虚拟电厂的现实需求

　　今年，北半球迎来持续高温天气，据中国气象局国家气候中心监测，今年6月，全球平均气温较常年偏高约0.4℃，为1979年以来最高。中央气象台首席预报员符娇兰表示，进入21世纪以来，北半球夏季高温热浪事件日趋频繁，全球变暖是高温热浪事件频发的根本原因。伴随着炎热高峰而来的电量紧张，随着全国用电负荷的上升，虚拟电厂（Virtual Power Plant，简称VPP）的概念被资本追捧。

　　提起虚拟电厂，或许有很多人并不很了解，但其理念很简单，通俗地讲就是“削峰填谷”——在用电低谷的时候储存电量，在用电高峰的时候释放电量。理念简单，但实施起来却要涉及到很多专业领域。在《虚拟电厂的概念与发展》一文中，虚拟电厂的概念被如此描述：“虚拟电厂是一种通过先进信息通信技术和软件系统，实现DG、储能系统、可控负荷、电动汽车等DER的聚合和协调优化，以作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统。”

　　虚拟电厂是一个平台系统，没有厂房、发电设备、燃料消耗等方面的成本支出，但是对于用电高峰的峰值负荷缓解有较高功效。据国家电网测算，若通过建设煤电机组满足其经营区 5% 的峰值负荷，需要投资4000亿元的电厂和配套电网；而通过虚拟电厂，建设、运营、激励等环节的投资只需要 500亿~600亿元。几乎只需要十分之一的资源就可以支撑以往火电厂削峰填谷的效用。

　　虚拟电厂最早源于1997年由Shimon Awerbuch博士在其著作《虚拟公共设施：新兴产业的描述、技术及竞争力》提出：“虚拟公共设施是独立且以市场为驱动的实体之间的一种灵活合作，这些实体不必拥有相应的资产而能够为消费者提供其所需要的高效电能服务。”本世纪初，欧洲部分国家已有多个成熟的示范项目，其主要关注分布式能源的可靠并网，同时构筑电力市场中稳定的商业模式。同期北美地区推进相同内涵的“电力需求响应”，可调负荷占据主要地位。国内的虚拟电厂起步较晚，但是在“双碳”目标的影响下，虚拟电厂在国内发展迅速。

　　2017年10月，由国网冀北电力公司和中国电科院组成的专家团队代表中国向国际电工技术委员会（IEC）提交了提案。经过激烈竞争于2018年获批正式立项，成为IEC在虚拟电厂领域首批国际标准。2018年9月21日，从国家电网公司获悉，由其主导发起的两项“虚拟电厂”标准获得国际电工委员会批准立项，成为全球这一领域首批国际标准，填补了行业空白。

　　2021年6月21日，全国首个县域虚拟电厂——浙江嘉兴平湖虚拟电厂首次投入实战应用，该项目聚合了园区、光伏、热电联产自备电厂、储能电站、5G基站等6大类18小类源储荷资源，实现可调资源街道全覆盖、类型全覆盖，形成可提供日前、日内、实时合计可调负荷200兆瓦以上的资源池。

　　2021年6月24日，全国首个“低碳数字能源互联平台”在溧阳正式上线，为“电动溧阳”植入“绿电中枢”。该平台能够实时监测电能生产的碳排放情况，调动电网中的新能源发电站、充电站、储能设备等资源，促进绿色能源优先消纳，实现节能降碳。溧阳调控分中心主任王枫介绍，作为“绿电中枢”，该平台能够协调全网资源，通过科学的低碳控制策略，提升电力系统的绿色能源占比。当绿色电能充沛上涨时，“绿电中枢”会促使用户增加电能使用，并给储能设备充电。待电力供应紧张时，再返给电网使用。

　　2021年8月，宁波虚拟电厂参加浙江省首次组织的辅助服务市场交易并成功中标，标志着宁波虚拟电厂正式启动了电力辅助服务市场交易进程。

　　2022年6月，深圳市发改委在2022年深圳市节能宣传周和低碳日活动启动仪式上，发布了《深圳市虚拟电厂落地工作方案（2022-2025年）》。《方案》明确，到2025年，深圳将建成具备100万千瓦级可调能力的虚拟电厂，进一步促进节能降碳，打造源网荷储高效互动的新型电力系统，助力深圳以先行示范标准完成“双碳”任务。

　　目前我国的虚拟电厂已经取得了不错的成绩，以冀北虚拟电厂为例，实时接入并控制了蓄热式电采暖、可调节工商业、电动汽车充电站等11类、19家泛在可调资源，容量约16万千瓦，涵盖张家口、秦皇岛、廊坊三个地市。

　　2020年，冀北电网夏季空调负荷达600万千瓦，10％空调负荷通过虚拟电厂进行实时响应，相当于60万千瓦的传统电厂效能；“煤改电”最大负荷将达200万千瓦，蓄热式电采暖负荷通过虚拟电厂进行实时响应，预计可增发清洁能源7.2亿千瓦时，减排63.65万吨二氧化碳。

