能源转型的“诗和远方” 虚拟电厂拥有的神奇魔力

没错！

今天要说的就是虚拟电厂。

被称为能源转型“诗和远方”的虚拟电厂，到底是个什么东西，有着怎样的魔力？

（来源：南度度 ID:nanduducsg）

当前，在能源紧缺、环境恶化的严峻形势下，全球能源正处在以油气为代表的传统化石能源系统向以可再生能源为代表的现代能源系统转型的关键期。然而，随着能源转型的不断深入，对电网的功能作用、运行方式提出了前所未有的考验。

风能、太阳能等可再生能源，都具有随机性、间歇性、波动性特征，大规模、高比例接入电网，将带来巨大调峰调频压力，导致系统转动惯量弱化，给电力系统平衡调节和电网安全稳定运行带来一系列新的挑战。

如何协调这种平衡？

虚拟电厂应运而生。

虚拟电厂是什么

虚拟电厂，并不是传统意义上的实体发电厂，而是一种实现分布式能源（DER）大规模接入电网的区域性多能源聚合模式，可实现对大量分布式电源的灵活控制，从而保证电网的安全稳定运行。

对于虚拟电厂的定义，看看几位专家怎么说。

多年致力于能源转型战略研究的中国工程院原副院长杜祥琬院士指出，虚拟电厂不是传统意义上的电厂，它相当于一个电力“智能管家”，站在电网角度，把风电、光伏发电等分布式能源通过储能装置组织起来，形成稳定、可控的“大电厂”，便于处理与大电网之间的各种关系。

IEC副主席、原国家电网董事长舒印彪（现任华能集团董事长）表示，“虚拟电厂”实质上是新一代电力系统的升级，将为破解清洁能源消纳和绿色能源转型提供解决方案。

国网冀北电力交易中心副总经理王宣元解释，所谓虚拟，体现在它并不具有实体存在的电厂形式，却真有一个电厂的功能，而且是远超传统实体电厂的功能，因为它打破了传统电力系统中发电厂之间、发电侧和用电侧之间的物理界限。王宣元如此定义虚拟电厂：它是互联网＋源网荷储售服一体化（即电源、电网、负荷、储能、销售、服务的聚合体）的清洁智慧能源管理系统，是对多种分布式能源进行聚合、优化控制和管理，为电网提供调频、调峰等辅助服务，并能够参与电力市场交易的技术和商业模式。

虚拟电厂与微网有什么区别

虚拟电厂和微网是目前实现分布式电源并网最具创造力和吸引力的2种形式。

对于微网的定义，国内一般认为：微网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。它能够很好地协调大电网与分布式电源的技术矛盾，并具备一定的能量管理功能，但微网以分布式电源与用户就地应用为主要控制目标，且受到地理区域的限制，对多区域、大规模分布式电源的有效利用及在电力市场中的规模化效益具有一定的局限性。

虚拟电厂并未改变每个分布式电源并网的方式，而是通过先进的控制、计量、通信等技术聚合分布式电源、储能系统、可控负荷、电动汽车等不同类型的分布式能源并通过更高层面的软件构架实现多个分布式能源的协调优化运行。虚拟电厂能够聚合微网所辖范围之外的分布式电源，更有利于资源的合理优化配置及利用。

虚拟电厂的三大关键技术

1协调控制技术：实现分布式能源的协调优化，以达到对系统高要求的电能输出在分布式能源中占主要部分的可再生能源发电站，如风力发电站、光伏发电站等，由于他们的间歇性和波动性使得发电电能质量和发电经济性成为难点，因此在虚拟电厂控制各种分布式能源发电设备、储能系统以及可控负荷的过程中，对他们的协调控制是最关键的部分，主要有三种控制方式：集中控制方式、分散控制方式和完全分散控制方式。

虚拟电厂采用集中控制方式时，所有单元的信息都需要通过控制协调中心进行处理和双向通信，采用能源管理系统（EMS）协调机端潮流、可控负荷和储能系统，找到最佳加爵方案，优化电网运行。集中控制方式最容易实现虚拟电厂的最优化运行，但其扩展性和兼容性受到很大局限。分散控制方式能使虚拟电厂模块化，改善集中控制方式下的通信堵塞和兼容性差的问题。完全分散控制方式使得虚拟电厂具有很好的扩展性和开放性，更适合参与电力市场。

2智能计量技术：虚拟电厂优化和控制的重要基础

智能计量技术是虚拟电厂发展中设备应用技术的重要环节，是实现虚拟电厂控制技术的基础。智能计量最基本的作用是自动测量和读取用户住宅内的电、热、气、水的消耗量和生产量，即自动抄表技术，以此来作为虚拟电厂提供电源盒需求侧的信息来源。

3信息通信技术：实现分布式能源聚合的关键

虚拟电厂要采用融合能源流与信息流的双向通信技术，控制中心不仅可以接受各单元的当前状态信息，而且能够向控制目标发送控制信号。应用于虚拟电厂中的通信技术主要基于互联网的技术，如互联网协议的服务、虚拟专用网络、电力线路载波技术和无线技术。根据不同场合和要求，虚拟电厂要应用不同的通信技术。在欧洲进行的一些虚拟电厂项目中，主要应用有互联网虚拟专用网络技术、移动通信技术、GPRS 技术和 IEC104 协议通信技术等。

虚拟电厂发展现状

虚拟电厂概念自1997年提出以来，受到了欧洲、北美和澳洲多国广泛关注。近年来，随着信息通讯技术（ICT）、分布式协调控制技术和智能计量技术的提高，分布式电源、储能、电动汽车的快速发展，工业领域逐渐表现出对虚拟电厂的极大需求并付诸工程实践。

