工商业储能与虚拟电厂

随着新型电力系统的发展，可调节灵活负荷、电动汽车、工商业储能、分布式可再生能源等，具备调节潜力的用户侧资源数量飞速增长，为电力系统提供了潜在的灵活调节手段。

这些用户侧多元灵活资源具有点多量大、容量较小、电压等级低、主体多样等特征，需要利用数智化技术手段，通过市场化模式，提升系统整体的调度可靠性和灵活性。虚拟电厂应运而生。

作为虚拟电厂的重要聚合资源，工商业储能有望通过虚拟电厂扩宽盈利模式，虚拟电厂的商业化发展也将为工商储的发展带来可持续性支撑。

虚拟电厂及盈利模式

虚拟电厂(Virtual Power Plant，VPP)是聚合分布在一定区域的分布式电源、可调节负荷、储能等资源，应用AI、大数据等技术，形成的具有电力市场交易或电网互动能力的物理或经济实体，也可指实现此目的的综合应用技术，进一步可引申为搭载、应用此技术的软硬件及服务产品。

按照聚合资源的不同，虚拟电厂可分为电源型虚拟电厂、负荷型虚拟电厂、储能型虚拟电厂、混合型虚拟电厂等类型。

各类虚拟电厂的特征

目前国内的虚拟电厂还处在商业模式的探索阶段，从虚拟电厂的收益来源来说，已经开展的虚拟电厂业务模式主要以邀约型需求响应为主，盈利模式来源于响应补贴。但需求响应属于偶发交易，具有交易频次不确定的特点，无法构成虚拟电厂运营商主要盈利模式。

随着中长期市场、现货市场、绿电交易市场、辅助服务市场等逐步放开，虚拟电厂可作为一个市场主体全面参与到市场中，主要盈利模式除了需求响应，还包括辅助服务交易、电力现货交易等。

虚拟电厂是连接电力交易中心、资源聚合商的运营平台，组织资源主体参与各类电力市场交易，并完成相关结算和利益分配。因此，虚拟电厂运营平台对不同资源组合的定价机制、利益分配机制的设计与创新，是激发各类用户侧资源积极参与虚拟电厂，提高虚拟电厂整体效益的关键。

用户侧储能聚合虚拟电厂

海外对虚拟电厂的实践各具特点，与当地资源特性和电网发展面临的问题高度相关，全球虚拟电厂的发展也呈现多元化趋势。

比如德国目前虚拟电厂主要有三类运营商：1)独立虚拟电厂运营商，这类运营商不隶属于传统客户的电力供应商(目前主要是装机在100kW以上的大客户);2)大型电力公司(跨国、地区和市级企业)，将自有发电资源、负荷用户、发电机组聚合到虚拟电厂;3)新型市场参与者，以小规模分布式能源资源制造商为主，主要将其用户资源聚合到虚拟电厂。

德国三类虚拟电厂运营商案例

资料来源：Sustainable Transition China， 民生证券

01 澳大利亚虚拟电厂

澳大利亚虚拟电厂聚合资源以用户侧储能为主，可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。

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。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条件。

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，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。

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。

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。

02 特斯拉虚拟电厂

特斯拉的虚拟电厂，通过用户侧储能产品Powerwall进行用户侧余电调度。

2022年12月，特斯拉推出电力零售计划Tesla Electric，支持当地用户向美国德克萨斯州的能源供应商出售Powerwall中未使用的电力来赚取电费，实现电力调度。

参与该计划后，用户的Powerwall电池会自动决定何时充电以及何时向电网出售电力，即该系统可在低电价时为电动汽车充电或存储电力，在最有利的情况下将来自于业主储能系统的电力出售到电网。特斯拉还为能源供应商提供了能源价格跟踪和电力管理功能，帮助能源供应商监控Powerwall用户的贡献。

特斯拉虚拟电厂生态

图源：民生证券

2022年，加州公共事业公司PG&E借助Powerwall向用户直接购买电力。该项目是特斯拉与PG&E合作的“Emergency Load ReductionProgram” 虚拟电厂项目的一部分，主要目的为解决加州夏季电力供应紧张的情况。

拥有Powerwall的PG&E客户可以自愿选择通过特斯拉的应用程序注册加入，而在电网用电紧急高峰期，所有参与计划的Powerwall将被调度，每提供额外的1kWh电能，其所有者将获得2美元的收益，远高于加州平均住宅电价25美分/kWh。聚合的廉价绿色能源可以有效替代原本使用的昂贵燃气火电，进而为虚拟电厂赚取差价收益。

工商业储能与虚拟电厂

储能按照应用场景可以分为电源侧、电网侧、用户侧储能，其中电源侧、电网侧储能又称为表前储能，用户侧储能又称为表后储能。用户侧储能分为工商业储能与家庭储能，两者区别在于客户群体，而我国的用户侧储能基本为工商业储能。

工商业是我国最大电力市场，表现为电价高、波动强等特点，在我国电力市场化改革与分布式能源转型大趋势之下，工商业储能将是不可或缺的表后中坚力量。

工商业储能应用场景广阔而分散。当前工商业储能的应用场景主要有：中型工商业场所/分布式光储，光伏自发自用，储能以进行削峰填谷、需量管理，能够降低用电成本，并充当后备电源应急;园区微网，储能起到平衡发电供应与用电负荷的作用;光储充一体化，光伏自发自用、供给电动车充电站能源，储能平抑大功率充电站对于电网的冲击;以及数据中心、5G基站、换电重卡、港口岸电等新型应用场景。

