能源保障和安全事關(guān)國(guó)計(jì)民生。新舊電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型升級(jí)下，能源的可控化和可儲(chǔ)化成為行業(yè)發(fā)展的核心。風(fēng)光的不可控以及不穩(wěn)定性不僅會(huì)產(chǎn)生棄電棄光風(fēng)險(xiǎn)，還會(huì)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定和安全造成威脅。當(dāng)下，以可商業(yè)化的角度來(lái)看，以網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)為基礎(chǔ)的“虛擬電廠”或?qū)槲覈?guó)電力系統(tǒng)發(fā)展提供新“思路”。

一、什么是虛擬電廠

虛擬電廠的相關(guān)概念，最早由西蒙·阿韋布赫（Shimon Awerbuch）博士于1997年提出。此后，各界專(zhuān)家學(xué)者從不同形態(tài)維度進(jìn)行探索，給出了多種定義。

綜合來(lái)看，虛擬電廠是一種通過(guò)先進(jìn)信息通信和監(jiān)測(cè)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)海量分布式新能源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、可控負(fù)荷、電動(dòng)汽車(chē)等聚合和協(xié)調(diào)優(yōu)化，作為一個(gè)特殊電廠參與電網(wǎng)運(yùn)行和電力市場(chǎng)的電源協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)，對(duì)外表現(xiàn)為“一個(gè)具備可控性的電源”。它既可作為“正電廠”向系統(tǒng)供電和頂峰，又可作為“負(fù)電廠”通過(guò)負(fù)荷側(cè)響應(yīng)以配合系統(tǒng)填谷；既可快速響應(yīng)指令、配合保障系統(tǒng)穩(wěn)定并獲得經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，也可等同于電廠參與容量、電量、輔助服務(wù)等各類(lèi)電力市場(chǎng)獲得經(jīng)濟(jì)收益。

雖然叫“電廠”，其實(shí)并不發(fā)電，而是一種基于能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的“看不見(jiàn)的電廠”。

虛擬電廠將無(wú)數(shù)個(gè)分散的電力資源聚合起來(lái)，通過(guò)智能調(diào)度，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析虛擬電廠中的能源資源，預(yù)測(cè)能源需求，制定最優(yōu)調(diào)度方案，實(shí)現(xiàn)電源側(cè)的多能互補(bǔ)、負(fù)荷側(cè)的雙向互動(dòng)、儲(chǔ)能側(cè)的靈活調(diào)劑。它是提升電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的重要手段之一。

目前，虛擬電廠可以參與的用戶(hù)十分廣泛，大如工業(yè)可調(diào)節(jié)負(fù)荷、用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能，小如空調(diào)負(fù)荷、充電樁等各類(lèi)高低壓用戶(hù)都可以。加入虛擬電廠參與移峰填谷也并非沒(méi)有門(mén)檻。不管是發(fā)電的、用電的，還是儲(chǔ)能的，參與的用戶(hù)越多，電網(wǎng)的平衡調(diào)節(jié)能力就越強(qiáng)。當(dāng)電網(wǎng)有需要的時(shí)候，虛擬電廠就給電網(wǎng)發(fā)電，當(dāng)新能源供給過(guò)剩時(shí)，虛擬電廠就指揮大家迅速把電能消納掉。

根據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，到2025年，虛擬電廠平均每年投資建設(shè)規(guī)模達(dá)到200億元，運(yùn)營(yíng)市場(chǎng)規(guī)模每年在50億元以上。

二、發(fā)展驅(qū)動(dòng)因素

虛擬電廠的理論和實(shí)踐在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展得較為成熟，已先后在德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、美國(guó)、澳大利亞、日本等國(guó)開(kāi)展了商業(yè)試點(diǎn)并取得不錯(cuò)成果。歐洲的虛擬電廠已基本實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)。

