IOSG｜電力靈活性典範躍遷：從宏觀資產到分散式智慧層

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2026-03-17 08:18:25

作者：Benji Siem，IOSG

一、引言

本研究始於一個樸素的觀察：電力系統正在被要求完成一項它從未被設計來執行的任務。

隨著再生能源滲透率的加速提升、電氣化進程的全面推進，以及 AI 驅動的資料中心需求激增，傳統的「建造更多發電和輸電設施以滿足峰值負載」的模式正在瓦解。基礎建設週期過長，併網排隊積壓嚴重，資本密集度居高不下。

在這一背景下，靈活性（Flexibility）——即實時動態調節供需的能力——已從輔助功能躍升為電網可靠性的核心支柱。過去主要依賴大型工業負載和調峰電廠的靈活性供給，正在演變為一個複雜的多層級市場，分散式能源資源（DER）、軟體平台和聚合商協調數百萬資產以維持系統平衡。

我們正處於一個結構性拐點。這場轉型的贏家不會是掌控發電資產的玩家，而是建構連結層與編排層、大規模釋放彈性的參與者。新興的加密原生協調模型和基於代幣的激勵機制可能進一步加速這一轉變，透過實現去中心化參與、透明結算和靈活性服務的全球流動性。

正如本文將深入探討的，靈活性不再僅僅是一種技術能力；它正在成為一種新興的經濟基礎設施——透過在容量市場、輔助服務、需求響應和本地市場之間進行收益疊加（Revenue Stacking），創造新的價值池，重塑能源的交易、管理和貨幣化方式。

核心論點

電力彈性市場正處於轉折點。再生能源滲透率上升、資料中心需求成長以及監管推動，正在製造靈活性服務的結構性供需失衡。

為 AI 和應用開發提供電力的需求正迅速超過電網的可用供給能力，主要驅動因素包括：
全球資料中心電力消耗預計到 2030 年將約 945 TWh，略高於日本目前的總電力。 AI 是這項成長的最重要驅動力，同時其他數位服務的需求也持續攀升。值得注意的是，靈活性的缺乏也可能成為 AI 成長的限制因素。

電力市場亟需營運效率與彈性以緩解風險。在基础设施建设滞后的背景下，灵活性服务的需求和必要性显著提升。

許多地區的電網已承受巨大壓力：據估計，除非解決容量風險，約 20% 的計劃資料中心專案可能面臨延期。
美國目前因電網營運商應對併網擁堵困難，約有 10,300 個電力項目排隊等待，總容量達 2,300 GW——相當於美國現有發電總裝置容量的兩倍。

聚合與連接基礎設施的中間層將成為最大贏家。它在供给侧（拥有闲置容量的用户）与需求侧（承压的电网运营商）之间搭建了关键桥梁。

以軟體為核心、聚合並優化分散式能源資源（DER）的平台，將在市場從 2025 年約 982 億美元擴展至 2034 年約 2,936 億美元的過程中（2025-2034 年 CAGR 為 112%），獲取不成比例價值的價值為 134% 為 134%，獲得不成比例的價值。

二、彈性市場概覽

什麼是能源市場中的彈性？

在電力系統中，靈活性 = 系統快速調整發電和/或需求的能力，以響應訊號（電價、電網擁塞、頻率等），保持供需平衡並避免停電。

歷史上，彈性幾乎完全來自彈性發電機組（燃氣調峰電廠、水力發電）。隨著再生能源和電氣化的規模擴大，系統運營商現在也從以下渠道採購靈活性：

需求響應（Demand Response）：可削減或時移的負載
儲能：電池、電動汽車、熱儲能

「彈性市場」是彈性買賣的市場和合約集合，包括批發市場、平衡/輔助服務產品、容量市場，以及本地配電系統營運商（DSO）集合，包括批發市場、平衡/輔助服務產品、容量市場，以及本地配電系統營運商（DSO）彈性平台。聚合商作為中間人，提供平台使電網營運商能夠從終端用戶處採購靈活性，形成了關鍵的基礎設施層（詳見"靈活性的交易與定價"章節）。結算由輸電系統業者（TSO）處理，TSO 向聚合商支付費用，聚合商扣除佣金後再向客戶付款。

靈活性的交付有兩種方式：

隱式靈活性（Implicit Flexibility）：透過靜態價格電價訊號自動實現，如分時電價訊號自動實現。例如，智慧型 EV 充電器會自動延遲到夜間低電價時段充電。價格訊號驅動行為。
明確靈活性（Explicit Flexibility）：涉及對電網營運商特定請求的主動回應。這些行為是有意識執行的，並透過市場平台協調獲得直接補償。

