中國儲能網(wǎng)訊：今年一月美國能源部（DOE）發(fā)布了《Pathways to Commercial Liftoff: Virtual Power Plants 2025 Update》，報告全面梳理虛擬電廠（VPP）的商業(yè)化路徑、核心優(yōu)勢及未來趨勢，報告中還列舉了美國現(xiàn)在試點(diǎn)的虛擬電廠案例（中文翻譯版已放知識庫“VPP虛擬電廠專題”）。美國在虛擬電廠的技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用方面已走在前沿，擁有先進(jìn)的軟件平臺、智能控制系統(tǒng)和先進(jìn)的能源管理技術(shù)。
什么是虛擬電廠（VPP）？
您可以將虛擬電廠想象成一個由成百上千個小型分布式能源（Distributed Energy Resources, DERs）組成的“云端發(fā)電廠”。這些小型能源不是集中在一個地方，而是分散在居民家庭和商業(yè)樓宇中，包括屋頂太陽能、家用儲能電池、智能恒溫器、電動汽車充電樁、智能熱水器，甚至是可靈活調(diào)度的工商業(yè)用電設(shè)備等。
VPP通過先進(jìn)的軟件和通信技術(shù)，將這些分散的能源聚合起來，形成一個統(tǒng)一、可控的整體。在電網(wǎng)需要的時候（例如用電高峰期），VPP可以像一座傳統(tǒng)發(fā)電廠一樣，統(tǒng)一調(diào)度這些資源，或增加供電（如電池放電），或降低用電需求（如短暫調(diào)高空調(diào)溫度），從而維持電網(wǎng)的穩(wěn)定和平衡。
虛擬電廠的核心優(yōu)勢
報告強(qiáng)調(diào)，VPP不僅僅是一項技術(shù)創(chuàng)新，它為電力系統(tǒng)、消費(fèi)者和環(huán)境帶來了多重顯著優(yōu)勢：
提升電網(wǎng)可靠性與韌性
- VPP能夠快速響應(yīng)電網(wǎng)的調(diào)度指令，在用電高峰或傳統(tǒng)電廠故障時提供關(guān)鍵的電力支持，有效避免停電，特別是在極端天氣事件中，可以成為社區(qū)的生命線。報告指出，VPP是目前成本最低的可靠性資源之一。
降低電力成本
- 對公用事業(yè)公司而言，建設(shè)和運(yùn)營VPP的成本遠(yuǎn)低于新建一座昂貴的調(diào)峰燃?xì)怆姀S或升級改造老舊的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。這種成本節(jié)約最終會傳導(dǎo)至消費(fèi)者，幫助降低電費(fèi)。
為消費(fèi)者創(chuàng)造新收入
- 家庭和企業(yè)用戶通過將自己的分布式能源設(shè)備（如電池、電動汽車）接入VPP項目，可以在不影響自身使用的前提下，響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度并獲得經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。這讓能源消費(fèi)從單純的支出變成了潛在的收入來源。
加速清潔能源轉(zhuǎn)型
- VPP能夠高效整合間歇性的可再生能源（如太陽能和風(fēng)能）。當(dāng)光照充足時，VPP可以調(diào)度成千上萬的電池進(jìn)行充電；當(dāng)風(fēng)力減弱或夜幕降臨時，再將儲存的清潔電力釋放回電網(wǎng)。這有效解決了可再生能源的波動性問題，使其能被更廣泛地利用。
減少碳排放
- 通過替代化石燃料調(diào)峰電廠，并促進(jìn)可再生能源的利用，VPP能夠顯著減少電力系統(tǒng)的溫室氣體排放，是實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)的重要工具。
通向“騰飛”的商業(yè)化路徑
報告為VPP實(shí)現(xiàn)規(guī)?；虡I(yè)應(yīng)用規(guī)劃了清晰的五步路徑，核心是克服當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)：
擴(kuò)大分布式能源（DER）的普及
- VPP的基礎(chǔ)是足夠多的DER設(shè)備。目前美國家庭的DER滲透率仍處于低位。因此，首要任務(wù)是通過提供更具吸引力的激勵措施、簡化安裝流程、并確保所有社區(qū)（特別是低收入和服務(wù)不足社區(qū)）都能公平地參與和受益，來加速DER的部署。
簡化VPP的注冊流程
- 讓用戶方便快捷地將自己的設(shè)備注冊到VPP項目中是規(guī)?；年P(guān)鍵。報告建議，應(yīng)從目前的“選擇加入”（Opt-in）模式轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝У摹斑x擇退出”（Opt-out）模式，即在用戶購買設(shè)備時就默認(rèn)注冊，同時提供清晰的收益說明和持續(xù)的參與激勵。
推動VPP運(yùn)營的標(biāo)準(zhǔn)化