現(xiàn)今，虛擬電廠的“崛起”離不開(kāi)我國(guó)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的發(fā)展需要。近年來(lái)，伴隨著極端高溫天氣的不斷涌現(xiàn)，社會(huì)整體用電負(fù)荷的持續(xù)攀升。在電力消費(fèi)旺季、電力供應(yīng)偏緊的背景下，虛擬電廠建設(shè)獲得了國(guó)家政策的大力支持。

國(guó)內(nèi)政策利好

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)電力市場(chǎng)改革穩(wěn)步向前。市場(chǎng)機(jī)制進(jìn)一步完善。我國(guó)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)改革朝著市場(chǎng)化、法治化方向發(fā)展，在電力現(xiàn)貨市場(chǎng)監(jiān)管、交易規(guī)則、市場(chǎng)準(zhǔn)入等方面逐步推進(jìn)了改革，形成了相對(duì)完善的市場(chǎng)機(jī)制。國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局等相關(guān)部門(mén)相繼出臺(tái)了一系列的政策文件，明確了市場(chǎng)主體的準(zhǔn)入條件、交易規(guī)則、運(yùn)行機(jī)制等，為市場(chǎng)的健康發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的法治保障。

之于虛擬電廠而言，在宏觀政策層面也是頻發(fā)利好。在國(guó)家、部委和地方政府的推動(dòng)下，虛擬電廠相關(guān)政策規(guī)劃逐步落地。在《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》中，國(guó)務(wù)院強(qiáng)調(diào)引導(dǎo)虛擬電廠參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)，助力建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)；在《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》中，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局明確提出將虛擬電廠作為智慧能源示范工程的新模式新業(yè)態(tài)。此外，多個(gè)地方政府也紛紛強(qiáng)調(diào)加快虛擬電廠建設(shè)，打造虛擬電廠生態(tài)體系，提升電力系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)能力。

輔助市場(chǎng)建設(shè)

隨著電力市場(chǎng)化進(jìn)程的推進(jìn)，我國(guó)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的交易規(guī)模逐年擴(kuò)大。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2019年我國(guó)全社會(huì)用電量達(dá)到了億千瓦時(shí)，其中就有30%的電量通過(guò)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)進(jìn)行了交易。這一交易規(guī)模不僅體現(xiàn)了市場(chǎng)主體對(duì)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可，也說(shuō)明了市場(chǎng)的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

此外，電力市場(chǎng)的逐步開(kāi)放，也使得我國(guó)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。國(guó)內(nèi)外的電力企業(yè)紛紛通過(guò)參與市場(chǎng)化交易獲取電力資源。這種競(jìng)爭(zhēng)一方面有助于提高市場(chǎng)效率，推動(dòng)電力資源的優(yōu)化配置，同時(shí)也促使電力企業(yè)提升服務(wù)質(zhì)量、降低成本，滿足廣大用戶(hù)的需求。

現(xiàn)今，圍繞著“源荷網(wǎng)儲(chǔ)一體化”、“多能互補(bǔ)協(xié)調(diào)”這些新的能源系統(tǒng)形態(tài)，如何將經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益結(jié)合起來(lái)成為社會(huì)上下協(xié)同的核心方向，虛擬電廠的作用愈發(fā)顯現(xiàn)。

三、技術(shù)方向

虛擬電廠的發(fā)展離不開(kāi)技術(shù)的支持與推動(dòng)。

虛擬電廠由分布式資源層、通信網(wǎng)絡(luò)層、管理平臺(tái)層三個(gè)層次構(gòu)成。分布式資源層指分布在配網(wǎng)中的各種可再生能源、儲(chǔ)能設(shè)備、可調(diào)負(fù)荷等資源，它們是虛擬電廠的基礎(chǔ)和核心。通信網(wǎng)絡(luò)層指連接分布式資源和管理平臺(tái)的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，它們是虛擬電廠的橋梁和紐帶。管理平臺(tái)層指對(duì)分布式資源進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、控制和優(yōu)化等功能的軟件系統(tǒng)，它們是虛擬電廠的大腦和靈魂。

