入夏以來(lái)，全國多地持續高溫天氣，居民用電負荷也快速增長(cháng)。今年以來(lái)，多份政策文件相繼出臺，支持虛擬電廠(chǎng)（VPP）建設。那么，被頻頻提及的虛擬電廠(chǎng)究竟是何“秘密武器”？它能緩解社會(huì )高峰用電緊張嗎？

　　大規模儲存電能是世界性難題

　　當前，經(jīng)濟回升疊加高溫天氣，使能源電力安全保供壓力加大。在近日國新辦舉行的國務(wù)院政策例行吹風(fēng)會(huì )上，國家發(fā)展改革委副秘書(shū)長(cháng)歐鴻表示，入夏以來(lái)全國日調度發(fā)電量三創(chuàng )歷史新高，最高達到301.71億千瓦時(shí)，較去年峰值高出15.11億千瓦時(shí)；全國最高用電負荷兩創(chuàng )歷史新高，最高達到13.39億千瓦，較去年峰值高出4950萬(wàn)千瓦。

　　能源保障和安全事關(guān)國計民生。緩解用電高峰的供應壓力，是國際通用的應對尖峰負荷最經(jīng)濟手段。用電高峰往往與極端高溫或極寒天氣密切相關(guān)。一年之中的用電負荷并不均衡，夏天是空調使用高峰，也是用電負荷最高的季節，冬天的電負荷波動(dòng)相對較小，春秋兩季的用電負荷一般較低?？偟膩?lái)看，一般上午7點(diǎn)到晚上11點(diǎn)為用電高峰，晚上11點(diǎn)至次日7點(diǎn)為用電低谷。用電高峰在白天，低谷在晚上，這樣就可能造成白天電不夠用、晚上電用不完的問(wèn)題。針對此現象，電力系統普遍的做法是進(jìn)行削峰填谷，例如一些重點(diǎn)耗能企業(yè)白天少開(kāi)工、晚上多作業(yè)，達到優(yōu)化節約能源使用的目的。

　　有人提出，直接把低谷時(shí)段的電能儲存起來(lái)，等需要的時(shí)候再用不就行了嗎？但現實(shí)情況是，目前世界上還沒(méi)有哪一種儲能方式能夠較好地實(shí)現大規模電能的儲存，電能的大規模儲存一直是個(gè)世界性的難題。

　　所謂電能儲存，主要是指將電能轉化為化學(xué)能、勢能等其他形態(tài)，在需要的時(shí)候將這部分能量釋放出來(lái)。日常生活中最常見(jiàn)的儲能設備就是蓄電池，大到電動(dòng)汽車(chē)，小到充電寶，我們都經(jīng)常會(huì )遇到或使用到。但是，電池的應用場(chǎng)景目前大多僅限于此。如果儲存足夠整座城市使用的電能，就需要建設一個(gè)巨型的超大電池，相關(guān)技術(shù)的成本之高、土地資源和能源消耗之大，可想而知。

　　近年來(lái)，我國用電負荷不斷攀升，除增加供給調節能力外，需求側也在不斷發(fā)揮調節潛力。國家發(fā)展改革委持續推動(dòng)電力需求側響應相關(guān)工作，電動(dòng)汽車(chē)、新型儲能、分布式電源、虛擬電廠(chǎng)等需求側新主體新業(yè)態(tài)不斷涌現，同時(shí)，國家還出臺各類(lèi)政策鼓勵各類(lèi)經(jīng)營(yíng)主體積極參與市場(chǎng)化需求響應，通過(guò)自主調節用電來(lái)獲取相應收益。

　　虛擬電廠(chǎng)究竟是什么

　　1831年，邁克爾·法拉第發(fā)明的電動(dòng)發(fā)電機開(kāi)創(chuàng )了人類(lèi)發(fā)電的先河，將機械能轉換為低電壓下的電磁動(dòng)力，這一偉大發(fā)明啟發(fā)了托馬斯·愛(ài)迪生和約瑟夫·斯旺等科學(xué)家，他們隨后的發(fā)現使大規模發(fā)電成為現實(shí)。1882年，世界上第一座火力發(fā)電廠(chǎng)霍爾本高架發(fā)電站（又稱(chēng)愛(ài)迪生電燈站）誕生，電廠(chǎng)以煤為原料，通過(guò)鍋爐產(chǎn)生蒸汽后驅動(dòng)汽輪機發(fā)電。這座發(fā)電廠(chǎng)近千盞白熾燈，照亮了從霍爾本馬戲團到圣·馬丁大酒店的街道，后又擴大發(fā)電規模，為附近的私人住宅提供照明。時(shí)至今日，人類(lèi)社會(huì )的電力供應模式與此一脈相承，總體上是由較為集中的發(fā)電廠(chǎng)向周?chē)娏τ脩?hù)輻射輸送電力。

