虛擬電廠是一種通過先進信息通信技術和軟件系統，實現DG、儲能系統、可控負荷、電動汽車等DER的聚合和協調優化，以作為一個特殊電廠參與電力市場和電網運行的電源協調管理系統。虛擬電廠具有低成本、高效率、易推廣的特征，不僅聚合可調節資源，而且可將負荷側的調節能力納?電網調度運?，高效提升電力系統靈活調度能?，此外還可參與市場運營中獲得市場現貨交易的盈利。清研集團能源電力研究團隊通過分析虛擬電廠的時代背景、發展概況、國內外實踐案例，進而闡明發展虛擬電廠的現實意義。

虛擬電廠再度興起的“零碳背景”

全球氣候變暖問題日益加劇，為控制氣候變化，多個國家先后簽署了《聯合國氣候變化框架公約》、《巴黎協定》等，“綠色低碳”的可持續發展理念已然成為全球共識。為了人類社會長期可持續發展，實現國家能源獨立，踐行清潔低碳能源是必經之路。近幾年，全球主要國家還相繼出臺了關于碳排放的政策，虛擬電廠（virtual power plant，VPP）就是在“零碳時代”的大背景下再度興起的。

2020年9?，在第七十五屆聯合國大會上，習近平主席宣布了我國的“雙碳”目標，即2030年前達到“碳達峰”、2060年達到“碳中和”。2021年3?，在中央財經委員會第九次會議上，明確提出“要構建清潔、低碳、安全、高效的能源體系”，“構建以新能源為主體的新型電力系統”。

目前，新能源發展勢頭強勁，但其有能量密度低、穩定性差的缺點，還有波動性、間歇性、反調峰性等特點，這會導致電力系統在電源側、需求側、儲能側的調節能力不足，而虛擬電廠恰能彌補上述缺點。例如，在冀北電網中，當風電日最大出力約80%以上時，會出現負荷的低谷期，而且統調供熱火電機組比例也呈逐年增高的態勢。由于區域負荷、電網外送能力增長不及預期，新能源的消納空間就會被壓縮，長此以往，傳統?電資源的調節能力難以達到系統的需求值。此時，虛擬電廠通過聚合管理、智能協同、資源調配等功能，剩下大量電力，便可解決區域“供電不足”的燃眉之急。

虛擬電廠的概念與特征

概念發展

虛擬電廠，最早由Shimon Awerbuch博士于1997年在《虛擬公共設施:新興產業的描述、技術及競爭力》中提出，認為虛擬電廠受市場驅動的獨立實體間靈活合作，且能夠為消費者提供所需的高效電能服務，但不必擁有相應的資產。

目前，普遍認為虛擬電廠是一種利用軟件系統和信息通信技術，可實現分布式電源、儲能、可控負荷，它參與電力市場和電網運行的協調管理系統，既作為“正電廠”向系統供電，亦作為“負電廠”通過負荷側響應以配合系統填谷。

從全球發展看，虛擬電廠可分為三階段：合約型、市場型、自主型。目前，歐美國家已進入“市場型”階段，并積極探索自主型模式，而國內尚處于“合約型”階段。但向“市場型”邁進是各國必由之路。

基本特征

“源、網、荷、儲”，實現一體化

虛擬電廠不同于依賴化石燃料的傳統物理電廠，它升級了電廠的關鍵作用：發出電能，參與能量市場；通過調節功率來參與輔助服務市場調峰、調頻等，通過先進的智能技術。

“配電+售電”，聚合終端削峰填谷

虛擬電廠是一種軟件系統，其職能本質為配電，輔助電網削峰填谷;競爭壁壘本質為售電，參與電網調度運行，聚合用電終端資源。它協調智能電網與分布式電源之間的矛盾，挖掘分布式能源為電網及用戶所帶來的價值和利益。

“自治+共享”，安全穩健運行

虛擬電廠通過對內運營管理，實現有效聚合、市場運行與精準調控，達到“自治”的目的。同時，擴大云儲能設備的服務覆蓋范圍，實現多種異構分布式資源的協作共享、利益共贏，這就是高級的互聯網能源“共享”經濟模式。

“虛擬電廠”國內外實踐及案例

電力系統在由傳統“源隨荷動”運行模式，向“源荷互動”升級過程中，虛擬電廠對電力供給側、需求側以及國家能源戰略目標實現都有重要意義。因此，各國正在積極推動虛擬電廠的實踐與應用。

