虚拟电厂建设国内外进展如何？

国外虚拟电厂实践各具特色，与当地资源特性和电网发展面临的问题高度相关。

1.国外发展情况

欧 洲虚拟电厂以分布式电源、储能资源为主，主要针对实现分布式电源可靠并网和电力市 场运营。美国虚拟电厂在需求响应基础上发展而来，聚焦负荷资源聚合调配，侧重于用 户侧柔性负荷主动响应以提升电网运行稳定性。澳大利亚虚拟电厂聚合资源以用户侧储 能为主，可以参与紧急频率控制辅助服务市场和电能量市场，主要提供频率控制辅助服务。

（1）欧洲

在欧洲，德国、英国、法国虚拟电厂发展起步较早、项目数量和案例相对较多，并 已出台相关引导政策和保障措施，推动虚拟电厂健康有序发展。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。 政策方面，以德国为例，相关法律规定了聚合商的市场角色、机会和义务，在《能 源经济法》（Energiewirtschaftsgesetz, EnWG）、《可再生能源法》、《电网加速扩建法》等法律中设置了直接或间接促进虚拟电厂发展的条款，为虚拟电厂聚合能源资源提供了法 律保障。2016 年，德国联邦网络局（BNetzA）提出了一个“聚合商模式”，并启动了一 个利益相关方进程，与相关市场主体共同对这个模式进行讨论。这一过程促使一项行业指 导方针（BNetzAAZ.BK6-17-046）的出台，其中包括将“聚合商”定义为市场参与者的角色。 此外，2021 年 7 月，德国政府对聚合商的角色、市场机会和义务进行了法律界定。

市场机制方面，以德国为例，虚拟电厂主要参与现货电力市场（包括日前和日间）、 平衡市场（类似国内辅助服务市场）、可中断负荷投标和电网阻塞管理。现货市场方面， 虚拟电厂活跃在日前市场和日间市场。日间市场的交割期较短，对可在短时间内迅速做出 反应的灵活性产品有额外需求。虚拟电厂能在 15 分钟和 1 小时市场提供快速可控的灵活性， 因此虚拟电厂的灵活性资源池正好可以在日间市场提供这项服务。平衡市场方面，虚拟电 厂主要通过现货交易或输电网运行商招标参与平衡市场 [4]。由于德国的输电系统运营商接 受聚合资源参与平衡市场，虚拟电厂可用其资源池中聚合的各种分布式能源资源，参与平 衡市场、提供备用服务，特别是二次备用（5 分钟激活时间，最小投标单位 5 兆瓦）和三 次备用服务（15 分钟激活时间，最小投标单位 5 兆瓦）。提供二次控制备用和三控制次 备用的供应商通过容量价格和平衡能量价格获得收益，对实际使用的平衡能量进行计费， 并将成本转移至导致启动备用的平衡责任方。可中断负荷方面，5 兆瓦以上负荷的虚拟电 厂可参与输电系统运营商的可中断负荷招标。电网阻塞管理方面，德国引入了“调度管理 商”和“再调度 2.0”的再调度方案，为虚拟电厂运营商创造了新的商机。

实施模式方面，以德国为例，虚拟电厂单元控制系统监测接入的机组和可控负荷的实 时发用电负荷，机组和可控负荷接受单元控制系统的控制。虚拟电厂内的每一个机组和可 控负荷通过 4G 公网与单元控制系统进行双向移动通信，优化决策系统通过监测市场电价、 调度机构指令等各种信息，做出市场交易决策，并将最新的发用电计划通过单元控制系统 下发给各机组和可控负荷，有些代理商还具备对平衡单元内的机组和可控负荷进行遥测和 遥调的能力。 标准制定与应用方面，欧洲主要有 IEC 62746-10-1:2018、IEC 62745-10-3:2018 和 IEC TS 62939-10-2:2018。这些标准规定了如何实施双向信号系统，以促进电力服务提供商、聚合器和最终用户之间的信息交换，并通过技术规范提供了一种架构来定义需求侧和电网 之间的智能设备 / 系统之间的信息交换接口。

