走进虚拟电厂——综述篇

编者按

虚拟电厂是一种新型电力系统，可对大规模新能源电力进行高效利用，是电力行业未来极具潜力的发展方向。虚拟电厂现阶段发展状况如何？如何发挥虚拟电厂的价值？未来该从哪些方面进一步挖掘潜力？······聚焦行业热点，我们的“朋友圈”在畅聊。从本期开始，朗新研究院将陆续刊发三位作者从不同角度对【虚拟电厂】的总结思考、洞察分析，来一场热点“畅聊局”，敬请关注，也欢迎留言和我们分享您的思考和见解~

第一位作者将从商业、技术、策略三个观察视角，对虚拟电厂的发展进行较全面的行业观察扫描，本期将先行刊发《走进虚拟电厂——综述篇》。

（来源：微信公众号“朗新研究院” 作者：邓庆安）

导语

由于资本的追捧，过去的一年里，与虚拟电厂相关公司的股票大涨，虚拟电厂也因此成为业内研讨的热点。那么，虚拟电厂到底是什么？为什么突然火爆？它可以解决什么问题？它跟普通人有什么关系？

文章以大众的视角，同大家一起拨开云雾，透过现象看本质，一起走进“虚拟电厂”，共同探讨虚拟电厂大火的内在商业逻辑、布局虚拟电厂业务需要具备的技术能力以及正确的切入策略。希望可以不负时代，抓住机遇，一起推动虚拟电厂的产业发展。

资本逐鹿，所为何事

虚拟电厂并不是什么新生事物。1997年，Shimon Awerbuch博士在其著作《虚拟公共设施：新兴产业的描述、技术及竞争力》一书中就提出了“虚拟电厂”的概念。

在欧美，虚拟电厂技术及市场已经相当成熟。我们国家在2013年也在北京、上海、江苏、佛山等省市开展了电力需求侧响应及虚拟电厂项目试点工作。2019 年，国网冀北建成投运国内首个虚拟电厂“国网冀北虚拟电厂”。那为什么国内提出需求电厂这么多年没火，却在今年突然爆发了呢？个人观点不一定对，最大的原因应该是虚拟电厂是支撑未来新型电力系统的重要技术手段。

2020年，我国向全世界宣布了“30·60”碳达峰、碳中和的目标，2021年初，我国进一步做出工作部署，提出构建以新能源为主体的新型电力系统。随着能源转型的深入，大规模的风电、光伏等不稳定电源及呈爆发性增长趋势的新能源汽车已经、正在或正要接入电网，给电力系统的安全稳定运行造成了巨大的冲击。由此，给电力系统提供调频、调峰等辅助服务的市场需求将大幅增加。

正如当初爱迪生发明的发电机必然要演变成如今的大电厂、大电网一样，假使真的有一天电力系统实现了100%的可再生能源的电力供应，那么有一个事物就必须在这一天之前出现：一种能集合和协调电网下的各个发电单元、终端负荷和储能中转设备的灵活系统，它将取代传统发电厂而成为参与电网运营与电力交易的市场主力，这便是虚拟电厂。

三月份发改委发布了《“十四五”现代能源体系规划》提出推动储能设施、虚拟电厂等发展，投资规模将超千亿。大势所趋，时代机遇。正是看到了未来预期，于是资本市场一下子就被点燃了。

拨云见日，何谓虚拟电厂

（一）什么是虚拟电厂

“虚拟”即意味着并非实体，所以虚拟电厂并不是真正意义上的发电厂，而是一种基于能源互联网技术的“看不见的电厂”。其核心是通过先进信息通信技术和软件系统，把工厂、商场甚至居民家的屋顶光伏、电锅炉、电动汽车、空调等各类分散、可调节资源汇聚起来，统一协调控制，形成一个虚拟的“电厂”。

