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导读

随着可再生能源的普及和智能电网技术的进步，虚拟电厂的概念日益受到重视。虚拟电厂通过整合和优化分布式能源资源，实现电网的灵活调度和稳定运营，不仅可以快速响应突发事件，减少对传统峰值发电厂的依赖，还能增强电网的弹性，提高整体能效，在保障电力系统的稳定性和可靠性的同时减少对环境的污染。作为该领域的领先企业，AutoGrid凭借先进的集成平台与大量企业达成合作，在积累丰富经验的同时助力美国清洁能源转型。

【中国金融案例中心 文：胡畔 编辑：谢彬彬 】

Part 1 公司简介

1.1 公司概述

AutoGrid是一家美国清洁能源技术公司，由前斯坦福大学智能电网研究室负责人阿米特·纳拉扬（Amit Narayan）于2011年创立。公司依托其创新性软件解决方案，致力于通过大数据与人工智能技术的融合应用，对能源供需进行精细化管理，以此推动可再生能源的广泛采纳与进步。作为能源转型领域的领航者，AutoGrid持续挖掘分布式能源资源（DERs）的潜力，旨在构建一个智能化、清洁化以及高度灵活的电网架构。

通过其软件平台，AutoGrid在全球17个国家管理着超过6,000兆瓦的虚拟电厂（Virtual Power Plant, 简称VPP）。这些虚拟电厂包括从电动汽车、家庭储能或太阳能电池板到校园或工业场所的微电网，以及公用事业规模的储能和可再生能源农场。AutoGrid的技术直接作用于应对气候变化，通过管理和部署电池、电动汽车和灵活负载的额外未开发容量，为依赖化石燃料的峰值发电厂提供了一种可持续的替代方案。

AutoGrid获得了多项行业认可，包括2015年度红鲱鱼（RedHerring）北美百强企业奖、世界经济论坛技术先锋奖和2016年度彭博新能源先锋奖。其客户涵盖众多知名企业，包括德国意昂集团（E.ON）、博纳维尔电力管理局（Bonneville Power Administration）、佛罗里达光与电力公司（Florida Power & Light）、南加州爱迪生公司（Southern California Edison）、艾奈可能源公司（Eneco）、波特兰通用电气（Portland General Electric）、CPS Energy、新罕布什尔州电力合作社（New Hampshire Electric Cooperative）、NextEra Energy以及软件公司CLEAResult。

1.2 创始人介绍

AutoGrid的创始人兼首席执行官阿米特·纳拉扬（Amit Narayan）曾担任斯坦福大学智能电网研究室的负责人一职。他致力于电力系统建模和仿真的研究，并领导了电网建模、优化和控制及电力市场相关的跨学科项目。

当他年幼的儿子在一次交通堵塞中因为担忧汽车尾气会耗尽空气而哭泣时，阿米特·纳拉扬深受触动。这激发了他对于人类活动对地球影响的深刻思考，并促使他决心寻找改善陈旧且低效电力网络的方法。他产生了创立AutoGrid的念头，目标是通过软件、数据科学和人工智能技术来革新电力分配方式，从而提高现有电网的效率并减少碳排放。尽管他在微芯片设计领域有着深厚的专业背景，但对于电力系统却是个新手。然而，他对这一领域的热情以及将其他领域技术应用于电力系统的构想得到了斯坦福大学导师的支持，斯坦福大学还为他提供了一个研究平台。

纳拉扬的概念吸引了美国能源部的关注，并获得500万美元的资助，这也成为了AutoGrid诞生的基础。随着公司的成长，AutoGrid的技术引起了全球能源巨头施耐德电气的兴趣，后者不仅成为AutoGrid的早期投资者，也成为其重要客户。

2022年底，AutoGrid成为了施耐德电气的独立子公司，但保留了公司的品牌独立性和创新能力，同时受益于施耐德在全球范围内的资源支持。2023年底，AutoGrid又被Uplight所收购，施耐德电气对合并后的公司持续投资，助力AutoGrid实现目标。

1.3 发展历程

2011年，AutoGrid成立于美国加州的Redwood City。

2012年，AutoGrid开发了重要产品AutoGrid DROMS™，该平台利用先进的数据分析和人工智能技术，优化需求响应计划，使电力公司能够更好地管理分布式能源。