从世界范围来看，欧洲虚拟电厂聚焦于“源”，主要目标是提高分布式电源并网友好智能互动性和打造持续稳定发展的商业模式，先后在欧盟第六、第七框架计划下开展了FENIX项目和TWENTIES项目，前者旨在将大量的分布式电源聚合成虚拟电厂，提高欧盟电力系统的经济性、可控性和安全性，后者的示范重点在于如何利用虚拟电厂实现热电联产、分布式电源和负荷的智能管理。

北美虚拟电厂起源于“荷”，通过自动需求响应和能效管理，提高综合能源的利用效率。比如，美国纽约州在能源改革愿景（REV）战略指导下开展了ConEd VPP项目，旨在将用户侧“太阳能+储能”系统集群友好并网，降低居民用电成本，提高电网调峰调频和应急响应能力；加利福尼亚州探索分布式光伏的管理方式，包括虚拟电厂和分布式能源供应商（DERP）如何参与电网运营和电力市场。

澳洲近年投运了多项虚拟电厂示范工程，主要目标是降低用电成本，促进清洁能源消纳，提高澳洲电网稳定性，并与特斯拉公司联合打造AGL VPP示范工程，旨在聚合大量光伏电源和储能设备，应对分布式电源高渗透率带来的挑战，降低基础设施投资成本。

在我国由于能源体制中发电、输配电、用电三方的相对独立，国内尚未形成相关成熟的虚拟电厂成套解决技术，虚拟电厂基本处于前期试点研究阶段。

2015年由众多分布式储能设备集合而成的上海黄埔区商业建筑虚拟电厂正在有序推进中。根据规划，今年上海黄浦区将建成预期具有5万千瓦容量、1万千瓦自动需求响应能力、0.2万千瓦二次调频能力，年虚拟发电运行时间不少于50小时的商业建筑虚拟电厂，总“发电”能力将达到5万千瓦。

2017年首套针对清洁能源大规模消纳的“源网荷智能电网”系统在江苏投运，相当于世界首个最大规模"虚拟电厂"诞生。这套系统通过“互联网+电网”的技术，实现调控电厂发电的同时，也能调控用户用电，让两边都在不停变化的天平达到毫秒级的瞬时平衡。

2018年9月，由国家电网主导发起的两项“虚拟电厂”标准获得国际电工委员会（IEC）批准立项，成为全球该领域首批国际标准，标志着中国正式主导虚拟电厂这一能源转型热门领域的国际最高话语权，这也是中国在能源转型和绿色发展领域国际标准化方面取得的又一突破。

虚拟电厂未来发展

随着国家对清洁能源和新兴技术的发展的大力推动，虚拟电厂将成为智能电网和全球能源互联网建设中重要的能源聚合形式，在分布式电源、北方清洁供暖、用户侧需求响应、电动汽车等方面都将具有广阔的应用前景。虚拟电厂可以“串联”起分布式光伏、储能设备、蓄热锅炉和可控负荷，实现冷、热、电整体能源供应效益最大化。在繁华的城市楼宇群，虚拟电厂可以实时监测中央空调、电动汽车等柔性可控负荷，环境参数以及分布式能源出力，围绕用户和系统需求，自动调节并优化响应质量，减少电源和电网建设的投资，在创造良好舒适的生活环境的同时，实现用户和系统，技术和商业模式的双赢。

虚拟电厂还可以参与多种市场进行优化调度和竞价。虚拟电厂通过对多个分布式单元进行聚合成为一个整体参与电力市场运营，既可以发挥传统电厂出力稳定和批量售电的特点，又由于聚合了多种发电单元而具有较好的互补性。虚拟电厂所参与的电力市场包括日前市场、实时市场、辅助服务市场等，由此可建立日前市场、双边合同、平衡市场及混合市场等多种市场模型。考虑虚拟电厂中可再生能源出力、负荷和实时电价等不确定因素，在不同市场环境下建立调度和竞价模型，使虚拟电厂具有更广泛的适用性。

在国外，虚拟电厂已成为售电公司提供服务的创新模式。大范围虚拟电厂建立的基础在于拥有众多分布式可再生能源发电设备的控制权、分布式储能设备等一系列灵活性设备、可再生能源的市场化销售机制和一套精准的软件算法。基于此类虚拟电厂的电力共享池系统提供了更加新型的售电模式。在该模式下，加入电力共享池的终端用户能够便捷的互相交易电力，通过各自的分布式储能设备最大化的使用分布式可再生能源的电力，减少外购电，从而显著减低用电成本。

德国有一家公司推出的虚拟电厂包月售电模式，用户只需要每个月支付一定额度的电费就能在一个比较大的范围内自由用电。在与客户签订包月套餐后，售电公司会帮助客户安装屋顶光伏设备、家用储能设备和电力监控设备，通过将地区内分散的用户和集中式的电力生产设备相连，利用IT专业建模软件以及内建的智能软件优化算法调配各家屋顶光伏设备所发电力的消费、剩余发电量的购买和各个储能设备的充放策略，最终在最经济条件下实现电力生产和消费在一定范围内的平衡。这是一种利用虚拟电厂技术的商业模式创新，用户通过包月套餐节省电费，而且用上了清洁的电力。不过作为售电公司，并不准备通过售电服务获取利润，而是通过设备的销售取得盈利。

在能源转型的道路上，需要政府、企业、用户等各方共同努力，在市场机制建设、商业模式创新、核心技术推广以及用户广泛参与等方面积极探索，而被称为能源转型“诗和远方”的虚拟电厂技术和商业模式，无论是在海外还是中国，都还很年轻，但正在加速到来。