中國儲能網訊：提起電廠，很多人都會聯(lián)想到這樣的場景——巨大的冷卻塔，高聳的煙囪和滾滾的白煙。但是如今，我們身邊出現(xiàn)了一種電廠，既不燒煤，也沒有廠房，但卻能通過調節(jié)負荷等效進行“發(fā)電”，這就是“虛擬電廠”。
今年夏天，持續(xù)的高溫天氣使得我國用電負荷壓力陡增，虛擬電廠概念頻頻走進公眾視野。國網上海市電力公司經濟技術研究院副院長費斐表示，虛擬電廠能夠有效緩解電網供需矛盾、保障電網安全運行、降低電網投資、推動用戶節(jié)能減排，為企業(yè)、用戶帶來收益，實現(xiàn)多方共贏。
業(yè)界看好虛擬電廠市場潛力
發(fā)電和用電保持動態(tài)平衡，是電網平穩(wěn)運行的重要保障。近年來，隨著用電結構的變化，我國電力負荷峰谷差越來越大。為了保證高峰期供電安全，電網不得不保留大量的冗余發(fā)電能力，造成資源浪費。而虛擬電廠的出現(xiàn)解決了這個問題。
虛擬電廠組成結構
“虛擬電廠不同于傳統(tǒng)火電廠，它是對分散資源進行聚合調控的一種特殊電廠。”費斐告訴《中國電子報》記者，虛擬電廠以物聯(lián)網為基礎，通過先進的信息通信技術和優(yōu)化控制技術，將可控負荷、電動汽車、分布式儲能、分布式電源等分散資源進行聚合和調控，能夠響應調度機構下達的調度指令，獨立參與電力市場交易。
華北電力大學能源互聯(lián)網研究中心主任曾鳴將虛擬電廠的核心總結為“聚合”和“通信”?！耙环矫?，虛擬電廠所聚合的各類用電負荷要‘可調節(jié)’，比如辦公樓里的空調、公共交通用電等；另一方面，它以數(shù)字化技術為支撐，將不同空間的用電負荷整合起來，實現(xiàn)優(yōu)化調度，從而起到穩(wěn)定電力供應的作用?！痹Q解釋說。
那么虛擬電廠又是如何“發(fā)電”的呢？
“虛擬電廠的電力來源可以分為兩大類?！眹W能源研究院企業(yè)戰(zhàn)略研究所副所長張曉萱介紹，一類是其聚合的分布式電源、儲能、電動車等向電網提供的富余電力；另一類是虛擬電廠通過控制其聚合的可調節(jié)負荷，削減用電高峰時的電力需求，所節(jié)省的部分等效于向電網提供了電力。
有專家表示，由于虛擬電廠依托的是高度智能化的控制系統(tǒng)，并接入連接大量設備的物聯(lián)網，所以它的理論響應速度與調節(jié)能力都遠超傳統(tǒng)調峰手段，尤其適配以風光電為首，需要電網做出快速反應的可再生能源。
虛擬電廠平臺
此外，虛擬電廠還具有優(yōu)秀的經濟性。根據國家電網測算，通過火電廠實現(xiàn)電力系統(tǒng)削峰填谷，滿足5%的峰值負荷需要投資4000億元；而通過虛擬電廠，在建設、運營、激勵等環(huán)節(jié)投資僅需500億元至600億元，僅為火電廠成本的12%~15%。
雖然近期才“走紅”，但虛擬電廠并非新概念。早在1997 年，經濟學家西蒙?阿韋布赫就提出了虛擬電廠的相關概念。他在《虛擬公共設施：新興產業(yè)的描述、技術及競爭力》一書中將其定義為：受市場驅動的獨立實體間靈活合作，且能夠為消費者提供所需的高效電能服務而不必擁有相應的資產。
自2001年起，歐洲各國就開始開展以集成中小型分布式發(fā)電單元為主要目標的虛擬電廠研究項目；同期，北美也在推進相同內涵的“電力需求響應”，通過市場化激勵機制引導用戶錯峰用電，保障電網系統(tǒng)穩(wěn)定性，例如，特斯拉布局Powerwall家用儲能電池，讓電網在壓力較大的時候可以從Powerwall用戶處調動電力。
