虛擬電廠來了
——綠電新概念成了妥妥的真現(xiàn)實

綜合報道/本刊主筆 魯瑾

一提到電廠，人們通常聯(lián)想到的都是鋼筋、水泥筑成的高大煙囪和大壩。但是，有這么一座電廠卻不同尋常，不建廠房、不燒煤、不燒氣也能“發(fā)電”。

日前，國內(nèi)第一家不建廠房、不燒煤、不燒氣也能發(fā)電的電廠在深圳投入使用的消息，讓“虛擬電廠”（VPP）這個綠電產(chǎn)業(yè)里充滿想象空間的新概念，妥妥地變成了真現(xiàn)實。

虛擬電廠火起來的原因，得從一個月前川渝地區(qū)的用電荒說起。

當時，極端高溫讓本該是豐水期的川渝地區(qū)缺了水，水力發(fā)電量暴跌。由于四川全省80%左右的電都來自于水力發(fā)電，再加上天氣炎熱用電量激增，用電缺口就變得越來越大。就這樣，限電調控，成了不得已為之的操作。

這次大限電也暴露出了新能源發(fā)電不穩(wěn)定的問題。類似的情形實則已經(jīng)上演過多次。去年，在我國東北地區(qū)，極端天氣導致風電輸出暴跌，電力便出現(xiàn)了缺口；在美國得克薩斯州也因為遭遇極寒天氣，風電發(fā)電量驟減30%，整個州的電網(wǎng)陷入大癱瘓，400 多萬人無電可用。

“世界在燃燒，我們需要一場可再生能源革命！” 在全球氣候不斷變暖的情形下，一邊，國際組織火急火燎地呼吁，各國爭先恐后地發(fā)展清潔能源；另一邊，新能源的不穩(wěn)定輸出，又讓缺電事件頻發(fā)。

綠色環(huán)保和供電系統(tǒng)穩(wěn)定之間，就這么被對立起來。由此，虛擬電廠這個綠電產(chǎn)業(yè)里充滿想象空間的新概念，照進了現(xiàn)實。

電力的“調度工”

用專家的話說，虛擬電廠不是一個肉眼可見的電廠，而是通過技術搭建起來的一套能源管理系統(tǒng)，由于這套系統(tǒng)的特性、可控性方面類似一個電廠，故被稱為虛擬電廠。

虛擬電廠可以將電網(wǎng)中大量散落的、可調節(jié)的電力負荷整合，參與電網(wǎng)調度，實現(xiàn)削峰填谷、協(xié)調分布式單元，促進新能源消納和有效利用。簡單來說就是：虛擬電廠不生產(chǎn)電，而是電力“調度工”。

調度的作用這么大嗎？

作為僅次于美國的全球第二大發(fā)電大國，我國的電力供應規(guī)模已經(jīng)達到相當高的水平。如果把“電荒”問題完全歸結為發(fā)電規(guī)模，是不合適的。

據(jù)相關統(tǒng)計，中國單位GDP 的耗電量為世界平均水平的3.8 倍、韓國的3.1 倍、日本的11 倍。能源利用效率低，資源浪費嚴重無疑是造成電力緊缺的癥結之一。

長久以來，大規(guī)模儲能并沒有被很好地發(fā)展和應用起來，因此，絕大部分的電都是“即發(fā)即用”的。以往，人類以火力發(fā)電為主，相對而言穩(wěn)定、可控。但遇到新能源發(fā)電，“即發(fā)即用”就失靈了。

以光伏為例，在晚上的用電高峰幾乎沒有用處，到了白天它可以大展身手，但這時可能不需要那么多電力，在沒有大規(guī)模儲能設備的情形下，就白白浪費掉了。所以，對于大部分新能源發(fā)電而言，幾乎屬于“靠天吃飯”。

因為這個原因，很多地方為了保障用電，綜合地區(qū)實際情況，只能“棄風又棄光”。在青海省海南藏族自治州，160 萬千瓦的光伏項目因為調峰能力問題，被棄用了整整一年。

在相關問題最嚴重的2016 年，甘肅棄風率達到43%，棄風電量達104 億千瓦時；新疆棄風率達38%，棄風電量137 億千瓦時；吉林棄風率30%，棄風電量29 億千瓦時……

