提起电厂，很多人会想到这样的场景——火电厂里冒着水蒸气的冷却塔、风电厂中高耸的风机、光伏电站一排排光伏板……但您听说过“虚拟电厂”吗?
今年夏季，国内多地出现极端高温天气，叠加经济复苏等因素，全国用电负荷快速增长。再看供电端，可再生能源发电在全国电力供应中的比重不断上升，但风、光等可再生能源发电波动性、间歇性较强的问题仍待突破。如何保障稳定的电力供应?虚拟电厂进入人们的视野。
啥是“虚拟电厂”?
——是一套依托于数字信息技术的能源管理系统
谈及虚拟电厂，可追溯至中国的电力体制改革。据了解，20世纪90年代，国内电力供应实行电力需求侧管理，主要通过行政手段实行计划用电。进入21世纪以来，电力需求侧管理逐步演变为电力需求侧响应，即根据电力市场供需情况调节电力。而电厂的主要功能之一，就是通过调节电力负荷来确保电力稳定。
华北电力大学能源互联网研究中心主任曾鸣指出，过去，用户用电需求波动时主要靠供应侧调节来平息，而能源结构转型对电力系统的调节能力提出了新要求。“当前，中国正加快建设新型电力系统，其核心就在于推进可再生能源大规模、高比例发电。但可再生能源发电大规模并网带来的不稳定性等问题也较为突出，传统供应侧的调节能力较难平滑风、光发电的波动性。这时候，依托数字化技术平台、不受物理空间限制的虚拟电厂就展现出稳定电力供应的潜力。”曾鸣说。
顾名思义，虚拟电厂看不见也摸不着。与传统电厂不同，它不烧煤，也没有厂房，是一套依托于数字信息技术的能源管理系统。
曾鸣指出，虚拟电厂不用实体设备发电，而是聚合各类用电负荷，实现电力负荷的组合、分析、优化和调度。一方面，虚拟电厂所聚合的各类用电负荷要“可调节”，比如办公楼里的空调、公共交通用电等;另一方面，它以数字化技术为支撑，将不同空间的用电负荷整合起来，实现优化调度，从而起到稳定电力供应的作用。
“除了可调节负荷，虚拟电厂还能对分布式电源、储能、电动汽车等各类分布式资源进行聚合管理和优化控制。简单来说，就是将不同类型的分布式资源‘聚沙成塔’，相当于建了一个云端电厂。”国网能源研究院企业战略研究所副所长张晓萱说。
虚拟电厂咋运作?
——上下游电力经由中游的数字化平台统一调配
如果将整个产业链展开，虚拟电厂可分为上游的电力供应、中游的电力管理和下游的电力应用三大板块。据介绍，虚拟电厂的运作，就是根据市场的电力供需情况，将上游的电力经由中游的数字化平台统一调配，再分配给下游的需求方。
从上游供电看，虚拟电厂不具有实际存在的电厂形式，但具有电厂的功能。那么，建立在“云上”的虚拟电厂，电从哪儿来?
“虚拟电厂的电力来源可以分为两大类。”张晓萱介绍，一类是其聚合的分布式电源、储能、电动车等向电网提供的富余电力;另一类是虚拟电厂通过控制其聚合的可调节负荷，削减用电高峰时的电力需求，所节省的部分等效于向电网提供了电力。
以国家电网冀北电力公司2019年投运的虚拟电厂示范工程为例，该电厂聚合了张家口、秦皇岛、承德、廊坊地区的可调节工商业、蓄热式电锅炉、智慧楼宇、储能等资源，主要参与华北调峰辅助服务市场的运营。在凌晨4时至6时风力大发期间，虚拟电厂控制蓄热式电锅炉、储能、电动汽车等分布式资源储存电力，到了晚上7时至8时用电高峰期，再将储存起来的这部分电力提供给电网，属于上述第一类电力来源。在此阶段，虚拟电厂还可将商业楼宇空调等柔性负荷降下来，节省大量电力以保障用电稳定，属于上述第二类电力来源。
同样具备调峰、调频功能，虚拟电厂的调节效率远高于传统的供应侧调节。张晓萱告诉记者，传统煤电机组增减出力的响应时间较长，参与调峰受爬坡速率的限制。一般来说，一台煤电机组从最小出力到额定出力需要1到2个小时。而虚拟电厂聚合的储能、可调节负荷等资源响应速度可达到分钟级甚至秒级，显然快于前者。
不仅如此，虚拟电厂在稳定电力供应方面还呈现出更高的经济性。以往在出现较大用电负荷时，供应侧的调节方式往往是扩建电厂、调动备用电源、加强有序用电管理等。而虚拟电厂通过降低用电侧负荷来保障用电稳定，不会对居民、工商业用电产生过大影响，成本更低，对环境也更友好。
国家电网的一项测算显示，同样为了维持电力系统稳定，传统火电厂如果要建设煤电机组来实现经营区域内电力削峰填谷，以满足5%的峰值负荷需求即最大用电需求计算，需投入电厂及配套电网建设成本约4000亿元;如果借助虚拟电厂来实现同样的功能，其建设、运营、激励等环节仅需投资500亿元至600亿元，成本远低于前者。
发展机制仍待完善
——大规模发展还需进一步明确其盈利机制
业内人士分析，虚拟电厂近来关注度高涨，一方面源于极端天气等因素催生的用电需求，另一方面，储能、新能源汽车等相关技术的成熟让虚拟电厂得以获取更多电力资源。此外，依托物联网、大数据等手段，虚拟电厂能较为精准地预测可再生能源的发电情况，避免“弃风弃光”现象，节省电力资源的同时也能实现其在更大范围内的优化配置。
不过，和传统电厂一样，虚拟电厂的运作还要考虑一个关键问题——如何盈利?张晓萱指出，国内的虚拟电厂主要通过参与辅助服务市场和需求侧响应来赚取一定费用。前者指为电力系统调节等提供服务，后者则是根据电网需求，调整用电侧的使用情况。总体看，目前国内的虚拟电厂盈利模式较为单一，激励机制还不够。
据了解，在虚拟电厂布局较早的部分欧洲国家，当地虚拟电厂可通过向发电企业提供电力规划和技术支持等获取服务费，或帮助发电企业接入电网完成电力交易后收取部分费用。业内人士认为，参照部分欧洲国家的经验，国内的虚拟电厂在盈利模式等方面可实现一定创新。比如进一步丰富辅助服务市场交易品种，加快电力现货市场、容量市场建设，拓宽虚拟电厂参与市场的渠道。此外，可探索能源托管、节能服务等其他增值服务，如提供节约电费、降碳分析方案等。
我国正加紧布局虚拟电厂。2021年10月，国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》，提出要大力提升电力系统综合调节能力，加快灵活调节电源建设，引导自备电厂、传统高载能工业负荷、工商业可中断负荷、电动汽车充电网络、虚拟电厂等参与系统调节。今年3月发布的《“十四五”现代能源体系规划》明确，开展工业可调节负荷、楼宇空调负荷、大数据中心负荷、用户侧储能、新能源汽车与电网(V2G)能量互动等各类资源聚合的虚拟电厂示范。力争到2025年，电力需求侧响应能力达到最大负荷的3%-5%。
专家认为，要进一步推动虚拟电厂大规模发展，还需处理好多方关系。“要使虚拟电厂的价值在市场中充分体现，让它和供应侧的资源实现公平竞争，按照谁更划算、更具清洁性等标准进行选择。”曾鸣说，另一方面，仍需进一步完善相关政策支持，继续创新数字信息技术，让虚拟电厂更“聪明”，进而在更大范围内推广应用。
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