（2）美国

美国基于系统效益收费的虚拟电厂通过合理利用峰谷电价、可中断电价等电价政策引 导用户尽可能在低谷时段用电，合理避开高峰时段，同时吸收更多的虚拟电厂参与者，采 用技术更先进的节电设备提高终端用电效率，进而节约电能。 政策方面，美国碳中和目标、气候与环境正义法案和国家能源行动法案为虚拟电厂提 供了发展环境，美国联邦能源监管委员会（FERC）于 2018 年发布 2222 号法令，要求独 立系统运营商（independent system operator, ISO）、区域输电组织允许储能和分布式 能源聚合体等参与批发电力市场、辅助服务市场和容量市场，为虚拟电厂发展扫清了政策 障碍。

市场机制方面，在加州电力市场，不同的参与方式对虚拟电厂资源聚合的要求有所 不同。虚拟电厂可通过代理需求响应资源（proxy demand resource, PDR）或分布式能源 供应商（distributed energy resource provider, DERP）市场机制参加日前、实时能量市 场与日前实时旋转备用 / 非旋转备用市场。PDR 允许虚拟电厂通过负荷削减参与电力市 场，DERP 通过聚合一定范围内的分布式能源作为虚拟资源参与电力市场。相较于 PDR， DERP 由于对聚合的分布式资源种类没有特殊要求并且允许双向调节更符合虚拟电厂的概 念，但必须遵守分布式能源供应商协议，并接受 ISO 的价格规定。以上两种参与方式均需 虚拟电厂通过 ISO 的新资源认证流程并寻求调度协调员（scheduling coordinator，SC） 代理虚拟电厂进行报价与结算。对于 PDR，虚拟电厂参与能量市场竞标容量应达到 100 千瓦，参与辅助服务市场竞标容量须达到 500 千瓦并且持续时间应达到 30 分钟；虚拟电 厂聚合的需求响应资源虽不要求由同一本地服务机构提供服务，但为确保需求响应资源调 度不会造成额外的阻塞，虚拟电厂聚合的需求响应资源必须位于同一子负荷区域。对于 DERP，虚拟电厂所聚合的最小容量应达到 500 千瓦，当跨越多个定价节点时聚合容量必 须小于 20 兆瓦。

实施模式方面，美国虚拟电厂项目类型多样，建设和运营虚拟电厂的主体包括配售电 电力公司和独立第三方虚拟电厂公司，参与方包括电力公司、硬件装备制造商、平台软件 供应商、第三方聚合商、居民和工商业用户等。美国虚拟电厂均基于社区（用户）的商业 模式主要通过社区、工商业区等形式实现用户侧光伏、储能设施、电动汽车等能源汇集， 参加电网平衡，为电网提供服务。 标 准 制 定 与 应 用 方 面， 美 国 开 放 式 自 动 需 求 响 应（Open Automated Demand Response , OpenADR）[5] 通信规范，提供了 DR 标准化信息模型及非专有开放式的标准化 DR 接口，用于支撑自动 DR 业务开展。在 2010 年 5 月，OpenADR 正式成为美国首批智 能电网互操作标准之一。能源供应商使用 OpenADR 标准向各种客户安装的用电设备发送 快速、可靠、安全的价格和事件消息，例如建筑能源管理系统、智能温控器、空调、电动 车辆充电站等。

（3）澳大利亚

澳大利亚电力系统发展较早，电力系统管理、市场机制较成熟。随着可再生能源快速 发展，澳大利亚通过试点方式探索虚拟电厂模式，推进虚拟电厂发展，提升电力供应可靠 性与经济性。 政策方面，澳大利亚从 1991 年开始推动电力市场改革，建立了国家电力批发市场和 零售市场，实行现货交易和金融合约交易，明确国家电力市场管理公司作为市场主体购买 系统调频及调压的相关辅助服务。2020 年，推出新的电网辅助服务规程，根据电网安全 运行及经济性的需求，将电网支持与控制辅助分为可靠性与安全辅助服务及有市场收益的 辅助服务两类，为试点虚拟电厂创造了有利条件。