一邊短缺一邊棄電，這時如果有一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡協(xié)調調度，“削峰填谷”，問題自然能夠得到解決，這便是虛擬電廠。

根據(jù)測算，2021年國內(nèi)虛擬電廠市場規(guī)模約為600億元，預計到2030年可增長至1300億 元，其中2025-2030年是高速增長期，期間年均復合增速可達10%以上。

玩轉“削峰填谷”

國家電網(wǎng)曾經(jīng)做過計算，如果把“削峰填谷”的任務交給火電廠，要提高或降低5%的峰值負荷，需要投資4000 億元，但同樣的效果，虛擬電廠的成本只要500 億元。

早在25 年前，Shimon Awerbuch 博士在其著作《虛擬公共設施：新興產(chǎn)業(yè)的描述、技術及競爭力》中，就首次提出了“虛擬電廠”這個概念。2000 年，歐洲5 個國家的11家公司聯(lián)合推出了虛擬電廠項目VFCPP。

2010 年左右，其相關的商業(yè)化探索開始。目前，虛擬電廠主要有兩種商業(yè)模式，一種是通過參與電力交易來獲取收益；另一種是通過提供輔助服務來獲取收益。

經(jīng)過二十余年的發(fā)展，虛擬電廠的商業(yè)化進程已在歐洲、北美等地區(qū)得到廣泛應用，但因電力市場背景不同，其應用的側重點有所不同。

其中，歐洲各國主要基于分布式發(fā)電的可靠并網(wǎng)及智能調節(jié)需求，通過虛擬電廠來打造持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展模式。

德國虛擬電廠項目已基本實現(xiàn)商業(yè)化，項目參與方主要為獨立運營商、售電公司。其中，Next Kraftwerke 是當前歐洲最大的虛擬電廠運營商，也是歐洲電力現(xiàn)貨市場認證的能源交易商之一。它主要通過遠程控制裝置NextBox 對聚合的各個分布式電源進行調控，“低谷用電、高峰售電”，從而參與電力市場交易獲取收益，并通過參與電網(wǎng)的二次或三次調頻獲取附加收益。

法國虛擬電廠項目主要由法國電力公司開發(fā)實施，項目數(shù)量累計超17 個，總容量超150 萬千瓦。英國虛擬電廠項目數(shù)量已超過32 個，總容量達到616 萬千瓦。

北美則主要以用電側資源聚合為目標，基于自動需求響應和能效管理要求，通過虛擬電廠來提高綜合能源利用效率，同時在用電高峰期為用戶提供電能來獲取費用收入，特斯拉就是其中的代表。

特斯拉在電動汽車業(yè)務取得突破后，開始進軍儲能項目開發(fā)、光伏和儲能設備制造、光伏發(fā)電運營等領域，并發(fā)展虛擬電廠智能平臺Autobidder，實現(xiàn)了在交易端與公用電網(wǎng)的連接。

Autobidder 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(wǎng)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。

2022 年，特斯拉與加州公用事業(yè)公司合作開展了名為“緊急負荷削減計劃”的虛擬電廠項目，用戶可以自愿通過特斯拉的應用程序注冊加入該項目。在電網(wǎng)面臨需求壓力時，項目參與者可按每千瓦時2 美元的價格向電網(wǎng)供電，當?shù)孛壳邥r電價僅25 美分。這樣一來，用戶甚至可以通過供電小賺一筆。

雙碳的“伴手禮”

8 月26 日，國內(nèi)第一家虛擬電廠在深圳投入使用。

資料顯示，深圳虛擬電廠已接入分布式儲能、數(shù)據(jù)中心、充電站、地鐵等負荷聚合商14 家，接入容量約87 萬千瓦，接近一座大型燃煤電廠的裝機容量。

在揭牌儀式上，15 家虛擬電廠生態(tài)鏈上下游企業(yè)也同步亮相，包括深圳能源集團、南網(wǎng)電動、深圳建科院、深圳特來電、大唐寶昌公司、華為數(shù)字能源、國電投廣東公司、中國鐵塔能源廣東公司、小桔能源、科中云、奧特迅、清大科越、蔚來能源、前海能源、普天新能源。

