中國儲能網訊：一百五十年來，人類已經經歷了三次科技革命，每一次科技革命都重塑了世界。
在1999年冬天，電影《黑客帝國》風靡全球，其中讓人印象尤為深刻的，就是整個世界都被解構成綠色的數字洪流，那是關于新一輪科技革命最明顯的隱喻。
今天，世界各國都在發(fā)力數字科技，在人工智能等關鍵技術上踴躍爭先，這注定是一場漫長的競爭，背后則是巨量的能源消耗。于是，能源革命與數智化浪潮如同天命姻緣一般耦合到了一起，而中國政府把這個歷史進程稱之為構建新型電力系統(tǒng)。
新型電力系統(tǒng)的發(fā)展順應未來趨勢，處理好新能源發(fā)電的消納問題和分布式能源的統(tǒng)籌管理則是我國必須解決的重要課題，因此，虛擬電廠成為當下構建新型電力系統(tǒng)的關鍵節(jié)點。
虛擬電廠是什么？
虛擬電廠雖名為“電廠”，但并非發(fā)電廠，簡單來說，虛擬電廠就是憑借能源互聯(lián)網技術，將閑散在終端用戶的充電樁、儲能、空調、分布式光伏等電力負荷資源聚合起來，通過對這些資源進行優(yōu)化控制并加入電網調度，可以有效地削峰填谷，并提供電力輔助服務，從而提升電網的安全運行能力。
目前在人們的生活當中，和虛擬電廠性質類似的典型例子就是滴滴平臺。滴滴自己不擁有車，卻能隨時調用車輛資源，滿足乘客們的用車需求。同理，虛擬電廠不擁有電，本質上它是一套智能管理系統(tǒng)，擁有調用各種電力資源的能力。
再看這些電力資源是如何構成虛擬電廠的：首先需要一個虛擬電廠建設方牽頭推進，并購買相關設備（硬件）、提供管理系統(tǒng)（軟件）。之后，由構建方與儲能、充電樁、光伏電站、空調等電力資源的所有者簽訂合同，就像滴滴與司機簽訂相關協(xié)議一樣。一個由虛擬電廠和電力資源共同搭建的“智能管理管理平臺”，就是虛擬電廠。
因此，虛擬電廠其實是一座基于能源互聯(lián)網技術的“隱形”電廠，其主要作用就是推動可再生能源的消納和有效利用。它能夠以較小的成本，解決城市電網峰谷差大、局部電力供應緊張以及占地面積大等問題，從而為實現(xiàn)能源轉型和降碳減排目標提供強力支持。
虛擬電廠技術主要體現(xiàn)在以下五個方面：
智能電網技術。智能電網技術是包括物聯(lián)網、大數據分析、云計算等技術在內的虛擬發(fā)電廠的基礎。智能電網技術通過收集和分析分散的能源供應數據，可以優(yōu)化能源生產、傳輸和消費調度，提高能源利用效率和供電可靠性。
預測和優(yōu)化技術。根據歷史數據和實時信息，預測和優(yōu)化技術可以預測能源需求和供應，并通過優(yōu)化調度算法實現(xiàn)最佳能源分配。虛擬發(fā)電廠可以通過準確的需求預測和靈活的優(yōu)化調度，實現(xiàn)能源平衡和高效利用。
能量儲存技術。能源存儲技術是虛擬發(fā)電廠實現(xiàn)能源調度靈活性的重要手段。利用能源存儲技術，虛擬發(fā)電廠可以在需求高峰期保存能源，釋放儲備能源，確保供電穩(wěn)定。常見的能源存儲技術包括電池能源存儲、壓縮空氣能源存儲、重力能源存儲等。
協(xié)同控制技術。協(xié)同控制技術是實現(xiàn)虛擬發(fā)電廠多能源系統(tǒng)協(xié)同運行的核心。虛擬發(fā)電廠可以實現(xiàn)各種能源之間的靈活轉換，通過建立多能源供應之間的協(xié)同關系和協(xié)同控制方法，提高能源利用效率和供電的可靠性。