而我國在“十三五”時期，也已開展虛擬電廠的試點工作。上海于2017年建成首個商業(yè)建筑虛擬電廠——黃浦區(qū)商業(yè)建筑虛擬電廠示范工程。國家電網冀北電力公司在2019年優(yōu)化創(chuàng)新虛擬電廠運營模式，并服務北京冬奧會。8月26日，國內首家虛擬電廠管理中心在深圳揭牌，接入分布式儲能、數(shù)據中心、充電站、地鐵等類型負荷聚合商14 家，接入容量達87萬千瓦，接近一座大型煤電廠的裝機容量。
今年以來，鼓勵虛擬電廠發(fā)展的政策頻頻出臺，進一步推進其發(fā)展。
《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》提出，開展工業(yè)可調節(jié)負荷、樓宇空調負荷、大數(shù)據中心負荷、用戶側儲能、新能源汽車與電網能量互動等各類資源聚合的虛擬電廠示范?！犊萍贾翁歼_峰碳中和實施方案(2022—2030年)》要求建立一批適用于分布式能源的“源-網-荷-儲-數(shù)”綜合虛擬電廠?！蛾P于推動能源電子產業(yè)發(fā)展的指導意見（征求意見稿）》中也提出，探索開展源網荷儲一體化、多能互補的智慧能源系統(tǒng)、智能微電網、虛擬電廠建設。
在一系列政策的支持下，外界看好虛擬電廠的市場潛力。費斐表示，按2025年全國負荷16億千瓦、虛擬電廠容量占總負荷3%來測算，屆時全國虛擬電廠容量可能達到4800萬千瓦，帶來的經濟效益將達到千億元級。
數(shù)據共享提高發(fā)電效率
中午是上海城市用電的高峰時段，在黃浦區(qū)的一棟寫字樓里，部分電梯暫停，幾臺空調主機和水泵臨時關閉，就連地下車庫的照明也部分熄滅。這并不是停電，而是虛擬電廠對用電設備進行的柔性調節(jié)。
“以空調為例。在夏季用電高峰期，我們的虛擬電廠系統(tǒng)依托通信技術和智能控制技術，可以對空調的預設溫度、風機轉速、送風量等十幾個參數(shù)進行柔性控制，例如，在特定時段將空調溫度由23℃調升至26℃。在不停機、不影響用戶使用的前提下，為電網‘減負’。”費斐介紹，在這種調節(jié)下，一棟寫字樓內的空調、電梯、充電樁、照明在高峰時段可以少用612千瓦的電力。今年夏天，上海市最高削減負荷為91.6萬千瓦，相當于一座大型煤電廠的裝機容量。
據了解，國網上海市電力公司打造的虛擬電廠運營體系，包括資源采集層、虛擬電廠層、系統(tǒng)平臺層三個層次。在資源采集層，智能終端對可控負荷、電動汽車、分布式儲能、分布式電源等海量靈活資源進行數(shù)據采集、監(jiān)測和控制；在虛擬電廠層，聚合商對可調節(jié)資源進行分層分組聚合和協(xié)調優(yōu)化控制，形成技術指標滿足電網運行要求的“電廠”；而系統(tǒng)平臺層則通過電力調度平臺、交易平臺、管理平臺間的協(xié)調配合實現(xiàn)虛擬電廠的注冊、交易、運行、結算全流程管理?！跋到y(tǒng)會提前進行發(fā)電預測和負荷預測，計算出當天的供電‘缺口’，并在交易中心發(fā)布購買需求和交易價格，之后根據報價、交易量等信息與聚合商達成交易出清。等到響應時段，虛擬電廠會根據交易結果執(zhí)行發(fā)電任務，對負荷進行調控?！辟M斐解釋說。
圖為國網上海市電力公司打造的虛擬電廠運營體系