這一長串名單涉及國有能源企業(yè)、民營能源巨頭、新能源車企，賽道可謂熙熙攘攘。

與歐美相比，中國的虛擬電廠起步時間較晚，但近年來地位不斷提升。尤其是在“雙碳”戰(zhàn)略出臺后，發(fā)展速度大大加快。

2021 年，國務院在《2030 年前碳達峰行動方案》中提出，引導虛擬電廠參與新型電力系統(tǒng)靈活調節(jié)。

今年3 月，《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》發(fā)布指出，要推動儲能設施、虛擬電廠、用戶可中斷負荷等靈活性資源參與電力輔助服務。此外，北京、上海等多地的“十四五”規(guī)劃中也都提到發(fā)展和建設虛擬電廠。山東、廣東等省份正加速推動虛擬電廠參與電力現(xiàn)貨市場。目前，國內(nèi)已建成多個大型虛擬電廠試點項目，分布在河北、江蘇、浙江、廣東、上海等多個省份。

5 月20 日，部署于國電投深圳能源的虛擬電廠通過試驗獲利，成為國內(nèi)首個虛擬電廠調度用戶負荷參與電力現(xiàn)貨市場盈利的案例。

6 月23 日，山西省能源局發(fā)布《虛擬電廠建設與運營管理實施方案》，為目前國內(nèi)首份省級虛擬電廠運營管理文件。

專家表示，目前中國的虛擬電廠整體仍處于發(fā)展初期，項目以研究示范為主，普遍由政府主導、電網(wǎng)實施，沒有到市場驅動的階段。

有分析認為，虛擬電廠的發(fā)展與電力市場建設情況相適應，電力市場建設越發(fā)達的地方，虛擬電廠往往發(fā)展得更快?！叭绻麤]有電力市場，虛擬電廠只是一個小規(guī)模的發(fā)電廠，僅靠賣電不足以形成激勵，收益會比較受限”，有業(yè)內(nèi)人士稱。

而進入電力市場，更大的制約在于電力價格的雙軌制。

在電力市場中，并非所有電力用戶都必須全部參與電力市場交易，考慮到各種因素，仍然會有部分電力用戶長期執(zhí)行政府核定的目錄電價，如此就造成市場與計劃“雙軌制”并存運行的情況。

“作為一個市場主體來講，虛擬電廠還要有一個清晰的、可進入到電力市場的準許模式，這樣才逐漸能使虛擬電廠在電力市場的定位、參與、監(jiān)管等方面明晰起來”，有業(yè)內(nèi)專家表示，現(xiàn)行情況下，行業(yè)更需要的是一個能夠以虛擬電廠身份，進入到競爭性電力市場的先行者。

國家發(fā)展改革委給出的時間表是，到2025 年，全國統(tǒng)一電力市場體系初步建成，到2030 年，全國統(tǒng)一電力市場體系基本建成，適應新型電力系統(tǒng)要求。

此外，國內(nèi)虛擬電廠發(fā)展面臨的困難還包括：各方參與虛擬電廠的意愿不強、多數(shù)用戶側負荷可調控性差；電網(wǎng)側業(yè)務布局和主導發(fā)展的力度較弱；管理體系與市場機制缺乏、相關電價和補償機制未完善；產(chǎn)業(yè)鏈標準和商業(yè)模式不明確等。

未來，隨著國內(nèi)新能源發(fā)電站、新型儲能系統(tǒng)以及智能電網(wǎng)的不斷構建完善，虛擬電廠將有效解決電力分布時空錯配、地區(qū)性大面積限電限產(chǎn)等難題，并為自身、上游發(fā)電側、下游用戶側帶來相對可觀的收益回報。

對于我國虛擬電廠的發(fā)展，市場普遍認為，2025 年前，虛擬電廠仍處于發(fā)展初期，各地因地制宜開展項目試點建設，形成中國第一代虛擬電廠的發(fā)展模式。而2025 年之后，等運作模式逐漸成熟，虛擬電廠才會徹底迎來爆發(fā)。

技術層面，虛擬電廠涉及的關鍵技術包括協(xié)調控制技術、交易運營技術、智能計量技術、信息通信技術等，應用前景十分廣闊，并可帶動相關技術領域及智能化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，撬動千億級市場空間。