虚拟电厂发展模式与实践案例

虚拟电厂发展模式与实践案例杨玺 博士清华四川院 碳中和所 副所长北京圆声能源科技有限公司 副总经理 2025.03 目录CONTENTS 02. 虚拟电厂发展情况与商业模式03. 工作经验与案例01. 虚拟电厂的概念与价值04. 四川虚拟电厂发展建议 01. 虚拟电厂的背景与概念 清华四川能源互联网研究院丨北京圆声能源科技有限公司 4 1.虚拟电厂的概念与价值1.1 虚拟电厂的概念虚拟电厂（Virtual power plant，VPP） 是一种通过信息技术和软件系统， 实现分布式电源、 储能、可调负荷等多种分布式资源的聚合和协同优化， 作为一个特殊的电厂参与电力市场和电网运行的协调管理系统。Ø既可以作为“正电厂” 向系统供电调峰， 又可作为“负电厂” 加大负荷消纳配合系统填谷。Ø大力发展虚拟电厂对促进电网供需平衡， 实现分布式能源低成本并网， 充分消纳清洁能源发电量， 推动能源绿色转型具有重大的现实意义。 提高电网安全保障水平 Ø将需求侧分散资源聚沙成塔，发展虚拟电厂，与电网进行灵活、精准、智能化互动响应，平抑电网峰谷差，提升电网安全保障水平。降低用户用能成本Ø参与虚拟电厂后用户用能效率大幅提升， 在降低电费的同时， 还可以获取需求响应收益。促进新能源消纳Ø发展虚拟电厂， 将大大提升系统调节能力， 降低“三弃”电量节约电厂和电网投资Ø通过建设煤电机组满足其经营区5%的峰值负荷需求，电厂及配套电网投资约4000亿元；建设虚拟电厂，建设、运维和激励的资金规模仅为400-570亿元。 清华四川能源互联网研究院丨北京圆声能源科技有限公司 5 1.2 虚拟电厂— — 对外交易虚拟电厂管控平台 调峰市场1 23 省间市场省级现货市场 对外交易场景 市场理论与交易机制 虚拟电厂参与跨区/省间新能源消纳机制 虚拟电厂参与调峰辅助服务机制 虚拟电厂参与现货市场交易机制 虚拟电厂代理购电与优化决策配置技术促进跨区绿色电力交易的输电定价、增量交易、结算机制等 用户侧参与调峰市场的能力挖掘与交易机制促进清洁能源消纳的灵活资源交易机制与价格传导机制 考虑现货市场分时价格预测的交易决策优化技术促进清洁能源优先性、保障性消纳的现货市场机制123 1.虚拟电厂的概念与价值 清华四川能源互联网研究院丨北京圆声能源科技有限公司 6 1.3 虚拟电厂— — 对内交易虚拟电厂管控平台 虚拟电厂接入的灵活资源 绿色电力能源1 23 对内交易场景 商业模式与交易技术 虚拟电厂与接入的灵活性资源用户互动 虚拟电厂代理用户参与绿色电力交易 基于虚拟电厂平台的用户间互动交易 面向分布式主体的P2P交易体系 基于非合作博弈的虚拟电厂与用户均衡分析 考虑自发交易行为的用户聚合协同特性考虑虚拟电厂调节能力的委托代理与供需匹配 基于智能合约的可信交易技术 实现绿电实时平衡的绿电追溯技术基于VCG理论的价值分配定价方法 虚拟电厂多元化运营的商业模式设计虚拟电厂优化调度的用户协同激励机理1231.虚拟电厂的概念与价值 清华四川能源互联网研究院丨北京圆声能源科技有限公司 7 1.4 虚拟电厂的多维度市场价值随着新能源逐步成为装机、电量主体，电力商品的价值较以往出现细分，由以电能量价值为主，逐步向电能量价值、可靠性价值、灵活性价值以及绿色环境价值等多维价值体系转变。电 能 量 价 值通过电能量市场体现，通过代理分布式发电、分布式储能等资源参与现货市场等交易品种获得能量套利。灵 活 性 价 值1 3 可 靠 性 价 值通过辅助服务市场（容量市场）体现，反映系统容量充裕度和调节充裕度，引导各类电源协调发展。新能源大规模发展和支撑性电源不足的矛盾将愈发突出，随着容量市场的机制完备，第三方市场主体可通过参与容量市场获得收益。