中国储能网讯：ChatGpt等大语言模型的出现，带动了对人工智能在各行业应用落地的探索。AI在新型电力系统建设中应用场景广泛，虚拟电厂是AI在新型电力系统建设中的极佳落地场景，结合AI赋能，虚拟电厂是实现需求侧响应的智能化升级手段，也是聚合海量可调节异质资源参与电力市场的可靠途径。
随着顶层设计完善、统一电力市场和市场化电价交易机制建立以及运营基础不断夯实，虚拟电厂将在AI助力新型电力系统建设中发挥重要作用，迎来广阔市场空间。
5月19日，发改委发布的《电力需求侧管理办法（征求意见稿）》提出：建立和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。据说招商证券预测，2025年我国需求侧响应市场规模约为369亿元/年，2030年约为466.5亿元/年；作为提升需求侧响应智能化的重要方式，虚拟电厂在需求侧响应市场有哪些值得关注的呢？
虚拟电厂与新型电力系统
虚拟电厂（VPP）是一套智慧能源管理系统，可将电网中分布式清洁能源、可控负荷和储能系统等资源聚合起来作为一个“虚拟”的电厂参与电力系统运行和电力市场交易。
虚拟电厂要联通源网荷储多个环节，基于发电量、用电量、电价等数据信息制定更加经济、合理的电力分配方案，依据实际情况与用电规律对电力生产进行合理安排，同时对负荷端进行智能控制，AI接入有望在这些环节极大提升分析准确度和响应速度。
通过AI赋能虚拟电厂，涵盖了AI在电力调度、电力市场两个方向的应用场景。虚拟电厂，是AI在新型电力系统建设中的极佳落地场景。
图源：《虚拟电厂基础特征内涵与发展现状概述》钟永洁等
虚拟电厂与需求侧响应
电力市场一方面尖峰负荷供应不足，另一方面弃风弃光现象频发，两者矛盾表明我国用电主要问题是尖峰时段保供难、低谷时段消纳难，通过需求侧响应调节负荷用时实现“削峰填谷”尤为重要。
此外，我国用户侧灵活异质资源呈现数量多、体积小、总量大、种类各异的特点，聚合这些海量可调节资源参与电力市场面临挑战。传统需求侧响应手段主要依赖于市场补贴，未实现市场化和与电力系统的连续闭环响应，虚拟电厂依托AI赋能和现代信息通信及控制技术，可以灵活高效的参与负荷调节，是实现需求侧响应的智能化升级手段。
需求侧响应市场庞大，每年可产生300+亿收入
根据预测2025年全国需求侧响应规模7000万千瓦，2030年8849万千瓦。参考国家电网数据，假设削峰和填谷容量占比分别为63%、37%，响应次数分别为60次/年、30次/年，响应时间2小时，参考江苏省政策，削峰价格12元/千瓦，填谷平均价格6.5元/千瓦，我们测算，2025年我国需求侧响应市场规模约为369亿元/年，2030年约为466.5亿元/年。
数源：招商证券
用户侧灵活资源海量增加，有效聚合问题凸显
用户侧灵活资源呈现海量增加趋势。近年来我国分布式光伏飞速发展，并网容量保持每年20%以上增长，2012年分布式光伏并网容量2.3GW，2022年并网容量达157GW。我国电动汽车保有量也连年递增，从2014年22万辆增长至2022年1310万辆，复合年均增长率67%，相应的充电桩业务也快速增长，根据国家能源局，2022年充电桩数量同比增长接近100%。
我国电化学储能装机规模从2016年243兆瓦增长至2022年7000兆瓦，复合年均增长率达75%，其中用户侧储能占比12.9%，约900兆瓦。
数源：中电联电动交通与储能分会、招商证券