國外應用實踐

從國際來看，歐洲、北美、澳大利亞等國家早已開展了虛擬電廠的示范項目建設。總體上，歐洲的虛擬電廠側重于電源側，北美的側重于需求管理側，而澳大利亞的側重于儲能側。

歐洲起源，聚焦電源側

在歐洲，2000年誕生了全球首個虛擬電廠，德國、荷蘭、西班牙等5個國家的11所公司共啟 VFCPP項目。目前，歐洲虛擬電廠以發電資源聚合為主，已進入商業化階段，德國Next Kraftwerke是其代表企業。

美國發展，管理需求側

在美國，虛擬電廠以用電側資源聚合為主，需求側響應成為解決供電緊張的重要舉措，通過自動需求和效能管理，提高綜合能源利用率。居民積極參與需求側響應，可并獲取補貼收益。Tesla與Power wall的使用者簽訂協議是這一模式的典型代表。

澳洲示范，革新儲能側

澳大利亞能源市場運營商（Australian Energy Market Operator，AEMO）與美國Tesla公司聯合開展了虛擬電廠，不僅聚合分布式光伏和儲能系統參與澳大利亞電力市場，還進行了緊急頻率響應試驗，這為電網提供了調頻輔助服務，且降低了用電成本。

國內應用實踐

從國內來看，虛擬電廠的發展主要經歷了4個階段：能效電廠、緊急切負荷、基于經濟補貼的需求側管理、新型虛擬電廠，江蘇、廣東、上海、冀北等地區初步開展了試點實踐。

第一階段：提升用電設備效能

通過對商業、民用建筑中制冷和照明設備、工業電機設備、家用器具等高耗能設備進行改造，提升用電能效，可收取費用來償還貸款。“能效電廠試點”在江蘇、廣東開展實踐，但存在配套政策不健全、缺乏持續穩定支持資金、商業模式不完善等問題，這導致“能效電廠”在我國發展放緩。

第二階段：實時精準切負荷

面對電力平衡出現大缺口的緊急情況，江蘇從傳統的“拉閘限電”模式升級為精準實時的“切負荷”模式，已建成大規模源網荷友好互動系統；為應對特高壓直流閉鎖導致的受端電網頻率跌落，采用緊急切除相應數量負荷的方式，保證電網頻率穩定。

第三階段：完善需求側管理

為解決電網尖峰負荷問題，上海、廣東通過經濟補貼、強制法律、營銷宣傳等需求側管理，利用虛擬電廠通過短信等方式提前向用戶發出邀約，調整用電模式，引導科學用電來降低尖峰期電力負荷，并給予負荷相應的政策補貼。

第四階段：投入商業運營

冀北地區的虛擬電廠已投入商業運營，為了提升電力系統靈活調節能力，通過聚合可調節資源來參與電網調控、市場運營，為電力系統提供了連續、柔性的靈活調節能力，也增強了新能源消納能力。

虛擬電廠的現實意義

調度用電供需，實時性速度增快

今年夏天，由于持續高溫，各國電網用電負荷陡增。虛擬電廠快速響應需求，通過工業互聯網技術，實現了用戶側資源與電網供需互動，通過對聚合的資源精準畫像、分級分類，動態預測資源響應潛力，自主分解電網需求指令，實現了實時調節。

調控用電負荷，經濟性立竿見影

虛擬電廠通過通信技術和軟件算法優化電力調度，聚合分布式發電、儲能、可控負荷資源，使得電力交易收益最大化。相比傳統電廠，虛擬電廠的投入成本約為火電廠的1/8，具有成本低、效率高的經濟優勢。此外，在實踐中，歐洲的虛擬電廠模式還可兼得電企“服務費”和“電力交易費”的分成。

調節能源結構，環保性助力零碳

虛擬電廠正逐漸改變以化石燃料為主導的能源結構，通過充分開發利用光伏、風力新能源電力來緩解電網負荷壓力，不僅可以保障電力系統安全運行，還有助于實現國家“雙碳”能源戰略目標。

參考文獻

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③開源證券《虛擬電廠風起，藍海市場開啟》

④天風證券研究所《電力IT：共沐虛擬電廠大時代機遇》2022

⑤殷爽睿等.虛擬電廠分層互動模式與可信交易框架研究與展望[J].電力系統自動化,2022,46(18):119-128

⑥東北證券《虛擬電廠：豹變前夜》2022

撰稿 | 劉永紅 清研集團能源電力研究部研究員

編輯 | 陳澤璽