2 绿 色 环 境 价 值通过绿电市场体现，通过代理绿色电力及储能资源，通过绿色市场机制实现绿色价值的外部属性内部化，推动能源电力低碳转型。4通过需求响应和辅助服务市场（调节能力市场）体现，为系统提供灵活调节能力，保障电网安全稳定运行。 1.虚拟电厂的概念与价值 02. 虚拟电厂发展情况与商业模式 清华四川能源互联网研究院丨北京圆声能源科技有限公司 9 2.虚拟电厂发展情况与商业模式2.1 中国虚拟电厂支撑政策时间 颁发主体 政策文件名称 主要内容2025.02 国家能源局 《2025年能源工作指导意见》 推动虚拟电厂高质量发展。建立适应新型储能、虚拟电厂广泛参与的市场机制。2025.01 国家能源局 《分布式光伏发电开发建设管理办法》 分布式光伏发电可独立或者通过微电网、源网荷储一体化、虚拟电厂聚合等形式参与调度。 2025.01 国家能源局 《电力系统调节能力优化专项行动实施方案(2025—2027年)》 深入挖掘负荷侧资源调节潜力,以市场化方式引导具 备 条 件 的 可 调 节 负 荷 参 与 电 力 运 行 调 节 ，明确以虚拟电厂、智能微电网等方式规范化、规模化、常态化、市场化参与系统调节，健全完善负荷侧响应资源的调度运行机制和市场交易机制，实现可观、可测、可调、可控。2024.12 国家能源局 《关于支持电力领域新型经营主体创新发展的指导意见》 鼓励虚拟电厂聚合分布式光伏、分散式风电、新型储能、可调节负荷等资源，为电力系统提供灵活调节能力。2024.08 中共中央国务院 《关于加快经济社会发展全面绿色转型的意见》建设智能电网，加快微电网、虚拟电厂、源网荷储一体化项目建设。加强电力需求侧管理。2024.08 国家发改委国家能源局 国家数据局 《加快构建新型电力系统行动方案（2024—2027年）》 合电力保供、新能源发展等需求，利用当地源荷储资源，建设一批虚拟电厂。建立健全虚拟电厂技术标准体系，完善虚拟电厂的市场准入、安全运行标准和交易规则，常态化参与系统调节，提升电力保供和新能源就地消纳能力。2024.07 国家发改委 《电力市场运行基本规则》 明确电力市场成员包括虚拟电厂等新型经营主体，电力市场交易类型包括电能量交易、电力辅助服务交易、容量交易等。2024.05 国务院 《2024—2025年节能降碳行动方案》 大力发展微电网、虚拟电厂、车网互动等新技术新模式。 2024.01 国 家 能 源 局 《2024年能源监管工作要点》 切实发挥需求侧参与系统调节作用，推动虚拟电厂等新型主体进入电力市场。 近年来，虚拟电厂重磅支持政策频出，已成为重点发展和支持的对象 清华四川能源互联网研究院丨北京圆声能源科技有限公司 10 2.虚拟电厂发展情况与商业模式2.1 中国虚拟电厂支撑政策时间 颁发主体 政策文件名称 主要内容2023.11 国家发改委 《关于进一步加快电力现货市场建设工作的通知》发改办体改〔2023〕813号 推动储能、虚拟电厂、负荷聚合商等新型主体在削峰填谷、优化电能质量等方面发挥积极作用，探索“新能源+储能”等新方式。为保证系统安全可靠，参考市场同类主体标准进行运行管理考核。持续完善新型主体调度运行机制，充分发挥其调节能力，更好地适应新型电力系统需求。2023.01 国家发改委 《电力需求侧管理办法》发改运行规〔2023〕1283号 明确虚拟电厂、需求响应、有序用电各自工作监管单位、运营主体和运行模式。