虚拟电厂加入电网调度，它既可作为“正电厂”向电网供电，又可作为“负电厂”通过增减用电负荷配合电网削峰填谷。比如在高温天气电网供电紧张时，虚拟电厂将聚合的商场空调上升1～2摄氏度，在没有影响到商场消费者体验的情况下，减少了用电需求；或者将聚合的分布式能源、储能设施在用电高峰时向电网送电，取得高峰时的高电价收益。

（二）虚拟电厂有什么作用

话说回来，以前没有虚拟电厂的时候，电网不也运行得好好的吗？是现在的电网发生什么变化了吗？还真是的！谈虚拟电厂就不能不提新型电力系统。还记得刚提新型电力系统的时候，前面是冠与“以新能源为主体的新型电力系统”的吗？虽然现在说新型电力系统的时候不怎么提以新能源为主体，但新型电力系统的核心还是逐步提升光伏、风能等新能源发电在电网中的占比。新能源发电最大的特点就是“靠天吃饭”，出力具有较强的随机性、波动性和间歇性。一片云飘过，就可能影响了下面光伏场站的发电。

因此可以想象，新能源占比的提高，对于电网供需平衡荷安全稳定运行带来了前所未有的挑战。我们看下面三张图。也许这三张图过于专业，但读懂这三张图有助于我们理解为什么新型电力系统需要虚拟电厂。下面我们就一起来解读。

新型电力系统供需不平衡给电网带来的三个挑战

图1是著名的新型电力系统电力需求“鸭型曲线”。光伏是新型电力系统的主要电力来源之一，其特点是发电量与太阳升起高度一致，正午最强。然而夜晚没有阳光照射、光伏不发电，这时我们的用电负荷又该由谁来供应呢？自然只有传统电源如火电了。当白天光伏大发的时候，绝大部分用电负荷只靠光伏发电就能满足，传统电源只要承担一小部分，这部分负荷我们称为“净负荷”。

随着新能源的大量导入，“净负荷”的曲线图变化就会呈现出图1中这种白天净负荷低，而夜晚净负荷急剧跃升的现象。随着可再生能源发电比例越高，“鸭子曲线”的背部会更低，脖子会更长。

一般来说，传统火电在高负荷运行或者连续数天供电的情况下，能提供比较好的燃料经济性，但并不能很好地适应这种频繁启停。因此，传统削峰填谷的调节手段不能满足未来新型电力系统的灵活调节需求。

图2是新能源不同占比下的电网频率影响曲线。想必大家都知道平时家里用的电是50赫兹，电压是220伏。频率或电压不稳，我们的电器设备就无法正常使用。那么电网是如何维持我们的用电频率和电压的呢？

打个比方，会开车的人就知道，车行驶在平路上，固定的挡位和油门，就可以让车子匀速前行。即使有个小坡，小坎的，顺着惯性也就冲过去了。但是遇到长坡，如果不调档，不加油，车就要停下来。因此开车的人就是通过挂档或油门来调节发动机出力，以应对外部路况的变化，从而实现车子匀速行驶。以此类似，电网也是通过调节电厂发电机组的出力来维持相对稳定的频率和电压的。

在传统电力系统中，频率和电压的变化相对温和，大部分情况下靠着发电机组的惯性或者自动调节已能解决。但是随着新型电力系统中新能源和电力电子装备的比例增加，电网频率或电压的波动加剧，发生毫秒时间内的大幅度掉频或失压概率大大增加，如图2所示。好比路况变差，不再是小坡小坎，而是随时变化的山间野道。传统的发电机组已经无法对这种瞬时大幅度的变化进行响应，新型电力系统需要更灵敏高效的可调节手段。

图3是电力现货市场价格波动曲线。目前我国电力现货市场建设已经进入快车道。在电力现货市场中，电力价格不再像现在中长期甚至是日前交易那样相对稳定，而是随着十五分钟一个变化，最高价和最低价之间价差有可能相差数倍。因此在电力现场市场环境下，售电公司需要能根据价格信号自动调节用户可控负荷，在不影响用户正常生产的情况下，将用户负荷从现货高价转移至现货低价时段，从而提高售电公司的电力现货盈利。