- 當(dāng)前，不同公用事業(yè)、VPP聚合商和設(shè)備制造商之間的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式和網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn)各不相同，這導(dǎo)致VPP項目部署復(fù)雜、成本高昂。建立行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)“即插即用”式的互操作性，是降低成本、加速復(fù)制的關(guān)鍵。
融入公用事業(yè)規(guī)劃和激勵機(jī)制
- 為使VPP成為主流選擇，監(jiān)管機(jī)構(gòu)需要改革政策，將VPP作為與傳統(tǒng)發(fā)電廠、輸配電投資同等地位的解決方案，納入公用事業(yè)的長期規(guī)劃和成本回收機(jī)制中，激勵公用事業(yè)公司積極部署VPP。
全面融入批發(fā)電力市場
- 打通VPP參與區(qū)域性批發(fā)電力市場的通道，是釋放其全部價值的最后一步。聯(lián)邦能源管理委員會（FERC）的第2222號令為此提供了法律框架，但仍需解決數(shù)據(jù)共享、計量和市場準(zhǔn)入等具體操作層面的障礙。
未來趨勢展望
報告對VPP的未來發(fā)展持樂觀態(tài)度，并指出了幾大關(guān)鍵趨勢：
爆發(fā)式增長潛力
- 報告預(yù)測，到2030年，美國VPP的規(guī)模有望增長三倍，達(dá)到80-160吉瓦（GW），可以滿足全國10-20%的峰值負(fù)荷需求。
技術(shù)驅(qū)動的集成深化
- 隨著軟件、AI和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，VPP的調(diào)度將更加智能、響應(yīng)更加迅速。未來VPP將從簡單的調(diào)峰服務(wù)，向提供頻率調(diào)節(jié)、電壓支持等更復(fù)雜的電網(wǎng)輔助服務(wù)演進(jìn)，與電網(wǎng)運(yùn)營實(shí)現(xiàn)無縫深度集成。
“自帶設(shè)備”（BYOD）模式成為主流
- 由第三方VPP平臺聚合用戶自有設(shè)備的模式（如案例中的ConnectedSolutions）因其靈活性和低前期投資而廣受歡迎，預(yù)計將成為未來VPP項目的主流模式。
政策成為關(guān)鍵催化劑
- 聯(lián)邦和州層面的支持性政策，如《通脹削減法案》（IRA）提供的稅收抵免，以及各州監(jiān)管機(jī)構(gòu)的改革舉措，將是決定VPP發(fā)展速度的核心驅(qū)動力。
總結(jié)來說，美國能源部的這份報告描繪了一幅清晰的藍(lán)圖：虛擬電廠正從一個新興概念，快速演變?yōu)槊绹娏ο到y(tǒng)不可或缺的組成部分。通過克服商業(yè)化路徑上的挑戰(zhàn)，VPP有潛力在未來十年內(nèi)，為美國帶來一個更可靠、更經(jīng)濟(jì)、更清潔的電網(wǎng)，并讓普通消費(fèi)者在能源轉(zhuǎn)型中扮演積極角色并直接受益。
案例一：基礎(chǔ)模式 - 調(diào)度指令通過門戶網(wǎng)站下達(dá)
項目名稱
- ConnectedSolutions
運(yùn)營單位
- 國家電網(wǎng)（National Grid），服務(wù)于馬薩諸塞州和羅德島州
核心模式
- 這是一個典型的“自帶設(shè)備”（Bring-Your-Own-Device, BYOD）項目。房主和小型企業(yè)使用自己購買的、符合條件的智能恒溫器、家用電池和電動汽車充電樁等設(shè)備參與項目，以換取年度激勵。
合作伙伴
- 國家電網(wǎng)與第三方VPP平臺提供商 EnergyHub 合作。
EnergyHub的角色
- 負(fù)責(zé)聚合和管理來自不同品牌（如Google Nest、Sunrun、Tesla等）的分布式能源設(shè)備，形成一個統(tǒng)一的可調(diào)度資源池。他們處理與設(shè)備制造商的技術(shù)對接和與客戶的日常溝通。
國家電網(wǎng)的角色
- 作為公用事業(yè)公司，國家電網(wǎng)的電網(wǎng)運(yùn)營商是VPP的最終使用者。他們不需要關(guān)心背后復(fù)雜的技術(shù)細(xì)節(jié)。
技術(shù)集成水平
- 基礎(chǔ)級。國家電網(wǎng)的員工僅通過EnergyHub提供的在線門戶網(wǎng)站（Web Portal）來調(diào)度VPP。當(dāng)預(yù)測到電網(wǎng)將出現(xiàn)用電高峰時，他們會登錄該門戶網(wǎng)站，設(shè)置好調(diào)度事件的參數(shù)（如開始時間、持續(xù)時長），然后下達(dá)指令。EnergyHub的平臺會負(fù)責(zé)執(zhí)行后續(xù)所有操作。調(diào)度完成后，運(yùn)營商再通過該門戶查看性能數(shù)據(jù)。
關(guān)鍵啟示
快速部署，低成本