市场机制方面，澳大利亚为鼓励虚拟电厂进入电力市场，在市场机制上面做出了较 大的改变，主要体现在三方面，一是提供了新的市场参与者，二是定义了新的辅助负荷分 类方法，三是建立了新的监控量测机制。澳大利亚虚拟电厂参与国家电力市场主要有三 种方式，方式一是虚拟电厂协调商与零售商签订商业合同，零售商作为虚拟电厂协调商 的财务责任市场参与方 (financially responsible market participant, FRMP)，方式二是零 售商既为虚拟电厂协调商同时也为 FRMP，方式三是虚拟电厂协调商为市场辅助服务提供商（market ancillary services provider, MASP）仅可参加频率控制辅助服务（frequency control ancillary services, FCAS）市场 [6]。其中，虚拟电厂协调商是指协调控制内部辅 助服务负荷以满足虚拟电厂操作目标的实体，FRMP 为连接点处代理的负荷支付现货市场 费用。

实施模式方面，澳大利亚虚拟电厂项目主要由独立运营商开发运营，运营商兼顾资源 的聚合与调度，为参与方提供储能设备及定制化解决方案，通过虚拟电厂整合平台对聚合 资源进行调度参与市场交易。从商业架构看，澳大利亚虚拟电厂试验项目主要采用独立平 台模式，由政府提供补贴并进行监管，以特斯拉、发电商 AGL 为代表的独立运营商负责 搭建平台整合分布式光伏电源和储能装置等负荷侧快速响应调节资源。其收益来源主要有 两类，一是通过平台将多余的太阳能电力回售给电网公司，二是平台利用储能系统为局部 电力系统提供快速响应的辅助服务，在电力系统出现由事故或天气等原因引发的电源或电 网事故时，为电网提供及时的辅助服务支持。 标准制定与应用方面，澳大利亚于主要采用 AS/NZS4755 系列标准。AS4755 系列标 准规范了 DR 设备接口功能，定义了空调、电热水器、电池储能系统的 DR 模式，使用户 侧用电设备具备快速响应、获取即时反馈信息能力。为帮助澳大利亚过渡到安全可靠的 低碳电力系统，2017 年 3 月颁布了 AS/NZS4755.1 标准更新版 [7]，明确了 DR 系统框架， 对 DR 支持设备（Demand Response Enabling Device，DRED）通信接口方式、发布事件 指令内容等进行规范，并提出了验证、测试一个具体的 DRED 是否满足规范提出的要求的 方法。

2.国内发展情况

国内在智能电网早期建设阶段，侧重于坚强电网建设，因此虚拟电厂起步稍晚。同时， 我国电力市场仍处于加速建设中，有望依托新型电力系统和电力市场建设，快速推进虚拟 电厂建设。 政策方面，国家层面尚未出台虚拟电厂专项政策，近年来，发改、能源、工信、科技 等部门发文多有提及，要求推动虚拟电厂建设，发挥其在电力系统中平衡供需等作用。省市层面，山西、上海、宁夏、济南、广州、深圳出台了虚拟电厂专项政策，对虚拟电厂设 计建设、参与交易、资金支持等多方面进行了引导和规范。