2022.01 国家发改委 国家能源局 《“十四五”现代能源体系规划》(发改能源 [2022] 210号) 开展工业可调节负荷、楼宇空调负荷、大数据中心负荷、用户侧储能、新能源汽车与电网 (V2G) 能量互动等各类资源聚合的虚拟电厂示范2022.01 国家发改委国家能源局 《关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见》 (发改能源 [2022)206号) 拓宽电力需求响应实施范围，通过多种方式挖掘各类需求侧资源并组织其参与需求响应，支持用户侧储能、电动汽车充电设施、分布式发电等用户侧可调节资源，以及负荷聚合商、虚拟电厂运营商、综合能源服务商等参与电力市场交易和系统运行调节2022.01 国家发改委国家能源局 《关于加快建设全国统一电力市场体系的指导意见》 (发改体改 [2022] 118号） 引导各地区根据实际情况，建立市场化的发电容量成本回收机制，探索容量补偿机制、容量市场、稀缺电价等多种方式，保障电源固定成本回收和长期电力供应安全。鼓励抽水蓄能、储能、虚拟电厂等调节电源的投资建设2021.07 国家发改委国家能源局 《关于加快推动新型储能发展的指导意见》 (发改能源规 [2021] 1051号) 鼓励聚合利用不间断电源、电动汽车、用户侧储能等分散式储能设施，依托大数据、云计算、人工智能、区块链等技术，结合体制机制综合创新，探索智慧能源、虚拟电厂等多种商业模式2021.03 国家发改委国家能源局 《关于推进电力源网荷储一体化和多能互补发展的指导意见》 (发改能源规[2021] 280号) 充分发挥负荷侧的调节能力。依托“云大物移智链”等技术，进一步加强源网荷储多向互动，通过虚拟电厂等一体化聚合模式，参与电力中长期、辅助服务、现货等市场交易，为系统提供调节支撑能力 2015.07 国家发改委国家能源局 《关于促进智能电网发展的指导意见》(发改运行 [2015] 1518号) 依托示范工程开展电动汽车智能充电服务、可再生能源发电与储能协调运行、智能用电一站式服务、虚拟电厂等重点领域的商业模式创新 清华四川能源互联网研究院丨北京圆声能源科技有限公司2.2 各地区出台相关政策，完善市场机制，培育市场主体l 需求响应市场：目前有27个区域出台过支持虚拟电厂（或负荷聚合商）参与政策，2024年四川、重庆、安徽、上海、 广 东、长三角省间互济等6地开展了需求响应工作。l 辅助服务市场：目前有20个区域出台过支持虚拟电厂（或第三方主体）参与政策，2024年江苏、浙江、宁夏、湖南、湖 北、华北等6地开展了辅助服务工作。l 电能量市场：目前山西、广东、山东、甘肃、宁夏等20地出台过支持虚拟电厂参与电力现货市场政策。 四川、河北、冀北、山西、山东、河南、湖北、湖南、重庆、广西、贵州、广东、江苏、安徽、浙江、辽宁、陕西、甘肃、福建、海南、云南、天津、内蒙、宁夏、上海、新疆、长三角省间互济 江苏、浙江、湖南、湖北、宁夏、甘肃、山东、安徽、辽宁、吉林、四川、黑龙江、河南、重庆、贵州、陕西省间市场：华北、山西、蒙西、南方 山东、山西、安徽、福建、上海、江苏、浙江、湖北、湖南、河南、吉林、黑龙江、辽宁、甘肃、河北、宁夏、重庆、广东、南方区域、蒙西需求响应（27个）01 辅助服务（20个）02 电能量（20个） 032.虚拟电厂发展情况与商业模式 清华四川能源互联网研究院丨北京圆声能源科技有限公司 12 2.3 各地区虚拟电厂的市场参与情况全国统一的电力市场尚未形成，各地区电力市场化改革进程差异较大，虚拟电厂试点项目与区域政策关联度较高。大多数地区虚拟电厂以参与邀约型电力需求响应为主，河北、上海等地开始探索虚拟电厂参与电力辅助服务市场，山西、山东省电力现货市场较完善，虚拟电厂可以直接参与电力现货市场交易。需 求 响 应 辅 助 服 务 市 场电 力 现 货 市 场当 前 状 态 未 来 趋 势2.虚拟电厂发展情况与商业模式 清华四川能源互联网研究院丨北京圆声能源科技有限公司 13 2.5 虚拟电厂面向用户的商业模式2.虚拟电厂发展情况与商业模式 清华四川能源互联网研究院丨北京圆声能源科技有限公司 14 2.