 / 千瓦时 ，直控 型可调节负荷，填谷 0.132-0.792 元千瓦时，削峰 0.264-1.584 元 / 千瓦时。| 17 | 深圳市虚拟电厂建设潜力分析空调和电动汽车 深圳市 虚拟电厂 管理中心 日前精准响应 日内精准响应 负荷聚合商 ⑦收益分成 分布式资源 ①调度信息 具有“源 荷”双重身份 ②发布响应需求 ③申报响应 电网 ④市场出清并 报送响应结果 ⑤响应执行 ⑥补贴、考核费用 政府 政府补贴 负荷侧资源 电动汽车 储能 工商业负荷 分布式光伏 建筑楼宇 基站 基站 基站 虚 虚 拟 拟 电 电 厂 厂 参 参 与 与 需 需 求 求 响 响 应 应 的 的 商 商 业 业 模 模 式 式 图2 虚拟电厂参与需求响应 的商业 模式 图 3-1 虚拟电厂参与响应的商业模式 3.2 深圳虚拟电厂管理平台建设成效 1 参与市场情况 负荷资源整合丰富 ，聚合商丰富 。目前 ，深圳虚拟电厂管理平台已经成功整合了来自 45 家运营商的资源网络 ，覆盖了建筑楼宇空调 、新能源汽车充电 、5G 基站供电 、冰蓄冷 空调系统等九大类共计 5.5 万个可调负荷单元 ，共计接入资源容量 2650 兆瓦 ，可调容量 为 560 兆瓦。 依托深圳财政支持， 开展本地精准响应。 日前精准响应申报价格上限为 3.5 元 / 千瓦时、 下限为 1.5 元 / 千瓦时， 实时精准响应补贴价格为 5 元 / 千