詳細範例

#第一步：客戶註冊

聚合商（如 CPower）簽約一家製造企業，安裝監控設備（智慧電錶、控制器管理系統）並接入其建築企業，安裝監控設備（智慧電錶、控制器管理系統。客戶同意在被呼叫時削減 2 MW 負載。

#第二步：向電網營運商註冊

聚合商將這 2 MW（連同數千個其他站點）作為「需求回應資源」註冊至 ISO。聚合商必須證明該資源確實能夠交付，包括基準計算、計量協議，有時還需要測試調度。

#第三步：市場參與

聚合商將聚合容量投標至各類市場：

容量市場（年度/多年期）：“我承諾在夏季用電 50 月 50 月 5032 月）：“我承諾在夏季用電 5021 月 50 月） start;">日前能量市場：「我可以在明天 16:00-20:00 削減 200 MW 負載」
即時輔助服務：「我可以在 10 分鐘內回應頻率偏差」

當電網需要彈性時，TSO 會向聚合商發送訊號。聚合商的軟體平台隨即執行：向註冊客戶發送通知（簡訊、郵件、自動控制訊號）；啟動預先編程的負載削減（如調高溫控設定值、調暗照明、暫停工業流程）；即時監控執行表現。

#第五步：結算

事件結束後，ISO 測量實際交付量與承諾量之差，資金流向為：ISO → 聚合商 → 客戶（扣除聚合商佣金）。

三、關鍵參與者

交易所－市場平台

彈性的交易場所，這些平台撮合買方（DSO/TSO）與賣方（聚合商、DER 的交易者聚合）。快速頻率儲備市場也提供了另一個交易平台。

#代表項目

EPEX SPOT、Nord Pool、Piclo Flex、NODES、GOPACS、Enera

#商業模式

市場准入的訂閱/會員費（參與者年費）
部分平台作為受監管的公用事業費運行（透過電網費用成本化），其餘為商業化營運費用 start;">#定價
- 平台不設定價格，而是透過拍賣促進價格發現（按出價支付或統一清算）
- 本地彈性平台（Piclo、NODES）的擁塞管理價格通常為 €50-200/Mstyle？ style="text-align: start;">控制靈活資產集群，其收入取決於贏得合約並正確調度負荷/儲能。
  #代表企業
  Enel X、CPower、Voltus、Next Kraftwerke、Flexitricity、Limejump
  | start;">與資產所有者的收入分成：聚合商保留市場收入的 20-50%，其餘支付給客戶
- 部分向資產所有者收取前期註冊費或每月 SaaS費
- 可能從公用事業獲得超額調度目標的績效獎
託管服務：基於績效的持續優化即
託管服務：基於績效的持續優化即
大型公用事業 DERMS 部署的總合約價值可達 $500-2,000 萬+（5 年以上）