虚拟电厂发展情况与商业模式 03. 工作经验与案例 以清华大学核能与新能源技术研究院和清华大学经济管理学院为依托，是清华大学校级跨学科研究机构，是我国高校中最早开展能源与应对气候变化系统分析的研究单位，所属的学科管理科学与工程系国家级重点学科。 围绕中国能源系统分析规划、国家绿色低碳转型技术路线、气候变化与温室气体减排决策、碳达峰碳中和技术路线、电力系统中长期脱碳路径、低碳发展机制设计等重大科学问题，开展研究，积累了丰富的研究理论与政策设计经验。理论研究 围绕双碳目标和新型电力系统建设目标，基于研发的系统架构，面向各类用户需求和不同场景，开发了三大核心产品：数字化双碳公共服务系统、源网荷储智慧管控系统、碳汇资产开发管理技术服务系统，已为超过20家用户提供双碳目标下的专业技术咨询和信息化解决方案，业务围绕北京、山东、安徽、浙江、江苏、广西6个省市开展，并向全国辐射。产品实践 研究院成立于2016年3月，由清华大学与四川省共建， 以清华大学电机系为依托，践行习总书记提出的“能源革命”战略思想，以“2+2”模式落实中美“气候智慧型/低碳城市”合作协议，打造能源互联网新型业态的人才汇聚平台、科技创新中心和产业发展高地。 团队于清华四川院成立“碳中和信息管理技术研究所”，设立三大主攻方向，开展技术研发工作，致力为双碳目标下的政策与机制实现提供全方位技术支撑。技术开发 理论——技术——产品——实践3.工作经验与案例丨团队基础清华四川能源互联网研究院丨北京圆声能源科技有限公司 清华四川能源互联网研究院丨北京圆声能源科技有限公司2023年3月，与国家电投旗下中国电力国际发展有限公司合资成立新源聚合能源科技（北京）有限公司（简称“新源聚合”）。新源聚合重点围绕源网荷储一体化、虚拟电厂、零碳电厂等支撑新型电力系统构建的关键技术，自主开发服务电力数字化、智能化相关软硬件产品，为地方政府、工业园区、商业楼宇、负荷聚集商、电网公司提供能源技术支持和综合服务，并参与相关行业标准的制定，助力节能降碳的绿色价值实现。 17 3.工作经验与案例丨团队基础 清华四川能源互联网研究院丨北京圆声能源科技有限公司 18煤、油、气、电、热、水智能数据采集/人工采集 CEMS、人工填报 遥感技术监测人工测量 生产控制系统信息管理系统用能监测 排放监测 碳汇监测 智能控制 政府碳治理 企业碳管理 减排项目开发 电力需求响应碳足迹核算认证 绿色产品认证 综合能源服务平台功能体系 数据接入 数据ETL 调控指令数据融合 数据诊断 数据分析 智能优化接口功能应用 4G 5G 专网 光纤 载波云管边端 边缘智能网关 智能控制设备电碳市场协同 3.工作经验与案例丨技术架构 清华四川能源互联网研究院丨北京圆声能源科技有限公司 19 引导政府政策推动城市级虚拟电厂 核心能力提升投资运营转型3.工作经验与案例丨工作案例 清华四川能源互联网研究院丨北京圆声能源科技有限公司 20 作为支撑国家和地方能源、双碳领域政策出台机制设计的专业智库，具备开展从政策推动到落地执行的全流程业务服务能力。3.工作经验与案例丨政策支持 清华四川能源互联网研究院丨北京圆声能源科技有限公司 21 技术层面u 泛在物联中台，支持海量连接，实现能源领域全量数据接入u 智慧能源数据中台，构建数百种融合、预测及AI分析模型，实现亿级数据分析、挖掘及秒级应用响应u 具备高并发、高性能、高可用、全链路安全保障、动态横向扩展等特点u 实现业务解耦，模块式研发，业务模型即插即用业务层面 u 国内最早切入虚拟电厂、双碳业务领域研究及实践u 对接多省份电网调度、营销、交易系统，熟悉电网内外网架构u 实现多省份、多种类电力业务互联互通u 资源接入场景丰富、设备种类齐全u 完成多个城市级、集团级平台建设 泛在物联中台融合智能单元行业应用 负荷交互终端 接入控制终端边缘计算网关 智慧能源监测终端 系统接入单元连接管理 设备管理 智能组网 平台融合 数据管理 物模型 规则引擎全量数据接入 算力协同智能网络适配 智能业务协同虚拟电厂 智能应用使能平台 综合能源数字双碳数据中台IOT 智慧能源数据中台 数据分析数据治理在线计算 离线计算数据仓库专题库 主题库 数据挖掘模型库 3.