01 虚拟电厂拓展工商储盈利模式

经济性是工商业储能迸发的核心驱动力。

目前多地峰谷价差已可支持基本经济性，叠加需求响应奖励、直接政策补贴、容需量电费、光伏配储等驱动因素，国内工商业储能持续快速发展。2023年被称为“工商业储能元年”，工商业储能仅备案项目数量就超2300个，备案总量超10GWh。业内预判，2024年工商业储能市场规模可能达到10GWh，是2023年的3～4倍规模。

政策方面，鼓励工商业储能、虚拟电厂等新市场主体参与电力市场。

2023年9月，发改委等六部门印发《电力需求侧管理办法(2023 年)》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;发改委、能源局印发的《电力现货市场基本规则(试行)》提出，推动分布式发电、负荷聚合商、储能和虚拟电厂等新型经营主体参与交易。

工商业储能，具有多元灵活、点多量大、容量较小、电压等级低、主体多样等特征，通过虚拟电厂聚合，收益模式有望进一步拓展。工商储参与虚拟电厂的盈利模式包含：

1)需求侧响应：政府或电网向参与主体发出削峰或填谷响应邀约，具备响应能力和意愿的虚拟电厂资源主体可在接收通知后按时进行响应，主动改变常规电力消费模式，并由此获得经济补偿。

2)电力辅助服务：虚拟电厂可以根据市场需求在能源供需之间实现动态平衡，参与调峰、调频等辅助服务市场交易。这种作用方式允许工商业储能系统根据电力市场的价格信号或电网的需求变化，灵活地调整自己的操作模式，以获取相应的收益。

3)电力现货交易：在电力现货市场上，市场主体开展日前、日内和实时的电能量交易。工商业储能由于容量较小，难以满足买方的一次性调用需求量，可以通过虚拟电厂方式聚合参与电力现货交易。山西、山东省内电力交易规则明确虚拟电厂可以参与电力现货市场。

当前工商业储能的收益来源单一，仍以峰谷价差套利为主。虚拟电厂一方面为工商储拓宽收益渠道，通过参与电力市场获取收益;另一方面，虚拟电厂的建设基础是电力市场化改革，而电力市场化也会放大光伏出力波动性的劣势，最终体现为“午时谷电”，弃光率提升，目前已有超10省执行“午时谷电”，工商业储能恰好能从中受益，受益模式或从峰谷价差套利变为“峰零电价套利”、甚至“峰负电价套利”，减少了储能充电成本，进而增加收益。

02 峰谷套利+需量管理+虚拟电厂

峰谷套利为主，再叠加需量管理及虚拟电厂，将进一步增厚工商业储能的盈利。

按平安证券的测算，以浙江省投资一项寿命为10年的1MW/2MWh的储能系统为例，采用合同能源管理模式，以等额本金方式偿还银行贷款。

单一制电价下，以浙江省2023年7月单一制电价进行测算，尖谷价差为0.9800元/kWh，峰谷价差为0.6185元/kWh，平均峰谷电价差为0.7993元/kWh。平均每年产生峰谷套利收入64.49万元，IRR为8.83%，预计6.08年收回投资成本。

两部制电价下，假设储能降需贡献度为25%，即配置储能后最大需量降低250kW，储能系统工作期间可降低变压器实时功率，减少变压器出力，节约需量电费，两部制电价下，该项目平均每年产生峰谷套利收入57.40万元，节约需量电费约9.23万元，年总收入66.63万元;IRR由8.83%提升至10.96%，预计5.52年收回投资成本，经济性进一步提升。

虚拟电厂加持下，假设浙江省每年组织需求侧响应80次，企业通过虚拟电厂参与积极程度按10%/30%/50%测算，即年参与需求侧响应次数8/24/40次，单次响应电量450kWh，单位响应电量补贴3元/kWh。考虑需量电费的情况下，项目年收入为67.42/69.02/70.61万元，项目投资IRR可达11.68%/13.07%/14.42%，预计5.37/5.09/4.85年收回投资成本，回本周期缩短0.15/0.43/0.67年。

图片图源：平安证券

类比光伏发展周期，随着储能降本增效，当下“固定式峰谷价差”的模式将降低或退出，未来随着电力市场的逐步成熟，将开启用户侧自主能源平价时代。长期来看，电力市场化、虚拟电厂为工商储发展带来可持续性支撑。

工商业储能系统并非单一产品，是连接电网与用户的纽带，需要与分布式光伏、充电桩、用电负荷等各类电力电子元件紧密融合，根据AI、算法等技术实现项目最优化效益，这主要表现为企业的软件开发与数字能源服务能力，如同无人驾驶、智能汽车对传统汽车行业的重塑，智能工商业储能是否也能成为分布式电力系统中的“无人驾驶”产品?

从发展周期来看，工商业储能也将经历从政策支持，到市场化推进，再到产业链协同发展三个阶段，虚拟电厂、数字能源应用等模式的开拓与创新将成为工商业储能新的竞争因素，刺激更多需求的同时带动软件、物联网等产业链上下游分支持续发展。