能源保障和安全事關國計民生。新舊電力系統(tǒng)轉型升級下，能源的可控化和可儲化成為行業(yè)發(fā)展的核心。風光的不可控以及不穩(wěn)定性不僅會產生棄電棄光風險，還會對電網(wǎng)穩(wěn)定和安全造成威脅。當下，以可商業(yè)化的角度來看，以網(wǎng)絡系統(tǒng)技術為基礎的“虛擬電廠”或將為我國電力系統(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，各界專家學者從不同形態(tài)維度進行探索，給出了多種定義。

綜合來看，虛擬電廠是一種通過先進信息通信和監(jiān)測控制技術，實現(xiàn)海量分布式新能源、儲能系統(tǒng)、可控負荷、電動汽車等聚合和協(xié)調優(yōu)化，作為一個特殊電廠參與電網(wǎng)運行和電力市場的電源協(xié)調管理系統(tǒng)，對外表現(xiàn)為“一個具備可控性的電源”。它既可作為“正電廠”向系統(tǒng)供電和頂峰，又可作為“負電廠”通過負荷側響應以配合系統(tǒng)填谷；既可快速響應指令、配合保障系統(tǒng)穩(wěn)定并獲得經(jīng)濟補償，也可等同于電廠參與容量、電量、輔助服務等各類電力市場獲得經(jīng)濟收益。

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

虛擬電廠將無數(shù)個分散的電力資源聚合起來，通過智能調度，實時監(jiān)測和分析虛擬電廠中的能源資源，預測能源需求，制定最優(yōu)調度方案，實現(xiàn)電源側的多能互補、負荷側的雙向互動、儲能側的靈活調劑。它是提升電力系統(tǒng)調節(jié)能力的重要手段之一。

目前，虛擬電廠可以參與的用戶十分廣泛，大如工業(yè)可調節(jié)負荷、用戶側儲能，小如空調負荷、充電樁等各類高低壓用戶都可以。加入虛擬電廠參與移峰填谷也并非沒有門檻。不管是發(fā)電的、用電的，還是儲能的，參與的用戶越多，電網(wǎng)的平衡調節(jié)能力就越強。當電網(wǎng)有需要的時候，虛擬電廠就給電網(wǎng)發(fā)電，當新能源供給過剩時，虛擬電廠就指揮大家迅速把電能消納掉。

根據(jù)相關機構預計，到2025年，虛擬電廠平均每年投資建設規(guī)模達到200億元，運營市場規(guī)模每年在50億元以上。

二、發(fā)展驅動因素

虛擬電廠的理論和實踐在歐美發(fā)達國家發(fā)展得較為成熟，已先后在德國、英國、法國、美國、澳大利亞、日本等國開展了商業(yè)試點并取得不錯成果。歐洲的虛擬電廠已基本實現(xiàn)市場化運營。

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

國內政策利好

近年來，國內電力市場改革穩(wěn)步向前。市場機制進一步完善。我國電力現(xiàn)貨市場改革朝著市場化、法治化方向發(fā)展，在電力現(xiàn)貨市場監(jiān)管、交易規(guī)則、市場準入等方面逐步推進了改革，形成了相對完善的市場機制。國家發(fā)展改革委、國家能源局等相關部門相繼出臺了一系列的政策文件，明確了市場主體的準入條件、交易規(guī)則、運行機制等，為市場的健康發(fā)展提供了堅實的法治保障。

之于虛擬電廠而言，在宏觀政策層面也是頻發(fā)利好。在國家、部委和地方政府的推動下，虛擬電廠相關政策規(guī)劃逐步落地。在《2030年前碳達峰行動方案》中，國務院強調引導虛擬電廠參與系統(tǒng)調節(jié)，助力建設堅強智能電網(wǎng)；在《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》中，國家發(fā)改委、國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，多個地方政府也紛紛強調加快虛擬電廠建設，打造虛擬電廠生態(tài)體系，提升電力系統(tǒng)靈活性調節(jié)能力。

輔助市場建設

隨著電力市場化進程的推進，我國電力現(xiàn)貨市場的交易規(guī)模逐年擴大。相關數(shù)據(jù)顯示，2019年我國全社會用電量達到了億千瓦時，其中就有30%的電量通過電力現(xiàn)貨市場進行了交易。這一交易規(guī)模不僅體現(xiàn)了市場主體對電力現(xiàn)貨市場的廣泛認可，也說明了市場的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