安全技術。安全技術是虛擬發(fā)電廠運行的基本保證。它包括能源供應的安全監(jiān)測、故障檢測和故障隔離技術。安全技術可以通過實時監(jiān)控和快速故障排除，及時發(fā)現(xiàn)和處理隱藏的問題，確保虛擬發(fā)電廠的運行安全。
借助Hightopo等先進的數據融合技術，虛擬電廠可以實現(xiàn)對分散DER的統(tǒng)一管理，通過可視化的界面展示，使得調度更加直觀、高效。這種協(xié)調控制不僅減小了DER并網對公網的沖擊，還降低了分布式發(fā)電增長帶來的調度難度，使配電管理更加合理有序，系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定。
此外，商業(yè)型虛擬電廠更是從商業(yè)收益的角度出發(fā)，通過精準的需求預測、發(fā)電計劃制定和市場競標，實現(xiàn)了DER投資組合的靈活運作，這不僅提升了電力市場的競爭力，還可以為投資者帶來可觀的收益。
在歐美發(fā)展已經成熟
近幾年來，在俄烏沖突的能源危機陰影下，歐洲多個國家陸續(xù)加大能源轉型力度，虛擬電廠發(fā)展進一步提速。以德國為例，據德國伍珀塔爾研究所的最新數據，德國的能源聚合市場和靈活性市場規(guī)模約為75吉瓦，這一數字預計到2030年還會翻番。
業(yè)內人士認為，虛擬電廠在德國的迅速發(fā)展，主要受益于市場和監(jiān)管雙重驅動。德國政府通過制定相關政策和法規(guī)，鼓勵企業(yè)和個人參與分布式能源發(fā)展，并提供相應的補貼和支持。
早在2008年，德國政府聯(lián)合能源公司、咨詢公司、清潔能源服務提供商、實驗室等機構推出一項名為eTelligence的虛擬電廠研究項目。2012年，德國修訂《可再生能源法》，引入可再生能源電力“直接銷售”的要求，即批發(fā)市場直接售電，作為固定上網電價的可選替代方案。2014年《可再生能源法》再修訂要求，100千瓦以上的新增可再生能源機組都必須進行直接銷售，因此很多分布式新能源項目傾向于選擇交由虛擬電廠運營。
政策鼓勵下，眾多德國虛擬電廠運營商得到快速發(fā)展。以成立于2009年的德企Next-Kraftwerke為例，2022年，其在德國、比利時、奧地利、法國、波蘭、荷蘭、瑞士和意大利運營的各類分散式能源單元超過1.3萬個，總容量超過11吉瓦，是歐洲最大的虛擬電廠運營商之一。
美國電動汽車制造商特斯拉則帶來了一大重要創(chuàng)新：Autobidder虛擬電廠系統(tǒng)。其通過整合分布式能源資源和電動車輛的電池儲能系統(tǒng)，建立“車+樁+光+儲+荷+智”的新能源產業(yè)生態(tài)閉環(huán)。Autobidder不僅是電力交易數字化軟件，還是虛擬電廠實時交易和控制平臺，可以在車輛、電池、光伏設備等特斯拉生態(tài)系統(tǒng)，甚至電網中自動調度能源電力，以實現(xiàn)高效的資源分配和最大的商業(yè)效益。
在特斯拉的官網可以看到，特斯拉啟動的虛擬電廠業(yè)務對參與用戶的要求只有簡單的兩段：在用電前幾個小時，用戶會收到通知，太陽能電池盡可能提前充電，充滿后才會為用戶供電，并將其余的電力輸出至電網。參與用戶全程不需要操作，自家的太陽能電池就完成了輸出過程。
加入虛擬電廠的用戶，可以根據實際情況反向賣電，每向電網輸送1度電可獲得2美元的獎勵。而在這個過程中，特斯拉、電網以及用戶，三方都能獲益。電網穩(wěn)定性提升、虛擬電廠運營方和用戶可以分得獎勵，這也構成了虛擬電廠最基礎的利益模型。