2015年，施耐德电气开始与AutoGrid展开长期合作，以提高自身在电网管理、电气化和去碳化三方面的能力。

2016年，AutoGrid推出了AutoGrid Flex 3.0，该产品成为行业首个用于需求响应（DR）管理、分布式能源管理和虚拟发电厂的全面灵活性管理解决方案。AutoGrid Flex 3.0将AutoGrid 的三个灵活性管理应用程序（AutoGrid DROMS™、AutoGrid DERMS™ 和 Auto Grid VPP™）集成到一个统一的应用程序套件中，为能源服务提供商提供全面的分布式能源资源灵活性管理解决方案。

2020年，AutoGrid与施耐德电气宣布推出一套完全集成的高级配电管理系统（ADMS）源资源管理系统（DERMS）。

2022年，AutoGrid被施耐德电气收购。

2023年底，AutoGrid又被Uplight 收购，施耐德电气继续投资于合并后的公司。

在此发展过程中，据Crunchbase统计，AutoGrid经历过十余次融资活动。根据所得的公开信息，AutoGrid的融资金额不少于1.6亿美元。

表1 AutoGrid部分融资信息

数据来源：Crunchbase

Part 2 商业模式

2.1 市场背景：虚拟电厂市场正显著增长

在美国，电力网络正处于一个重要的转型期。随着各州和公用事业公司纷纷设立气候目标，能源格局正从传统的化石燃料转向可再生能源。在这种转变过程中，为所有用户提供既经济又可靠的电力供应变得尤为重要，同时也面临着前所未有的挑战。分布式能源资源的应用正在重新定义电力的生产、分配和消费模式。

预计在未来几十年里，峰值电力需求将以前所未有的速度增长。美国能源监管机构对夏季和冬季的电力系统可靠性表达了关切。许多按照夏季峰值负荷设计的州和地区，尚未有足够的能力面对譬如2021年德克萨斯州停电所带来的冬季峰值事件。此外，那些制定了去碳化目标的区域市场，在可再生能源发电比例上升的同时，面临着维持电网可靠性的挑战。

图1 美国峰值电力需求历史及预测

（资料来源：AutoGrid官网）

与传统的集中式发电相比，虚拟电厂能以较低的成本与较小的碳足迹解决上述可靠性问题。虚拟电厂的资产（如太阳能板、储能装置、电动车电池等）通常分布在不同的地理位置，并且由多个第三方所有者拥有和维护。这些资产的所有者负责选址安装、设备架设和与电网的连接。虚拟电厂组织者通过支付一定的费用，获得对这些资产的访问和控制，从而将这些分布式能源整合并集成为一个统一管理的虚拟发电厂。这种方法能更有效地利用分布式能源资源，提高能源利用率，并有助于增强电网的灵活性和可靠性。

在此背景下，全球虚拟电厂（Virtual Power Plant，简称VPP）市场正在经历显著增长。据市场研究咨询公司Grand View Research研究数据，2023年全球虚拟电厂市场规模估计为41.3亿美元，预计到2024年将达到50.1亿美元。从2024年到2030年，该市场预计将以22.2%的复合年增长率增长，到2030年该市场规模有望达到166.5亿美元。

根据咨询公司Guidehouse Insights的评价体系，全球虚拟电厂市场第一梯度的参与者包括AutoGrid、Enbala和Kiwi Power，第二梯队的公司数量相对较多，其中较有竞争力的包括Centrica、Limejump、ABB和Siemens等公司。这些公司通过提供先进的软件平台和集成系统，不断增强虚拟电厂的功能和可扩展性，从而优化分布式能源资源的管理。

图2 虚拟电厂市场格局

（资料来源：美国能源局，Guidehouse Insights）

2.2 客户类型

AutoGrid的目标客群主要为企业级客户，这些企业客户使用AutoGrid的平台来管理和优化他们的能源资源，提高电网的效率和可靠性。AutoGrid的客户主要分为两大类：购电单位和合作伙伴，主要涵盖类型如表2所示。

表2 AutoGrid涵盖客群类型

（资料来源：作者根据官网资料整理）

图3 AutoGrid的客户类型

（资料来源：美国能源局）

对于购电方（即公共事业公司、独立系统运营商和电力批发市场）而言，以下特点共同构成了虚拟电厂对购电方的吸引力，使其成为了一种高效且可靠的能源采购选择：1）熟悉的采购模式：虚拟电厂采用的采购模型与传统的购电协议（PPAs）相似，这意味着购电方可以依赖于他们熟悉且信任的合同框架；2）激励一致的定价策略：购电方与虚拟电厂之间的激励机制是一致的，因为支付是基于实际表现，可确保双方利益趋向一致；3）快速交付兆瓦容量：虚拟电厂能够迅速部署并上线新的产能，这对于需要快速增加发电能力的购电方来说非常有利；4）可扩展的容量配置：虚拟电厂可根据需求灵活地调整总装机容量，无论是扩大还是缩减规模，都可以更好地匹配购电方的需求变化；5）无需评估和签约众多分布式能源资源供应商：购电方无需花费大量时间和资源去评估并分别与每一个分布式能源资源供应商签订合约，虚拟电厂在此充当了一个集成的角色，简化了这一过程。