随着分布式光伏、用户侧储能、电动汽车充电桩等行业发展，我国用户侧灵活异质资源呈现数量多、体积小、总量大、种类各异等特点，难以直接参与电力系统运行。根据国网冀北电力，2021年我国用户侧可调节资源约为4000万千瓦，占最大负荷比例3.6%，预计2030年将增长至11000万千瓦，占最大负荷8%。唤醒并聚合这些海量用户侧可调节资源参与电力市场，建立低碳、安全和经济的新型能源电力系统，需要一种能够协同优化运行控制和市场交易的途径。
数源：国网冀北电力
AI+虚拟电厂是实现需求侧响应的智能化升级手段
AI+虚拟电厂实现需求侧响应更加灵活高效。传统需求侧响应通过电网邀约负荷用户参与，主要依赖于补贴，未实现市场化和与电力系统的闭环响应。虚拟电厂依托智能计量技术、协调控制技术和信息通信技术，依靠AI赋能，提升
在计量、协调和控制环节的响应速度，对分布式能源进行聚合和协调优化，更加灵活高效实现需求侧响应。
虚拟电厂削峰填谷成本优势明显。根据国家电网测算，通过火电厂实现电力系统削峰填谷，满足5%的峰值负荷需要投资4000亿；而通过虚拟电厂，在建设、运营、激励等环节投资仅需500-600亿元，虚拟电厂参与调峰成本优势明显。
数源：国家电网
政策端不断助力虚拟电厂建设
政府层面已经意识到虚拟电厂是实现需求侧响应的重要智能化升级手段，出台了一系列相关规划和建设方案。根据我们统计，2021年以来有21省份和直辖市明确提出支持虚拟电厂发展政策，北京、深圳和天津等地开展虚拟电厂试点项目，加快推进虚拟电厂建设，多个省份支持虚拟电厂、储能等市场主体参与电力市场交易。
虚拟电厂参与调峰市场经济效益良好
冀北虚拟电厂2020年11月至2021年4月试运行期间，已在线连续提供调峰服务超过3200小时，累计增发新能源电量3412万千瓦时，虚拟电厂运营商和用户收益624.2万元，平均收益0.18元/千瓦时。
我们测算了2023年虚拟电厂新能源消纳业务的市场规模，根据2022年风光发电量和装机增速，得到2023年预计发电量分别为6867亿和5033亿千瓦时，假设弃风率3%，弃光率2%，根据冀北虚拟电厂的新能源消纳度电收益 0.18元，得到2023年市场规模约为68亿元。随着我国能源转型，新能源装机占比继续提升，未来这一市场规模将继续扩大。
数源：招商证券
虚拟电厂聚合分布式光伏资源潜力巨大
国家能源局《关于促进新时代新能源高质量发展实施方案的通知》提出，到2025年公共机构新建建筑屋顶光伏覆盖率力争达到50%，我国分布式光源将进入快速发展时期。2020年我国建筑总面积达700亿平方米，南墙和屋顶面积为300亿平方米，仅利用10%的面积安装光伏，按照光伏每平方米发电功率100W计，装机或可达到3亿千瓦，年发电量约3800亿千瓦时，上网电价取1.1元/千瓦时，则市场规模可达4200亿元，虚拟电厂在聚合分布式光伏能源方面市场潜力巨大。
数源：招商证券
我国虚拟电厂处于试点运行阶段
在政策引导下，各省市纷纷开展虚拟电厂试点项目，已建成的虚拟电厂最低容量在10万千瓦级别，最高容量可达100万千瓦，每天可消纳几十万千瓦时新能源电量。类型主要为需求侧资源型和混合资源型，市场机制处于邀约型向市场型探索阶段，市场化程度不高。对比国外虚拟电厂，其商业化模式成熟主要得益于电力市场机制和市场化电价交易机制完善，未来我国虚拟电厂发展也将依赖于此。
未来随着统一电力市场体系的建成，电力中长期、现货、辅助服务市场一体化设计、联合运营实现，AI赋能虚拟电厂快速整合、优化、调度、决策各层面数据信息，增强统一协调控制能力，对标国外成熟行业现状，我国虚拟电厂发展前景十分可期。