工作经验与案例丨平台开发 清华四川能源互联网研究院丨北京圆声能源科技有限公司 22 边缘计算网关末端设备全面感知、快速接入、大容量数据存储、边缘计算及逻辑控制、协议转换、数据加密上云、多云上传、远程调试及设备运维；以太网与RS485/LoRa无线的透明传输。智慧能源监测终端以工业级微处理器为核心，全电量数据采集，有谐波计算、定值越限及温度保护等功能，采用开口式 CT,支持免停电安装，支持485/LoRa。 控制终端空调、储能、光伏、充电桩等多场景实时控制。DCS接入终端对接企业DCS系统，接入工业企业生产自动化系统，实现负荷柔性控制。用户侧负荷交互终端本地能源管理系统，负荷调度事件交互，用能优化策略推送。 工业用户 商业楼宇 充电桩 光伏、储能在山东、安徽、江苏、四川等地接入超过200多户工业大用户，含钢铁、水泥、汽车、化工、光伏、电池等行业。 控制终端可以适配商业楼宇的水冷机组和多联机大金、日立、东芝等20余种主流品牌，可对空调进行群组设定、开关、温度调 节、风速调节等设定。接入超过27000多个充电桩，完成负荷数据采集，监视充电桩状态，实时调节充电桩功率大小和启停。 接入光伏逆变器，实现逆变器数据采集和功率控制，接入储能EMS系统，实现储能电站数据采集和实时充放电控制，目前已接入光储近50个站点。 3.工作经验与案例丨硬件实施 清华四川能源互联网研究院丨北京圆声能源科技有限公司 23 3.工作经验与案例城市级虚拟电厂建设模式 城市级虚拟电厂政府主管部门投资运营平台 电网企业工商业用户 光储充资源用户服务：• 综合能源管理• 代理电力交易• 代理需求响应投资建设：• 分布式光伏• 充电桩/换电站• 用户侧储能/光储充一体化 准入管理运维：• 分布式电源管理• 设施设备运维• 线路升级改造检修用户引导：• 引导用户接入• 提升需求侧管理能力• 保障电力运行安全投资建设 支撑管理资源接入 数据服务资源接入资源管理用户引导 主导建设支撑监管 共同打造多方合作的城市新型能源系统试点示范 清华四川能源互联网研究院丨北京圆声能源科技有限公司 24 3.工作经验与案例丨安徽芜湖2021年9月29日，芜湖市政府与清华四川能源互联网研究院签署虚拟电厂建设战略合作协议，共同推动低碳发展和能源高效利用，打造城市级虚拟电厂。 政府电网企业 国有企业 城市级虚拟电厂管理平台政策引导 投资建设 电源建设、资源汇聚拓展虚拟电厂可调控资源统一接入、统一调度运行监督、聚合调用 区域内分散的各类型灵活性资源多方协同共同服务用户大容量、快速响应的虚拟电厂资源池需求响应 电力交易 综合能源 清华四川能源互联网研究院丨北京圆声能源科技有限公司 25 3.工作经验与案例丨安徽芜湖安徽芜湖城市级虚拟电厂——总体架构 政 企 互 联 网 /无 线 公 网跨网数据交换芜 湖 市 虚 拟 电 厂 平 台 （ 内 网 区 ）核心区 安全设备 互联网业务区芜 湖 市 虚 拟 电 厂 平 台 (互联网)物联接入（IoT）调度接口 交易接口 需求申报分 布 式 储 能 分 布 式 光 伏 分 布 式 发 电 大 型 工 业 楼 宇 空 调 充 电 桩 /换 电 站 数 据 中 心 5G基 站电源侧 用户侧安全隔离设备 鉴权认证互 联 网 /无 线 公 网运营管理 聚合管理 优化调度数据接口 业务接口交易管理能源大数据库运营维护中心技术规范体系 安全防护体系现 货 市 场 辅 助 服 务 市 场 安 徽 省 需 求 响 应互 联 网 /无 线 公 网 安 徽 能 耗 监 测边 缘 计 算 网 关 智 能 交 互 终 端能 源 监 测 终 端 能 源 控 制 终 端子系统边 缘 计 算 网 关 智 能 交 互 终 端能 源 监 测 终 端 能 源 控 制 终 端子系统 碳 监 专 区 服 务 器CO2连 续 在 线 监 测子系统数据加密 鉴权认证 清华四川能源互联网研究院丨北京圆声能源科技有限公司 26 3.