对于合作伙伴（原始设备制造商、微电网开发商、电车运营商、光伏厂商等）而言，可以通过AutoGrid的产品和服务来提升自身能源效率、降低成本或者满足特定的能源需求，以下原因促使这些公司愿意寻求与AutoGrid的合作：1）改善硬件销售的单位经济效益，通过项目激励支付；2）为合作伙伴提供额外收入；3）无需建立复杂的内部电网服务团队；4）可以简化或绕过公用事业合同流程。

2.3 业务板块

2.3.1 需求响应

需求响应（Demand Response, 简称DR）是电力系统中一个重要概念，指的是当电力市场价格显著升高或系统安全可靠性面临风险时，用户根据价格信号或激励措施有意识地改变其用电行为，通过减少或增加用电来促进电力供需平衡和保障电网稳定运行的一种短期行为。需求响应可以通过分时电价、实时电价等价格机制，或者直接补偿等激励措施来实施。

AutoGrid开发了一个先进的需求响应管理系统DROMS™，能够帮助能源公司和公用事业公司通过一个集成平台来管理和优化他们的需求响应计划。该平台能够处理复杂的业务逻辑，提供准确的负荷预测，并且能通过及时的客户通知来提高客户参与度和计划的整体效果。此外，它还支持随着需求响应计划的增长而快速扩展。

表3 DRMS显著提升项目效益

资料来源：作者据公开资料整理

通过上述表格可以看出，当使用了高级DRMS后，能源项目的年度总成本略有下降，而年度总效益则有了显著提升，特别是可靠负荷削减、避免发电容量成本、避免输配电容量成本以及辅助效益方面均有增长。同时，净效益/客户也从55美元增加到136美元，总净效益也从1,097,799美元增加到了2,726,721美元。这些数据显示出高级DRMS对于提升项目效益有着明显的作用。

2.3.2 虚拟电厂

虚拟电厂是在需求响应概念上发展起来的一种较为高级的能源管理形态。AutoGrid所研发的Flex™平台，将多种分布式能源资源，如太阳能光伏、电池储能、电动汽车以及需求响应程序整合在一起，形成一个可调度的集成平台。借助先进的预测控制算法，Autogrid的虚拟电厂能够优化分布式能源资源的管理和调度，从而平衡供需、降低峰值负荷并改善整体电网性能。

Autogrid还提供端到端的服务，包括项目管理、系统设计、安装、维护和支持，确保可靠的容量交付。此外，Autogrid支持开放标准和多种API接口，确保与各种设备和系统的互操作性，从而最大限度地集成分布式能源资源。通过全面的咨询服务和运营支持，Autogrid确保了虚拟电厂项目的成功实施和最大化的投资回报，帮助能源供应商在提高效率的同时增强客户参与度，减少了客户流失率。

2.3.3 经典用例

2014年1月，AutoGrid与南加州爱迪生公司启动了一个项目，部署需求响应优化和管理系统（DROMS）。南加州爱迪生公司是美国最大的电力公司之一，服务于加利福尼亚州中部、沿海和南部地区约1400万人口，覆盖面积达5万平方英里。在与南加州爱迪生公司的项目中，电动汽车是需求响应资源的一部分，且项目涉及允许用户从多个供应商中选择设备，这在当时，在全球范围内尚属首次。

要将电动汽车作为电网资源加以利用，必须协调多个复杂要素，涉及项目设计、车辆特性、驾驶员的偏好与习惯以及充电站本身。为了管理来自不同充电点运营商的电动汽车充电设备（EVSE），一个无关供应商的统一平台必不可少。相较于专有通信系统可能导致的项目延迟和成本增加，依赖开放标准如OpenADR 2.0b和开放充电点协议（OCPP），可以提供更加简化的途径。

图4 电车充电增加了虚拟电厂业务的复杂性

（资料来源：《White Paper-EV Fleet Management Value Stacking for VPP》）

通过AutoGrid平台，该项目的车主轻松实现了需求响应充电方式。工作场所充电器使用OpenADR标准，家庭则使用SEP 2.0标准与DROMS通信。如果车主在需求响应事件发生时减少或暂停充电，则可以以低于正常的价格为其车辆充电，客户也可以选择在需求响应事件期间继续充电并支付常规费率。该项目支持了超过200名汽车客户和16类电动汽车充电器。

