如果用一個(gè)詞來形容今年的夏天，那一定是酷熱。這是自1961年以來最熱的夏天，導(dǎo)致南方部分地區(qū)連續(xù)無有效降雨天數(shù)超過20天，長江干流及洞庭湖、鄱陽湖水位均為有實(shí)測(cè)記錄以來同期最低，安徽蕪湖路段一輛貨車上150頭生豬集體中暑……

不斷刷新記錄的高溫讓居民的用電量激增，降雨的減少和持續(xù)的干旱又對(duì)水力發(fā)電造成了嚴(yán)重的干擾，電力供給大減。江蘇、廣東、云南、廣西等20多個(gè)省份相繼啟動(dòng)有序用電，多地工業(yè)企業(yè)被要求錯(cuò)峰用電。在東北地區(qū)，受限電影響的范圍甚至超出了工商業(yè)用電，波及到城市正常運(yùn)行和居民日常用電。

在經(jīng)歷了夏季的酷暑的人們希望能有穩(wěn)定的氣溫，而對(duì)于經(jīng)歷了無數(shù)個(gè)“大起大落”的電力行業(yè)來說，則希望能建構(gòu)一套穩(wěn)定的電力管理系統(tǒng)。虛擬電廠就在這個(gè)時(shí)候，逐步走向人們的視野。

虛擬電廠是什么？

在現(xiàn)實(shí)世界中，實(shí)體電廠的功能主要有兩個(gè)：一是發(fā)電，為電力市場提供電能；二是根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況，對(duì)供電的負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性。而虛擬電廠，就是要利用一套建立在“空中”的管理系統(tǒng)來模擬出電廠的兩個(gè)功能。

虛擬電廠的相關(guān)概念最早由 Shimon Awerbuch 博士于 20 世紀(jì)末提出，在《虛擬公共設(shè)施：新興產(chǎn)業(yè)的描述、技術(shù)及競爭力》論文中對(duì)虛擬公共設(shè)施進(jìn)行了定義：受市場驅(qū)動(dòng)的獨(dú)立實(shí)體間靈活合作，且能夠?yàn)橄�費(fèi)者提供所需的高效電能服務(wù)而不必?fù)碛邢鄳?yīng)的資產(chǎn)。

在降碳減排逐漸成為全球共識(shí)的背景下，風(fēng)電和太陽能作為清潔能源和可再生能源的重要組成部分，將成為降低碳排放，實(shí)現(xiàn)全球氣候、可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的重要抓手。然而風(fēng)電、太陽能等發(fā)電形式將對(duì)電網(wǎng)出力端形成較大的沖擊，影響到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性維護(hù)。同時(shí)，峰谷差問題催生的儲(chǔ)能、分布式電源的大規(guī)模裝機(jī)也增加了出力資源的數(shù)量，調(diào)度復(fù)雜度大幅提升。

虛擬電廠聚合發(fā)電、儲(chǔ)能資源，并進(jìn)行統(tǒng)一優(yōu)化調(diào)度，是解決峰谷差的有效形式。虛擬電廠能夠有效聚合分布式電源和儲(chǔ)能電站等資源，依靠物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，處理風(fēng)電、光伏等出力端帶來的不確定性，幫助電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，加強(qiáng)新型電力系統(tǒng)內(nèi)部各單元間的協(xié)同，從而提升電力系統(tǒng)的靈活性與穩(wěn)定性。

虛擬電廠的核心競爭力在于技術(shù)和資源的運(yùn)用。本質(zhì)是通過計(jì)量、通信、智能調(diào)度決策算法以及信息安全防護(hù)技術(shù)將各類分布式發(fā)電設(shè)備與儲(chǔ)能設(shè)施結(jié)合，對(duì)電力負(fù)荷進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制，聚合資源越多，調(diào)節(jié)能力越強(qiáng)。

計(jì)量技術(shù)：精確地計(jì)量用戶側(cè)電、熱、氣、水等耗量，建立精準(zhǔn)的能源網(wǎng)絡(luò)供需平衡，為虛擬電廠的調(diào)度、生產(chǎn)提供依據(jù)；

通信技術(shù)：控制中心接收各子系統(tǒng)的狀態(tài)信息、電力市場信息、用戶側(cè)信息等，并根據(jù)這些信息進(jìn)行決策、調(diào)度、優(yōu)化；目前可利用包括互聯(lián)網(wǎng)、虛擬專用網(wǎng)、電力線路載波、無線通信等技術(shù)，在此基礎(chǔ)上還需要開發(fā)虛擬電廠專用的通信協(xié)議和通用平臺(tái)；