資產端

物理供給方：電動車、電池、溫控器、熱泵、工業負載等。

電網買方

需求方：採購靈活性以管理擁擠、平衡和峰值負載的公用事業和系統運營商，包括 DSO、TSO、供應商和市政公用事業。

#代表機構

PJM、CAISO、National Grid ESO、TenneT、UK Power Networks、E.ON、Con Edison

#採購定價

容量採購：$20-330/MW·日（PJM 2026-27 拍賣達到 $329/MW·日）
- 配電系統營運商（DSO）：管理本地電力網路（配電線路、變電站）的公司，負責將電力從主輸電線路輸送到家庭和企業。
- 輸電系統營運商（TSO）：管理和維護高壓網路（電網和天然氣管道）的關鍵實體，負責將能源從生產者長距離輸送至本地經銷商或大型用戶。
各參與者收入規模估算
四、產業現況
电力系统面临发电容量和电网基础设施的结构性供需失衡。這一矛盾體現在兩個相互關聯的問題上：前所未有的併網排隊積壓和來自電氣化及資料中心的需求激增。
併網排隊積壓
截至 2024 年末，僅在美國就有超過 2,300 GW 的發電和儲能容量正在尋求併網——超過現有電力裝置總容量（1,280 GW）的兩倍。這項積壓已成為清潔能源部署的主要瓶頸。
需求側壓力
- 資料中心：全球電力需求預計到 2030 年翻倍至 1,000-1,200 TWh（相當於日本的總電力消耗）
- 美國電網規劃者的 5 年翻倍 style="text-align: start;">電網升級成本：歐盟到 2040 年需要 €7,300 億配電投資 + €4,770 億輸電投資；靈活性可提供相比基礎建設 30-40% 的成本節省
我們分析的聚合商（Enel X、CPower、Voltus）位於兩方之間：
需要靈活容量的電網運營商/公用事業
需要靈活容量的電網運營商/公用事業
擁有彈性負載或資產的終端機 start;">聚合商将数千个小型分布式资源打包成单个“虚拟电厂”，以传统电厂的身份参与批发市场投标。
結算機制
與發電（計量 MWh 產出）不同，需求反應計量的是未消耗的 MWh。這需要建立「基線」—即在沒有 DR 事件的情況下客戶本應消耗的電量。常見基線方法包括：
- 10-of-10 法：取過去 10 個類似日同一時段的平均消耗
- 天氣調整法：根據溫差調整基線
- 彈性透過多種市場機制實現貨幣化，每種機制具有不同的時間框架、產品形態和定價結構。供應商可跨多個市場進行"收益疊加"（Revenue Stacking），以最大化資產回報。
  此外，能源社區（Energy Communities）——由歐盟政策賦能的在地化公民和小型企業合作組織——正在成為靈活性聚合的重要力量。歐盟範圍內約有 9,000 個社區，代表約 150 萬名參與者。
  - 透過匯集表後資產（如光伏、電池和可控負荷），這些社區克服了通常阻止個體家庭獲取多重靈活性收入流的規模和協調障礙。
  - 這與研究發現直接吻合：靈活性供應商可以在容量市場、輔助服務、能量套利、需求響應和本地 DSO 市場之間"疊加"價值。能源社群創造了跨市場可靠參與所需的組織和營運框架，將分散的 DER 轉化為協調的投資組合，實現靈活性收入的民主化，同時支持電網脫碳和韌性。
  靈活性為何重要
  彈性服務提供了比新建發電和輸電設施更快、更便宜的替代方案。虛擬電廠的"建造"速度等同於客戶註冊的速度－無需併網排隊。 Brattle Group 估計，VPP 調峰容量比燃氣調峰電廠或公用事業級電池便宜 40-60%。 ENTSO-E 估計，光是在歐盟，彈性每年就可節省 €50 億的發電成本。
  對電網營運商：即時平衡供需；減少對昂貴調峰電廠和輸電升級的依賴；改善可再生能源整合；增強極端天氣下的電網韌性。
  對資產所有者：從現有資產（電池、EV、HVAC、工業負載）獲得新收入流；多服務疊加可提高回報 30-50%；參與對營運的干擾極小。
  對消費者：透過需求響應激勵降低電費；因推遲基礎設施投資而避免的成本；改善可靠性，減少停電。
  對能源轉型：在不棄風棄光的情況下實現更高的可再生能源滲透率；脫碳電網服務（替代燃氣調峰電廠）；相比基礎設施受限的替代方案加速部署。
  結構性順風
- 監管動能：FERC Orders 2222/2023（美國）、歐盟需求響應網絡法規（2027）、英國 BSC P483 使 34.5 萬戶參與家庭。全球 45+ 个国家正在引入灵活性市场。
- 电网投资浪潮：美国公用事业预计到 2029 年电网投资达 $1.1 万亿。欧盟到 2040 年需 €7,300 亿配电 + €4,770 亿输电升级。靈活性是更經濟的替代方案。
- 数据中心需求：全球数据中心电力消耗到 2030 年翻倍至 1,000-1,200 TWh。 PJM 容量價格上漲 10 倍（2024→2027）。同時創造靈活性需求（電網壓力）和供應。
- DER 增殖：400 万+ 美国住宅光伏系统；24 万+ 家用电池；2023 年 100 万+ EV 销量。臨界規模已到，賦能聚合商和 DER 經濟性。
- 2030 年後的供過於求：大規模電池儲能投資可能壓縮彈性市場利潤率。部分市場抽水蓄能復興。
- 網路安全：數百萬分散式資產擴大了攻擊面。歐盟 AI 法案將電網運作歸類為"高風險"。 NFPA 855 使城市電池儲能成本增加 15-25%。
- 容量付費（$/MW·年或 $/MW·日）：最大且最可預測的收入流。客戶因可用性獲得報酬，即使從未被調度。例：PJM 容量價格在 2026-27 拍賣中達到 $329/MW·日。
- 能量付费（$/MWh）：事件期间实际负荷削减的付费。波動性較大，取決於調度頻率和市場價格。
- 辅助服务（$/MW + $/MWh）：频率调节、旋转备用等。價值更高但要求更快回應（秒至分鐘級）。 Voltus 率先開拓了這些更高利潤率產品的進入。