　　如今，一種新型的資源整合形式“能源聚合商”正在進(jìn)入人們視野，它更為通俗的稱(chēng)謂是“虛擬電廠(chǎng)”。與傳統電廠(chǎng)單純依靠某種自然環(huán)境資源（如風(fēng)、水、陽(yáng)光）相比，虛擬電廠(chǎng)的構成資源更加多樣化、具有環(huán)保性，且在未來(lái)電力市場(chǎng)中更具競爭力，可為電力系統發(fā)展乃至行業(yè)轉型提供新思路。

　　虛擬電廠(chǎng)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。

　　有的學(xué)者認為，虛擬電廠(chǎng)是分布式能源的集合，以傳統發(fā)電廠(chǎng)的角色參與電力系統運行；有的學(xué)者認為，虛擬電廠(chǎng)是對電網(wǎng)中各種能源進(jìn)行綜合管理的軟件系統；有的學(xué)者認為，虛擬電廠(chǎng)是能效電廠(chǎng)，通過(guò)減少終端用電設備和裝置的用電需求來(lái)產(chǎn)生“富余”的電能，即通過(guò)在用戶(hù)側安裝提高用電能效的設備，達到建設實(shí)際電廠(chǎng)的效果；還有的學(xué)者認為，虛擬電廠(chǎng)是動(dòng)態(tài)聚合各種能源的能源互聯(lián)網(wǎng)。

　　綜合現階段各類(lèi)理論探索和工程示范情況，虛擬電廠(chǎng)是一種通過(guò)先進(jìn)信息通信和監測控制技術(shù)，實(shí)現海量分布式新能源、儲能系統、可控負荷、電動(dòng)汽車(chē)等聚合和協(xié)調優(yōu)化，作為一個(gè)特殊電廠(chǎng)參與電網(wǎng)運行和電力市場(chǎng)的電源協(xié)調管理系統，對外表現為“一個(gè)具備可控性的電源”。它既可作為“正電廠(chǎng)”向系統供電和頂峰，又可作為“負電廠(chǎng)”通過(guò)負荷側響應以配合系統填谷；既可快速響應指令、配合保障系統穩定并獲得經(jīng)濟補償，也可等同于電廠(chǎng)參與容量、電量、輔助服務(wù)等各類(lèi)電力市場(chǎng)獲得經(jīng)濟收益。

　　“虛擬”二字意味著(zhù)并非實(shí)體，所以虛擬電廠(chǎng)并不是真正意義上的發(fā)電廠(chǎng)，而是一種基于能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的“看不見(jiàn)的電廠(chǎng)”。簡(jiǎn)而言之，就是可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)，將用電方、儲能方、分布式電源聚合起來(lái)，使眾多“小型電站”組合成一個(gè)發(fā)電量可觀(guān)的虛擬電廠(chǎng)，實(shí)現電力的彈性調整。

　　為何要發(fā)展“看不見(jiàn)的電廠(chǎng)”

　　目前，虛擬電廠(chǎng)的理論和實(shí)踐在歐美發(fā)達國家發(fā)展得較為成熟，先后在德國、英國、法國、美國、澳大利亞、日本等國開(kāi)展了商業(yè)試點(diǎn)。歐洲的虛擬電廠(chǎng)發(fā)展較早，已基本實(shí)現市場(chǎng)化運營(yíng)。其中，被譽(yù)為虛擬電廠(chǎng)“先驅者”之一的德國Next-Kraftwerke虛擬電廠(chǎng)運營(yíng)公司，截至2022年已有15346個(gè)聚合單元、1120萬(wàn)千瓦裝機容量?？萍脊咎厮估彩翘摂M電廠(chǎng)的先行者。2015年，特斯拉推出了家用儲能設備PowerWall。PowerWall內?置?18650鋰電池，有7千瓦時(shí)和10千瓦時(shí)兩種配置，通過(guò)屋頂太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電力，PowerWall可以?xún)Υ?00千瓦時(shí)以上的容量。目前，特斯拉已在美國加利福尼亞、澳大利亞和日本宮古島等地建立了虛擬電廠(chǎng)。

　　總的來(lái)看，這些國家針對虛擬電廠(chǎng)的發(fā)展各有側重。以德國為代表的歐洲國家以聚合分布式電源為主；美國以可控負荷為主；日本以聚合用戶(hù)側儲能和分布式電源為主；澳大利亞以聚合用戶(hù)側儲能為主。