新能源汽車換電站也是虛擬電廠的重要“資源”之一。8月，在安徽省合肥市供電公司的統(tǒng)一調度下，15座蔚來換電站參與了全市虛擬電廠的電網調峰。在用電高峰期時，降低換電站單站平均功率，從而降低了合肥電網累積負荷。5天時間內，在不影響用戶正常換電使用的情況下，15座蔚來換電站累計調整負荷8兆瓦時，相當于為3000余戶普通居民家庭“省出”了實時用電量。對此，蔚來能源高級副總裁沈斐表示，通過“低充高放”等方式，蔚來換電站可以更深入地進行電網互動。此外，它還能夠為電網提供調頻輔助服務，向電網放電。當電網富裕時，用戶可以多充電；而當電網不足時，用戶可以在蔚來換電站對車輛儲存電能進行放電。
遠光能源互聯(lián)網資深綜合能源服務專家賀鵬表示，智能計量技術、大數(shù)據、人工智能和區(qū)塊鏈技術是支持虛擬電廠的重要技術底座。他解釋，智能計量技術可以實現(xiàn)自動抄表，即對分布式能源的電、氣、水、熱等能源進行自動測量讀取，提供實時動態(tài)的電源和需求側信息；運用大數(shù)據和人工智能技術，例如神經網絡算法技術，可以對虛擬電廠內部的發(fā)電量、負荷量、市場供需關系和實時電價進行預測、分析和評估；而區(qū)塊鏈去“中心化”則解決各用戶間的互信問題，從而可以建立一個信任體系。
“通過智能計量、大數(shù)據和人工智能技術，虛擬電廠可以聚合各個主體的詳細信息、所有發(fā)電數(shù)據和負荷數(shù)據，形成數(shù)據共享。這樣，一方面，在發(fā)電側可以進行智慧調控，幫助電廠合理制定發(fā)電計劃，提高發(fā)電效率；另一方面，從電力交易看，每個主體都能獲得充足的市場信息，幫助其做出最優(yōu)決策。”賀鵬說。
計量和通信兩大技術難點待突破
盡管有諸多優(yōu)點，但虛擬電廠并不能完全解決“用電荒”難題。在賀鵬看來，虛擬電廠的核心理念是通過信息化手段進行“源-網-荷-儲”互動，高效利用各類電力，從而實現(xiàn)供電側和發(fā)電側兩端平衡，讓電網更穩(wěn)定。它本質上還是一種負荷調控手段，并不能直接發(fā)電，所以只能緩解某些時段和部分地區(qū)因供需失衡造成的電力短缺問題，不能解決大面積或者災害性的缺電情況。
此外，多位業(yè)內人士指出，虛擬電廠目前尚處于初步發(fā)展階段，大范圍推廣還面臨諸多挑戰(zhàn)。
費斐告訴《中國電子報》記者，虛擬電廠要想實現(xiàn)突破發(fā)展，首先要攻破計量和通信兩大技術難點。他解釋，虛擬電廠系統(tǒng)由大量設備互聯(lián)構成，而多點計量難度大、效率低、難以把控采集頻率，極大地影響了系統(tǒng)效率。此外，信息安全建設刻不容緩。系統(tǒng)中的每個設備都可能成為被攻擊的目標，防范難度大。如何防止信息被竊取、篡改，如何防止調度系統(tǒng)遭受網絡攻擊，都是亟待解決的問題。
政策方面的缺失，也是制約虛擬電廠發(fā)展的原因之一。費斐解釋，諸如誰建設、誰運營、誰參與、誰監(jiān)管、系統(tǒng)如何設計、成本分攤機制、市場規(guī)則、交易機制等關鍵問題，尚無完善的政策支持體系。如何結合地域特色建立激勵資金池，逐步探索擴大資金來源、規(guī)模，亦是需要政府、電網、用戶多方協(xié)同解決的問題。
技術標準缺失問題也亟須解決。賀鵬表示，目前，虛擬電廠各類示范項目已建設不少，但還沒有形成國家級的技術標準。這既不利于統(tǒng)一管理，也不利于市場推廣。
虛擬電廠的具體商業(yè)模式同樣需要進一步探索。賀鵬認為，當前我國虛擬電廠尚處于邀約型階段，以電廠自建為主，旨在滿足電網自身的調節(jié)需求，還難以形成持續(xù)的商業(yè)模式。此外，因市場化的電力交易機制尚不健全，盈利性受到限制，所以電網以外的其他市場主體投資建設虛擬電廠的動力不足。“如何探索一套符合我國電力市場特征的商業(yè)模式，是虛擬電廠面臨的重要課題?！辟R鵬說。