Part 3 优势与挑战

3.1 优势：虚拟电厂的环保经济性

相比传统的化石燃料发电厂，虚拟电厂提供的服务更为环保、经济。近年来，分布式能源资源的数量显著增加，这些资源包括用户侧的屋顶太阳能光伏板、储能电池以及越来越多的电动车充电系统，诸如空调和智能恒温器之类的设备也增加了配电网层面的需求灵活性。随着分布式能源资源的普及、停电事件的增多以及对间歇性可再生能源利用的加深，虚拟电厂已成为去碳化电网的核心部分。虚拟电厂不仅能通过替代峰值发电厂来改善空气质量并减少温室气体排放，还能在提升系统可靠性的同时为用户节省开支。

以美国为例，传统的化石燃料峰值发电厂大多集中在中低收入社区附近，这对周边地区的空气质量产生了巨大影响。这些峰值发电厂往往一年中仅在用电最高峰的250个小时内使用。

图5 峰值发电厂主要集中在低收入和边缘化社区

（资料来源：美国能源局）

通过转向虚拟电厂，可以退役这些污染严重且成本高昂的峰值发电厂。分布式能源资源，例如居民安装的太阳能光伏板或企业投资建设的现场储能系统，通常是预先出资安装的，也就是说，这些分布式能源资源在其生命周期的早期就已完成了资本支出。因此，利用这些分布式能源资源不仅无需追加大额投资，还能通过发电自用或售电、参与需求响应等方式回收成本并产生收益，从而有效地替代传统的峰值发电厂。

3.2 挑战：项目部署阻碍众多

尽管美国能源部已证明了虚拟电厂的重要性，业界多方参与者也正携手推进虚拟电厂的应用，然而虚拟电厂的实际部署进展却较预期缓慢。其部署面临的障碍众多，包括但不限于以下几点：

缺乏补偿机制：对虚拟电厂提供的可靠性服务以及其所能延迟或避免的基础设施成本，目前尚缺乏相应的补偿机制。

陈旧的电力规划流程：传统的公用事业电力规划流程是基于集中式资源设计的，如核电站及近年来的大型太阳能电站，并不适用于包含户用计量表后（Behind-The-Meter，简称BTM）供电、负荷及储能设备在内的分布式能源资源 。

缺乏通用通信标准：各类分布式能源资源之间缺乏统一的通信标准，有时会导致供应商锁定的问题。

分布式能源资源集成存在挑战：尽管联邦能源管理委员会发布的第2222号法令允许规模小至100千瓦的混合分布式能源资源聚合体进入发电市场，但由于各区域普遍存在的延迟情况，在很多地区，很多规模达标的分布式能源仍未与电网集成。

Part 4 未来展望

2023年底，AutoGrid被Uplight收购。AutoGrid首席执行官Ruben Llanes表示：“能源公司越来越寻求一种涵盖灵活性管理全范围的解决方案，从电网规模的电池到人们家中的设备。通过强强联合，我们正在为这些能源公司、生态系统合作伙伴以及能源客户创造真正世界级的体验。这一切都由我们共同的使命和全球专业知识驱动。”

同时，美国电力网络正在经历一场深刻的变革，虚拟电网的发展预计将沿着技术创新与政策完善的双重轨道前进。随着分布式能源资源的迅速增长及其在能源系统中的重要性日益凸显，虚拟电厂将成为整合这些资源的关键平台。尽管联邦能源管理委员会发布的第2222号法令已为小至100千瓦的混合分布式能源资源聚合进入发电市场铺平了道路，但仍需克服各区域存在的集成延误问题。未来，通过持续的政策支持（如光伏行业补贴等）和技术进步，美国将进一步强化其虚拟电网生态系统，提升电网的灵活性和效率，同时推动更广泛的清洁能源转型。

对于中国而言，我国同样有大规模的分布式光伏安装基础，但电力市场运营商高度集中，电价较低且平稳，因此在市场层面，虚拟电厂的生存空间相对较小。通过2024年9月中国能源报发布的《虚拟电厂力争盈利模式多元化》一文可见，我国的虚拟电厂主要收益也来源于需求响应和少量的调峰补贴，其中需求响应方面盈利微薄，获取调峰补偿的调峰市场也并非每日开市，因此虚拟电厂运营商整体运营效益较低。未来，能否通过增加收入来源，提高虚拟电厂盈利能力；或是能否将虚拟电厂纳入全国统一电力市场体系建设规划，将在很大程度上决定我国虚拟电厂的发展前景。

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