虛擬電廠涉及多個(gè)領(lǐng)域和方面的技術(shù)，其中最關(guān)鍵的有協(xié)調(diào)控制技術(shù)、優(yōu)化調(diào)度技術(shù)、市場(chǎng)交易技術(shù)等。協(xié)調(diào)控制技術(shù)指對(duì)分布式資源進(jìn)行實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)地控制，以保證其穩(wěn)定輸出或響應(yīng)需求變化。優(yōu)化調(diào)度技術(shù)指根據(jù)市場(chǎng)價(jià)格信號(hào)或系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)分布式資源進(jìn)行最優(yōu)化配置或激勵(lì)機(jī)制設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)效益最大化或成本最小化。市場(chǎng)交易技術(shù)指通過(guò)建立合理有效的商業(yè)模式和服務(wù)平臺(tái)，使虛擬電廠能夠參與到現(xiàn)有或新興的電力市場(chǎng)中，如日前市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)等。

目前，虛擬電廠技術(shù)正處于不斷創(chuàng)新與發(fā)展之中。未來(lái)虛擬電廠的發(fā)展方向主要集中在以下幾個(gè)方面：一是完善虛擬電廠的技術(shù)體系，提高虛擬電廠的自動(dòng)化水平和信息化管理水平。通過(guò)推動(dòng)人工智能技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)虛擬電廠的智能化運(yùn)營(yíng)。二是推進(jìn)虛擬電廠與現(xiàn)有能源系統(tǒng)的融合，實(shí)現(xiàn)虛擬電廠與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的互聯(lián)互通。三是加強(qiáng)虛擬電廠與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行，提高虛擬電廠整體的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。四是促進(jìn)虛擬電廠的規(guī)模化應(yīng)用，推動(dòng)虛擬電廠的商業(yè)模式創(chuàng)新和市場(chǎng)化發(fā)展。

四、發(fā)展前景

虛擬電廠可以有效解決新能源的隨機(jī)性、間歇性和波動(dòng)性等問(wèn)題，提高新能源的消納能力和功率質(zhì)量。虛擬電廠還可以通過(guò)參與輔助服務(wù)市場(chǎng)、現(xiàn)貨交易市場(chǎng)等，為新能源提供更多的收益來(lái)源和價(jià)值實(shí)現(xiàn)途徑。

雖然虛擬電廠意義重大，但在發(fā)展上，我國(guó)虛擬電廠行業(yè)仍處于邀約制試點(diǎn)階段，該技術(shù)所對(duì)應(yīng)的商業(yè)化市場(chǎng)仍不成熟，在規(guī)模、運(yùn)行模式、安全、監(jiān)管和市場(chǎng)化等方面面臨諸多挑戰(zhàn)。

虛擬電廠需要依賴(lài)先進(jìn)的信息通信技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)、人工智能技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式資源的高效管理和優(yōu)化調(diào)度。但是，這些技術(shù)在我國(guó)還存在一定的瓶頸和不足，如數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)陌踩浴⒖煽啃院蛯?shí)時(shí)性，數(shù)據(jù)處理和分析的精度和效率，人工智能算法的適應(yīng)性和穩(wěn)定性等。

然而，隨著電力現(xiàn)貨市場(chǎng)及輔助服務(wù)市場(chǎng)發(fā)展，虛擬電廠有望迎來(lái)快速發(fā)展，從邀約制邁向市場(chǎng)化發(fā)展階段邁進(jìn)，其盈利模式也有望隨著電力市場(chǎng)化改革的推進(jìn)而不斷清晰和市場(chǎng)化。

根據(jù)國(guó)家能源局的規(guī)劃，到2025年，我國(guó)虛擬電廠建設(shè)和運(yùn)營(yíng)規(guī)模將超過(guò)2000MW，未來(lái)將逐步成為電力市場(chǎng)的重要參與者之一。

我國(guó)虛擬電廠的發(fā)展前景可期！