- 這種模式讓公用事業(yè)公司能夠以極低的前期投資（報告稱類似項目可在6個月內(nèi)以低于100萬美元完成）和技術(shù)門檻，快速啟動一個VPP項目來滿足調(diào)峰需求。
標(biāo)準(zhǔn)化的價值在于平臺
- 在這個模式中，標(biāo)準(zhǔn)化的核心在于EnergyHub這樣的聚合平臺需要具備與盡可能多的設(shè)備品牌進(jìn)行互操作的能力。平臺越開放、兼容性越強(qiáng)，VPP的規(guī)模就越大，價值也越高。
案例二：中級模式 - 通過API進(jìn)行數(shù)據(jù)集成
項目名稱
- 儲能系統(tǒng)（ESS）租賃項目
運(yùn)營單位
- 綠山電力（Green Mountain Power, GMP），服務(wù)于佛蒙特州
核心模式
- 這是一個由公用事業(yè)公司主導(dǎo)的電池VPP項目。GMP向其用戶出租特斯拉（Tesla）的Powerwall家用電池，并利用這些電池來削減整個系統(tǒng)的用電高峰以及解決特定的本地配電網(wǎng)擁堵問題。
合作伙伴
- 特斯拉（Tesla）作為硬件和軟件平臺提供商。
技術(shù)集成水平
- 中級。GMP與特斯拉的集成超越了簡單的門戶網(wǎng)站。
API數(shù)據(jù)交換
- GMP通過應(yīng)用程序接口（API）將自己的電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)提供給特斯拉。
平臺智能調(diào)度
- 特斯拉的軟件平臺接收到這些數(shù)據(jù)后，會自動優(yōu)化、調(diào)度其聚合的Powerwall電池群，在最需要的時候進(jìn)行充放電，以實(shí)現(xiàn)GMP設(shè)定的削峰目標(biāo)。GMP的電網(wǎng)運(yùn)營商可以信任平臺來執(zhí)行精細(xì)化的調(diào)度。
關(guān)鍵啟示
實(shí)現(xiàn)更精細(xì)化的電網(wǎng)服務(wù)
- 通過API進(jìn)行數(shù)據(jù)集成，VPP不再僅僅是響應(yīng)一個簡單的“開/關(guān)”指令，而是能夠根據(jù)實(shí)時的電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行更智能、更自動化的響應(yīng)，從而提供配電網(wǎng)級別的服務(wù)。
標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口是關(guān)鍵
- 這個案例凸顯了公用事業(yè)公司與VPP平臺之間建立標(biāo)準(zhǔn)化API和數(shù)據(jù)共享協(xié)議的重要性。這使得VPP能夠更緊密地融入電網(wǎng)的日常運(yùn)營。
案例三：高級模式 - 直接集成到核心運(yùn)營系統(tǒng)
項目名稱
- Wattsmart電池項目
運(yùn)營單位
- 落基山電力（Rocky Mountain Power, RMP），服務(wù)于猶他州和愛達(dá)荷州
核心模式
- 這是一個技術(shù)最先進(jìn)、集成度最高的VPP項目。RMP的目標(biāo)是讓分布式電池VPP像一座傳統(tǒng)的發(fā)電廠一樣，能夠提供“全棧式”的電網(wǎng)服務(wù)，包括最苛刻的頻率響應(yīng)（在幾秒鐘內(nèi)做出反應(yīng)）。
合作伙伴
- 電池制造商 sonnen。
技術(shù)集成水平
- 高級/深度集成。
無縫整合
- 該項目的VPP控制系統(tǒng)（報告中稱為D-BMS）被直接整合到了RMP的核心電網(wǎng)運(yùn)營工具——能源管理系統(tǒng)（Energy Management System, EMS）之中。中間沒有任何第三方門戶或額外的軟件層。
直接控制和自動響應(yīng)
- 這種集成方式意味著RMP的電網(wǎng)運(yùn)營商可以在自己的操作界面上，像調(diào)度任何一座傳統(tǒng)電廠一樣，直接調(diào)度sonnen的電池VPP。更重要的是，VPP可以被設(shè)置為自動響應(yīng)來自EMS的電網(wǎng)信號，實(shí)現(xiàn)近乎實(shí)時的響應(yīng)（報告稱最快3秒）。
關(guān)鍵啟示
VPP成為“電廠級”資產(chǎn)
- 深度集成使得VPP能夠提供最高價值的電網(wǎng)服務(wù)，其性能和可靠性與傳統(tǒng)電網(wǎng)資源無異，完全融入了電網(wǎng)的實(shí)時平衡和頻率控制體系。
系統(tǒng)間通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化的終極目標(biāo)
- Wattsmart項目展示了VPP商業(yè)化的成熟形態(tài)。要實(shí)現(xiàn)這種模式的廣泛復(fù)制，就必須在VPP控制系統(tǒng)和公用事業(yè)核心運(yùn)營系統(tǒng)（如EMS/ADMS）之間建立行業(yè)通用的、安全的、高性能的通信標(biāo)準(zhǔn)（如IEEE 2030.5）。這是實(shí)現(xiàn)VPP全部潛力的終極技術(shù)路徑。
