隨著世界各國(guó)推動(dòng)清潔、低碳的新型能源體系發(fā)展，分布式可再生電源、電動(dòng)汽車、終端用戶的再電氣化比例大幅增長(zhǎng)。對(duì)于面臨“電力緊張和能效偏低矛盾”的中國(guó)來(lái)說(shuō)，“虛擬電廠”的解決思路在我國(guó)有著非常大的市場(chǎng)潛力，無(wú)疑是一種好的選擇。
1、虛擬電廠概述
虛擬電廠是將分布式發(fā)電機(jī)組、可控負(fù)荷和分布式儲(chǔ)能設(shè)施有機(jī)結(jié)合，通過(guò)配套的調(diào)控技術(shù)、通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)各類分布式能源進(jìn)行整合調(diào)控的載體，以作為一個(gè)特殊電廠參與電力市場(chǎng)和電網(wǎng)運(yùn)行。從某種意義上講，虛擬電廠可以看做是一種先進(jìn)的區(qū)域性電能集中管理模式，通過(guò)一套智能調(diào)控系統(tǒng)，讓電廠發(fā)電量和用戶用電量保持平衡，而這里的電廠不只是我們所看到的中心電廠，也包括電網(wǎng)中風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電這種不穩(wěn)定的發(fā)電設(shè)備。虛擬電廠概念的核心可以總結(jié)為“通信”和“聚合”。其最具吸引力的功能在于能夠聚合分布式能源參與電力市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)運(yùn)行，為配電網(wǎng)和輸電網(wǎng)提供管理和輔助服務(wù)。
2、虛擬電廠較傳統(tǒng)分布式電源并網(wǎng)方式的優(yōu)勢(shì)
2018年9月，中國(guó)風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)年均增長(zhǎng)44%和191%，遠(yuǎn)高于全球平均增速。但風(fēng)能、太陽(yáng)能等隨機(jī)性、間歇性和波動(dòng)性特征，大規(guī)模、高比例接入將給電力系統(tǒng)平衡和電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來(lái)一系列挑戰(zhàn)。虛擬電廠的解決思路可以有效應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題。
（1）虛擬電廠可以擺脫傳統(tǒng)微網(wǎng)的地域限制：
中國(guó)目前大多采用微網(wǎng)的概念作為分布式電源的并網(wǎng)形式，它能夠很好地協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式電源的技術(shù)矛盾，并具備一定的能量管理功能，但微網(wǎng)以分布式電源與用戶就地應(yīng)用為主要控制目標(biāo)，且受到地理區(qū)域的限制，對(duì)多區(qū)域、大規(guī)模分布式能源的有效利用及在電力市場(chǎng)中的規(guī)模化效益具有一定的局限性。虛擬電廠并未改變每個(gè)分布式電源并網(wǎng)的方式，而是通過(guò)先進(jìn)的控制計(jì)量、通信等技術(shù)聚合分布式電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、可控負(fù)荷、電動(dòng)汽車等不同類型的分布式能源，并通過(guò)更高層面的軟件構(gòu)架實(shí)現(xiàn)多個(gè)分布式能源的協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行，更有利于資源的合理優(yōu)化配置及利用。
（2）虛擬電廠的解決思路可以產(chǎn)生規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益：