市场机制方面，随着全国统一电力交易市场建设的推进，虚拟电厂作为新型经营主体 纳入政策规划，对市场准入、交易品种放开提供了支持。虚拟电厂可参与现货市场交易、 辅助服务市场交易及需求响应市场交易，参与不同市场时按照具体市场规则执行。市场建 设初期，“电源型”、“负荷型”虚拟电厂参与中长期、现货及辅助服务市场，“混合型” 虚拟电厂参与现货及辅助服务市场。在虚拟电厂内涵延伸至分布式可再生能源聚合后，也 将参与市场化绿电绿证交易。在碳市场，随着电 - 碳耦合研究进一步推进，虚拟电厂将具 备参与 CCER（国家核证自愿减排量）交易的能力。 盈利模式方面，国内虚拟电厂仍以邀约型为主，以需求侧响应、调峰调频为主要的收 益来源。现存虚拟电厂项目与电力现货交易试点区域几乎重合，除河北冀北虚拟电厂外， 目前开展虚拟电厂试点项目的省份均在两批电力交易试点省份名单中。广东、江浙沪等经 济发达地区为缓解电力供需不平衡问题，对虚拟电厂需求旺盛，开发项目较多，电力交易 试点较为成熟，具备业务开展的良好基础。未来虚拟电厂也有望在绿电绿证市场化交易、 碳交易中进行盈利。

实施模式方面，我国尚未形成成熟的成套解决方案，虚拟电厂项目基本处于前期试点 研究阶段。“十三五”期间，我国江苏、上海、河北、广东等地相继开展了虚拟电厂的试点。 江苏省于 2016 年投运首套针对可再生能源大规模消纳的“源网荷智能电网”虚拟电厂系统； 上海于 2017 年建成世界首个商业建筑虚拟电厂，即黄浦区商业建筑虚拟电厂示范工程； 冀北 2019 年建成直接参与华北辅助服务市场的虚拟电厂示范项目，并参与了多项虚拟电 厂国际标准制定。目前国内虚拟电厂的主要投资与参与方包括政府，电网企业，发电企业 与资源聚合商，政府部门主要牵头虚拟电厂管理平台的建设，例如深圳虚拟电厂管理中心； 电网与发电企业投资建设虚拟电厂运营平台，例如国网的冀北虚拟电厂、南网的“粤能投” 虚拟电厂、国电投保定综合智慧零碳电厂；资源聚合商种类较多，主要为综合能源服务公 司，售电公司，与车桩企业等直接对接用户资源的公司。

标准制定与应用方面，目前虚拟电厂国内外在编标准 6 项，其中 IEC 在编标准 2 项， 国内在编标准 4 项。IEC 标准为《虚拟电厂功能架构》和《虚拟电厂用例》已于 2018 年 3月正式立项。国内在编标准包括国家标准 2 项《虚拟电厂管理规范》和《虚拟电厂资源配 置与评估技术规范》，行业标准 1 项《虚拟电厂可调节性能指标设计与计算方法》，团体 标准 1 项《虚拟电厂硬件架构与设备终端总体要求》。

应用成效方面，目前深圳、冀北和上海已经建设发展了具有一定规模和调节能力的虚 拟电厂示范项目和市场实践。在深圳，已建设有虚拟电厂聚合商接入平台。深圳虚拟电厂 聚合商接入平台已接入分布式储能、数据中心、充电站、地铁等类型负荷聚合商 14 家， 接入容量达 87 万千瓦，接近一座大型煤电厂的装机容量。预计到 2025 年，深圳将建成 具备 100 万千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 [8]。在冀北，按照“云管边端”体系架构建设了虚拟电厂平台。冀北虚拟电厂资源覆盖范 围包括张家口、秦皇岛、承德、廊坊、唐山，资源类型涵盖可调节工商业负荷、蓄热式电 锅炉、空气源热泵、储能、分布式光伏、电动汽车充电站、智能楼宇、制雪设施等泛在弹 性资源。在上海，虚拟电厂平台架构涵盖了调度 - 交易 - 运营一体化虚拟电厂运营体系和 分布自治、层级间规约异构适配技术架构，实现了虚拟电厂直接参与电力市场交易和调度 系统优化调控以及海量散布异质资源分层分群控制需求，促进海量多元负荷资源友好高效 接入。目前，上海已有 12 家虚拟电厂接入上海虚拟电厂运行管理与监控平台，虚拟电厂 初步形成 1000MW 发电能力 [9]，接入资源类型包括工商业楼宇、冷热电三联供、电动汽车、 动力照明、铁塔基站等。按照分钟级、秒级响应能力区分资源参与的交易品种。