虚拟电厂从概念到落地有多远

虚拟电厂这个概念，最早源于1997年Shimon Awerbuch博士的著作《虚拟公共设施：新兴产业的描述、技术及竞争力》。书中认为“虚拟公用事业（VU）是由市场驱动的独立实体间的灵活协作，提供消费者所需的高效能源服务，而无需拥有相应的资产”。这一定义道出了虚拟电厂的本质属性。

随着风电、光伏等间歇性可再生能源的大规模并网，特别是分布式光伏在配电网侧的接入，以及类似电动汽车这样的大功率随机性负荷的普及，电网原有的规划设计和运行模式受到巨大的挑战——当源-荷两端都出现较大的随机性波动，如何实现动态平衡。

于是虚拟电厂受到了前所未有的重视，即挖掘负荷侧的就地、就近平衡能力，并在此基础上自下而上地构建虚拟化的响应能力，实现与电网的友好互动。

技术逻辑是一方面，商业逻辑是另一方面。虚拟电厂最重要的组成部分是可调节负荷资源，这部分资源与用户生产经营密切相关，如何管理好这些负荷、说服用户，需要完成商业价值闭环。哪怕是看上去最容易的分布式光伏售电，也面临未来电价不确定导致收益率变化的风险，也需要在虚拟电厂这个更大的业务视野里，重新寻找自身的价值定位。本文着眼于虚拟电厂的价值实现和商业落地，分析虚拟电厂发展存在的现实问题与可能的实现路径。

虚拟电厂的基本概念

虚拟电厂是负荷侧电力资源的虚拟化与商品化。这里的电力资源，包含了负荷侧所有可以被管理和调节的资源。（见图1）

虚拟电厂的物理资源

荷类资源主要有充电桩、电锅炉、空调、照明等；源类资源主要包括分布式光伏、分散式风电、沼气发电、天然气三联供发电、小型热电联产机组、氢燃料电池系统等；储类资源主要包括电化学储能、天然气存储装置（与三联供联合）、储氢装置（与氢燃料电池联合）、蓄热蓄冷装置（如冰蓄冷空调设备）等。

虚拟电厂的逻辑资源

上述物理资源，需要进行聚集协调。这个聚集和协调，分为两个层次。

一是物理层次，即在物理上进行连接、管理和协调，把上述的源、储、荷类资源，通过负荷侧的配电网络（主要是园区-用户配电系统）连接，构成园区级的微电网荷、用户级的微电网系统，形成“源网荷储”的物理连接。

二是信息-物理层次，即在信息层面上，对上述的“源网荷储”资源进行一次抽象与二次抽象。

虚拟电厂的逻辑抽象

一次抽象指的是对物理微电网的抽象化，其抽象边界还是与微电网重合。一次抽象是针对具体物理资源的，也是针对负荷侧用户的。

二次抽象是指在上述物理边界抽象的基础上，按照与电网互动的特性，把分散在各个地理位置的“源网荷储”资源，重新抽象成为逻辑意义上的“虚拟电厂资源”，这种再抽象，就与物理实体、物理网络边界、地理位置无关了。二次抽象是以逻辑特性为目标进行归集，是面对电网的。

只有经过了双重抽象，虚拟电厂才真正“虚拟”了。

虚拟电厂的商业模式

一次抽象和二次抽象，所形成的产品不同，针对的客户对象不同，商业模式也不同，而虚拟电厂的商业逻辑核心，是实现一二次商业模式的协同、串联。

二次侧的服务产品

当前业内对于虚拟电厂的认识，其实主要是二次侧的服务产品，即物理的源网荷储资源，通过两次抽象，变成电网侧的可调用服务。

这个服务从响应的速度看，按照时间颗粒度，可以分毫秒级、秒级、分钟级、小时级、天级、月级各个级别。

时间颗粒度越小，响应速度越快，一般可持续的周期也较短，与电网调度的关系越紧密，分钟级以下的可调度资源，可以以“直调资源”的方式参与辅助服务，这也是狭义的“虚拟电厂”。