傳統(tǒng)主動(dòng)配電網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行的另一種有效解決方案，它是將分布式電源的接入半徑進(jìn)行了一定的擴(kuò)展，能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)實(shí)施主動(dòng)管理，但對(duì)分布式電源能夠呈現(xiàn)給大電網(wǎng)及電力市場(chǎng)的效益考慮不足。虛擬電廠的提出則為解決這些問(wèn)題提供了新的思路。虛擬電廠更多強(qiáng)調(diào)的是對(duì)外呈現(xiàn)的功能和效果，更新運(yùn)營(yíng)理念并產(chǎn)生社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，其基本的應(yīng)用場(chǎng)景是電力市場(chǎng)。這種方法無(wú)需對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行改造而能夠聚合分布式電源對(duì)公網(wǎng)穩(wěn)定輸電，并提供快速響應(yīng)的輔助服務(wù)，成為分布式電源加入電力市場(chǎng)的有效方法，降低了其在市場(chǎng)中孤獨(dú)運(yùn)行的失衡風(fēng)險(xiǎn)，可以獲得規(guī)模經(jīng)濟(jì)的效益。
3、虛擬電廠主要開(kāi)發(fā)方式
（1）商業(yè)型
商業(yè)型虛擬電廠是從商業(yè)收益角度考慮的虛擬電廠，是分布式電源投資組合的一種靈活表述。其基本功能是基于用戶需求、負(fù)荷預(yù)測(cè)和發(fā)電潛力預(yù)測(cè)，制定最優(yōu)發(fā)電計(jì)劃，并參與市場(chǎng)競(jìng)標(biāo)。商業(yè)型虛擬電廠不考慮虛擬電廠對(duì)配電網(wǎng)的影響，并以與傳統(tǒng)發(fā)電廠相同的方式將分布式電源加入電力市場(chǎng)。商業(yè)型虛擬電廠投資組合中的每個(gè)分布式電源向其遞交運(yùn)行參數(shù)、邊際成本等信息。將這些輸入數(shù)據(jù)整合后創(chuàng)建唯一配置文件，它代表了投資組合中所有分布式電源的聯(lián)合容量。結(jié)合市場(chǎng)情報(bào)，商業(yè)型虛擬電廠將優(yōu)化投資組合的潛在收益，制定發(fā)電計(jì)劃，并同傳統(tǒng)發(fā)電廠一起參與市場(chǎng)競(jìng)標(biāo)。一旦競(jìng)標(biāo)取得市場(chǎng)授權(quán)，商業(yè)型虛擬電廠與電力交易中心和遠(yuǎn)期市場(chǎng)簽訂合同，并向技術(shù)型虛擬電廠提交分布式電源發(fā)電計(jì)劃表和運(yùn)行成本信息。
（2）技術(shù)型
技術(shù)型虛擬電廠是從系統(tǒng)管理角度考慮的虛擬電廠，考慮分布式電源聚合對(duì)本地網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)影響，并代表投資組合的成本和運(yùn)行特性。技術(shù)型虛擬電廠提供的服務(wù)和功能包括為DSO（110千伏及其以下電壓等級(jí)下運(yùn)行電網(wǎng)的配電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商）提供系統(tǒng)管理、為T(mén)SO（最高電壓等級(jí)下運(yùn)行電網(wǎng)的輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商）提供系統(tǒng)平衡和輔助服務(wù)。本地網(wǎng)絡(luò)中，分布式電源運(yùn)行參數(shù)、發(fā)電計(jì)劃、市場(chǎng)競(jìng)價(jià)等信息由商業(yè)型虛擬電廠提供。技術(shù)型虛擬電廠整合商業(yè)型虛擬電廠提供數(shù)據(jù)以及網(wǎng)絡(luò)信息(拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、限制條件等)，計(jì)算本地系統(tǒng)中每個(gè)分布式電源可作出的貢獻(xiàn)，形成技術(shù)型虛擬電廠成本和運(yùn)行特性。技術(shù)型虛擬電廠的成本及運(yùn)行特性同傳統(tǒng)發(fā)電廠一起由TSO進(jìn)行評(píng)估，一旦得到技術(shù)確認(rèn)，技術(shù)型虛擬電廠將控制分布式電源執(zhí)行發(fā)電計(jì)劃。
4、虛擬電廠上海實(shí)踐