　　基于虚拟电厂的优势，政策方面也对这一新兴方式提出发展规划。2022 年1月，《十四五现代能源体系规划》中提出，推动储能设施、虚拟电厂、用户可中断负荷等灵活性资源参与辅助服务。2022年2月，《北京市“十四五”时期能源发展规划》提出，“发挥电力在能源互联网中的纽带作用，挖掘需求响应资源，聚集大型商务楼宇、电动汽车和储能设施等资源，建设虚拟电厂。建立市场响应的交易政策，完善辅助服务市场机制，积极引导用户参与电力需求侧响应”。2022年6月，上海市人民政府办公厅印发《上海市数字经济发展“十四五”规划》中提出，“发展‘虚拟电厂’新业态，利用先进的计量、通信、控制等技术，对分布式异构能源进行聚合，实现自动化远程调度、精准化智能分析和便捷化市场交易，推动构建‘技术+产品+运营+生态’的‘虚拟电厂’产业链条”。2022年6月，山西能源局发布《虚拟电厂建设与运营管理实施方案》，“引导发、用、储侧资源通过虚拟电厂方式积极参与电力平衡，大幅提升电力系统的灵活性和可靠性。按照虚拟电厂聚合优化的资源类别不同，将虚拟电厂分为两类：负荷类虚拟电厂、源网荷储一体化虚拟电厂”。

　　目前，中国可供参与虚拟电厂运营的控制资源体量庞大，可调负荷资源超过5000万千瓦，虚拟电厂也随基础资源的快速发展而受到重视。

　　根据中金公司测算，虚拟电厂聚合商在2021年理论市场空间约为659亿元。伴随虚拟电厂的渗透，市场预计虚拟电厂调节负荷量占比有望在2030年达到5％。虚拟电厂有望以更优的决策分析带来微电网电力交易利润的边际增长，聚合商将通过边际利润的分成获取收入。中金公司测算，中国虚拟电厂行业有望在2030年触达1320亿元的理论市场空间。

　　近期，随着虚拟电厂的火热，多家上市公司开始布局，国能日新、朗新科技、国网信通、远光软件、恒实科技、国电南瑞、远景科技等。虚拟电厂前景广阔，但也有较高的门槛，其中最主要的一项就是要有强大的资源聚合能力。只有聚合资源，才能和各大电网形成具有一定规模的合作，在保障电网稳定运行的同时获得一定的收益。

　　7月8日，特斯拉联合美国加州的太平洋天然气和电力公司（PG&E），推出一项新的虚拟电厂（VPP）试点计划。其实，特斯拉在5月末就在美国举行了 Powerwall （特斯拉推出的家用电池，不仅可以储存太阳能面板发电量，还可以在用电低谷充电，用电高峰供家庭使用）家庭储能电池的示范项目，游说了64个拥有屋顶太阳能板和家用储能电池的得州北部家庭参与了这一试验，并向美国电网展示这种产品的潜力。此项目中，特斯拉可以控制参加项目家庭的Powerwall中80%电量的充电和放电。特斯拉试验结果表明，设备能够在几秒钟内激活空闲的电池容量，并为电网提供供电服务。但由于目前得克萨斯州电网运营商的运营规则所限，参加项目的用户并不能从中得到利益，特斯拉只能给用户的只有一张40美元的礼品卡。

　　由此可见，除了技术、信息资源和资源聚合能力之外，虚拟电厂的发展还受到了相关政策的约束。比如得克萨斯州不允许私企向民众提供一些传统发电厂提供的关键电网服务的规则，特斯拉的商业模式就无法落地。

　　我国对于新能源发电一直以来持以鼓励支持的态度，以光伏发电为例，在2013年就出台了《光伏发电运营监管暂行办法》，规定电网企业应当全额收购其电网覆盖范围内并网光伏电站项目和分布式光伏发电项目的上网电量，明确了能源主管部门及其派出机构对于光伏发电并网运营的各项监管责任，光伏发电项目运营主体和电网企业应当承担的责任，从而推进光伏发电并网有序进行。

　　但是，在真正落地的时候，有些企业由于对于风险意识的淡漠，为了获取国家补贴和及时回笼资金，鼓励用户购买光伏设备，并承诺发电并网收益。而在后期的管理中，或由于产品质量问题，或由于产品维护不当，或由于光照环境预估偏差，造成用户无法达到预期收益，甚至出现亏损情况，企业跑路走人，最终有用户偿还银行，此类案例曾在全国不同地区产生较大不良影响。

　　虚拟电厂的兴起很有可能也会出现以上类似情况，一方面获取国家支持政策和财政补贴，一方面避重就轻骗取用户信任购买储电设备。如果企业风险把控能力不足，产品质量参差不齐，极有可能重走“光伏贷”的老路。

　　2021年中国的发电量为8534.3万亿千瓦，增长10%，占全球发电量的30%，排名第一。我国电量不足的情况并不完全是由于发电量不足，如何调配用电将是改变用电紧张的有效手段。虚拟电厂的兴起，一方面可以更有效地分配用电时段，另一方面可以让如风能发电、光伏发电等清洁能源发电得到有效储存和使用。

　　我国虚拟电厂目前还处在初期发展阶段，供需两侧发展潜力巨大。“双碳”目标为我国虚拟电厂发展打开市场新增量，在相关政策陆续出台的背景下，虚拟电厂产业规模有望快速扩大。但与此同时，对这一新兴产业的有效监管也将成为相关部门亟待考虑的重要议题。