虛擬電廠在國內發(fā)展迅速
在國內，能源管理及虛擬電廠相關扶持政策近幾年來接連出臺，其中以廣東深圳的虛擬電廠發(fā)展建設最為迅速。
自2022年以來，深圳出臺多項政策支持虛擬電廠發(fā)展，并成立國內首家虛擬電廠管理中心。今年6月，深圳印發(fā)《深圳市支持虛擬電廠加快發(fā)展的若干措施》，拿出真金白銀推動虛擬電廠全鏈條、全生態(tài)發(fā)展。據統(tǒng)計，深圳通過虛擬電廠的管理，已帶動100余家企業(yè)進入相關產業(yè)鏈。
中國儲能網查閱公開資料發(fā)現(xiàn)，進入2024年以來，深圳虛擬電廠管理中心已開展精準響應31次，有效解決全市負荷高峰、斷面重載、主變重載等問題。深圳虛擬電廠調控管理云平臺共計接入資源容量逾275萬千瓦，可調容量為60萬千瓦，接入資源設備總數5.5萬個，接入虛擬電廠運營商近50家。
為何那么多企業(yè)愿意參與深圳虛擬電廠管理中心的電力需求響應業(yè)務？顯然市場收益是最大動力。以充電場站為例，過去只能掙取服務費，如今通過參與響應還能獲得一定的收益。以用戶側儲能為例，由于收益渠道增加，投資商的投資回報周期縮短，又因數字化運營能力提升，平臺運營成本也大大降低。
業(yè)內人士認為，用戶側儲能在參與虛擬電廠調節(jié)響應時，有三方面優(yōu)勢，一是具有更穩(wěn)定的響應容量與響應時間；二是基本不會對參與響應的用戶造成用電影響；三是儲能本身在投運后可以享受峰谷價差所帶來的收益。
同時，不占用土地資源，無須新建輸電通道，是虛擬電廠的另一大優(yōu)勢。以建設200兆瓦虛擬電廠為例，每年可節(jié)約標煤4.07萬噸，減排二氧化碳10.8萬噸、二氧化硫3261噸，節(jié)省土地資源價值約9億~10億元。
數據顯示，到2025年，深圳計劃建成具備100萬千瓦級可調節(jié)能力的虛擬電廠，形成年度最大負荷5%的穩(wěn)定調節(jié)能力，引導規(guī)?；烧{用戶資源主動參與系統(tǒng)調節(jié)，每年可減排溫室氣體約54萬噸，有力支撐新型電力系統(tǒng)建設和雙碳目標的順利實現(xiàn)。
上市公司積極布局
據相關報告顯示，2022年中國虛擬電廠項目累計裝機容量約為3.7GW，占全球虛擬電廠裝機總量的17.5%；預計2025年中國虛擬電廠累計裝機總容量39GW，投資規(guī)模300億元。預計2025年虛擬電廠調節(jié)電量占全社會用電量達2%，2030年將達5%；預計到2025、2030年，虛擬電廠整體的市場空間有望達到723、1961億元，其中聚合商市場空間有望達到374、858億元。
出于對虛擬電廠市場前景的看好，眾多上市公司紛紛加快布局。如國電南瑞在虛擬電廠關鍵技術和市場機制方面已有多年研究，可以提供完整的虛擬電廠解決方案，擁有虛擬電廠平臺、虛擬機組、調控終端等系列化成熟產品和不同類型虛擬電廠的建設經驗，并突破秒級精準調頻控制等虛擬電廠運營管控關鍵技術。目前，國電南瑞建設的虛擬電廠運營管理系統(tǒng)在上海、福建、江蘇等地成功支撐國家電網、售電公司、負荷聚合商等，打造了多個樣板工程。