上海市電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃中，由眾多分布式儲(chǔ)能設(shè)備集合而成的黃埔區(qū)商業(yè)建筑虛擬電廠，成為上海市電力體制改革、智能電網(wǎng)建設(shè)的獨(dú)特案例。2018年1月，位于黃浦區(qū)九江路上的寶龍大廈第八次參與了虛擬電廠試運(yùn)行，“發(fā)電”能力達(dá)100千瓦。寶龍大廈僅僅是黃浦區(qū)虛擬電廠的一個(gè)項(xiàng)目。迄今，虛擬電廠最大規(guī)模的一次試運(yùn)行，參與樓宇超過(guò)50棟，釋放負(fù)荷約1萬(wàn)千瓦。發(fā)電和用電保持動(dòng)態(tài)平衡，是電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行的重要保障。近年來(lái)，隨著上海產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和生活水平提高，電力峰谷差不斷加大。為了保證高峰期供電安全，上海電網(wǎng)不得不保留大量的冗余發(fā)電能力，造成資源浪費(fèi)。虛擬電廠的出現(xiàn)解決了這個(gè)問(wèn)題。
傳統(tǒng)的需求響應(yīng)資源調(diào)用，如負(fù)荷控制平臺(tái)，實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)備用調(diào)峰機(jī)組。在用電高峰期，電網(wǎng)調(diào)度部門(mén)啟動(dòng)該平臺(tái)，向協(xié)議用戶下達(dá)手動(dòng)削減負(fù)荷指令，或遠(yuǎn)程拉閘限電。這種方式簡(jiǎn)單粗放，用戶體驗(yàn)感受也較差。而虛擬電廠要實(shí)現(xiàn)的，是柔性負(fù)荷控制，柔性負(fù)荷在一定時(shí)間內(nèi)靈活可變，可在基本不影響用戶的前提下，達(dá)到削減或增加負(fù)荷的目的。目前，可參與需求響應(yīng)的柔性負(fù)荷種類繁多。以中央空調(diào)為例，在夏季用電高峰期，響應(yīng)系統(tǒng)依托精密的信息技術(shù)，通過(guò)對(duì)空調(diào)的預(yù)設(shè)溫度、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、送風(fēng)量、新風(fēng)量、冷凍水泵流量、冷凍水進(jìn)水溫度等幾十個(gè)特性參數(shù)變量的控制，可以在不停機(jī)、不影響用戶使用的前提下，達(dá)到柔性調(diào)節(jié)空調(diào)負(fù)荷的目的。
5、虛擬電廠德國(guó)實(shí)踐
2008年，德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和技術(shù)部啟動(dòng)了“E-Energy”計(jì)劃，目標(biāo)是建立一個(gè)能基本實(shí)現(xiàn)自我調(diào)控的智能化的電力系統(tǒng)，而其中信息和通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)此目的的關(guān)鍵。E-Energy同時(shí)也是德國(guó)綠色I(xiàn)T先鋒行動(dòng)計(jì)劃的組成部分，總共投資1.4億歐元，包括智能發(fā)電、智能電網(wǎng)、智能消費(fèi)和智能儲(chǔ)能四個(gè)方面。為了分別開(kāi)發(fā)和測(cè)試智能電網(wǎng)不同的核心要素，德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部通過(guò)技術(shù)競(jìng)賽選擇了6個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目。在由“E-Energy”計(jì)劃支持的6個(gè)涉及能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目中，哈茨項(xiàng)目，就是將新能源最大化利用的典型案例，而其中最引人注目的就是虛擬電廠部分。