工作经验与案例丨安徽芜湖安徽芜湖城市级虚拟电厂——用户控制 政 企主站系统4G 多路负荷实时测控 传统负荷采集控制安全模块 通信管理机控制回路 控制回路 一磨 分路负荷 二磨分路负荷 三磨分路负荷 生产辅助…控制线 控制线控制回路 一磨分路负荷 二磨分路负荷 三磨分路负荷 生产辅助 一磨分路负荷 二磨分路负荷 三磨分路负荷 生产辅助 一磨分路负荷 二磨分路负荷 三磨分路负荷 生产辅助一号生产线 二号生产线 三号生产线 四号生产线 清华四川能源互联网研究院丨北京圆声能源科技有限公司 27 3.工作经验与案例丨安徽芜湖安徽芜湖城市级虚拟电厂——一期成效ü 2022年6月，完成虚拟电厂平台业务功能建设和用户接入，实现与省需求侧管理平台的贯通与融合，打通需求响应商业模式。ü 完成我市48户重点企业（万吨标煤以上）的能耗数据接入与展示，柔性负荷控制接入39户最主要工业企业，覆盖全市工业用电量的60%。ü 2022年迎峰度夏期间，参与省电力需求响应25次，累计响应负荷594万千瓦，单日最高响应负荷32.8万千瓦，累计为用户获得需求响应补贴约2000万元。ü 截止2023年6月完成全市240户工商业大用户需求响应协议签约。 已完成机制设计：合资设立虚拟电厂公司作为市场化主体大户先行：一期接入37家有序用电IV级用户，占比芜湖市总用电量60%平台贯通：省需求响应平台和能耗监测平台对接 2025年源网荷储全覆盖：600户工商业用户、分布式电源、储能、充电桩市场化机制：结合综合能源推广市场化运营模式政府碳治理：通过数据挖掘和碳排放模型构建，助力提升政府碳治理能力 清华四川能源互联网研究院丨北京圆声能源科技有限公司 28 3.工作经验与案例丨安徽芜湖安徽芜湖城市级虚拟电厂——二期成效 ü 实现了源网荷储全监控：接入光伏项目4个、储能项目2个、工商业用户18户、充电桩站10座，规模99.52MW，顶峰能力77.997MW，调峰能力63.3MW。ü 为芜湖虚拟电厂预留对接接口，为未来实现发电侧与用户侧资源全覆盖和现货市场 统一调度奠定基础。ü 预留数据中心、换电站/码头、5G基站等新型可调资源接入能力，探索打造换电配储等新型商业模式。 清华四川能源互联网研究院丨北京圆声能源科技有限公司 29 3.工作经验与案例丨安徽芜湖安徽芜湖城市级虚拟电厂— — 三期计划 三期计划：实现城市全覆盖，真正打造城市级虚拟电厂；融合“源-网-荷-储”，参与需求响应、辅助服务和现货交易等多种电网调节市场；地方政府、电网、电力投资企业多元主体，开创新兴市场化模式；结合碳排放双控，探索数据驱动的现代政府碳中和治理样板。 已参与国家发改委环资司污染治理和节能减碳专项中央预算内投资第三批项目评审，申请绿色低碳技术示范，预计总投资6000万元，中央财政支持30%。城市全覆盖 源网荷储融合市场化模式 碳中和治理 清华四川能源互联网研究院丨北京圆声能源科技有限公司 30 3.工作经验与案例丨安徽芜湖ü 2023年6月：建设成果与规划已由芜湖发改委上书至省政府，并获得常务副省长费省长及单省长批示，要求总结经验全省推广；ü 参与安徽省辅助服务调节试点、参与长三角需求侧资源互济，央视新闻网专题报道。安徽芜湖城市级虚拟电厂— — 成果与推广