智能調(diào)度決策技術(shù)：各子系統(tǒng)的統(tǒng)籌優(yōu)化調(diào)度是虛擬電廠實(shí)現(xiàn)分布式能源的消納及保障電網(wǎng)安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵；控制中心需要收集、處理的信息包括：用戶的需求信息、各子系統(tǒng)運(yùn)行信息、電網(wǎng)調(diào)度信息、電力市場價(jià)格信息以及影響分布式電廠的天氣、風(fēng)能、太陽能等信息；根據(jù)收集的信息，控制中心需要建立完善的數(shù)學(xué)模型及優(yōu)化算法。

信息安全防護(hù)技術(shù)：虛擬電廠與各個(gè)分布式能源站的工業(yè)控制系統(tǒng)、面向用戶的用電信息系統(tǒng)、公開的市場營銷信息系統(tǒng)、電網(wǎng)的調(diào)度信息系統(tǒng)都存在接口，需要做好系統(tǒng)安全防護(hù)、強(qiáng)化邊界防護(hù)、提高內(nèi)部安全防護(hù)能力，保證信息系統(tǒng)安全；在當(dāng)前針對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的安全防護(hù)技術(shù)和面向用戶的用電信息系統(tǒng)防護(hù)技術(shù)基礎(chǔ)上，發(fā)展與虛擬電廠相適應(yīng)的大型綜合用電信息系統(tǒng)安全技術(shù)也是未來虛擬電廠發(fā)展的關(guān)鍵。

虛擬電廠的產(chǎn)業(yè)鏈由上游基礎(chǔ)資源、中游系統(tǒng)平臺(tái)和下游電力需求方共同構(gòu)成。分布式電源、儲(chǔ)能、可控負(fù)荷的發(fā)展共同構(gòu)成了虛擬電廠上游的基礎(chǔ)資源，中游為資源聚合商，而由公共事業(yè)企業(yè)能源零售商（售電公司）及一切參與電力市場化交易為主體的產(chǎn)業(yè)鏈下游。

根據(jù)國家電網(wǎng)的測(cè)算，通過火電廠實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)削峰填谷，滿足5%的峰值負(fù)荷需要投資4000億，而通過虛擬電廠僅需投資500-600億元，虛擬電廠的成本僅為火電廠的1/8-1/7，能夠促進(jìn)電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低碳、高效的多贏市場化運(yùn)營。

虛擬電廠，從概念到實(shí)踐

在Shimon Awerbuch 提出虛擬電廠概念后，全球首個(gè)虛擬電廠項(xiàng)目在2000年誕生。德國、荷蘭、西班牙等 5 國 11 家公司共同啟動(dòng)虛擬電廠項(xiàng)目 VFCPP，以中央控制系統(tǒng)通信為核心，搭建了由 31 個(gè)分散且獨(dú)立的居民燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn) (CHP)系統(tǒng)構(gòu)成的虛擬電廠。

2005 年，英、法等 8 國 20 家機(jī)構(gòu)啟動(dòng)了 FENIX 項(xiàng)目， 以 FENIX 盒、商業(yè)型虛擬電廠和技術(shù)性虛擬電廠為創(chuàng)新點(diǎn)，分別在英國和西班牙實(shí)施，該項(xiàng)目為接下來虛擬電廠的設(shè)計(jì)奠定了框架基礎(chǔ)。

隨后，丹麥、波蘭、比利時(shí)等國家也開展了虛擬電廠項(xiàng)目的嘗試，運(yùn)用智能計(jì)量、智能能量管理和智能配電自動(dòng)化等支柱技術(shù)，先后在虛擬電廠中引入電動(dòng)汽車充電站平臺(tái)、氧化還原電池、鋰 電池、光伏電站、風(fēng)電場、小型水電站等資源，虛擬電廠規(guī)模逐漸擴(kuò)大。

德國的Next-Kraftwerke的虛擬電廠平臺(tái)研發(fā)成功，并投入使用，幫助可再生能源發(fā)電企業(yè)更為精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)電力的供求情況，從而更理性地和TSO簽訂合同，規(guī)避損失。2021年，Next-Kraftwerk被殼牌公司收購。根據(jù)殼牌的預(yù)測(cè)，到2030年，通過Next-Kraftwerk交易的電量將會(huì)是現(xiàn)在的兩倍。