國網信通參與了虛擬電廠相關示范工程建設，打造了覆蓋“源網荷儲充”一體化運行的虛擬電廠運營平臺。該平臺已接入華北輔助服務市場、天津虛擬電廠、上海虛擬電廠，參與電網調節(jié)，實現(xiàn)了面向企業(yè)園區(qū)、商業(yè)樓宇用戶的區(qū)域能源資源優(yōu)化配置。目前，國網信通的虛擬電廠業(yè)務已在天津、上海等地開展試點。
南網能源開展的能源托管、用戶側儲能、光儲用一體化能源站、冰（水）蓄冷等負荷優(yōu)化調節(jié)設施的投資建設運營。公司完善業(yè)務矩陣，為負荷供應、負荷優(yōu)化、能效提升、負荷響應等綜合能源服務打下基礎，推出了七個典型應用場景綜合能源解決產品。
此外，國能日新提供的軟件和信息技術服務，主要向新能源電站、發(fā)電集團和電網公司等主體提供新能源發(fā)電功率預測產品（包括功率預測系統(tǒng)及功率預測服務），未來將向電力交易、智慧儲能、微電網、虛擬電廠等相關領域延伸和拓展。
虛擬電廠商業(yè)化亟需解決哪些難題？
目前，業(yè)內最為關注的問題，就是虛擬電廠能不能解決商業(yè)模式難題，從而在國內遍地開花真正落地。
自2016年以來，中國就開始探索虛擬電廠，當前仍處于初級的邀約模式階段，大多虛擬電廠由政府有關部門、電網企業(yè)、或調度機構牽頭組織，發(fā)出邀約信號，以負荷側調節(jié)為主，各種原因導致電源側、儲能側參與很少。
純市場型的虛擬電廠獲益主要有兩種渠道，一種是提供調峰輔助服務、需求響應交易，另一種是引導其聚合的分布式電源、儲能等以最優(yōu)的方式參與電力市場交易。可當前的現(xiàn)狀是，無論是參與需求響應還是輔助服務交易，受限于組織頻次、資金規(guī)模，虛擬電廠的運營商難以獲得可持續(xù)的收益。多數虛擬電廠僅以邀約、投標等方式參與政策性需求響應，盈利依賴于政府專項費用補貼。
虛擬電廠發(fā)展未如預期，專家認為，主要原因在以下三方面：
在政策規(guī)定方面，虛擬電廠概念內涵尚未形成權威統(tǒng)一認識，發(fā)展暫無全局性、系統(tǒng)性產業(yè)規(guī)劃，存在發(fā)展速度與質量效益失衡現(xiàn)象；
管理規(guī)范方面，技術標準和建設運行管理規(guī)范不健全，難以滿足產業(yè)規(guī)范化規(guī)模化發(fā)展需求；
市場機制方面，參與電力市場機制設計處于起步階段，準入條件、交易品種、交易機制等還有待完善，運營商獲利空間有待擴展，產業(yè)健康發(fā)展延續(xù)性不強。
從上述問題來看，雖然各地鼓勵政策相繼出臺，虛擬電廠的示范試點項目也在如火如荼開展中，但要成為電力市場中的成熟模式將比較艱難。業(yè)內普遍認為，在實現(xiàn)虛擬電廠在電力現(xiàn)貨市場的有效參與和商業(yè)化運營，探索虛擬電廠的商業(yè)化運作模式方面，還需克服諸多挑戰(zhàn)。
業(yè)內人士表示，虛擬電廠未來的商業(yè)模式具有兩方面發(fā)展趨勢。一方面是運營商依托虛擬電廠業(yè)務切入用戶內部，增強客戶黏性，積累數據信息資源，拓展綜合能源服務，打造多元業(yè)務一體化業(yè)務布局。另一方面，隨著虛擬電廠規(guī)模不斷提升，物聯(lián)網平臺將作為虛擬電廠產業(yè)運轉的基本底座，進一步構建促進運營商、聚合資源主體、各類專業(yè)服務商供需對接的產業(yè)生態(tài)平臺，形成“物聯(lián)網平臺+供需對接平臺”新型平臺模式。
今后幾年，虛擬電廠是否能在電力現(xiàn)貨市場發(fā)揮主流作用，業(yè)界殷切期待。