此外，電力市場的逐步開放，也使得我國電力現(xiàn)貨市場的競爭日益激烈。國內外的電力企業(yè)紛紛通過參與市場化交易獲取電力資源。這種競爭一方面有助于提高市場效率，推動電力資源的優(yōu)化配置，同時也促使電力企業(yè)提升服務質量、降低成本，滿足廣大用戶的需求。

現(xiàn)今，圍繞著“源荷網(wǎng)儲一體化”、“多能互補協(xié)調”這些新的能源系統(tǒng)形態(tài)，如何將經(jīng)濟效益和社會效益結合起來成為社會上下協(xié)同的核心方向，虛擬電廠的作用愈發(fā)顯現(xiàn)。

三、技術方向

虛擬電廠的發(fā)展離不開技術的支持與推動。

虛擬電廠由分布式資源層、通信網(wǎng)絡層、管理平臺層三個層次構成。分布式資源層指分布在配網(wǎng)中的各種可再生能源、儲能設備、可調負荷等資源，它們是虛擬電廠的基礎和核心。通信網(wǎng)絡層指連接分布式資源和管理平臺的信息傳輸網(wǎng)絡，它們是虛擬電廠的橋梁和紐帶。管理平臺層指對分布式資源進行數(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。

虛擬電廠涉及多個領域和方面的技術，其中最關鍵的有協(xié)調控制技術、優(yōu)化調度技術、市場交易技術等。協(xié)調控制技術指對分布式資源進行實時或近實時地控制，以保證其穩(wěn)定輸出或響應需求變化。優(yōu)化調度技術指根據(jù)市場價格信號或系統(tǒng)運行狀態(tài)，對分布式資源進行最優(yōu)化配置或激勵機制設計，以實現(xiàn)效益最大化或成本最小化。市場交易技術指通過建立合理有效的商業(yè)模式和服務平臺，使虛擬電廠能夠參與到現(xiàn)有或新興的電力市場中，如日前市場、輔助服務市場等。

目前，虛擬電廠技術正處于不斷創(chuàng)新與發(fā)展之中。未來虛擬電廠的發(fā)展方向主要集中在以下幾個方面：一是完善虛擬電廠的技術體系，提高虛擬電廠的自動化水平和信息化管理水平。通過推動人工智能技術的應用，實現(xiàn)虛擬電廠的智能化運營。二是推進虛擬電廠與現(xiàn)有能源系統(tǒng)的融合，實現(xiàn)虛擬電廠與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的互聯(lián)互通。三是加強虛擬電廠與電網(wǎng)的協(xié)調運行，提高虛擬電廠整體的運行效率和穩(wěn)定性。四是促進虛擬電廠的規(guī)模化應用，推動虛擬電廠的商業(yè)模式創(chuàng)新和市場化發(fā)展。

四、發(fā)展前景

虛擬電廠可以有效解決新能源的隨機性、間歇性和波動性等問題，提高新能源的消納能力和功率質量。虛擬電廠還可以通過參與輔助服務市場、現(xiàn)貨交易市場等，為新能源提供更多的收益來源和價值實現(xiàn)途徑。

雖然虛擬電廠意義重大，但在發(fā)展上，我國虛擬電廠行業(yè)仍處于邀約制試點階段，該技術所對應的商業(yè)化市場仍不成熟，在規(guī)模、運行模式、安全、監(jiān)管和市場化等方面面臨諸多挑戰(zhàn)。

虛擬電廠需要依賴先進的信息通信技術、數(shù)據(jù)分析技術、人工智能技術等，實現(xiàn)對分布式資源的高效管理和優(yōu)化調度。但是，這些技術在我國還存在一定的瓶頸和不足，如數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)陌踩?、可靠性和實時性，數(shù)據(jù)處理和分析的精度和效率，人工智能算法的適應性和穩(wěn)定性等。

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

根據(jù)國家能源局的規(guī)劃，到2025年，我國虛擬電廠建設和運營規(guī)模將超過2000MW，未來將逐步成為電力市場的重要參與者之一。

我國虛擬電廠的發(fā)展前景可期！