另一個(gè)商業(yè)化的成功案例就是特斯拉的Powerwall。美國是一個(gè)太陽能資源豐富的國度，Power－wall是特斯拉和太陽能面板安裝商SolarCity于2015年5月聯(lián)合推出的家用儲(chǔ)能電池。從外觀上看，Powerwall就是一塊大型的“充電寶”，它可以搭配特斯拉家用太陽能電池SolarRoof，白天利用太陽能電池對(duì)其充電。充電完成之后，它就可以被用來向家庭供電，或者接入電網(wǎng)來售賣富余電力。當(dāng)然，在陰天等光照不充分的情況下，用戶也可以通過Powerwall來從電網(wǎng)購買電力。

這是目前國際市場上，虛擬電廠的兩種不同商業(yè)模式。前者是側(cè)重于分布式發(fā)電單位，通過參與電力交易來獲取收益；后者則是側(cè)重于用戶端的電力資源，通過提供輔助服務(wù)來獲取收益。

國內(nèi)商業(yè)化探索的伊始

與國際市場相比，虛擬電廠引入我國的時(shí)間較晚，但對(duì)于這項(xiàng)重要的能源調(diào)配技術(shù)，我國一直給予了高度重視。在“十三五”期間，我國就在江蘇、上海、河北等地先后開展了關(guān)于電力需求響應(yīng)和虛擬電廠的試點(diǎn)工作。

我國虛擬電廠目前處于從零到一的起步階段，參與者通過參與電網(wǎng)公司邀約，獲取相應(yīng)的響應(yīng)補(bǔ)貼。從各省電力現(xiàn)貨交易試點(diǎn)情況和缺電情況來看，廣東、浙江、江蘇有望最先發(fā)展虛擬電廠。廣東省作為缺電大省，每年 30%左右電量來自于外省輸送，是我國電力市場化需求最為迫切、也是市場化進(jìn)展領(lǐng)先的地區(qū)。

中國企業(yè)虛擬電廠領(lǐng)域拓展出更多的可能。恒實(shí)科技是國內(nèi)最先布局虛擬電廠的企業(yè)之一，曾參與國網(wǎng)冀北虛擬電廠示范工程。恒實(shí)科技作為虛擬電廠的聚合商和平臺(tái)提供商，全程參與了國網(wǎng)冀北虛擬電廠示范工程。

與國網(wǎng)冀北電力、清華大學(xué)等多家產(chǎn)學(xué)研機(jī)構(gòu)共同參與了“面向能源互聯(lián)網(wǎng)的虛擬電廠調(diào)控與運(yùn)營關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目，首創(chuàng)虛擬電廠參與調(diào)峰輔助服務(wù)的市場機(jī)制與商業(yè)模式，提出了大規(guī)模多元用戶標(biāo)準(zhǔn)化接入和虛擬電廠互動(dòng)運(yùn)營技術(shù)，構(gòu)建了電力市場環(huán)境下開放共享的能源互聯(lián)生態(tài)。

除此之外，在北京亦莊的涼水河畔，金風(fēng)科技在亦莊智慧園區(qū)內(nèi)配置兩臺(tái)總?cè)萘?.8MW的風(fēng)電機(jī)組和總?cè)萘砍�過1MW的光伏發(fā)電設(shè)備，實(shí)現(xiàn)清潔能源就地采集和消納。 金風(fēng)科技采用定制化“零碳能源供應(yīng)+能效提升+能源管理”解決方案， 將風(fēng)機(jī)、光伏、儲(chǔ)能結(jié)合在一起的智能微網(wǎng)，通過風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電，保證穩(wěn)定的電能供應(yīng)。

該園區(qū)在總用電量1573萬千瓦時(shí)，其中使用金風(fēng)科技自有風(fēng)電機(jī)組和光伏設(shè)備發(fā)電量482萬千瓦時(shí)，剩余電量購自電網(wǎng)，園區(qū)總的可再生能源發(fā)電比例近50%。通過這種因地制宜建設(shè)分布式光伏，結(jié)合儲(chǔ)能配置定制化智能微網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了園區(qū)的綠電自發(fā)自用，有效降低碳排放，推進(jìn)園區(qū)建設(shè)。

在全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型浪潮中，虛擬電廠是一座橋梁，將實(shí)體電廠與數(shù)字化連接。伴隨電力現(xiàn)貨交易試點(diǎn)的推進(jìn)，虛擬電廠的商業(yè)模式也將得到持續(xù)優(yōu)化，有望成為電力行業(yè)打開智能新世界大門的關(guān)鍵。

數(shù)千億藍(lán)海市場的虛擬電廠，將電力市場帶入“源網(wǎng)荷儲(chǔ)“系統(tǒng)與電力銷售和服務(wù)系統(tǒng)相連，開放整個(gè)能源產(chǎn)業(yè)鏈，提高能源利用效率，促進(jìn)電力能源產(chǎn)業(yè)低碳綠色轉(zhuǎn)型升級(jí)。