該項(xiàng)目所選定的哈茨地區(qū)，在分布式電力供應(yīng)方面擁有風(fēng)能、抽水蓄能、太陽(yáng)能、沼氣、生物質(zhì)能以及電動(dòng)車等多種方式，在輸配電方面主要有6家配電運(yùn)營(yíng)商、4家電力零售商以及1家輸電商運(yùn)營(yíng)。虛擬電廠與分散式電源進(jìn)行通訊連接，而與原有的傳統(tǒng)大型發(fā)電場(chǎng)不同的是，新能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)變化較快，安全、穩(wěn)定性高的傳輸技術(shù)非常必要。所以在此項(xiàng)目中制定了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，使得虛擬電廠對(duì)于數(shù)據(jù)變化能夠快速反應(yīng)。在考慮發(fā)電端的同時(shí)，虛擬電廠同樣關(guān)注的是用電側(cè)的反應(yīng)，在哈茨地區(qū)的試樣中，家庭用戶安裝了能源管理系統(tǒng)，被稱為“雙向能源管理系統(tǒng)”(簡(jiǎn)稱BEMI)。資料顯示，用戶安裝的能源管理系統(tǒng)每15分鐘儲(chǔ)存用戶用電數(shù)據(jù)，記錄用戶每天的用電習(xí)慣，并將這些數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)教摂M電廠的數(shù)據(jù)庫(kù)中。同時(shí)，BEMI系統(tǒng)還可以通過(guò)無(wú)線控制開(kāi)關(guān)的插座，當(dāng)電價(jià)發(fā)生變動(dòng)時(shí)，可以通過(guò)無(wú)線控制來(lái)調(diào)控用電時(shí)間和用電量。
6、虛擬電廠發(fā)電需要重視的問(wèn)題
（1）鼓勵(lì)用戶積極參與虛擬電廠
虛擬電廠在中國(guó)還是一個(gè)嶄新的概念，用戶及分布式能源所有者對(duì)其知之甚少。然而，虛擬電廠的實(shí)施需要用戶及大量私有分布式電源的支持，這就要求相關(guān)部門(mén)積極宣傳參與虛擬電廠的益處，并制定一系列的鼓勵(lì)機(jī)制，從而在不同地區(qū)建立虛擬電廠試點(diǎn)項(xiàng)目。
（2）合理規(guī)劃虛擬電廠的范圍及職能
盡管虛擬電廠能夠代表不同分布式能源所有者的需求并能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供多種服務(wù)，但在中國(guó)電力市場(chǎng)并不完善的情況下，為避免管理和調(diào)度混亂，應(yīng)當(dāng)合理規(guī)劃虛擬電廠的范圍和職能，如在城區(qū)等負(fù)荷密集地區(qū)以可控負(fù)荷構(gòu)成虛擬電廠，作為系統(tǒng)備用，或削減高峰用電；在鄉(xiāng)村或郊區(qū)，以大規(guī)模分布式能源、儲(chǔ)能等構(gòu)成虛擬電廠，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定和持續(xù)供電。
（3）制定合理的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制和有針對(duì)性的政策，完善電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)機(jī)制
虛擬電廠與傳統(tǒng)電廠的效用基本相同，但發(fā)電來(lái)源豐富多樣。為鼓勵(lì)新能源和可再生能源發(fā)電的發(fā)展，中國(guó)制定了一系列相應(yīng)的優(yōu)惠和補(bǔ)貼政策。一方面，為了避免投機(jī)倒把行為以及不必要的購(gòu)電支出，虛擬電廠的實(shí)施應(yīng)由政府主導(dǎo)，系統(tǒng)調(diào)度機(jī)構(gòu)和供電公司負(fù)責(zé)實(shí)施，購(gòu)電電價(jià)應(yīng)根據(jù)虛擬電廠中的可再生能源所占成分區(qū)別設(shè)定，同時(shí)規(guī)定可再生能源發(fā)電應(yīng)盡量并網(wǎng)，并進(jìn)一步完善現(xiàn)行的分時(shí)電價(jià)辦法，鼓勵(lì)和促進(jìn)用電高峰時(shí)用戶節(jié)電和分布式能源發(fā)電。另一方面，應(yīng)區(qū)別對(duì)待不同職能的虛擬電廠(如以分布式能源尤其是可再生能源發(fā)電為主的供電虛擬電廠，以參與前期市場(chǎng)為主，實(shí)時(shí)市場(chǎng)為輔，輔助服務(wù)市場(chǎng)為補(bǔ)充；以可控負(fù)荷和少量分布式能源為主的備用或平衡虛擬電廠，以參與輔助服務(wù)市場(chǎng)為主，實(shí)時(shí)市場(chǎng)為輔)。