从服务的买家看，电网无疑是虚拟电厂二次侧产品的最大买家，主要以辅助服务产品采购的方式，这依赖于辅助服务市场的成熟。

目前电网的调节服务更多以需求响应补贴的方式采购，这是一种半市场化的过渡模式，从中长期来看，必然要被分时电价机制（电力现货市场）或者辅助服务市场所取代。

除了电网以外，发电企业以“共享储能”的方式也可以采购某些虚拟电厂产品，乃至售电公司也可以采购负荷侧虚拟资源，实现电力交易的风险对冲（比如避免偏差损失）。

从未来来看，非电网的服务产品采购也有较大发展空间，而且各类虚拟电厂服务产品交易，呈现出“场外、就近（隔墙）、高频、小额”的特点，是电力零售侧业务的主要组成部分，但是在服务产品的交易主体、信用机制、交易物确权、交易确认、交易自动化、交易中介模式等方面，还需要进一步探索，个人认为基于区块链的智能交易，将构建虚拟电厂智能商业模式。

一次侧的服务产品

一次侧的服务产品，即面向终端电力用户的综合能源服务形态，是实现负荷侧聚集、客户黏性构建、价值与商业逻辑闭环的关键。如果离开了一次侧的服务落地，二次侧的虚拟电厂，是不具有商业可持续性的。

举个例子，比如作为虚拟电厂二次侧产品的最重要形态——需求响应服务，虽然电网企业构建了较大规模的负荷资源池，并且配置了相当数量的自动需求响应（ADR）终端，在真需要进行需求响应时，却存在“两低”的现象，即：全部签约客户的总体参与率较低、单一客户的参与意愿逐日降低。

从商业本质上看，需求响应或者虚拟电厂（二次侧的可调度服务），并非电力用户的真实需求，而是电网和其他主体的需求。

终端用户的服务需求，即虚拟电厂一次侧的需求，无非是三大场景：安全用电，即有电用，保障正常生产；经济用电，在有电用的前提下，降低总体电费成本；绿色用电，实现零碳转型。

而虚拟电厂的二次侧价值，在一次侧的用户看来，是一种“间接”的需求，现有的虚拟电厂更强调技术特性，更强调电网的需求，而忽视了一次侧的直接用户价值，这种间接性和价值背离，导致了上述的“两低”，这不是虚拟电厂技术能解决的问题，而是商业逻辑问题。

一二次侧商业逻辑的贯通

所以，虚拟电厂能否真正落地，一方面取决于二次侧的商业模式能否可持续，能否建立连续运行的市场机制，而不是依靠少数缺电事件驱动的补贴。另一方面，更重要的是，靠什么去汇聚资源，说服客户让渡部分负荷资源。

这个说服需要依赖于综合能源，并且把二次侧的收益打包到综合能源的商业模式中，作为一种补充。对终端电力用户而言，二次侧收益始终是一种“锦上添花”的补充，用户不可能不生产、不用电，把虚拟电厂作为主要业务收入。

所以如何贯通虚拟电厂的一二次，成为打通虚拟电厂商业模式的核心。

这个贯通是双向的，一方面，从一次到二次，需要通过综合能源中的能效服务、负荷管理、实现用户侧负荷的数字化、可管理化，解决虚拟电厂的数字化投入问题，同时通过深入负荷末端，了解电力负荷特性与生产特性之间的有机联系，解决“生产运营”和“需求响应”之间的天然矛盾，并且实现客户信任，解决资源汇聚和资源管理问题。

另一方面，从二次到一次，通过现货价格信号传递、需求响应指令传递，代理购售电模式建立，实现资源在二次侧变现以后，变现利益的“透传”问题，让用户通过代理价格的变化感受到经济性收益。

虚拟电厂落地面临三道关

虚拟电厂在国内的落地，需要经过三道关。（见图2）

第一道是技术关，即如何从原有的“自上而下”的构建电力系统运行管理体系，以电力自动化和电力信息化技术实现源荷平衡，变为如何“自下而上”的，从用户微电网、园区微电网、城市主动配电网、大电网逐层平衡、分层自治的模式。在这个建构模式变化下，形成“云边端”的新型电力系统数字化架构，适应海量分布式资源的并网与协调问题。

第二道是用户关，即在一次侧的产品服务方面，以综合能源商业模式为基础，解决电力系统“最后一公里”的运营管理，实现最末端分散式源储荷的连接、抽象、管理、控制，并解决用户信任和商业逻辑闭环问题。

第三道是商业关，即构建二次侧的可持续商业模式，形成电力零售侧“隔墙售电、就近平衡、虚拟池化”，以及虚拟电力资源参与电力批发侧互动的多层次市场化模式，解决目前依靠需求响应补贴的机制束缚问题。

随着电力行业低碳化工作的深入，越来越需要构建新型电力系统，而虚拟电厂由于其“经济、就近”的天然优势，结合数字化技术的创新，将会发挥更为重要的作用。