　　近年來(lái)，我國多地夏季高溫天氣不斷，伴隨著(zhù)極端高溫的，是社會(huì )整體用電負荷的持續攀升。根據中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì )分析，2023年全國最高用電負荷預計約13.7億千瓦，較去年同期增加8000萬(wàn)千瓦左右，若出現極端情況，全國最高用電負荷可能較去年同期增加約1億千瓦。

　　在電力消費旺季、電力供應偏緊的背景下，虛擬電廠(chǎng)建設獲得了國家政策的大力支持。2015年和2016年，國家發(fā)改委、國家能源局先后發(fā)布了《關(guān)于促進(jìn)智能電網(wǎng)發(fā)展的指導意見(jiàn)》《能源技術(shù)革命創(chuàng )新行動(dòng)計劃（2016-2030年）》等文件，提出研究推廣虛擬電廠(chǎng)技術(shù)及能源虛擬化技術(shù)，因地制宜開(kāi)展虛擬電廠(chǎng)試點(diǎn)示范。2023年5月，發(fā)改委發(fā)布《電力需求側管理辦法（征求意見(jiàn)稿）》，提出建立和完善需求側資源與電力運行調節的銜接機制，逐步將需求側資源以虛擬電廠(chǎng)等方式納入電力平衡，提高電力系統的靈活性?？梢灶A見(jiàn)，虛擬電廠(chǎng)作為整合分布式資源、挖掘需求側潛力的重要手段，其價(jià)值和作用將愈發(fā)受到各方的重視，虛擬電廠(chǎng)會(huì )逐步走進(jìn)現實(shí)。

　　目前，我國虛擬電廠(chǎng)項目總體處于前期試點(diǎn)研究階段?！笆濉逼陂g，江蘇、上海、河北、廣東等地相繼開(kāi)展了電力需求響應和虛擬電廠(chǎng)的試點(diǎn)。比如，江蘇省于2016年開(kāi)展需求響應示范；上海于2017年建成黃浦區商業(yè)建筑虛擬電廠(chǎng)示范工程；國網(wǎng)冀北電力有限公司直接參與華北輔助服務(wù)市場(chǎng)的虛擬電廠(chǎng)示范項目，高質(zhì)量服務(wù)綠色冬奧，并參與了多項虛擬電廠(chǎng)國際標準制定；2022年8月，國內首家虛擬電廠(chǎng)管理中心——深圳虛擬電廠(chǎng)管理中心揭牌，預計到2025年，深圳將建成具備100萬(wàn)千瓦級可調節能力的虛擬電廠(chǎng)；今年7月初，廣州、深圳、柳州三地同步開(kāi)展虛擬電廠(chǎng)多功能聯(lián)合調控，標志著(zhù)我國首個(gè)區域級虛擬電廠(chǎng)投入運行。

　　在電力供需不匹配的情況下，通過(guò)一定的激勵措施，讓用戶(hù)主動(dòng)改變自己的用電方式和用電行為，參與供需調劑，可以減輕電力系統的壓力。虛擬電廠(chǎng)對于電網(wǎng)、用電負荷、發(fā)電、產(chǎn)業(yè)鏈等方面具有積極作用，其中電網(wǎng)和用電負荷跟百姓生活直接相關(guān)。

　　對于電網(wǎng)而言，虛擬電廠(chǎng)有助于提升電網(wǎng)的安全穩定運行。在電網(wǎng)調峰方面，虛擬電廠(chǎng)通過(guò)資源動(dòng)態(tài)聚合和集中協(xié)調優(yōu)化參與削峰填谷，實(shí)現日內更短時(shí)間尺度響應，精準削減負荷高峰、填充低谷負荷，有助于優(yōu)化電網(wǎng)運行。

　　對用電負荷側而言，虛擬電廠(chǎng)有助于優(yōu)化供電服務(wù)、降費增效。比如，對于大型工商業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)，通過(guò)虛擬電廠(chǎng)提供的節能服務(wù)，可以掌握自身能源管理狀況及用能水平，排查節能障礙和浪費環(huán)節，從而達到節能減排、提高經(jīng)濟效益的目的。在一定程度上，虛擬電廠(chǎng)可以替代應急電源車(chē)，作為重要的政府部門(mén)、公用事業(yè)部門(mén)、工商業(yè)企業(yè)等的應急電源供應商，滿(mǎn)足其可靠供電的要求，獲取應急電源服務(wù)收益。例如，在暴雨惡劣天氣，由于光伏發(fā)電量下降、設備故障等原因出現電力供應缺口，可通過(guò)發(fā)揮所在區內虛擬電廠(chǎng)的調節能力，降低可調資源的用電需求，利用市場(chǎng)經(jīng)濟的方式促進(jìn)電力供需平衡。