在此背景下，虚拟电厂采用先进通信网络和调控交易技术，动态聚合用户侧分布式规模化灵活资源，构建满足新型电力系统“惯性支撑、快速调频、灵活调峰”等多时空尺度调控需求的灵活调节电源，参与电网实时调控、高频交易，是最大化利用新能源电力，缓解尖峰时段短时供电能力不足，支撑新型电力系统安全稳定运行的重要技术手段。

（三）为什么是虚拟电厂

能够提供电网调节的资源主体包括传统火电、水电、抽水蓄能、新型储能等，那么我们为什么还要这么大费周章搞虚拟电厂呢？我们可以以下几个方面加以分析。

首先是虚拟电厂具备的不可替代的灵活性。

虚拟发电厂与传统火电、水电、抽水蓄能、新型储能等调节主体重要不同之处在于，其他调节主体装机容量固定，除新型储能系统外，其他调节主体从启动到达到要求的功率，都需要较长时间。但是虚拟发电厂的各个可调节资源可自由组合，容量可大可小，并且响应更快。这种灵活性，在前面提到的在参与新型电力系统调峰、调频或调压等调节中就非常重要。

例如在太阳快要落山，但还没落山的短时间内，电网处于供应略小于需求的时候，如果启动火电进行调节，由于机组发电能力太大，就可能造成新的供需不平衡。但如果是虚拟电厂来调节就可以由小到大，无缝调节。因此，新型电力系统对灵活性资源的需求是催生虚拟电厂的根本原因。

其次是虚拟电厂具备的优越的经济性。

根据国家电网测算，通过火电厂实现电力系统削峰填谷，满足5%的峰值负荷需要投资4000亿；而通过虚拟电厂，在建设、运营、激励等环节投资仅需为400-570亿元，成本仅为1/7至1/10。此外，若一味通过建设电厂、抽水蓄能、新型储能系统来满足尖峰时段的用电需求，便会在用电低谷期产生巨大浪费。因此相比之下，虚拟电厂显示出较强的经济性，理应成为新型电力系统建设的重要方向。

此外，成熟的虚拟电厂技术为需求侧资源聚沙成塔提供了可行性。以新能源为主体的新型电力系统，其核心就是要减少传统电厂的占比。这个比例未来可能只剩下40%、20%，甚至更低。到那个时候，电网的可调节资源就必然要依靠需求侧的分布式光伏、楼宇空调、分布式储能等可调节资源了。在欧美，虚拟电厂技术已经被证明了确实可行。当前大数据、云计算、区块链、5G通信技术等领域不断创新突破，将为科学利用需求侧资源提供关键支撑。

蓝海问道，拥抱虚拟电厂星辰大海

综上所述，虚拟电厂是支撑未来新型电力系统的重要技术手段，但它同时也是电力能源行业的一种新业态。依托创新商业模式和跨行业领域先进技术引领，虚拟电厂将成为一个市场环境下广大电力用户充分参与、跨行业协同推动的新兴产业，成为国民经济的一个新增长点。

因此虚拟电厂不仅是一项技术，更是一门大生意。普通的社会化企业相比较于电网企业或大型电厂而言，两者在虚拟电厂市场建设中扮演的角色不同，责任不同，可掌握的资源也不同。另外由于体制上的差异，普通的社会化企业可能更贴近于客户，同时也具备更多的商业灵活性。

目前关于虚拟电厂的文章涉及的国内典型案例绝大部分是电网公司或大型电厂的示范类项目。那么，作为社会化的普沟通企业又该如何谋篇布局，抓住时代机遇，参与其中呢？

在走进虚拟电厂的系列文章中，笔者将继续从普通的社会化企业角度，就虚拟电厂的商业逻辑、关键技术能力构建和企业布局策略展开讨论，以期让我们可以“取势、明道、优术、利器”，不负时代，把握机遇，拥抱虚拟电厂星辰大海。敬请期待。

作者：邓庆安

部门：朗新科技集团综合能源业务部