　　以“能源定制”降低家庭開(kāi)支

　　如何把用戶(hù)需求側的“潛力股”集合利用起來(lái)，是未來(lái)電力資源調配的重要方向。隨著(zhù)分布式光伏、用戶(hù)側儲能（包括家庭儲能、工商業(yè)儲能、儲能充電樁等，針對的客戶(hù)是用電方，近兩年受政策激勵在我國發(fā)展較快）、電動(dòng)汽車(chē)充電樁的發(fā)展，電力用戶(hù)側的靈活性愈發(fā)提升，數字化程度不斷提高，各類(lèi)資源呈現數量多、單體小、類(lèi)型雜等特點(diǎn)，難以直接參與電力系統運行和相關(guān)交易。如何喚醒、優(yōu)化、發(fā)揮這些海量的用戶(hù)側資源，使其有效參與電網(wǎng)運行和市場(chǎng)交易，建立低碳、安全和經(jīng)濟的新型電力系統，需要一個(gè)能協(xié)同用戶(hù)側資源優(yōu)化運行控制和市場(chǎng)交易的“智能管家”。

　　這個(gè)“智能管家”就是虛擬電廠(chǎng)。即使是一戶(hù)家庭、一輛電動(dòng)汽車(chē)，也能成為虛擬電廠(chǎng)的一部分。和共享經(jīng)濟類(lèi)似，虛擬電廠(chǎng)也是通過(guò)信息化協(xié)調方式，將海量分散的資源“聚沙成塔”。打個(gè)比方，極端高溫天氣預警時(shí)，虛擬電廠(chǎng)可以根據用電缺口調節需求，向用戶(hù)發(fā)出邀約，調配多余的電量解燃眉之急。再比如，電動(dòng)汽車(chē)充電期間，虛擬電廠(chǎng)可根據電力市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)情況，實(shí)時(shí)優(yōu)化充放電策略，從而減少用戶(hù)的充電成本。

　　另外，很多家庭中都有空調、洗衣機、熱水器、電動(dòng)汽車(chē)，每個(gè)設備都需要電力供應，但它們的用能時(shí)間、時(shí)長(cháng)、需求量有一定差異，對電網(wǎng)供電壓力的影響也存在區別。虛擬電廠(chǎng)所起的作用，便是可以迅速根據不同設備的狀態(tài)、需求、市場(chǎng)價(jià)格、天氣情況等信息，精細化地實(shí)現智能調配。比如，在市場(chǎng)價(jià)格高、電力供應緊張的時(shí)候，對各設備實(shí)現精準調控，使其少用電、少購電；在市場(chǎng)價(jià)格低、電力供應平穩的時(shí)候，在滿(mǎn)足用能需求的情況下，利用儲能設備將多余的電能儲存起來(lái)，滿(mǎn)足電力市場(chǎng)價(jià)格較高時(shí)段的用能需求。利用虛擬電廠(chǎng)這個(gè)“智能管家”，為每家每戶(hù)實(shí)現定制化的能源使用服務(wù)，降低用戶(hù)的能源成本開(kāi)支。

　　如同前文所說(shuō)，我國虛擬電廠(chǎng)仍處于由政府部門(mén)牽頭、各聚合商參與、共同完成的早期階段。試點(diǎn)階段的虛擬電廠(chǎng)，也有待標準的統一和政策的細化。就技術(shù)而言，大部分虛擬電廠(chǎng)試點(diǎn)實(shí)現了初步的用戶(hù)監測，但還沒(méi)有完全實(shí)現對優(yōu)化調度和分布式能源的閉環(huán)控制。同時(shí)，虛擬電廠(chǎng)的發(fā)展需要依托于電力市場(chǎng)化交易，我們還需耐心培育成熟的市場(chǎng)服務(wù)和可持續發(fā)展的市場(chǎng)環(huán)境。未來(lái)，隨著(zhù)我國電力中長(cháng)期、現貨、輔助服務(wù)市場(chǎng)等機制的不斷完善，再通過(guò)AI技術(shù)提升數字化智能水平和產(chǎn)業(yè)升級，我國虛擬電廠(chǎng)的發(fā)展前景可期。

　　（作者鄭漳華為全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織研究員）